DE68903362T2

DE68903362T2 - Windkraftmotor mit axialem einlass, radialem auspuff, formveraenderlichen blaettern und mit diesem ausgestattete projektile.

Info

Publication number: DE68903362T2
Application number: DE8989401608T
Authority: DE
Inventors: Claude Thomson-Csf Sc Trouplin
Original assignee: Thomson Brandt Armements SA
Current assignee: Thomson Brandt Armements SA
Priority date: 1988-06-14
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2009-06-10
Also published as: FR2632686B1; FR2632686A1; EP0347291A1; ES2035603T3; DE68903362D1; HK44195A; US4900227A; EP0347291B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Windrad mit axialer Beaufschlagung, radialem Auslaß und veränderlicher Geometrie. Sie betrifft ferner seine Anwendung auf Projektile.
Ein Windrad ist ein Element zur Umwandlung hydraulischer oder aerodynamischer Strömungsenergie in mechanische Rotationsenergie.
Allgemein werden diese Elemente in zwei Kategorien eingeteilt, je nachdem, ob ihre Geometrie unveränderlich oder aber veränderlich ist. Jede dieser Kategorien besitzt Vor- und Nachteile.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Windrad bekannter Bauart der Kategorie mit veränderlicher Geometrie, bzw. genauer gesagt, mit verformbaren Schaufeln. In der Figur sind durch Pfeile die einfallende Strömung (4), dann die Strömung (5), die auf die Schaufeln (3) trifft und durch den Deflektor (1) zerteilt wird, und schließlich die Auslaßströmung (6) des Windrades dargestellt. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Schaufeln (3) nur mit ihrem Ende am Träger (2) befestigt, was aufgrund der Elastizität des Materials zur Folge hat, daß eine Streckung der Schaufeln (3) möglich ist, wenn diese der Zentrifugalkraft und dem Druck der Antriebsströmung (5) ausgesetzt sind. Die Folge dieser Verformung besteht darin, daß ab einem bestimmten einfallenden Strömungsdurchsatz (4) die Umdrehungsgeschwindigkeit des Windrades dahin tendiert, stabil zu bleiben. Dadurch wird gleichzeitig ein Geschwindigkeitsreguliereffekt erzielt, der je nach dem vom Windrad angetriebenen Mechanismus sehr nützlich sein kann.
Die beschriebene Struktur besitzt zwei größere Nachteile. Zunächst ergibt sich eine relativ Brüchigkeit der Schaufeln (3) aufgrund der Tatsache, daß sie an ihrem Träger (2) nur mit ihrem Ende verbunden sind. Die so einseitig montierten Schaufeln sind besonders gegen axiale Beanspruchungen empfindlich, wie beispielsweise den Trägheitskräften im Falle eines Systems, das mit erheblicher Beschleunigung angetrieben wird. Sodann ergibt sich im unteren Leistungsbereich ein schlechter Wirkungsgrad aufgrund der Tatsache, daß die Strömung (5) dahin tendiert, bereits aus dem Raum zwischen zwei Schaufeln (3) zu entweichen, wie dies die Leckströmung (6') zeigt.
Im Bereich variabler Geometrien gibt es Strukturen, bei denen die Geschwindigkeitsregelung durch Begrenzung der Luftmenge erfolgt, wie es bei der im Patent US-A-2 766 964 beschriebenen Turbine der Fall ist.
In diesem Falle besitzen die Schaufeln eine veränderliche Geometrie, wobei sich der feststehende, nicht verformbare Abschnitt jeder Schaufel an der Peripherie der Turbine befindet, während sich der bewegliche Abschnitt unter der Wirkung der Zentrifugalkraft nach außen hin verformt, derart, daß der Luftdurchsatz abnimmt, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Turbine zunimmt. Die Verformung der Schaufeln nach außen hin verengt in der Tat den Durchtrittskanal der Luft zwischen ihnen.
Fig. 2 zeigt schematisch ein Windrad bekannter Bauart der Kategorie mit festen Schaufeln (starrer Windflügel). In dieser Figur sind weiter durch Pfeile die einfallende Strömung (10), dann die durch den Deflektor (7) zerteilte Strömung (11), bei der es sich um die Antriebsströmung der Schaufeln (9) handelt; und schließlich die Auslaßströmung (12) des Windrades dargestellt. In diesem Falle sind die Schaufeln (9) über ihre ganze Länge auf ihrem Träger (8) befestigt. Dadurch ergibt sich eine große Widerstandsfähigkeit des Elementes durch seine Unverformbarkeit und seine bessere Leistungsfähigkeit im Vergleich zum vorhergehenden Fall, und zwar aufgrund der Tatsache, daß die Leckströmung nicht mehr existiert. Im Gegensatz dazu ist es bei dieser Windradstruktur nicht möglich, einen Effekt der Geschwindigkeitsregelung zu erzielen.
Die vorliegende Erfindung hat demgemäß zum Ziel, die Nachteile der beiden Systeme unter Beibehaltung der Vorteile jedes Systems zu überwinden.
Sie betrifft speziell ein Windrad mit axialer Beaufschlagung, radialem Auslaß, und Schaufeln veränderlicher Geometrie, mit einer Einlaßströmung, einem Deflektor, welcher eine Antriebsströmung erzeugt, Schaufeln, einem Sockel, welcher mit der aus dem Deflektor und den Schaufeln bestehenden Einheit fest verbunden ist und die Schaufeln bedeckt, um eine Kanalisierung der Leckströme zu bewirken, wobei jede Schaufel aus einem nicht verformbaren Abschnitt besteht, der am Sockel als mechanischer Schutz der Schaufeln befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht verformbare Abschnitt fest mit dem Deflektor verbunden und zur Peripherie des Windrades hin am Sockel durch einen beglichen und auf diesem Sockel verformbaren Flügel verlängert ist, um eine Regelung der Geschwindigkeit des Windrades zu ermöglichen.
Das Verständnis der Erfindung wird durch die nachfolgenden Erläuterungen und beigefügten Figuren erleichtert.
Die Fig. 1 und 2 stellen den Stand der Technik dar; und
Fig. 3 stellt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Elements eines Windrades gemäß der Erfindung dar.
Wie Fig. 3 zeigt, und gemäß einem Merkmal der Erfindung, weisen die Schaufeln (15) bzw. Flügel des Windrades einen nicht verformbaren Abschnitt (15a) und einen verformbaren Flügel (15b) auf.
Der Abschnitt (15a) ist mit dem Deflektor (13) bzw. einem (in der Figur nicht sichtbaren) Träger fest verbunden, der seinerseits mit dem Deflektor fest verbunden ist. Der Flügel (15b) ist verformbar, wie es die strichpunktierte Linie (x) zeigt, die die geöffnete Stellung eines der Flügel (15b) einer Schaufel (15) darstellt. Der nicht verformbare Abschnitt (15a) und der Flügel (15b) bilden eine Schaufel. Sie sind miteinander durch einen abgerundeten Abschnitt (r) einer Dicke verbunden, die größer als diejenige der Leckränder des Flügels mit aerodynamischem Profil ist.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein Sockel (19) unter allen Schaufeln (15) angebracht und fest mit dem Deflektor (13) verbunden, derart, daß er die Verformung der Flügel (15b) ermöglicht, aber verhindert, daß sich Leckströme ergeben. Die Einlaßströmung (16) wird durch den Deflektor (13) in eine Antriebsströmung (17) der Schaufeln (15) zerteilt, um eine Auslaßströmung (18) ohne die Gefahr einer Leckströmung zu schaffen, die für den Wirkungsgrad des Windrades nachteilig ist, da der Sockel (19) eine Abschirmung bildet.
Die Erfindung erlaubt es also, gleichzeitig zu erreichen - eine Kanalisierung der Strömung (17) zwischen jeder Schaufel (15), die durch den Sockel (19) begrenzt ist; - eine Verformung der Flügel (15b) der Schaufeln (15), die eine Regelung der Umdrehungsgeschwindigkeit bei starker Eingangsströmung bewirkt; - einen Schutz der Schaufeln (15) durch den Sockel (19), der dem Element eine vollkommene Festigkeit gegen axiale Beanspruchungen verleiht.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung übt der Sockel (19) eine zusätzliche Funktion aus. Er übernimmt nämlich die Rolle eines Schwungrades. Man kann seine Dichte und, falls erforderlich, sogar seine Abmessungen anpassen. Das Windrad gemäß der Erfindung kann durch spanendes Bearbeiten und Zusammenbauen der Teile hergestellt werden; es kann aber auch durch Gießen in geeigneten Gußformen erhalten werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Windrad gemäß der Erfindung in die Geschoßspitze eines Projektils integriert.
Dieses Windrad ermöglicht beispielsweise das verzögerte Zünden der pyrotechnischen Kette des Projektils. Die Windturbine gemäß der Erfindung wird in klassischer Weise angebracht.

Claims

1. Windrad mit axialer Beaufschlagung, radialem Auslaß und Schaufeln veränderlicher Geometrie, mit einer Einlaßströmung (16), einem Deflektor (13), welcher eine Antriebsströmung (17) erzeugt, Schaufeln (15), einem Sockel (19), welcher mit der aus dem Deflektor (13) und den Schaufeln (15) bestehenden Einheit fest verbunden ist und die Schaufeln

(15) bedeckt, um eine Kanalisierung der Leckströme zu bewirken, wobei jede Schaufel (15) aus einem nicht verformbaren Abschnitt (15a) besteht, der am Sockel (16) als mechanischer Schutz der Schaufeln (19) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht verformbare Abschnitt (15a) fest mit dem Deflektor (13) verbunden und zur Peripherie des Windrades hin durch einen Flügel (15b) verlängert ist, der beweglich und auf dem Sockel (19) verformbar ist, um eine Regelung der Geschwindigkeit des Windrades zu bewirken.

2. Windrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feststehende Abschnitt (15a) mit dem verformbaren Flügel (15b) durch einen abgerundeten Abschnitt (r) verbunden ist, dessen Dicke zwischen den beiden Abschnitten ihren größten Wert besitzt.

3. Windrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Deflektor (13), den Schaufeln (15) und dem Sockel (16) bestehende Einheit durch Gießen erhalten wird.

4. Projektil, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Geschoßspitze aufweist, die mit einem Windrad gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgerüstet ist.