DE69218622T2

DE69218622T2 - Avanciertes seeboot für hohe geschwindigkeiten in oder über grobe see

Info

Publication number: DE69218622T2
Application number: DE69218622T
Authority: DE
Inventors: Peter Payne
Original assignee: Dynafoils Inc
Current assignee: Dynafoils Inc
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2012-12-19
Also published as: EP0616584A1; AU667336B2; AU673797B2; WO1993012967A1; AU5596296A; DK0616584T3; DE69218622D1; AU5604296A; NO942314L; US5311832A; AU680791B2; AU3249493A; CA2123609A1; US5469801A; TW256811B; EP0616584B1; NO942314D0; JPH07506549A

Description

Sachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf verbesserte Wasserfahrzeuge ("AMV") und insbesondere auf ein Tragflächenfahrzeug und auf ein Flugzeug mit einem sogenannten Flügel-Bodeneffekt ("Wing In Ground" - "WIG"), die dazu in der Lage sind, unter hohen Geschwindigkeiten in oder oberhalb rauhen Wassers betrieben zu werden.

Hintergrund der Erfindung

Dynamisch getragene AMV's können nicht komfortabel unter hohen Geschwindigkeiten in oder oberhalb rauhen Wassers betrieben werden. Beispiele solcher AMV's umfassen Luftkissenfahrzeuge, Schiffe mit Oberflächeneffekt, Flugzeuge mit Flügel-Bodeneffekt ("WIG") und Tragflächenfahrzeuge.
Tragflächenfahrzeuge sind Boote, die typischerweise einen mehr oder weniger herkömmlich ebenen Bootsrumpf besitzen und die eine oder mehrere Strebe(n) besitzen, die sich von unterhalb des Rumpfs in das Wasser erstrecken. Jede vertikale Strebe trägt typischerweise mindestens eine Tragfläche. Wenn das Tragflächenfahrzeug auf eine ausreichende Geschwindigkeit durch das Wasser beschleunigt worden ist, hebt der Auftrieb, der durch die Tragflächen erzeugt ist, den Rumpf oberhalb der Oberfläche des Wassers an, wodurch demzufolge der Widerstand des Rumpfs beseitigt wird.
WIG-Flugzeuge sind im Gegensatz dazu "fliegende Boote", die dazu vorgesehen sind, gerade oberhalb der Kämme zu fahren, um so den gesamten, allerdings sehr gelegentlichen, Wasserkontakt während des Flugs zu vermeiden. Ein WIG-Flugzeug besitzt einen oder mehrere Flügel, die allgemein drei Größenordnungen größer als die Tragflächen eines Tragflächenfahrzeugs sein können. Wenn ein WIG-Flugzeug auf eine ausreichende Geschwindigkeit durch das Wasser beschleunigt wurde, hebt der aerodynamische Auftrieb, der durch diese Flügel erzeugt ist, das Flugzeug gänzlich aus dem Wasser heraus an. Durch Verbleiben nahe zu der Oberfläche des Wassers erfährt das WIG-Flugzeug einen wesentlich geringeren Widerstand als es dies bei höheren Höhen erfahren würde da dessen Widerstand aufgrund eines aerodynamischen Auftriebs nahe der Oberfläche des Wassers viel geringer ist als dies bei höheren Höhen der Fall sein würde.
Tragflächenfahrzeuge werden oftmals dazu verwendet, Personen und Fracht über sich variierende Seebedingungen zu transportieren. Allerdings werden Tragflächenfahrzeuge typischerweise in rauhem Wasser nur bei reduzierten Geschwindigkeiten verwendet, und zwar aufgrund deren nicht komfortablen Bewegungen und aufgrund davon, daß deren Tragflächen gelegentlich gänzlich einen Auftrieb verlieren, was bewirkt, daß deren Rümpfe in das Wasser einschlagen. Ein WIG-Flugzeug ist bis jetzt noch nicht kommerziell gebaut worden.
Um zu bestimmen, wie ein Tragflächenfahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten in rauhen Gewässern betrieben werden könnte, ohne daß dies zu einer nicht komfortablen Fahrt führt, hat man eine "Zeitbereichsanalyse" durchgeführt, bei der die tatsächlichen Kräfte auf ein Fahrzeug unter aufeinanderfolgenden Zeitintervallen berechnet wurde. Aus diesen Berechnungen konnte die Bewegung des Fahrzeugs im Raum bestimmt werden.
Man führte eine Zeitbereichs-Computeranalyse durch, um die detaillierte Form einer zufälligen Seeoberfläche zu rekonstruieren (d.h. die zufälligen Wellenmuster), und zwar als Funktion sowohl der Zeit als auch des Raums. Die realen, zufälligen Seen, die tatsächlich vorgefunden werden, können als die Summe vieler Wellen mit sinusförmiger Komponente betrachtet werden, wobei jede individuelle Komponente ihre eigene, oribtale Geschwindigkeit besitzt. Eine Rekonstruktion einer solchen Zufalls-See wurde unter Verwendung von Wellenkomponenten gleicher Energie im Gegensatz zu Wellenkomponenten gleicher Frequenz in dem Verfahren, das in Princidles of Naval Architecture, Society of Naval and Marine Engineers, Chp. 8 (1990) beschrieben ist, erhalten. Der sich ergebende, zufällige Seegang wurde dahjngehend befunden, daß er statistischen Theorien folgt, die in Cartwright, D.E., und Longuet-Higgins, M.S., "The Statistical Distribution of the Maxima of a Random Function", Proc. Roy. Soc. ,Ser. A, Vol 237, Seiten 212-231 (1956), postuliert sind.
Wenn einmal realistische, zufällige Seen berechnet werden könnten, könnte die Bewegung des Wassers und die Geschwindigkeit unterhalb der Oberfläche des Wassers studiert werden. Während dieser Studie hat man entdeckt, daß die Geschwindigkeit des Wassers in einem Seegang typischerweise dem erwarteten Wert für einen sinusförmigen Wellenzug derselben, durchschnittlichen Wellenhöhe und -länge angenähert werden kann. Allerdings würden sich die individuellen Wellenkomponenten periodisch miteinander kombinieren, so daß die Aggregation der Komponenten zu einer mehr oder weniger vertikalen Geschwindigkeit führen würde, falls dies der Fall für eine einzelne, sinusförmige Welle sein würde.
Man glaubt, daß diese gelegentlich extremen vertikalen Wassergeschwindigkeiten für die nicht komfortablen und manchmal gesundheitsschädlichen Fahrten, denen Tragflächenfahrzeuge in raühem Wasser unterworfen werden, verantwortlich sind, insbesondere wenn die gelegentliche extreme Wassergeschwindigkeit ein "Abwärtsschwall" ist. Wenn sich eine Tragfläche horizontal in dem Wasser bewegt und auf einen solchen Abwärtsschwall auftrifft, ist der Effekt dieses Abwärtsschwalls, von dem Gesichtspunkt der Tragfläche aus betrachtet, derselbe wie dann, wenn die Tragfläche schnell nach oben angehoben werden würde. In jedem Fall bewirkt zusätzlich zu der Reduktion des Anstellwinkels der Tragfläche (der ihre Anhebung reduziert) die "hinzugefügte Masse" des Wassers in der Nähe der Tragfläche eine große, zusätzliche, nach unten wirkende Belastung auf die Tragfläche.
Das Konzept einer "hinzugefügten Masse" ist für Hydrodynamik-Fachleute die letzten zwei Jahrhunderte bekannt gewesen, wird allerdings nicht durch die meisten Ingenieure gut verstanden. Man hat das Phänomen in einem gewissen Detail in dem ersten und dem zweiten Kapitel des Buchs des Erfinder "Design of High Speed Boats: Volume 1, Planing", veröffentlicht durch Fishergate, Inc., 2521 Riva Road, Annapolis, MD 21401, beschrieben.
Grob gesagt verschiebt ein untergetauchter Körper (wie beispielsweise eine Tragfläche), der sich durch das Wasser bewegt, das Wasser lokal durch seinen Durchgang. Das Wasser wird zur Seite bewegt, wenn sich die Tragfläche hindurchdrückt, und kehrt dann mehr oder weniger dorthin zurück, wo es war, nachdem die Tragfläche hindurchgeführt ist. Wenn sich die Tragfläche unter einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, bewirkt diese Bewegung des Wassers in ihrer Nähe nicht irgendeinen Widerstand auf die Bewegung der Tragfläche. Der Widerstand, der existiert, kommt aufgrund der Viskosität des Wassers.
Wenn die Tragfläche allerdings zu höheren Geschwindigkeiten beschleunigt wird, liefert die Bewegung des Wassers zur Seite einen zusätzlichen Widerstand in Bezug auf die Beschleunigung, und so bezeichnet man diesen Effekt als "hinzugefügte Masse". Eine gegebene Antriebskraft bewirkt, daß sich die Tragfläche weniger schnell in Wasser beschleunigt als sie dies in Luft tun würde, und zwar aufgrund dieser hinzugefügten Masse, die drei Größenordnungen größer in Wasser als in Luft ist, und zwar aufgrund der viel größeren Dichte des Wassers. Umgekehrt ist die hydrodynamische Kraft, die auf eine Tragfläche ausgeübt wird, wenn sich das Wasser beschleunigt, größer als ihr Widerstand unter konstanter Geschwindigkeit.
Grob gesagt ist die "hinzugefügte Masse" eines Körpers mit einem großen Längenverhältnis ähnlich einer Tragfläche gleich zu der Masse des Wassers in einem kreisförmigen Zylinder, dessen Länge gleich zu der Spannweite der Tragfläche ist und dessen Durchmesser gleich zu der Dicke der Tragfläche oder der Breite gemessen unter rechtem Winkel zu ihrer Bewegungsrichtung ist. Demzufolge wird, wenn eine Tragfläche eine Spannweite von 3,05 m (10 Fuß), eine Sehne von 1,22 m (vier Fuß) und eine Dicke von 0,091 m (0,3 Fuß) besitzt, ihre hinzugefügte Masse für eine Bewegung parallel zu ihrer Sehne ungefähr sein:
[[0,91m (0,3)/2]² π x 3.05 m (10 ft)] x 1031 kgm&supmin;³ (2 slugs ft&supmin;³) = 20,5 kg (1,41 slugs = 45,5 pounds) = (Volumen des Zylinders) x (Massedichte des Wassers)
Wenn andererseits seine Bewegung unter rechten Winkeln zu der Sehne verläuft, wird die hinzugefügte Masse ungefähr sein:
[[1,22 m (4ft)/2]² π x 3,05 m (10 ft)] x 1031 kgm&supmin;³ (2 slugs ft&supmin;³) = 3676 kg (251,3 slugs = 8088 pounds)
Demzufolge hat, obwohl die "hinzugefügte Masse" nicht für eine normale Bewegung einer Tragfläche grob parallel zu ihrer Sehne wichtig ist, sie einen sehr starken Effekt auf irgendeine vertikale Bewegung, die dieser im wesentlichen horizontalen Bewegung überlagert wird. Die hinzugefügte Masse tritt einer nach oben und nach unten gerichteten Beschleunigung der Tragfläche entgegen. Umgekehrt wird, wenn sich das Wasser vertikal mit 3,05 m (10 Fuß) pro Sekunde mal Sekunde beschleunigt (m(ft)/sec²), die vertikale Kraft auf die Tragfläche, aufgrund der "hinzugefügten Masse" alleine, etwa
3676 kg (251,3 slugs) x 3,05 m/sec² (10 ft/sec²) = 11212N (2512 pounds) (Masse) x (Beschleunigung) = (Kraft)
Es ist anzumerken, daß dieser Effekt nichts mit dem Anstell- bzw. Anströmwinkel der Tragfläche zu der relativen Strömung des Wassers zu tun hat, so daß er nicht wesentlich durch Änderung des Winkels der Tragfläche zu der Strömung beeinflußt wird. Demgemäß ist, wenn ein Tragflächenfahrzeug auf einen Abwärtsschwall auftrifft und versucht, diesen Abwärtsschwall durch Änderung des Anströmwinkels dieser Tragflächen zu kompensieren, um einen Auftrieb zu erhöhen, diese Kompensation selbst nicht ausreichend, den im wesentlichen nach unten gerichteten Impuls aufgrund der hinzugefügten Masse des Wassers zu überwinden. Anders ausgedrückt verhindert eine bloße Änderung des Anstell- bzw. Anströmwinkels der Tragfläche nicht, daß ein Abwärtsschwall von Wasser die Tragfläche weiter unter die Oberfläche des Wassers drückt, als dies zuvor der Fall war, um dem Abwärtsschwall zu begegnen. Wenn die Tragfläche an einer herkömmlichen, vertikalen Strebe, die steif ist, befestigt wird, wird der Abwärtsschwall des Wassers notwendigerweise den Rumpf des Tragflächenfahrzeugs ebenso wie die Tragfläche erniedrigen. Wenn der Abwärtsschwall an Wasser ausreichend groß ist, kann der Rumpf des Fahrzeugs genug erniedrigt werden, so daß der Rumpf auf die Oberfläche des Wassers aufschlagen ("hineinbohren") wird, was unkomfortabel und gelegentlich gefährlich ist. Eine Anzahl Unfälle sind beim kommerziellen Betrieb von Tragflächenfahrzeugen aufgrund dieses Effekts verursacht worden.
Die US-Patente Nr.'n 3,417,722 (O'Neill), 2,771,051 (Von Schertel) und 3,141,437 (Bush, et al) sind Beispiele früherer Bemühungen, die bei dem Versuch unternommen wurden, ein Tragflächenfahrzeug zu bilden, das bei höheren Geschwindigkeiten in rauhem Wasser betrieben werden kann. Allerdings versuchten diese drei Patente dieses Problem lediglich durch Ändern des Anstellwinkels der Tragfläche zu lösen, um irgendwelche Änderungen in der orbitalen Geschwindigkeit der Wellen zu kompensieren. Wie es zuvor angedeutet ist, waren diese Versuche nicht erfolgreich, da sie nicht den Effekt der "hinzugefügten Masse" des sich vertikal bewegenden Wassers berücksichtigten. Weiterhin verursacht eine bloße "Änderung des [Anstellwinkels bzw. Einfallwinkels der Tragfläche] bei einem Versuch, einen im wesentlichen konstanten Winkel eines Eintretens in Wellen beizubehalten, einen sich selbst entgegenwirkenden Prozeß, wobei, aufgrund der ihm inhärenten Nachteile des gesamten Systems, dies zu einer praktischen Unmöglichkeit wird. Ellsworth, W., "Hydrofoil Development - Issues and Answers", A1AA/SNAME Advanced Marine Vehicle Conference, Paper No. 74-306 (1974).
Die US-Patente Nr.'n 3,456, 611 (Johnson) und 2,930,338 (Flomenhoft) versuchten auch, ein sanft fahrendes Tragflächenfahrzeug durch Befestigen von Federn oder Zylindem an den vertikalen Streben der Tragflächen zu erzielen. Allerdings wendet sich keines dieser Patente dem Problem zu, das durch den Effket der hinzugefügten Masse hervorgerufen wird. Johnson setzt die vertikalen Streben als "Ausgleichseinrichtungen" (um das Fahrzeug zu stabilisieren) und Stoßdämpfer ein, während Flomenhoft diese Streben für eine "bessere Dämpfung" verwendet. Demzufolge hat es sich als extrem schwierig herausgestellt, ein Tragflächenfahrzeug aufzubauen, das den Effekt der "hinzugefügten Masse " des Wassers kompensieren kann, um ihm zu ermöglichen, bei hohen Geschwindigkeiten in rauhem Wasser betrieben zu werden.
In Bezug auf ein WIG-Flugzeug sind die orbitalen Wassergeschwindigkeiten unwichtig, da diese Flugzeuge nicht in Wasserkontakt stehen. Allerdings werden WIG-Flugzeuge noch vielen Änderungen in dem Auftrieb deren Fiigel unterworfen. Wenn ein Wellenkamm unter einem Flügel hindurchführt, bewirkt die Nähe des Kamms, daß sich der Flügelauftrieb (unter konstanter Geschwindigkeit und Nickwinkel) erhöht, und das darauffolgende Tal bewirkt, daß sich der Auftrieb erniedrigt. Weiterhin folgen irgendwelche Front- oder nachfolgende Winde den Konturen der Wellen, und zwar sich nach oben zu jedem Kamm und nach unten zu jedem Tal bewegend. Wenn der Wind stark bläst, können die vertikalen Komponenten dessen Geschwindigkeit auch eine Erhöhung oder eine Erniedrigung des Auftriebs bewirken.
Zum Beispiel erfährt ein WIG-Flugzeug, das unter einer Geschwindigkeit von 926 kmh&supmin;¹ (500 Knoten) über Wasser fliegt, das eine Wellenlänge von 61 m (200 Fuß) besitzt, eine vertikale Vibration bei etwa
926 kmh&supmin;¹(500 Knoten) x 0,278 (1,687) / 61 m (200 ft) = 4,2 Hertz
Es ist klar, daß eine vertikale Vibration bei dieser Frequenz nicht nur durch Änderung des Flügelanstellwinkels oder durch zyklisches Bewegen der Klappen der nachlaufenden Kante minimiert werden kann, um die Antriebsvibrationen zu glätten. Siehe allgemein Ellsworth, W., "Hydrofoil Development - Inssues and Answers", A1AA/SNAME Advanced Marine Vehide Conference, Paper No. 74-306 (1974). Demzufolge werden WIG- Flugzeuge, ähnlich einem Tragflächenfahrzeug, rauhen Fahrten aufgrund der Änderungen in dem Auftrieb unterworfen, der durch die Nähe der Oberfläche der See und durch Front- oder nachfolgende Winde bewirkt wird.
Demgemäß ist ein Erfordernis nach dem Stand der Technik für ein Tragflächenfahrzeug vorhanden, das zufällige Aufwärtsschwälle und Abwärtsschwälle der Wassergeschwindigkeit um deren Tragflächen herum kompensieren kann und das einen ungefähr konstanten Auftrieb beibehalten kann, so daß der Rumpf oberhalb der Tragflächen sanft unter hohen Geschwindigkeiten in rau hem Wasser fahren kann. Weiterhin verbleibt ein Erfordernis im Stand der Technik nach einem WIG-Flugzeug, das die zufälligen Änderungen in dem Auftrieb seiner Flügel kompensieren kann, so daß das Flugzeug komfortabel gerade oberhalb der Wasseroberfläche fliegen kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug geschaffen, das einen Hauptgehäuseabschnitt, mindestens einen Tragarm, der sich von dem Hauptgehäuseabschnitt aus erstreckt; eine Einrichtung zum Verbinden des Tragarms an oder nahe dem Hauptgehäuseabschnitt; mindestens einen einen Auftrieb erzeugenden Abschnitt, der an dem Tragarm befestigt ist; und eine Einrichtung zum Ermöglichen, daß sich der Tragarm und der den Auftrieb erzeugende Abschnitt in Übereinstimmung mit den Änderungen der vertikalen Geschwindigkeit eines Fluids bewegen, das um den den Auftrieb erzeugenden Abschnitt herum vorhanden ist, um so dem Fahrzeug zu ermöglichen, einen ungefähr konstanten Auftrieb beizubehalten, aufweist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Tragflächenfahrzeug geschaffen, das einen Rumpf, der eine Längsmittelebene besitzt, einen Tragarm, der steif an dem Rumpf befestigt ist und sich von dem Rumpf in das Wasser erstreckt; und eine Tragfläche, die an dem Tragarm befestigt ist und sich quer in Bezug auf die Mittelebene erstreckt, wobei der Tragarm ausreichend flexibel ist, um dem Tragarm und der Tragfläche zu ermöglichen, sich in Bezug auf den Rumpf parallel zu der Mittelebene in Übereinstimmung mit den Aufwärtsschwällen und Abwärtsschwällen des Wassers, das um die Tragfläche herum vorhanden ist, durch Neigen des Tragarms in Bezug auf den Rumpf zu bewegen, so daß der Rumpf eine ungefähr konstante Anhebung oberhalb des Wassers beibehält, aufweist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Tragflächenfahrzeug geschaffen, das einen Rumpf, der eine Längsmittelebene besitzt; einen Tragarm, der sich von dem Rumpf in das Wasser erstreckt, und einen ersten Bereich, der mit dem Rumpf verbunden ist, einen zweiten Bereich, der mit ersten Bereich für eine Hin- und Herbewegung in Bezug auf den ersten Bereich gekoppelt ist, und eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des zweiten Bereichs in einer Richtung von dem ersten Bereich weg; eine Tragfläche, die sich quer in Bezug auf die Mittelebene erstreckt und einen ersten Schwenkpunkt und einen zweiten Schwenkpunkt besitzt, wobei der zweite Schwenkpunkt schwenkbar mit dem zweiten Bereich des Tragarms verbunden ist, so daß sich ein Anstellwinkel der Tragfläche variiert, wenn sich der zweite Bereich hin- und herbewegt; und eine Verbindung, die ein erstes Ende, das schwenkbar auf dem ersten Bereich des Tragarms befestigt ist, und ein zweites Ende besitzt, das schwenkbar auf dem ersten Schwenkpunkt der Tragfläche befestigt ist, aufweist.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Tragflächenfahrzeug geschaffen das einen Rumpf, der eine Längsmittelebene besitzt; eine erste Tragfläche und eine zweite Tragfläche, die sich jeweils quer in Bezug auf die Mittelebene erstrecken; einen ersten Tragarm, der zwischen dem Rumpf und der ersten Tragfläche verbunden ist; und einen zweiten Tragarm, der zwischen dem Rumpf und der zweiten Tragfläche zum Tragen der zweiten Tragfläche in Kontakt mit einem Körper aus Wasser verbunden ist, so daß die zweite Tragfläche einen Auftrieb erzeugt, aufweist, wobei der erste Tragarm unabhängig von dem zweiten Tragarms bewegbar ist, während sich der Rumpf bewegt und oberhalb der Oberfläche des Körpers aus Wasser angehoben wird, und zwar durch Schwenken um eine Achse, die sich in einer Querrichtung des Rumpfs erstreckt, und zwar zwischen einer erniedrigten Position, in der die erste Tragfläche mit der zweiten Tragfläche verschachtelt oder tandemartigen angeordnet ist und sich in Kontakt mit dem Körper aus Wasser befindet, um so einen Auftrieb zu erzeugen, und eine angehobene Position, in der die erste Tragfläche oberhalb der Wasseroberfläche angehoben wird und die zweite Tragfläche den Körper aus Wasser berührt.
Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Tragflächenfahrzeugs geschaffen, das ein Tragen eines sich bewegenden Rumpfs oberhalb einer Wasseroberfläche durch eine erste Tragfläche und eine zweite Tragfläche, die ineinander verschachtelt oder tandemartig zueinander angeordnet sind, wenn die Geschwindigkeit des Rumpfs in einem ersten Geschwindigkeitsbereich liegt; und Anheben der ersten Tragfläche oberhalb der Wasseroberfläche durch Schwenken eines Tragarms für die erste Tragfläche oberhalb einer Achse quer zu dem Rumpf und Tragen des Rumpfs mit der zweiten Tragfläche, wenn die Geschwindigkeit in einem zweiten Geschwind igkeitsbereich höher als der erste Geschwind igkeitsbereich liegt, aufweist.
Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung wird ein Tragflächenfahrzeug geschaffen, das einen Rumpf; eine vordere Strebe, die sich nach unten von dem Rumpf erstreckt; eine vordere Tragfläche, die mit der vorderen Strebe unterhalb des Rumpfs verbunden ist; eine erste, achterliche Strebe, die sich nach unten von dem Rumpf achterlich einer vorderen Strebe erstreckt; eine erste, achterliche Tragfläche, die mit der ersten, achterlichen Strebe unterhalb des Rumpf verbunden ist; und eine Strebensteuereinrichtung zum steuerbaren Gieren der ersten, achterlichen Strebe und zum steuerbaren Variieren einer Neigung der ersten, achterlichen Strebe um eine Achse, die sich quer in Bezug auf den Rumpf erstreckt, vorgesehen ist.
Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung wird eintragflächenfahrzeug geschaffen, das einen Rumpf; einen Tragarm, der sich diagonal nach hinten von dem Rumpf erstreckt und ein erstes Ende, das schwenkbar mit dem Rumpf verbunden ist, und ein zweites Ende besitzt; eine Tragfläche aufweist, die mit dem zweiten Ende des Tragarms verbunden ist und durch den Tragarm in einer Art und Weise getragen ist, die der Tragfläche ermöglicht, sich in Übereinstimmung mit Aufwärtsschwällen und Abwärtsschwällen des Wassers, das die Tragflächen umgibt, zu bewegen, wobei der Tragarm so geformt ist, um einen Durchgangsweg für atmosphärische Luft zu schaffen, um eine obere Oberfläche der Tragfläche zu ventilieren, wenn die Tragfläche untergetaucht ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine teilweise schematische Seitenaufrißansicht, die das besondere Tragflächenfahrzeug der vorliegenden Erfindung mit Einrichtungen darstellt, um zu ermöglichen, daß sich die Tragflächen in Übereinstimmung mit den Aufwärtsschwällen und Abwärtsschwällen der Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen herum bewegen.
Figur 2 zeigt eine bodenseitige Draufsicht, die das besondere Tragflächenfahrzeug der vorliegenden Erfindung darstellt.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht, die die Art und Weise darstellt, in der Tragarme winkelmäßig nach unten von dem Rumpf des Tragflächenfahrzeugs erstrecken, um sich in Übereinstimmung mit den Aufwärtsschwällen und Abwärtsschwällen der Wasserge- schwindigkeit um die Tragflächen herum zu bewegen.
Figur 4 zeigt eine schematische Ansicht, die die Art und Weise darstellt, in der sich Tragarme, die sich vertikal nach unten erstrecken, in Übereinstimmung mit den Änderungen in der Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen herum bewegen.
Figur 5 zeigt eine schematische Ansicht, die die Art und Weise darstellt, in der sich flexible Tragarme in Übereinstimmung mit den Änderungen der Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen herum bewegen.
Figur 6 zeigt eine Seitenaufrißansicht, die eine Tragfläche mit einer gelenkig verbundenen Klappe darstellt.
Figur 7 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine kopfgesteuerte Tandemflächenanordnung darstellt, die durch die vordere Fläche stabilisiert wird.
Figur 8 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Tandemflächenanordnung darstellt, die durch die achterliche Fläche stabilisiert wird.
Figur 9 zeigt eine perspektivische Ansicht, die beide Flächen eines Dualflächensystems darstellt, das dazu verwendet werden kann, einen Flächenwiderstand bei hohen Geschwindigkeiten, beide in einer nach unten gerichteten Position, zu reduzieren.
Figur 10 zeigt eine perspektivische Ansicht, die ein Dualflächensystem darstellt, das dazu verwendet werden kann, den Flächenwiderstand in dem Wasser durch Anheben einer der Flächen aus dem Wasser zu reduzieren.
Figur 11 zeigt eine Seitenaufrißansicht, die die Art und Weise darstellt, in der der Anstell- bzw. Eintrittswinkel dargestellt wird, unter dem die Flächen, die an elastischen Tragarmen befestigt sind, die sich vertikal nach unten von dem Rumpf des Tragflächenfahrzeugs erstrecken, die auf anströmendes Wasser auftreffen, durch die Verwendung einer gelenkigen Verbindung eingestellt werden können.
Figur 12 zeigt eine perspektivische Aufsicht einer Ausführungsform der Erfindung, die eine Anwendung der Erfindung darstellt.
Figur 13 zeigt eine Seitenaufrißansicht der Anwendung der Figur 12.
Figur 14 zeigt eine bodenseitige, perspektivische Ansicht der Anwendung der Figur 12.
Figur 15 zeigt eine hintere Aufrißansicht eines Bereichs der Figur 12.
Figuren 16a und 16b zeigen Seitenaufrißansichten, die das besondere WIG-Flugzeug der vorliegenden Erfindung mit Einrichtungen darstellen, um zu ermöglichen, daß sich die Flügel in Übereinstimmung mit den Änderungen der vertikalen Geschwindigkeit um die Flügel herum bewegen, wobei die Einrichtung, die eine Bewegung ermöglicht, ein Stoßstreben/Tragarm/Flügelsystem ist.
Figuren 17a und 17b zeigen Seitenaufrißansichten, die das besondere WIG-Flugzeug der vorliegenden Erfindung mit Einrichtungen darstellen, um zu ermöglichen, daß sich die Flügel in Übereinstimmung mit den Änderungen in der vertikalen Geschwindigkeit um die Flügel herum bewegen, wobei die Einrichtung, die eine Bewegung ermöglicht, ein flexibler Tragarm ist.
Figuren 18a und 18b zeigen Seitenaufrißansichten, die das besondere WIG-Flugzeug der vorliegenden Erfindung mit Einrichtungen darstellen, um zu ermöglichen, daß sich die Flügel in Übereinstimmung mit den Änderungen in der vertikalen Geschwindigkeit um die Flügel herum bewegen, wobei die Einrichtung, die eine Bewegung ermöglicht, ein vertikaler Tragarm ist, der sich in seiner Art teleskopisch verschiebt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Ein besonderes Tragflächenfahrzeug 10 ist zum Betrieb bei hohen Geschwindigkeiten in rauhem Wasser geeignet. Das Tragflächenfahrzeug 10 besitzt zumindest einen Rumpf 12 einer erwünschten Konfiguration. Vorzugsweise besitzt der Rumpf 12 eine Konfiguration, die dem Rumpf 12 ermöglicht, durch die höheren Wellen einer rauhen See hindurch zu schneiden, ohne große Beschleunigungen zu erfahren. Ein Beispiel einer solchen Rumpfkonfiguration ist in dem früheren US-Patent Nr. 3,763,810 des Erfinder, das hier unter Bezug darauf eingeschlossen wird, offenbart.
Bei der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Tragarm 16 an dem Rumpf 12, vorzugweise an dem oder nahe dem Boden, befestigt. Der Tragarm 16 ist so befestigt, daß er sich nach unten von der Ebene des Bodens des Rumpfs 12 in das Wasser erstreckt. Vorzugsweise erstreckt sich der Tragarm 16 winkelmäßig von dem Rumpf 12 nach unten in das Wasser hinein, wie dies in der Ausführungsform der Figur 3 dargestellt ist. Allerdings kann sich der Tragarm 16 aüch vertikal nach unten von dem Rumpf 12 in das Wasser erstrecken, wie dies in Figur 4 dargstellt ist, wobei die vertikale Bewegung durch einen federvorgespannten, sich teleskopartig verschiebenden Mechanismus erhalten wird. Die Figuren 1 und 2 stellen zwei Tragarme 16 dar, die an dem Rumpf 12 befestigt sind: ein Tragarm 16a, der zu der Rückseite des Rumpfs 12 hin angeordnet ist und ein anderer Tragarm 16b, der zu dem vorderen Bereich des Rumpfs 12 hin angeordnet ist. Die Figuren 9, 12, 13 und 14 stellen einen gelenkig verbundenen Tragarm dar, wobei die achterlichen Flächen steif sind.
Jeder Tragarm 16 ist an oder nahe dem Boden des Rumpfs 12 an einem Befestigungsoder Verbindungspunkt 18 befestigt. Die Befestigung dieses Tragarms 16 an oder nahe dem Boden des Rumpfs 12 kann entweder schwenkbar oder steif sein. Dort, wo der Befestigungs- oder Verbindungspunkt 18 steif ist, kann jeder Tragarm 16 mindestens teilweise flexibel sein: das bedeutet, jeder Tragarm 16 kann entweder gleichförmig flexibel derart sein, daß sich der Tragarm 16 über seine gesamte Länge biegt, oder kann teilweise flexibel sein (z.B. kann der Tragarm 16 steif sein mit Ausnahme nahe der Befestigung oder der Verbindung 18, wo die Tragarme 16 dünner sind, um so zu ermöglichen, daß sich der Tragarm 16 nur an diesem dünnen Abschnitt biegt), wie dies in Figur 5 dargestellt ist. Diese flexiblen Tragarme können aus irgendwelchem starken, elastischen Material, wie beispielsweise Glasfasern oder Stahl, hergestellt sein.
Weiterhin muß sich dort, wo die Befestigung oder Verbindung 18 steif ist und jeder Tragarm 16 zumindest teilweise flexibel ist, jeder Tragarm 16 vertikal nach unten von dem Rumpf 12 des Tragflächenfahrzeugs 10 erstrecken und muß in seiner Art teleskopartig sein, wie dies in den Figuren 4 und 6 dargestellt ist. Diese sich teleskopartig verschiebenden Tragarme 16 sind Zylinder, die sich nach oben und nach unten in Abhängigkeit der Änderungen der lokalen Wassergeschwindigkeit um die Flächen 20 herum bewegen. Die sich teleskopartig verschiebende Art dieser Tragarme 16 ermöglicht den Flächen 20, sich in Übereinstimmung mit den lokalen Änderungen in der Wassergeschwindigkeit zu bewegen, während dem Rumpf 12 der Tragfläche 10 ermöglicht wird, einen Weg einer ungefähr konstanten Anhebung oberhalb des Wassers zu nehmen.
Im Gegensatz darzu ist dort, wo die Befestigung oder Verbindung 18 schwenkbar ist, jeder Tragarm 16 vorzugsweise steif, obwohl jeder Tragarm 16 mindestens teilweise in der Art und Weise flexibel sein kann, wie dies zuvor beschrieben ist. Weiterhin kann die schwenkbare Befestigung durch irgendeine Art und Weise, die nach dem Stand der Technik bekannt ist, erfolgen.
Jeder Tragarm 16 ist auch an einer Tragfläche 20 befestigt. In Ausführungsformen, wo zwei Tragarme 16 an dem Rumpf 12 befestigt sind, ist es bevorzugt, daß man eine Haupttragfläche 20a hat, die das meiste der Stützung bzw. des Auftriebs des Rumpfs liefert, während die Tragfläche schwebend ist, die an dem Tragarm 16a befestigt ist, der nahe dem Längsschwerpunkt c.g. des Rumpfs 12 angeordnet ist, während eine kleinere Tragfläche 20b an dem Tragarm 16b befestigt ist, der unter einer Vorwärts- oder achterlichen Position des Rumpfs 12 angeordnet ist.
Wie in Figur 3 dargestellt ist, ist die Tragfläche 20 nahe der Oberfläche des Wassers während des Betriebs des Tragflächenfahrzeugs 10 angeordnet. Die Tragfläche 20 erzeugt den Auftrieb, der dazu notwendig ist, den Rumpf 12 des Boots oberhalb der Wasseroberfläche anzuheben. Wie es nach dem Stand der Technik ausreichend bekannt ist, erzeugen Tragflächen die notwendige Anhebung durch den Anstellwinkel, unter dem die Tragflächen auf das sich nähernde Wasser auftreffen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Tragflächen 20 die Anhebung erzeugen, die notwendig ist, den Rumpf 12 des Tragflächenfahrzeugs oberhalb der Wasseroberfläche anzuheben, indem der Ansteliwinkel, unter dem die Tragflächen 20 auf das sich näherende Wasser auftreffen, in einer Anzahl von Arten und Weisen eingestellt sind, einschließlich, allerdings nicht darauf beschränkt, Einsetzen einer Tragfläche 30 (Figur 6) mit gelenkig verbundener Klappe oder einer Tandemtragfläche 40 (Figur 7) oder 50 (Figur 8). Figur 6 stellt eine Tragfläche 30 mit einer gelenkig verbundenen Klappe dar. Die Tragfläche 30 besitzt einen Hauptbereich 32 der Tragfläche 30, die fest an dem Tragarm 16 befestigt ist. Eine hintere Klappe 34 ist schwenkbar an dem Hauptbereich 32 der Tragfläche 30 durch irgendeine Einrichtung, die nach dem Stand der Technik bekannt ist, befestigt, vorzugsweise ein Gelenk an einer Schwenkbefestigungs- oder Verbindungsstelle 36.
Wenn die Tragfläche 30 an der Schwallaufwärtsseite oder -abwärtsseite einer vertikalen Wassergeschwindigkeit auftrifft, schwenkt sich die hintere Klappe 34 und ändert ihre Orientierung so, daß der effektive Anstellwinkel, unter dem die Tragfläche 30 auf das sich nähernde Wasser auftrifft, eingestellt wird.
Figur 7 stellt eine Tandem-Tragflächenanordnung 40 dar, die durch die vordere Tragfläche 46 stabilisiert wird. Die Tandem-Tragflächenanordnung 40 besitzt eine achterliche Tragfläche 42, die an einer Verbindungsstruktur 44 befestigt ist, und eine vordere Tragfläche 46, die auch an der Verbindungsstruktur 44 befestigt ist. Die Tandem-Tragflächenanordnung 40 ist schwenkbar an dem Tragarm 16 mittels Einrichtungen, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, befestigt, vorzugsweise durch ein Einstellgelenk an einer schwenkbaren Befestigungs- oder Verbindungsstelle 48. Wenn die Tandem- Tragflächenanordnung 40 auf eine Änderung in der vertikalen Wassergeschwindigkeit auftrifft, ist der Winkel, unter dem die vordere Tragfläche 46 auf das sich nähernde Wasser auftrifft, größer als der Winkel, unter dem die achterliche Tragfläche 42 auf das sich nähernde Wasser auftrifft, und die Folge davon ist diejenige, daß der Auftrieb, der durch die vordere Tragfläche 46 erzeugt wird, die Tandem-Tragflächenanordnung 40 zu ihrem ursprünglichen Anstellwinkel zu einer neuen, relativen Wasserströmungsrichtung zurückführt.
Figur 8 stellt eine Tandem-Tragflächenanordnung 50 dar, die durch eine achterliche Tragfläche 56 stabilisiert wird. Die Tandem-Tragflächenanordnung 50 besitzt eine vordere Tragfläche 52, die schwenkbar an dem Tragarm 16 an einer Befestigungs- oder Verbindungsstelle 58 durch irgendeine Einrichtung, die nach dem Stand der Technik bekannt ist, vorzugsweise ein Einstellgelenk, befestigt ist. Die vordere Tragfläche 52 ist an einer Verbindungsstruktur 54 befestigt, die wiederum an der achterlichen Tragfläche 56 befestigt ist. Diese achterliche Tragfläche 56 wirkt in derselben Art und Weise wie die vordere Tragfläche 46 der Tandem-Tragflächenanordnung 40; das bedeutet, wenn die Tandem-Tragflächenanordnung 50 eine Änderung in einer vertikalen Wassergeschwindigkeit erfährt, stellt der Auftrieb, der durch die achterliche Tragfläche 56 hervorgerufen ist, die Tandem-Tragflächenanordnung 50 zu ihrem ursprünglichen Anstellwinkel zu der neuen, relativen Wasserströmungsrichtung zurück.
Wenn der Rumpf 12 eine sehr schmale Konfiguration besitzt, sind die Tragflächen 20 vorzugsweise kleiner als die Tragflächen, die bei einem herkömmlichen Tragflächenfahrzeug vorgefunden werden. Diese kleineren Tragflächen können in Kombination mit dem schmaleren Rumpf verwendet werden, da der schmalere Rumpf in einem nominalen Kontakt mit dem Wasser bis zu einer höheren Geschwindigkeit vor einem "Abheben" verbleibt, als es mit herkömmlichen Rümpfen mögich ist. Dieses Phänomen erhöht die Reiseeffektivität der Tragfläche, da die Tragflächen kleiner gestaltet werden können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Tragarme 16 (Figur 3), die sich winkelmäßig nach unten von dem Rumpf 12 in das Wasser erstrecken und die nicht zumindest teilweise flexibel sind, in einer nach unten gerichteten, winkelmäßigen Position durch Stoßstreben 22 gehalten, die mit den Tragarmen 16 durch eine Schwenkverbindung 26 verbunden sind und an oder nahe dem Boden des Rumpfs 12 durch eine Schwenkbefestigung oder -verbindung 24 mittels irgendwelcher Einrichtungen, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, verbunden sind, wie dies in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist. Diese Stoßstreben 22 liefern eine Einrichtung, die den Tragarmen 16 und den Tragflächen 20 ermöglicht, sich in Übereinstimmung mit den Änderungen in der Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen 20 herum zu bewegen. Geeignete Stoßstreben 22 umfassen, sind allerdings nicht darauf beschränkt, mechanische Kompressionsfedern, hydraulische Zylinder und pneumatische Zylinder, Wenn Zylinder als Stoßstreben 22 verwendet werden, werden typischerweise Akkumulatoren in Übereinstimmung mit den Zylindern verwendet, um die Federrate oder die Änderung ihrer Charakteristika zu reduzieren, wie dies nach dem Stand der Technik bekannt ist.
Wie in Figur 3 dargestellt ist, ermöglichen die Stoßstreben 22 den Tragarmen 16, und demzufolge den Tragflächen 20, sich in Übereinstimmung mit den Änderungen in der vertikalen Wassergeschwindigkeit (Aufwärtsschwälle und Abwärtsschwälle) in den Wellen, die um die Tragflächen herum vorhanden sind, zu bewegen. Wenn die Wassergeschwindigkeit um die Tragfläche 20 herum lokal nach unten geht (Abwärtsschwälle), wie dies der Fall von 20 (c) ist, wird der Auftrieb der Tragfläche reduziert und die Stoßstreben 22 zwingen die Tragfläche 20 dazu, sich in Übereinstimmung mit dem Wasser zu bewegen und mit ihr augenblicklich nach unten zu gehen. Andererseits wird dort, wo die Wassergeschwindigkeit lokal nach oben geht (Aufwärtsschwall), wie dies der Fall von 20 (a) ist, der Auftrieb der Tragfläche erhöht und die Stoßstrebe 22 ermöglicht der Tragfläche 20, nach oben zusammen mit ihr augenblicklich zu gehen. Demzufolge ermöglichen die Stoßstreben 22 den Tragflächen 20, sich immer augenblicklich in Abhängigkeit dieser lokalen Aufwärtsschwälle und Abwärtsschwälle der Wassergeschwindigkeit zu bewegen. Da die Tragarme 16 schwenkbar und nicht steif an dem Rumpf 12 befestigt sind, beeinflußt diese augenblickliche Tragflächenbewegung nicht die Bewegung des Bootsrumpfs 12: die Tragflächen 20 bewegen sich unabhängig von dem Rumpf 12 des Boots.
Demgemäß ermöglicht dieser Tragarm- 16/ Stoßstreben- 22/Tragflächen- 20 Aufbau dem Rumpf 12 des Boots, einen Weg von ungefähr konstanter Anhebung oberhalb der Wasseroberfläche zu führen, während sich die Tragflächen 20 in Übereinstimmung mit den lokalen Aufwärtsschwällen oder Abwärtsschwällen der Wassergeschwindigkeiten bewegen, was demzufolge dem Rumpf 12 des Boots ermöglicht, eine sanfte Fahrt in rauhem Wasser durchzuführen.
Weiterhin erlaubt das Tragarm- 161 Stoßstreben- 22/Tragflächen- 20 System eine andere Art und Weise, in der die Größe der Haupttragfläche 20a bei höheren Geschwindigkeiten reduziert werden kann, um demzufolge den Widerstand des Tragflächenfahrzeugs 10 bei hohen Geschwindigkeiten zu reduzieren. Wie in Figur 9 dargestellt ist, können zwei "Haupttragflächen" unten in dem Wasser bei niedrigen Geschwindigkeiten sein: eine große Tragfläche 20 für einen Betrieb bei niedriger Geschwindigkeit und eine kleine Tragfläche 21 für einen Betrieb bei hoher Geschwindigkeit. Bei niedrigen Geschwindigkeiten können diese Tragflächen ineinander verschachtelt sein oder können in Tandemform vorliegen. Beim Erreichen einer Geschwindigkeit, die für die kleine Tragfläche 21 hoch genug ist, um in der Lage zu sein, das Gewicht des Fahrzeugs 10 selbst zu stützen, wird die große Tragfläche 20 aus dem Wasser heraus angehoben, so daß sie gegen den Boden des Rumpfs 12 ruht, oder nahe zu diesem liegt, und zwar durch Zurückziehen der Stoßstreben 22, die sie zuvor nach unten hielten, wie dies in Figur 10 dargestellt ist. Vorzugsweise ist die große Tragfläche 20 nahe ihrer voranführenden Kante in Bezug auf ihren Tragarm (ihre Tragarme) gelenkig verbunden, so daß die Tragfläche 20 in die relative Wasserströmung zeigt, wenn sie zurückgezogen ist. Das gesamte Gewicht des Rumpfs 12 wird dann durch die Stoßstrebe 22 getragen, die den Tragarm 16 nach unten hält, der an der kleineren Tragfläche 21 befestigt ist.
Zusätzlich zu einer großen Reduzierung des Widerstands des Fahrzeugs 10 bei hohen Geschwindigkeiten ermöglicht dieses Verfahren, daß unterschiedliche Typen von Tragflächen bei niedrigen und hohen Geschwindigkeiten eingesetzt werden. Die Tragfläche für niedrige Geschwindigkeit würde typischerweise eine sektionale Form ähnlich zu derjenigen eines Flugzeugflügels haben, und zwar mit abgerundeten, voranführenden Kanten, wie dies als eine "unterkavitierende Tragfläche" bekannt ist, die effektiv hohe Auftriebskoeffizienten entwickeln kann. Die kleine Tragfläche 21 für hohe Geschwindigkeiten würde andererseits typischerweise von dem "überkavitierenden" Typ sein, der dazu vorgesehen ist, mit einer luftgefüllten Kavität oberhalb seiner oberen Oberfläche zu arbeiten.
Der Tragarm 16, der an der großen Tragfläche 20 befestigt ist, besitzt vorzugsweise herkömmliche Stromlinienabschnitte, z.B. der Tragarm 16 besitzt voranführende und nachlaufende Kanten, die relativ zu der Mitte des Tragarms 16 schmaler sind, so daß atmosphärische Luft nicht ihren Weg nach unten entlang des Tragarms 16 finden kann, um die obere Oberfläche der Tragfläche 20 zu ventilieren und demzufolge deren Anhebung zu reduzieren. Der Tragarm 16, der an der kleinen Tragfläche 21 befestigt ist, besitzt andererseits vorzugsweise abgestumpfte, nachlaufende Kanten, um einen leichten Pfad entlang des Tragarms 16 für die atmosphärische Luft zu schaffen, um die obere Oberfläche der kleinen Tragfläche 21 zu ventilieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Anstellwinkel, unter dem die Tragflächen 20 das sich nähernde Wasser berühren, automatisch so eingestellt, um eine Reduktion in der Anhebung zu minimieren, wenn die Tragflächen 20 auf einen Abwärtsschwall auftreffen, oder ein Erhöhen in der Anhebung zu minimieren, wenn die Tragflächen 20 auf einen Aufwärtsschwall auftreffen. Diese automatische Einstellung kann mittels irgendeiner Einrichtung, die nach dem Stand der Technik bekannt ist, oder die zuvor hier diskutiert ist, ausgeführt werden.
Vorzugsweise wird der Anstellwinkel, unter dem das sich nähernde Wasser die Tragfläche 20 berührt, mittels derselben Einrichtung eingestellt, die die Bewegung der Tragfläche 20 einstellt: das bedeutet, der Anstellwinkel wird durch das Tragarm- 16/ Stoßstreben- 22/ Tragflächen- 20 System eingestellt. Diese simultane Einstellung beider Anstellwinkel, unter denen die Tragfläche 20 auf das sich nähernde Wasser auftrifft, und die Position der Tragfläche 20 in dem Wasser durch Bewegung der Tragarme 16 in Übereinstimmung mit den Änderungen in der vertikalen Wassergeschwindigkeit in den Wellen, die um die Tragfläche 20 herum vorhanden sind, wird bewirkt, daß die Tragfläche 20 steif mit den Tragarmen 16 verbunden ist. Demzufolge geht, wenn das Tragflächenfahrzeug 10 auf einen Abwärtsschwall auftrifft, die Tragfläche 20 mit dem Wasser nach unten, und, da die Tragfläche steif mit den Tragarmen verbunden ist, wird der Ansteliwinkel, unter dem die Tragfläche 20 das Wasser berührt, notwendigerweise so einstellt, um eine Reduktion in der Anhebung zu minimieren. Umgekehrt geht, wenn das Tragflächenfahrzeug 10 auf einen Aufwärtsschwall auftrifft, die Tragfläche 20 mit dem Wasser nach oben und der Anstellwinkel, unter dem die Tragfläche 20 das sich annhähernde Wasser berührt, wird automatisch so eingestellt, um eine Erhöhung in der Anhebung zu minimieren. Demzufolge ermöglicht dieses System nicht nur die Anordnung der Tragfläche in dem Wasser, sondern auch, daß der Anstellwinkel, unter dem die Tragfläche das sich nähernde Wasser berührt, augenblicklich eingestellt wird, um so zu unterstützen, daß der Rumpf 12 des Boots weich in rauhem Wasser fährt. Demgemäß sind in bevorzugten Ausführungsformen keine an der Tragfläche befestigten Steuermechanismen notwendig.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Tragfläche 20 in dem Tragarm- 16/ Stoßstreben- 22/Tragflächen- 20 System eine Tragfläche 30 mit einer gelenkig verbundenen Klappe sein. Vorzugsweise liegt die Gelenkachse nahe zu der voranführenden Kante der Tragfläche 30. Eine Verwendung einer Tragfläche 30 mit einer gelenkig verbundenen Klappe in dieser Position führt dazu, daß sich die gelenkig verbundene Klappe in die relative Wasserströmung "hineinverstellt", wenn sie auf einen Abwärtsschwall einer vertikalen Wassergeschwindigkeit auftrifft, und gegen einen Anschlag gehalten wird, wenn sie auf einen Aufwärtsschwall einer vertikalen Wassergeschwindigkeit auftrifft, was demzufolge den Widerstand der Tragfläche 20 minimiert, wenn sie sich in einer zurückgezogenen Position befindet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Tragarme 16, die sich winkelmäßig genau unten von dem Rumpf 12 in das Wasser erstrecken und die mindestens teilweise flexibel sind, in eine nach unten gerichtete, winkelmäßige Position durch eine Befestigung oder Verbindung 18, die steif ist, gehalten. Die flexible Art der Tragarme 16 ermöglicht den Tragarmen 16, sich in Abhängigkeit von den Änderungen in der Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen 20 herum immer augenblicklich zu biegen und sich demzufolge in Übereinstimmung mit den lokalen Aufwärtsschwällen oder Abwärtsschwällen der Wassergeschwindigkeit zu bewegen. Da sich die flexiblen Tragarme in Abhängigkeit von den Änderungen in der vertikalen Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen 20 herum biegen, beeinflußt die augenblickliche Bewegung nicht die Bewegung des Rumpfs des Boots und verleiht demzufolge dem Rumpf 12 des Fahrzeugs eine sanfte Fahrt. Weiterhin stellt derselbe Mechanismus, der die Anordung der Tragfläche 20 in dem Wasser einstellt, vorzugsweise den Anstellwinkel ein, unter dem die Tragfläche 20 auf das sich nähernde Wasser auftrifft. Wie zuvor beschrieben ist, wird der Anstellwinkel, unter dem die Tragflächen 20 das sich nähernde Wasser berühren, vorzugsweise unter steifer Befestigung der Tragflächen 20 an den flexiblen Tragarmen so eingestellt, daß der Ansteliwinkel, unter dem die Tragflächen 20 das sich nähernde Wasser berühren, mittels derselben Einrichtung eingestellt wird, die die Bewegung der Tragflächen 20 einstellt, auch wenn irgendeine Einrichtung zum Einstellen des Einfallswinkels, die zuvor besprochen worden ist, oder die ausreichend nach dem Stand der Technik bekannt ist, verwendet werden kann.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können teleskopartig verschiebbare Tragarme 16, die nicht zumindest teilweise flexibel sind und die sich vertikal nach unten von der Ebene des Bodens des Rumpfs 12 in das Wasser erstrecken, verwendet werden. Die teleskopartig verschiebbare Art dieser Tragarme 16 ermöglicht den Tragflächen 20, sich in Übereinstimmung mit den Änderungen in der vertikalen Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen herum zu bewegen, wie dies in Figur 11 angezeigt ist, und demzufolge verleiht dies dem Rumpf 12 des Fahrzeugs 10 eine sanfte Fahrt. Wiederum ist es bevorzugt, daß derselbe Mechanismus, der die Position der Tragfläche 20 in dem Wasser einstellt, auch den Anstellwinkel einstellt, unter dem die Tragfläche 20 auf das sich nähernde Wasser auftrifft. Obwohl irgendeine Einrichtung zum Einstellen des Anstellwinkels, die zuvor besprochen worden ist oder die ausreichend nach dem Stand der Tecknik bekannt ist, verwendet werden kann, wird vorzugsweise der Anstellwinkel, unter dem die Tragfläche 20 das sich nähernde Wasser berührt, durch schwenkbare Befestigung einer gelenkig verbundenen Verbindung 60 mit der Tragfläche 20 und dem Tragarm 16 an Gelenkbefestiungs- oder Verbindungs-Stellen 62 und 64 jeweils eingestellt. Wenn die Tragfläche 20 eine Änderung in der vertikalen Wassergeschwindigkeit erfährt, bewegt sich die Tragfläche 20 in Übereinstimmung mit dem Wasser aufgrund der teleskopartig verschiebbaren Art des Tragarms 16 und des Anstellwinkels, unter dem die Tragfläche 20 auf das sich nähernde Wasser auftrifft, und zwar automatisch aufgrund der gelenkigen Verbindung 60 eingestellt, was die Position der Tragfläche 20 unter Bewegung des Tragarms 16 ändert, wie dies in Figur 11 dargestellt ist.
Ein anderer Vorteil, den das Tragflächenfahrzeug 10 der vorliegenden Erfindung besitzt, ist derjenige, daß das Tragflächenfahrzeug 10 superkavitierende Tragflächen verwenden kann, da es die Fähigkeit besitzt, seine Tragflächen 20 nach oben und nach unten in Übereinstimmung mit den Änderungen in der vertikalen Wasser- oder Luftgeschwindigkeit, die um die Tragflächen 20 herum vorhanden ist, zu bewegen. Eine superkavitierende Tragfläche ist eine Tragfläche, die bei hohen Geschwindigkeiten nicht irgendeine Wasserströmung besitzt, die die obere Oberfläche der Tragfläche berührt, was demzufolge eine Kavität oberhalb der Tragfläche erzeugt. Bei hohen Geschwindigkeiten in ruhigem Wasser enthält diese Kavität nur Wasserdampf unter sehr niedrigem Druck. Wenn sich eine superkavitierende Tragfläche unter einem Anstellwinkel gering genug für einen effizienten Betrieb (geringer Widerstand) befindet, ist die mit Dampf gefüllte Kavität instabil und die Kräfte auf die Tragflächen sind äußerst zufällig und heftig. Wenn eine solche Tragfläche zu nahe zu der Oberfläche des Wassers gelangt, kann der niedrige Druck der Dampfkavität atmosphärische Luft ansaugen, was bewirkt, daß der Auftrieb der Tragfläche auf etwa ein Drittel ihres superkavitierenden Werts abfällt. Siehe Conolly, Alan, "Prospects For Very High Speed Hydrofoils", Marine Technology, Volume 12, No. 4, Seiten 367-377 (1975). Es wird angenommen, daß, und zwar aufgrund dieses plötzlichen Abfalls in dem Auftrieb, wenn eine superkavitierende Tragfläche zu nahe zu der Oberfläche des Wassers gelangt, solche superkavitierenden Tragflächen bis heute nicht in praktischer Benutzung sind. Allerdings können solche superkavitierenden Tragflächen an dem Tragflächenfahrzeug 10 der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, da die schnellen Änderungen in dem Auftrieb, die durch die Instabilistät der Kavität verursacht werden, nur verursachen, daß sich die Tragarme 16, die an dem Fahrzeug 10 befestigt sind, geeignet nach oben und nach unten bewegen, um so den Anstellwinkel der Tragflächen 20 zu reduzieren oder zu erhöhen, um einen Auftrieb beizubehalten, was demzufolge sicherstellt, daß der Rumpf 12 des Fahrzeugs 10 weich fährt.
Weiterhin wird dort, wo sich die Tragarme 16 winkelmäßig nach unten von dem Rumpf 12 des Fahrzeugs 10 in das Wasser erstrecken, der Widerstand solcher superkavitierender Flächen, und zwar für einen vorgegebenen Auftrieb, durch die Tatsache minimiert, daß atmosphärische Luft kontinuierlich zu der Kavität oberhalb der Tragfläche aufgrund des Winkels verfügbar ist, unter dem die Tragarme 16 geneigt sind. Indem die Tragarme 16 unter einem Winkel zu der Vertikalen θ geneigt sind, wie dies in Figur 3 angezeigt ist, führt dies zu einer signifikanten Erniedrigung der Größe einer Zugkraft und deshalb eines Widerstands, was aufgrund des dynamischen Drucks des Wassers folgt, das die Tragarme 16 berührt. Zum Beispiel ist dort, wo θ = 60º ist (ein typischer Wert für θ), cos θ = 0,5, und deshalb ist das Verhältnis
geneigter Tragarmwiderstand/vertikaler Tragarmwiderstand
(was ungefähr gleich zu cos² θ ist) ungefähr 0,25: demzufolge beträgt der Druckwiderstand, der von dem Wasser folgt, das einen Tragarm 16 berührt, der sich winkelmäßig nach unten erstreckt, nur 0,25 oder 25% des Druckwiderstands, der von einem vertikalen Tragarm folgt, der das Wasser berührt. Demzufolge kann ein Tragarm 16, der sich winkelmäßig nach unten von dem Rumpf 12 erstreckt, vier Mal so breit wie ein vertikaler Tragarm sein, während er einer äquivalenten Größe eines Widerstands unterworfen wird, und der Querschnittsflächenbereich der Kavität hinter dem Tragarm 16, der sich winkelmäßig nach unten erstreckt, kann sechszehn Mal so groß wie die Kavität hinter einem vertikalen Tragarm sein, was demzufolge ermöglicht, daß sechszehn Mal so viel Luft nach unten hinter den geneigten Tragarm strömt.
Weiterhin kann bei der vorliegenden Erfindung die Tragfläche 20 an dem geneigten Tragarm 16 durch oder nahe zu seiner voranführenden Kante befestigt werden. Deshalb muß die atmosphärische Luft, die nach unten entlang der Rückseite des geneigten Tragarms 16 strömt, nicht ihren Weg gegen die Wasserströmung erzwingen, da sie sich schon stromaufwärts der Kavität, die sie füllen muß, befindet. Weiterhin wird, wenn nicht schon eine Kavität oberhalb der Tragfläche existiert, diese atmosphärische Luft, die nach unten entlang der Rückseite des Tragarms fließt, einer solchen ermöglichen, daß sie sich bald bildet, wenn sie die voranführende Kante der Tragfläche erreicht.
In bevorzugten Ausführungsformen können die Elastizitäts- und Dämpfungscharakteristika des Stoßstreben- 22/ Tragarm- 16/Tragflächen- 20 Systems augenblicklich geändert werden, bei dem Umlegen eines Schalters, und zwar von dem Ruderhaus des Tragflächenfahrzeugs 10 aus. Ein Ändern dieser Charakteristika ermöglicht dem Rumpf 12 des Boots, den optimalen Fahrkomfort unter sich ändernden Seebedingungen zu erzielen. Die Art und Weise, in der die Charakteristika dieses Stoßstreben- 221 Tragarm- 16/Tragflächen- 20 Systems geändert werden können, hängt von der besonderen Ausführungsform dieses Systems ab.
Zum Beispiel kann dort, wo die Stoßstrebe 22 ein hydraulischer Zylinder ist, der Druck des Gases in dem Akkumulator, der mit dem hydraulischen Zylinder verbunden ist, erniedrigt werden, um die Fahrt weicher zu gestalten, oder erhöht werden, um die Fahrt zu versteifen, und zwar in Abhängigkeit von dem Zustand der See. Diese Einstellung kann leicht von dem Ruderhaus des Tragflächenfahrzeugs 10 gesteuert werden.
Auch kann in bevorzugten Ausführungsformen das Stoßstreben- 22/ Tragarm- 16/ Tragflächen- 20 System von dem Ruderhaus aus gesteuert werden, so daß dieses System, beim Umlegen eines Schalters, nahe zu dem Rumpf 12 des Fahrzeugs gelegt werden kann, so daß sich die Tragflächen gegen den Boden des Rumpfs 12 angelegt anpassen. Wenn die Tragflächen 20 gegen den Rumpf 12 angelegt angeordnet sind, kann das Tragflächenfahrzeug 10 mit einem reduzierten Widerstand bei niedrigen Geschwindigkeiten betrieben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Propelleranordnungen 28 (Figur 1) irgendwo an dem Tragflächenfahrzeug 10 befestigt werden. Bevorzugt wird die Propelleranordnung 28 auf oder hinter mindestens einer Tragfläche 20 befestigt, und noch bevorzugter wird die Propelleranordnung 28 auf der Haupttragfläche 20a befestigt, da sie der einzige Teil des Tragfltchenfahrzeugs 10 ist, der sich praktisch zu jeder Zeit in eindeutigem Wasserkontakt befindet. Allerdings ist dies kostenintensiver als eine herkömmliche Propelleranordnung und kann daher nicht immer ökonomisch erwünscht sein.
Die Propelleranordnung 28 kann mindestens einen Propeller umfassen, der an dem Abtriebsteil eines hydraulischen Motors befestigt ist, der an einem Aggragat 29 befestigt ist, das auf oder hinter der Tragfläche 20 angeordnet ist. Der hydraulische Motor und demzufolge der Propeller werden durch unter Druck gesetztes Fluid von einer hydraulischen Pumpe angetrieben, die auf dem Motor des Tragflächenfahrzeugs 10 befestigt ist. Zwei hydraulische Leitungen, die an einem Ende mit dem hydraulischen Motor und an dem anderen Ende mit der hydraulischen Pumpe befestigt sind, führen das unter Druck gesetzte Fluid nach hinten und nach vorne zwischen dem hydraulischen Motor und der hydraulischen Pumpe. Die hydraulischen Leitungen müssen entweder flexibel sein oder eine mechanische Gelenkverbindung einsetzen, um so zu ermöglichen, daß sich die Tragfläche, an der das Aggregat und der hydraulische Motor befestigt sind, in Übereinstimmung mit den Änderungen der Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen herum bewegen.
Vorzugsweise ist die hydraulische Pumpe, die auf der Maschine des Tragflächenfahrzeugs 10 befestigt ist, eine variable Verdrängerpumpe. Die variable Verdrängerpumpe setzt das hydraulische Fluid unter einem konstanten Leistungspegel unter Druck, so daß sich, wenn die Strömung reduziert wird, da der Motor durch eine größere Drehmomentbelastung an dem Propeller verlangsamt wird, der Fluiddruck erhöht. Idealerweise verdoppelt eine Halbierung der Strömungsrate den Druck. Demzufolge ist bei niedrigen Bootsgeschwindigkeiten, wo sich der Propeller langsam dreht und sein Drehmoment hoch ist, der Fluiddruck auch hoch, was das Drehmoment maximiert, das in dem hydraulischen Motor verfügbar ist. Der Gesamteffekt ist derjenige eines variablen Übersetzungsverhältnisses zwischen der Maschine und dem Propeller.
In anderen Ausführungsformen kann die Propelleranordnung 28 mindestens einen Propeller umfassen, der an dem Abtriebsteil eines elektrischen Motors befestigt ist, der an einem Aggregat befestigt ist, das auf der Tragfläche 20 angeordnet ist. Irgendeine Vorrichtung, die nach dem Stand der Technik zum Führen von elektrischem Strom durch eine sich drehende Verbindung bekannt ist, kann dazu verwendet werden, elektrischen Strom, der durch Generatoren erzeugt wird, die an den Maschinen des Tragflächenfahrzeugs 10 angeschlossen sind, zu dem elektrischen Motor zu führen, um so den elektrischen Motor und demzufolge den Propeller anzutreiben. Vorzugsweise transportieren entweder flexible Drähte oder gelenkig verbundene Kommutatoren den elektrischen Strom so, um der Tragfläche zu ermöglichen, die mit dem Aggregat verbunden sein kann, sich in Übereinstimmung mit den Änderungen der Wassergeschwindigkeit um die Tragflächen 20 herum zu bewegen.
Schließlich kann die Propelleranordnung 28 mindestens einen Propeller umfassen, der an einer mechanischen Getriebeeinheit befestigt ist. Dort, wo der Propeller auf einer Tragfläche 20 befestigt ist, wird das mechanische Drehmoment, das dazu benötigt wird, den Propeller anzutreiben, von der Maschine zu dem Propeller über Antriebs- (von der Maschine) und Abtriebs- (von der Tragfläche) Wellen übertragen, die mit einem Gelenk oder einer Verbindung verbunden sind, das die nach oben und nach unten gerichtete Bewegung der Tragfläche 20 aufnehmen kann, so daß sich die Tragfläche 20 in Übereinstimmung mit den Änderungen in der vertikalen Wassergeschwindigkeit, die um die Tragfläche 20 herum vorhanden ist, bewegen kann. Zum Beispiel können ein Kreuzgelenk, ein Doppelgelenk oder eine flexible Gummikupplung, die mit der Gelenkachsenmittellinie der Tragflächen- 20/ Tragarm- 16 Gelenke übereinstimmt, verwendet werden, um die Antriebs- und Abtriebs-Welle miteinander zu verbinden. Vorzugsweise wird ein Getriebekasten verwendet, der ermöglicht, daß sich die Abtriebswelle um eine horizontale Achse, die mit der Tragflächen- 20/ Tragarm- 16 Gelenkmittellinie übereinstimmt, schwenken. Ein Beispiel ist ein Getriebekasten, der zwei Kegelzahnräder besitzt, die zueinander weisen und der orthogonal zu der Oberfläche des Wassers liegt. Antriebsritzel wirken auf die Kegelzahnräder ein und stehen mit diesen in Eingriff. Ein Antriebsritzel ist an einer Welle befestigt, die wiederum an der Maschine des Tragflächenfahrzeugs befestigt ist. Dieses Antriebsritzel ermöglicht die mechanische Energieübertragung von der Maschine des Tragflächenfahrzeugs zu dem Getriebekasten. Das andere Antriebsritzel ist mit einer Welle befestigt, die sich von dem Kegelzahnradkasten zu einem unteren Getriebekasten erstreckt, der nahe dem Propeller angeordnet ist. Diese Welle ermöglicht die mechanische Übertragung von Energie von dem Kegelzahnradkasten zu dem unteren Getriebekasten. Dort, wo sich die Welle von dem oberen Getriebekasten unter einem Winkel von 30º zu der Oberfläche des Wassers befindet, so daß sie in den unteren Getriebekasten unter diesem Winkel eintritt, besitzt der untere Getriebekasten eine Abtriebswelle, die ungefähr längs oder parallel zu der Oberfläche des Wassers liegt. Demzufolge ist in diesem Beispiel der Winkel zwischen der Antriebs- und der Abtriebswelle des unteren Getriebekastens auch 30º. Die Abtriebswelle von dem unteren Getriebekasten ist wiederum an mindestens einem Propeller befestigt, der auf der Tragfläche 20 angeordnet ist.
Die Figuren 12 bis 15 stellen eine praktische Ausführungsform der Erfindung dar. Unter Fahrt wird ein Rumpf (112) hauptsächlich durch die Anhebung bzw. den Auftrieb einer einzelnen Tragfläche 120 getragen, und zwar durch die vertikal wirkende Auftriebskraft die durch die Tragfläche entwickelt wird, die auf den Rumpf an einem Paar Gelenke 121 und stoßabsorbierenden Federn oder hydraulischen Zylindern 122 übertragen wird.
In dieser Ausführungsform wird das Fahrzeug in Stufen durch ein Paar achterliche Tragflächen 130, die an dem Boden der vertikalen Streben 131 befestigt sind, stabilisiert. Die Streben 131 können durch die hydraulischen Zylinder 132 im Winkel eingestellt werden, um ähnlich wie Ruder zu wirken und das Fahrzeug zu drehen. Die Streben können auch nach vorne und nach achtern um eine Gelenkachse 134 durch die hyraulischen Zylinder 133 geneigt werden, um den Einfalls- bzw Anstellwinkel der achterlichen Tragflächen 130 zu ändern, um den Trimmwinkel des Fahrzeugs zu ändern.
Zum Beispiel wird dann, wenn beide vertikalen Streben 131 nach hinten fünf Grad durch Ausdehnen der hydraulischen Zylinder 133 um einen geeigneten Betrag geneigt werden, der Anstellwinkel der achterlichen Tragflächen 130 um fünf Grad reduziert, was zu einer großen, nach unten wirkenden Kraft führt, die auf sie entwickelt wird, was den Bug des Boots anhebt. Umgekehrt wird ein Zurückziehen der Zylinder 133 die vertikalen Streben 131 nach vorne neigen, was die Anstellung der achterlichen Tragflächen 130 erhöht und demzufolge das Heck des Boots aufgrund deren erhöhter, vertikaler Auftriebskraft anhebt.
Wenn die vertikalen Streben 131 unterschiedlich geneigt sind, eine nach vorne und die andere nach hinten, wird der Auftrieb auf der ersteren erhöht werden und auf der letzteren reduziert werden, was demzufolge ein rollendes Moment liefert, um das Boot zu der Seite hin zu rollen, auf dem die achterliche Tragflächenanhebung reduziert wurde. Wenn dies zur gleichen Zeit vorgenommen wird, wie die Zylinder 132 die vertikalen Streben in der geeigneten Richtung gieren, wird sich das Boot sowohl drehen als auch in der Richtung der Drehung schräg legen.
In der Ausführungsform der Figuren 12-15 wird ein Propeller 141 durch eine Welle 140 gedreht, die mittels einer Maschine innenseitig des Rumpfs angetrieben wird. Dem Propellerschub wird durch ein Axiallager innenseitig eines Lagergehäuses 142 reaktionsmäßig entgegengewirkt und wird auf den Bootsrumpf über eine Propellertragestrebe 143 übertragen.
Die obere Hälfte des Propellers ist durch eine Ummantelung 145 abgedeckt, die ein integraler Teil der Propellertragestrebe 143, die hohl ist, sein kann. Wenn sich der Propeller 141 dreht, entwickelt er eine Druckreduktion in dem Wasser, wobei er vor sich Umgebungsluft nach unten durch eine Öffnung 146 an der Oberseite der Propellertragestrebe 143 und in die Propellerscheibe durch eine Öffnung 147 ansaugt. Die Ummantelung 145 unterstützt die Saugwirkung des Propellers und stellt auch sicher, daß die Luft, die unten angesaugt ist, durch die Propellerscheibe fließt. Der Nutzeffekt hiervon ist derjenige, daß die Leistung, die dazu erforderlich ist, den Propeller anzutreiben, ungefähr dieselbe dort ist, wo er nahe zu der Oberfläche liegt oder tief untergetaucht ist. Das bedeutet, daß dann, wenn sich die Oberfläche bei B-B in Figur 15, so daß der Propeller "die Oberfläche durchschneidet", oder bei A-A, so daß der Propeller tief untergetaucht ist, befindet, die Leistung etwa dieselbe ist.
In der Ausführungsform, die dargestellt ist, können alle Elemente, die beschrieben sind, zurückgezogen werden, um so den Widerstand des Boots zu reduzieren, wenn es stationär ist oder sich langsam durch das Wasser bewegt. Die Hauptauftriebstragfläche wird durch Ausdehnen des hydraulischen Zylinders 122 zurückgezogen. Die vertikalen Streben 131 werden nach hinten und nach oben um die Gelenklinie 134 durch Ausdehnen des hydraulischen Zylinders 133 zurückgezogen. Die Propellerstützstrebe 143 wird vertikal durch Zylinder 148 zurückgezogen, wobei sie sich entlang der Führungsschienen 149 bewegt. Wenn dies auftritt, knickt sich die Propellerantriebswelle 140 an dem Kardangelenk (oder "Kreuzgelenk") innerhalb einer Verkleidung 150.

WIG-Flugzeug

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können die zuvor beschriebenen, mobilen Tragarmsysteme, die einer Tragfläche 20 ermöglichen, sich in Übereinstimmung mit den Änderungen in einer lokalen, vertikalen Wassergeschwindigkeit zu bewegen, gleichermaßen bei einem WIG-Flugzeug 70, wie dies in den Figuren 16-18 dargestellt ist, angewandt werden. Der einzige Unterschied zwischen den mobilen Tragarmsystemen, wenn sie in einem WIG 70 angewandt werden und wenn sie in einem Tragflächenboot 10 angewandt werden, ist derjenige, daß in einem WIG 70 der Tragarm 16 an einem Flügel 72, im Gegensatz zu einer Tragfläche 20, befestigt ist. Nichtsdestotrotz können dieselben Tragarmsysteme in WIG's 70 und Tragflächenbooten 10 angewandt werden, da die den Auftrieb erzeugenden Abschnitte, d.h. die Tragflächen 20 und die Flügel 72, ähnlich funktionieren: sie erzeugen beide einen Auftrieb durch den Winkel, unter dem sie auf das anströmende Fluid, d.h. Luft oder Wasser, auftreffen.
Die Verwendung dieser Tragarmsysteme ermöglicht einem WIG 70, einen ungefähr konstante Auftrieb beizubehalten, da diese Tragarmsysteme dem Flügel 72 ermöglichen, sich in Übereinstimmung mit den zufäligen Änderungen in dem Auftrieb, der durch die Nähe des Flügels 72 zu der Oberfläche des Wassers oder durch den Kopf oder nachfolgende Winde bewirkt wird, zu bewegen. Demzufolge ermöglicht die Verwendung dieser Tragarmsysteme einem WIG 70, komfortabel und effizient gerade oberhalb der Oberfläche des Wassers zu fliegen. Vorzugsweise werden zwei Tragarme an einem Flügel befestigt, wie dies in den Figuren 16-18 dargestellt ist. Weiterhin kann der Tragarm 16 entweder an oder nahe dem Boden des Flugzeug rumpfs 74 oder an oder nahe der Spitze des Flugzeugrumpfs 74, wie dies in den Figuren 16-18 dargestellt ist, befestigt sein.
Wie gesehen werden kann, schafft die vorliegende Erfindung ein besonderes Verfahren, um Tragflächenbooten und einem WIG-Flugzeug zu ermöglichen, in oder oberhalb rauhem Wasser bei hohen Geschwindigkeiten betrieben zu werden. Weiterhin umfaßt das Tragflächenfahrzeug und das WIG-Fahrzeug der vorliegenden Erfindung ein besonderes System, das den Tragflächen oder den Flügeln, die an Tragarmen befestigt sind, die sich von dem Hauptgehäuseabschnitt erstrecken (d.h Schiffsrumpf oder Flugzeugrumpf), ermöglicht, sich in Übereinstimmung mit den Änderungen der vertikalen Geschwindigkeit des Fluids (d.h. Wasser oder Luft) um die Tragflächen oder die Flügel herum zu bewegen.

Claims

1. Ein Fahrzeug, das aufweist:

(a) einen Hauptgehäuseabschnitt;

(b) mindestens einen Tragarm, der sich von dem Hauptgehäuseabschnitt erstreckt;

(c) eine Einrichtung zum Verbinden des Tragarms an oder nahe dem Hauptgehäuseabschnitt;

(d) mindestens einen einen Auftrieb erzeugenden Abschnitt, der an dem Tragarm befestigt ist; und

(e) eine Einrichtung zum Ermöglichen, daß sich der Tragarm und der einen Auftrieb erzeugende Abschnitt in Übereinstimmung mit den Änderungen einer vertikalen Geschwindigkeit eines Fluids bewegen, das um den den Auftrieb erzeugenden Abschnitt herum vorhanden ist, um so dem Fahrzeug zu ermöglichen, einen ungefähr konstanten Auftrieb beizubehalten.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Tragarm schwenkbar an oder nahe dem Boden des Hauptgehäuses verbunden ist und sich winkelmäßig nach unten von dem Rumpf in das Fluid erstreckt.

3. Tragflächenfahrzeug, das aufweist:

einen Rumpf, der eine Längsmittelebene besitzt;

einen Tragarm, der steif mit dem Rumpf verbunden ist und sich von dem Rumpf in das Wasser erstreckt; und

eine Tragfläche, die an dem Tragarm befestigt ist und sich quer in Bezug auf die Mittelebene erstreckt, wobei der Tragarm ausreichend flexibel ist, um dem Tragarm und der Tragfläche zu ermöglichen, sich in Bezug auf den Rumpf parallel zu der Mittelebene in Übereinstimmung mit Aufwärtsschwällen und Abwärtsschwällen des Wassers, das um die Tragfläche herum vorhanden ist, durch Neigen des Tragarms in Bezug auf den Rumpf zu bewegen, so daß der Rumpf einen ungefähr konstanten Auftrieb oberhalb des Wassers beibehält.

4. Tragflächenfahrzeug, das aufweist:

einen Rumpf, der eine Längsmittelebene besitzt;

einen Tragarm, der sich von dem Rumpf in das Wasser erstreckt und einen ersten Bereich, der mit dem Rumpf verbunden ist, einen zweiten Bereich, der mit ersten Bereich für eine Hin- und Herbewegung in Bezug auf den ersten Bereich gekoppelt ist, und eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des zweiten Bereichs in einer Richtung von dem ersten Bereich weg, aufweist;

eine Tragfläche, die sich quer in Bezug auf die Mittelebene erstreckt und einen ersten Schwenkpunkt und einen zweiten Schwenkpunkt besitzt, wobei der zweite Schwenkpunkt schwenkbar mit dem zweiten Bereich des Tragarms verbunden ist, so daß ein Anstellwinkel der Tragfläche variiert, wenn sich der zweite Bereich hinund herbewegt; und

eine Verbindung, die ein erstes Ende, das schwenkbar auf dem ersten Bereich des Tragarms befestigt ist, und ein zweites Ende, das schwenkbar auf dem ersten Schwenkpunkt der Tragfläche befestigt ist, besitzt.

5. Tragflächenfahrzeug, das aufweist:

einen Rumpf, der eine Längsmittelebene besitzt;

eine erste Tragfläche und eine zweite Tragfläche, von denen sich jede quer in Bezug auf die Mittelebene erstreckt;

einen ersten Tragarm, der zwischen dem Rumpf und der ersten Tragfläche verbunden ist; und

einen zweiten Tragarm, der zwischen dem Rumpf und der zweiten Tragfläche zum Tragen der zweiten Tragfläche in Kontakt mit einem Körper aus Wasser verbunden ist, so daß die zweite Tragfläche einen Auftrieb erzeugt,

wobei der erste Tragarm unabhängig des zweiten Tragarms bewegbar ist, während sich der Rumpf bewegt und oberhalb der Oberfläche des Körpers aus Wasser angehoben wird, und zwar durch Schwenken einer Achse, die sich in einer Querrichtung des Rumpfs erstreckt, zwischen einer erniedrigten Position, in der die erste Tragfläche in der zweiten Tragfläche verschachtelt ist oder sich in einer tandemartigen Anordnung zu dieser befindet und in Kontakt mit dem Körper aus Wasser, um so einen Auftrieb zu erzeugen, und einer angehobenen Position, in der die erste Tragfläche oberhalb der Wasseroberfläche angehoben wird und die zweite Tragfläche den Körper aus Wasser berührt.

6. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei die erste und die zweite Tragfläche ineinander verschachtelt sind, wenn sich der erste Tragarm in seiner erniedrigten Position befindet.

7. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die erste Tragfläche eine Öffnung besitzt, die den zweiten Tragarm aufnimmt, wenn sich der erste Tragarm in seiner erniedrigen Position befindet.

8. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 7, wobei die Öffnung in einer voranführenden Kante der ersten Tragfläche gebildet ist.

9. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 5, wobei die erste Tragfläche einen größeren Oberflächenbereich als die zweite Tragfläche besitzt.

10. Verfahren zum Betreiben eines Tragflächenfahrzeugs, das aufweist:

Tragen eines sich bewegenden Rumpfs oberhalb einer Wasseroberfläche durch eine erste Tragfläche und eine zweiten Tragfläche, die eng benachbart zueinander stehen, wenn die Geschwindigkeit des Rumpfs in einem ersten Geschwindigkeitsbereich liegt; und

Anheben der ersten Tragfläche oberhalb der Wasseroberfläche durch Schwenken eines Tragarms für die erste Tragfläche um eine Achse quer zu dem Rumpf und Tragen des Rumpfs mit der zweiten Tragfläche, wenn die Geschwindigkeit in einem zweiten Geschwindigkeitsbereich höher als der erste Geschwindigkeitsbereich liegt.

11. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 1, das einen Propeller, der durch den Hauptgehäuseabschnitt getragen ist, und ein ventilierendes Rohr, das die Atmosphäre mit einer Saugseite des Propellers verbindet, wenn der Propeller untergetaucht wird, und wobei der Hauptgehäuseabschnitt oberhalb einer Wasseroberfläche durch den den Auftrieb erzeugenden Abschnitt getragen wird, umfaßt.

12. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 11, das weiterhin eine Verkleidung, die mindestens teilweise den Propeller umgibt, aufweist, wobei das ventilierende Rohr mit der Innenseite der Verkleidung in Verbindung steht.

13. Tragflächenfahrzeug, das aufweist:

einen Rumpf;

eine vordere Strebe, die sich nach unten von dem Rumpf erstreckt;

eine vordere Tragfläche, die mit der vorderen Strebe unterhalb des Rumpfs verbunden ist;

eine erste, achterliche Strebe, die sich nach unten von dem Rumpf achterlich einer vorderen Strebe erstreckt;

eine erste, achterliche Tragfläche, die mit der ersten, achterlichen Strebe unterhalb des Rumpf verbunden ist; und,

eine Strebensteuereinrichtung zum steuerbaren Gieren der ersten, achterlichen Strebe und zum steuerbaren Variieren einer Neigung der ersten, achterlichen Strebe um eine Achse, die sich quer in Bezug auf den Rumpf erstreckt.

14. Tragflächenfahrzeug, das aufweist:

einen Rumpf;

einen Tragarm, der sich diagonal nach hinten von dem Rumpf erstreckt und ein erstes Ende, das schwenkbar mit dem Rumpf verbunden ist, und ein zweites Ende besitzt;

eine Tragfläche, die mit dem zweiten Ende des Tragarms verbunden ist und durch den Tragarm in einer Art und Weise getragen ist, die der Tragfläche ermöglicht, sich in Übereinstimmung mit Aufwärtsschwällen und Abwärtsschwällen des Wassers, das die Tragflächen umgibt, zu bewegen,

wobei der Tragarm so geformt ist, um einen Durchgangsweg für atmosphärische Luft zu schaffen, um eine obere Oberfläche der Tragfläche zu ventilieren, wenn die Tragfläche untergetaucht ist.

15. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 14, wobei der Tragarm eine abgetumpfte, nachlaufende Kante besitzt.

16. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Tragarm nach hinten von dem Hauptgehäuseabschnitt unter einem Winkel von ungefähr 30 Grad in Bezug auf eine horizontale Linie in ruhigem Wasser geneigt ist.

17. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der den Auftrieb erzeugende Abschnitt schwenkbar mit dem Tragarm verbunden ist, um eine Anstellwinkelverstellung des den Auftrieb erzeugenden Abschnitts in Bezug auf den Tragarm zu ermöglichen.

18. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 1, wobei der den Auftrieb erzeugende Abschnitt eine Tragfläche eines superkavitierenden Typs aufweist.

19. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 11, wobei das ventilierende Rohr ungefähr eine obere Hälfte des Propellers ventiliert.

20. Tragflächenfahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Tragfläche eine Tragfläche eines superkavitierenden Typs ist.