EP0250473B1 - Device for producing a forward drive force - Google Patents

Abstract

A body surrounded by a fluid is moved in a specified direction by a drive system (1) which creates a negative pressure by sucking in the fluid from the environment, increasing the speed of fluid flow in relation to the body by adding energy and ejecting the fluid at an increased speed against the direction of movement. The fluid is sucked in through a curved duct (5, 6) fixed to the body which modifies the direction of flow of the fluid in such a way that the directional vector of the fluid which is sucked in and flows into the duct (5, 6) and the vector in the direction of movement of the body form an angle differing from 180o, and at low speeds lie preferably in the same direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Vortriebskraft durch Impulsänderung an ein- und ausströmenden Fluiden.The invention relates to a device for generating a propulsive force by changing the momentum of inflowing and outflowing fluids.

Derartige Antriebe sind als Propeller oder Strahltriebwerke für Flugzeuge und Schiffe bekannt. Dabei wird bei Propellern oder Strahltriebwerken ein Fluid der Masse m entgegen der gewünschten Bewegungsrichtung des zu bewegenden Körpers mit der Geschwindigkeit w angesaugt, die relative Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch den Propeller oder das Strahltriebwerk auf die Geschwindigkeit c erhöht und mit der Relativgeschwindigkeit c (relativ zum Propeller- oder Strahltriebwerk) entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers ausgestoßen. Das heißt, der Impuls des den Körper durchströmenden Fluids wird innerhalb des Körpers in seiner Höhe verändert. Damit wirkt auf den Körper eine Stützkraft, die als Reaktionskraft entgegen der Impulsänderung am Fluid gerichtet ist und daher in Bewegungsrichtung des Körpers wirkt. Die Impulshöhe in Bewegungsrichtung ist I = m (c _ w). Bei Raketen wird der Impuls durch Ausstoß mit der Geschwindigkeit c eines mitgeführten Mediums erzeugt. Die Impulshöhe ist damit I = m.c.Such drives are known as propellers or jet engines for aircraft and ships. In the case of propellers or jet engines, a fluid of mass m is drawn in against the desired direction of movement of the body to be moved at the speed w, the relative flow velocity of the fluid through the propeller or the jet engine is increased to the speed c and with the relative speed c (relative to the propeller - or jet engine) against the direction of movement of the body. This means that the momentum of the fluid flowing through the body is changed in height within the body. A supporting force thus acts on the body, which is directed as a reaction force against the change in momentum on the fluid and therefore acts in the direction of movement of the body. The pulse height in the direction of movement is I = m (c _ w). In the case of rockets, the impulse is generated by ejection at the speed c of a medium carried along. The pulse height is therefore I = m.c.

Bei derartigen Antrieben liegt die Höhe des maximalen Impulses bei kleinen Geschwindigkeiten kaum über dem Impuls bei höheren Geschwindigkeiten. Bei Propellern und Strahltriebwerken steigt mit der Körpergeschwindigkeit v auch die Einströmgeschwindigkeit w. Damit sinkt zwar der spezifische Impuls pro kg durchgesetztes Medium. Mit steigender Geschwindigkeit v steigt auch der Staudruck vor dem Triebwerk und damit die Ausströmgeschwindigkeit c und ebenso steigt die durchgesetzte Masse m, so daß insgesamt der Impuls (Schub) mehr oder weniger konstant bleibt. Bei Raketen ist die Konstanz der Vortriebkraft direkt aus der Formel ablesbar.In such drives, the maximum pulse at low speeds is hardly higher than the pulse at higher speeds. In the case of propellers and jet engines, the inflow velocity w increases with the body velocity v. This reduces the specific impulse per kg of medium passed through. With increasing speed v, the dynamic pressure in front of the engine and thus the outflow speed c also increases, and the mass m also increases, so that the total momentum (thrust) remains more or less constant. For rockets, the constancy of the propulsive force can be read directly from the formula.

Von Fahrzeugantrieben her kennt man die Wirkungsweise von Getrieben. Mit Hilfe der Getriebe läßt sich für kleine Geschwindigkeiten das maximale Abtriebsdrehmoment an den Rädern erhöhen, damit die Vortriebskraft und das Beschleunigungsverhalten verbessern und der Energieverbrauch senken.The mode of operation is known from vehicle drives of gears. With the help of the gears, the maximum output torque on the wheels can be increased for low speeds, so that the propulsive force and the acceleration behavior improve and the energy consumption is reduced.

Aus der BE-A-459 186 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.From BE-A-459 186 a device according to the preamble of claim 1 is known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erhöhung der Vortriebskraft bei kleinen Geschwindigkeiten auch bei solchen Antrieben zu ermöglichen, die mit einer Impulsänderung eines angesaugten und ausgestoßenen Fluids arbeiten.The invention has for its object to enable an increase in the propulsive force at low speeds even in those drives that work with a change in momentum of a sucked in and expelled fluid.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Danach erfährt das durch die Unterdruckerzeugung beschleunigte und angesaugte Fluid in einem an dem angetriebenen Körper festen Kanal eine Änderung der Strömungsrichtung. Das durch den Kanal strömende Fluid erzeugt durch die Richtungsänderung einen Impuls gegen die Kanalwände. Dieser Impuls ist dabei so gerichtet, daß er zusätzlich zu dem durch das ausgestoßene Fluid erzeugten Impuls in Bewegungsrichtung wirkt. Dadurch wird einerseits der Impuls mw, der aus dem entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers einströmenden Fluid resultiert, vermieden und andererseits der gegen die Kanalwand gerichtete Impuls zu dem "Rückstoßimpuls" des ausgestoßenen Fluids addiert.The solution to this problem is characterized in claim 1. Thereafter, the fluid accelerated and sucked in by the negative pressure generation experiences a change in the flow direction in a channel fixed to the driven body. The fluid flowing through the channel generates an impulse against the channel walls due to the change in direction. This impulse is directed so that it acts in the direction of movement in addition to the impulse generated by the expelled fluid. On the one hand, this avoids the pulse mw, which results from the fluid flowing in against the direction of movement of the body, and on the other hand adds the pulse directed against the channel wall to the "recoil pulse" of the expelled fluid.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es somit, bei Luft- und Wasserfahrzeugen den Startschub drastisch zu erhöhen und/oder den Triebstoffverbrauch wesentlich zu senken. Infolge der höheren Startbeschleunigung kommen Flugzeuge mit kürzeren Startbahnen aus; der geringere Treibstoffverbrauch führt nicht nur zu einer Verringerung der Umweltbelastung, sondern gestattet es auch, den mitgeführten Treibstoffvorrat zu verkleinern und damit die Nutzlast und Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs zu erhöhen.The device according to the invention thus makes it possible to drastically increase the starting thrust in air and water vehicles and / or to significantly reduce the fuel consumption. As a result of the higher take-off acceleration, planes manage with shorter runways; The lower fuel consumption not only leads to a reduction in environmental pollution, but also allows the amount of fuel that is carried along to be reduced, thereby increasing the payload and economy of the vehicle.

Vorteilhafte Weiterbildungen zur Impulsverbinding sowie Anwendungen und Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous further developments in pulse connection as well as applications and embodiments of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

• Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung durch eine in Verbindung mit einem Propellerantrieb verwendbare Vorrichtung zur Erhöhung der Vortriebskraft,
• Fig. 2a und 2b Vektordiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise,
• Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung durch ein Strahltriebwerk mit einer Vorrichtung der Vortriebskraft,
• Fig. 4 die Anwendung der Erfindung bei einem Segner′schen Rad,
• Fig. 5 bis 7 die Anwendung der Erfindung bei der Niederdruckturbine einer zweiwelligen Gasturbine, wobei Fig. 5 eine Stirnansicht, Fig. 6 einen Axialschnitt und Fig. 7 einen ringförmigen Schnitt um die Achse in Höhe der Linie A-A der Fig. 6 zeigt, und
• Fig. 8 die Anwendung der Erfindung bei einem Fluggerät.

The invention is explained below with reference to the drawings. In the drawings shows

• 1 is a schematic sectional view through a device that can be used in conjunction with a propeller drive to increase the propulsive force,
• 2a and 2b vector diagrams to explain the mode of operation,
• 3 shows a schematic sectional illustration through a jet engine with a device of the propulsive force,
• 4 shows the application of the invention to a Segner wheel,
• 5 to 7 show the application of the invention in the low-pressure turbine of a twin-shaft gas turbine, FIG. 5 showing an end view, FIG. 6 an axial section and FIG. 7 an annular section around the axis at the line AA in FIG. 6, and
• Fig. 8 shows the application of the invention to an aircraft.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist einen verstellbaren Kanal zur Umlenkung des Saugstroms vor einem Propeller auf. Der Propeller 1 sitzt auf einer Antriebswelle 2, die von einer Kraftmaschine gedreht wird. Der Propeller 1 diene zum Antrieb eines Schiffes; d.h. die Bewegungsrichtung des getriebenen Schiffes sei in Richtung der Antriebswelle 2 (durchgezogener Pfeil), die Ausstoßrichtung des Fluids in Richtung des gestrichelten Pfeiles 3, also entgegen der Bewegungsrichtung des Schiffes. Der Propeller 1 ist in einem Kanal 4 angeordnet, der an seinem vorderen Ende in zwei gekrümmten Kanälen 5, 6 endet. Die Kanäle 5, 6 werden durch einzelne teleskopähnlich ineinander verschiebbare Rohrstücke 7 gebildet. Durch Ineinanderschieben der Rohrstücke wird der gekrümmte Kanalabschnitt verkürzt und der Krümmungswinkel verkleinert. Damit wird die Richtungsänderung des einströmenden Fluids verringert. Bei völlig auseinandergeschobenen Rohrstücken 7 wird das Fluid vom Propeller 1 in Bewegungsrichtung des Schiffes angesaugt und durch die Kanäle 5, 6 so (um 180°) umgelenkt, daß es durch den Propeller 1 entgegen der Bewegungsrichtung des Schiffes ausgestoßen wird. Sind die Rohrstücke 7 vollständig ineinander geschoben, wird das Fluid nahezu entgegen der Bewegungsrichtung des Schiffes angesaugt und entgegen der Bewegungsrichtung des Schiffes ausgestoßen. Es gleicht dann der herkömmlichen Schiffsschraube.The device shown in Fig. 1 has an adjustable channel for deflecting the suction flow in front of a propeller. The propeller 1 sits on a drive shaft 2, which is rotated by an engine. The propeller 1 is used to propel a ship; that is, the direction of movement of the driven ship is in the direction of the drive shaft 2 (solid arrow), the direction of ejection of the fluid in the direction of the dashed arrow 3, that is, against the direction of movement of the ship. The propeller 1 is arranged in a channel 4, which ends at its front end in two curved channels 5, 6. The channels 5, 6 are formed by individual telescopic tube pieces 7 which can be telescoped into one another. Pushing the pipe sections into each other shortens the curved channel section and reduces the angle of curvature. This changes the direction of the inflowing fluid decreased. When the pipe pieces 7 are completely pushed apart, the fluid is sucked in by the propeller 1 in the direction of movement of the ship and deflected through the channels 5, 6 (by 180 °) such that it is expelled by the propeller 1 against the direction of movement of the ship. If the pipe sections 7 are pushed completely into one another, the fluid is sucked in almost against the direction of movement of the ship and expelled against the direction of movement of the ship. It is then like the conventional propeller.

Die verbessernden Effekte lassen sich folgendermaßen erläutern: Durch die Erzeugung eines Unterdruckes wird das zunächst als ruhend angenommene Fluid der Umgebung in Richtung der Stelle des Unterdruckes beschleunigt. Dadurch entsteht eine Art Wind zum Ort des Unterdruckes. Bei herkömmlichen Propellern und Strahltriebwerken weht dieser Wind von vorne, also entgegen der Bewegungsrichtung und erzeugt so einen bremsenden Impuls. Bei der erfindungsgemäßen Lösung bläst dieser Wind in Bewegungsrichtung gegen den gekrümmten Kanal, erzeugt somit einen Impuls in Bewegungsrichtung und dadurch einen Schub.The improving effects can be explained as follows: By generating a negative pressure, the fluid of the environment, initially assumed to be at rest, is accelerated in the direction of the point of the negative pressure. This creates a kind of wind to the location of the negative pressure. In conventional propellers and jet engines, this wind blows from the front, i.e. against the direction of movement, and generates a braking impulse. In the solution according to the invention, this wind blows in the direction of movement against the curved channel, thus generating an impulse in the direction of movement and thereby a thrust.

Die Kräfte, die den Vortrieb erzeugen, kann man anhand der "Geschwindigkeitsdreiecke" der Figuren 2a und 2b erläutern. Figur 2a zeigt die "Geschwindigkeitsdreiecke" eines konventionellen Propellers und einer erfïndungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich bei geringen Geschwindigkeiten. Das Diagramm I gibt dabei die Verhältnïsse für einen konventionellen Propeller wieder. Der konventionelle Propeller erzeugt einen Unterdruck und saugt das den Körper umgebende Fluid der Masse m mit der Relativgeschwindigkeit w_in gegen die Richtung des Geschwindigkeitsvektors v ein. Die Eigengeschwindigkeit des Fahrzeugs bzw. des Propellers ist v. Das den Körper umgebende, zunächst ruhende Fluid wird damit auf die Absolutgeschwindigkeit c_in vor dem Propeller gebracht. Durch Vektoraddition erhält man c_in aus v und w_in. In der Propellerebene findet praktisch ein Drucksprung statt. Dadurch wird das Fluid auf die Relativgeschwindigkeit w_aus beschleunigt. Vektoraddition des Geschwindigkeitsvektors v mit dem Vektor der Relativgeschwindigkeit w_aus führt zum Vektor c_aus. Die Schubleistung an dem Körper ist damit:The forces which generate the propulsion can be explained using the "speed triangles" in FIGS. 2a and 2b. FIG. 2a shows the "speed triangles" of a conventional propeller and a device according to the invention in comparison at low speeds. Diagram I shows the conditions for a conventional propeller. The conventional propeller generates a vacuum and sucks in the fluid surrounding the body of mass m at the relative speed w _in against the direction of the speed vector v. The speed of the vehicle or propeller is v. The fluid that initially surrounds the body is brought to the absolute speed c _in front of the propeller. Vector addition gives c _in from v and w _in . A pressure jump practically takes place in the propeller plane. As a result, the fluid is accelerated to the relative speed w _out . Vector addition of the velocity vector v with the vector of the relative velocity w _of leads to the vector c _from. The thrust on the body is:

P = m.v.(w_aus _ w_in).P = mv (w _from _ w _in ).

Wegen c_aus = w_aus _ v und c_in = w_in  _ v ist:Because of c _out = w _out _ v and c _in = w _in _ v:

P = m.v.(w_aus _ v _ w_in + v) = m(c_aus.v _ c_in.v).P = mv (w _from _ v _ w _in + v) = m (c _from .v _ c _in .v).

Das Diagramm II der Figur 2a zeigt die Geschwindigkeitsdreiecke für die erfïndungsgemäße Vorrichtung. Wieder wird das den Körper umgebende Fluid des Umgebungsdruckes p_o mit der Relativgeschwindigkeit w_in eingesaugt, nur diesmal in gleicher Richtung mit dem Geschwindigkeitsvektor v. Durch den Saugvorgang wird daher das den Körper umgebende ruhende Fluid auf die sehr viel höhere Ab solutgeschwindigkeit c*_in beschleunigt, in den-Kanälen 5, 6 der Figur 1 umgelenkt und gelangt vor den Propeller. Dort wird der Drucksprung erzeugt und das Fluid strömt mit der Relativgeschwindigkeit w_aus vom Propeller ab. Wie beim konventionellen Propeller ergibt sich die Absolutgeschwindigkeit c_aus durch Vektoraddition von w_aus und v.Diagram II of FIG. 2a shows the speed triangles for the device according to the invention. Again, the fluid surrounding the body of the ambient pressure p _{o is} sucked _in at the relative speed w _in , only this time in the same direction with the speed vector v. The suction process therefore accelerates the resting fluid surrounding the body to the much higher absolute speed c * _in , deflects it in the channels 5, 6 of FIG. 1 and reaches the propeller. The pressure jump is generated there and the fluid flows _{out of} the propeller at the relative speed w. As with the conventional propeller, the absolute velocity c gives _{out by} vector addition of w and v.

Der Unterschied der erfindungsgemäßen Maschine zum konventionellen Propeller oder Strahltriebwerk ergibt sich also auf der Saugseite.The difference between the machine according to the invention and the conventional propeller or jet engine thus arises on the suction side.

Die Schubkräfte kann man folgendermaßen herleiten: Der Druck des umgebenden, ruhenden Fluids sei p_o. Beim konventionellen Propeller ist in der Propellerebene mit der Querschnittsfläche A_o die Durchströmgeschwindigkeit c_o = (c + v)/2 (mit:The shear forces can be derived as follows: Let the pressure of the surrounding, resting fluid be p _o . In the conventional propeller in the propeller plane with the cross-sectional area A of the flow velocity c _o = (c + v) / 2 _(o, comprising:

c = Abströmgeschwindigkeit relativ zum Propeller undc = outflow speed relative to the propeller and

v = Fluggeschwindigkeit.
Da direkt vor und hinter dem Propeller die Geschwindigkeit des ein- und des austretenden Fluids gleich ist, ist auch dessen Impuls gegen den Propeller gleich. Die Vortriebskraft entsteht nur durch die Druckdifferenz (p₂ _ p₁) des Druckes p₂ direkt hinter dem Propeller und des Druckes p₁ direkt vor dem Propeller. Der Schub S = (p₂ _ p₁ )A_o ergibt sich als Produkt dieser Differenz mit der vom Propeller überstrichenen Fläche A_o. Es läßt sich zeigen, daß (p₂ _ p₁) = (c² _ v²).ρ/2 ist (vgl. z.B. Becker, E.; Piltz, E.; Übungen zur technischen Strömungslehre; Teubner Stuttgart 1984 S. 43 ff). Wegen m =  m = A_o.c_o.ρ = (c + v).ρ.A_o/2 ist der Schub des konventionellen Propellers im Idealfall:
S = (p₂ _ p₁)A_o = (c² _ v²).ρ.A_o/2 = (c _ v).(c + v).ρ.A_o/2 = m(c _ v);v = airspeed.
Since the speed of the incoming and outgoing fluid is the same in front of and behind the propeller, its impulse against the propeller is also the same. The driving force arises only through the pressure difference (p₂ _ p₁) of the pressure p₂ directly behind the propeller and the pressure p₁ directly in front of the propeller. The thrust S = (p₂ _ p ₁ ) A _o results as the product of this difference with the area A _o swept by the propeller. It can be shown that (p₂ _ p₁) = (c² _ v²) .ρ / 2 (see e.g. Becker, E .; Piltz, E .; exercises in technical fluid dynamics; Teubner Stuttgart 1984 pp. 43 ff). Because of m = m = A _o .c _o .ρ = (c + v) .ρ.A _o / 2, the thrust of the conventional propeller is ideally:
S = (p₂ _ p₁) A _o = (c² _ v²) .ρ.A _o / 2 = (c _ v). (C + v) .ρ.A _o / 2 = m (c _ v);

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat man einen Rohrkrümmer mit der Zuströmgeschwindigkeit w_in im Einlaßquerschnitt A_in und der Abströmgeschwindigkeit w_aus im Auslaßquerschnitt A_aus. Zur Vereinfachung betrachte man einen stillstehenden Rohrkrümmer (v = 0), der das Fluid um 180° umlenkt (vgl. Abb.1). Wenn man noch annimmt, daß A_in =  A_o und (wegen (c = 2c_o _ v = 2c_o = 2.w_in)) A_aus = A_o/2, dann kann man die Kraft auf den rohrkrümmer mit Hilfe der bekannten Formeln herleiten (vgl. z.B. Becker, E.; Technische Strömungslehre; Teubner Stuttgart, 5. Aufl. 1982 S. 43 ff). Es ist p_in = p_o _ w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{in}}$

.ρ/2 und p_aus = p_o. Daher ergibt sich auf den Rohrkrümmer eine Vortriebskraft F:
F = ((p_in _ p₀) + ρ.w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{in}}$

) A_in + ((p_aus _ p_o)  + ρ.w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{aus}}$

)A_aus = = (w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{in}}$

.ρ/2)A_o + w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2}}{\text{aus}}$

.ρ.A_o/2 =  (c²/4 + c²).ρ.A_o/2 = = 1,25.m.c. Das heißt, daß allein durch das erfindungsgemäße Umlenken des Ansaugfluids die Vortriebskraft um 25% erhöht wird. (Hinweis: Wegen der modifizierten BERNOULLI-Formel für Gase wird die Erhöhung bei Luft noch sehr viel stärker.)In the inventive device has a pipe elbow with the inflow velocity w _in the inlet cross-section A _in and the outflow velocity w _of the outlet section _from A. To simplify matters, consider a stationary pipe elbow (v = 0) that deflects the fluid through 180 ° (see Fig. 1). If you still assume that A _in = A _o and (because of (c = 2c _o _ v = 2c _o = 2.w _in )) A _out = A _o / 2, then you can apply the force to the elbow using the derive known formulas (see e.g. Becker, E .; technical fluid dynamics; Teubner Stuttgart, 5th edition 1982 p. 43 ff). It is p _in = p _o _ w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2nd}}{\text{in}}$

.ρ / 2 and p _out = p _o . This results in a propulsive force F on the elbow:
F = ((p _in _ p₀) + ρ.w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2nd}}{\text{in}}$

) A _in + ((p _from _ p _o ) + ρ.w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2nd}}{\text{out}}$

) A _off = = (w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2nd}}{\text{in}}$

.ρ / 2) A _o + w $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{2nd}}{\text{out}}$

.ρ.A _o / 2 = (c² / 4 + c²) .ρ.A _o / 2 = = 1.25.mc This means that simply by redirecting the intake fluid according to the invention, the driving force is increased by 25%. (Note: Because of the modified BERNOULLI formula for gases, the increase in air is much greater.)

Setzt man nun hinter die Auslaßöffnung A_aus noch einen Injektor entsprechend Figur J, bei dem das vom Propeller abströmende Fluid Treibstrom und das umgebende Fluid des Druckes p_o Förderstrom ist, der in einem Rohrkrümmer um 180° umgelenkt wird, dann kann man den Standschub noch weit mehr erhöhen. Man nehme dazu an, daß im Mischkanal 14 gemäß Figur 3 der Treibstrom von der Abströmgeschwindigkeit c auf die Mischgeschwindigkeit c/5 abgebremst wird. Nach dem Impulssatz (vereinfachte Herleitung) gilt:
c.m_Treib = (m_Treib + m_Förd).c/5
Daraus folgt: m_Förd = 4 m_Treib.
Unterstellt man, daß die Einströmgeschwindigkeit des Förderstroms m_Förd in den Rohrkrümmer 13 ebenfalls c/5 ist, dann muß der Einlaufquerschnitt A*_ein (wegen (Kontinuitätsgleichung: A*_ein = (4.m_Treib)/(ρ.c/5) und wegen: m_Treib =  A_o.ρ.c/2) sein:Then it is assumed behind the outlet port A _of another injector according to Figure J, in which the effluent from the propeller fluid drive current and the surrounding fluid is of the pressure p _o flow, which is deflected in a pipe bend by 180 °, one can the static thrust still increase far more. It is assumed that in the mixing duct 14 according to FIG. 3, the driving flow is braked from the outflow speed c to the mixing speed c / 5. According to the impulse theorem (simplified derivation):
cm _blowing = (m + m _{blowing Förd)} .c / 5
From this follows: m _funding = 4 m _driving .
A * _a = (4.m _propellant) / (ρ.c / 5): Assuming that the inflow of the flow rate m _Förd in the pipe bend 13 also c / 5, then the inlet cross-section _A * (because (continuity equation must and because of: m _blowing = A _o .ρ.c / 2) be:

A*_ein = 10.A_o.
Erneute Anwendung der Rohrkrümmerformel ergibt:
F = ((p_o _ ρ.(c/5)²/2) _ p_o + (c/5)².ρ).A*_ein +  (m_Treib + m_Förd).c/5 = 10.A_o.ρ.c²/50 + (5 m_Treib).c/5 = m_Treib.(c + c/2,5); Tasächlich sind die Verbesserungen noch höher. Hinter der Injektordüse entsteht nämlich ein Unterdruck, so daß der tatsächliche Förderstrom höher als 4 m_Treibwird. Die entsprechenden Formeln finden sich in Becker, E. / Piltz, E.; Übungen... S.52 und S.110. Danach ist m_Förd = 7.m_Treib, daher A*_ein = 17,5.A_o und damit F ≅ 2,3.m_Treib.c.A * _{o a} = 10.A.
Reapplying the pipe elbow formula gives:
F = ((p _o _ ρ. (C / 5) ² / 2) _ p _o + (c / 5) ².ρ) .A * _a + (m _driving + m _funding ) .c / 5 = 10. A _o .ρ.c² / 50 + (5 m _drive ) .c / 5 = m _drive (c + c / 2.5); In fact, the improvements are even higher. A negative pressure is created behind the injector nozzle, so that the actual flow rate is higher than 4 m _drive . The corresponding formulas can be found in Becker, E. / Piltz, E .; Exercises ... p.52 and p.110. Thereafter, m = _Förd 7.m _propellant, thus A * _.c = 17,5.A _o and F ≅ 2,3.m _propellant.

Insgesamt ergibt sich durch Umlenken des Ansaugfluids und durch Verwendung des Injektors (vereinfachte Herleitung) eine Erhöhung des Standschubes um über 65%.All in all, the deflection of the intake fluid and the use of the injector (simplified derivation) result in an increase in the thrust by over 65%.

Die absolute Einströmgeschwindigkeit c_in kann nicht unbegrenzt hoch werden. Damit man dennoch mit hohen Geschwindigkeiten fahren kann, sind die Einströmkanäle verstellbar. Dies wurde für Figur 1 beschrieben und gilt auch für Figur 3.The absolute inflow velocity c _in cannot become unlimited. The inflow channels are adjustable so that you can still drive at high speeds. This was described for FIG. 1 and also applies to FIG. 3.

Figur 2b zeigt die dafür gültigen Einströmdreiecke. Dabei zeigt Diagramm I das aus der Erweiterung der Querschnittsfläche der Einströmkanäle resultierende Geschwindigkeitsdreieck. Dadurch wird die Relativgeschwindigkeit w_in und damit die Länge des Vektors w_in verringert.Figure 2b shows the inflow triangles valid for this. Diagram I shows the velocity triangle resulting from the expansion of the cross-sectional area of the inflow channels. This reduces the relative speed w _in and thus the length of the vector w _in .

Das Diagramm II zeigt ein Geschwindigkeitsdreieck der erfindungsgemäßen Maschine bei Änderung der Einströmrichtung. Ändert man die Richtung des Einströmvektors w_in und gibt seine Länge (= Geschwindigkeit) vor, dann ergibt sich daraus nach den Gesetzen der Vektoraddition c_in. Der Vortriebsanteil cv_in ist dann die Projektion von c_in auf den Strahl auf dem v liegt. Dies entspricht der Umfangskomponente c_u in der Euler'schen Formel.Diagram II shows a speed triangle of the machine according to the invention when the inflow direction changes. If you change the direction of the inflow vector w _in and specifies its length (= speed), then it follows from the laws of vector addition c _in . The propulsion component cv _in is then the projection of c _in onto the beam on which v lies. This corresponds to the circumferential component c _u in Euler's formula.

Bei dem in Figur 3 gezeigten Strahltriebwerk 8 sitzen ein ringförmiger Deckel 9 und ein Zentralkörper 10 vor dem Strahltriebwerk und lenken die Ansaugluft um. Deckel 9 und Zentralkörper 10 können verschoben werden. Bei geringeren beschwindigkeiten werden zunächst Deckel 9 und Zentralkörper 10 gemeinsam nach vorne verschoben und damit Einströmwinkel und Einströmquerschnitt geändert. Dann wird durch Zurückziehen des Deckels 9 und Vorschieben des Zentralkörpers 10 der Ringspalt 11 geöffnet, wodurch die Ansaugluft nahezu von vorne einströmt. Zur zusätzlichen Schuberhöhung bei kleinen Geschwindigkeiten ist hinter der Triebwerksdüse 12 ein Injektor (Ejektor, Strahlapparat) angebracht. Dieser besteht aus der Triebwerksdüse 12, die die Treibdüse des Injektors darstellt, teleskopartig verstellbaren, gekrümmten Rohrstücken 13, die die Förderkanäle des Injektors bilden und teleskopartig verschiebbaren geraden Rohrstücken 14, die den Mischungskanal des Injektors bilden. Im Injektor entsteht ein Impulsausgleich, indem der Treibstrom abgebremst und der Förderstrom beschleunigt wird. Insgesamt bleibt der Impuls erhalten und damit auch die Vortriebskraft. Zusätzlich entsteht bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Umlenkung des mit der Bewegungsrichtung einströmenden Förderfluids ein Vortriebsimpuls.In the jet engine 8 shown in FIG. 3, an annular cover 9 and a central body 10 sit in front of the jet engine and deflect the intake air. Cover 9 and central body 10 can be moved. At lower speeds, the cover 9 and the central body 10 are first moved forward together, thus changing the inflow angle and inflow cross section. Then the annular gap 11 is opened by pulling back the cover 9 and advancing the central body 10, as a result of which the intake air flows in almost from the front. For additional thrust increase at low speeds, an injector (ejector, jet apparatus) is attached behind the engine nozzle 12. This consists of the engine nozzle 12, which is the driving nozzle of the injector, telescopically adjustable, curved pipe sections 13, which form the delivery channels of the injector, and telescopically displaceable straight pipe sections 14, which form the mixing channel of the injector. A pulse compensation occurs in the injector by braking the driving current and accelerating the delivery flow. All in all, the momentum is retained, and with it the driving force. In addition, a propulsion impulse is created in the device according to the invention by deflecting the conveying fluid flowing in with the direction of movement.

Bei höheren Geschwindigkeiten werden die gekrümmten Rohrstücke 13 und die geraden Rohrstücke 14 ineinander geschoben und damit der Injektor "ausgeschaltet".At higher speeds, the curved pipe sections 13 and the straight pipe sections 14 are pushed into one another and the injector is thus “switched off”.

Figur 4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 21 an der Auslaßdüse 22 eines mit Dampf oder Gas betriebenen Segner′schen Rades 20. Wie beim Injektor des Triebwerks nach Figur 3 bewirkt der zuströmende Förderstrom ein zusätzliches Drehmoment.Figure 4 shows the device 21 according to the invention on the outlet nozzle 22 of a steam or gas operated Segner wheel 20. As with the injector of the engine According to Figure 3, the inflowing flow causes additional torque.

Figuren 5 bis 7 zeigen die erfindungsgemäße Vorrichtung an der Niederdruckturbine einer zweiwelligen Gasturbine. Zweiwellige Gasturbinen werden unter anderem als Fahrzeugantriebe eingesetzt. Dabei treibt in der Regel die Hochdruckturbine den Verdichter und die Niederdruckturbine den Fahrzeugantrieb. Die Niederdruckturbine dreht also in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit unterschiedlich schnell. Beiniedrigen Drehzahlen hat sie einen schlechten Wirkungsgrad.FIGS. 5 to 7 show the device according to the invention on the low-pressure turbine of a twin-shaft gas turbine. Twin-shaft gas turbines are used, among other things, as vehicle drives. The high-pressure turbine usually drives the compressor and the low-pressure turbine drives the vehicle. The low-pressure turbine rotates at different speeds depending on the vehicle speed. At low speeds, it has poor efficiency.

Das in den Figuren 5 bis 7 gezeigte Turbinenlaufrad 25 hat die Eigenschaften zweier Turbinenlaufräder. Bei niedrigen Raddrehzahlen werden durch einen Ringschieber 26 die Hochgeschwindigkeitskanäle 27 verdeckt und die Niedergeschwindigkeitskanäle 28 geöffnet. Damit strömt das von der Hochdruckturbine kommende Gas durch das Leitrad 29 in die Niedergeschwindigkeitskanäle 28 des Turbinenlaufrades 25. Die Niedergeschwindigkeitskanäle 28 enden in Treibdüsen 30 von Injektoren. Die Förderkanäle 31 dieser Injektoren saugen das Umgebungsgas in Drehrichtung an und bewirken durch Umlenkung ein zusätzliches Drehmoment auf das Laufrad. Durch die Mischungskanäle 32 strömt das Gas aus dem Laufrad ab. Bei höheren Raddrehzahlen werden mit dem Ringschieber 26 die Niedergeschwindigkeitskanäle verschlossen und die Hochgeschwindigkeitskanäle 27 geöffnet. Dann strömt das Gas durch diese.The turbine impeller 25 shown in FIGS. 5 to 7 has the properties of two turbine impellers. At low wheel speeds, a ring slide 26 covers the high-speed channels 27 and opens the low-speed channels 28. The gas coming from the high-pressure turbine thus flows through the stator 29 into the low-speed channels 28 of the turbine impeller 25. The low-speed channels 28 end in drive nozzles 30 of injectors. The delivery channels 31 of these injectors suck in the ambient gas in the direction of rotation and cause an additional torque on the impeller by deflection. The gas flows out of the impeller through the mixing channels 32. At higher wheel speeds, the low-speed channels are closed with the ring slide 26 and the high-speed channels 27 are opened. Then the gas flows through it.

Figur 8 zeigt erfindungsgemäße Antriebe an einem Fluggerät. Zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen 40, 41 hängen an einem Träger 42 über dem Flugkörper 43. Sie beinhalten Propeller 44, 45, die von einer Zentralwelle 46 und einer Antriebswelle 47 eines in oder über dem Flugkörper 43 angeordneten Motors angetrieben werden. Die Maschinen 40, 41 sind über eine Steuerhydraulik 50 um den Träger 42 schwenkbar. In der gezeigten Stellung bewirken die Vorrichtungen 40, 41 reinen Auftrieb. Schwenkt man beide Vorrichtungen nach vorne, so erhält man einen Vortrieb; schwenkt man sie nach hinten, so wird das Fluggerät abgebremst. Schwenkt man eine Vorrichtung nach vorne und eine nach hinten, so dreht das Fluggerät in der Luft. Analog lassen sich durch unterschiedliche Neigungen der Vorrichtungen Kurven fliegen. Das Fluggerät kann mit einem Tragflügel 51 ausgestattet sein, so daß bei hohen Geschwindigkeiten die Vorrichtungen reinen Vortrieb erbringen können und der Tragflügel für den Auftrieb sorgt. Die Tragflügel können bei "Hubschrauberbetrieb" eingeschwenkt werden.FIG. 8 shows drives according to the invention on an aircraft. Two devices 40, 41 according to the invention hang from a carrier 42 above the missile 43. They contain propellers 44, 45 which are driven by a central shaft 46 and a drive shaft 47 of a motor arranged in or above the missile 43. The machines 40, 41 can be pivoted about the support 42 by means of control hydraulics 50. In the position shown, the devices 40, 41 cause pure buoyancy. If you swivel both devices forward, you get a propulsion; If you swivel it backwards, the aircraft is braked. If you swivel one device forwards and one backwards, the aircraft turns in the air. Similarly, curves can be flown through different inclinations of the devices. The aircraft can be equipped with a wing 51 so that the devices can provide pure propulsion at high speeds and the wing provides the lift. The wings can be swung in during "helicopter operation".

Claims (8)

1. A device for producing a directional propulsive force acting on a body surrounded by a fluid of the pressure p_o, comprising drive means fixed to the body and producing a negative pressure p_u < p_o thereby imparting an inflow velocity w to the fluid taken in from the environment, bringing the velocity of the flowing fluid relative to the body to the velocity c by energy supply, and ejecting the fluid into the environment at this velocity c in a direction opposite to the desired direction of propulsion, including a channel (5, 6, 13, 20) fixed to the body and disposed upstream of the drive means, which channel changes the flowing direction of the fluid taken in from the environment in such a way that the directional vector of the fluid flowing into the channel and the vector of the direction of movement of the body or the vector tangential to the path of movement of the body form an angle different from 180°, the channel being curved such that the fluid flowing therethrough exerts an impulse on the wall thereof in the direction of propulsion,
characterized in that the angle of curvature and/or the cross-sectional area of the channel (5, 6, 13, 20) is adjustable.

2. The device of claim 1, characterized in that it is provided on the outflow side of a propeller or a propulsion jet, wherein the fluid ejected at high velocity flows into a discontinuously expanding channel (14) in which it produces said negative pressure (p_u < p_o), thereby acting as the propulsive jet of an injector, and that the channel (13) is disposed such that fluid of the pressure p_o is taken in from the environment and, within the channel, has its direction of flow changed such that the impulse of flowing fluid acting on the channel walls produces a propulsive force in the direction of movement of the body.

3. The device of claim 1 or 2, characterized in that it is disposed on a body which is rotatable about an axis such that the propulsive force produced by the device acts in the tangential direction on said rotatable body.

4. The device of claim 3, characterized in that the rotatable body is a reaction wheel, in which a fluid at a pressure p₃ > p_o is guided to at least one nozzle (22) directed opposite to the direction of rotation, is accelerated therein and is ejected at high velocity so that a torque in the direction of rotation of the body is generated, wherein the nozzle (22) is the propulsion nozzle of an injector in which the negative pressure p_u < p_o is produced.

5. The device of claim 4, characterized in that a plurality of nozzles (22) is provided, at least one of which is adapted to be either made inoperative or varied as to its cross-sectional area.

6. The device of claim 3, characterized in that it is provided on a first turbine wheel which is mounted together with a second turbine wheel on a common shaft for rotation therewith and that the fluid, at low rotational speeds, of the shaft is passed through the first turbine wheel and, at higher rotational speeds, is passed through the second turbine wheel.

7. The device of claim 1 or 2 for producing a thrust on a craft, characterized in that two devices (40, 41) are mounted in spaced relationship on said craft (43) in such a way that their directions of propulsion are variable independently of each another relative to a main axis of the craft (43).

8. The device of claim 7, characterized in that both devices (40, 41) with their directions of propulsion are pivotable relative to each other and relative to the craft about two mutually perpendicular axes.

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