FI83692C - Anordning foer kraftalstring i ett stroemmande medium. - Google Patents

Description

83692

LAITE VOIMAN TUOTTAMISEKSI VIRTAAVASSA VÄLIAINEESSA -ANORDNING FÖR KRAFTALSTRING I ETT STRÖMMANDE MEDIUM

Tämän keksinnön kohteena on uudenlainen laite hyödyllisen voiman tuottamiseksi virtaavassa väliaineessa. Se liittyy aktiiviseen laitteeseen, joka sijoitetaan vir-taavaan väliaineeseen (kuten ilma tai vesi) maksimaalisen käyttövoiman tehokkaaksi tuottamiseksi suhteessa vaadittuun energian kulutukseen. Erään edullisen sovellutusmuodon mukaan merenkulun alalla keksintöä voidaan käyttää energian säästämiseksi tuottamalla laivan käyttövoima tuulen avulla tai auttamalla tai korvaamalla muita energiaa kuluttavia laivan käyttölaitteita. Keksintö on kuitenkin hyödyllinen myös muilla aloilla, kuten vesi- tai tuulikäyttöisissä säh-kögeneraattoreissa.

Tämä keksintö on parannus keksintöön, joka on esitetty ranskalaisessa patentissa 8025456 ja sen lisäpatentissa 8106751. Selvyyden vuoksi esitetään näiden julkaisujen esimerkit ja rakenteet myös tässä.

Hyvin tunnettu tavanomaisten purjeiden (passiivinen laite) käyttö alusten tai veneiden kuljettamiseksi eteenpäin on käytännössä rajoittunut suurten purjepintojen tarpeeseen, koska tällaisissa rakenteissa tuulesta saatu voima on ver-rannollinen purjepinta-alaan. On myös yritetty käyttää aktiivisia laitteita, kuten jatkuvasti pyöriviä sylintereitä, hyödyntämällä ns. "Magnus-efektiä", kuten US-patentissa 18122 vuodelta 1931 on esitetty, mutta tämänkaltaisissa laitteissa kuluu paljon energiaa välttämättömiin toimilaitteisiin, kuten myös mekaaniseen monimutkaisuuteen, joka johtuu siitä, että sylinterin tulee jatkuvasti pyöriä satoja kierroksia minuutissa tuottaakseen tarvittavan käyttövoiman. Ne kärsivät myös rajoituksista, joita syntyy kun sylinteri täytyy pysäyttää ja kääntää päinvastaiseen suuntaan suunnan muuttamiseksi.

2 83692

Sekä mainittujen ranskalaisten patenttien esittämät keksinnöt että nyt esillä oleva keksintö pitävät sisällään parannuksen US-patentissa 2713392 esitettyyn "tuulimoottoriin" ja aikaansaavat huomattavan parannuksen voiman ulosottoon ja tuottavat lisäksi merkittävän energiatehokkuuden lisäyksen verrattuna siihen energiaan, joka välttämättä kuluu käyttökelpoisen ulosoton aikaansaamiseksi.

Yleisesti sekä tämä keksintö että aiemmat keksinnöt hyödyntävät stationääristä mutta suunnattavaa onttoa runkoa, joka on muodoltaan putkimainen tai sylinterimäinen. Onttoon runkoon on järjestetty erityiset väliainetta läpäisevät alueet (esim. aukot), joiden läpi väliaine aspiroidaan sopivalla puhaltimella tai imulaitteella. Säädettävä säätösiipi tai läppä muodostaa lisäparametrin, joka mahdollistaa huomattavasti suuremman ulostulovoiman ja sisäänmenevän energian suhteen sekä aikaansaa laitteen toiminnan joustavuuden.

Keksinnön ymmärtämiseksi paremmin esitetään seuraavassa muutamia perusperiaatteita kuvioon 1 liittyen. Kuviossa 1 : on esitetty laite (kuten aluksen purje), joka on sovitettu kohtaan M ja jossa kuviossa 1 väliaine (kuten ilma) liikkuu suhteellisella nopeudella V laitteeseen nähden, jolloin laitteeseen kohdistuu voima F, joka voidaan jakaa käyttö-;V voimaan P, joka on kohtisuorassa väliaineen nopeusvektoria V vastaan ja jarruvoimaan R, joka on samansuuntainen no-peusvektorin V kanssa. Jos laite kohdassa M liikkuu suuntaan A muodostaen kohtauskulman <=*· nopeusvektorin V kanssa, kohdistuu siihen kuljettava voima T, joka vastaa voiman F ... A-suuntaista komponenttia. Täten tietyllä tulokulman arvolla kasvaa kuljettava voima T, kun käyttövoima P kasvaa ja jarruvoima R vähenee kun kulma on alle 90°.

Yleisesti käyttövoima ja jarruvoima ilmaistaan dimensiotto-milla suureilla Cz ja Cx, joille on annettu seuraavat kaa- 3 83692 vat:

P

Cz = -

1/2$V2S

R

Cx = -

1/2$V2S

joissa P on käyttövoima (vastaa aerodynaamista nostoa), R on vastustava voima (jarruvoima), $ ilmoittaa väliaineen tiheyden, V on väliaineen nopeus ja S on laitteen pinta-ala projisoituna väliaineen liikesuuntaa V vastaan kohtisuoralle tasolle. Cz ja Cx ovat tunnettuja noston ja jarrutuksen (C^ ja CD) suureita kantopinnoista puhuttaessa.

Kuljettavan voiman T kaava on luonnollisesti seuraava: ... 2 : * : T = 1/2 V S(Czsin<* - Cxcos o<).

. Tämä kaava osoittaa selvästi, että tietyllä väliaineen no- peudella V ja tietyllä kuljettavan voiman suunnallack, tu-lee kuljettava voima sitä suuremmaksi mitä suurempi tulo S "/ kertaa Cz on.

Jos näitä tuloksia sovelletaan traditionaalisiin laitteisiin (kuten lentokoneiden siivet, alusten purjeet jne.), jotka aikaansaavat käyttövoiman ilman ulkopuolisen energian : syöttöä, on Cz käytännössä aina alle 1.7, mutta voi olla ;Y 2.2 lentokoneen siivessä, jossa on läppä ja 2.7 hypersuste- naatiolaitteissa. On ilmeistä, että suuren kuljetusvoiman T synnyttäminen vaatii pintoja, jotka ovat liian suuria ja käytännössä vaikeasti käsiteltäviä.

4 83692

On tunnettua tuottaa erittäin suuria käyttövoimia P tai nostokertoimia Cz käyttämällä aktiivisia laitteita, jotka käyttävät ulkopuolista energiansyöttöä. Täten, nk. Magnus-efektin mukaan, pyörittämällä sirkulaarista sylinteriä akselinsa ympäri ja sijoittamalla se väliaineeseen, joka virtaa sylinterin ympäri, aikaansaa syntyvä väliainevirtauksen poikkeama suuren voiman sylinteriin, suunnassa, joka riippuu sylinterin pyörimissuunasta ja -nopeudesta. Sirkulaari-sen sylinterin pyöriminen myös viivyttää ja vähentää väliainevirtauksen erkanemista sylinterin pinnasta ja syntyvää turbulenssia.

Vaikka Magnus-efekti mahdollistaa kertoimen Cz korkeat arvot, aiheuttavat kuitenkin näiden arvojen aikaansaamiseksi tarvittavat sylinterin pyörimisnopeudet mekaanisia komplikaatioita ja vaativat huomattavia voimia? tulee pitää mielessä, että sylinterin halkaisijan pitää olla esimerkiksi n. 3m ja korkeuden n. 15m ollakseen riittävä suhteellisen pienen veneen (pituus n. 30m) kuljettamiseksi. Nämä mekaa-·*: niset komplikaatiot liittyvät erityisesti tärinöihin, gy- roskooppisiin efekteihin jne., jotka aiheutuvat tällaisen sylinterin pyörimisestä, jonka sylinterin pyörimisnopeus saattaa saavuttaa arvon 400 r/min, kun tuulen nopeus on suuri. Lisäksi kuljetettaessa alusta tai venettä tällä tavoin, on ilmeistä, että jos on tarpeen muuttaa eteenpäin kuljettavan voiman suuntaa, täytyy sylinterin pyörimissuuntaa muuttaa, mikä vie suhteellisen pitkän ajan inertian johdosta.

Joitain näistä epäkohdista yritettiin poistaa US-patentissa 2713392 vuodelta 1955, jossa alukseen sijoitettua, vertikaalista sylinteriä käytettiin aluksen eteenpäinkuljettami-seen ja jossa sylinteri tehtiin ilmaa läpäiseväksi, joka ilma aspiroitiin tai imettiin sylinteriin ilmavirtauksen aikaansaamiseksi sylinteripinnan ympäri. Pieni deflektori 5 83692 aikaansai sylinteriä ympäröivien erkanevien ilmavirtauksien eripituiset radat, jolloin syntyi sylinteriä vastaan kohtisuoria voimia. Tällä rakenteella ei kuitenkaan saavutettu Ranskassa yli 20 vuotta sitten suoritetuissa tuulitunneli-testeissä kertoimelle Cz suurempaa arvoa kuin 2.4, joten laite ei ollut käyttökelpoinen. Samankaltaisia periaatteita esitettiin teoreettisesti vielä vanhemmassa brittiläisessä patentissa 222845 vuodelta 1925, mutta myöskään se ei johtanut toimivaan laitteeseen.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada aktiivinen laite, joka tuottaa suuren käyttövoiman - Cz välillä 5-8 -ja jossa ulkopuolisen energian syöttötarve on minimaalinen ja johon ei liity aikaisempien laitteiden epäkohtia. Luonnollisesti keksinnön mukaisia laitteita voidaan käyttää moni in tarkoituksiin, esimerkiksi liikkuvan kohteen, kuten aluksen eteenpäin kuljettamiseen tai käyttökelpoisen mekaanisen energian tuottamiseen väliainevirtauksesta, joka energia voidaan muuntaa sähköenergiaksi generaattorilla. Keksinnöllä on mahdollista saavuttaa hyötyä ei pelkästään tuulienergian avulla, vaan myös joki- tai merivirroista tai vuorovesivirtauksesta tai mistä tahansa väliainevirtauksesta. Vaikka keksintö onkin hyödyllinen muillakin väliaine-: .·. virroilla kuin ilmalla, tullaan keksintöä selittämään ilma-virran avulla.

Vaikka tämä keksintö hyödyntää fysikaalisia perusperiaatteita, jotka vastaavat jossain määrin lentokoneiden kanto-pintojen aerodynamiikkaa koskevia lakeja, ovat olosuhteet, joiden puitteissa näitä periaatteita tässä käytetään, melko erilaiset ja poikkeavat kantopinnoista. Keksintö on erityisen edullinen alhaisilla virtausnopeuksilla, kuten alle 25 m/s, kun taas lentokoneiden kantopintojen yhteydessä ovat - kysymyksessä yleensä huomattavasti suuremmat nopeudet. Sen lisäksi kantopinnoissa on yleensä kysymys maksiminostosta 6 83692 ja niissä olennaisesti toisarvoinen kysymys on energian säilyminen. Sen sijaan, nyt esillä olevassa keksinnössä on olennaisin kysymys energian säilyminen, jotta saavutettaisiin maksimi käyttövoima suhteessa kulutettuun energiaan. Kantopintojen suunnittelu on myös keskittynyt jarrutus- tai vastustekijään, jolloin nostokertoimen (C^ tai Cz) ja vas-tuskertoimen (CD tai Cx) suhteen optimoimiseksi on tehty paljon työtä. Nyt esillä olevassa keksinnössä vastus ei sen sijaan ole merkittävä tekijä, varsinkaan merenkulun vaatimuksissa, jossa aluksen rungon vastus kuljettaessa veden läpi on aivan eri luokkaa kuin mikä tahansa väliainevastus kuljetusvoimaa tuottavassa laitteessa.

Mitä tulee kantopintoihin, on noston nostokerroin normaalissa käytössä välillä 0.2-0.3. Tätä voidaan nostaa välille 2.5-3.0 otettaessa läpät käyttöön laskeutumisen yhteydessä. Vastuskertoimen Cx arvo on luokkaa 0.01, jolloin suhde Cz:Cx on sopiva.

Keksinnössä sen sijaan aikaansaadaan Cz:n arvoja välillä 5-8, mikä on osoitus syntyvästä käyttövoimasta. Tehokkuutta voidaan mitata energialla, joka kuluu konvertoitaessa väli-ainevirtausta käyttövoimaksi, jota indikoi energiakerroin CA. Tällä ei ole mitään merkitystä lentokoneiden kantopin-noissa.

Keksinnössä tulee CA olla alle 0.2, jotta energiakulutus olisi järkevää. Kuten tullaan huomaamaan, CA:n arvoilla 0.1-0.2 tuottaa keksintö Cz:n arvoja 5-8, jotka huomattavasti suurempia kuin lentokoneiden kantopinnoissa.

Keksinnön mukainen laite sijoitetaan väliainevirtaukseen, joka liikkuu tiettyyn suuntaan, jotta saataisiin käyttövoima suuntaan, joka on kohtisuorassa väliainevirtaukseen nähden, johon laitteeseen kuuluu pitkänomainen ontto runko 7 83692 ''kuten putki, sylinteri tai kartiomainen kappale), jonka poikkileikkaus (profiili) on samassa tasossa väliainevirtauk-sen kanssa ja on muodoltaan ympyrämäinen ja symmetrinen akselin suhteen, joka määrää tulokulman väliainevirtauksen suunnan kanssa. Profiilin ja siihen kuuluvien varusteiden (kuten aukkojen tai läpän, joita selitetään myöhemmin) symmetria johtuu tarpeesta hyödyntää tuuli aluksen kummaltakin puolelta. Profiilissa on edullisimmin pitkänomainen etuosa, jonka leveys kasvaa edestä taaksepäin ja takaosa, jonka leveys pienenee edestä taaksepäin. Profiili on "paksu" eli sopivimman sen maksimi leveys on 50-100% pituudesta symmetria-akselin määrittämässä suunnassa.

Keksinölle on tunnusomaista se, mitä on määritelty oheisissa patenttivaatimuksi ssa.

Profiilin muodon määrittää erityisesti takaosa, joka on muodostettu vain osaksi ympyrän kaarta (alle puoliympyrän) ja ellipsin muotoinen etuosa, joka yhdistää takaosan kaaren. Laitteeseen kuuluu myös laite pinnan rajakerroksen väliaine-virtauksen säätämiseksi, edullisimmin muodostamalla rungon pintaan huomattava paineen alennus tai alipaine (esimerkiksi ;· ^ imun tai aspiraation avulla pinnan väliainetta läpäisevän alueen läpi) ainakin alueelle, joka sijaitsee sillä puolella, jota kohti poikittainen käyttövoima on suunnattu (tuulesta poispäin oleva puoli). Sen lisäksi on takaosa varustettu laitteella, joka erottaa rungon ulkopinnan kummallekin puolel-: le tulevat väl i ai nevi rrat ja joka laite on sijoitettu sille puolelle, josta väliainevi rtaus tulee (tuulen puolelle).

Nämä keksinnön piirteet antavat panoksensa voimaa tuottavan laitteen valmistuksen ja mahdollistavat hyödyllisen käyttövoi-.**' man aikaansaamisen erityisen alhaisella energian kulutuksella.

Nämä edut syntyvät osaksi symmetrisen runkoprof1i1in paksuudesta ja profiilin etuosan erityisestä pitkänomaisesta 8 83692 muodosta, joka tekee mahdolliseksi rajoittaa läpäisevää aluetta aspiraation synnyttämiseksi vain profiilin pienelle vyöhykkeelle, mikä vähentää huomattavasti energian tarvetta laitteessa. Näin ollen on välttämätöntä aikaansaada aspiraatio (imu) vain kun väliaineen nopeus rajakerroksessa rungon ulkopinnassa (tuulesta poispäin olevalla puolella) on sellainen, että ilmavirta pyrkii irtautumaan pinnasta ja synnyttämään turbulenssia, ts. kun painegradientti tulee positiiviseksi. On kuitenkin huomattu, että profiilin erityinen pitkänomainen muoto (varsinkin profiilin etuosan) tekee mahdolliseksi merkittävästi hidastaa tätä tilannetta ja sen seurauksena rajoittaa suhteellisen pienelle vyöhykkeelle ulkopinnan virtaus alueelle, jossa on tarpeellista aikaansaada aspiraatio ja rajoittaa aspiraation virtauseste sekä tyhjöaste rungon pinnalla.

Keksinnön mukaisen laitteen erityisen merkittävät sovellu-tusmuodot syntyvät myös imulaitteen ja rungon erityisen paksun profiilin kombinaatiosta suuren alipaineen tai paineen alennuksen aikaansaamiseksi imemällä väliainetta runkoon väliainetta läpäisevässä vyöhykkeessä. Profiilin muoto V on myös edullinen, koska se rajoittaa riittävän suuren imu-'·: kammion, jolloin sisäinen paine on helppo vähentää alhai- : selle tasolle ja vähentää täten häviöitä ilmavirtaa syöttä- mällä ja vaikuttaa siten virtaushäviöiden alenemiseen ja laitteen energian kulutukseen.

Lisäksi väliainevirtauksen erkanemisen vahvistaminen onton rungon uiko- ja sisäpinnoilla, joka edullisimmin aikaansaadaan tietyllä tavalla sijoitetulla ja mitoitetulla siivellä tai läpällä (ilman energian kulutusta), tekee mahdolliseksi estää parasiittipyörteiden tai turbulenssin syntymisen, jotka muuten pyrkisivät vähentämään käyttövoimaa tietyllä energian syöttötasolla.

9 83692 Täten on selvää, että keksinnön mukaisen laitteen useat tunnusmerkit on yhdistetty antamaan yllättävän edullisia . tuloksia. Esimerkiksi kun rungon projektoitu pinta-ala on 150 m , on mahdollista käyttämällä 90 hv:n moottoria aspiraation aikaansaamiseksi, 12 m/s tuulessa varmistaa aluksen liikkuminen nopeudella 7 m/s (25 km/h) edullisissa olosuhteissa, joissa kulma , joka muodostuu aluksen kulkusuunnan ja tuulen suunnan välille, on likimain 60°. Vertailun vuoksi on todettava, että samojen tulosten aikaansaamiseksi . 2 tulisi purjeen olla pinta-alaltaan likimain 1000 m , jolloin tulisi suurentaa laivan mittoja sekä lisätä purjeita käyttävien henkilöiden lukumäärää.

Keksinnön mukaisen laitteen avulla saavutettujen energia-säästöjen havainnollistamiseksi on myös mainittava, että edelläesitetyssä esimerkissä keksinnön mukaisella laitteella saavutettujen suoritusarvojen aikaansaamiseksi tavanomaisilla kuljetuslaitteilla varustetuissa aluksissa, tulisi ne varustaa moottorilla, jonka teho on likimain 1200 hv.

Lopuksi on selvää, että sellaisen laitteen käyttö, joka pysyy olennaisesti stationäärisenä aluksen suhteen, tekee ·.*·: mahdolliseksi eliminoida mekaaniset ongelmat, jotka ovat tyypillisiä Magnus-efektiä käyttäville pyöriville sylinte-: re i 1 le.

Keksinnön eräässä toisessa sovellutusmuodossa laitteeseen kuuluu laite, jolla rungon profiilin symmetria-akselia voidaan automaattisesti säätää oikeaan tulokulmaan suhteessa väliaineen suuntaan.

Käytännössä eräässä keksinnön sovellutusmuodossa pitkänomaisen rungon profiiliin voi kuulua takaosa, joka voi olla ympyränkaaren muotoinen (alle puoliympyrän) samalla kun muu osa profiiilista on ellipsin muotoinen (yli puoliellipsin).

1° 83692

Eräässä konstruktiossa pitkänomainen pääosa on muodostettu muotolevystä, jonka leikkaus voi olla ellipsin osan muotoinen. Sen varmistamiseksi, että laite ei vahingoitu, kun se sijoitetaan väliainevirtaan, jonka virtausnopeus on huomattavasti tavallista suurempi, on mahdollista joko vahvistaa laite normaalia lujemmaksi tai varustaa laitteen pitkänomainen etuosa ainakin yhdellä sisäänvedettävällä osalla, jolloin rungon kokonaispinta-alaa voidaan pienentää.

Keksinnön eräissä muissa sovellutusmuodoissa voidaan ottaa huomioon erilaisia konstruktioita sisäänvedettäviä osia varten. Jos pitkänomaiseen runkoon kuuluu jäykkä sylinteri-mäinen kuoriosa, joka määrittää takaosan, on mahdollista varustaa etuosa joko joustavalla, ilmalla täytettävällä kuorella, jossa on yksinkertainen tai kaksoisseinä tai liikkuvalla hoikilla, joka voi liikkua radiaalisesti sylin-terimäisen kuoren suhteen ja joka on yhdistetty viimeksi mainittuun joustavilla väliseinillä tai joustavalla, teräväksi muotoillulla osalla, joka on sijoitettu kahden kannattimen, kuten salkojen väliin, jotka kannattimet ovat olennaisesti yhdensuuntaiset sylinterimäisen kuoren akselin kanssa ja jotka aikaansaavat aukkovaikutuksen tai jäykällä, terävällä osalla, joka on kuoren suhteen radiaalisesti liikkuva. Lopuksi pitkänomainen runkorakenne voi olla teleskooppimainen ja siihen voi kuulua useita jäykkiä osia siten, että ainakin yksi osa on tehty joustavasta materiaalista niin, että sen pituutta voidaan haluttaessa lyhentää.

On selvää, että nämä tunnusmerkit tekevät mahdolliseksi parantaa laitteen suoritusarvoja epäedullisen voimakkaassa väliainevirtauksessa, koska pitkänomaisen pääosan kokoon-painuminen voi millä tahansa halutulla hetkellä pienentää virtaavaan väliaineeseen sijoitetun rungon poikkileikkausta .

11 83692

On tarkoituksen mukaista, että laite rajakerroksen säätämiseksi tuulesta poispäin olevalla puolella käsittää yhdistetyt tai erilliset laitteet, kuten puhaltimen väliaineen imemiseksi runkoon ja/tai laitteen väliaineen puhaltamiseksi suuntaan, joka on olennaisesti tangentiaalinen runkoon nähden.

Laite, jolla ulkopinnan ja sisäpinnan väliainevirrat erotetaan, voi käsittää joko läpän tai siiven, joka osoittaa ulospäin rungosta tai laitteen, jolla puhalletaan väliaine ulos rungosta ja suunnataan ulkopinnan väliainevirtaan. Läppä voi olla joko suora tai sisäänpäin käyristetty ja puhalluslaite voi olla joko radiaalinen, vino tai tangentiaalinen ja se voidaan yhdistää läppään ulkopinnan väliaine-virran kiihdyttämiseksi läpän läheisyydessä.

Jotta käyttövoiman suuntaa olisi mahdollista muuttaa, voidaan eri osat kahdentaa, jolloin yksi on kokoonpainuneena tai pois toiminnasta kun taas toinen on käytössä ja molemmat on sijoitettu symmetrisesti suhteessa rungon symmetria-akseliin. Vaihtoehtoisesti laite voi olla yksittäinen, jol- ·-*- loin se voi siirtyä symmetria-akselin suhteen rungon toi- - selle puolelle.

: Keksinnön eräässä sovellutusmuodossa onton rungon kumpaan kin päähän on järjestetty päätylevyt tai sen kaltaiset, jotka rajoittavat ei-toivottuja pyörteitä tai turbulenssia. Laitteen tehon lisäämiseksi entisestään, voidaan kumpikin päätylevy varustaa ympyrämäisellä osalla, joka pyörii ulkopinnan väliainevirran suunnassa tai ne voidaan varustaa imulaitteella tai puhalluslaitteella, jotka ovat tangen-tiaalisesti, kohtisuorasti tai vinosti päätylevyn pinnan — suhteen.

12 83692 Näiden tunnusmerkkien eräässä erityisen taloudellisessa kombinaatiossa muodostetaan pitkänomaisen, onton rungon pinnalle tyhjöjä käyttämällä imulaitetta, joka on sijoitettu rungon sisään, jolloin sisä- ja ulkopintojen väliaine-virtojen erottaminen tapahtuu siiven tai läpän avulla, joka on sijoitettu olennaisesti radiaalisesti pitkänomaisen rungon suhteen ja päätylevyt on järjestetty pitkänomaisen rungon päihin. Keksinnön eräässä edullisessa sovellutusmuodos-sa imulaitteeseen kuuluu vähintään yksi puhallin, jonka akseli on yhdensuuntainen pitkänomaisen rungon pitkittäisak-selin kanssa. Puhallin tai puhaltimet on sijoitettu rungon sisään sen päiden lähelle imeäkseen väliaineen rungon sisäosaa kohti koko päiden välisellä matkalla ja puhaltaakseen väliaineen ulos rungosta kunkin päätylevyn läpi. Tämä ratkaisu on erityisen tarkoituksen mukainen tapauksessa, jossa pitkänomainen runko on teleskooppimainen. Kuitenkin sitä voidaan käyttää myös profiilin kaikkien muiden erilaisten konstruktioiden yhteydessä. Puhallus tapahtuu edullisimmin radiaalisesti kummankin päätylevyn kehän kaarella ja takaosan puolella. Puhalluksen poikkileikkaus on riittävän suuri minimoidakseen paineen alenemisen, mikä muuten lisäisi energian kulutusta.

Keksinnön erään sovellutusmuodon mukaisesti pitkänomaisen rungon sisäpuolella ulkonee pitkittäin väliseinä, joka rajoittaa kaksi osaa, jotka on yhdistetty toisiinsa ympyrämäisillä aukoilla. Puhaltimet on sijoitettu näihin aukkoihin imeäkseen väliaineen yhteen mainituista osista, joka käsittää imuvyöhykkeen ja puhaltaakseen väliaineen toiseen, joka käsittää puhallusvyöhykkeen, joka on väliainevirtauk-sessa läpän lähellä. Edullisimmin puhaltimien akselit ovat kohtisuorassa profiilin symmetria-akseliin nähden, jolle profiiliin väliseinä on sijoitettu. Käyttövoiman suunnan muuttamisen mahdollistamiseksi on järjestetty kaksi imuvyö-hykettä ja kaksi puhallusvyöhykettä, jotka on sijoitettu 13 83692 symmetrisesti profiilin symmetria-akselin suhteen ja lisäksi on järjestetty laite, joka peittää ne väliainetta läpäisevät vyöhykkeet, jotka eivät vastaa sitä käyttövoiman suuntaa, joka halutaan aikaansaada. Väliainetta läpäisevät vyöhykkeet saattavat käsittää nivelöidyt paneelit, jotka on muodostettu rungon pintaan ja jotka voivat avautua kohti viimeksimainitun sisäpuolta. Puhalluslaite käsittää nivelöidyt paneelit, jotka on muodostettu rungon pintaan ja jotka avautuvat rungon ulkopuolta kohti. Tässä konfiguraa-tiossa imu- ja puhalluspaneelit avautuvat ja sulkeutuvat vuorotellen puhaltimien toiminnan funktiona tai paineen alenemisen tai alipaineen ja ylipaineen funktiona, jotka on aikaansaatu väliseinän kummallakin puolella olevilla puhaltimilla tai mekaanisella laitteella.

Seuraavassa keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti sovel-lutusmuotoesimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa

Kuv. 1 esittää vektoridiagrammia, jossa on eteenpäin kuljettava voima T, joka kohdistuu paikkaan M sijoitettuun laitteeseen, joka liikkuu suuntaan A kulmassa c< tuulen suhteen ja joka laite aikaansaa poikittaisen käyttövoiman P : ' : ja johon laitteeseen kohdistuu vastusvoima R laitteen ol lessa sijoitettuna väliainevirtaan, jonka nopeus on V.

Kuv. 2a esittää diagrammia väliainevirtauksesta pyöreän rungon ympäri.

Kuv. 2b ja 2c esittävät fragmentaarisesti kaaviomaisia poikkileikkauksia ontoista rungoista.

— Kuv. 3 esittää kaaviomaisesti poikkileikkausta tunnettujen ranskalaisten patenttien mukaisesta keksinnöstä.

14 83692

Kuv. 4a ja 4d esittävät diagrammeja vaihtoehtoisista imu-järjestelyistä, joita hyödynnetään keksinnön monissa sovel-lutusmuodoissa.

Kuv. 5a-5c esittävät diagrammeja tämän keksinnön mukaisten sovellutusmuotojen vaihtoehtoisista deflektoriläppäjärjestelyistä.

Kuv. 6 esittää kaaviomaisesti poikkileikkausta tunnetun keksinnön eräästä toisesta sovellutusmuodosta, johon kuuluu järjestely käyttövoiman suunnan muuttamiseksi.

Kuv. 7 esittää kaaviomaisesti poikkileikkausta tunnetun keksinnön mukaisen profiilin eräästä edullisesta muodosta.

Kuv. 8 esittää kaaviomaisesti poikkileikkausta eräästä tämän keksinnön mukaisesti parannetusta profiilin muodosta.

Kuv. 9 esittää käyriä, jotka on saatu tuulitunnelitesteis-sä tai todellisissa testeissä aluksella ja jotka käyrät esittävät erilaisten profiilimuotojen tehoarvoja.

Kuten aiemmin on mainittu, keksintö käsittää laitteen, joka on sovitettu sijoitettavaksi väliainevirtaukseen, joka liikkuu nopeudella V. Laitteessa on edullisimmin pitkänomainen, yleisesti putkimainen runko, jonka rungon väliai-nevirtauksen suuntainen poikkileikkaus on paksu, symmetrinen ja olennaisesti pyöristetty profiili, jonka etuosa pitkänomainen ja tietyn muotoinen. Keksinnön periaatteiden selittämisen yksinkertaistamiseksi on kuviossa 2 esitetty runko 10, jonka profiili on ympyrämäinen. Profiili on kuitenkin esitetty ympyrämäisenä ainoastaan selityksen helpottamiseksi ja keksinnön mukaisesti sen edullisin muoto on esitetty kuviossa 8.

15 83692

Kuten kuviossa 2a on esitetty, voidaan väliainevirtaus, jonka nopeus on V, suunnata pitkin profiilin akselia X-X'. Tämä akseli X-X' yhdessä poikittaisen akselin Y-Y' kanssa jakaa profiilin neljään neljännekseen 10a, 10b, 10c ja lOd. Neljännekset 10b ja 10c muodostavat profiilin etuosan, johon väliainevirta ensin törmää, kun taas neljännekset 10a ja lOd muodostavat profiilin takaosan. Väliainevirta jakautuu kahteen virtaan, kuten kuviosta 2a havaitaan; nämä ovat ulompi (tuulesta poispäin oleva) virta 11 ja sisempi (tuu-lenpuoleinen) virta 13. Paine-eron, joka aikaansaa nosto-tyyppisen käyttövoiman P (kuv.l), synnyttämiseksi pitkänomaisen rungon 10 poikittaisessa suunnassa Y-Y', on järjestetty kaksi päätunnusmerkkiä.

Kohtaan 12 on järjestetty laitteisto tyhjön tai paineen alennuksen aikaansaamiseksi rungon 10 sisään, olennaisesti profiilin neljänneksessä 10a, profiilin takaosan tuulesta poispäin olevalla puolella (kuviossa ylempi puoli). Tämä on tehty järjestämällä väliainetta läpäisevä alue 54, jonka keskuskulma onβ , rungon 10 seinämään ja järjestämällä : . imulaite, kuten puhallin rungon sisään väliaineen vetämiseksi rungon 10 sisään. Väliainetta läpäisevä alue 54 on järjestetty suurin piirtein kohtaan, jossa ilmavirta 11 normaalisti erkanisi rungon pinnasta. Väliainetta läpäisevä alue 54 ja imulaite aikaansaavat ilmavirran 11 pysymisen profiilin ulkopinnalla minimaalisella turbulenssilla. Sen lisäksi toinen virta kiertää pitkin profiilin toista pintaa (sisempää).

Lisäksi on rungon ulkopuolelle järjestetty siipi tai deflektoriläppä 14, joka erottaa ulomman väliainevirran 11 sisemmästä virrasta 13. Siipi 14 on myös järjestetty profiilin takaosaan, mutta sen sisäpuolelle (=tuulen puolelle, eli neljännekseen lOd) vastapäätä väliainetta läpäisevää aluetta.

1« 83692

Kuten kuviossa 1 on esitetty, aikaansaa tällainen järjestely käyttövoiman P suunnassa Y-Y', joka on kohtisuorassa vä-liainevirran V suuntaan nähden. Jos laite M käsitetään kan-topinnaksi tuulivirrassa V, voima P olisi nostava ja voima R olisi kantopinnan vastusvoima. Tämän keksinnön erityiset tunnusmerkit synnyttävät kertoimen Cz arvoja 5-8 minimaalisella energian kulutuksella.

Kuvion 2b esittämä konstruktiovariaatio eroaa kuv.2 esittämästä variaatiosta siten, että läpän 14a lisäksi kuuluu laitteeseen ulomman ja sisemmän virran erottamiseksi laite, jota on esitetty nuolella 14b ja joka on tarkoitettu väliaineen puhaltamiseksi poispäin rungosta 10 olennaisesti ra-diaalisessa suunnassa läpän 14a läheisyydessä ja joka laite sijaitsee läpän 14a tuulesta poispäin olevalla puolella, jossa vallitsee ulompi virtaus.

Eräässä toisessa variaatiossa, jota ei ole esitetty kuvioissa, voi läppä 14a olla sisäänpäin käyrä, jolloin sen ulomman virran puoleinen sivu on kovera. Puhalluslaite toimii suunnassa, joka on olennaisesti tangentiaalinen runkoon 10 nähden ja ulomman virran suuntainen.

Kuvion 2c esittämässä konstruktiovariaatiossa on samat komponentit kuin kuviossa 2a ja niiden lisäksi laite 12 käsittää myös puhalluslaitteen tyhjön aikaansaamiseksi ensimmäiseen neljännekseen 10a, jota puhalluslaitetta on kaaviomai-sesti merkitty nuolella 12b ja joka puhalluslaite toimii olennaisesti tangentiaalisesti profiiliin nähden imulait-teen 12a ja läpän 14a välissä ulomman väliainevirran suuntaisesti.

Erään toisen sovellutusmuodon mukaan, jota ei kuvioissa ole esitetty, voidaan kuvioiden 2b ja 2c tunnusmerkit yh- i7 83692 distää. Niin ikään voidaan käyttää useita tangentiaalisia puhalluslaitteita imulaitteen 12a ja läpän 14a välissä samalla tavalla kuin laitetta 12b.

Eräässä toisessa konstruktiovariaatiossa, jota ei myöskään ole kuvioissa esitetty, aikaansaadaan tyhjö vaikuttamalla puhalluslaitteella, kuten laite 12b kuviossa 2c, väliaine-virtaan ensimmäisen neljänneksen 10a ympärillä. Luonnollisesti tämä variaatio voidaan yhdistää laitteen 14 mihin tahansa konstruktiovariaatioon ulomman ja sisemmän virtauksen erottamiseksi.

Kuv. 2d esittää keksinnön erään toisen konstruktiovariaa-tion, jonka mukaan laitteeseen ulomman ja sisemmän virtauksen erottamiseksi ei kuulu läppää. Sen sijaan käytetään ainoastaan puhalluslaitetta 14c, joka vaikuttaa yleensä vain neljännessä neljänneksessä puhaltaakseen väliaineen ulospäin rungosta 10 suuntaan, joka on olennaisesti tangen-tiaalinen runkoon 10 nähden sisemmän väliainevirtauksen puolella.

. . Täten tyhjö tai paineen alennus, joka saa ulomman väliaine-virtauksen seuraamaan profiilia, voidaan aikaansaada millä tahansa edelläesitetyistä laitteista ja erityisesti imu-laitteella 12a, kuten kuvioissa 2a-2d on esitetty.

Kuv.3 esittää erästä tunnetun keksinnön piirrettä, jossa rungon 110 profiili on paksu ja pyöristetty ja symmetrinen akselin X-X' suhteen. Tarkemmin kuviota 3 tarkasteltaessa havaitaan, että rungon 110 profiilissa on pitkänomainen etuosa 110a, joka paksunee edestä taaksepäin ja takaosa 110b, joka ohenee edestä taaksepäin. Jos e on profiilin — maksimileveys ja 1 sen pituus, on suhde e/1 tässä tapauksessa hieman yli 0.5, mutta voi olla myös välillä 0.50-100.

18 83692 Käytettäessä tällaista profiilia, voidaan käyttövoimaa P suurentaa kallistamalla profiilin symmetria-akselia X-X' väliainevirran suunnan suhteen, kulman i verran suuntaan, johon käyttövoima P halutaan antaa. Profiilin etuosan pitkänomainen muoto viivyttää väliainevirtojen irtautumista rungosta tehden mahdolliseksi pienentää väliainetta läpäisevää aluetta 54 ja sen seurauksena vaadittavaa imuvoimaa. Kuv.3 esittää laitetta , joka on varustettu sekä väliainetta läpäisevällä alueella 54 että läpällä 14a, kuten kuv.2 tapauksessa. Tämä järjestely tuottaa hyvän suhteen käyttövoiman P ja kulutetun energian välille.

Kuviossa 3 laite 14 kahden virtauksen 11 ja 13 erottamiseksi on tehty tasomaisesta, jäykästä läpästä 14a, joka on sijoitettu rungon 110 ulkopuolelle ja rungon suhteen olennaisesti radiaalisesti. Koska kerroin Cz kasvaa läpän pituuden myötä, on läpän pituus vähintään R/2 (jossa R on puoliympyrän muotoisen takaosan 110b säde) ja korkeintaan R, koska pituuden kasvattaminen vielä suuremmaksi ei anna enää vastaavaa hyötyä. Toisin sanoen läppä 14a ulottuu kohtaan, joka on alempana kuin profiilin alin kohta, kuten kuviosta 3 havaitaan. Tämän järjestelyn on sanottu olevan erityisen edullinen kun väliainetta läpäisevä alue 54 sijaitsee suurinpiirtein kohdassa, jossa muuten tapahtuisi ulomman väli-ainevirtauksen irtautuminen rungosta eli lähellä takaosan 110b alkua sen ulkopinnalla. Tämä sijainti on välillä 65-150° akselista O-X (kulmat on mitattu myötäpäivään. Väliainetta läpäisevää aluetta 54 voidaan entisestäänkin pienentää, kuten kuviossa 3 on esitetty, kulmaan fi , joka on n. 45° ja sen keskikohta n. 110° akselista O-X niin, että väliainetta läpäisevä alue ulottuu kulmasta n. 85° akselista O-X kulmaan n. 130° akselista O-X. Toisin sanoen väliai-nevirtaa läpäisevä alue 54 ulottuu välille 60-90% profiilin pituudesta mitattuna etuosasta päin.

i9 83692

Alueen 54 väliainevirran läpäisykyvyn ei tarvitse olla sama kauttaaltaan ja sitä voidaan säätää. Eräässä edullisessa sovellutusmuodossa se on välillä 20-50%. Väliainetta läpäisevä alue 54 voi käsittää kaksi tai useampia erillistä aluetta, jotka sijaitsevat mainittujen kulmarajojen välissä. Tämän on mainittu olevan edullista rajoitetuilla imuvirta-usasteilla. Rungon 10 tai 110 sisään aikaansaatava paine on ainakin yhtä matala kuin ulkoinen paineen alennus, paineen alennus väliainetta 54 läpäisevän alueen 54 läpi ja muut virtaushäviöt. Luonnollisista energiataloudellisista syistä on imuvoima rajoitettu voimaan, joka tarvitaan imuun väli-ainerajakerroksessa.

Läpän 14a on mainittu olevan edullisesti vinossa akselin O-X1 suhteen (akselin X-X' puolella vastapäätä väliainetta läpäisevää aluetta 54 eli tuulen puolella) n. 35-45°:een kulmassa, kun halutaan saavuttaa suuri kertoimen Cz arvo ja välillä 15-25°, kun halutaan parantaa nostokertoimen Cz ja vastuskertoimen Cx välisen suhteen maksimiarvoa. Edullisinta on järjestää vain yksi läppä 14a, jolloin se on tehty liikkuvaksi, kuten myöhemmin tullaan selittämään, joten se voi kulkea akselin X-X' yhdeltä puolelta toiselle sen mukaan mihin suuntaan käyttövoimaa halutaan antaa.

Imujärjestelyjen variaatioita, joita on kaaviomaisesti selitetty aiemmin, voidaan muodostaa kuv.3 esittämässä profiilin muodossa yksinään tai yhdessä. Kuviot 4a-4d esittävät eräitä lisäesimerkkejä imusysteemeistä, joita voidaan käyttää tyhjön tai paineen alennuksen aikaansaamiseksi joko olennaisesti ensimmäiseen neljännekseen 10a tai olennaisesti neljänteen neljännekseen lOd sen mukaan, mikä suunta on tarkoitus antaa käyttövoimalle P. Imusysteemit tekevät mahdolliseksi estää ohuen ulomman väliainevirtauksen irtoamisen rungon pinnan takaosasta ja rajoittavat turbulenssia.

20 83 692

Kuviot 4a ja 4b esittävät, että runkoon 10 voi kuulua väliainetta läpäisevä kuori 101 ja väliainetta läpäisemätön kuori 102, jossa on osassa kaarta rako 16, jonka leveys määrittää väliainetta läpäisevän alueen kulmanj0 . Kuvion 4a sovellutusmuodossa väliainetta läpäisevä kuori 101 on sijoitettu väliainetta läpäisemättömän kuoren 102 ulkopuolelle, kun taas kuviossa 4b tilanne on toisin päin. Väliainetta läpäisevä kuori 101 voi käsittää huokoisen tai rei'-itetyn seinämän tai verkko-, ristikko- tai rakojärjestelmän. Väliainetta läpäisevä alue sijaitsee ensimmäisessä neljänneksessä, mutta voi ulottua myös toiseen neljännekseen kulman 25° verran. Tilanne on päinvastainen, kun halutaan kääntää käyttövoiman suunta ja väliainetta läpäisevä alue on tällöin neljännessä neljänneksessä, ulottuen mahdollisesti myös kolmanteen neljännekseen. Väliainetta läpäisemätön kuori 102 voidaan tehdä suunnattavaksi siten, että rako 16 voidaan siirtää ensimmäisestä neljänneksestä neljänteen neljännekseen.

Kuvion 4c esittämä konstruktiovariaatio sisältää parannuksen kuvioiden 4a ja 4b esittämiin muotoihin sallimalla kulman p säätämisen käytön aikana. Väliainetta läpäisemätön kuori 102 on itse asiassa tehty kahdesta kuoresta 103 ja 104, joista ainakin toinen on suunnattava. Täten, jos kuori 104 on symmetrinen akselin X-X' suhteen, tekee kuoren 103 siirtäminen nuolella 116 esitetyllä tavalla mahdolliseksi sekä modifioida raon 16 leveys että siirtää rako rungon yläosasta (kuviosta katsottuna) alaosaan ja päinvastoin.

Kuvion 4d variaatio tekee mahdolliseksi samanaikaisesti suunnata toimiva väliainetta läpäisevä alue ja läppä yhdellä operaatiolla, kun halutaan muuttaa eteenpäin kuljettavan voiman suuntaa. Tässä muodossa ontto runko 10 käsittää kiinteän sisäkuoren 105 (joka on väliainetta läpäisemätön 2i 8 3 692 paitsi alueilla 54 ja 54') ja suunnattavan väliainetta läpäisemättömän ulkokuoren 106, joka toimii peitteenä tai sulkimena, jonka siirtäminen tekee mahdolliseksi peittää jomman kumman väliainetta läpäisevistä alueista 54 tai 54'.

Eräässä variaatiossa, jota ei kuvioissa ole esitetty, väliainetta läpäisevä alue voidaan muodostaa portiksi rungon 10 kuoreen ja aukoksi kohti rungon sisäpuolta.

Jos käyttövoima täytyy kääntää päinvastaiseksi (esimerkiksi kun väliaine muuttaa suuntaansa), vaihdetaan läpän 14a ja reiällisen alueen paikkoja keskenään. Kuviot 5a ja 5b esittävät kahta konstruktiovariaatiota ratkaisuista, joissa läppiä on enemmän kuin yksi, joita läppiä voidaan käyttää kuv.3 mukaisessa sovellutusmuodossa läpän vaihtamiseksi ensimmäisen ja neljännen neljänneksen kesken. Kuten kuviosta 5a havaitaan, käsittää keksinnön mukainen kaksi radiaa-lista, tasomaista läppää 14a ja 14b, jotka on järjestetty symmetrisesti akselin X-X' suhteen. Kuten nähdään, on kumpikin läppä 14a, 14b poistettavissa vastaavaan radiaaliseen rakoon 18a, 18b, jotka on muodostettu runkoon 10. Tarkemmin sanottuna, kun yksi läpistä 14a ja 14b on ulkona raosta on toinen sisääntyönnettynä. Tällä voidaan käyttövoiman P suuntaa muuttaa.

Kuv.5b esittää läpän erästä toista konstruktiovariaatiota, jossa on, kuten edellisessä variaatiossa, kaksi läppää 24a, 24b, jotka on järjestetty symmetrisesti suhteessa akseliin X-X'. Kumpikin läpistä on asennettu nivelöidysti runkoon 10 nivelien 20 välityksellä, joten ne voidaan kääntää runkoa vasten. Läpät voivat olla tasomaisia tai sisäänpäin käyris-tettyjä, jolloin ne sopivat tarkasti rungon 10 profiiliin häiritsemättä virtausta rungon ympärillä. Kuten kuvion 5a variaatiossa, on toinen läppä käännettynä runkoon 10 samalla kun toinen on toiminnassa.

22 8 3 692

Kuv.Sc esittää runkoon 10 asennetun yksinkertaisen, tasomaisen, radiaalisen läpän 34a erästä toista variaatiota. Asennus on tehty siten, että läppä voi liikkua rungon 10 akselin suhteen sillä tavalla, että sen kulmaa voidaan säätää ja että se voi liikkua neljännen ja ensimmäisen neljänneksen välillä sen mukaan, mihin suuntaan käyttövoima halutaan kohdistaa.

Muitakin läppäkonstruktioita voidaan käyttää. Varsinkin kaksi ilmalla täytettävää läppää voidaan sijoittaa symmetrisesti akselin X-X' suhteen, joista läpistä yksi kerrallaan täytetään toisen ollessa silloin tyhjä riippuen jälleen suunnasta, johon käyttövoima halutaan kohdistaa. Pseu-do-radiaalinen tai radiaalinen puhalluslaite 14b (kuv.2b) toimii väliainevirran läppänä ulomman ja sisemmän virtauksen välillä samalla kun se kiihdyttää ulompaa virtausta. Pseudo-tangentiaaliset tai tangentiaaliset puhallus järjestelyt 12b, 14c (kuv.2c ja 2d) kuljettavat heikkoja väliai-nevirtoja, jotka ovat menettäneet energiansa rungon 10 seinämän kitkan johdosta ja kohdistavat muihin väliainevirta-kerroksiin kiihdyttävän vaikutuksen.

Kuvion 5c variaatiota voidaan käyttää yhdessä kuv.4d variaation kanssa, kuten kuviosta 6 havaitaan. Siinä runkoon 10, joka on saman muotoinen kuin kuviossa 3, kuuluu puoliympyrän muotoinen takaosa 110b ja pitkänomainen etuosa 110a, kuten kuviossa 3. Kaksi väliainetta läpäisevää aluetta 54, 54a on muodostettu runkoon 10 symmetrisesti akselin X-X' suhteen. Yksiosainen, kaarimainen ulkokuori tai sulkija 106 (kuten kuviossa 4d) on järjestetty rungon 10 ulkopuolelle ja on liikuteltava säätääkseen yhden väliainetta läpäisevän alueen 54 tai 54a kulmaa samalla kun se peittää toisen alueen. Läppä 14a on asennettu kaaren keskelle, jonka määrittää sulkija 106, ja on liikutettavissa sen mukana.

23 83692 Tällä tavoin on mahdollista muuttaa käyttövoiman suuntaa siirtämällä osien 106 ja 14a muodostama kokonaisuus neljännestä neljänneksestä ensimmäiseen neljännekseen tai päinvastoin .

Kuv.7 esittää kaaviomaisesti erästä toista profiilia 210, jota voidaan käyttää aiemmin esitetyissä järjestelyissä. Etuosa 210a on tietyn muotoinen puoliellipsi, joka yhdistyy takaosaan 210b, joka on muodostettu puoliympyräksi (kuten kuviossa 6), jonka halkaisija on sama kuin ellipsin pienempi halkaisija. Tässä esimerkissä ellipsin leveys-pituus suhde on n. 0.5, ts. pienempi halkaisija on likimain puolet isommasta halkaisijasta. Tämä johtaa koko profiilin leveys-pituus^suhteeseen n. 0.66.

Kuten kuvion 6 esittämässä tapauksessa, on tässäkin järjestetty kaksi symmetrisesti sijaitsevaa väliainetta läpäisevää aluetta 54, 54a. Eräässä sovellutusmuodossa nämä alueet ulottuvat välille n. 85-130° akselista X-0 ja niiden huokoisuus on välillä 20-50%, edullisimmin 30-40%. Läppää 14a kannattaa ympyränkaarimainen sulkija 206, joka on säädettävissä siten, että voidaan valita neljännes läppää varten ja asettaa läpän kaltevuuskulma halutuksi ja joka sulkija on sovitettu vaihtamaan toiminnassa olevan väliainetta läpäisevän alueen 54:stä 54a:han tai päinvastoin peittämällä sen alueen, joka ei ole käytössä.

Kuv.8 esittää keksinnön erään parannetun profiilin 310, jonka on havaittu tuottavan korkeamman tehokkaan käyttövoiman suhteessa kulutettuun energiaan 20%:11a kuv.7 esittämästä sovellutusmuodosta. Profiili 310 on jälleen symmetrinen akselin X-X' suhteen ja takaosa 310b on muodostettu vain osittain ympyräkaareksi AB. Loppuosa takaosasta, kuten myös koko etuosa 310a on edullisimmin muodostettu osaellip-sin muotoiseksi (yli puoliellipsin) yhdistyen kaareen AB.

24 83692

Tietyssä edullisessa muodosssa ympyrämäinen kaari AB on symmetrinen akselin OX' suhteen ja sen keskuskulma on 90°. Keskipiste O sijaitsee etuosan 310a kärjestä katsottuna kohdassa, joka on n. 74% profiilin koko pituudesta ja kaaren säde on n. 26% profiilin pituudesta. Tämä profiili voidaan konstruoida ellipsistä, jonka pienemmän ja suuremman halkaisijan suhde on n. 0.66, ja jonka ellipsin päässä on 90°:n kaari. Läppä 14a sijaitsee n. 35° suorasta 0-X'. Sulkija 306 on tehty ympyränkaaren muotoiseksi, kuten aikaisemmin ja sulkijan ja rungon 310 väliin on, mikäli tarpeellista, järjestetty tavanomaiset tiivisteet; vaihtoehtoisesti sulkija voidaan tehdä muodoltaan mukautuvaksi profiilin sen osan mukaiseksi, jonka päällä sulkija on, ts. sulkija on ellipsinkaarimainen. Luonnollisesti myös muita sulkija-malleja voidaan käyttää.

Kuv.8 mukaisella sovellutusmuodolla on myös se etu, että väliainetta läpäisevää aluetta voidaan pienentää. Huokoi-suusasteella n. 45% väliainetta läpäisevä alue (projisoituna akselille X-X') voi ulottua pääosan kärjestä katsottuna kohdasta n. 75% profiilin pituudesta kohtaan n. 91%. Pienempi väliainetta läpäisevä alue vähentää laitteen energian kulutusta vähentämällä edelleen imulaitteiden tarvitsemaa tehoa tarvittavien paineen alennusten aikaansaamiseksi runkoon.

Kuvion 9 esittämästä sovellutusmuodosta käyvät keksinnön edut vielä selvemmin ilmi. Siinä on esitetty käyrät Cz Cft:n funktiona eri laitteille. Kuviossa 9 esitetyt tulokset on saatu laitteilla, joissa pituus/jänne suhde on n. 6.

Mitä jyrkempi käyrä sitä suurempi hyöty saavutetaan arvon Cz kasvuna kulutetun tehon kasvun suhteen. Käytännössä, jotta puhaltimeen kuluva teho imua varten tarvittavan paineen alennuksen aikaansaamiseksi ei olisi liian suuri, ei energiakertoimen tulisi ylittää arvoa 0.2. Lisäksi Cz:n 25 8 3692 arvoista, jotka jäävät alle 5 ei ole käytännössä mitään hyötyä suhteessa syntyviin kustannuksiin ja saavutettaviin etuihin. Tämän takia sopiva Cm alue on 0.1-0.2.

n

Kuvion käyrä 1 havainnollistaa Magnus-efektillä toimivan roottori laitteiston toimintaa (ilman päätylevyjä). Huomataan, että energian kulutuksen hyödyllisellä alueella saavutetaan nostokerroin Cz, joka on välillä 4.0-5.1.

Käyrä 2 esittää vastaavat tulokset verrattavalle aspiroi-dulle ympyrämäiselle sylinterille, joka antaa suurempia Cz arvoja kuin Magnus-efektillä toimiva laite suurilla arvoilla, mutta hyödyllisellä alueella ei kuitenkaan ole niin tehokas kuin Magnus-efektillä toimiva laite Cz:n ollessa rajoittunut välille 2-4. Kuviossa 7 esitetty sovellutusmuo-to tuottaa tulokset, jotka on esitetty käyrällä 3. Tällä laitteella saadaan suurempia Cz arvoja (4.5-6) hyödyllisellä alueella vastaavalla sallitulla energian kulutuksella.

Verrattaessa käyriä 2 ja 3 huomataan, että profiilin pitkänomainen etuosa tekee mahdolliseksi vähentää käyttövoiman synnyttämiseen tarvittavan imuenergian kulutusta verrattuna ympyrämäiseen profiiliin. Näin ollen tapauksissa, jossa eteenpäin kuljettava voima saadaan tuulesta ja jossa kulma i (tuulen suunnan ja rungon 10 profiilin symmetria-akselin välinen kulma) on välillä 30-35°, voidaan väliaineen imemiseksi väliainetta läpäisevän alueen läpi arvon Cz=5 aikaansaamiseksi kuluvaa energiaa vähentää puoleen verrattuna runkoon, jonka poikkileikkaus on täysin ympyrämäinen, mutta pinta-alaltaan täysin sama.

Kuv.8 esittämä sovellutusmuoto on havainnollistettu käyrällä 4, joka osoittaa, että tietyllä Cft arvolla saavutetaan olennaisesti suurempi suurempi Cz tai päinvastoin tietyllä Cz arvolla tarvitaan huomattavasti vähemmän energiaa puhal- 26 83 692 timeen verrattuna muihin laitteisiin. Energian kulutusta voidaan pudottaa jopa 20% verrattuna kuv.7 esittämään so-vellutusmuotoon saman käyttövoiman aikaansaamiseksi.

On selvää, että kuvioiden 2a-2d, 4a-4c ja 5a-5c mukaisia konstruktiovariaatioita voidaan käyttää kuv.8 esittämässä profiilissa.

Kuvioiden 3, 6 ja 7 esittämien laitteiden konstruktiot ja käyttötavat, jotka on vastaavasti esitetty mainituissa ranskalaisissa patenteissa kuvioissa 2a-2d, 3a-3d, 4a-4c, 5a-5b, 6a-6b, 8a-8e, 9a-9e ja 10-15 ja niiden variaatiot ovat sovellettavissa samoin kuvion 8 esittämään parannettuun profiiliin.

Kuten aiemmin mainittiin, voidaan keksinnön mukaista laitetta käyttää sekä liikkuvan kohteen, kuten aluksen liikkeen kontrollointiin että energian synnyttämiseen, varsinkin sähköenergian tai tehon käyttämällä sitä generaattorin pyörittämiseen.

On edullista käyttää laitetta, joka tekee mahdolliseksi havaita tuulen tai muun väliaineen suunnan Tällainen tunnis-tinlaite voi toimia jollain tunnetulla tavalla ja suuntaa automaattisesti rungon akselin X-X' annetun kulman i mukaan tuulen suhteen.

Keksinnön mukaisia laitteita energian tuottamiseksi voidaan järjestää useita joko vertikaalisesti tai horisontaalisesti toistensa suhteen paikkaan, joka on alttiina tuulelle tai muulle väliaineelle muodostaakseen suljetun piirin, jonka mukaan laitteet liikkuvat tuulen vaikutuksesta kiinteän kohdan suhteen generaattorin käyttämiseksi ja sähkön tuottamiseksi. On myös mahdollista käyttää keksinnön mukaista laitetta vaaka-akselin lapana kaksi- tai useampilapaisessa 2’ 83692 tuuligeneraattorissa. Laitteen pyörimisliikettä tämän akselin suhteen lavan tavoin, mikä syntyy käyttövoiman muodostumisesta suuntaan, joka vastaa tätä pyörimistä, voidaan käyttää suoraan generaattorin tai pumpun pyörittämiseen. Tässä tapauksessa laitteen, joka muodostaa lavan, pyörimisliike tapahtuu automaattisesti läpän pyörimisestä ja ilmaa imetään sisään keskipakovoiman vaikutuksesta ja siirtyy päihin. ottamaH-a huomioon suuri käyttövoiman määrä, joka tällaisella laitteella voidaan tuottaa, on selvää, että tällainen tuulikäyttöinen sähkögeneraattori, jossa on vain yksi elementti, tekee mahdolliseksi aikaansaada teho, joka on vertailukelpoinen tavanomaisen moni läpäisen tuuligeneraattorin kanssa. Lopuksi keksinnön mukaisella laitteella voidaan korvata pyörivien tai eteenpäinkuljettavien laitteiden tavanomaiset lavat tai siivet.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksintö ei ole rajoittunut edelläesitettyihin sovellutusmuotoesimerkkeihin, vaan sitä voidaan vaihdella oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä profiili voi vaihdella sen päästä päähän. Samalla tavalla useiden systeemien, joihin kuuluu imu-laitteita, puhalluslaitteita ja läppiä, sijoittelu voi vaihdella. Runko voidaan jakaa useisiin lohkoihin, jotka voidaan suunnata toisistaan riippumatta. Läpät voidaan myös tehdä joustavasta materiaalista ja ne voi olla sijoitettu mielivaltaisesti rungon päästä päähän.

Claims (21)

1. 28 83692
2. 1. Laite, joka sijoitetaan ensimmäiseen suuntaan liikkuvaan väliaineeseen voiman tuottamiseksi toiseen suuntaan, joka on olennaisesti poikittainen ensimmäiseen suuntaan nähden, ja jossa laitteessa on pitkänomainen, ontto runko (110), jonka poikkileikkausprofii1i on symmetrinen akselin suhteen, joka muodostaa kohtauskulman väliaineen suunnan kanssa, kun laitetta käytetään, ja jonka rungon profiilin määrittää pitkänomainen etuosa (110a), jonka paksuus kasvaa edestä taaksepäin, ja takaosa (110b), jonka paksuus vähenee edestä taaksepäin, jolloin profiilin maksimipaksuus on 50-100% sen pituudesta symmetria-akselin määrittämässä suunnassa; profiilin takaosassa sijaitseva elin (54) rungon pinnan yli virtaavan väliaineen rajakerroksen kontrolloimi seksi siten, että väliaine virtaa tasaisesti runkopinnan yli; ja virtauksen kääntävä läppä (14a, 24a, 24b, 34a), joka ulottuu ulospäin rungosta pitkin profii lin takaosan sitä puolta, joka on vastakkainen käyttövoiman tuottavalle puolelle, tunnet tu siitä, että rungon etuosan (110a) poikkileikkaus on olennaisesti ellipsin muotoinen ja takaosan muoto muodostuu ympyräkaaresta, jonka ulottuvuus on vähemmän kuin puoliympyrä, ja jonka rungon takaosan loppuosa liittyy tasaisesti ympyräkaareen.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu : siitä, että ontossa rungossa (110) on väliainetta läpäisevä alue (54, 16) takaosan pinnassa ainakin yhdellä puolella symmetria-akselia, ja että mainittu rajakerrosta kontrolloiva elin käsittää laitteen väliaineen imemiseksi onton rungon (110) sisään väliainetta läpäisevältä alueelta (54, 16), joka sijaitsee profiilin takaosan sillä puolella, jolla voima tuotetaan. 29 83692
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että läppä (14a, 24a, 24b, 34a) on liikku vassa, läpäisemättömässä kuoriosassa (106) järjestettynä siten, että väliainetta läpäisevä alue (54) on peitettävissä väliainetta läpäisemättömällä kuorella (106).
5. 4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että takaosan (110b) ympyräkaari on symmetrinen profiilin symmetria-akselin suhteen.
6. 5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että ympyräkaari ulottuu noin 90° kaarevuus-keskipisteensä ympäri.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnettu siitä, että profiilin (110) loppuosan, joka yhtyy tasaisesti ympyräkaareen, muoto on ei-ympyrämäinen.
8. 7. Jonkin patenttivaatimuksista 3-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että ontossa rungossa (110) on kaksi väliainetta läpäisevää aluetta (54, 54') ja että mainittu läpäisemätön kuoriosa (106) on suunnattavissa valinnaisesti peittämään jomman kumman väliainetta läpäisevistä alueista (54, 54'). :" 8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen laite, t u n - : ’ ' n e t t u siitä, että runko (110) käsittää ainakin kaksi samanakse1ista kuoriosaa (103, 104; 105, 106), joista ainakin ·’ yksi (104, 106) on väliainetta läpäisemätön, suunnattavissa, ja omaa ainakin yhden raon (16), joka rajoittaa väliainetta läpäisevän alueen, samalla kun toinen kuoriosa (103, 105) on väliainetta läpäisevä. 1 2 3 4 Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu 2 siitä, että runko käsittää kaksi väliainetta läpäisemätöntä 3 kuoriosaa (103, 104), jotka on suunnattavissa toisistaan 4 riippumattomasti raon (16) leveyden säädön mahdollistamiseksi. 30 83692
9. 10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite. tunne ttu siitä, että runko käsittää väliainetta läpäisemättömän kuori-osan (103, 110), joka rajoittaa kaksi väliainetta läpäisevää aluetta, jotka ovat symmetrisiä profiilin akselin (X-X') suhteen, ja suunnattavan, ympyräkaarimaisen, väliainetta läpäisemättömän kuoriosan (104, 106), joka peittää jomman kumman mainituista alueista.
10. 11. Jokin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että runko käsittää ainakin yhden väliainetta läpäisemättömän kuoriosan, joka on varustettu kanavilla, jotka aukeavat sisäänpäin väliainetta läpäisevän alueen määri ttämi seksi.
11. 12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite käsittää kaksi jäykkää läppää (14a, 14b; 24a, 24b), jotka kumpikin ovat liikkuvia rungon suhteen voidakseen tulla epäaktiiviseen asentoon, jossa ne eivät modifioi rungon profiilia, ja jotka kaksi läppää on sijoitettu symmetrisesti profiilin symmetria-akselin suhteen siten, että yksi (esim 14b, 24b) on epäaktiivisessa asennossa kun toinen (esim 14a, 24a) ulkonee rungosta ja päinvastoin sen mukaan kummalla puolella profiilia voima on tuotettava. . : 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunnettu siitä, eitä läpät (14a, 14b) ovat olennaisesti tasomaisia ja sijoitettu radiaa 1isesti rungon (10) suhteen, joLloin ne voidaan vetää takaisin itsensä suunnassa liukuvasti runkoon (10) muodostettuihin rakoihin (18a, 18b). 1 2 3 4 5 6 Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu 2 siitä, että laite käsittää kaksi täytettävää läppää, jotka on 3 sijoitettu symmetrisesti profiilin symmetria-akselin suhteen 4 siten, että yksi läpistä on tyhjä silloin kun toinen on täynnä 5 ja päinvastoin sen mukaan kummalle puolella profiilia kanto- 6 ' ' voima on tuotettava. 31 83692
12. 15. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen laite, tunne t tu siitä, että laite käsittää yhden olennaisesti tasomaisen, jäykän läpän (34a), joka on sijoitettu radiaali-r.osti rungon suhteen, ja joka on liikuttavissa rungon (10) suhteen profiilin yhdeltä puolelta toiselle puolelle profiilin symmetria-akselin (X-X') suhteen profiilin takaosassa sen mukaan kummalle puolelle profiilia voima on tuotettava.
13. 16. Patenttivaatimuksen 12 mukainen laite, tunne t.tu siitä, että läpät ovat käännettävissä alaspäin runkoa vastaan, niin että ne omaksuvat rungon profiilin muodon.
14. 17. Jonkin patenttivaatimuksista 1-16 mukainen laite, tunnettu siitä, että rungon kumpaankin päähän on sovi tettu levy.
15. 18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen laite, tunnet tu siitä, että kumpikin levy on samaa kappaletta rungon kanssa ja käsittää, rungon viereisellä pinnallaan, laitteen väliaineen imemiseksi rungon sisään alueella, joka sijaitsee profiilin ensimmäisellä puolella ainakin profiilin takaosassa.
16. 19. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen laite, t u n - : . n e t t u siitä, että rungon sisään lähelle ainakin yhtä sen :'· päistä on sijoitettu ainakin yksi puhallin, jonka akseli on ; yhdensuuntainen rungon pituusakselin kanssa, väliaineen imemi seksi kohti rungon sisäosaa väliainetta läpäisevän alueen läpi ; . ja puhaltamiseksi kohti ulkopuolta ainakin yhden päätylevyn läpi. 1 Patenttivaatimuksen 19 mukainen laite, tunnettu siitä, että puhallin puhaltaa väliaineen ainakin yhteen ympy-räkaaren muotoiseen aukkoon, joka on muodostettu vastaavan levyn kehälle. 32 8 3 6 9 2
17. 21. Jonkin patenttivaatimuksista 1-20 mukainen laite, tunnet tu siitä, että laite on suunnattu siten, että symmetria-akselin (X-X') ja väliaineen suunnan välille muodostuu yli 30° kohtauskulma.
18. 22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu kulma on välillä 30-35°.
19. 23. Jonkin patenttivaatimuksista 1-22 mukainen laite, tunnettu siitä, että läppä (14a, 24a, 24b, 34a, 34b) on suunnattu 45° kulmaan symmetria-akselin (X-X') suhteen.
20. 24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu kulma on välillä 35-45°.
21. 25. Jonkin patenttivaatimuksista 1-24 mukainen laite, tunne ttu siitä, että laite ilman imemiseksi väliainetta läpäisevän alueen (54, 54') läpi aikaansaa energiakulutus- kertoimen Ca , joka on suuruusluokkaa 0,1 - 0,2. 33 83692