DE3200475A1

DE3200475A1 - Hot-air airship

Info

Publication number: DE3200475A1
Application number: DE19823200475
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 8740 Bad Neustadt Volkrodt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-01-09
Filing date: 1982-01-09
Publication date: 1983-07-21

Abstract

A hot-air airship, consisting of an inflatable balloon envelope (1), a supporting and clamping framework (4), lateral and vertical control surfaces (5, 6) and a drive used for forwards propulsion, characterised in that internal-combustion engines are used for the forwards propulsion whose entire exhaust heat is used for generating the balloon lift by means of hot air, and the balloon envelope has an aerodynamically advantageous, droplet-shaped form in the forwards direction. When using conventional internal-combustion engines, a fan (17) is seated rigidly on its shaft and a propeller (12) is seated so that it can be engaged. The fan air which flows past the internal-combustion engine (16) and is thus heated is used, after being mixed with the hot exhaust gases (20), as the hot air for inflating the balloon. <IMAGE>

Description

HEISSLUFTSEHIFFHOT AIR SEHIFF

Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug, bei dem die durch Abwärme des Vortriebsmotors aufgeheizte Luft in einem Ballon zum Erzeugen des Auftriebs dient.The invention relates to an aircraft in which the waste heat the propulsion motor heated air in a balloon to generate the buoyancy serves.

Bisher gebräuchliche Starr- und Pralluftschiffe verwenden ein Gas (Wasserstoff, Helium), das leichter als Luft ist, für den Auftrieb. Bekannt sind ferner Ballons, bei denen leichte Heißluft den Auftrieb in der verdrängten, schwereren Umgebungsluft bewirkt. Aus historischen Quellen (Bsp.; Altes Testament, Exodus 6-20, Prophet Ezechiel) läßt sich rekonstruieren, daß es uor über 3000 Jahren Heißluftballons gab, bei denen ein Holzkohlefeuer einerseits den Ballonauftrieb bewirkte, andererseits in einem Kessel Dampf erzeugte. Der Dampf speiste eine Art Dampfmaschine. Deren mechanische Arbeit wurde in einem Schwingflügelvortrieb zu einer gesteuerten Fortbewegung des in der Luft schwimmenden Heißluftballons genutzt, Nachteilig war bei dieser Anordnung das Mitführenmüssen großer Wassermengen für die Dampfmaschinen, wodurch die Nutzlast reduziert uurde. Außerdem war die Form des seinerzeitigen,motorisierten Heißluftballons (lt. Alten Testament wie eine "Wolkensäule) für eine Fortbewegung in eine vorgewählte Richtung aerodynamisch nicht optimal. Dennoch wies die vor über 3000 Jahren praktizierte Heißjuftflugtechnik gegenüber heutigen Flugzeugen Vorteile auf. Bei Tragflächen-Fluggeräten, die schwerer als Luft sind, muß zunächst mittels Propeller oder Turbine ein kräftiger Vortrieb erzeugt werden. Dabei werden nur etwa 20 % des Energieinhaltes des Kraftstoffes genutzt.Rigid and impact airships in use up to now use a gas (Hydrogen, helium), which is lighter than air, for buoyancy. Are known furthermore balloons, in which light hot air is the buoyancy in the displaced, heavier air Ambient air causes. From historical sources (e.g. Old Testament, Exodus 6-20, Prophet Ezekiel) it can be reconstructed that there were hot air balloons over 3000 years ago where a charcoal fire caused the balloon to lift on the one hand, and on the other generated steam in a boiler. The steam fed a kind of steam engine. Whose Mechanical work became controlled locomotion in swing wing propulsion of the hot air balloon floating in the air, this was a disadvantage Arrangement of having to carry large amounts of water for the steam engines, whereby the payload has been reduced. In addition, the shape of the one at that time was motorized Hot air balloons (according to the Old Testament like a "pillar of cloud") for locomotion aerodynamically not optimal in a preselected direction. Nevertheless, she pointed out For 3000 years, hot air flight technology has advantages over today's aircraft on. In the case of wing aircraft that are heavier than air, a Propeller or turbine a powerful propulsion can be generated. This will only be about 20% of the energy content of the fuel is used.

Die restlichen 80 % gehen ungenutzt in die Umgebungsluft. Wom Vortrieb wird durch das Tragflächenprofil ein Teil in Auftrieb zum Gleiten in der Luft, der andere Teil zum eigentlichen Vortrieb verwertet. Insgesamt ist die Nutzung des Energieinhaltes des Kraftstoffes bei heutigen Flugzeugen schlechter als bei motorisierten, abwärmenutzenden Heißluftballons.The remaining 80% go unused into the ambient air. What propulsion is a part of lift for gliding in the air through the wing profile, the other part used for the actual advance. Overall, the use of the energy content of the fuel in today's aircraft is worse than in motorized aircraft that use waste heat Hot air balloons.

Der Erfindung lieqt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein steuerbares Luftschiff zu (,schaffen, das für den motorischen Vortrieb ohne Nutzlast reduzierendes Wasser zur Dampferzeugung auskommt, dessen Luftwiderstand in Vorwärtsrichtung möglichst klein ist, und bei dem eine für den Auftrieb durch Heißluft und den Vortrieb durch die Flugmaschine gemeinsame Energiequelle optimal genutzt wird.The invention is now based on the object of providing a controllable Airship to (, create that for the motorized propulsion without Payload-reducing water is sufficient for steam generation, its air resistance in the forward direction is as small as possible, and one for the buoyancy through Hot air and the propulsion through the flying machine joint energy source optimal is being used.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum motorischen Vortrieb eine ohne Wasser und Dampf arbeitende Brennkraftmaschine dient, das Luftschiff in Bewegungsi'tchtung eine aerodynamisch vorteilhafte, tropfenartige Form besitzt, und für den Auftrieb die gesamte Restwärme, die nach Abzweigen der mechanischen Arbeit in der Brennkraftmaschine u.a. in Form heißer Auspuffgase übrig bleibt, verwerten wird. Als Brennkraftmaschinen kommen Verbrennungsmotoren nach Otto- oder Die selprinzip und Heißluftmotoren nach Stirling oder mit elektromechanischer Ventilsteuerung ähnlich der Deutschen Patentanmeldung P 29 33 067.4 in Betracht. Deren Abgase und Restprozeßwärme werden als heiße Luft ins Balloninnere geblasen, wobei mit der Brennkraftmaschine kombinierte Gebläse das Verdrängen kalter Umgebungsluft aus der Ballonhülle bewirken. Für die richtungsorientierte UorwärtstJewegung des Heißluftschiffes dienen Luftschrauben oder Schwingflügel im Zusammenwirken mit Seiten- und Höhenleitwerk.The object is achieved according to the invention in that the motorized Propulsion is an internal combustion engine that works without water and steam, the airship has an aerodynamically advantageous, drop-like shape in movement direction, and for the buoyancy all the residual heat that is generated after branching off the mechanical Work in the internal combustion engine remains in the form of hot exhaust gases, among other things will. The internal combustion engines are internal combustion engines based on the Otto or diesel principle and hot air engines similar to Stirling or with electromechanical valve control the German patent application P 29 33 067.4 into consideration. Their exhaust gases and residual process heat are blown as hot air into the interior of the balloon, with the internal combustion engine combined blowers displace cold ambient air from the balloon envelope. Propellers are used for the directional upward movement of the hot air ship or swing wing in cooperation with rudder and horizontal stabilizer.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in einer besseren Primärenergienutzung im Vergleich zu Tragflächenluftfahrzeugen, der Möglichkeit zum Starten und Landen an beliebigen Stellen, Unabhängigkeit der Fortbewegung im Gegensatz zu erdgebundenen Fahrzeugen vom Straßennetz, Verkehrsregelung, Verkehrstaus und im reduzierten Absturzrisiko im Vergleich zu Fluggeräten, die schwerer als Luft sind. Ferner werden Fluggeschwindigkeiten nahe Stillstand in der Luft ohne den hohen technischen und Kostenaufwand von Hubschraubern ermöglicht.The advantages that can be achieved with the invention consist in a better one Primary energy use compared to hydrofoil aircraft, the possibility for taking off and landing at any point, independence of locomotion in the In contrast to earthbound vehicles from the road network, traffic regulation, traffic jams and in reduced risk of falling compared to aircraft heavier than air are. Furthermore, flight speeds are close to standstill in the air without the high technical and cost expenditure of helicopters allows.

Dies ist u.a. für den Transport von Nutzla.ten wie f3aumaterial an auf dem Landweg schlecht erreichbare Stellen interessant.This is, among other things, for the transport of payloads such as building material Interesting places that are difficult to reach by land.

Im Gegensatz zu Luftschiffen mit Wasserstoff- oder Heliumfüllung ist Steig- oder Sinkflug durch Steueruny der Aufheizung der Ballon füllung mit Heißluft ohne kosten/eruriia(herldes Abblasen von Traggas, Ballstabwurf, Bodenpersonal uiw. möglich.In contrast to airships with hydrogen or helium filling Ascent or descent through control of the heating of the balloon filling with hot air without costs / eruriia (herldes blowing off lifting gas, ball throwing, ground staff, etc. possible.

Ausführungbeispiele der Erfindung sind in Zeichnungen dargestellt und im folgenden näher beschrieben, Es zeigen Fig.1: Heißluftschiff mit Propellerantrieb von der Seite Fig,2: wie 1, jedoch von vorn Fig.3: Heißluftschiff mit Schwingflügelantrieb von der Seite Fig'4: wie 3, jedoch von vorn Fig.5: Propellerantrieb mit Abwärmenutzung für Ballonauftrieb Fig.6: Heißluftmotor für Schwingflügelantrieb von der Seite Fig.7: wie 6, jedoch von vorn als Schnitt Fig.8: Anordnung des Schwingflügelgestänges Fig.9: Schwingflügel bei Abwärtsschlag von vorn Fig.10:wie 9, jedoch von oben Fig.11:wie 10, jedoch als Schnitt durch A Fig.12:Schwingflügel bei Rückführung nach aufwärts,-von vorn Fig.13:wio 12, jedoch von oben Fig.14:wie 13, jedoch als Schnitt durch A Gemeinsame Kennziffern für alle Figuren sind: 1: Ballonhülle, 2: Vordere Ballonaufhängung, 3: Hintere Ballonaufhängung, 4: Spann- und Tragerahmen, 5: Höhenleitwerk, 6: Seitenleitwerk, 7: Pilotensitz, 8: Kraftstofftank, 9,10: Ballonhaltegurte.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and described in more detail below, FIG. 1 shows: hot air ship with propeller drive from the side Fig. 2: As 1, but from the front Fig. 3: Hot air ship with swing wing drive from the side Fig'4: As 3, but from the front Fig.5: Propeller drive with waste heat recovery for balloon lift Fig. 6: Hot air motor for swing wing drive from the side Fig. 7: As 6, but from the front as a section Fig. 8: Arrangement of the swing wing rods Fig. 9: Swing wing with downward stroke from the front Fig. 10: like 9, but from above Fig. 11: like 10, but as a section through A Fig. 12: Swing wing when moving back upwards, -from in front Fig. 13: like 12, but from above Fig. 14: like 13, but as a section through A common Code numbers for all figures are: 1: balloon envelope, 2: front balloon hanger, 3: rear balloon suspension, 4: tensioning and support frame, 5: horizontal stabilizer, 6: vertical stabilizer, 7: pilot seat, 8: fuel tank, 9,10: balloon straps.

Fig.1 zeigt die Ballonhülle 1, die bei 2 und 3 im Spann- und Tragerahmen aufgehängt und durch Haltegurte 9 und 10 in etwa Tropfenform gehalten wird. Als Vortrieb dient in Figur 1 ein Verbrennungsmotor 11 mit Propeller oder Luftschraube 12, die ähnlich wie bei Schiffsaktivrudern ins Seitenleitwerk 6 bläst.Fig.1 shows the balloon envelope 1, which at 2 and 3 in the clamping and support frame is suspended and held by straps 9 and 10 in approximately teardrop shape. as Propulsion is used in Figure 1 by an internal combustion engine 11 with a propeller or air screw 12, which blows into the rudder unit 6, similar to ship active rudders.

Höhenleitwerke 5 ermöglichen vorn und hinten Höhen- und Trimmkorrekturen, wenn das Heißluftschiff sich in der Luft schwimmend vorwärts bewegt. Pilotensitz. 7, Kraftstoffbehälter 8 und Vortrieb 11, 12 sind gewichtsmäßig für etwa waagerechte Fluglage austariert. Fig. 2 zeigt eine Ansicht von vorn.Horizontal stabilizers 5 allow height and trim corrections at the front and rear, when the hot airship moves forward swimming in the air. Pilot seat. 7, fuel tank 8 and propulsion 11, 12 are weight-wise for approximately horizontal Attitude balanced. Fig. 2 shows a view from the front.

Wesentlicher Unterschied uon Fig.3 und 4 gegenüber Fig.1 und 2 besteht in der Art des Antriebes. Beidseitig vom Ballon 1 schwingen Flügel 13, 14 auf- und abwärts. Beim Abwärtsschlag wird wie beim Vogelülug zusätzlich zum Vortrieb ein kräftiger Auftrieb erzeugt. fin Gegensatz zur Propeller-Version wird damit ein aktives Auf- und Abwärtssteuern ohne Fahrt ermöglicht.There is an essential difference between FIGS. 3 and 4 and FIGS in the type of drive. On both sides of the balloon 1, wings 13, 14 swing up and down down. In the case of the downward stroke, as with the Vogelülug, a propulsion is added in addition strong buoyancy generated. fin, in contrast to the propeller version, is an active one Allows you to steer up and down without driving.

Dies ist für Positionieraufgaben im Zusammenhang mit Lastentransport wichtig. Zusätzlich verhilft Flügelschlag- Auftrieb bei gleichem Ballonvolumen zu größeren Nutzlasten. Zum Antrieb 15 der Schwingflügel bedarf es spezieller, neuartiger Motoren.This is for positioning tasks in connection with the transport of loads important. In addition, the flapping of the wing helps with the same balloon volume larger payloads. For the drive 15 of the swing wing, special, new types are required Engines.

Fig,5 zeigt für das propellerangetriebene Heißluftschiff gemäß Fig. 1 und 2 den Antrieb 11 mit Propeller 12 in detaillierter Darstellung. 16 ist ein luftgekühlter Verbrennungsmotor, -hier als Zweizylinder-Motorradmotor für etwa 15 kW dargestellt. Auf seiner Welle sitzt starr gekuppelt das Gebläse 17, das Luft über das Rohr 18 ansaugt und durch die Kühlrippen 19 des Verbrennungsmotors drückt. Der bereits auf etwa 120°C vorgewärmten Luft werden bei 20 die bis zu 8000C heißen Motorauspuffgase zugemischt. Das Rohr 21 leitet die dieserart erzeugte Heißluft ins Innere der Ballonhjlle 1, bläst sie dabei auf und verdrängt kältere, am Boden liegende Ballonluft durch den Auslaß 22. Während der Bellonaufheizphase steht die Stellklappe 23 in der zeichnerisch dargestellten Stellung, d.h. die Balloninnenluft wird zunächst im geschlossenen Kreislauf aufgeheizt.FIG. 5 shows for the propeller-driven hot air ship according to FIG. 1 and 2 the drive 11 with propeller 12 in a detailed representation. 16 is a air-cooled combustion engine, here as a two-cylinder motorcycle engine for about 15 kW shown. The fan 17, the air, sits rigidly coupled on its shaft Sucks in via the pipe 18 and pushes through the cooling fins 19 of the internal combustion engine. The air, which has already been preheated to around 120 ° C, will be up to 8000C at 20 Engine exhaust gases mixed in. The pipe 21 guides the hot air generated in this way into the inside of the balloon cover 1, inflating it and displacing colder ones on the ground lying balloon air through the outlet 22. During the Bellon heating phase, the Control flap 23 in the position shown in the drawing, i.e. the inside air of the balloon is first heated in a closed circuit.

Die Kupplung 24 zum Propeller 12 ist zunächst offen. Erst wenn der Ballon dusreichend Heißluft hat und sich vom Boden abzuheben beginnt, wird der Propeller 12 über 24 gekuppelt.The coupling 24 to the propeller 12 is initially open. Only when the If the balloon has enough hot air and begins to lift off the ground, the propeller is activated 12 coupled over 24.

Der Verbrennungsmotor arbeitet jetzt mit Vollast und braucht Friscluftkülun. Dazu wird die Stellklappe 23 um 900 geschwenkt, Für die Balloninnenluft ergibt sich ein freier Druckausgleich,und da Gebläse kann Frischluft ansaugen.The combustion engine is now working at full load and needs Friscluftkülun. To do this, the adjustable flap 23 is pivoted by 900, resulting in the inside air of the balloon a free pressure equalization, and the fan can suck in fresh air.

Fig.6 und 7 zeigen einen speziell für Schwingflügel- Heißluft schiffe geeigneten Antrieb. Als Kraftstoff kommt nebst Flüssiggas oder Benzin z.B. in einer Art Ofen verbrannter Festbrennstoff wie Kohle oder Holz in Betracht. In Fig.6 u.7 ist 25 ein Zylinder, in dem ein Kolben 26 auf- und abwärts geht.Fig.6 and 7 show a special for swing wing hot air ships suitable drive. In addition to liquefied petroleum gas or petrol, the fuel comes in one Type of stove burned solid fuel such as coal or wood into consideration. In Fig. 6 and 7 25 is a cylinder in which a piston 26 goes up and down.

Die Rückstellung des Kolbens 26 in die obere Ausgangslage, bei der ohne größeren Leistungsverbrauch die Schwingflügel nach oben zurückgeführt werden, erfolgt -z.B. mit Hilfe einer Feder 27. Bei 28 tritt heiße Verbrennungsluft zwischen die Rippen 29 des Zylinderkopfes Hierdurch wird im oberen Zylinderraum 30 eingeschlossene Luft erhitzt. Sie expandiert und drückt den Kolben nach unten. Dabei werden über Gestänge 31 (s.Fig.8) die Schwingflüqel nach linsen gezogen. An unteren Totpunkt des Kolbens öffnet das z.B. elektromagnetisch gesteuerte Auslaßventil 32. Die abgearbeitete Heißluft wird über den Kanal 33 dem Brennerraum zugeführt. Dann öffnet das Einlaßventil 35. Der Arbeitszylinder wird mit vorkomprimierter Frischluft gespült. Durch den dieserart erfolgten Druckausgleich vermag die Rückstellfeder 27 den Kolben nach oben zu drücken.The return of the piston 26 to the upper starting position in which the swing wings can be returned to the top without any major power consumption, takes place e.g. with the help of a spring 27. At 28, hot combustion air intervenes The ribs 29 of the cylinder head are thereby enclosed in the upper cylinder space 30 Air heated. It expands and pushes the piston down. In doing so, over Rod 31 (see Fig. 8) pulled the swing wing towards the lens. At lower Dead center of the piston opens the e.g. electromagnetically controlled outlet valve 32 Hot air is supplied to the burner chamber via duct 33. Then the inlet valve opens 35. The working cylinder is flushed with pre-compressed fresh air. Through the In this way, the pressure equalization is capable of the return spring 27 after the piston press up.

Dabei saugt der Kolben durch das sich öffnende Ventil 36 kühle Außenluft in den Zylinderraum 34. Nach Schließen aller Ventile kann ein neues Arbeitsspiel beginnen. Die elektromagnetische Ventilsteuerung 32 und 35 ermöglicht ein stufenloses Einstellen von reinem,alleinigem Aufheizbetriteb durch Heißluftzufuhr mittels Rohr 37 in den Ballon bis hin zum Schwingflügelbetrieb mit unterschiedlicher Amplitude und Frequenz einschließlich Festhalten der Flügel in einer vorbestimmten Stellung.The piston sucks in cool outside air through the opening valve 36 into the cylinder chamber 34. After all valves have been closed, a new work cycle can be started kick off. The electromagnetic valve control 32 and 35 enables a stepless Setting of pure, sole heating operation by supplying hot air through a pipe 37 in the balloon up to swing wing operation with different amplitudes and frequency including holding the blades in a predetermined position.

Fig.8 zeigt, wie die Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens mit Hilfe des Gestänges 31 in eine Schwingbewegung der Flügel 13 und 14 umgesetzt wird.Fig.8 shows how the up and down movement of the piston using of the linkage 31 is converted into an oscillating movement of the wings 13 and 14.

Die Fig. 9, 10 und 11 stellen dar, wie beim Abwärtsschlagen der Flügel sowohl Auftrieb als auch Vortrieb erzeugt werden.Figures 9, 10 and 11 illustrate how the wings flap downward both lift and propulsion are generated.

mit 38 ist das Gelenk für das Auf- und Abwärtsschwingen bezeichnet. Zusätzlich sind die Flügel bei 39 um ihre eigene Achse drehbar gelagert. Bei 40 greift über einen Hebelarm das Gestänge 31 unter die Flügel. Bei Abwärtsbewegung liegt die Flügelvorderkante am BegrenzeI 41 auf. Damit entsteht, wie aus dem der Seitenansicht Fig.11 zugeordneten Zeigerbild sjrsichtlich, einr kräftige AutriPb- und zusätzlich Vortriebsi<raftkomponen te.at 38 the joint for swinging up and down is referred to. In addition, the wings are rotatably mounted at 39 about their own axis. At 40 the linkage 31 engages under the wings via a lever arm. When moving down the leading edge of the wing rests on the boundary 41. This creates how the Side view Fig. 11 clearly assigned pointer image, a strong autriPb- and additional propulsion fluid components.

teig. 12, 13, 14 zeigen das Hückstellen der Flügel in die obere Ausgangsstellung. Hierbei drückt das Gestänge 31 über den Flebelarm den Flügel in Senkrechtstellung, siehe Seitenansicht Fig. 14. Damit kann keine dem zuvorigen Auftrieb beim Flügelabwärtsschlagen entgegenwirkende Kraftkomponente auftreten.dough. 12, 13, 14 show the setting back of the wings in the upper starting position. Here, the linkage 31 pushes the wing into a vertical position via the swivel arm, see side view Fig. 14. This means that none of the previous lift when flapping the wing downwards counteracting force components occur.

L)ie im Gegensatz zum Prupelletantrieb kleine Schwingflügelfrequenz bedingt bei einem direkt wirkenden Heißluftmotor ein qroßes Zylindervolumen. Dafür paßt sich ein Heißluftmotor mit seiner KraFt-Weg-Kennlinie weit besser den Erfordernissen schwingender Flügel als ei txplosionsmotor an. Auf Besonderheiten des Schwingflügelantrifzbes wie Drehen auf der Stelle oder rnöglicher Rückwärtsfluy ei nicht näher eingegangen. LeerseiteL) ie in contrast to the prupellet drive, the oscillating blade frequency is small requires a large cylinder volume in a direct-acting hot-air engine. Therefore a hot-air engine with its force-travel characteristic is much better suited to the requirements swinging wing as an explosion engine. On peculiarities of the swing wing drive such as turning on the spot or possible reverse fluidity are not discussed in detail. Blank page

Claims

Claims: 1. Hot air ship, consisting of vain inflatable Balloon envelope (i), a supporting and tensioning frame (4), vertical and horizontal stabilizers (5, 6) and a buoyancy serving for propulsion, characterized in that for the Propulsion internal combustion engines are used, the entire waste heat of which is used to generate the balloon lift by means of hot air is used, and the balloon envelope in the forward direction an aerodynamic has advantageous, teardrop-like shape.

2. hot air ship according to claim 1, characterized in that for a conventional internal combustion engine based on the Otto or diesel principle is used for propulsion, a fan (17) rigidly mounted on its shaft and the propeller, which can be coupled via (24) (12) sits, with the engine (16) sweeping past and thereby Warming blower air after mixing in the hot exhaust gases (20) to nuft sen with Hot air is supplied to the balloon.

3. hot air ship according to claim 1, characterized in that for The propulsion is a hot-air motor that can be operated with any adhesive or coal (15) with t F '] electromagnetically controlled inlet and outlet valves (32, 35) are used, the upward and downward movement of the piston (26) with the aid of a rod (31) n Swinging movements of the wings (13, 14) with strong call drive generation during Downward wing flap and force-neutral upward movement of the wings by tilting the leaflets are converted to the vertical.