AT501095A1 - Hydrodynamischer anker und verfahren für fluggeräte zur nutzung des windes zur gewinnung von flughöhe und fahrt relativ zum wind - Google Patents

Description

  HYDRODYNAMISCHER ANKER VERFAHREN hierzu
Nutzung des Windes zur Gewinnung von Flughöhe und Fahrt relativ zum Wind
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für Fluggeräte (6) zur Nutzung von Windkräften (1) zwecks Erhöhung der Flughöhe (5) und/oder zur Fortbewegung in Richtung relativ zur Windrichtung.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht in der Schaffung einer Abstützung im Wasser (oder Gelände) die dazu genutzt wird bei ausreichendem Wind gemäss dem Stand der Technik einen Seilstart durchzuführen, indem ein Anker ausgeworfen wird, der an einem Seil befestigt ist und dem Fluggerät Halt gegenüber dem Wind gibt und somit Flughöhe gewonnen wird. Im Falle des Abwurfes über Wasser (7) wird ein "hydrodynamischer Anker" (3) ausgeworfen.

   Erfindungsgemäss besteht dieser Anker aus einem Schwimmkörper mit einer hydrodynamischen Tragfläche - beispielsweise einer Tragfläche die dem Pflugscharanker ähnelt- und einem Verbindungselement, das vorteilhaft als Richtungsstabilisator ausgebildet ist. Die Anordnung dieser Elemente führt erfindungsgemäss zu einem stabilen Zustand als mitfahrender Schwimmkörper mit hohen Lateralkräfte nicht nur querab, sondern vor allem auch gegen die Zugrichtung (4) aus dem Wasser. Nach Nutzung des Ankers wird dieser überflogen aus dem Wasser gehoben, zusammengeklappt und mittels Seilwinde ins Fluggerät eingeholt. Als weitere Variante wird der hydrodynamische Anker al Pfeilflügler mit negativer und positiver Pfeilung aufgezeigt.
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht bei vorhandenem natürlichem Wind die Fortbewegung in der Luft ohne Antriebsmotoren.

   Der hydrodynamische Anker bewegt sich sehr rasch durch das Wasser, weil geringes Gewicht und gute Hydrodynamik geringen Widerstand bieten. Die Ausführung des Ankers wird ohne fernsteuernde Mitteln angestrebt, sodass durch Anordnung der Auftriebskörper, Tragflächen und Verbindungsmittel ein Stabiler Zustand entsteht. Durch Voreinstellung des Anstellwinkels kann der Anker jeweils auf Halben Wind, Vordem Wind und Hart am Wind eingestellt werden.
Zusätzlich bietet sich die Möglichkeiten teilweise die Windenergie in elektrische Energie umzuwandeln und somit Akkus zur Überwindung von Flauten zu laden. Stand der Technik:
Der Seilstart von Fluggeräten mit Winde oder mit Schleppfahrzeug am Boden ist Stand der Technik.

   Ebenso ist das Kite Surfen, also das Fortbewegen auf einem Schwimmkörper durch Nutzung der Windkraft mit einem Gleitschirm oder einem Drachen bekannt.
In der Wehrtechnik wurden Kämpfer mittels Flug-Drachen hinter den KampfLinien abgesetzt. Auch Segelboote wurden bereits mit Flug-Drachen zum Antrieb anstelle von Segeln ausgestattet.
Das vorliegende Verfahren verknüpft nun den bekannten Seilstart von Fluggeräten mit einer Befestigung des Seiles an einem im Wasser bewegten "hydrodynamischen Anker".
Das Wesen dieses hydrodynamischen Ankers ist ähnlich dem Drachenflug in der Luft, nur eben im Wasser und mit umgekehrter Kraftwirkung; hier weiterhin "hydrodynamischer Abtrieb" genannt.

   Die vorliegende Vorrichtung löst das Abtauchen des hydrodynamischen Ankers dadurch, dass dieser mit einem Auftriebskörper verbunden wird.
Nicht nur beim Abtauchen, sondern auch beim seitlichen Ausweichen begrenzt der Auftriebskörper den Bewegungsspielraum. Zum Beispiel wird beim Durchfahren des Auftriebskörpers durch eine Welle der Widerstand erhöht und der Anker eilt dem Auftriebskörper vor und verringert den Anstellwinkel.
Die triviale Lösung einer Fernsteuerung der Bewegung des hydrodynamischen Ankers in horizontaler, wie auch vertikaler Richtung wird hier nur erwähnt.
Ein wesentliches Einsatzgebiet ergibt sich bei Anwendung des vorliegenden Verfahrens bei Last-Luft-Schiffen.

   Das rasche Gleiten des hydrodynamischen Ankers mit dem geringen Luftwiderstand des Luftschiffes führt zum wirtschaftlichen bei der Fortbewegung unter Nutzung des natürlichen Windes.
Im Freizeitbereich werden Langstreckenfahrten mit Fluggeräten wie Gleitschirme, Ultralights, Luftschiffe oder Segelflieger das Verfahren nutzen können, um grosse Distanzen auch ohne Motorkraft vorwärts zu kommen. 
Bezugszeichen:
1. Wind, relativer Wind
2. Hydrodynamischer Anker, Fahrt durchs Wasser
3. Hydrodynamischer Anker 4. Seil für Seilstart
5. Fluggerät, Fahrt durch Luftraum
6. Fluggerät
7. Schnitt durch das Wasser
8. Auftriebskörper 9. Verbindungsteil
10. Tragfläche (Pflugscharflügel, Pfeilflügl[beta]r)
11. statische Schwerkraft auf Pflugscharflügel
12. Drehmoment auf den hydrodynamischen Anker
13. statische Auftriebskraft durch den Auftriebskörper 14. Gleichgewichtszustand
15.

   Hydrodynamischer Auftrieb durch Anstellung des Auftriebskörper
16. Hydrodynamische Abtrieb durch Anstellung der Pflugschar
17. Gleichgewicht bei hydrodynamischer Bewegung
18. Zusammenklappen Pflugscharflügel um die Achse quer zur Fahrt 19. Unterstützung beim Auffedern durch Federkraft im Auftriebskörper
20. Unterstützung gegen Auffedern bei der Seilabstützung
21. Kugelförmiger Auftriebskörper mit Drehbarkeit um Seil (Abrollen)
22. Ausgeklappter Pfeilflügler
23. Zusammenklappen des Pfeilflüglers 24. Pfeilflügler mit 3 Seil-Befestigung
25. Einstellung des Anstellwinkels durch die Seilkombination
26. Zusammenklappen durch Einholen der äusseren Seile
27. Hart am Wind Horizontalsegeln.
28. Relativer Wind dreht Propeller 29.

   Relativer Wind durch hydrodynamischen Anker führt zum Steigflug
30. Überfliegen und Einholen des Ankers Beschreibung der Abbildung:
State of the Art: Zeigt einen Seilstart FIG. 1 Zeigt einen Seilstart mit hydrodynamischem Anker
FIG. 2 Zeigt einen hydrodynamischen Anker in statischem Ungleichgewicht FIG. 3 Zeigt selben Anker nach Herstellung des statischen Gleichgewichtes FIG. 4 Hier wirkt eine normale Seilkraft FIG. 5a Zeigt diesen Anker zusammengelegt FIG 5b Zeigt einen Federmechanismus zur Unterstützung der hydrodynamische Anstellung bei Seilkrafterhöhung FIG. 5c Zeigt eine Alternative zum Federmechanismus FIG. 6 Pfeilflügler mit Kräfte - Parallelogramm FIG. 7 Pfeilflügler ausgeklappt FIG. 8 Pfeilflügler zusammengeklappt
FIG.

   9 Pfeilflügler 3D Ansicht, zusammenfaltbar
FIG.10 Pfeilflügler mit 3 Leinen zur Einstellung des Anstellwinkels
FIG.11 Pfeilflügler mit 3 Leinen beim Zusammenklappen
FIG.12 Motorsegler mit elektromotorischem Antrieb beim Laden des Akkus FIG.13 Luftschiff beim Lastsegeln "hart am Wind" (alternativ Akku Laden) FIG 14 Schirmgleiter beim Steigflug FIG 15 Überfliegen des Zugankers Einholen des Ankers
State of the Art stellt den Steigflug mit Seilwinden Hochstart des Fluggerätes dar. Das Fluggerät wird solange steigen, bis der Gleichgewichtszustand aus dem hydrodynamischen Auftrieb aus relativem Wind und der Schwer- und Zugkraft des Seiles erreicht wird.
Figur 1 stellt analog zum Start mit der Seilwinde den Seilstart mit hydrodynamischem Anker dar. Das Fluggerät (6) bewegt sich und schleppt den Hydrodynamischen Anker (3) durch das Wasser (7).

   Durch die Fahrt durchs Wasser (2) entsteht eine hydrodynamische Kraft, wodurch die Seilkraft (4) verstärkt wird. Nach dem Prinzip des Segelbootes ist auch der Schleppanker in der Lage hart an den Wind zu fahren, wenn das Fluggerät den hydrodynamischen Anker in diese Richtung zieht. Im Falle der Figur 1 wird die aerodynamische Kraft in den Steigflug umgesetzt. Figur 2 zeigt einen hydrodynamischen Anker auf dem Prinzip des Pflugscharflüglers. Der Auftriebskörper (8) ist mittels Verbindungsteil (9) mit dem Pflugscharflügel (10) verbunden. Ohne Fahrt durch das Wasser wird das Gewicht des Ankers (11) solange den Anker mit der Spitze nach unten drücken bis diese in der Achse zum Auftrieb (13) des Auftriebskörpers zu liegen kommt.
In Figur 3 ist diese statische Gleichgewicht dargestellt.

   Der Auftrieb (13) und die Schwerkraft (11) liegt in einer Achse und ist im Gleichgewicht (14)
In Figur 4 wird die hydrodynamischen Kräfte dargestellt.
Sowohl der Auftriebskörper erzeugt bei fahrt durch das Wasser eine hydrodynamische Auftriebskraft (15), diese wird mit der hydrodynamischen Abtirebskraft des Pflugscharflüglers (16) und der Seilkraft (17) ins Gleichgewicht kommen.
In der Figur 5 sind Einrichtungen zur Stabilisierung des hydrodynamischen Ankers dargestellt.
Figur 5a zeigt den eingeklappten Zustand, womit der hydrodynamische Anker aus dem Wasser aufgeholt werden kann.

   Figur 5b zeigt eine Einrichtung zur Erhöhung der Wirkung des hydrodynamischen Abtriebes bei Verstärkung der Seilkraft durch das Nachlassen der Federkraft 19 der Feder im AuftriebskörperFigur 5c zeigt eine Federkonstruktion in der verlängerten Seilunterstützung.
In Figur 6 ist ein hydrodynamischer Anker in Form eines Pfeilflüglers dargestellt.
Die Tragfläche (10) ist als nach hinten gepfeilte Tragfläche ausgeführt. Der
Verbindungsteil (9) ist im vorderen Bereich des Pfeilflüglers angebracht.
Dies hat den Grund darin, dass etwaige Gegenstände im Wasser sich nicht verfangen, sondern durch die Pfeilform abgleiten können. Der Auftriebskörper (21) ist als Kugel ausgeführt. Der Vorteil liegt darin, dass bei den meisten Bewegungen quer zum Wasser ebenfalls geringer Widerstand auftritt.
Zudem kommt bei drehbarer Ausführung, das die Kugel auf der Wasserfläche abrollen kann.

   Hier wird deutlich, dass im Wasser eine ähnliche Situation entsteht wie dies in der Luft beim Fluggerät der Fall ist. Die Tragfläche (10) im
Wasser wird solange Abtrieb (16) erzeugen, bis der Anstellwinkel gegenüber dem anströmendem Wasser (2) zu gering ist um die notwenige Abtriebskraft zu erzeugen, um der Seilkraft (17) und der hydrodynamischen Auftriebskraft (15) durch die Kugel entgegenzuhalten.
Figur 7 stellt den Pfeilflügler mit den positiv gepfeilten Flächen (10) dem Verbindungsteil (9) und dem kugelförmigen Auftriebskörper (21) dar.
In Figur 8 wird der eingeklappte Zustand des hydrodynamischen Ankers dargestellt, in deren Zustand der Anker aufgeholt werden kann.
In Figur 9a und 9b wird der negativ gepfeilte hydrodynamische Anker dargestellt. In 9a ist dieser ausgeklappt (22) dargestellt.

   In Figur 9b ist dieser zusammengeklappt (23) dargestellt.
In Figur 10 wird der Pfeilflügler mit 3 Seilbefestigung (24) (25) dargestellt. Mit den Seilstellungen zueinander kann der Anstellwinkel der Tragflächen der Pfeilwinkel und die Seitkraft reguliert werden. Bei konstantem zentralen Seilzug (25) kann bei Veränderung der äusseren Seile (24) der Anstellwinkel verändert werden. Werden die äusseren Seile (24) noch mehr eingeholt klappt der Anker zusammen, wie dies in Figur 11 dargestellt wird.
In der Figur 12 wird das Verfahren der Energieumwandlung dargestellt. Das Fluggerät (6) ist mit dem Seil (4) mit dem hydrodynamischen Anker (3) verbunden. Beide Systeme bewegen sich in gleicher Richtung und Geschwindigkeit entsprechend der Fahrt durchs Wasser und Luft.

   Die Situation entspricht dem Segelboot, oder dem Drachensurfer.
Die Fahrt relativ zum Wind kann nun zur Fahrt schräg gegen den Wind genutzt werden, oder aber auch zum Lden des Akkus durch betreiben des Propellers genutzt werden.
In Figur 13 ist diese Situation für ein Luftschiff mit Leitwerk und generatorisch ausgebildeten Propellor dargestellt.
In Figur 14 ist die Situation für einen Paragleitschirm dargestellt. Da der Gleitzahl schlechter als beim Segler, so dass im wesentlichen ein Steigflug mit geringem am Wind Eigenschaften entstehen.
In Figur 15 ist das Überfliegen des Ankers dargestellt. Durch das Fehlen der Zugkraft wird der Anker zum Stillstand kommen und kann aufgeholt werden.

Claims (16)

Patentansprüche

1. Fluggerät mit Seilstarteinrichtung, dadurch gekennzeichnet dass, das zweite Ende des Seils an einem Anker befestigt ist.

2. Anker für ein Fluggerät mit Seilstartvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Anker im Wasser als Schleppanker, hydrodynamischer Anker oder an Land als Danfort-, Patent-, Faltanker oder als Kralle ausgebildet ist.

3. Hydrodynamischer Anker nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet dass, dieser aus mindestens einem Tragflügel und einem Verbindungsteil und wahlweise einem Auftriebskörper zwischen Tragflügel und Auftriebskörper besteht und mindestens eine Leine, die an einem der genannten Teilen befestigt ist sind, und der Winkel aus Verbindungsteil mit dem Tragflügel variabel einstellbar, aber fixierbar zur Einstellung des Anstellwinkels ausgebildet ist.

4. Anker nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieser klappbar ausgeführt ist und bei Bedarf an Bord des Fluggerätes einholbar ausgeführt ist.

5. Hydrodynamischer Anker nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragflügel als Pfeilflüger ausgeführt ist und der Verbindungsteil als Seitenruder ausgebildet ist.

6. Hydrodynamischer Anker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen von Verbindungselement und Tragflächen um die Achse parallel zur Fahrtrichtung gelenkig ausgebildet sind und zusammenfaltbar gestaltet ist.

7. Hydrodynamischer Anker nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper vorteilhaft stromlinienförmig ausgebildet ist und der Auftriebskörper derart ausgebildet ist, dass der Angriffspunkt des Auftriebes hinter dem Auftriebspunkt des Tragflügels in Fahrtrichtung gesehen liegt.

8. Hydrodynamischer Anker nach Anspruch 7, dass der Auftriebskörper kugelig ausgeführt ist und um das Verbindungselement oder das Seil drehbar gelagert ist.

9. Hydrodynamischen Anker nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfläche vorteilhaft als pflugscharähnliche Tragfläche ausgebildet ist.

10. Hydrodynamischen Anker nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Auftriebskörper,

Verbindungselement und Tragfläche gelenkig ausgebildet ist und um die Achse quer zur Fahrtrichtung zusammenfaltbar gestaltet ist.

11. Hydrodynamischen Anker bestehend aus mindestens einer Tragfläche, mindestens einem Schwimmkörper und einem

Verbindungselement zwischen Tragfläche und Schwimmkörper, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Auftriebsmittelpunkt des Schwimmkörpers mit dem Schwerpunkt der Vorrichtung zur Tragfläche nach vorne mindestens eine rechten Winkel aufweist und dass das Verbindungselement als

Stabilisierungsfläche parallel zur Fahrtrichtung und in Bezug auf die Fahrtrichtung weit hinter dem Lateralschwerpunkt angeordnet ist.

12. Hydrodynamischer Anker nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper in Bezug auf die

Fahrtrichtung hinten grösseren Auftrieb aufweist, damit bei grossen Kräften der Auftriebskörper aus dem Wasser gehoben im hinteren Bereich die Auftriebskraft fehlt und das Moment aus Seilkraft und hydrodynamischer Kraft stärker wirkt und zwischen Tragfläche und Fahrtrichtung einen grösseren Anstellwinkel herstellt.

13. Verfahren zur Fortbewegung eines Fluggerätes mittels Nutzung des natürlichen Windes, dadurch gekennzeichnet, dass dieses bei Bedarf mittels Seil, das an einem Anker befestigt ist, und dieser Anker am Land oder Wasser ausgelegt wird, einen Seilstart ausführt, wobei wahlweise die Länge des Seiles vom Fluggerät aus bestimmt wird und nach vollführtem Seilstart der Anker überflogen und eingeholt wird und der Flug unter Nutzung der gewonnen Höhe fortgesetzt wird und dieses Verfahren wahlweise wiederholt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker nach Anspruch 2 bis 12 ausgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 zur Umwandlung von aerodynamischer Energie aus Windkraft in potentielle Energie, oder in die Fortbewegung relativ zum den Wind genutzt von Fluggeräten, wie beispielsweise Gleitschirme, Ultralights, Luftschiffe oder Segelflieger , dadurch gekennzeichnet, dass ein hydrodynamischer Anker bestehend aus mindestens einer Tragfläche, mindestens einem Schwimmkörper und einem Verbindungselement zwischen Tragfläche und Schwimmkörper an einem Seil mit dem Fluggerät verbunden wird und während des Startvorganges bzw. während des

Fluges ins Wasser gelassen wird und durch das Wasser mitgeschleppt wird, wobei der hydrodynamische Anker mit zunehmender Fahrt durch das Wasser Lateralkräfte aufnimmt, die für einen Seilstart zur Gewinnung an Flughöhe, oder auch bei gleichbleibender Flughöhe zur Fortbewegung relativ gegen die

Windrichtung genutzt werden und der hydrodynamische Anker nach der Nutzung überflogen wird, relativ zum Wasser zum Stillstand kommt, aus dem Wasser gehoben wird und mittels Seilwinde vom Fluggerät eingeholt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 13 bei Fluggeräten mit elektromotorisch getriebenen Propellern mit Akkumulatoren dadurch gekennzeichnet, dass zur Umwandlung von aerodynamischer Energie aus Windkraft in elektrische Energie, die relative Windkraft genutzt wird, um den Propeller anzutreiben und der Elektromotor als Generator betreibt und den Akkumulator aufladet.