Die Erfindung betrifft ein mit Tragflügeln versehenes Wasserfahrzeug, dessen Bootskörper als Katamaran (Doppelrumpf) ausgebildet ist und der während der Fahrt grösstenteils aus dem Wasser gehoben wird.
Es ist bekannt, dass Tragflügelboote bei höheren Froude Zahlen einen kleineren Widerstand als alle anderen Schiffstypen haben, dass sie im Seegang kleinere Bewegungen ausführen und in der Lage sind ihre Geschwindigkeit in Wellenhöhen durchzuhalten, bei denen andere Fahrzeuge gezwungen sind mit der Fahrt stark herunter zu gehen. Ihr Nachteil liegt in der grösseren baulichen Kompliziertheit und den damit verbundenen höheren Kosten in Anschaffung und Unterhalt, in der Empfindlichkeit der Tragflügel und Stützen gegen Beschädigung durch Treibkörper und beim Anlegen, sowie in der möglichen Störung der Fahrtlage durch Treibgräser, die sich an den Flügeln oder Stützen festsetzen und eine Strömungsablösung herbeiführen können.
Das Fahrverhalten im achterlichen Seegang ist zudem wenn es sich um nichtstabilisierte Tragflügelboote handelt. verhältnismässig schlecht, da der Flügelauftrieb bei Fahrt in Wellenlaufrichtung durch die Orbitalbewegung in den Wellen im ungünstigen Sinne beeinflusst wird. Endlich ist die Grosse Tauchtiefe der Tragflügel im Schwimmzustand hinderlich für den Einsatz in Gewässern mit kleinen Wassertiefen.
Der Zweck der Erfindung ist es diese Nachteile zu beseitigen, was bei dem nachstehend beschriebenen System allerdings eine geringe Erhöhung der Gleitzahl und mässige Verschlechterung des Seegangverhaltens zur Folge hat. Der neue Typ ist für den Einsatz in geschützten Gewässern überall dort geeignet. wo das Fahrzeug einer rauhen Behandlung unterliegt. die Betriebskosten gesenkt werden sollen und die Gefahr der Kollision mit Treibkörpern gross ist. Seine Verwendung wird in seichten Gewässern möglich. wo die konventionellen Tragflügelboote nicht mehr betrieben werden können, zumal das Hochfahren der Flügel bei dem Boot der Erfindung mittels einfacheren Vorrichtungen erfolgen kann als bei den konventionellen Tragflügelbooten.
Die Erfindung besteht darin, dass an dem Tragflügel-Katamaranboot am Vorderschiff allein seitlich getrennte Doppelrümpfe vorgesehen sind. welche einseitig nach aussen quergeneigte. während der Fahrt ständig eintauchende, stabilisierende Gleitflächen besitzen, und dass zwischen diesen beiden Gleitflächen ein zumindest in seinen Aussenteilen quergeneigter Tragflügel mit in seinem Mittelteil konvexer Profilunterseite angebracht ist, dessen Aussenteile sich nach den Gleitflächen hin mit einer schräg nach vorn laufenden Vorderkante trapezförmig verbreitern und dabei in ein Profil mit konkaver oder gerader Unterseite auslaufen.
Der zwischen den seitlichen Rümpfen hochgelegte Boden ist als eine dynamischen Auftrieb erzeugende Gleitfläche geformt und das während der Fahrt frei über dem Wasserspiegel liegende Hinterschiffist mit negativ bis höchstens parallel zur Fahrtrichtung gestellter Bodenfläche ohne dynamische Auftriebswirkung ausgebildet.
Ein mittels Stützen am Heck angebrachter vollgetauchter Tragfiügel trägt den Gewichtsanteil am Hinterschiff.
Das System der Auftriebserzeugung und Erhaltung der Stabilität besteht also darin. dass am Vorschiff der Auftrieb durch das Zusammenwirken von einer Tragfläche mit zwei seitlich davon angebrachten Gleitflächen aufgebracht wird.
Der Flügel liegt während der Fahrt. von schwimmendem Treibgut geschützt, unter dem Wasserspiegel und sein Auftrieb kann etwa 80C/c des auf dem vorderen kombinierten Tragsystem lastenden Gewichts übernehmen. Die seitlichen Gleit flächen, die in voller Fahrt nur teilweise eingetaucht sind, sichern die Quer- und Tauchstabilität und vermindern den induzierten Widerstand des Flügels dadurch, dass sie die Umströmung der Flügelenden verhindern. Die seitlichen Körper schützen gleichzeitig den Flügel gegen Stösse, die er beim Anlegen erleiden könnte. Bei Ausbildung des Flügels an der Anschlussstelle Flügel-Gleitfläche ohne Drucksprung und mit annähernd gleichem induzierten Abwindwinkel beider Teile erreicht man den kleinsten Widerstand des Tragsystems.
Wird der Anstellwinkel des Flügels und/oder Teile der seitlichen Gleitflächen verstellbar ausgeführt, wie es späterbeschrieben wird, so kann dieser Effekt nur bei einem bestimmten Anstellwinkel der genannten Teile erreicht werden. Das Fahrzeug wird daher zweckmässig so ausgelegt, dass der günstigste Anstellwinkel bei der Reisegeschwindigkeit eingestellt ist und dass bei dieser Einstellung und Geschwindigkeit auch die günstigste Eintauchung der Gleitflächen eintritt. Bekanntlich ist die Reisegeschwindigkeit die Geschwindigkeit, welche vorwiegend gefahren wird und bei welcher der Motor seine Dauerleistung abgibt, so dass bei dieser Ausbildung der den Widerstand verkleinernde Effekt nur bei verminderter Fahrt, bei Übergeschwindigkeit und zeitweise im Seegang nicht erreichbar ist, wenn der Anstellwinkel automatisch im Takte des Seegangs gesteuert wird.
Die schräge Vorderkante des Flügels an der Anschlussstelle ist nicht nur hydrodynamisch günstig, wie Versuchsresultate gezeigt haben, sondern sie führt auch Seegras, wenn es vom Flügel an dieser kritischen Stelle gefangen werden sollte, nach unten, wo es über der Flügeloberseite abschwimmt.
Der mittels Stützen am Heck angebrachte hintere vollgetauchte Flügel erhält die Längsstabilität dadurch, dass beim Verlassen seiner Tauchtiefe das Fahrzeug eine Drehung um die an den Wasserspiegel gebundenen vorderen Gleitflächen frei (ohne durch den Auftrieb eintauchender Bodenteile am Hinterschiff beschränkt zu sein) ausführt und dabei den Anstellwinkel des Heckflügels im rückführenden Sinn ändert.
Die Seitenstützen des Heckflügels, die gleichzeitig als Ruder ausgebildet sein können, können in Fahrtrichtung hinter den vorderen Gleitflächen im Abstrom derselben so angeordnet sein, dass sie von den beiderseits der Gleitflächen vorbeitreibenden Gegenständen nicht getroffen werden können.
Nach den Ergebnissen von Schleppversuchen werden bei höheren Froude-Zahlen die besten Gleitzahlen mit einer dachförmig gekielten Heckfläche erzielt, da die Querkomponente der von dem vorderen Tragsystem erzeugten, nach hinten divergierenden Mulde eine Auftriebserhöhung an den derart quergeneigten Flügeln erzeugt.
Das beschriebene Tragflügelsystem, bei welchem das vordere Tragsystem weitgehend an den Wasserspiegel gebunden ist, der hintere Flügel aber entsprechend der Geschwindigkeit seine Tauchung frei verändern kann ohne in seiner Bewegung durch Auftriebseffekt von Gleitflächen beeinflusst zu werden, erreicht dadurch ausgezeichnete Fahreigenschaften, dass sich das Fahrzeug selbsttätig mit abnehmender Geschwindigkeit steuerlastig unter Anstellwinkelvergrösserung der Tragflächen und bei wachsender Geschwindigkeit kopflastig unter Anstellwinkelverkleinerung vertrimmt. Hierdurch bleiben die Tauchungsänderungen klein, der Anfahrtswiderstand wird herabgesetzt, das Fahrzeug hat das Bestreben im Seegang parallel mit sich zu schwingen und richtet sich auf, wenn vor einer unerwartet hohen Welle die Geschwindigkeit vermindert wird.
Bisher sind nurDoppelrumpf-Boote mit dazwischenliegend angeordneten Tragflügeln bekannt geworden, bei welchen die seitlichen Rümpfe auf die ganze Schiffslänge durchgingen und die kein hydrodynamisch abgestimmtes Zusammenwirken von Tragfläche und Gleitfläche aufwiesen. Die Doppelrümpfe waren vorwiegend als Verdrängungskörper mit statischer Auftriebswirkung ausgebildet. Das Hinterschiff war nicht als bei der Fahrt frei über dem Wasserspiegel liegend ausgebildet.
Die bekannten Fahrzeuge konnten demzufolge weder den geringen Widerstand erreichen, der bei dem Fahrzeug nach der Erfindung dadurch möglich ist, dass mit Einbezug des Heckflügels nahezu 90% des Auftriebs durch die günstige Gleitzahl der Flügel erzeugt werden kann, noch die oben angeführten guten Fahreigenschaften zu eigen haben.
Der vordere Flügel kann im Anstellwinkel einstellbar angeordnet werden, oder er kann Klappen an seinem rückwärtigen Teil erhalten, um die Eintauchtiefe der Gleitfläche und damit die Grösse der Stabilität entsprechend der Geschwindigkeit und den Seegangsverhältnissen einstellen zu können.
Ebenso wird vorteilhaft am hinteren Teil der beiden Gleitflächen ein Bodenteil schwenkbar und im Anstellwinkel verstellbar angelenkt, um die Auftriebskraft der Gleitfläche zu dem gleichen Zweck ändern und den Verhältnissen anpassen zu können. Die Betätigung der den Auftrieb beeinflussenden Vorrichtungen kann auch automatisch durch Messwertgeber erfolgen, die auf die Bewegungen des Bootes im Seegang ansprechen und diese Bewegungen durch entsprechende Auf triebsänderungen dämpfen, wobei die Betätigung des schwenkbaren Bodenteils der Gleitfläche und die Betätigung der Flügelkappe miteinander gekuppelt werden können.
Der hintere Flügel wird ebenfalls vorteilhaft im Anstell winkel verstellbar oder durch Klappen steuerbar angeordnet, um den günstigsten Trimmwinkel des Bootes einstellen zu können. Die Betätigung kann auch hier automatisch durch
Messwertgeber erfolgen, die auf Trimmbewegungen anspre chen und die Stampfwinkel im Seegang verkleinern.
Die beiden Gleitflächen des Vorderschiffes erhalten vor zugsweise eine Längsstufe, um bei Teiltauchung der Gleitflä chen das Spritzwasser abzulösen und dadurch den Widerstand zu vermindern.
Als Fortsetzung des Tragflügels am Vorderschiff können an der Kimm der Gleitfläche tragflügelartig profilierte Flos sen angebracht werden, welche entsprechend durchgeführter
Versuche die Gleitzahl der Gleitfläche sowie die Querstabili tät des Bootes erhöhen. Nachteilig bei dieser Anordnung ist allerdings, dass die Flossen beim Anlegen stark gefährdet sind und deshalb vorteilhaft seitlich um ein Gelenk hochschwenk bar und an die Seitenwand klappbar angeordnet werden soll ten.
Die Quer- und Längsstabilität des Katamaranbootes lässt sich durch eine selbsttätige Laufspeisung nach den US-Paten ten 3 117 546 und 3 464 377 des gleichen Erfinders erhöhen, ohne dass sich ein härterer Lauf, der sonst mit der Stabilitäts erhöhung einhergeht, einstellt. Diese Einrichtung ist in der Fi gurenbeschreibung näher erläutert.
Wenn das Fahrzeug in Gewässern mit beschränkter Was sertiefe verwendet wird oder in seichten Häfen einfahren muss, können die Flügel hochschwenkbar oder hochfahrbar angeordnet werden. Die Einrichtung zum Hochschwenken ist in den Figuren dargestellt, während das Hochfahren der Flü gel und Antriebsteile nach dem Verfahren der deutschen Pa tentschrift 1 072 133 des gleichen Erfinders erfolgen kann.
Die Erfindung ist in den Figuren in verschiedenen Ausfüh rungsformen als Beispiel dargestellt. Gleiche Teile sind durch gleiche Ziffern bezeichnet. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht des Fahrzeuges von der Seite.
Fig. 2 eine Ansicht auf den Boden des Fahrzeuges.
Fig. 3 Flügelschnitte nach den Linien a-a und b-b in Fig. 2.
Fig. 4 eine Vorderansicht des Fahrzeuges.
Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie c-c in den Fig. 1 und 2.
Fig. 6 eine Ansicht des Fahrzeuges von hinten.
Fig. 7 eine Ansicht auf den Boden des Fahrzeuges in an derer Ausführungsform.
Fig. 8 eine Ansicht auf eine Gleitfläche mit angelenktem schwenkbarem Bodenteil.
Fig. 8a einen Schnitt nach der Linie d-d der Fig. 8.
Fig. 9 eine Schnittzeichnung durch das Vorderschiff mit
Tragflügel.
Fig. 9a die Seitenansicht der Flosse in Zeichnung 9.
Fig. 9b einen Schnitt durch die Eintrittsöffnung an den Gleitflächen der Fig. 10.
Fig. 10 eine Ansicht von unten auf den Flügel und die Gleitflächen der Fig. 9.
Fig. 11 eine Ansicht auf das Boot von hinten.
Fig. 1 la eine Seitenansicht der Stütze der Fig. 11.
Fig. 12 eine Ansicht des Flügels der Fig. 11 von oben.
In den Fig. 1, 2 und 4 bis 7 ist 1 der Bootskörper, an dessen Vorderschiff seitliche getrennte Rümpfe 2 angebracht sind, die einseitig nach aussen quergeneigte Gleitflächen 3 besitzen, während die Innenseiten durch nahezu senkrecht stehende Wände 4 gebildet werden. Die Gleitflächen, die mit einer stumpfen Hinterkante 5 enden, können in bekannter Weise eine Querwölbung besitzen. Zwischen den Kielen 6 der Gleitflächen 3 ist der quergeneigte Tragflügel 7 angebracht. Der zwischen den seitlichen Rümpfen liegende Bodenteil 8 ist als Gleitfläche ausgebildet und besitzt vorzugsweise eine Stufe 9, die das Wasser ablöst, wenn dieser Bodenteil bei der Anfahrt oder im Seegang zur Eintauchung kommt. Dadurch wird der hochgelegte hintere gekielte Bodenteil 10 von Benetzung frei gehalten.
Dieser hintere Bodenteil ist gegenüber dem vorderen Bodenteil 8 geschränkt und hat vorzugsweise, wie ersichtlich, eine negative Neigung in Fahrtrichtung. um die Benetzung und den Anfahrtswiderstand zu verkleinem. In Fig. 4 linke Seite ist die Gleitfläche 3 mit einer Längsstufe 11 versehen, um bei Teiltauchung dieser Gleitfläche das Spritzwasser von ihrem äusseren Teil zwecks Widerstandsverminderung abzuhalten.
In der Fahrt wird das Wasser an der Gleitfläche gegenüber der in den Fig. 1, 4 und 5 eingezeichneten Wasserlinie WL hochgestaut, während hinter der Gleitfläche und dem Tragflügel, als Folge der Auftriebskraft, die Mulde 12 entsteht (Abwind), wodurch die Flughöhe des Hinterschiffes in günstiger Weise vergrössert wird. Zwischen den seitlichen Gleitflächen wird der Wasserspiegel infolge des Druckausgleichs über die Kiele 6 angehoben, seine Oberfläche ist aber vollkommen glatt und spritzwasserfrei, so dass der Flügel nicht gestört wird.
Der vollgetauchte Tragflügel 7 erhält in seinem mittleren Teil ein Profil mit ausgewölbter Unterseite wie Schnitt a-a in Fig. 3 zeigt, um einen Kleinstwert an Widerstand zu erreichen.
Die Flügelenden 7a sind nach den Gleitflächen zu trapezförmig mit schräger (etwa 300) Vorderkante nach vorne verbreitert und gehen in das Profil b-b der Fig. 3 mit gerader oder auch eingewölbter (gestrichelte) Profilunterseite über. Durch diese Formgebung wird erreicht, dass der an der Unterseite des mittleren Flügelteils bestehende Unterdruck nach den Enden zu in Überdruck übergeht und widerstandsgünstig ohne Drucksprung sich dem an den Gleitflächen herrschenden Überdruck angleicht. Zudem sind Profile mit gerader oder eingewölbter Unterseite wesentlich weniger lufteinbruchsgefährdet als diejenigen mit konvexer Unterseite, und mit einer periodischen Austauchung der Flügelenden muss im Seegang gerechnet werden.
Endlich werden, wie beschrieben, die Flügelenden 7a in Wölbung der Profilskelettlinie und Anstellwinkel derart ausgebildet, dass sie annähernd den gleichen Abwind wie die Gleitflächen erzeugen, so dass keine widerstandserhöhenden Querströmungen auftreten.
Bei dem so ausgebildeten auftriebserzeugenden System aus Tragflügel und seitlichen Gleitflächen liefert der Tragflügel 7 den grössten Teil der Auftriebskraft während die Gleitflächen 3, deren Auftriebskraft schnell mit der Eintauchung wächst.
die Stabilität mit grösserer Sicherheit gewährleistet, als es mit dem konventionellen, teilgetauchten Flügel erreichbar ist. Die Gefahr des Lufteinbruches auf der Flügeloberseite ist nämlich wesentlich geringer und die Gleitfläche fängt den Auftriebsverlust auf, falls der Flügel eine Strömungsablösung erleiden sollte, wenn er im Seegang zur Austauchung kommt.
Der Aufbau des vorderen Flügels 7 ohne Stützen ist we sentlich einfacher und baulich billiger als der konventionelle teilgetauchte Flügel. Statisch ist er sehr günstig, weil die an den Enden des V-Flügels bei Belastung entstehenden Seitenkräfte (Sprengkräfte) leicht von den beiden seitlichen Rümpfen 2 aufgenommen werden.
Die Änderung des Auftriebes des Flügels 7 erfolgt in Fig. 5 durch Änderung des Anstellwinkels. An den Enden des Flügels sind kurze, asymmetrisch profilierte Platten 7a angebracht, die mit ihrem ebenen Teil gegen die Innenwand 4 liegen und den Drehzapfen 13 tragen (linke Seite Fig. 5), der in schiffsfesten Lagern 14 zur Anstellwinkeländerung schwenkbar ist. In Fig. 7 sind an dem hinteren Profilteil des Flügels 7 die schwenkbaren Klappen 15 zur Beeinflussung des Auftriebs angebracht.
Der hintere Teil der Gleitflächen 3 kann nach den Fig. 8 und 8a mit dem Bodenteil 16 versehen werden, der um das Gelenk 17 etwa um 180 schwenkbar ist. Die Verstellung erfolgt durch den hydraulischen Zylinder 18. Eine Abdeckplatte 19 sorgt dafür, dass der Spalt zwischen Gleitfläche 3 und dem beweglichen Bodenteil geschlossen bleibt. Wenn die Steuerung des beweglichen Bodenteils automatisch durch Messwertgeber erfolgt, wird der Weg des Kolbens in bekannter Weise durch Ventile geregelt, die über Verstärker und Rückführungen von den Messwertgebem betätigt werden. Der Bodenteil 16 kann auch abgefedert werden, um Stösse auf die Gleitfläche zu mildern. Anstelle des Zylinders 18 tritt dann ein gedämpftes Federelement.
Der hintere Tragflügel 20 ist in den Fig. 1, 2, 6 sowie 11 und 12 dargestellt. Er ist durch die Stützen 21 mit dem Bootskörper 1 verbunden und zwar sind in Fig. 6 die Stützen 21 an dem Träger 22 befestigt, der seinerseits schwenkbar an dem Spiegel des Bootes gelagert ist, so dass der Flügel im Anstellwinkel einstellbar ist. Es ist ersichtlich, dass der Heckflügel 20 dachförmig gekielt ist, wodurch nicht nur die beschriebene Widerstandsreduzierung, sondern auch der Vorteil erreicht wird, dass der Propeller 23 günstig gelagert und grosse Hebelarme zum Schwerpunkt erreicht werden, wenn das Boot, wie später erläutert, stabilisiert wird. In den Fig. 1 und 2 sind an den Stützen 21 die Ruder 24 gelenkig befestigt.
Der Fig. 2 ist zu entnehmen, dass die Seitenstützen 21 des Heckflügels in Fahrtrichtung so hinter den vorderen Gleitflächen in deren Abstrom liegend angeordnet sind, dass sie von treibenden Gegenständen nicht getroffen werden können.
Durch den Überdruck an der Gleitfläche werden nämlich Fremdkörper mit dem Spritzwasser nach aussen geschleudert, während die zwischen den Doppelrümpfen durchtreibenden Gegenstände von dem Wellensystem nach der Mitte getrieben werden.
In Fig. 7 ist noch die seitlich an die Kimmkante, als Fortsetzung des Flügels angesetzte Flosse 25 eingezeichnet, die ein auftriebserzeugendes Profil besitzt und die in Fig. 5 auf der rechten Seite in Vorderansicht zu sehen ist.
In Fig. 7 ist das Fahrzeug in etwas anderer Ausführungsform als in Fig. 2 dargestellt, wie sie insbesondere als Kurzstrecken-Passagierboot mit mehreren Zwischenhalten Anwendung finden kann. Das Hinterschiff in rechteckiger Form aus Kostengründen, ist schmäler als das Vorderschiff und trägt seitlich die Einstiegs-Plattform 26 zur Erleichterung des Anlegens und schnellem Ein- und Ausstieg der Passagiere. Der Tragflügel 7 ist hier etwas weiter rückwärts an der Gleitfläche 3 angebracht als in Fig. 2, er kann bis an die Hinterkante der Gleitfläche rücken.
Die Fig. 9, 9a, 9b und 10 zeigen auf welche Weise die Querstabilität des Fahrzeuges durch selbsttätige Luftspeisung am vorderen Flügel 7 erhöht werden kann. Für diesen Fall kann der Flügel selber nicht herangezogen werden, da die stabilisierenden Hebelarme gegenüber dem Schwerpunkt zu klein sind, oder keine aufrichtenden Momente ergeben. Es ist daher nach dem System der US-Patentschrift 3 464377 in der
Flügelmitte eine Stabilisierungsflosse 27 angebracht(in Fig. 10 im Schnitt gezeichnet), die beiderseits Luftaustrittslöcher 28 (Fig. 9a) hat, welche durch getrennte Kanäle 29 und 29' gespeist werden.
Der Luftzulass erfolgt durch die Eintrittsöffnungen 30 und 30' an den Gleitflächen und die Einlassöffnungen 31 und 31' auf der Flügeloberseite, wobei die Öffnungen auf der Backbordseite (Flügel von hinten gesehen) mit den Auslassöffnungen 28 an der Backbordseite der Flosse 27 verbunden sind und analog auf der Steuerbordseite. Die Einlass öffnungen 30 an der Gleitfläche sind in Fig. 9b im Schnitt dargestellt. Der Einlass zeigt in Fahrtrichtung nach hinten, so dass er überströmt wird, ohne dass Wasser in den Kanal 29 eintritt.
Zur Erhöhung der Wirkung der Flosse 27 besitzt diese eine Endscheibe 27a.
Nimmt das Boot z.B. einen Krängungswinkel nach Steuerbord ein und fährt auf der Wasserlinie WL', so treten eine
Reihe von Eintrittslöcher 30 und 31 auf der Backbordseite über den Wasserspiegel und Luft fliesst der Backbordseite der Flosse 27 zu. Dadurch wird der Sog auf dieser Seite herabgesetzt und die Querkraft K an der benetzten Seite überwiegt in der eingezeichneten Pfeilrichtung mit einem sehr grossen Hebelarm zum Schwerpunkt des Bootes. Das Boot wird aber nicht nur durch das entstehende Moment aufgerichtet, sondern das Vorderschiff schiebt noch durch die Seitenkraft in Pfeilrichtung, wodurch die Gleitfläche und die Flügelhälfte an Steuerbord unter grösserem Anstellwinkel angeströmt werden und einen grösseren Auftrieb erhalten, während an der Backbordseite der umgekehrte Vorgang eintritt, so dass ein weiteres aufrichtendes Moment entsteht.
Schliesslich leitet die Kraft K noch eine Steuerbordkurve, wobei die Zentrifugalkraft ein drittes aufrichtendes Moment liefert. Die Wirkung der Flosse 27 ist also ausserordentlich gross.
Aus den Fig. 11, 1 la und 12 geht die stabilisierende Wirkung der selbsttätigen Luftspeisung nach dem Verfahren der US-Patentschrift 3 117 546 am Heckflügel hervor, der wieder von hinten gesehen dargestellt ist. Die beiden Stützen 21 haben die Lufteintrittslöcher 28 (Fig. 1 a), die während der Reisegeschwindigkeit teils unter teils über dem Wasserspiegel liegen. Der Luftkanal 29 ist mit dem Kanal 29' im Flügel verbunden, der eine Reihe von Austrittslöcher 30 am äusseren Teil der Flügeloberseite besitzt (Fig. 12). In der ungestörten Fahrt werden die äusseren Teile des Flügels 20 mit etwa der halben Luftmenge entsprechend der oberhalb des Wasserspiegels freiliegenden halben Lochzahl mit Luft gespeist.
Bei Eintritt einer Krängung nach der Wasserlinie WL' tauchen auf der Steuerbordseite eine Reihe von Zulassöffnungen 28 unter den Wasserspiegel, wodurch die Luftmenge reduziert und der Auftrieb A1, der einen grossen Hebelarm zum Schwerpunkt hat, erhöht wird, während auf der Backbordseite Öffnungen zur Austauchung unter Vergrösserung der zufliessenden Luftmenge kommen, wodurch auf dieser Seite die Auftriebskraft A2 verkleinert wird. Es entsteht ein rückführendes Moment.
Der Heckflügel trägt also zur Erhaltung der Rollstabilität bei, die sonst allein durch die Gleitflächen am Vorderschiff aufrechterhalten wird. Auch die Längsstabilität des Bootes wird dadurch erhöht, dass bei Tiefertauchen des Heckflügels und der Stützen beiderseitig die Luftmenge vermindert und der Auftrieb erhöht wird und umgekehrt.
Das Hochschwenken des vorderen Flügels 7 erfolgt um denselben Zapfen 13 der Fig. 5, um den auch der Flügel zur Anstellwinkeländerung geschwenkt wird. In Fig. list der Flügel gestrichelt in der hochgeschwenkten Lage eingezeichnet.
Er liegt in dieser Stellung geschützt zwischen den Seitenrümpfen und oberhalb der Kiele, so dass das Fahrzeug auf das Ufer, sofern es flach genug ist, auffahren kann und dort einen festen Stand auf den beiden Kielen findet. Wird der Flügel nach dem Prinzip der deutschen Patentschrift 1 072 133 senk recht hochfahrbar angeordnet, so kann das Einziehen auch während der Fahrt erfolgen.
Auch der Heckflügel 20 kann mit seinen Antriebsteilen nach hinten hochgeschwenkt werden, wenn die Leistungsübertragung durch ein bekanntes Z-Getriebe (doppeltes Kegelradgetriebe) erfolgt und die Antriebswelle des oberen Getriebes in ebenfalls bekannter Weise beim Hoch schwenken entkuppelt wird. Der Heckflügel kann senkrecht während der Fahrt hochgefahren werden nach der Fig. 4 der genannten deutschen Patentschrift oder auch im Stillstand eingezogen werden nach Fig. 5 dieser Patentschrift.
The invention relates to a watercraft provided with hydrofoils, the hull of which is designed as a catamaran (double hull) and which is largely lifted out of the water during travel.
It is known that hydrofoils have a lower resistance than all other types of ship at higher Froude numbers, that they make smaller movements in rough seas and are able to maintain their speed in wave heights where other vehicles are forced to go down sharply while moving . Their disadvantage lies in the greater structural complexity and the associated higher costs in acquisition and maintenance, in the sensitivity of the wings and supports to damage by floating bodies and when mooring, as well as in the possible disturbance of the flight position by drift grass, which is on the wings or Fix supports and can cause flow separation.
The handling in the aft swell is also the same when it comes to non-stabilized hydrofoils. relatively bad, since the wing lift when driving in the direction of the wave is influenced in the unfavorable sense by the orbital movement in the waves. Finally, the large diving depth of the hydrofoils in the floating state is a hindrance for use in waters with small water depths.
The purpose of the invention is to eliminate these disadvantages, which in the system described below, however, results in a slight increase in the glide ratio and a moderate deterioration in the sea behavior. The new type is suitable for use in protected waters everywhere. where the vehicle is subject to rough handling. the operating costs are to be reduced and the risk of collision with propellants is high. Its use becomes possible in shallow waters. where the conventional hydrofoils can no longer be operated, especially since the wing can be raised in the boat of the invention by means of simpler devices than in the conventional hydrofoil.
The invention consists in that only laterally separate double hulls are provided on the hydrofoil catamaran boat on the fore ship. which sloped transversely outward on one side. have stabilizing sliding surfaces that are constantly immersed during the journey, and that between these two sliding surfaces there is attached an at least in its outer parts transversely inclined wing with a convex profile underside in its middle part, the outer parts of which widen trapezoidally towards the sliding surfaces with an obliquely forward leading edge and thereby terminate in a profile with a concave or straight bottom.
The floor, which is raised between the side hulls, is shaped as a sliding surface that generates dynamic buoyancy, and the aft section, which lies freely above the water level during travel, has a floor surface that is negative to at most parallel to the direction of travel and has no dynamic buoyancy effect.
A fully submerged wing attached to the stern by means of supports carries the weight portion of the stern.
The system of creating buoyancy and maintaining stability consists in this. that on the foredeck the buoyancy is applied by the interaction of a wing with two sliding surfaces attached to the side.
The wing lies during the journey. Protected by floating debris, below the water level and its buoyancy can take about 80C / c of the weight on the forward combined support system. The lateral gliding surfaces, which are only partially submerged at full speed, ensure transverse and diving stability and reduce the induced drag of the wing by preventing air flow around the wing tips. At the same time, the side bodies protect the wing against impacts that it could suffer when donning. When the wing is formed at the wing-sliding surface connection point without a pressure jump and with approximately the same induced downdraft angle of both parts, the lowest resistance of the support system is achieved.
If the angle of attack of the wing and / or parts of the lateral sliding surfaces is made adjustable, as will be described later, this effect can only be achieved with a certain angle of attack of the parts mentioned. The vehicle is therefore expediently designed in such a way that the most favorable angle of attack is set at the cruising speed and that with this setting and speed the most favorable immersion of the sliding surfaces also occurs. As is well known, the cruising speed is the speed that is predominantly driven and at which the engine delivers its continuous power, so that with this training the drag-reducing effect is only not achievable at reduced speed, at overspeed and sometimes in rough seas if the angle of attack is automatically in The swell is controlled.
The sloping leading edge of the wing at the connection point is not only hydrodynamically favorable, as test results have shown, but it also guides seaweed, if it should be caught by the wing at this critical point, downwards, where it floats over the upper side of the wing.
The fully submerged rear wing, which is attached to the stern by means of supports, maintains its longitudinal stability in that when it leaves its diving depth, the vehicle rotates freely around the front sliding surfaces bound to the water level (without being restricted by the buoyancy of submerged floor parts at the stern) and thereby executes the angle of attack of the rear wing changes in the feedback sense.
The side supports of the rear wing, which can also be designed as rudders, can be arranged in the direction of travel behind the front sliding surfaces in the outflow of the same so that they cannot be hit by objects drifting past on both sides of the sliding surfaces.
According to the results of towing tests, the best glide ratios are achieved with a roof-shaped keeled tail surface with higher Froude numbers, since the transverse component of the trough diverging to the rear created by the front support system generates an increase in lift on the wings inclined in this way.
The hydrofoil system described, in which the front support system is largely tied to the water level, but the rear wing can freely change its immersion according to the speed without being influenced in its movement by the buoyancy effect of sliding surfaces, thereby achieves excellent driving characteristics that the vehicle automatically moves with decreasing speed tax-heavy with an increase in the angle of attack of the wings and with increasing speed top-heavy with a decrease in the angle of attack. As a result, the changes in diving remain small, the starting resistance is reduced, the vehicle tends to swing parallel with it in the sea and straightens up when the speed is reduced in front of an unexpectedly high wave.
So far, only double-hulled boats with hydrofoils arranged between them have become known, in which the lateral hulls extended over the entire length of the ship and which did not have a hydrodynamically coordinated interaction between the hydrofoil and gliding surface. The double hulls were mainly designed as displacement bodies with static buoyancy. The stern was not designed to lie freely above the water level when sailing.
The known vehicles could consequently neither achieve the low resistance that is possible with the vehicle according to the invention because, with the inclusion of the rear wing, almost 90% of the lift can be generated by the favorable glide ratio of the wing, nor do they possess the above-mentioned good driving characteristics to have.
The front wing can be arranged adjustable in the angle of attack, or it can have flaps on its rear part in order to be able to adjust the immersion depth of the sliding surface and thus the size of the stability according to the speed and the sea conditions.
Likewise, a bottom part is advantageously hinged to the rear part of the two sliding surfaces so as to be pivotable and adjustable in the angle of attack in order to be able to change the buoyancy of the sliding surface for the same purpose and to be able to adapt it to the conditions. The actuation of the devices influencing the buoyancy can also be carried out automatically by transducers that respond to the movements of the boat in the sea and dampen these movements through corresponding changes in drive, whereby the actuation of the pivotable bottom part of the sliding surface and the actuation of the wing cap can be coupled to one another.
The rear wing is also advantageously arranged in an adjustable angle or controllable by flaps in order to be able to set the most favorable trim angle of the boat. The actuation can also be done automatically here
There are sensors that respond to trim movements and reduce the pitch angle in rough seas.
The two sliding surfaces of the fore ship are preferably given a longitudinal step in order to detach the splash water when the sliding surface is partially submerged and thereby reduce the resistance.
As a continuation of the hydrofoil on the fore ship, hydrofoil-like profiled Flos sen can be attached to the chine of the sliding surface, which carried out accordingly
Try to increase the glide ratio of the gliding surface and the transverse stability of the boat. The disadvantage of this arrangement, however, is that the fins are at great risk when they are put on and should therefore advantageously be pivoted up to the side around a joint and arranged so that they can be folded against the side wall.
The transverse and longitudinal stability of the catamaran boat can be increased by an automatic running feed according to US Patents 3,117,546 and 3,464,377 by the same inventor, without the harder running, which is otherwise associated with the increase in stability, being set. This facility is explained in more detail in the Fi gurenbeschreibung.
If the vehicle is used in waters with limited water depth or has to enter shallow harbors, the wings can be arranged so that they can be swiveled up or raised. The device for pivoting up is shown in the figures, while the raising of the wing gel and drive parts can be done according to the method of German Pa tentschrift 1 072 133 by the same inventor.
The invention is shown in the figures in various Ausfüh insurance forms as an example. The same parts are denoted by the same numbers. Show it:
Fig. 1 is a view of the vehicle from the side.
Fig. 2 is a view of the floor of the vehicle.
FIG. 3 wing sections along lines a-a and b-b in FIG. 2.
4 is a front view of the vehicle.
5 shows a section along the line c-c in FIGS. 1 and 2.
6 is a view of the vehicle from the rear.
7 shows a view of the floor of the vehicle in another embodiment.
8 shows a view of a sliding surface with an articulated pivotable base part.
8a shows a section along the line d-d in FIG. 8.
9 shows a sectional drawing through the fore ship
Hydrofoil.
9a shows the side view of the fin in drawing 9.
FIG. 9b shows a section through the inlet opening on the sliding surfaces of FIG. 10.
FIG. 10 shows a view from below of the wing and the sliding surfaces of FIG. 9.
11 is a view of the boat from the rear.
FIG. 1 la is a side view of the support of FIG. 11.
FIG. 12 is a view of the wing of FIG. 11 from above.
In FIGS. 1, 2 and 4 to 7, 1 is the hull, on the fore ship of which lateral separate hulls 2 are attached, which have sliding surfaces 3 that are transversely inclined on one side, while the inner sides are formed by walls 4 standing almost perpendicularly. The sliding surfaces, which end with a blunt rear edge 5, can have a transverse curvature in a known manner. The transversely inclined wing 7 is attached between the keels 6 of the sliding surfaces 3. The bottom part 8 lying between the lateral hulls is designed as a sliding surface and preferably has a step 9 which loosens the water if this bottom part is immersed when approaching or in rough seas. As a result, the raised rear keeled floor part 10 is kept free from wetting.
This rear floor part is set in relation to the front floor part 8 and, as can be seen, preferably has a negative inclination in the direction of travel. to reduce the wetting and the starting resistance. In Fig. 4, left side, the sliding surface 3 is provided with a longitudinal step 11 in order to keep the splash water from its outer part in order to reduce resistance when this sliding surface is partially submerged.
During travel, the water is dammed up on the sliding surface opposite the water line WL drawn in FIGS. 1, 4 and 5, while behind the sliding surface and the wing, as a result of the lift force, the hollow 12 is created (downwash), which increases the altitude of the The aft ship is enlarged in a favorable manner. The water level between the lateral sliding surfaces is raised as a result of the pressure equalization via the keels 6, but its surface is completely smooth and free of splashing water so that the wing is not disturbed.
The fully submerged wing 7 is given in its middle part a profile with a bulged underside, as shown in section a-a in FIG. 3, in order to achieve a minimum value of resistance.
The wing ends 7a are widened to trapezoidal shape with an inclined (about 300) front edge towards the front after the sliding surfaces and merge into the profile b-b of FIG. 3 with a straight or curved (dashed) profile underside. This shaping ensures that the negative pressure existing on the underside of the central wing part changes to positive pressure towards the ends and, with favorable resistance, equates to the positive pressure prevailing on the sliding surfaces without a sudden change in pressure. In addition, profiles with a straight or curved underside are much less prone to air ingress than those with a convex underside, and a periodic bulging of the wing tips must be expected in rough seas.
Finally, as described, the wing tips 7a are designed with the curvature of the profile skeleton line and angle of attack in such a way that they generate approximately the same downwash as the sliding surfaces, so that no resistance-increasing cross currents occur.
In the case of the lift-generating system made up of the wing and lateral sliding surfaces, the wing 7 supplies the major part of the lift force while the sliding surfaces 3, whose lift force increases rapidly with the immersion.
the stability is guaranteed with greater security than can be achieved with the conventional, partially submerged wing. The risk of air ingress on the upper side of the wing is in fact significantly lower and the gliding surface absorbs the loss of lift if the wing should suffer a flow separation when it comes to a dive in the sea.
The structure of the front wing 7 without supports is we much simpler and structurally cheaper than the conventional partially submerged wing. It is statically very favorable because the side forces (explosive forces) that arise at the ends of the V-wing when loaded are easily absorbed by the two lateral fuselages 2.
The change in the lift of the wing 7 takes place in FIG. 5 by changing the angle of attack. At the ends of the wing short, asymmetrically profiled plates 7a are attached, which lie with their flat part against the inner wall 4 and carry the pivot pin 13 (left side Fig. 5), which is pivotable in bearings 14 fixed to the ship to change the angle of attack. In Fig. 7, the pivotable flaps 15 are attached to the rear profile part of the wing 7 to influence the lift.
According to FIGS. 8 and 8a, the rear part of the sliding surfaces 3 can be provided with the bottom part 16 which can be pivoted about 180 ° about the joint 17. The adjustment is carried out by the hydraulic cylinder 18. A cover plate 19 ensures that the gap between the sliding surface 3 and the movable base part remains closed. If the control of the movable base part takes place automatically by measuring transducers, the path of the piston is regulated in a known manner by valves that are actuated by the measuring transducers via amplifiers and feedbacks. The bottom part 16 can also be cushioned in order to mitigate impacts on the sliding surface. Instead of the cylinder 18, there is then a damped spring element.
The rear wing 20 is shown in FIGS. 1, 2, 6, 11 and 12. It is connected to the hull 1 by the supports 21, namely in Fig. 6 the supports 21 are attached to the carrier 22, which in turn is pivotably mounted on the transom of the boat so that the angle of attack is adjustable. It can be seen that the rear wing 20 is keeled in the shape of a roof, which not only achieves the reduction in drag described, but also the advantage that the propeller 23 is conveniently supported and large lever arms are reached at the center of gravity when the boat is stabilized, as explained later . In FIGS. 1 and 2, the rudders 24 are attached to the supports 21 in an articulated manner.
It can be seen from FIG. 2 that the side supports 21 of the rear wing are arranged in the direction of travel behind the front sliding surfaces in their downstream flow so that they cannot be hit by floating objects.
Because of the overpressure on the sliding surface, foreign bodies are thrown outwards with the spray water, while the objects propelling through between the double hulls are driven towards the center by the shaft system.
In Fig. 7, the laterally attached to the chiming edge, as a continuation of the wing fin 25 is shown, which has a lift-generating profile and which can be seen in Fig. 5 on the right in front view.
In FIG. 7 the vehicle is shown in a somewhat different embodiment than in FIG. 2, as it can be used in particular as a short-haul passenger boat with several intermediate stops. The aft ship, which is rectangular in shape for reasons of cost, is narrower than the fore ship and carries the boarding platform 26 on the side to make it easier for passengers to dock and to get on and off quickly. The wing 7 is attached here a little further back on the sliding surface 3 than in Fig. 2, it can move up to the rear edge of the sliding surface.
FIGS. 9, 9a, 9b and 10 show how the transverse stability of the vehicle can be increased by the automatic air supply to the front wing 7. In this case, the wing itself cannot be used because the stabilizing lever arms are too small in relation to the center of gravity or do not produce any righting moments. It is therefore according to the system of US Pat. No. 3,464,377 in US Pat
In the middle of the wing a stabilizing fin 27 is attached (drawn in section in FIG. 10), which has air outlet holes 28 on both sides (FIG. 9a), which are fed through separate channels 29 and 29 '.
The air is admitted through the inlet openings 30 and 30 'on the sliding surfaces and the inlet openings 31 and 31' on the upper side of the wing, the openings on the port side (wing viewed from the rear) being connected to the outlet openings 28 on the port side of the fin 27 and analogously on the starboard side. The inlet openings 30 on the sliding surface are shown in section in FIG. 9b. The inlet points to the rear in the direction of travel so that the flow over it without water entering the channel 29.
To increase the effect of the fin 27, it has an end disk 27a.
Does the boat take e.g. an angle of heel to starboard and drives on the waterline WL ', so one step
Row of entry holes 30 and 31 on the port side above the water level and air flows to the port side of the fin 27. This reduces the suction on this side and the transverse force K on the wetted side predominates in the direction of the arrow with a very large lever arm to the center of gravity of the boat. The boat is not only straightened by the resulting moment, but the fore ship also pushes in the direction of the arrow due to the lateral force, whereby the glide surface and the wing half on starboard are flown against at a larger angle of attack and receive greater buoyancy, while the reverse process occurs on the port side so that another righting moment arises.
Finally, the force K leads a starboard curve, the centrifugal force providing a third righting moment. The effect of the fin 27 is therefore extremely great.
The stabilizing effect of the automatic air supply according to the method of US Pat. No. 3,117,546 on the rear wing, which is again shown from the rear, can be seen from FIGS. 11, 11a and 12. The two supports 21 have the air inlet holes 28 (FIG. 1 a) which are partly below partly above the water level during cruising speed. The air channel 29 is connected to the channel 29 'in the wing, which has a series of exit holes 30 on the outer part of the upper side of the wing (FIG. 12). During the undisturbed journey, the outer parts of the wing 20 are fed with air with approximately half the amount of air corresponding to the half number of holes exposed above the water level.
When a heel to the waterline WL 'occurs, a series of inlet openings 28 submerge below the water level on the starboard side, which reduces the amount of air and increases the buoyancy A1, which has a large lever arm as its center of gravity, while on the port side openings for bulging under There is an increase in the amount of air flowing in, which reduces the buoyancy force A2 on this side. A returning moment arises.
The rear wing thus contributes to maintaining the roll stability, which is otherwise only maintained by the sliding surfaces on the fore ship. The longitudinal stability of the boat is also increased by the fact that when the rear wing and the supports are submerged deeply, the amount of air on both sides is reduced and the lift is increased and vice versa.
The pivoting up of the front wing 7 takes place around the same pin 13 of FIG. 5, around which the wing is also pivoted to change the angle of attack. In Fig. 1 the wing is drawn in dashed lines in the swiveled-up position.
In this position it lies protected between the side hulls and above the keels so that the vehicle can drive onto the bank, provided it is flat enough, and find a firm footing there on the two keels. If the wing is arranged so that it can be raised vertically according to the principle of German patent specification 1 072 133, the retraction can also take place while driving.
The rear wing 20 can also be swiveled up with its drive parts to the rear if the power is transmitted through a known Z-gear (double bevel gear) and the drive shaft of the upper gear is disconnected in a known manner when swiveling up. The rear wing can be raised vertically while driving according to FIG. 4 of the above-mentioned German patent specification or can also be retracted at a standstill according to FIG. 5 of this patent specification.