DE102004043178A1 - Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) mit einem unter Druck ausströmenden Fluid, vorzugsweise mit ausströmendem Dampf. DOLLAR A Nach der Konzeption der Erfindung umfasst das Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) mindestens eine Vorkammer (2) zur Bearbeitung eines komprimierten Fluidvolumenstromes und mehrere Düsen (3) für den Fluidvolumenstrom, die an dem unterhalb der Wasserlinie (7) liegenden Teil des Wasserfahrzeugrumpfes (1.1) platziert sind, wobei die Düsen (3) als Coanda-Düsen (3) ausgebildet sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge mit einem unter Druck ausströmenden Fluid, vorzugsweise mit ausströmendem Dampf.
• Wasserfahrzeuge unterliegen bekanntermaßen einem Fahrwiderstand, der sich aus einem wasserseitigen Fahrwiderstand und einem vernachlässigbaren luftseitigen Fahrwiderstand zusammensetzt. Der wasserseitige Fahrwiderstand unterteilt sich im Wesentlichen in den Reibungswiderstand, den Formwiderstand, den Wellenwiderstand und den Sog. Da zur Überwindung dieses Fahrwiderstandes Antriebsenergie aufzubringen ist, wirkt sich der Fahrwiderstand erheblich auf die Betriebskosten von Wasserfahrzeugen und damit letztlich auch auf die Anschaffungskosten aus. Dies wird insbesondere dann sehr deutlich, wenn höhere Fahrgeschwindigkeiten der Wasserfahrzeuge verlangt werden, da der Fahrwiderstand und damit der Energieverbrauch überproportional zur Fahrgeschwindigkeit relativ zum Wasser anwächst.
• Um den Fahrwiderstand von Wasserfahrzeugen zu reduzieren, ist im Stand der Technik vorgeschlagen worden, die Wasserfahrzeuge auf einem Luftkissen zu bewegen. Hierzu werden Luftkissenboote eingesetzt, die auf einer zwischen dem Wasserfahrzeugrumpf und dem Wasser sich ausbildenden Luftschicht über die Wasseroberfläche gleiten und damit nicht mehr ins Wasser eintauchen, wodurch der Wasserwiderstand und auch die Reibung im Wasser entfällt. Derartige Antriebe sind jedoch beispielsweise nicht für Transportschiffe mit großen Tonnagen geeignet.
• Zur Minimierung der Reibung sind des Weiteren verschiedene Arten von Wasserstrahlantrieben aus dem Stand der Technik vorbekannt, bei denen eine Luftblasen enthaltende Filmschicht zwischen dem Rumpf des Wasserfahrzeugs und dem Fahrwasser ausgebildet wird. Das Wasser wird dazu unter dem Wasserfahrzeugboden angesaugt und durch eine Düse mit rundem Querschnitt ausgestrahlt, wie z. B. in der US 6,250,978 oder der DE 43 32 358 angegeben.
• Andere Antriebe arbeiten mit komprimierter Luft, Abgas oder Dampf, wie z. B. in der US 4,029,035 oder der US 4,767,364 offenbart.
• Gemeinsam ist diesen Lösungen, dass die scharfe Bündelung des Fluids im Strahl zu den bekannten starken Verwirbelungen mit entsprechenden Energieverlusten führt. Die Geräuschbildung ist zudem sehr erheblich.
• Gemäß der DE 299 03 926 U1 wurde vorgeschlagen, im Wasserfahrzeugboden schlitzartige, quer zur Fahrtrichtung liegende Luftaustrittsöffnungen vorzusehen. Durch diese strömt komprimierte Luft in Richtung auf das Heck aus und treibt das Wasserfahrzeug vorwärts. Zur Steuerung wird die Luftaustrittsmenge in den seitlichen Bereichen geregelt. Hier, wie in anderen Lösungen mit komprimierter Luft, wird im Übrigen darauf hingewiesen, dass die ausströmende Luft unter dem Rumpf einen Luftfilm bildet, der den Strömungswiderstand senkt. Die Luftaustrittsöffnungen bündeln den Luftstrahl in wesentlich geringerem Maße als Düsen mit rundem Querschnitt. Die schlitzartigen Luftaustrittsöffnungen haben dementsprechend auch einen deutlich geringeren Wirkungsgrad als die strömungstechnisch optimierten runden Düsen.
• Die DE 102 24 012 A1 offenbart ein Antriebssystem für ein schnelles seegehendes Schiff, insbesondere ein Marine-Schiff. Dabei ist ein Antrieb vorgesehen, der eine Austrittsdüse für einen von einem Pumpenaggregat erzeugenden Wasserstrahl und einen Propeller umfasst; letzterer erzeugt einen Propellerstrom erzeugt. Der Wasserstrahl führt hinter dem Pumpenaggregat zugeführte Abgase des Schiffs mit. Die umfangreiche Antriebseinheit umfasst neben der Energieerzeugungseinrichtung auch einen Generator, der die Antriebsenergie für das Pumpenaggregat erzeugt. Eine derartige Konstruktion ist sehr kostenaufwendig und wartungsintensiv.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein kostengünstiges Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge vorzuschlagen, dass die Reibung zwischen dem unterhalb der Wasserlinie liegenden Teil des Schiffsrumpfes und dem Fahrwasser minimiert und welches geräuscharm und besonders energieeffizient ausgebildet ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem das Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge mindestens eine Vorkammer zur Bearbeitung eines komprimierten Fluidvolumenstromes umfasst und dass mehrere Düsen für den Fluidvolumenstrom an dem unterhalb der Wasserlinie liegenden Teil des Wasserfahrzeugsrumpfes vorgesehen sind, wobei die Düsen als Coanda-Düsen ausgebildet sind.
• Der Coanda-Effekt besteht darin, dass ein Fluidvolumenstrom der Kontur einer festen Oberfläche folgt. Bei der vorliegenden Erfindung haftet der aus den Coanda-Düsen austretende Fluidvolumenstrom an der Oberfläche des Wasserfahrzeugrumpfes gemäß dem Coanda-Effekt, was einen effektiven Vortrieb des Wasserfahrzeuges sichert. Interessanterweise wurde gefunden, dass als Fluid – neben Druckluft – auch bevorzugt komprimierter Dampf eingesetzt werden kann. Die bessere Anhaftung des komprimierten Dampfes gegenüber der Druckluft an der Oberfläche liegt im unterschiedlichen Verhalten der Grenzschichten beider Fluide begründet.
• Der aus den Coanda-Düsen austretende Dampfstrom zerfällt beim Mischen mit dem Fahrwasser in viele kleine Dampfblasen. Diese unterkühlen und kondensieren dann umgehend, wobei die als Geräusch wahrnehmbaren Kondensationsstöße auf Grund der sehr kleinen Blasengröße kaum wahrnehmbar sind.
• Dadurch, dass bevorzugt komprimierter Dampf als Antriebsenergie genutzt werden kann, wird gegenüber der Nutzung von Luft eine höherwertige Ausgangsenergie eingesetzt. Außerdem entfallen bei der Verwendung von Dampf sowohl gegenüber Wasser als auch gegenüber Luft alle verschleißrelevanten, drehbaren bzw. bewegten Aggregate zur Druckerzeugung, wie z. B. Motoren, Getriebe, Pumpen oder Turbinen. Dadurch wird das erfindungsgemäße Antriebs-, Brems- und Steuersystem zum einen noch geräuschärmer und zum anderen sehr einfach und preiswert. Das gesamte Antriebs-, Brems- und Steuersystem besteht nunmehr im Wesentlichen aus einem Dampferzeuger, der Regel- und Steuereinheit, den Vorkammern und den an dem unter der Wasserlinie liegenden Teil des Wasserfahrzeugsrumpfes platzierten Coanda-Düsen.
• Zur Dampferzeugung können unbehandeltes Meerwasser, entsalztes Meerwasser oder aber auch im Wasserfahrzeug mitgeführtes oder aufbereitetes Reinwasser eingesetzt werden. Des Weiteren kann der Dampf direkt durch Verbrennen von Wasserstoff-Sauerstoff oder Wasserstoff-Luft-Gemischen erzeugt werden. Ebenso kann der Dampf dadurch erzeugt werden, indem der Abgasstrahl einer Turbine direkt in das Wasser geleitet bzw. das Wasser in den Abgasstrahl einer Turbine eingedüst wird. Das Antriebs- und Arbeitsfluid kann in diesen Fällen ein Gemisch aus Dampf und dem Abgas der Turbine sein.
• Die Coanda-Düsen weisen eine schlitzartige Ausströmöffnung sowie einen walzenartig gekrümmten Abschnitt auf, um den sich das aus der Ausströmöffnung austretende Fluid gemäß dem Coanda-Effekt anlegt. Da die Coanda-Düsen sowohl für den Vortrieb als auch für das Abbremsen und Steuern des Wasserfahrzeuges eingesetzt werden, sind die Coanda-Düsen vorzugsweise allseitig in einer oder mehreren Ebenen verdrehbar ausgebildet, um den Ausströmwinkel des Fluidvolumenstroms in die gewünschten Richtung einstellen zu können. Dabei ergibt sich zwangsläufig, dass der gekrümmte Abschnitt einer zum Vortrieb verwendeten Düse nach der Ausströmöffnung in Richtung der Heckseite des Wasserfahrzeugs und der gekrümmte Abschnitt einer zum Bremsen verwendeten Düse vor der Ausströmöffnung in Richtung der Bugseite des Wasserfahrzeugs weist.
• Ebenso können die Coanda-Düsen eine runde Ausströmöffnung und einen sich daran anschließenden gekrümmten Abschnitt aufweisen. Die Anordnung rund ausgebildeter Coanda-Düsen erfolgt im Bereich des Wasserfahrzeugbodens, wobei die Coanda-Düsen bevorzugt als separate Aggregate ausgebildet sind, welche über eine Koppelstelle mit dem Wasserfahrzeugrumpf verbunden sind. Die Austrittsöffnung und der gekrümmte Abschnitt einer runden Coanda-Düse sind dabei jeweils vorzugsweise orthogonal zum Boden des Wasserfahrzeugs und zur Wasserlinie ausgerichtet.
• Im Fall einer schlitzartig ausgebildeten Ausströmöffnung der Coanda-Düse beträgt ihre Schlitzbreite vorzugsweise zwischen 0,1 bis 1,0 mm. Im Querschnitt rund ausgebildete Jet-Düsen hingegen weisen vorzugsweise eine Ringspaltbreite von 0,1 bis 1,0 mm auf.
• Der Weg des Erfindungsgedankens wird auch dann nicht verlassen, wenn alle Coanda-Düsen nicht verstellbar ausgebildet sind und eine Mehrheit der Coanda-Düsen für den Vortrieb und eine Minderheit der Coanda-Düsen für das Abbremsen des Wasserfahrzeugs eingesetzt werden.
• Für ein Anlegemanöver des Wasserfahrzeugs im Hafen oder aber zum backbord- oder steuerbordseitigen Navigieren des Wasserfahrzeugs auf See ist es erforderlich, dass die Düsen einzeln oder gruppenweise verdrehbar und/oder zu- und abschaltbar ausgebildet sind. Zur voneinander unabhängigen Betriebsweise der Düsen ist vorzugsweise jeder Düse oder Düsengruppe eine Vorkammer zugeordnet, die derart ausgebildet ist, um die Düse oder Düsengruppe mit einem konstanten oder variablen Fluidvolumenstrom zu beaufschlagen.
• Die Beaufschlagung der Düsen mit unterschiedlichen Fluidvolumenströmen ist vor allem vor dem Hintergrund einer dynamischen Geschwindigkeitsanpassung zur Optimierung des Energieverbrauchs sinnvoll und zweckmäßig. Natürliche Gewässer unterliegen Schwankungen hinsichtlich der Wasserströmung sowie der Wellenbildung, was dazu führt, dass sich die Widerstandskurve, also die Abhängigkeit des Widerstandes zur Fahrgeschwindigkeit relativ zum Wasser, ständig verändert. Unter Verwendung eines Global-Positioning-Systems (GPS) kann durch eine variable Anpassung des Fluidvolumenstroms an das konkrete Fahrgebiet eine optimale Fahrgeschwindigkeit für das Wasserfahrzeug generiert werden.
• In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können auch mehrere Coanda-Düsen gleichzeitig von nur einer Vorkammer mit einem Fluidvolumenstrom beaufschlagt werden.
• Die Vorkammer ist vorzugsweise kammerartig ausgebildet und umfasst zumindestens eine Einheit zur Dampfzufuhr. Die Einheit zur Dampfzufuhr besteht hierbei aus einem steuerbaren Ventil, das mit der zentralen Regel- und Steuereinheit gekoppelt ist. Ein oder mehrere Dampferzeuger sind zum Zwecke der Versorgung aller Dampfzufuhreinheiten mit einem für Hochdruck geeigneten Rohrsystem mit den Dampfzufuhreinheiten gekoppelt. Der im Dampferzeuger anliegende Dampfdruck kann 150 bar Überdruck oder mehr betragen. Der Druck des aus der Coanda-Düse austretenden Fluids, hier Dampf, kann auf Grund des Querschnitts des Rohrsystems, des Ventils, der Vorkammern sowie der in Strömungsrichtung dahinter angeordneten Coanda-Düsen jedoch davon abweichen.
• Der Dampf wird erfindungsgemäß aus unbehandeltem Meerwasser, entsalzenem Meerwasser oder aber auch im Wasserfahrzeug mitgeführtem Reinwasser bzw. durch direkte Wasserstoffverbrennung erzeugt. Der wesentliche Vorteil bei der Verwendung von verdampftem Meerwasser besteht darin, dass die volumenintensive Bevorratung des Antriebs- und Arbeitsfluids entfällt, da das Antriebs- und Arbeitsfluid in unbegrenztem Umfang zur Verfügung steht.
• Zusätzlich kann die Vorkammer auch eine Einheit zur Druckluftzufuhr aufweisen. Die Druckluftzufuhr ist unabhängig von der Dampfzufuhr steuerbar ausgebildet, und wird nur im Bedarfsfall zugeschaltet. Durch den Einsatz von Druckluft kann die an der Grenzschicht zwischen dem Wasserfahrzeugsrumpf und dem Fahrwasser entstehende Reibung zusätzlich verringert und die Filmbildung entscheidend verbessert werden. Um eine unerwünschte Abkühlung oder aber auch Kondensation des durch den Dampferzeuger bereitgestellten Dampfstroms zu unterbinden, ist es zweckmäßig, die Vorkammern mit einer Wärmeisolierung zu versehen.
• Versuche haben gezeigt, dass bei gleichzeitiger Verwendung von Druckluft und komprimiertem Dampf zur Bildung des Fluidvolumenstroms zur Sicherstellung einer ausreichenden Vermischung beider Fluide ein definierter Einströmwinkel für beide Fluide innerhalb der kammerartigen Vorkammer einzustellen ist. Der Einströmwinkel, also der Winkel der Fluideströme zueinander, beträgt vorzugsweise 70°. In Abhängigkeit der Geometrie der Vorkammer kann jedoch auch ein davon abweichender Einströmwinkel eingestellt werden.
• Erfindungsgemäß sind an dem unterhalb der Wasserlinie liegenden Teil des Wasserfahrzeugsrumpfes, das heißt am Wasserfahrzeugsboden und ggf. auch an den Seitenwänden, mehrere Coanda-Düsen vorgesehen, die parallel und/oder in Reihe zueinander platziert sind. Bevorzugt wird dabei eine symmetrisch verteilte Anordnung der Coanda-Düsen am Wasserfahrzeugboden gewählt.
• Hierbei sind parallel zueinander angeordnete Düsen durch ein in Längsrichtung des Wasserfahrzeugsrumpfs sich erstreckendes Leitblech voneinander abgeschirmt, um zum einen wechselseitige Beeinflussung der Düsen untereinander zu unterbinden und zum anderen eine bessere Führung und Steuerbarkeit des Wasserfahrzeugs zu erzielen. Diese Leitbleche erstrecken sich über einen Teilbereich oder aber über die gesamte Länge des äußeren Wasserfahrzeugsbodens und sind dabei vorzugsweise orthogonal zu diesem angeordnet. In Reihe angeordnete Düsen sind hingegen zur Ausbildung einer Strömungsfläche am Wasserfahrzeugboden für den aus den Düsen ausströmenden Fluidvolumenstrom ausreichend voneinander beabstandet. Das für den Antrieb und das Bremsen des Wasserfahrzeugs eingesetzte Fluid legt sich unmittelbar nach dem Austritt an den walzenartig gekrümmten Abschnitt der Coanda-Düse und an der zwischen zwei hintereinander angeordneten Coanda-Düsen ausgebildeten Strömungsfläche an. Da üblicherweise mehrere parallel und in Reihe zueinander angeordnete Düsen eingesetzt werden, weist die Strömungsfläche auf Grund der seitlichen Begrenzung durch die Leitbleche eine nahezu rechteckige Fläche auf. Die Länge einer derartiger Strömungsfläche beträgt vorzugsweise 500 mm und die Breite 300 mm.
• Durch Verwendung von Coanda-Düsen als Düsen und Dampf als Antriebs- und Arbeitsfluid wird die geräuschintensive Blasenbildung vermieden.
• Die signifikanten Vorteile und Merkmale der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind im Wesentlichen:
• – preiswertes, geräuscharmes und entlokalisiertes Antriebs-, Brems- und Steuersystem,
• – durch Verwendung von allseitig verstellbaren Coanda-Düsen als Düsen wird eine bessere Manövrierfähigkeit des Wasserfahrzeugs erzielt,
• – durch den Einsatz von Dampf als Antriebsfluid kann auf verschleißintensive rotierende Aggregate verzichtet werden, was die Wartungsintervalle vergrößert,
• – durch den zusätzlichen Einsatz von Druckluft kann die Reibung verringert und die Filmbildung verbessert werden sowie
• – weitere Kostenreduzierung durch Verwendung von Meerwasser als Arbeitsfluid.
• Die Ziele und Vorteile dieser Erfindung sind nach sorgfältigem Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der hier bevorzugten, nicht einschränkenden Beispielausgestaltungen der Erfindung mit den zugehörigen Zeichnungen besser zu verstehen und zu bewerten, von denen zeigen:
• 1: einen schematisierten Längsschnitt durch ein Wasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebs-, Brems- und Steuersystem,
• 2: einen schematisierten Querschnitt durch ein Wasserfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebs-, Brems- und Steuersystem,
• 3: einen vergrößerten Ausschnitt der erfindungsgemäßen Antriebs-, Brems- und Steuersystems,
• 4: eine Detaildarstellung des erfindungsgemäßen Antriebs-, Brems- und Steuersystems,
• 5: einen schematisierten Längsschnitt durch ein Wasserfahrzeug mit einer Detaildarstellung einer runden Coanda-Düse und
• 6 einen schematisierten Querschnitt durch ein Wasserfahrzeug mit einer Detaildarstellung einer runden Coanda-Düse.
• Die 1 illustriert einen schematisierten Längsschnitt durch den Wasserfahrzeugrumpf 1.1 eines Wasserfahrzeugs 1 mit dem erfindungsgemäßen Antriebs-, Brems- und Steuersystem. An der dem Fahrwasser zugewandten Außenseite des Wasserfahrzeugbodens sind mehrere, im dargestellten Beispiel vier, in Reihe in Richtung der Längsachse des Wasserfahrzeugs 1 hintereinander angeordnete Vorkammern 2 des Antriebs-, Brems- und Steuersystems angeordnet. Zwischen jeweils zwei benachbarten Vorkammern 2 ist eine Strömungsfläche 5 ausgebildet, die der in Bugrichtung weisenden vorgeschalteten Vorkammer 2 zugeordnet ist. Die Länge dieser Strömungsfläche 5 beträgt vorzugsweise fünfhundert mm.
• In 2 ist der schematische Querschnitt durch ein Wasserfahrzeug 1 gezeigt, bei dem drei Vorkammern 2 parallel zueinander auf der Außenseite des Wasserfahrzeugbodens am Wasserfahrzeugrumpf 1.1 verteilt angeordnet sind. In der Zusammenschau mit der 1 umfasst das dargestellte Wasserfahrzeug 1 demnach beispielhaft zwölf Vorkammern 2 des erfindungsgemäßen Antriebs-, Brems- und Steuersystems. Wie in 2 ersichtlich, sind alle parallel zueinander angeordneten Vorkammern 2 strömungstechnisch durch Leitbleche 6 voneinander getrennt. Die Leitbleche 6 sind dabei orthogonal zum Wasserfahrzeugboden ausgerichtet. Zwischen den Leitblechen 6 ist jeweils eine Kante einer Strömungsfläche 5 zu erkennen, die bevorzugt dreihundert mm beträgt.
• Ein vergrößerter Ausschnitt von zwei in Reihe angeordneten Vorkammern 2 des erfindungsgemäßen Antriebs-, Brems- und Steuersystem ist der 3 zu entnehmen. Die vom Betrachter linke Seite der 3 weist in Richtung der Bugseite des in den 1 und 2 gezeigten Wasserfahrzeugs 1. Jeder Vorkammer 2 ist hierbei eine Coanda-Düse 3 zugeordnet. Die Coanda-Düse 3 umfasst eine schlitzartige Ausströmöffnung 3.1 sowie einen walzenartig gekrümmten Abschnitt 3.2, um den sich das aus der Ausströmöffnung 3.1 ausströmende Fluid gemäß dem Coanda-Effekt anlegt. Die Ausströmöffnung 3.1 und der walzenartig gekrümmte Abschnitt 3.2 liegen parallel zueinander und quer zur Kiellinie. Die hier dargestellten Coanda-Düsen 3 werden zum Vortrieb eingesetzt. Kennzeichnend für derartige Düsen ist der gekrümmte Abschnitt 3.2, der nach der schlitzartigen Ausströmöffnung 3.1 angeordnet und zur Heckseite des Wasserfahrzeugs 1 weist. Die Schlitzbreite dieser Ausströmöffnung 3.1 für den austretenden Dampf beträgt vorzugsweise 0,1 mm. Den Coanda-Düsen 3 sind jeweils eine kammerartige Vorkammer 2 vorgeschaltet, die jeweils eine Einheit zur Dampfzufuhr 2.1 und, wie in der 4 gezeigt, optional auch zusätzlich eine Druckluftzufuhr 2.4 umfasst. Die Einheit zur Dampfzufuhr 2.1 und die Einheit zur Druckluftzufuhr 2.4 ist mit jeweils einem steuerbaren Ventil ausgestattet, um die Coanda-Düse 3 mit einem konstanten, variablen oder keinen Fluidvolumenstrom zu beaufschlagen. Das aus Druckluft und komprimiertem Dampf gebildete Arbeits- und Antriebsfluid wird innerhalb der kammerartigen Vorkammer 2 ausreichend vermischt und strömt nachfolgend durch die Ausströmöffnung 3.1 in das Fahrwasser. Dabei legt sich das Arbeitsfluid gemäß dem Coanda-Effekt um den walzenförmig ausgebildeten Abschnitt 3.2 der Coandadüse 3 und an die nach der Coanda-Düse 3 ausgebildeten Strömungsfläche. Alle Strömungsflächen 5 erstrecken sich jeweils zwischen zwei benachbarten in Reihe angeordneten Coanda-Düsen 3. Während diese Strömungsflächen 5 im Bereich ihrer zugehörigen Coanda-Düse 3 bündig mit der Coanda-Düse 3 abschließen, sind die Strömungsflächen 5 unmittelbar vor der nachfolgend angeordneten Coanda-Düse 3 angephast.
• Die 4 zeigt eine Detaildarstellung einer wärmeisolierten Vorkammer 2 des erfindungsgemäßen Antriebs-, Brems- und Steuersystems. In dieser Darstellung sind die Dampfzufuhr 2.1 und die Druckluftzufuhr 2.4 der kammerartigen Vorkammer 2 besonders gut gezeigt. Die Dampfzufuhr ist hierbei nahezu vollständig mit einer Wärmeisolierung 2.2 versehen. Andeutungsweise ist das Rohrsystem 2.3 dargestellt, das den nicht gezeigten zentralen Dampferzeuger mit der Dampfzufuhr 2.1 hydraulisch koppelt. Der in die Vorkammer 2 einströmende Dampf vermischt sich mit der von der Druckluftzufuhr 2.1 eingespeisten Druckluft zur Bildung eines Arbeits- und Antriebsfluids. Der Einströmwinkel 4 zwischen dem einströmenden Dampf und der einströmenden Druckluft zueinander beträgt vorzugsweise 70°. Das Ausströmen des Antriebs- und Arbeitsfluids durch die schlitzartige Ausströmöffnung 3.1 erfolgt derart, indem sich das Antriebs- und Arbeitsfluid an dem walzenartig ausgebildeten Abschnitt 3.2 der Coanda-Düse 3 anlegt.
• Im Bereich der Strömungsfläche 5 bildet sich durch das Anhaften des Arbeitsfluids an der Strömungsfläche 5 eine Filmschicht, bestehend aus einem Luft-Dampf-Gemisch, auf der das Wasserfahrzeug 1 mit nur sehr geringer Reibung gleitet.
• Die 5 und 6 zeigen einen schematisierten Längsschnitt bzw. Querschnitt durch ein Wasserfahrzeug 1 mit einer Detaildarstellung einer einzelnen runden Coanda-Düse 3. Die hierbei zum Vortrieb genutzte Coanda-Düse 3 ist an dem unterhalb der Wasserlinie 7 liegenden Teil des Wasserfahrzeugrumpfes 1.1, speziell am Wasserfahrzeugboden, platziert und dabei in Richtung der Längserstreckung des Wasserfahrzeugs 1 ausgerichtet. Die Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs 1 ist andeutungsweise mit einem Pfeil gekennzeichnet. Bei Verwendung mehrerer Coanda-Düsen 3 sind diese parallel und/oder in Reihe zueinander am Wasserfahrzeugrumpf 1.1 angeordnet. Die Coanda-Düse 3 weist eine im Querschnitt kreisrunde Ausströmöffnung 3.1 auf, die einen im Querschnitt kreisbogenförmigen gekrümmten Abschnitt 3.2 umgibt. Die Austrittsöffnung 3.1 und der gekrümmte Abschnitt 3.2 der Coanda-Düse 3 sind jeweils vorzugsweise orthogonal zum Boden des Wasserfahrzeugs 1 und zur Wasserlinie 7 ausgerichtet. Aus der mit dem Bezugszeichen 2 gekennzeichneten Vorkammer 2 strömt das von dem nicht dargestellten Dampferzeuger bereitgestellte Antriebs- und Arbeitsfluid in das Fahrwasser. Beim Ausströmen legt sich das Antriebs- und Arbeitsfluid gemäß dem Coanda-Effekt an den ringförmig gekrümmten Abschnitt 3.2 und der sich daran anschließenden Wandung der im Querschnitt kreisrunden Ausströmöffnung der Coanda-Düse 3 an. Die Ausströmrichtung des Antriebs- und Arbeitsfluids ist bei einer zum Vortrieb eingesetzten Coanda-Düse 3 entgegengesetzt zur Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs 1.

1

Wasserfahrzeug

1.1

Wasserfahrzeugrumpf

2

Vorkammer(n)

2.1

Dampfzufuhr

2.2

Isolierung der Dampfzufuhr

2.3

Rohrsystem für Dampf

2.4

Druckluftzufuhr

3

(Coanda)-Düse

3.1

Ausströmöffnung

3.2

gekrümmter Abschnitt

4

Einströmwinkel

5

Strömungsfläche

6

Leitbleche

7

Wasserlinie

Claims (13)

1. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1 ), aufweisend mindestens eine Vorkammer (2) zur Bereitung eines komprimierten Fluidvolumenstromes sowie mehrere an dem unterhalb der Wasserlinie (7) liegenden Teil des Wasserfahrzeugrumpfes (1.1) platzierte Düsen (3) für den Fluidvolumenstrom, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) als Coanda-Düsen (3) ausgebildet sind.
2. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Coanda-Düse (3) eine schlitzartige oder runde Ausströmöffnung (3.1) sowie einen walzenartig gekrümmten Abschnitt (3.2) umfasst, um den sich das aus der Ausströmöffnung (3.1) ausströmende Fluid gemäß dem Coanda-Effekt anlegt, wobei a. der gekrümmte Abschnitt (3.2) einer zum Antrieb verwendeten Düse (3) nach der Ausströmöffnung (3.1) in Richtung der Heckseite des Wasserfahrzeugs (1) und
3. der gekrümmte Abschnitt (3.2) einer zum Bremsen verwendeten Düse (3) vor der Ausströmöffnung (3.1) in Richtung der Bugseite des Wasserfahrzeugs (1) weist.
4. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schlitzartige bzw. runde Ausströmöffnung (3.1) eine Schlitzbreite bzw. eine Ringspaltbreite von 0,1 bis 1,0 mm aufweist.
5. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindestens zwei Coanda-Düsen (3) parallel und/oder in Reihe zueinander und/oder symmetrisch am Wasserfahrzeugrumpf (1.1) angeordnet sind.
6. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zueinander angeordnete Düsen (3) durch ein in Längsrichtung des Wasserfahrzeugrumpfs (1.1) sich erstreckendes Leitblech (6), das orthogonal zum Wasserfahrzeugboden angeordnet ist, hydraulisch voneinander getrennt sind, und dass in Reihe angeordnete Düsen (3) zur Ausbildung einer Strömungsfläche (5) am Wasserfahrzeugrumpf (1.1) für den aus den Düsen (3) ausströmenden Fluidvolumenstrom ausreichend voneinander beabstandet sind.
7. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (3) einzeln oder gruppenweise verdrehbar und zu- und abschaltbar ausgebildet sind.
8. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur voneinander unabhängigen Betriebsweise der Düsen (3) jede Düse (3) oder Gruppe von Düsen (3) jeweils einer Vorkammer (2) zugeordnet ist.
9. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (3) oder die Düsengruppe unter Verwendung der Vorkammer (2) mit einem konstanten oder variablen Fluidvolumenstrom beaufschlagbar ausgebildet ist.
10. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (2) kammerartig ausgebildet ist und zumindestens eine Einheit zur Dampfzufuhr (2.1) umfasst.
11. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (2) zusätzlich eine Einheit zur Druckluftzufuhr (2.4) aufweist.
12. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorkammer (2) eine Isolierung (2.2) für den Wärmeschutz aufweist.
13. Antriebs-, Brems- und Steuersystem für Wasserfahrzeuge (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströmwinkel der zur Bildung des Fluidvolumenstroms eingesetzten Arbeitsmedien Dampf und Druckluft in der Vorkammer (2) 70° zueinander beträgt.