DE102009050823A1 - High-speed water craft device i.e. seabus-hydaer for e.g. military application, has water craft engaged in suspension position above water level, where water craft includes upper and bottom sides with aerodynamic active buoyancy surfaces - Google Patents

High-speed water craft device i.e. seabus-hydaer for e.g. military application, has water craft engaged in suspension position above water level, where water craft includes upper and bottom sides with aerodynamic active buoyancy surfaces Download PDF

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Abstract

The device has a water craft engaged in a suspension position above a water level, where the water craft includes an upper side (1) with an aerodynamic active buoyancy surface according to principle of Jukowski-profiles and a bottom side (2) with an aerodynamic active buoyancy surface according to a principle of wing-in-ground. The water craft is passed over a turbine support (3) that is hydropneumatically plunged. A compressed air reservoir (4), emergency drive and a recovery and survival unit are provided in the water craft. An independent claim is also included for a method for driving a high-speed water craft device.

Description

Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeuges, gekennzeichnet dadurch, daß dieses Wasserfahrzeug eine Oberseite mit aerodynamischer Flächenausbildung erhält und an seiner Unterseite eine WIG-konforme, ebenfalls aerodynamische Flächenausbildung angeordnet wird. Weiterhin werden an diesem Wasserfahrzeug getauchte Turbinenträger gem. Patentanmeldung 10 2009 049 857.5 schwenkbar angebracht. Im Wasserfahrzeug werden Druckluftbehälter angeordnet.The invention relates to the arrangement of a high-speed watercraft, characterized in that this vessel receives a top with aerodynamic surface training and on its underside a TIG-compliant, also aerodynamic surface training is arranged. Furthermore, submerged turbine carriers are gem. Patent application 10 2009 049 857.5 pivotally mounted. In the vessel compressed air tanks are arranged.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb dieses Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeuges, gekennzeichnet dadurch, daß dieses Wasserfahrzeug infolge der aerodynamischen und hydrodynamischen Funktionen durch den getauchten Turbinenträger angetrieben und in eine Schwebelage über dem Wasserspiegel gebracht werden kann. Infolge der Fahrtbewegung werden sowohl auf der aerodynamischen aktiven Oberfläche als auch unter der WIG-aktiven Unterseite aerodynamische Auftriebskomponenten aktiviert, die das Wasserfahrzeug nach dem Prinzip eines Ekranoplans tragen. Dabei bleiben die Turbinenträger getaucht und fungieren vermittels Impulstunnels und darin angeordneter RAM-Jets als Impulsaggregate.The invention further relates to a method of operating this high-speed watercraft, characterized in that this watercraft can be driven due to the aerodynamic and hydrodynamic functions by the submerged turbine carrier and placed in a floating position above the water level. As a result of the movement, aerodynamic lift components are activated both on the aerodynamic active surface and under the TIG active underside, which carry the vessel on the principle of a Ekranoplan. In the process, the turbine carriers remain submerged and act as impulse generators by means of pulse tunnels and RAM jets arranged therein.

In den Druckluftbehältern wird Druckluft gespeichert, die zur Überwindung des Humpdrags und für Manöverfahrten kurzfristig und massiv abgerufen werden kann und durch Einspeisung in den RAM-Jet kurzzeitig besondere Schubleistungen ermöglicht. Dies Druckluftbehälter dienen primär als Schwimmer. Sie können auch als Trimmtanks genutzt werden.Compressed air is stored in the compressed air tanks, which can be retrieved quickly and massively to overcome the humpdrift and for maneuvering, and for a short time enables special thrust performances by feeding it into the RAM-Jet. These compressed air tanks serve primarily as a float. They can also be used as trim tanks.

Mit entsprechender Neigung der Turbinenträger in Fahrtrichtung kann eine zusätzliche hydrodynamische Auftriebskomponente erzeugt werden.With appropriate inclination of the turbine carrier in the direction of travel, an additional hydrodynamic buoyancy component can be generated.

Gleichzeitig fungieren die Turbinenträger als Führungs- und Steuereinrichtung.At the same time, the turbine carriers act as guidance and control device.

Bekannt sind Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeuge, die nach dem Prinzip des Wing in Ground (WIG) auf einem aerodynamischen Tragpolster in geringem Abstand über der Wasseroberfläche schweben. Dabei sind sie vom Wasser gelöst und erzielen den Vortrieb vermittels Propeller- oder Düsenantrieb, z. B. Ekranoplans.Are known high-speed watercraft that float on the principle of Wing in Ground (TIG) on an aerodynamic support cushion at a short distance above the water surface. They are solved by the water and achieve the propulsion by means of propeller or jet propulsion, z. B. Ekranoplans.

Bekannt ist weiterhin eine Entwicklung, die unter dem Titel SEABUS HYDAER als wassergeführtes Fahrzeug konzipiert war und den Vortrieb vermittels eines Impuls-Wasserstrahles erzeugen sollte. Diese Konzept nutzte das Prinzip des WAH (Wing Assisted Hydrofoil).Also known is a development that was designed under the title SEABUS HYDAER as a water-bearing vehicle and should generate the propulsion by means of a pulse-water jet. This concept used the principle of WAH (Wing Assisted Hydrofoil).

Diese Form des Antriebes von Wasserfahrzeugen war jedoch nicht realisierbar, weil der Anstrom (Saugstrom) sowohl einen zu hohen Widerstand aufbaute als auch große Strömungsverluste im Förderbereich des Impulsaggregates zu verzeichnen waren.However, this form of propulsion of watercraft was not feasible, because the Anstrom (suction) both a too high resistance build up as well as large flow losses were recorded in the delivery area of the pulse unit.

Bekannt ist ebenfalls eine große Anzahl Tragflächenboote sowohl ziviler als auch militärischer Nutzung, die ihren Auftrieb und den Schwebezustand weitgehend über wassergeführte Tragflügel – Hydrofoils – erzeugen.Also known is a large number of hydrofoil hydrofoils, both civil and military, which generate their buoyancy and limbo largely via hydrofoils.

Jedoch sind keine Hydrofoils bekannt, die als aktives Antriebsaggregat wirksam werden. Die Hydrofoils dienen ausschließlich der Erzeugung von hydrodynamischen Auftriebskomponenten, nicht dem Vortrieb. Dieser wird mittels Propeller oder Water-Jet realisiert.However, there are no known hydrofoils which act as an active drive unit. The Hydrofoils serve exclusively for the production of hydrodynamic buoyancy components, not the propulsion. This is realized by means of propeller or water jet.

Erfindungsgemäß soll das Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeug vermittels getauchter Turbinenträger angetrieben werden. Dabei werden im Inneren des Turbinenträgers flachbauende Wälzkolbenantriebe integriert, die unmittelbar den Impuls-Wasserstrahl in einen Impulstunnel leiten. Gleichzeitig wird zusätzlich Druckluft in diesen Impuls-Tunnel eingetragen, um dadurch nach dem Prinzip eines RAM-Jets einen hohen Schubimpuls zu erzeugen. Dadurch kann eine hohe Vortriebsgeschwindigkeit erzielt werden, die sowohl die Realisierung des Oberflächenauftriebes als auch den gewünschten WIG-Effekt aufbaut.According to the invention, the high-speed vessel is to be driven by means of submerged turbine carriers. In the process, low-profile Roots-type piston drives are integrated in the interior of the turbine carrier and direct the impulse water jet into a pulse tunnel. At the same time additional compressed air is introduced into this pulse tunnel, thereby generating a high thrust pulse according to the principle of a RAM jet. This allows a high propulsion speed can be achieved, which builds both the realization of the surface buoyancy and the desired TIG effect.

Eine zusätzliche hydrodynamische Auftriebskomponente kann durch eine positive Neigung des Turbinenträgers in Fahrtrichtung erzielt werden.An additional hydrodynamic buoyancy component can be achieved by a positive inclination of the turbine carrier in the direction of travel.

Auch wird die wasserberührte Oberfläche des Turbinenträgers mit Druckluft belüftet, um den Anstromwiderstand des Wassers zu senken. Dazu kann der Turbinenträger mit einer elastischen und perforierten Umhüllung versehen werden. Dabei wird die Wirkung eines Super-Kavitationsprofiles angestrebt.Also, the water-contacting surface of the turbine carrier is vented with compressed air to reduce the resistance to flow of the water. For this purpose, the turbine carrier can be provided with an elastic and perforated envelope. The aim is the effect of a super-cavitation profile.

Die Tragarme des Turbinenträgers sind um die Längsachse des Wasserfahrzeuges schwenkbar am Schiffskörper angebracht. Damit ist es möglich, sowohl im Flachwasser zu manövrieren als auch in Marschfahrt das Fahrzeug auf eine definierte Höhe ausgetaucht über dem Wasserspiegel einzustellen und in einer aerodynamisch und technisch optimalen Betriebshöhe zu fahren.The support arms of the turbine carrier are mounted pivotably about the longitudinal axis of the watercraft on the hull. Thus, it is possible to maneuver both in shallow water as well as set in cruising the vehicle to a defined height above the water level and to drive in an aerodynamically and technically optimal operating altitude.

Das Wasserfahrzeug kann elektronisch, vorzugsweise durch Trägheitssysteme und GPS, vermittels hydrodynamischer und aerodynamischer Steuer- und Regeleinheiten getrimmt und stabilisiert werden.The vessel may be trimmed and stabilized electronically, preferably by inertial systems and GPS, by means of hydrodynamic and aerodynamic control units.

Eine geschleppte Flugdrohne kann den Fahrtweg auf weite Entfernung sichern. Das Wasserfahrzeug kann über eine Rettungs- und Survival-Einheit verfügen, die aus einer autarken Pilotenkanzel gebildet wird, bei akuter Gefahr abgetrennt werden kann und als Rettungsinsel fungiert.A towed flight drone can secure the route for a long distance. The vessel may have a rescue and survival unit formed from a self-sufficient cockpit, which can be separated in the event of acute danger and acts as a liferaft.

Das Wasserfahrzeug kann mit einem Notantrieb mit Steuerung ausgerüstet werden. Der Antrieb kann über Wasserstrahl oder hydropneumatisch betrieben werden.The watercraft can be equipped with an emergency drive with control. The drive can be operated by water jet or hydropneumatically.

Durch den ausgetauchten Schwebezustand wird der Wasserwiderstand erheblich reduziert. Mit diesem System soll eine Marschgeschwindigkeit von 120 kn erzielt werden. Da infolge des ausgetauchten Betriebszustandes des Schiffskörpers der Anstromwiderstand gravierend reduziert wird, kann gleichzeitig mit einer deutlichen Senkung des Treibstoffverbrauches gerechnet werden.The suspended limbo considerably reduces water resistance. This system is designed to achieve a cruising speed of 120 knots. As a result of the submerged operating state of the hull, the current resistance is seriously reduced, can be expected at the same time with a significant reduction in fuel consumption.

Es wird eine Einsparung von 30% gegenüber herkömmlichen Hochgeschwindigkeitsschiffen erwartet.It is expected a saving of 30% compared to conventional high-speed ships.

Bild 1 zeigt das Wasserfahrzeug in den beiden Betriebszuständen.Figure 1 shows the vessel in both operating states.

Bild 2 zeigt das Wasserfahrzeug in Hover-Aktion.Figure 2 shows the watercraft in hover action.

Mit dieser Konzeption ist es möglich, Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeuge zu bauen, die für weite Strecken als Pendant zu Flugzeugen betrachtet werden können. Sie bieten für lange Reisestrecken deutlich besseren Komfort, lassen eine wesentlich höhere „gefühlte” Sicherheit erwarten und füllen darüber hinaus ein Lücke auf dem Cargomarkt. Der Treibstoffverbrauch beträgt etwa ein Viertel desjenigen von vergleichbaren Flugzeugen. Die Herstellungskosten werden etwa nur 20% derjenigen eines adäquaten Flugzeuges betragen.With this conception, it is possible to build high-speed vessels, which can be regarded as long-distance equivalents to aircraft. They offer much better comfort for long journeys, allow a much higher "perceived" safety and also fill a gap in the cargoes market. The fuel consumption is about a quarter of that of comparable aircraft. The cost of production will be about 20% of that of an adequate aircraft.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Aerodynamisch aktive Auftriebsfläche – Oberseite (Sog/Joukowski)Aerodynamically active buoyancy surface - upper side (Sog / Joukowski)
22
Aerodynamisch aktive Auftriebsfläche – Unterseite (Druck/Wing in Ground)Aerodynamically active buoyancy surface - underside (pressure / wing in ground)
33
Turbinenträgerturbine support
44
DruckluftbehälterAir receiver
55
hydrodynamische Steuerelementehydrodynamic controls
66
aerodynamische Steuerelementeaerodynamic controls
77
Gelenke des TurbinenträgersJoints of the turbine carrier
88th
Wasseroberflächewater surface
99
Rettungs- und Survival-UnitRescue and survival unit
1010
Notantrieb mit SteuerungEmergency drive with control

Claims (10)

Anordnung eines Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeuges, gekennzeichnet dadurch, daß dieses Wasserfahrzeug in der Lage ist, eine dynamische Schwebelage oberhalb des Wasserspiegels einzunehmen.Arrangement of a high-speed watercraft, characterized in that this watercraft is able to assume a dynamic floating position above the water level. Anordnung nach Pkt. 1., gekennzeichnet dadurch, daß die Oberseite des Wasserfahrzeugs eine aerodynamisch aktive Form nach dem Prinzip eines Jukowski-Profiles aufweist.Arrangement according to item 1, characterized in that the upper side of the vessel has an aerodynamically active shape according to the principle of a Jukowski profile. Anordnung nach Pkt. 1., gekennzeichnet dadurch, daß die Unterseite des Wasserfahrzeuges eine aerodynamische aktive Form nach dem Prinzip des Wing In Ground (WIG) aufweist.Arrangement according to item 1, characterized in that the underside of the watercraft has an aerodynamically active shape according to the principle of Wing In Ground (TIG). Anordnung nach Pkt. 1., gekennzeichnet dadurch, daß das Wasserfahrzeug über einen hydropneumatisch aktiven getauchten Turbinenträger verfügt.Arrangement according to item 1, characterized in that the vessel has a hydropneumatically active submerged turbine carrier. Anordnung nach Pkt. 1., gekennzeichnet dadurch, daß im Wasserfahrzeug Druckluftspeicher, ein Notantrieb sowie eine Rettungs- und Survival-Unit vorgesehen werden können.Arrangement according to item 1, characterized in that the watercraft compressed air reservoir, an emergency drive and a rescue and survival unit can be provided. Verfahren nach Pkt. 1, 2., 3. und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Antriebsaggregate des Wasserfahrzeugs im Impulstunnel des Turbinenträgers einen hohen Antriebsimpuls aufbauen und dabei die aerodynamischen und hydrodynamischen Funktionen aktiviert werden, Auftrieb erzeugen und das Wasserfahrzeug infolge dieser Aktivierung aus dem Wasser gehoben, in Schwebelage gebracht und mit hoher Geschwindigkeit vorwärts bewegt wird.The method according to item 1, 2, 3 and 4, characterized in that the drive units of the vessel in the impulse tunnel of the turbine carrier build a high drive pulse while the aerodynamic and hydrodynamic functions are activated, generate lift and the watercraft due to this activation of the Water is raised, placed in a floating position and moved forward at high speed. Verfahren nach Pkt. 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Turbinenträger vermittels Schwenkung um seine Gelenkachse den unter Auftrieb stehenden Schiffskörper hydrodynamisch und aerodynamisch in eine definierte optimale Schwebestellung über dem Wasserspiegel anheben kann.Method according to item 4, characterized in that the turbine carrier can lift the buoyant hull hydrodynamically and aerodynamically in a defined optimal hovering position above the water level by means of pivoting about its axis of articulation. Verfahren nach Pkt. 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Vortriebs- und Auftriebsleistung durch ein gekoppeltes System von Walzkolbenaggregaten erbracht wird.Method according to pt. 1 and 4, characterized in that the propulsion and buoyancy performance is provided by a coupled system of rolling piston units. Verfahren nach Pkt. 8, gekennzeichnet dadurch, daß diese Vortriebs- und Auftriebsleistung durch die Funktion eines hydropneumatischen RAM-Jets erbracht werden.Method according to item 8, characterized in that this propulsion and buoyancy performance are provided by the function of a hydro-pneumatic RAM jet. Verfahren nach Pkt. 5 und 9, gekennzeichnet dadurch, daß zur Erzeugung von kurzzeitigen Höchstleistungen gespeicherte Druckluft aus den Druckluftspeichern entnommen und den RAM-Jets zur Maximierung der Schubkraft zugeführt werden kann, was insbesondere dazu dient, den Humpdrag zu überwinden.Method according to points 5 and 9, characterized in that compressed air is taken from the compressed air reservoirs and supplied to the RAM jets for maximizing the thrust force in order to generate short-term peak performances can, in particular, serve to overcome the humpdrag.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2894090A1 (en) * 2014-01-14 2015-07-15 Michael Barron Boat hydrofoil

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