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Rücklenkvorrichtung für ein an der Seite eines Wasserfahrzeuges angeordnetes
Wasserstrahltriebwerk Die Erfindung betrifft eine Rücklenkvorrichtung für ein an
der Seite eines Wasserfahrzeuges angeordnetes Wasserstrahltriebwerk, dessen Ausstoßkanal
im wesentlichen nach hinten gerichtet und an seinem Ende um eine vertikale Achse
drehbaren, zwischen einer den Austrittsquerschnitt des Ausstoßkanals nach hinten
freigebenden Endstellung und einer den Austrittsquerschnitt des Ausstoßkanals verschließenden,
den austretenden Wasserstrahl nach vom umlenkenden Endstellung beliebig einstellbaren
Rücklenkklappe versehen ist. Wasserstrahltriebwerke mit Ablenk- und Rücklenkvorrichtungen
sind bereits bekannt. Bei einer bekannten Ausführungsform eines Wasserstrahltriebwerkes
(britische Patentschrift 660 323) ist im Fahrzeugboden eine Ansaugöffnung
angeordnet, an die sich der Ansaugkanal anschließt, und am Fahrzeugheck befindet
sich eine Ausstoßdüse, deren nach hinten gerichtete Ausstoßöffnung durch eine um
eine horizontale Achse verschwenkbare Ablenk- oder Rücklenkklappe für Rückwärtsfahrt
so abgedeckt werden kann, daß der austretende Wasserstrahl nach unten und teilweise
nach vorn umgelenkt wird. Der Ausstoßkanal ist mit einem geraden Endabschnitt versehen,
und die Ablenkklappe besitzt eine sich allmählich nach außen erweiternde Rückwand,
die im Querschnitt etwa die Form einer logarithmischen Spirale aufweist. Eine solche
fortschreitende Erweiterung ist bei dieser Vorrichtung zur Schaffung der Abströmöffnung
zwischen der Ablenkklappe und der unterseitigen Kante des Ausstoßkanals bei der
Einstellung für Rückwärtsfahrt erforderlich. Durch diese Form der Ablenkklappe wird
bedingt, daß beim Einschwenken der Klappe in die Ablenkstellung zunächst auch ein
Spalt zwischen der oberen Kante der Ausstoßmündung und der Ablenkklappe besteht,
welcher erst geschlossen ist, wenn sich die Ablenkklappe in der vollen Umlenkstellung
befindet. Dadurch erfolgt während des Verschwenkens der Ablenkklappe eine starke
Verwirbelung des Wasserstrahles und ein teilweises Ausströmen nach oben, was zu
einer erheblichen Wirkungsgradminderung des Wasserstrahltriebwerkes und zu weitgehender
Unwirksamkeit während des Einstellvorganges führt. Zudem kann durch diese Anordnung
keine Steuerung des Wasserfahrzeuges erfolgen.
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Bei einer anderen bekannten Anordnung (britische Patentschrift
889 096) ist die an dem Wasserstrahltriebwerk angeflanschte Ablenkvorrichtung
außenbordseitig angeordnet und am Fahrzeugheck um eine waagerechte Achse schwenkbar
gelagert. Da der Drehpunkt der Ablenkklappe aus der Mittelachse des Ausstoßkanals
verlagert ist, sind zur Einstellung der Ablenkklappe in die Umlenklage und zum Halten
in dieser Stellung beträchtliche Kräfte notwendig.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb in der
Ausbildung einer Rücklenkvorrichtung für ein Wasserstrahltriebwerk derart, daß einerseits
eine leichte Verstellbarkeit der Rücklenkklappe zwischen den beiden Grenzstellungen
für volle Vorwärts- oder volle Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges gewährleistet ist,
wobei die, Wirksamkeit des Triebwerks über den gesamten Verstellbereich nicht wesentlich
beeinträchtigt werden soll, und daß andererseits die Klappe durch die Wirkung des
Strömungsmittels ohne besondere Arretierungseinrichtungen in den Grenzstellungen
gehalten wird.
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Ausgehend von einer eingangs genamiten Rücklenkvorrichtung besteht
die Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß darin, daß die Rücklenkklappe
eine Rückwand in der Form eines konzentrisch zur Schwenkachse gekrümmten Kreiszylinderstückes
mit einem sich nach außenbord gerichteten daran anschließenden ebenen Endabschnitt
aufweist,
der in der Stellung für Vorwärtsfahrt,den,im wesentlichen
rechteckigen Aussto"ßkanal ' 'zur Erzeujung einer Haltekraft geringfügig
und in einem flachen Winkel zum Treibstrahl überdeckt und der in der Stellung für
die Rückwärtsfahrt außerhalb der Ebene der außenbords-liegenden Sei#tenwand.liegt,
und, daß zur besseren ÄAnäherung - der Schubrichtung - des Strahles
an die Fahrtrichtung- ein Leitschaufelgitter nachgeschaltet ist-. Dadurch ist der
Vorteil. vermittelt, daß die Klappe'sow6hl m* der den Auss't':o'ßkanal für den Wasserstrahlaustritt
nach hinten voll öffnenden Stellung als auch in der Umlenkstellung allein durch
die Wirkung des austretenden Wasserstrahles in der jeweiligen Endlage-
- festgehalten wird. Die Klappe kann ü ' ber ein Gestänge betätigt
werden, das keine Arre*fieiün- gsvdrii7chfühgen zur Festlegung der Klappe
in ihren Endstellungen äufzuweisen braucht.
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Wenn sich die Rücklenkklappe in der öffnungssteRung befindet, also
den Ausstoßkanal im wesentlichen -freigibt, ragt der gerade Endabschnitt
der Klappem-ückwand bzw. der Umlenkfläche um ein bestimmtes Maß in den Ausstoßkanal
unter einem flachen Winkel - zur. Austrittsrichtung des Wasserstrahles, hinein.
Der. aus dem Ausstoßkanal austretende Wasserstrahl trifft also auf den Endabschnitt
der Klappenrückwand auf und übt auf diesen eine nach dem Impulssatz bestimmbare
Kraft aus, die ein im Sinne einer öffnungsbewegung um die Klappendrehachse wirkendes
Moment hervorruft. Dadurch wird die Klappe in der öffnungsstellung festgehalten.
Hierbei darf der gerade Endabschnitt der Klappenrückwand nicht allzu weit in den
Ausstoßquerschnitt hineinreichen, um allzu große Wirbelverlust und damit eine zu
-große Beeinträchtigung des Düsenwirkungsgrades zu vermeiden.
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In der Stellung für die Rückwärtsfahrt wird der auf die Klappenrückwand
auftreffende Wasserstrahl eutspr#chend der Foringebung der Klappenrückwand umgelenkt
und tritt mit einer nach vom gerichteten Geschwindigkeitskomponente durch die in
der außenbords liegenden Seitenwand befindlichen öffnung seitwärts- schräg' nach
vom gerichtet aus dem Ausstoßkanal aus. Im Bereich des sich in der vollen Umlenkstellung
über die gesamte Breite des Ausstoßkanals erstreckenden Kreiszylinderstückes der
Klappenrückwand sind sowohl der statische Druck als auch die Stoßkräfte des Wasserstrahles
senkrecht zur Umlenkfläche, d. h. zur Klappenrückwand gerichtet. Deshalb
kann von diesen Kräften kein um die Drehachse der Klappe wirkendes Moment verursacht
werden. Längs des Kreisbogenstückes und des ge-Taden Endabschnitts der Klappe entstehen
jedoch Reibungskräfte, die die Klappe in die Umlenkstellung drücken. Andererseits
stellt sich jedoch im Bereich des geraden Endabschnittes vorwiegend durch den
j
statischen Druck des Wasserstrahls ein entgegengesetztes Drehmoment um die
Drehachse der Klappe ein, das die Klappe zurück in die öffnungsstellung zu bewegen
sucht. Im Bereich des geraden Endabschnitts schneiden die Kraftlinien nämlich nicht
mehr 1
die Drehachse der Klappe. Dieses Drehmoment ist jedoch gering, da infolge
des vor dem geraden Ab-
schnitt liegenden Leitschaufelgitters und infolge
der in diesem Bereich bereits erfolgten Umlenkung des Wasserstrahles die Stoßkräfte
klein sind. Dadurch 1
überwiegen die Reibungskräfte, welche die Klappe in
der Umlenkstellung festhalten. Da der Umlenkwinkel des Wasserstrahles infolge des
geraden Endabschnitts der Klappetlemer ist, wird zur besseren Annäherung der Schubrichtung
des S#trahles an die Fahrtrichtung das Leitschaufelgitter angeordnet. Ein weiterer
Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ergibt sich dadurch, daß die Klappe insbesondere
in der Stellung für Vorwärtsfahrt däs'PIÖ-fil der 'Vorrichtung nicht wesentlich
vergrößert, da sie verhältnismäßig eng an dem Ausstoßkanaf anliegt.
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in . weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die außenbords
liegende Seitenwand des Ausstoßkanals in Richtung der Strömung innerhalb dieses
Kanals gesehen vor der Kanalmündung zur Bildung einer Ausnehmung zwischen der oberen
und unteren Kanalwand enden und das Leitschaufelgitter in die Ausnehmung hineinragen..r
Das sich stromaufwärts erstreckende.Leitschaufelgitter unterstützt die Strahlumlenkung
bei der Einstellung der Kläppe für die Rückwärtsfahrt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher
erläutert.
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F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung in der Draufsicht
die Anordnung von zwei Wasserstrahltriebwerken in einem Fahrzeug, welche mit der
erfindungsgemäßen Rücklenkvorrichtung an der Kanalmündung versehen sind; F i
g. 2 zeigt in einer Draufsicht die Rücklenkvorrichtung für sich allein, wobei
die Einstellung der Rücklenkklappe für Rückwärtsfahrt in gestrichelten Linien angedeutet
ist, und F i g. 3 zeigt die Vorrichtung von hinten gesehen entsprechend Pfeil
III in F i g. 2, wobei sich die Rücklenkklappe in der Öffnungsstellung befindet.
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Das in der F i g. 1 schematisch dargestellte Amphibienfahrzeug
11 ist mit zwei Wasserstrahltriebwerken 12 und 13 versehen, welche
auf beiden Seiten des Fahrzeuges innerhalb desselben angeordnet sind. Jedes Wasserstrahltriebwerk
ist mit einer zweistufigen Axialpumpe 14 ausgestattet, welche über einen Ansaugkanal
15 mit der Ansaugöffnung 16, die auf der Seite des Fahrzeuges und
unterhalb der Wasserlinie angeordnet ist, in Verbindung steht. Die Pumpen 14 werden
vom Motor 18 des Fahrzeuges über die Antriebswellen 19 und die Winkelgetriebe
20 angetrieben. Im Betrieb saugen beide Pumpen über die zugeordneten Ansaugkanäle
15, 16 Wasser an und stoßen dasselbe in Form eines Druckwasserstrahles durch
den Förderkanal 21 und den Ausstoßkanal 24 aus. Jeder Förderkanal ist im wesentlichen
nach rückwärts gerichtet, wobei der Wasserstrahl unterhalb der Wasserlinie austritt.
Hierdurch wird eine Vortriebskraft auf das Fahrzeug ausgeübt. Jeder Ausstoßkanal
24 ist mit Steuermitteln in Gestalt einer Ablenk- und Rücklenkklappe 22 versehen.
Die Ablenk- und Rücklenkklappe ist mittels der in einer vertikalen Achse an der
oberen und unteren Kanalwand des Ausstoßkanals 24 gelagerten Drehzapfen
23 drehbar angelenkt.
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Wie die F i g. 2 und 3 deutlich zeigen, geht der Förderkanal
21 von kreisförmigem Querschnitt in seinem Endabschnitt in einen Ausstoßkanal 24
von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt über. Die vom Fahrzeug abgewandte Seitenwand
des Ausstoßkanals 24 endet vor der Kanalmündung an der Stelle 38, so daß
zwischen der oberen und unteren Kanalwand eine Ausnehmung 25 gebildet ist.
In dieser Ausnehmung 25 ist ein Schaufelgitter 26 eingesetzt, welches
in Strömungsrichtung gesehen über die Kanalmündung hinausragt und mittels der Flansche
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und der Schrauben 28 an der oberen und unteren Kanalwand befestigt ist. Das
Schaufelgitter 26 be-
steht aus einer Anzahl Leitschaufeln 29, die
parallel zueinander angeordnet sind und Leitkanäle bilden, welche sich vom Inneren
des Ausstoßkanals 24 auf der von dem Fahrzeug abgewandten Seite der Anordnung nach
außen erstrecken.
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Jede Rücklenkklappe 22 kann von der in F i g. 2 in voll ausgezogenen
Linien dargestellten vollen Öff-
nungsstellung, welche der vollen Vorwärtsfahrt
zugeordnet ist und in welcher die Klappe keinen Einfluß auf den aus dem Förderkanal
austretenden Wasserstrahl hat, in eine den rückwärtigen Austrittsquerschnitt des
Ausstoßkanals 24 verschließende Stellung bewegt werden (in F i g. 2 in gestrichelten
Linien angedeutet). In dieser Stellung wird der aus dem Triebwerk austretende Wasserstrahl
seitwärts und teilweise nach vom umgelenkt. Eine Verbesserung der Umlenkung des
Wasserstrahles wird durch die Leitschaufeln 29 des Schaufelgitters
26 erzielt.
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Bei einer Zwischenstellung der Rücklenkklappe wird der aus dem Ausstoßrohr
24 austretende Wasserstrahl quer zum Fahrzeug abgelenkt, so daß diese auch als Ablenkklappe
zum Steuern dient. Für die Steuerung des Fahrzeuges kann also die Rücklenk-und Ablenkklappe
22 des auf der einen Seite des Fahrzeuges angeordneten Triebwerkes in eine teilweise
oder die volle Ablenkstellung gebracht werden, während die Rücklenk- und Ablenkklappe
22 des auf der anderen Fahrzeugseite angeordneten Wasserstrahltriebwerkes in der
vollen öffnungsstellung verbleibt. Hierdurch wird eine um die Fahrzeughochachse
wirkende Drehkraft wirksam, welche eine Richtungsänderung des Fahrzeuges hervorruft.
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Für volle Rückwärtsfahrt des Fahrzeuges werden die Ablenk- und Rücklenkklappen
22 beider Wasserstrahltriebwerke 12, 13 gleichzeitig in den Bereich der Austrittsöffnungen
der Ausstoßkanäle 24 verschwenkt. Es ist ohne weiteres einleuchtend, daß auch bei
Rückwärtsfahrt eine gewisse Manövrierfähigkeit des Fahrzeuges gewährleistet ist,
nämlich indem sich die Rücklenk- und Ablenkklappe 22 eines Triebwerkes in der vollen
Umlenkstellung befindet und die Klappe 22 des anderen Strahltriebwerkes auf Teilumlenkung
eingestellt wird.
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Die Betätigung der Rücklenk- und Ablenkklappen 22 der Strahltriebwerke
12, 13 in die eine oder andere Endstellung bzw. in eine beliebige Zwischenstellung
kann durch ein aus den Hebeln 32, 34 bzw. 33, 35
bestehendes Gestänge
erfolgen, dessen Betätigung von der Führerkabine 31 aus vorgenommen werden
kann.
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In der Stellung für Vorwärtsfahrt ragt nur der gerade Endabschnitt
der Klappe 22 zu einem geringen Teil in den Austrittsquerschnitt des Kanals 24 hinein.
Da ferner der Wasserstrahl in einem flachen Winkel auf die Klappenrückwand
30 auftrifft, sind die Strömungsverluste gering. Das um die Drehzapfen
23 im Gegenuhrzeigersinn auftretende Moment hält die Klappe in der offenen
Stellung. Wie bereits eingangs geschildert, wird die Klappe 22 in der in F i g.
2 gestrichelten Darstellung in der Umlenkstellung dadurch festgehalten, daß einerseits
auf dem Kreiszylinderstück der Klappenrückwand 30 keine Kräfte wirksam sein
können, die ein Drehmoment um die Drehzapfen 23 im Sinne einer öffnungsbewegung
der Klappe hervorrufen können, und andererseits die an der Klappenrückwand
30 entstehenden Reibungskräfte die auf den geraden Abschnitt der Klappenrückwand
30 angreifenden entgegengesetzt wirkenden Kräfte überwiegen. Dadurch wird
die Klappe 22 in ihrer Umlenkstellung festgehalten. Zur Verbesserung der Strahlumlenkung
dient das Leitschaufelgitter 26.