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Staudruck-Flügelfahrzeug Die Erfindung bezieht sich auf ein Staudruck-Flügelfahrzeug,
welches einen tragflügelartigen Rumpf aufweist, welcher mit Leitkanälen zum Ansaugen
von Luft und Luftverdichtern und an der Unterseite angeordneten Auslaßöffnungen
für die angesaugte und verdichtete Luft sowie mit Luftaustrittskanälen an der Flügelvorderkante
zur Beeinflussung des Staupunktes versehen ist und mit an den Seiten angeordneten,
gepfellten, sich verjüngenden und nach oben abgewinkelten, die Antriebsorgane tragenden
oder mit an den Seiten und mit ihrer Längsmittelebene senkrecht angeordneten Stabilisierungsflügeln
ausgerüstet ist, wobei zwischen der Unterseite des tragflügelartigen Rumpfes und
den Stabilisierungsflügeln eine Trennwand angeordnet ist.
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Ein Staudruck-Flügelfahrzeug der geschilderten Art ist bereits bekannt.
Dabei sind jedoch die Lufteinlaßkanäle für das Ringdüsensystem des Luftkissens an
der Flügelvorderkante angeordnet. Diese Anordnung, hat zwei Nachteile. Einmal werden
die Strömungsverhältnisse um die Tragfläche erestört. Zum andern besteht aber auch
nicht die Möglichkeit, Einrichtungen zur Beeinflussung der Strömungen um die Tragfläche
einzusetzen.
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In Anwendung auf eine Flugzeugtragfläche sind auch bereits Einrichtungen
zur Beeinflussung der Strömungsverhältnisse um die Tragfläche bekannt, um den vorderen
und hinteren Staupunkt der Tragfläche zu beeinflussen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, die die Strömungsverhältnisse um die Tragfläche störende Lufteinsaugöffnung
zu vermeiden, um so die Möglichkeit zu schaffen, einwandfreie Strömungsverhältnisse
um die Tragfläche zu erzeugen und darüber hinaus an der Flügelvorderkante die bekannten
Einrichtungen zur Beeinflussung der Strömung um die Tragfläche einsetzen zu können.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei
einem Staudruck-Flügelfahrzeug der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß
die Ansaugöffnungen der Leitkanäle in den Stabilisierungsflügeln auf der Außenseite
der Trennwand angeordnet sind und die Kanäle von diesen zu einem an sich bekannten
Düsensystem zur Erzeugung eines von Luftvorhängen im wesentlichen begrenzten Luftkissens
unter dem tragflügelartigen Rumpf führen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind bei Fahrzeugen mit wenigstens
einer an der Flügelhinterkante angeordneten Luftaustrittsöffnung in an sich bekannter
Weise wenigstens zwei Luftaustrittskanäle angeordnet, welche an der Flügelvorderkante
oberhalb und unterhalb der mittleren Profilsehne des Rumpfes parallel zu den Mantellinien
verlaufen und derart gerichtet sind, daß sie einen mengengeregelten Luftstrom nach
auswärts über den Rumpf lenken.
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Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnungen
beispielhaft erläutert. Es zeigt F i g. 1 die Draufsicht einer bevorzugten
Ausführungsform, F i g. 2 die Vorderansicht der Ausführungsform gemäß F i
g. 1,
F i g. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in
Fig. 1,
F i g. 4 eine Teilansicht von oben, teilweise im Schnitt, welche
die Kanalgänge zeigt, F i g. 5 eine Ansicht entlang der Linie 5-5
in F i g. 4, F i g. 6 eine Teilansicht einer Turbine, welche im Rahmen
der Erfindung Verwendung findet, F i g. 7 einen Schnitt entlang der Linie
11-11 der F i g. 6,
F i g. 8 die Draufsicht eines anderen Ausführungsbeispiels,
F i g. 9 die Vorderansicht des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 8,
F
i g. 10 eine Seitenansicht des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 8.
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In den F i g. 1, 2 und 3, welche ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
darstellen, hat der Rumpf bzw.
der Hauptkarosserieteil 20 des Fahrzeugs
entlang seiner Spannweite gleichförmigen Querschnitt mit Tragflügelprofil. Das Tragflü,-"elprofil
besitzt eine verhältnismäßig flache Unterseite30, eine etwas zugespitzte Profilnasc40,
eine stark gewölbte Oberseite 50 und ein stumpfes, abgerundetes Profilende
60.
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Auf jeder Seite des Rumpfes ist ein stabilisierender Seitenflügel
vorgesehen, die mit 80 und 90 bezeichnet sind. Die Seitenflügel erstrecken
sich vom Rumpfteil 20 aus mit der Profilachse nach außen oben in einem Winkel von
ungefähr 451 zur Senkrechten und sind in einem Winkel von annähernd 601 zur
Profilachse des Rumpfes nach hinten gepfeilt. Die seitlichen Flügel 80 und
90 besitzen im wesentlichen dreieckförmige Gestalt und sind vom Hauptmittelschnitt
zur Flügelspitze um etwa 21 verwunden. Die stabilisierenden Seitenflügel sind zur
Spitze hin verjüngt, die Zuspitzung beträgt ungefähr 5: 1.
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Am Boden des Fahrzeugrumpfes sind Luftkanäle angeordnet, durch die
aus dem Inneren des Fahrzeuges zugeführte Luft unter dessen Boden geleitet wird,
um so ein Luftkissen zu bilden. Diese Kanäle umfassen eine rückwärtige oder Flügelendkantenleitung
100 (F i g. 3),"'welche entlang dem Hinterteil 60 des Rumpfes angeordnet
ist, eine Nasenleituno, ILIO, welche entlang dem Vorderteil 40 des Rumpfes angeordnet
ist, ein Paar seitlicher Leitungen 120 (F i g. 4 und 5), wovon
je eine auf jeder Seite des Rumpfes innerhalb der Seitenflügel
80 und 90 angeordnet ist, und 6 Stabilisierungsleitungen, welche
generell mit 130 (F i g. 3) bezeichnet sind und innerhalb der Randgrenzlinien
angeordnet sind, die durch die Randleitungen bestimmt sind und dazu dienen, das
Luftkissen unter dem Rumpf in Abteilungen aufzugliedern.
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Die Nasenleitung 110 umfaßt eine längliche Leitung von teilweise
kreisförmigem Querschnitt, der sich von beiden Seiten des Rumpfes zur Mitte hin
in einem bestimmten Verhältnis linear verjüngt. Entlang dem Bodenteil der vorderen
Leitung ist eine Schlitzdüse 152 angeordnet, welche sich über die gesamte
Länge der genannten Leitung erstreckt. Oberhalb der Schlitzdüse 152 sind Leitbleche
154 vorgesehen.
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Zu beiden Seiten der Schlitzdüse 152 sind verstellbare Leitflügel
153, 155 angelenkt, die den Luftstrom aus der Nasenleitung nach innen und
unten dem Unterggestell des Fahrzeuges zuleiten, um beim Aufbau des Luftkissens
mitzuwirken.
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Ein Paar bogenförmiger Schlitze 45 und 46 sind in dem Leitflügel
153 vorgesehen, wodurch ein Teil der verdichteten Luft zwischen den Leitflügeln
hindurch nach oben und um die Nase des Fahrzeuges herum geleitet wird.
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Im Vorderteil des Nasenkanals sind mehrere gekrümmte Luftspaltleitflügel
43 vorgesehen, die so angeordnet sind, daß ein Teil des Luftstromes aus dem Nasenkanal
um die Nase des Rumpfes herumgelenkt wird, wo er sich mit dem Luftstrom aus den
Kanälen 45 und 46 vereinigt und somit einen künstlichen Staupunkt der umgebenden
Strömung schafft, welcher unterhalb des Spaltes A6 gelegen ist, um eine schädliche
Druckverteilung über den Querschnitt des Rumpfes während der Vorwärtsbewegung des
Fahrzeuges zu vermeiden.
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An der Rückseite 60 des Fahrzeuges ist die Flügelendkantenleitung
100 so angeordnet, daß sie Luft aus dem Inneren des Fahrzeuges zu dem hinteren
Unterteil des Rumpfes leitet, um bei der Bilduno, eines C Luftkissens unter dem
Fahrzeug mitzuwirken. Die Flügelendkantenleitung ist von kreisförmigern Querschnitt,
der sich von den beiden Seiten zur Fahrzeu,-, mitte hin linear in bestimmtem Verhältnis
verjüngt. Die Flügelendkantenleitung kann eine Hauptaustrittsöffnung 101
und eine Hilfsaustrittsöffnung 102 haben. Während der normalen Funktion auf dem
Luftkissen ist die Flügelendkantenleitung so gestellt, daß die Hilfsaustrittsöffnung
geschlossen ist und die Hauptaustrittsöffnung 101 sich nach vorn und unten
öffnet, so daß sie bei der Bildung des Luftkissens unterhalb des Fahrzeuges mithilft.
Wenn das Fahrzeug von der Luftkissenfluglage in die aerodynamische Fluglage übergeht,
tritt der Luftstrom durch die Hauptflügelendkantenleitung etwa tangentenförmig zur
Oberseite des Rumpfes aus, so daß er eine Fortsetzun- des Luftstromes entlan- der
Oberseite des hinteren Ab-
schnittes des Rumpfes bewirkt.
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Die beiden seitlichen Kanäle 120, die sich innerhalb der Seitenflügel
entlang jeder Seite des Rumpfes zwischen dem Nasenkanal und dem Flücelendkantenkanal
erstrecken, haben über ihre ganze Länge konstanten Querschnitt von elliptischer
Form und öffnen sich unterhalb des Fahrzeu-es durch eine hervorspringende Schlitzdüse
120a. Mit der Schlitzdüse 120 a wird eine Trennwand 121 geschaffen, die den Luftraum
unter dem Rumpf von dem unter den Stabilisierungsflügeln trennt. Die Düse bewirkt,
daß der Strom der zugeführten Luft kanalförmig an die Unterseite des Rumpfes geleitet
wird und dort zur Bildung des Luftkissens beiträgt.
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Innerhalb der Grenzlinie des Untergestells des Rumpfes, die durch
die am Rand verlaufenden Luftkanäle gebildet wird, ist, wie am besten aus F i
g. 4 zu ersehen ist, eine zusätzliche Einheit von stabilisierenden Luftleitungen
130 vorgesehen. Diese Einheit umfaßt zwei Luftleitungen 131 und
132 von leicht elliptischem Querschnitt, die sich an der Rumpfunterseite
von einer Rumpfseite zum Zentrum erstrecken und sich bei etwa 3/4 der Länge zu einer
einzigen Grundleitung 133 vereinigen, so daß die Leitungseinheit Y-Form aufweist.
Eine gleiche, nicht dargestellte Einheit ist auf der entgegengesetzten Seite des
Rumpfes angeordnet, und die Grundleitungen der beiden Einheiten sind miteinander
verbunden, um ein einheitliches Luftführungssystern zu bilden. Im rechten Winkel
zu dem Mittelteil der Stabilisierungsleitung und mit dieser in Verbindung stehend
ist eine Leitung 134 von Y-Form mit ihrer Basis an der Stabilisierungsleitung angeschlossen,
so daß sie mit verdichteter Luft aus den Leitungen 133 versorgt wird. Die
Zweigleitungen 135 und 136 des Kanals 134 münden in die Hilfsaustrittsöffnung
102. Alle erwähnten Stabilisierungsleitungen verjüngen sich linear von der Rumpfseite
zum Zentrum hin. An der Unterseite sind alle Leitungen mit Schlitzdüsen
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ausgebildet, um die gespeicherte Luft auf der Unterseite des Rumpfes ausströmen
zu lassen und so eine Stabilisierung des Luftkissens zu bewirken. Turbinengetriebene
Gebläse 138 sind innerhalb der Stabilisierungsleitungen angeordnet, um den
Druck der gespeicherten Luft zu verstärken und in dieser Weise. Druckabfälle entlang
der Leitung zu vermeiden sowie den überdruck unter dem Rumpf auszugleichen. Das
vorerwähnte Stabilisierungsleitungssystem 130 teilt das Untergestell des
Rumpfes in einen großen vorderen Abschnitt 141 von irn wesentlichen trapezfönniger
Gestalt, ein Paar kleine Seitenabschnitte 142 von im
wesentlichen
dreieckiger Gestalt und ein Paar mittelgroßer rückwärtiger Abschnitte 143 auf, welche
etwa Dreiecksform aufweisen.
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Am oberen rückwärtigen Teil des Rumpfes 20 und an den seitlichen Flügeln
80 und 90 bis zu etwa 2/.3 ihrer gesamten Länge kann eine Mehrzahl
von Grenzschichtabsaugschlitzen 52 vorgesehen sein (s. F i g. 1).
Sie dienen dazu, die Grenzschichtluft am oberen hinteren Teil des Rumpfes abzusaugen
und nahe der Endkante wieder auszuströmen, um schädliche Strömungseffekte zu vermeiden.
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Im Vorderabschnitt jedes Seitenflügels ist eine große Ansatigöffnung
81 (F i g. 2) von im wesentlichen ovaler Form ausgebildet, welche
die Aufgabe hat, die umgebende Luft hereinzulassen, um die verschiedenen Luftstromeinrichtungen
des Fahrzeuges zu speisen. Innerhalb jeder öffnung (F i g. 4) sind drei Leitungen
zur Versorgung der verschiedenen Luftleitungen mit Außenluft vorgesehen. Die Leitungen
sind etwa von kreisförmigem Querschnitt. Jede Leitung ist in ihrem vorderen Abschnitt
mit einem turbinengetriebepen Verdichter85 ausgestattet. Der Zweck der Verdichter
besteht darin, Außenluft anzusaugen und der Luft genügend Energie zu übertragen,
die sie in die Lage versetzt, durch die das Luftkissen bildenden Leitungen mit einem
Druck auszuströmen, der stark genug ist, das Fahrzeug zu tragen. Die Ansaugleitung
84 versorgt den Nasenkanal 110 mit Luft, die Leitung 82 versorgt den
Flügelendkantenkanal 100 mit Luft und die Leitung 83 versorgt die
Stabilisierungskanäle 130 und die Seitenkanäle 120 mit Luft. Die turbinengetriebenen
Verdichter 138 in den Kanälen 131 und 132 sind vorgesehen,
um den Druck der Luft in der Stabilisierungsleitung zu erhöhen, der in dem verbreiterten
Trichter 86 der Leitung 83 einen erheblichen Abfall erleidet. Die
Verdichter in den Leitungen 132 und 131 sind dazu angeordnet, den
Druckabfall in diesen Leitungen, der auf die Reibung zurückzuführen ist, zu kompensieren
und den Überdruck unter dem Fahrzeug auszugleichen.
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Ein Leitwerk oder Ruder 59 ist am rückwärtigen Abschnitt jedes
der seitlichen Flügel 80 und 90 angelenkt, um das Steuern des Fahrzeuges
zu unterstützen.
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An den Enden der seitlichen Flügel ist auf einer Welle 93 ein
Strahltriebwerk, ein angetriebener Verdichter od. dgl. 92 schwenkbar gelagert,
welches den Zweck hat, das Fahrzeug zu bewegen und beim Steuern und Bremsen des
Fahrzeuges mitzuwirken.
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Der turbinengetriebene Verdichter 85, wie er in den F i
g. 6 und 7 dargestellt ist, besteht üblicherweise aus einem Turbinengehäuse
180, in welchem ein Rotorgehäuse 181 ausgebildet ist. Ein Lufteinlaß
182 bringt Luft zum Rotorgehäuse, die auf die Luftflügel 183 des Rotors
184 stößt. Bauelemente 185
bilden die Rotorflügel, und der Stator
186 hat Statorflügel 187, die auf einer Nabe 188 montiert sind.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel ist in den F i g. 8,
9
und 10 dargestellt. Der Hauptunterschied zwischen dieser Ausführungsform
und derjenigen, die in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, besteht darin,
daß die seitlichen Flügel 80' und 90' senkrecht zum Rumpf an
, geordnet sind und nicht, wie bei der Ausführungsform der F i
g. 1 und 2 geneigt sind. Die Flügel 80',
90' bilden unten eine
Trennwand 121' zwischen dem Raum unter dem Rumpf und dem Außenraum. Eine Ansaugöffnung
81' ist vorn an jedem der seitlichen Flügel angeordnet, um die umgebende
Luft aufnehmen zu können und die Gebläsesteuerungen für die Seitenruder
109, das Höhenleitwerk 108 und das Luftkissen zu versorgen. Strahltriebwerke
92' od. dgl., welche wesentliche Fortbewegungsmittel für das Fahrzeug bilden,
sind auf den seitlichen Flügeln 80'
und 90' montiert.
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Das besondere Anwendungsgebiet von Fahrzeugen mit senkrechten Seitenflügeln
liegt dort begründet, wo das Fahrzeug ein relativ großes Verhältnis von Tragkraft
zu Spannweite erfordert. Zur Beförderung auf Flüssen, Seen u. dgl. oder für Uferlandezwecke
könnte ein kleines Fahrzeug zu bevorzugen sein, und zwar wegen des begrenzten Raumes,
über welchem das Fahrzeug sich bewegen kann. Da ein Fahrzeug mit senkrechten Seitenflügeln
einen größeren und breiteren Rumpf aufweist als ein Fahrzeug mit zaDeneigten Seitenflügeln,
welches die gleiche Spannweite besitzen würde, ist es verständlich, daß das Fahrzeug
mit senkrechten Seitenflügeln mehr Raum für Last oder Passagiere haben würde. Auch
bei dieser Ausführungsform können Grenzschichtsteuerschlitze 52 angebracht sein.
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Das Luftkissen, welches mittels des Luftstroms durch die Kanäle auf
der Unterseite des Fahrzeuges gebildet wird, dient als Träger für das Fahrzeug insofern,
als das Fahrzeug mehr auf diesem als auf der Oberfläche aetragen wird, über welche
sich das Fahrzeug fortbewegt. Das Luftkissen setzt die Kraft, die für die Fortbewegung
des Fahrzeuges erforderlich ist, erheblich herab, da zwischen der Unterseite des
Fahrzeuges und der benchbarten Luft ein geringerer Reibungskoeffizient besteht als
zwischen der Fahrzeugunterseite und der Land- oder Wasseroberfläche, über welche
es sich sonst fortbewegen würde. Das Fahrzeug ist somit in der Lage, mit höherer
Ge# schwindigkeit zu reisen, wobei gleichzeitig eine Herabsetzung des Wellenwiderstandes
herbeigeführt wird, wenn sich das Fahrzeug über Wasser fortbewegt.
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Die Seitenkanäle 120, der Nasenkanal 110 und der Flügelendkantenkanal
100 wirken so zusammen, daß um den Boden des Fahrzeuges herum ein Luftvorhang
gebildet wird. Die Stabilisierungskanäle 130,
welche innerhalb des ringsum
laufenden Luftvorhangs gelegen sind, dienen dazu, das Luftkissen in Abteilungen
aufzuteilen, wodurch verhindert wird, daß die Luft von einer Seite des Fahrzeuges
zur anderen gedrängt wird, wenn es sich in rollender oder steigender Bewegung befindet.
Das Leitungssystem am Untergestell ist so konstruiert, daß keine Ecken gebildet
werden, so daß keine Druckverluste auf Grund turbulenter Strömungen entstehen, die
in den Ecken aufgebaut werden könnten.
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Alle Leitungen sind zum Fahrzeugzentrum hin verjüngt. Der Grund für
diese Maßnahme liegt darin, daß ein ständiger Luftstrom durch die Ansaugleitungen
82, 83 und 84 zu jeder Leitung hingeführt wird. Würden die Leitungen von
gleichfönnigem Querschnitt über ihre gesamte Länge sein, würde der Luftverlust durch
die düsenförmigen Austrittsöffnungen eine Herabsetzung der Strömungsgeschwindigkeit
innerhalb der Leitung zum Zentrum des Rumpfes verursachen, woraus ein Druckgefälle
von einem Ende der Leitung zum Zentrum resultieren würde. Deshalb ist die Leitung,
um einen konstanten Ausströmdruck entlang der Leitung aufrechtzuerhalten, zu ihrem
Zentrum hin verjüngt.
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Das Stabilisierungsdüsensystem 130 muß unter einem erheblich
höheren Druck gehalten werden als
das Randdüsensysteni. Dies ist
erforderlich, weil der Druck unter dem Fahrzeug viel größer ist als der atmosphärische
Druck außerhalb des tragenden Luftkissens. Deshalb brauchen die Austrittsdüsen am
Rand 100, 1110, 120 nur in einen mittleren Druck auszuströmen, der
sich aus dem linearen Abfall des Druckes innerhalb des Luftkisens zum atmosphärischen
Druck ergibt, während das Stabilisierungsdüsensystem in den überdruck des Luftkissens
ausströmen muß. Der Druck des Stabilisierungsleitungssystems muß demzufolge wenigstens
zweimal so groß wie der Druck in dem Randleitungssystem sein. Um diesen Druck zu
erhalten, sind die Zusatzgebläse 138
in den Stabilisierungsleitungen eingebaut.
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Der Zweck der Luftdüsenleitflügel 43, 45 und 46, welche im vorderen
Ende des Nasenkanals angeordnet sind, ist der, einen Teil der Luft aus diesem Kanal
heraus in eine umgekehrte Richtung zu derjenigen des umgebenden Luftstromes zu leiten.
Dadurch wird vermieden, daß der vordere Staupunkt des Luftstromes oberhalb der Mittellinie
der Rumpfform zu liegen kommt, er wird vielmehr unterhalb des Kanals 46 verlegt.
Da der Staupunkt der Strömung normalerweise oberhalb der Mittellinie des Rumpfes
liegen würde und da die Endkantendüse entlang der Endkante des Rumpfes eine Zone
verhältnismäßig niedrigen Druckes schafft, ergibt sich ein negatives oder nach unten
gerichtetes Kippmoment. Dies ist natürlich unerwünscht, da Stabilität des Fahrzeuges
in der horizontalen Lage erforderlich ist. Wenn kein künstlicher Staupunkt erzeugt
würde, müßte eine Widerstand hervorrufende Trimmeinrichtung, wie beispielsweise
ein Schwanzleitwerk, angebracht sein, um dieses negative Moment zu kompensieren.
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Wenn sich das Fahrzeug auf dem Luftkissen bewegt und ein Hindernis
die Vorwärtsbewegung behindert, werden die an den Seitenflügeln angeordneten Antriebswerke
92 verschwenkt, so daß durch die gegenwirkende Kraft ein Moment auf die vordere
Spitze des Fahrzeuges ausgeübt wird, wodurch das Fahrzeug gezwungenermaßen einen
steilen Anstellwinkel einnimmt. Die kinetische Euer,- gie, welche durch die VorwÜrtsbeweguno,
des Fahrzeu es vort' 9
handen ist, trägt dazu bei, das Fahrzeug vom Boden
-abzuheben.
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Um die Notwendigkeit von Grenzschichtkontrollschlitzen in den Spitzen
der Seitenflügel zu vermeiden, muß ein Verhältnis von Dicke zu Profiltiefe von höchstens
20 1/o im Mittelabschnitt des Seitenflügels aufrechterhalten werden, wodurch verhütet
wird, daß die Grenzschicht abreißt. Da das Verhältnis von Dicke zu Profiltiefe am
Rumpf etwa 40 % beträgt und die Zuspitzung der Seitenflügel bei 5: 1 liegt,
muß das Verhältnis der Dickenverjüngung etwa bei 10: 1 sein.