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Puffer zum Dämpfen von StoBwellen in Vorratstanks für Fliissigkeiten-Die
Erfindung betrifft Puffer, insbesondere jedoch Puffer, di 3 in Verbindung mit aufweitbaren
Tanks zur Dämpfung in darin auftretenden Flüssigkeitsstoßwellen verwendet werden.
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Aufweitbare Tanks, d. h. selbsttragende, transoportable flüssigkeits-Vorratstanks,
die aus gummiimpräniertem Gewebe hergestellt sind, sind seit einiger Zeit zur Lagerung
von Flüssigkeit in Landbasiseinbauten verwendet worden. Derartige Tanks werden beispielsweise
zur Lagerung
von Trinlcwasser in Gebieten benutzt, die durch Naturkatatrophen,
wie Überflutungen oder Erdbeben, heimgesucht werden, wo die bestehende Wasserversorgung
unterbrochen oder zerstört ist. Von wesentlicherer Bedeutung gemäß der Erfindung
ist jedoch die zunehmende Verwendung von aufweitbaren Tanks für militärische Zwecke,
die als Brennstofftanks in zeitweiligen Brennstoffversorgungsanlagen für Flugzeuge
und andere Militärfahrxeuge verwendet werden. Diese Verwendung der aufweitbaren
Tanks ist von besonderer Wichtigkeit in der Liogistik der militärischn Brennpunkte,
wie beispielsweise Guerillaoperationen, bei denen Basen errichtet und in kurzer
Zeit entfernt werden müssen.
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Bisher konnten aufweitbare Tanks nicht ohne weiteres und mit Sicherheit
bei Flugzeugen verwendet werden, veil das Problem der Flüssigkeitsstoßwellen innerhalb
des aufweitbaren Tanks ungelöst war. Diese StoBwellen rühren von der Trägheit der
Flüssigkeit innerhalb des Tanks her, wenn das Flugzeug in der Luft beschleunigt
wird. Wenn ein aufweitbarer Tank gefüllt ist, d. h., bis zu seiner maximale Grenze
durch die darin enthaltene Flüssigkeit aufgeweitet ist, können sich keine Flüssigkeitsstoßwellen
in gefährlichem Ausmaß aufbauen. In vielen Fällen ist es jedoch nicht
möglich,.
den aufeifbaren Tank dauernd mit Flüssigkeit gefüllt zu halten. Beispielsweise kann
es erwünscht sein, jede vo, vier-gesonderten Basen. mit 2000. 1 Brennstoff Su ?versprge.DabeikanneineinzigesTransportflugzeug,
welches 8000 1 Brennstoff tragen kann, verwendet werden.
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Wenn. der Brennetoff in dem Transportflugzeug in einem aufweitbarenTank
gelagert ist,. kann der Tanks naohdem die erste Basis versorgt worden ist, nur noch
teilweise gefüllt zein. In diesem Zustand werden die Stoßwellen im Tank unangenehm.
die schwersten bedingungen bestehen, wwon der zusammengefeallene aufweitbare Tank
etwa halb vorr ist. woun für Flugzeuge bei allen Füllungsgraden annehmbar zu zin,
muß der aufweitbare Tank und seine Haltevorrichtung in der Lage sein, eine Stoßbelastung
von 8 g zu widerstehen, d.h. einer durch die Beschleunigung erzeugten Belastung,
die gleich dem 8-fachen Gewicht @@s im Tank befindlichen Brennstoffes ist, Hinzu
kommt, daß der Tank so ausgebildetseinmuß,daß.er.schnelljeglichelütsigkeita stoßwellen
im Tank dnämpft, insbesondere Stoßwellen, die sich in Längsrichtung des Tanks auswirken.
Stoßwellen rufen Verschiebungen des Schwerpunkts der Flüseigkeit im
Tank
hervor, was vermieden werden muß, um das Flugzeug in der Luft unter sicherer Kontrolle
zu halten.
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Bei einem fliegenden Fluwzeug treten oft Beschleuni-ungen von 2 g
und mehr auf, beispielsweise wenn das Flurzeug in ein Luftloch oder einen Abstmm
gerät. Wenn ein teilweise @ gefüllter, aufweiberer Tank einer derartigen Beschleunigung
unterworfen wird, entsteht in dem in Tank enthaltenen Brennstoff eine Sto, ; welle.
Diese Stoßwelle enthält eine hohe Energie, wobei jedoch die tatsächliche Verschiebun
; des Brennstoffs bei einer derartigen Stoßwelle gering ist. Die Stoßwelle wandert
im Tank Mit einer Frequenzcharakteristik der Linge des Tanks hin und her. Bei einem
in Gebrauch befindlichen 8000 1 fassenden, aufweitbaren Tank braucht die Stoßwelle
ca. 1,5 - 2 Sekunden, um von einem zum anderen Ence des Tanks zu laufen. Diese Zeitdauer
entspricht unglücklienerweise der Ansprechzeit der üblichen, selbsttsteuernden Stabilisierungssysteme
für Flugzeuge. Demgemäß hat die automatische Steuerung eine Neigung, eine Steuerungskorrektur
auf das Flugzeug @ is und in derslben richtung auszuüben, wie der aufdasFlu;z°uaurge'.-teImpulsderzweitenPeriode
ei ncr Stoßwelle im aufweitbaren Tank. @wnn dieser bei der zweienlerjodeeinerrennstoffstowellerputeImpuls
2g überstei@t, kann das Flugzeug in gefährlicher Weise
übersteuert
werden. Wenn weiterhin eine Brennstoffstoijwelle nicht nach der ersten Impuls der
StoBwelle auf das Flugzeug abgedämpft ist, bekommen die Stoßwellen und die automatischen
Steuerungsimpulse Resonanz, so daß das Flugzeug außer Kontrolle gerät. Aus diesen
Gründen ist die toßwellendämpfung bei aufweitbaren Tanks für Flugzeuge von extremer
Dichtigkeit.
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Ein Hauptmerkmal eines aufweitbaren Tanks int seine Fahigkeit, zusammenzufillen.
Ienn ein querwandähnlicher Puffer in einem aufweitbaren Tank vorgesehen/ird, um
Brennstoffstoßwellen zu unterdrücken, muß der Puffer dem Tank sowohl in gefülltem
als auch teilwei@e gefülltem Zustand angerein. @@t sein. dies kann nicht erreicht
werden, ohne eine gewisse Straffheit der Puffer@and vorzusehen. Es ist daher eine
beachtliche Brennstoffbewegung erforderlich, um den Tenkpuffer in seine wirksa@e
Stellung zu strecken, wenn der fank teilweise gefüllt ist. @ie zuvor bemerkt, ist
. die die die Brennstoffbewegung bei einer Stoßwelle gering, so daß querwandähnliche
Puffer nicht befriedigen.
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Die Erfindung sieht einen verbesserten Flüssigkeits-Vorratstank vor,
welcher einen Puffer zum Dämpfen von Flüssigkeitsstoßwellen
in
einem Tank aufweist. Der Puffer ist flexibel und ist daher besonders bei einem aufweitbaren
Tank verwendbar. Der Puffer benötigt keine wesentliche Bewegung der Flüssigkeit
relativ dazu, um wirksam zu 3ein. Der Puffer ist so ausgebildet, daß er bei abnehmender
Füllung des auf veitbaren Tanks zunehmend wirksam'ird. Der Puffer beeinträchtigt
jedoch keineswegs die Entleerung oder Spülung der Flüssigkeit aus dem Tank. Weiterhin
ist der Puffer einfach und billig in der Konstruktion und beeinT-rachtijt nicht
das Zusammenfallen eines auf. veitbaren Tanks, in welchem er verwendet wird. Der
Puffer und der Tank selbst wirken zusammen, um die Energie einer Stoßwelle der gespeicherton
Flüssigkeit zu absorbieren, derart, daB die absorbierte Snert @ie auf die Abstützung
des Tanks übertragen wird.
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Genz allgemein gesagt sieht die Erfindung eine verbesserte Vorrichtung
zur Bevorratung von Flüssigkeiten vor. Die Vorrichtung weist einen Flüssi@keits-Vorratstank
und eine Mehrzahl von flexiblen, länglicnen, sich verjüngenden Taschen auf, deren
gegenüberliegende Enden offen sind. Jede Tasc-he weist ein vrergrößertes, offenes
Ende und eine im Abstand dazu angeordnete Verengung auf. Die Taschen sind
an
den Innenwänden des Tanks befestigt und entlang einer Linie angeordnet, welche sich
quer zu der Fli ssiSkeitsstoßwellenrichtung im Tank erstreckt. die Taschen sind
mit ihrer Länge zur Richtung der Stofwelle ausgerichtet. Die großen Enden der Taschen
sind in der Lage, wenigstens einen Teil der in einer Stoßwelle fließenden Flüssigkeit
aufzufangen, um die Energie von der Fliissigkeit auf den Tank zu übertragen.
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Obige und weitere Merkmale der Erfindung sind aus der nachsfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführung-sform des Erfindungsgegentandes in Verbindung
mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen : Fig. 1 eine teilgeschnittene
perspektivische AnsiciW eines Lasthubschraubers zur Darstellung eines im Hubschrauber
befestigten, aufweitbnren Tanks ; Fi@. 2 eine perspektivische Ansicht eines aufweitbaren
Tanks, in der ein erfindungsgemäßer Puffer innerhalb des Tanks angeordnet gezeigt
ist; Fig. 3 eine Seitenansich@ des in Fig. 2 gezeigten Puffers ; Fi 4 eine Draufsicht
des in Fig. 2 gezeigten Puffers ; Fig. 5 eine Einzelheiteines-?jles des Puffers,
in welcher eine bevorzugte Konstruk@ionsart d esselbenh gezeigt ist;
Fig.
6 eine Draufaicht eines aufweitbaren Tankß, in welcher gezeigt ist, wie mehrere
Puffer innerhalb des Tanks angebracht sind ; und Fig. 7 einen Querschnitt einer
anderen Ausbildungsform eines Puffers gemEß der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt einen Lasthubschrauber 10 mit einem aufweitbaren Tank
11 zur Luftversorgung von beispielsweise Brennstoff. Der Tank ist in Längsrichtung
des Hubschraubers mittels einer Mehrzähl von Niederhaltegurten 12 sicher gehalten,
die sich quer liber den Tank erstrecken. Zwei sich in Längsrichtung erstreckende
Niederhaltegurte 13 greifen ebenfalls am Tank an. Nie zuvor bemerkt, müssen die
Niederhaltegurte und der Tank in der liage sein, 8g StoBlast in Vorwärtsrichtung
und 4g Belastungen in allen anderen Richtungen zu widerstehen.
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Zum Zweck der Beschreibung der Erfindung soll angenommen werden, daß
der Tank 11 ein Fassungsvermögen von 800Q 1 hat. Wenn mit Brennstoff gefüllt, wiegt
ein derartiger Tank etwa 6800 kg. Der Tanks selbst ist aus gummiimprägniertem Gewebe
hergestellt. Im allgemeinen ist der Tank selbsttragend und hat bei vollständiger
Pullung eine vorbestimmte Form. Der Tank ist jedoch zusammenfallbar, so daß sein
Innenvolumen bei Leerung des Tanks abnimmt. Fig. 2
zeigt die Kombination
des Tanks 11 mit einem Puffer 20 gemäß der Erfindung. In den Figuren 3 und 4 ist
der Puffer mehr ins einzelne gehend gezei-t. Der Puffer weist eine Grundbahn 21
aus gummiimprägniertem Gewebe auf, welche mit ihrer einen Flache 22 an der Innenwand
23-des Tanks befestigt werden kann. Vorzugsweise ist die Grundbahn so mit dem Tank
verbunden, dal-site sich um den inneren Umfang des tanks in einer rechtwinklig zur
Länge des Tanks liegenden Ebene erstreckt. Ein Pufferstreifen 24 aus gummiimprägniertem
Gewebe ist an der anderen Flache 25 der Grundbahn 21 befestigrt. Nie in Fig. 3 gezeigt,
weist die Grundbahn im wesentlichen parallele, gegenüberliegende Kanten 26 und 27
auf, die einen größeren Abstand voneinander haben, als der Abstand zwischen den
parallelen Kanten 28 und 2a der Pufferstreifen. Der Breitenunterschied der Streifen
stellt sicher, daß sich die Grundbahn nicht vom Tank lest, wenn der Puffer Energie
von den FlüssigkeitsstoBwellen im Tank 11 aufnimmt. Der Pufferstreifen ist an solchen
Stellen nit der Grundbahn verbunden, die gleichmäßige Abstände sowohl entlang des
Pufferstreifens als auch der Grundbahn auf-, veisen. Bei dem in Fig. 3 gezeisten
iusführungsbeispiel des Erfindungsgegentondes ist der Pufferstreifen auf der Grundbahn
entlang garaden Linien 30 festgenäht, welche
relativ zueinander
in vorbestimmtem', Winkel divergieren und konvergieren.
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Der Pufferstreifen ist über seine ganze Lange wiederholt Teilungen
bildend zusammengenommen, um gegenüber der Grundbahn eine Mehrzahl von hohlen, länglichen,
halbkegelstumpfförmigen Taschenbögen 31 zu bilden, die an den Enden offen sind.
Die Bögen sind quer zur Basisbahn ausgerichtet.
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Jeder Bogen ist unmittelbar neben dem ncchsten Bogen des Pufferstreifens
angeordnet. Wie jedoch in den Zeichnungen gezeigt, sind die Bu-en abwechselnd mit
ihren großen Enden 32 zu den gegenüberliegenden Längskanten der Grundbahn 5 offen.
Die Bögenö stehen, wie in Fig. 2 gezeigt, in das Innere des Tanks vor.
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Der Puffer 20 verleiht dem Tank 11 die Fähigkeit, die in Längsrichtung
des gefüllten Tanks wirkenden Stoßwellen zu dämpfen.-Venn man annimmt, daL das sich
vorwärts bewegende Flugzeug einer plötzlichen Verzögerung unterworfen wird, entsteht
eine Neigung der im Tank befindlichen Flüssigkeit, sich zum vorderen Ende des Tanks
zu bewegen. Die Bogen, die zum hinteren Ende des Tanks offedsind, fangen die Flüssigkeit
bei ihrer Bewegung am Puffer vorbei auf.
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Die sich nach vorn bewegende Flüssigkeit wird in den sich zum hinteren
Ende des Tanks öffnenden Bögen infolge der sich verjüngenden Form der Bbgen gedrosselt.
Dementsprechend wird ein wesentlicher Anteil der Energie des sich bewegenden Brennstoffs
über die Tankwandungen auf die Zelle des Flugzeugs an vielen Punkten entlang dem
Tank übertragen, wodurch eine Uberbelaetung einiger der Tankniederhaltevorrichtungen
vermieden wird. Im allgemeinen kann jedoch eine gewisso Stoßwelle am vorderen Ende
des Tanks festgestellt werden. Diese Stoßwelle wird in einer sich rückwärts bewegenden
Stoßwelle reflektiert. Wenn sich der Brennstoff zum hinteren Ende des Tanks an dem
Puffer vorbeibewegt, fangen diejenigen Bögen, welche zum vorderen Ende hin offen
sind, den Brennstoff auf und absorbieren einen wesentlichen Energieanteil, der in
dem sich bewegenden Brennstoff enthalten ist.
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Bei einer bevorzugten Ausffihrungsform des zuvor beschriebenen Puffers
haben die Bogen eine Halbkreisform und eine Breite an ihren großen Enden von etwa
400 mm, {die kleinen Enden 33 der Bögen haben eine Breite von etwa 75 mm. Die Bögen
sind etwa 350 mm lang, wobei die Grundbahn eine Breite von 450 mm aufweist.
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Ein etwa 8000 1 fassender, aufweitbarer Tank mit einer Lange von etwa
3,30 m Nurde mit drei im Abstand voneinander liegenden Puffern 20. gemäß der Erfindung
ausgerüstet.
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Die Puffer waren-emäß Fig. 6 im Tank angeordnet, so daß das Tankvolumen
in im wesentlichen drei gleiche Teile unterteilt war. Der Tank k wurde halb mit
einer Flüssigkeit gefüllt, die eine Dichte von 1, 47 kg je Liter (14, 61bs/gal)
aufwies, so daß Belastungen von 2g (Benzin entsprechend) erzeugt werden konnten.
Der Tank war fest auf einem Pritschenfahrzeug verlascht. Das Fahrzeug wurde auf
eine Geschwindigkeit von etwa 40 Stunden/km gebracht und die pneumatischen Bremsen
des Fahrzeugs angelegt, um es zu einem schnellen Stilbtand zu bringen. Infolge des
spezifischen Gewichts des Tankinhpits wurde eine Belastung von 2g im Tank erzeugt.
Diese Belastung erzeugte ihrerseits eine Flüssigkeitsstoßwelle zum vorderen Ende
des Tanks.
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Es wurde nicht festgestellt, daR die reflektierte Stoßselle das hintere
Ende des Tanks erreichte.
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Andererseits wurde ein zweiterTankohnediePuffergenß der Erfindung
demselben Versuch unterworfen. Die beim zweiten Tank verwendeten Niederhalterungen
waren Stahlrohre von 75 mm 0, die sich in regelmäßigen Abständen entlang dem halbgefüllten
Tank über denselben hinweg
erstreckten. Die Rohre waren am Fahrzeug
verlascht. Die erste, nach vorn gerichtete FlüssigkeitsstoBwelle im Tank verursachte
ein Durchbiegen der Rohre. Darüber hinaus durchlief die Stoßwelle sichtbar sechsmal
den Tank.
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8chließlich wurde der mit Puffern versehene, halbgefüllte Tank auf
dem Fahrzeug ohne Niederhalterungen abgestützt. Die erate, vorwärtsgerichtete Stoßwelle
verursachte kein Verrutschen des Tanks auf dem Fahrzeug.Wie zuvor wurde die zweite,
reflektierte Stoßwelle gedämpft, bevor sie das hintere Ende des Tanks erreichte.
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Es ist daher ersichtlich, daß ein aufweitbarer Tank, der mit Puffern
20 versehen ist, sicher von einem Flugzeug transportiert werden kann, ohne Befürchtungen
haben zu mussen, da8 die in Idngsrichtung des Tanks verlaufenden Stoßwellen in Resonanz
mit der automatischen Steuerung des Flugzeugs kommen. Ein aufweitbarer Tank kann
angepaßt werden, um die einer vorbestimmten Beschleunigung zugeordneten Stoßwellen
zu absorbieren, indem eine entsprechende Anzahl von Puffern im Tank vorgesehen wird.
Vorzugsweise sollten jedoch die Puffer in regelmäßigen Abstanden im Tank angeordnet
sein, so daß das Tankvolumen in gleiche Teile aufgeteilt wird.
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Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Konstruktion eines Puffers 40 gemäß der
Erfindung. Der Puffer weist eine Grundbahn 41 und einen Pufferstreifen 42 auf, die
beide die zuvor beschriebenen Abmessungen haben. Eine Anzahl von Lochreihen 43 erstrecken
sich durch die Grundbahn und sind entlang von Linien 44 angeordnet, welche sich
im wesentlichen quer über die Grundbahn erstrecken. Benachbarte Linienpaare 44 divergieren
voneinander in einem Winkel von 50°. Eine Mehrzahl von Lochreihen 55 sind in dem
Pufferstreifen 42 vorgesehen und liegen auf Linien 46, welche sich im wesentlichen!uerüber
die Pufferstreifen, wie dargestellt, erstrecken. Benachbarte Linien 46 divergieren
voneinander in einem, Yinkel von etwa 111°. Der Abstand zwischen den Lochreihen
46 quer zu den Pufferstreifen entspricht dem Abstand zwischen den Lochreihen 43
quer zu der Grunabahn.
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Der Puffer wird zusammengebaut, indem der Pufferstreifen über dem
mittleren Teil der Grundbahn so angeordnet ist, daß die entsprechenden Lochreihen
45 über den Linien 46 der entsprechenden Lochreihen 43 liegens die auf entsprechend
geneigten Linien 44 angeordnet sind. Die Grundbahn und der Pufferstreifen werden
dann durch ein geeignetes Garn. 47, z. B. ein Nylongarn, zusammen verbunden. Der
Pufferstreifen ist dann in sich selbst zusammengerafft, so
daß
die nächste Anordnung von Lochreihen 45 über der nächsten Anordnung von Lochreihen
43 liegt, worauf die Streifen miteinander verbunden werden. Auf diese Ieise wird
eine halbionische, taschenformige Form 48 erzeugt.
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Der Zusammenbau der beiden Streifen wird dann in der beschriebenen
Weise fortgesetzt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daB die Erfindung
einen einfachen, billigen, jedoch höchst ri. rksamen Puffer zur Dämpfung von Flüssigkeitsstoßwellen
innerhalb eines Tanks vorsieht. Der Puffer ist insbesondere zweckmäßig bei aufweitbaren
Tanks, da der Puffer vorzugsweise aus Gewebe hergestellt wird, welches gummiimprägniert
sein kann odernicht. Der Puffer behindert in keiner Weise das Zusammenfallen des
aufweitbaren Tanks. Da darüber hinaus die taschenähnliche, von dem Püffer begrenzte
Form an ihren gegenüberliegenden Enden offen ist, setzt der Puffer einer langsamen
Flûüssigkeitsströmung durch den Tank keinerlei Behinderung entgegen, noch behindert
der Puffer die Entleerung'des Tanks in irgendeiner Weise.
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Es ist ferler ersichtlich, daß im wesentlichen keine Bewegung des
Brennstoffs gegenüber dem Puffer erforderlich ist, um derselben wirlsam zu macllen.
Dieses I. erkmal der
Erfindung ist im Vergleich mit der Yirksamkeit
von querwandähnlichen Puffern besonders wichtig, wenn derartige Puffer in einem
teilweise gefüllten, aufweitbarem Tank vorgesehen sind.
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Ein mit Puffern gemäß der Erfindung versehener aufweitbarer Tank weist
das einzigartige Merkmal auf, daß in Xiangsrichtung des Tanks auftretende Stoßwellen
um so wirksamer gedampft werden, je mehr die Füllung des Tanks abnimmt.
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Dies ist darauf zurckzuführen, daB die vorstehende Fläche der Taschen
entlang der lange des Tanks prosentual einen größeren querschnitt des Tanks einnimmt,
wenn der Tank teilweise gefüllt ist, im Gegensatz zu einem geffllten Tank, so daß
ein proportional großer werdender Energieanteil einer Stoßwelle auf die Landungen
des Tanks übertragen wird.
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Fig. 7 zeigt eine alternative Form eines Puffers 50/gemäß der Erfindung.
Der Puffer weist eine Grundbahn 51 auf, mit der eine Anzahl von an denEnden offenen
länglichen Taschen, wie z. B. Taschen 52, befestigt sind. Die Taschen erstrecken
sich mit ihrer Länge quer über die Grundbahn.
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Jede Tasche 52 hat gegenüberliegende offene Enden 53 und
54,
die vorzugsweise gleichen Querschnitt aufweisen. In der Mitte der Tasche ist eine
Drosselzone 55 vorgesehen, so daß die Taschen ein stundenglasförmiges Längsprofil
aufweisen. Die Taschen 51 sind wirksam, um Energie von einer Flüasigkeitsatoßwelle
in beiden Richtungen der Taschen aufzunehmen.
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Die Erfindung ist in Verbindung mit einem aufweitbaren Tank für Uilitärzwecke
beschrieben worden. Dieses Anwendungsgebiet des Puffers ist lediglicii eines von
vielen, bei denen der Puffer verwendet verden kann. Verschiedene Änderungen des
Tanks und des Pufferaubaues gemäß der Erfindung können von mit der Malterie vertrauten
Fachleuten vorgenommen werden, ohne vom Erfindungsgedanken, wie er in den Ansprüchen
zum Ausdruck gebracht ist, abzuweichen.