DE1556504A1

DE1556504A1 - Strahlricht- und -umkehrvorrichtung zur Steuerung von Wasserfahrzeugen mit Wasserstrahltriebwerken

Info

Publication number: DE1556504A1
Application number: DE19681556504
Authority: DE
Inventors: Luigi Castoldi
Original assignee: B C S MOTOFALCIATRICI SpA
Current assignee: B C S MOTOFALCIATRICI SpA
Priority date: 1967-03-29
Filing date: 1968-02-28
Publication date: 1970-02-05
Also published as: US3465705A; FR1559977A

Description

Georg .Honsmarm VDi Pat*nt»Ingenieur

2 Homburg 50 (Altana) 1556504

Jullus-Uber-StraSe 21

f. ti 'W

gu Aktz. P 15 56 504.5.22 3. Juli 1969

Anmelders Β.ϋ,ΰ, Motofalciatrici S.p.A. Abbiategraaso - 161 Viale Mazzini Italien

Strahlricbt« und «umkehrvorrichtung zur Steuerung von Wasserfahrzeugen mit Waseerstrehltriebwerken

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung» die zur Verwendung mit 'rfseeerstrahltriebwerken bei iVaaaerfahrzeugen bestimmt ist» ua die seitliche Ablenkung oder die Umkehrung des Wasserstrahls zu bewirken; wie es zur Steuerung der fahrtrichtung bzw. der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeuge erforderlich ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die dazu bestimmt ist, durch zweckmässige Steuermanöver die Biehtung der Reaktionen, die aus dem Austreten des Wasserstrahls aus der Triebv.erkadüae resultieren, sowohl in Längsrichtung als auch in seitlicher ßichtung in der Weise zu modifizieren, dass eine aussergewöhnlioh gute Manövrierfähigkeit des Wasserfahrzeugs nicht nur bei hoher und niedriger Fahrtgeschwindigkeit, sondern auch bei Rückwärtsfahrt erreicht wird»

Wasserstrahltriebwerke für Vi'asserfahrzeuge sind an eich bekannt und weisen zahlreiche Vorzüge gegenüber den herkömmlichen Sohraubenantrieben auf, Diese Vorzüge sind insbesondere

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von Bedeutung für die navigation in flachen Gewässern, bei Vorhandensein von Unterwaeservegetation und für die Plus8-echiffahrt. Derartige Triebwerke bestehen im wesentlichen aus einem Kanal mit einer oder mehreren Sintritteöffnungen, einer in dem Kanal angeordneten und darin arbeitenden Pumpe oder anderen Antriebsvorrichtung und einer Schubdüse, durch die der von der Antriebsvorrichtung angesaugte Wasserstrahl austritt. Aus ersichtlichen Gründen ist es vorteilhaft, wenn das Triebwerk in bezug auf das Wasserfahrzeug ortsfest eingebaut ist. In diesen fall ist die Düse so angeordnet und gerichtet) dass der Wasserstrahl ständig in horizontaler Richtung und in der Längssymmetrieebene des fahrzeuge ausgestoseen wird. Dieser Strahl erzeugt eine Reaktion und folglich einen Schub, der die geradlinige Portbewegung des Fahrzeugs bewirkt.

Zur Steuerung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs werden ein oder mehrere Huder oder Steuerflächen verwendet, die im Wasser unterhalb oder jedenfalls ausserhalb des Strahls wirken oder auch auf den Strahl selbst einwirken und ihn seitlich ablenken, wobei eine Eeaktion entsteht, die in einem Seitenschub resultiert. Dabei ist die Schubkraft in der Praxis dem Produkt aus der Gröaee der durch die Steuerflächen bewirkten Ablenkung und der Geschwindigkeit und somit der kinetischen Energie des Wasserstrahls, d.h. der der Antriebsvorrichtung zugeführten Leistung, proportional. Zar Steuerung der Fortbewegungsrichtung dee Fahrzeuge, d.h.

in der Praxis, um rückwärts zu fahren oder die Fahrt schnell verlangsamen, kommen Ablenk- oder umsteuervorrichtung'

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zur Anwendung, die durch entsprechende Betätigung gesenkt werden, bis sie den Strahl abfangen und ihn nach unten und vorn umlenken.

Die Manövrierfähigkeit von Wasserfahrzeugen mit Strahltriebwerken, und zwar gewöhnlich von Motorbooten, wird weitgehend von der Geschwindigkeit beeinflusst, mit der der Vi'asserstrahl die Steuerflächen beaufschlägt. Kauf ig treten Schwierigkeiten in der Steuerung der Boote bei niedriger Fahrgeschwindigkeit auf, wobei es dann notwendig ist, den Steuerflächen einen starken Steuerausschlag zu geben. Unter diesen Umständen ist die Fahrtriclitungs steuerung sehr schwierig, und manchmal müssen die Steuerflächen einen Ausschlag erhalten, der derjenigen Ausschlagsrichtung entgegengesetzt ist, die zum Fahren derselben Kurve bei normaler Vorwärtsfahrt erforderlich ist«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels der diese und andere wohlbekannte Nachteile vollständig beseitigt werden. Dabei soll die neue Vorrichtung insbesondere ständig und mit Sicherheit eine einwandfreie Lenkung unabhängig von der Geschwindigkeit und Fortbewegungsrichtung des Wasserfahrzeugs, d.h. praktisch unter jeder Uavigationsbedingung, ermöglichen, wobei sich die Steuerung in jeder möglichen Situation mittels kleiner Ausschläge der Steuerflächen durchführen lassen soll.

Gemäss der Erfindung wird das ihr zugrundeliegende Problem durch Schaffung einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art gelöst, die gekennzeichnet 13t durch zwei

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parallele Steuerflächen, die zu beiden Seiten des aus der Triebwerkdüse auetretenden Wasserstrahls angeordnet sind und einen Durchlass von einer Breite bilden, die etwa der Breite des austretenden Wasserstrahls entspricht} eine hinter den Steuerflächen angeordnete Ablenk- und Umkehrklappe, die zum teilweisen oder gänzlichen Auffangen und gegebenenfalls zur Umkehrung des Wasserstrahls verschieden weit heruntergeklappt werden kann und eine zentrale Ablenkfläche zur Ablenkung des Strahle in einer vertikalen Ebene sowie symmetrische seitliche Ablenkflächen zur seitlichen Ablenkung des Teils des Strahls aufweist, der infolge Schrägstellung der Steuerflächen seitlich abgelenkt wird und an der zentralen Ablenkfläche vorbei auf die seitliche Ablenkfläche auftrifft, die auf der Seite angeordnet ist, nach welcher die Steuerflächen verstellt sind·

In den Zeichnungen, die ein bevorzugtes Aueführungs,-beispiel der Erfindung zeigen, ist bzw· sind ι

fig. 1 ein Schnitt durch die vertikale Längssymmetrieebene der Vorrichtung gemäes der Erfindung in einem eine teilweise Ablenkung des Strahls bewirkenden Zustand, wobei das Triebwerk und die nicht erfindungswesentliehen Teile vereinfacht und schematisch dargestellt sind} Fig. 2 ein Schnitt nach der Linie IX-II der Fig. 1; Pig. 3 ein Schnitt nach der Linie III-III der fig. 1| Fig. 4 eine Seitenansicht der Vorrichtung;

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Fig, 5 und 6 Draufsichten, teilweise im Horizontalschnitt, der wesentlichen Teile der Vorrichtung gemäss Fig. 3 bzw. Fig. 2, und

Fig. 7, 8, 9 und 1Ü ähnliche Ansichten, in verkleinertem MasBstab und im Schnitt, die die Vorrichtung nach Fig. 1 in verschiedenen Arbeitsstellungen darstellen.

Wie aus Fig. 1 bis 4 ersichtlich iet, ist die Vorrichtung gemäsB der Erfindung an der Austrittsseite der Düse U eine© Wasserstrahltriebwerks ö angeordnet, das beispielsweise einen Propeller P aufweist. Das triebwerk ü, einschliesslich der darin enthaltenen Mittel zum -Erzeugen und Ausstossen des Wasserstrahls, bildet kein Merkmal der Erfindung und kann irgendeinen an aich bekannten Aufbau besitzen. Zum besseren Verständnis der folgenden, die Vorrichtung gemäss der Erfindung betreffenden Ausführungen wird angenommen, dass die Düse U so bemessen ist, dass aus ihr In im wesentlichen horizontaler geradliniger dichtung ein >7aseerstrahl ausströmen kann, dessen Breite der in *ig« 2, 3 und 6 mit D bezeichneten Querabmessung entspricht«

Die Vorrichtung besitzt zv.ei Steuerflächen 10* und 10* für die seitliche Ablenkung des Strahls und eine Strahlablenk- und UmJtehrklappe 12. Me »steuerflächen 10* und 10" sind in einem der wuerabmessung B entsprechenden seitlichen Abstand voneinander angeordnet und an der Austrittsseite der Düse U um eine vertikale Achse H¹ bssw. 14^W schwenkbar gelagert. Die Steuerflächen 10· und 10* können mit Hilfe an sich bekannter Kittel, beispielsweise einer Kette 16, In die auf

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Zapfen 20 der Steuerflächen sitzende Kettenräder 18 eingreifen, gleichsinnig bewegt werden. Die Steuerung der Steuerflächen 10* und 10" erfolgt mittels eines herkömmlichen Steuerrades, das bei verhältnismässig kleinen und schnellen Motorbooten die Form eineβ Kraftfahrzeug-Lenkrades besitzt und über ein nicht dargestelltes an sich bekanntes übertragungssystem mit der Kette 16 und somit mit den Steuerflächen 10^f und 10" verbunden ist. Falle erwünscht, können die *uder oder Steuerflächen 10· und 10" gegenüber ihrer in Fig. 1, 4 und 7 bis 10 dargestellten Ausbildung nach unten verlängert sein und sieh unterhalb der Strahle.bene teilweise ins Wasser erstrecken.

Die Ablenk- und Umkehrklappe 12 besitzt eine zentrale Ablenkfläche 22 von der Querabmessung D entsprechender konstanter Breite, die sich genau vor der Düse U befindet, sowie symmetrische seitliche Ablenkflächen 24* und 24", die, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, an den Seiten der zentralen Ablenkfläche 22 angeordnet sind. Im Querschnitt (Fig. 2) erstreckt sich die zentrale Ablenkfläche 22 rechtwinklig zur Strömungerichtung des nicht abgelenkten Strahls, bezogen auf die vertikale Längssymmetrieebene des WasserstrahHriebwerks il. Die seitlichen Ablenkflächen 24* und 24^H sind nach hinten und aussen gekrümmt.

Die im ganzen gesehen kreisbogenförmig ausgebildete Ablenk- und Umkehrklappe 12 ist an oberen Armen 26 befestigt, die die Klappe mit einem Querbolzen 28 (Fig. 4) verbindet, dessen Achse mit dem Krümmungsmittelpunkt der Klappe 12 zusammenfällt und um den die Klappe 12 schwenkbar 1st, um herunter- und hochgeklappt werden su können· Die Steuerung

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der Strahlablenk- und Umkehrklappe 12 erfolgt rait Hilfe an sich bekannter Llittel, beispielsweise mittels eines Handrades und vorzugsweise mittels eines vom Steuermann zu bedienenden rebels, der über ein nicht dargestelltes übertragungssystem, deesen letztes ilied beispielsweise eine an die Arme 26 angelenkte Zugstange 30 ist, mit der Ablenk- und Umkehrklappe 12 verbunden ist. In jedeni Fall muss die Ablenk- und Umkehrklappe 12 so ausgebildet, angebracht und steuerbar sein, dass sie verschiedene Stellungen zwischen einer ganz hochgeklappten Stellung (Fig. 7), in der sie sich vollständig über dem aus der Düse U austretenden Wasserstrahl befindet, und einer ganz heruntergeklappten Stellung (Fig. 4 und 10), in der sie den »asserstrahl in seiner Gesamtheit nach unten ablenkt oder nach vorn umlenkt, einnehmen kann.

i)ie Hinter- oder Austrittskanten 32' und 32" der Steuerflächen 10' und 10" sind vorzugsweise kreisbogenförmig ausgebildet, und zwar konzentrisch mit der Krümmung der zentralen Ablenkfläche 22, so dass sie sich bei geradegestellten Steuerflächen 10' und 10", wie in Fig. 2 in strichpunktierten Linien angedeutet ist, ganz nahe an der zentralen Ablenkflache 22 befinden.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung bei geradegestellten

Steuerflächen 10^f und 10" ist offensichtlich und insbesondere aus den Fig. 7 bis 10 ersichtlich, In Erwägung, dass die Steuerflächen 10· und 10" au beiden Seiten des aus der Düse U austretenden Y<"ass er Strahls angeordnet sind, ohne diesen abzulenken, wird klar, dass der Wasserstrahl auf die wenig-

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atena teilweise heruntergeklappte Klappe 12 trifft, die ihn in der vertikalen Längsebene umlenkt, ohne eine seitliche Ablenkung zu bewirken.

In den Fig. 5 bis 10 ist die Hiohtung des Wasserstrahls durch kleine Pfeile angedeutet. Wenn der Strahl, ohne von den Steuerflächen 10* und 10" abgelenkt zu werden, auf die Ablenk- und Umkehrklappe 12 trifft, kann unabhängig von der Geschwindigkeit und somit von der kinetischen Energie des Wasserstrahls der Schub vermindert und auch die Schubrichtung umgekehrt werden. In Fig. 7 wird der Wasserstrahl weder von den Steuerflächen 10' und 10" noch von der Klappe abgelenkt, so dass der volle Strahl Aachteraus gerichtet ist und sich eine Reaktion ergibt, die eich gänzlich als Schub auswirkt, was der normalen Vorwärtsfahrt mit voller Geschwindigkeit entspricht. In Fig. θ ist die Klappe 12 teilweise heruntergeklappt, so dass nur der Schub wirksam wird, der aus der Reaktion dee nach hinten fliessenden Teilstrahls A' resultiert. Auf diese Weise lässt sich die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs vermindern, obwohl der Motor mit voller oder zumindest hoher Leistung weiterarbeitet. In 'ig. 9 iet die Klappe 12 soweit heruntergelassen, dass der gesamte Strahl A vertikal nach unten abgelenkt wird. Unter diesen Bedingungen erhält das Wasserfahrzeug keinen Vortrieb. Fig. 10 veranschaulicht sohliesslioh die Bedingung für die Rückwärtsfahrt, wobei die Klappe 12 vollständig herunterg·-

lassen ist und den Strahl A nach vorn umlenkt, woraus eioh eine Schubumkehr auf Grund der Reaktion der nach vorn

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gerichteten horizontalen Komponente A" des Strahls A ergibt.

Die Ablenkwirkung der Steuerflächen 10· und 10" ist unterschiedlich, je nachdem, ob der Strahl von der Klappe nicht abgelenkt wird oder ob er teilweise oder ganz abgelenkt wird*

In Fig. 5 und 7 wirken die Steuerflächen 10» und 1O^M als Huder oder Strahlablenkflächen herkömmlicher Art. Bei Verstellung der Steuerflächen 10' und 10" um einen V/inkel OC wird der Strahl um ein entsprechendes Mass abgelenkt. Dieser Ruderaus3chlag ist charakteristioch für die Vorwärtafahrt des Wasserfahrzeuges mit hoher Geschwindigkeit» bei der dae Fahrzeug auf die üuderwirkung am meisten anspricht und auf Grund der Geschwindigkeit ausschliesslich Kurven mit einem grossen Radius fahren kann.

Fig. 6 veranschaulicht die Wirkung der Ablenkung, die durch die um den gleichen Winkel Of verstellten Steuerflächen 10* und 10" in Verbindung mit der Ablenk- und Umkehrklappe 12 ersielt wird· Zum Verständnis dieser kombinierten Wirkung kann die Fig. 6 mit jeder der Fig. 8, 9 und 10 kombiniert werden*

Fi_c. 6 zeigt, ähnlich nie Fig. 2, 3 und 5, den Fall, in. dem eine Richtungsänderung des Wasserfahrzeugs mit einer Wendung des Bugs nach rechta erwünscht iet. Die Hinterkante 32* der Steuerfläche 10% die sich im Innern der von dem Fahrzeug zu beschreibenden Kurve befindet, liegt ausserhalb der Seitenkante der zentralen Ablenkfläche 22 der Klappe

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Folglich kann ein Teil des Wasserstrahls seitlich an der zentralen Ablenkfläche 22 vorbeiströmen, wobei er auf die seitliche Ablenkfläche 24' trifft, die ihn im wesentlichen rechtwinklig in der nit S bezeichneten Richtung ablentct, was zu einer Reaktion führt, die in einem Seitenschub resultiert, der die Drehung des fahrzeuge um seine Grierachse und somit eine Verstärkung der Huderwirkung der Steuerflächen 10· und 10" bewirkt.

Die Kraft des Seitenschubs ist abhängig von der durch den Motor des Fahrzeugs regelbaren Kraft des Wasserstrahls und von der urease des in dichtung S abgelenkten Teilstrahls, d.h. von der Stellung der Klappe 12, die dem &rad ihrer Absenkung entsprechend einen mehr oder weniger grossen Teil des Strahls oder auch den gesamten Strahl auffangen und ablenken kann.

Beispielsweise wird bei den in Fig. 6 und 8 dargestellten Bedingungen ein starker Seitenschub auch bei niedriger fahrgeschwindigkeit erzielt, da diese Geschwindigkeit der horizontalen Komponente A* (.Pig. 8) des Wasserstrahls A in der vertikalen Sbene proportional ist, während der aus der seitlichen Ablenkung in Richtung S resultierende Schub der Motorleistung proportional ist.

Wenn die Vorrichtung wie in Fig. 6 und 9 eingestellt let, läset sich das Wasserfahrzeug auf der Stelle um seine Hochaohse drehen, da zu dem Seitenschub weder ein Schub nach vorn noch ein solcher nach hinten dazukommt·

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nenn »eicii die ieile der Vorrichtung in der aus einer Kombination der U₄J. 6 und 1Ü resultierenden Stellung befinden, wird der Seitenschub in derselben Hichtung auch bei einer Schubumkehr beibehalten» so dass der -dug des Wasserfahrzeugs ständig nach derselben Seite gelenkt wird.

Durch Verwendung der Vorrichtung gemäss der Erfindung lassen sich unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit (vorwärts, itull, rückwärts) sehr schnelle i'ahi-trichtungsänderun^en erzielen, und z?;ar stets mit einem ziemlicn kleinen Ablenkwinkel der Steuerflächen 10* und 10"_f indem lediglich die Leistung des motors und die stellung der Klappe 12 in zweckmässiger «eise gesteuert wird. Diese iüöglichkeit ist vor allem bei .!asserfahrzeugen, die eine hohe Geschwindigkeit erreichen können, von grosser Bedeutung, da die Fahrtriohtungaoteuerorgane wie beispielsweise das Steuerrad des Huders, in der «eise mit den Huder- oder Steuerflächen 10' und 1ü" verbunden sein müssen, dass letztere auch bei verhältnismässig ^rossen Winkelbewegun_oen des Steuerrades nur um einen sehr kleinen Winkel verstellt werden« J>iese Bedingung ist bekanntlich erforderlich, um zu vermeiden, dass das fahrzeug bei hoher Geschwindigkeit zu schroff und gefährlich auf die Steuerradbewegungen reagiert.

Mit der Vorrichtung gemäss der Erfindung ist es durch

Verstellung der Klappe 12 möglich, komplizierte Manöver, wie co

° beispielsweise das Anlegen am Strand, an Landungsbrüeken, ^ in Binnenhäfen und dgl·, mit niedriger Geschwindigkeit oder

*n. auch bei gestopptem Fahrzeug oder im Rückwärtsgang durchzuck

-* führen, chne das Steuerrad viel drehen zu müssen und ohne die co

*** seitliche Bewegungsrichtung des Bugs und des Eecks zu verändern, unabhängig von der Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs.

Claims

Patentansprüche

1. Strahlricht- und -umkehrvorrichtung zur Steuerung von Wasserfahrzeugen mit Wasserstrahltriebwerken, die Flächen aufweist, welche den entgegengesetzt zur normalen geradlinigen Fahrtrichtung des Fahrzeugs aus einer Düse austretenden Wasserstrahl zur Seite ablenken und nach vorn umlenken können, um die Fahrt- bzw. Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs zu steuern, gekennzeichnet durch zwei parallele Steuerflächen (10¹, 10"), die zu beiden Seiten des aus der Triebwerkdüse (U) austretenden Wasserstrahls angeordnet sind und einen Durchlass von einer Breite (D) bilden, die etwa der Breite des austretenden Wasserstrahls entspricht; eine hinter den Steuerflächen (10*, 10") angeordnete Ablenk- und Umkehrklappe (12), die zum teilweisen oder gänzlichen Auffangen und gegebenenfalls zur Umkehrung des Wasserstrahls verschieden weit heruntergeklappt werden kann und eine zentrale Ablenkfläche (22) zur Ablenkung des Strahls in einer vertikalen Ebene sowie symmetrische seitliche Ablenkflächen (24', 24") zur seitlichen Ablenkung des Teils des Strahle aufweist, der infolge Schrägstellung der Steuerflächen (1O·, 1O^H> seitlich abgelenkt wird und an der zentralen Ablenkfläche (22) vorbei auf die seitliche Ablenkfläche (24* bzw. 24^N) auftrifft, die auf der Seite angeordnet ist, nach weloher die Steuerflächen (10¹, 10") verstellt sind.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (12) kreisbogenförmig ausgebildet und um eine Querachse (28) schwenkbar gelagert ist, die mit dem Mittelpunkt des Klappenkreisbogens zusammenfällt, und dass die Steuerflächen (10·, 10") je eine Auatrittskante (32¹ bzw» 32") besitzen, die die i?orin eines Kreiobogens aufweist, dessen Mittelpunkt ebenfalls in der Drehachse (28) der Klappe (12) liegt, wobei die Austrittskanten (j52', 32") bei parallel zum Wasserstrahl sich erstreckenden Steuerflächen (1O·, 10") dicht bei den Seitenkanten der zentralen Ablenkfläche (22) der Klappe (12) liegen, wenn diese wenigstens teilweise heruntergeklappt ist.

3. Vorrichtung nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Ablenkflachen (24', 24") der Klappe (12) nach hinten und aussen gekrümmt sind, um den an der angrenzenden Seitenkante der zentralen Ablenkfläche (22) der Klappe (12) vorbeiströmenden Ieil des Viasserstrahls im wesentlichen rechtwinklig zu der dichtung, in der der Strahl aus der Düse (U) austritt, abzulenken.

4· Vorrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerflächen (1O', 10") zu beiden Seiten des Austrittsendes der Düse (U) um vertikale Achsen (14*, 14") drehbar gelagert sind.

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