DE1811198A1 - Luftkissenfahrzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung hat ein luftkissenfahrzeug oder eine I/uftkissenmasehine zum Gegenstand, das bzw. die einen Aufbau hat, der durch wenigstens ein durch einen oder mehrere Verdichter erzeugtes Kissen aus einem unter Druck stehenden Strömungsmittel gestützt ist. Sie betrifft speziell die Steuerung solcher Verdichter im Hinblick auf die Verbesserung der Betriebseigenschaften, der Stabilität und der Steuerbarkeit von !Luftkissenfahrzeugen, um so deren Verwendungsbereich zu vergrößern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Stützkissen von einem oder mehreren verkleideten verstellbaren Axialverdichtern gespeist, d.h. von Verdichtern, bei denen die Winkelstellung der Schaufeln entweder gleichzeitig für alle Schaufeln des Verdichters oder zyklisch bei jeder Umdrehung verstellbar ist, wobei die Steuerung der Einstellung entweder von Hand oder automatisch in Abhängigkeit von den statischen oder dynamischen Bedingungen des Luftkissenfahrzeuges vorgenommen wird.

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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Steuerung der Stabilitätslage und der Höhe einer Strömungsmittelkissenmasehine, die durch mehrere Kissen aus einem unter Druck stehenden Strömungsmittel gestützt sind, wobei jedes Kissen seinen eigenen Speiseverdichter aufweist, dadurch gesteuert, daß die Gesamteinstellung des einen oder des anderen der Verdichter gemäß dem momentanen Druck vorgenommen wird, der im zugeordneten P Kissen herrscht oder auch in Abhängigkeit von der momentanen Lage des Fahrzeuges, die auf geeignete Weise durch ein Pendel oder eine andere Anzeigerichtung für die Roll™ und Stampf-Bewegungen abgetastet wird, z.B. durch einen Kreisel.

Wenn anstelle eines Speiseverdichters pro Kissen ein gemeinsamer Verdichter für die gleichzeitige unabhängige Speisung mehrerer Kissen verwendet wird, wie dies in der deutschen Patentschrift 1 190 800 beschrieben wurde, kann gemäß einer Besonderheit der fe vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise eine Steuerung der Stabilität durch zyklische Inderung der Einstellung der Schaufeln des genannten gemeinsamen Verdichters bewirkt werden, um eines oder mehrere der genannten Kissen bevorzugt zu speisen, wobei diese zyklische Inderung zusätzlich zu einer Gesamtänderung vorgenommen werden kann.

Die Verwendung einer zyklischen Änderung ist auch "im PaIIe einer Maschine mit einem einzigen Kissen von Vorteils, bei dem das

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Kissen durch radiale Trennwände in mehrere Abteile unterteilt sein kann.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der das !Luftkissenfahrzeug zusätzlich zu der Gruppe aus einem oder
mehreren Verdichtern und einem oder mehreren Strömungsmittelkissen eine Vortriebseinrichtung hat, z.B. eine oder mehrere Λ Vortriebsluftschrauben, ist die Regelung der Einstellung der Verdichter mit einer Kraftübertragung zwischen den Vortriebsünd Stiitzgruppen gekoppelt.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß für Verdichter zur Erzeugung der die Maschine stützen-

den Druckluft verwendbaren, teilweise aufgeschnittenen Schraube mit verstellbaren Schaufeln, wie sie
insbesondere aus der Luftfahrt bekannt ist,

Pig. 2 eine perspektivische Ansicht eines teilweise aufgeschnittenen ebenfalls bekannten Verdichters, dessen Schaufeln gemeinsam oder zyklisch verstellbar sind,

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Pig. 3 einen schematisehen Axialschnitt durch eine Gesamtanordnung, aus Verdichter und Strömungsmittelkissen, die an einer Strömungsmittelkissenmaschine gemäß der Erfindung montiert ist,

Fig.3A in schematischer Darstellung eine Differential-Steuervorrichtung für die Schaufelstellung bei einer Maschine mit mehreren Anordnungen gemäß Fig. 3,

Pig. 4 eine analoge Ansicht einer Variante mit einem gemeinsamen Verdichter, der mehrere Kissen speist, wobei diese Ansicht ein Schnitt nach Linie IV-IV in Pig. 5 ist,

Pig. 5 eine schematische Draufsicht auf die Ausführungsform ) nach Pig. 4 und

Pig. 6, 7 und 8 drei Betriebszustände eines über Wasserflächen fahrenden Luftkissenfahrzeuges gemäß der Erfindung, wobei Pig. 6 die Fahrt bei ruhigem Wasser, Pig. 7 bei bewegtem Wasser und Pig. 8 im schwimmenden Zustand zeigen.

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Das Schaufelrad mit verstellbaren Schaufeln, das in Fig. 1 dargestellt ist, ist an sich bekannt und wird deshalb nachfolgend nicht im Detail beschrieben. Es genügt,daran zu erinnern, daß der vom Piloten durch den Steuerhebel am Führerstand gegebene Befehl auf einen Schieber 1 eines hydraulischen oder pneumatischen Verteilers durch eine elektrische, mechanische oder andere Steuereinrichtung übertragen wird. Eine Verschiebung dieses ä Steuerschie-bers bewirkt die Speisung eines doppeltwirkenden hydraulischen Krafthebers 3 durch eine Hydraulikpumpe 4» die von einem ölreservoir 25 aus gespeist wird, das in die Habe eingebaut ist, so daß eine Verschiebung des beweglichen Kolbens 5 parallel zur Achse der sich drehenden Nabe 6 stattfindet. Die Bewegungen des Kolbens werden über eine sich drehende Platte 7» die mit dem Kolben verbunden ist, auf Steuerhebel 8 für die Verstellung der Schaufeln 9 übertragen. Die Schaufeln sind drehbar in der Habe 6 gelagert, die durch eine Antriebswelle 10 in Drehung versetzt wird.

Die Steuervorrichtung für die Stellung der Schaufeln 9 ist in einem von !Pragarmen 12 gehaltenen kapseiförmigen festen Gehäuse 11 angeordnet.

Eine analoge Steuereinrichtung für die Schaufelstellung kann jedem Verdichter zugeordnet sein, wenn das Strömungsmlttelkiesen-

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fahrzeug mehrere Verdichter aufweist. . , . .

Auf den Kolben 5 der hydraulischen Kraftheber sind. Begrenzungs-r anschlage für den Bewegungsweg der Kolben vorgesehen, die einer maximalen Verstellung der Schaufeln entsprechen und die in Ab- , hängigkeit von dem höchstzulässigen Drehmoment an den Antriebswellen 10 der Nabe eingestellt werden.

Die Steuerung der zyklischen Verstellung der Schaufeln kann in bekannter Weise durchgeführt werden, z.B. so, wie sie bei Hubschraubern angewendet wird und in Fig. 2 dargestellt ist, d.h. über zwei Platten: Hierbei ist eine sich drehende Platte 26 über einen Lenker 27 mit der Nabe und eine feste Platte 28 durch einen Lenker 29 am Träger der Platte 30 befestigt. Die zyklischen Stellungsänderungen werden durch Neigung der Platten um. . ein Kugelgelenk 31 vorgenommen, wobei die zyklische Verstellung ψ durch die Längssteuerstange und die Steuerstangen für-LiilB- und Rechtsverstellung 32..„ 33, 34 und die gleichzeitige Verstellung durch einen nicht dargestellten, in der Anordnung unter^- gebrachten Steuerschalter bewirkt wird.

Es ist klar, daß die beschriebenen Steuervorrichtungendurch. andere bekannte Vorrichtungen ersetzt werden könnten, -die es _; gestatten, die Einstellung der -Schaufeln, gleichseitig lOdesr ,-zyklisch zu ändern.

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In Pig. 3 ist "bei 13 eine Plattform einer Strömungsmittelkissenmaschine dargestellt, an der eine Schürze 14 befestigt ist, die einen Hohlraum 15» in dem sich das stützende Kissen aufbaut, seitlich begrenzt. Die für,den Aufbau des Kissens nötige komprimierte Luft wird durch einen Verdichter 16 mit einstellbaren Schaufeln geliefert. Der Verdichter 16 ist in einem Kanal 17 untergebracht und wird mittels einer Antriebswelle 18 unter Zwischenfügung eines Zwischengetriebes 19 in Drehung versetzt. Der Verdichter 16, der eine senkrecht angeordnete Achse hat, saugt Atmosphärenluft durch eine obere Ansaugöffnung 20 an und gibt die Luft in den Hohlraum 15 über eine untere Austrittsöffnung 21 ab, die in der Plattform 13 vorgesehen ist.

Die Änderung der Schaufeleinstellung des Verdichters 16 wird mittels eines Stellmotors 22 bewirkt, der vom Fahrzeugführer entweder von Hand oder automatisch gesteuert wird, z.B. in Abhängigkeit von der Anzeige eines Druckmessers, der an einem | geeignet ausgewählten Punkt des Kissenhohlraumes 15 angebracht ist.

Die Maschine kann für ihre Stützung mehrere Kissen entsprechend dem Kissen 15 aufweisen und ebenso viele selbständige zur Speisung dienende Verdichter mit verstellbaren Schaufeln entsprechend dem Verdichter 16. Der Antrieb der Verdichter kann

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mit Vorteil in an sich "bekannter Weise synchronisiert sein, indem die Kraftübertragung auf die jeweiligen Antriebswellen 18 gekoppelt ist. Die Steuerung der Schaufelstellungen jedoch ist für jeden Verdichter individuell.

Pig. 3A zeigt eine Ausführungsform einer Steuerung für die Schaufelstellung von zwei oder mehr Verdichtern von einem Steuerungshandgriff 41 aus unter Zwischenfügung eines hydraulischen Stellmotors 22.

Der Fahrzeugführer kann mit Hilfe dieses Steuerungshandgriffes die Gesamteinstellung irgendeines Verdichters oder mehrerer Verdichter gleichzeitig nach Wahl ändern. Die Verschwenkung einer neigbaren Platte, die durch den Handgriff 41 gesteuert wird, wirkt auf die Induktionsspulen 43 ein, die entsprechende Signale an einen elektronischen Verstärker 44 geben. Dieser Verstärker steuert ein elektromagnetisches Ventil 45» das unter Druck stehendes, aus einem Druckreservoir 46 kommendes Öl auf den doppeltwirkenden Kraftheber 22 verteilt und die Verschiebung des Kolbens 22A in der einen oder der anderen Richtung hervorruft» Der Kolben 22A überträgt seine Bewegung auf die Platte . 47» die zur Steuerung der Stellung der Schaufeln des Verdichters 16 dient. Die Verbindung zwischen der Induktionsspule 43 und dem Verstärker 44 führt Über einen Unterbrecher 48» der sich dann öffnet, wenn der Kolben 22A eine vorbestimmte Stellung passiert. ,

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Selbstverständlich können die Steuersignale, die an das elektromagnetische Ventil gegeben werden, anstelle einer Erzeugung von Hand durch den Steuerungshandgriff 41 auch automatisch erzeugt . werden, z.B. durch die im Kissen nach Pig. 3 untergebrachte Druokmeßvorrichtung 23.

Auch gestattet die Regelung der Einstellung jedes Verdichters 16 durch seinen Stellmotor 22 in Abhängigkeit von dem bei 23 abgetasteten Eissendruck oder in Abhängigkeit von einem anderen Parameter die Ausführung einer Stabilitätssteuerung der Maschine. Wenn sich aufgrund einer zufälligen Ursache der Druck des Kissens ändert, überträgt der Druckmesser 23 diese Anzeige zum Führeretand, wonach der Fahrzeugführer den Steuerungshandgriff 41 betätigt» Anstelle dieser Handbetätigung kann auch eine automatische direkte Betätigung des Stellmotors 22 erfolgen. Durch beide Vorgänge wird die Neigung der Schaufeln des Verdichters 16 geändert, wodurch sich Fördermenge und Druck auch derart ändern, daß der I anfänglichen Druckänderung im Kissen entgegengewirkt wird.

Dank der Anwendung einer unabhängigen Steuerungsvorrichtung 22 für jeden Verdichter 16 mit verstellbarer Schaufel stellung kann man die folgenden Operationen ausführen:

- Änderung der Roll-Lage und der Stampf lage durch Errichtung verschiedener Drücke innerhalb jeder der Schürzen 14;

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- Wiederherstellung dew Null-Lage, wenn die Maschine Windkräften unterworfen ist; "

- Kompensierung des Stampf-Überzlehungsmomentes;

- Wiederherstellung der Null-Lage während des Schiffsbetriebes £ bei Fahrt (Verminderung der hydrodynamischen Belastung);

- Hervorrufen einer Rollneigung durch Differenzieren des Kissendruckes zwischen den beiden Seiten der Maschine, um einen vergrößerten Luftstrom an einer Seite und eine Vergrößerung der hydDdynamisehen Belastung auf der anderen Seite zu erhalten, wodurch zwei Reaktionen entstehen, die folgendes gestatten:

- Steuerung des Quertreibene bei geringer Geschwindigkeit;

™ - Steuerung des Schlingerns bei großer Geschwindigkeit (kein Quertreiben);

- geräuscharme Anlegemanöver ohne Verwendung der Luftschrauben;

- Neigung der Maschine nach vorn derart, daß eine Reaktionskraft nach hinten erhalten wird, was eine Fahrt bei niedriger Geschwindigkeit gestattet, ohne das Vortriebssystem zu benutzen,

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wodurch geringer Verbrauch und eine große Unabhängigkeit bei gewissen Aufgaben erzielt wird;

- Betätigung eines Stabilisierungssystems gegen Rollen und gegen Stampfen der Maschine bei Stillstand und beim Vortrieb in Abhängigkeit von Signalen, die durch ein gedämpftes Pendel zur Kontrolle der Abweichungen von der Senkrechtstellung ge- j

geben werden, wobei die Anzeigen des Pendels verstärkt und korrigiert und danach zur Steuerung der Servomotoren verwendet werden, die auf die Stellung der Verdichterschaufeln einwirken.

Anstelle der Verwendung eines eigenen Verdichters für jedes Kissen, wie dies im vorausgehenden beschrieben ist, kann man mehrere Kissen gleichzeitig und unabhängig voneinander durch einen gemeinsamen Verdichter speisen, wobei die Speisung unabhängig voneinander erfolgt, wie dies in dem weiter oben erwähnten deutschen Patent beschrieben ist* f

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine solche Anordnung mit vier einem Verdichter benachbarten Kissen. Diese Verdichter haben eine zyklische Verstellmöglichkeit für die Schaufeln, wie die Rotoren von Hubschraubern. Selbstverständlich könnte die Plattform mit mehreren Gruppen entsprechend der in den Fig. 4 und 5 dargestellten Gruppe ausgerüstet sein.

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Die gleichen Operationen wie die vorstehend beschriebenen sind auch dadurch ausführbar, daß die zyklische Änderung der Stellung der Schaufeln des Verdichters 16 geeignet gewählt wird, wobei einem oder mehreren Kissen eine bevorzugte Speisung auf Kosten der Speisung eines oder mehrerer anderer Kissen zugeführt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach den Eig. 6, 7 und 8 wird die mit Hilfe von Ventilatoren 16 mit senkrechter Achse und verstellbarer Schaufelstellung gestützte Maschine durch eine oder mehrere Luftschrauben 24 mit waagerechter Achse angetrieben, wobei auch diese Luftschrauben verstellbar sind. Mit W ist die gesamte Stützkraft bezeichnet, die durch die "Verdichter 16 entwickelt wird und mit W* die Vortriebskraft,* die durch Antrieb der Luftschrauben 24 entwickelt wird. Ent- ^ sprechend der vorliegenden Erfindung bewirkt man durch unterschiedliche Regelung der Einstellung der zur Stützung dienenden Verdichter 16 einerseits und der Vortriebs-Luftschrauben 24 andererseits, die Übertragung der Leistung der zur Stützung dienenden Verdichter auf die Vortriebs-Luftschrauben oder umgekehrt gemäß den jeweiligen Betriebsbedingungen eines über Wasser fährenden Luftkissenfahrzeuges.

Bei der Abfahrt wird durch die Verdichter 16 eine Leistung erzeugt,' die größer ist als die Leistung beim Normalbetrieb,

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. um ihre Förderung und damit den Ausströmungsquerschnitt zu vergrößern, um damit eine Verminderung des hydrodynamischen Widerstandes bei bewegter See zu erreichen und so das Faseieren von Wellenbergen und Wellentälern zu erleichtern. Die Leistung wird dann reduziert und auf' die Vortriebs-Luftschrauben 24 übertragen, g

Bei der Bewegung über ruhiges Wasser (siehe Fig» 6) sucht man den besten Kompromiß zwischen Flughöhe und größter Geschwindigkeit.

Beim Betrieb auf unruhiger See (siehe Fig. 7) wird die Flughöhe in Abhängigkeit von der Tiefe der Wellentäler so vergröBert, daß der hydrodynamische Druck klein wird.

Für die Fahrt im schwimmenden Zustand (siehe Fig. 8) könnte die * gesamte Leistung auf die Vortriebs-Luftschrauben übertragen werden.

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Claims (5)

Patentansprüche:

1. luftkissenfahrzeug, das durch mindestens einen Verdichter gespeist wird, der sich im Inneren einer Verkleidung dreht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (16) ein Axialverdichter mit verstellbaren Schaufeln (9) ist, wobei die Einstellung des Verdichters in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Fahrzeuges steuerbar ist.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Druckmeßeinriohtung (23), wobei die Einstellung des Verdichters (16) durch das von der Meßeinrichtung (23) abgegebene Signal steuerbar ist,

3. Fahrzeug nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren Luftkissen» die gleichzeitig und unabhängig voneinander durch aufeinanderfolgende Sektoren des Druoketutzens eines Verdichters gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Verdichtereinstellung zyklisch steuerbar ist, um eine bevorzugte Speisung eines Kissens (14) auf Kosten eines anderen Kissens zu ermöglichen.

4. Fahrzeug nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche mit mehreren verschiedenen luftkissen mit zugeordneten

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Verdichtern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verdichter (16) mit einer eigenen Servosteuerung (22) für seine Einstellung ausgerüstet ist, wobei zwei oder mehr dieser Servosteuerungen einer Differentialsteuerung (41, 42, 43) unterworfen sind.

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5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Servosteuerung einen Steuerungshandgriff (41) aufweist, mit dem die Verdichter (16) unter Zwischenfügung von den Verdich- f tern zugeordneten Generatoren zur Erzeugung von Steuersignalen verschieden steuerbar sind.

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