DE19546374C2 - Stauflügelfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Stauflügelfahrzeug mit zwei vor der Flügelvorderkante schwenkbar angeordneten Triebwerken und einem Heckleitwerk.

Ein derartiges Fahrzeug ist aus der GB-PS 2 120 990 in Form eines Bootes bekannt.

Das bekannte Boot enthält zwei Rümpfe, deren Längsachsen parallel sind. Die Rümpfe sind mittels eines Zentralflügels mit Leitklappen miteinander verbunden. Unter dem Zentralflügel und zwischen den Rümpfen besteht ein zur Seite der Flügelvorderkante offener Raum.

Zur Erhöhung der Aerodynamik des Bootes, nämlich zur Vergrößerung des Verhältnisses der Auftriebskraft zum Stirnwiderstand des Bootes, sind mit Klappen versehene Seitenflügel vorgesehen, die jeweils an einem Rumpf näher zum Heck als der Zentralflügel angebracht sind. Um die Stabilität des Bootes im Reisebewegungszustand sicherzustellen, ist in seinem Heckteil ein Leitwerk angeordnet, das aus zwei vertikalen Streben und einem mit diesen verbundenen horizontalen Stabilisator besteht. Eine Strebe ist jeweils mit einem Rumpf starr verbunden. Vor der Vorderkante des Zentralflügels befindet sich ein Balken, der mit den Rümpfen in Verbindung steht und zwei Zweistromturbinentriebwerke trägt, die um eine zur zentralen Längsebene des Fahrzeuges senkrechte Achse winkelverstellbar sind, was die Richtung des Schubvektors der Triebwerke in der mit der zentralen Längsebene des Bootes zusammenfallenden Vertikalebene zu ändern erlaubt. Der Boden jedes Rumpfes ist starr und zugespitzt ausgebildet.

Bei geringen Fahrtgeschwindigkeiten des bekannten Fahrzeuges wird der von den Zweistromturbinentriebwerken erzeugte Gasstrom in den auf der Seite der Flügelvorderkante offenen Raum geleitet, der nach unten durch die Wasseroberfläche, nach oben und nach hinten durch den Zentralflügel mit seinen abgesenkten Klappen und zu den Seiten hin durch die Rümpfe begrenzt ist. In diesem Raum erfolgt ein Abbremsen des Gasstroms, das von einer Druckzunahme auf die untere Oberfläche des Zentralflügels begleitet wird, wodurch der Auftrieb erzeugt wird. Die horizontale Komponente des Schubvektors gewährleistet die Fortbewegung des Fahrzeuges. Der Auftrieb vermindert den Tiefgang des Bootes. Dies führt zur Verringerung seines hydrodynamischen Widerstandes und zum Anwachsen der Vorwärtsgeschwindigkeit. Bei einem Wert der Vorwärtsgeschwindigkeit, bei dem die Auftriebskraft dem Gewicht des Fahrzeuges gleich wird, erfolgt das Abheben von der Wasseroberfläche. Danach werden die Klappen und Triebwerke in die Ausgangsstellung zurückgeführt, wodurch die horizontale Richtung des Schubvektors für den Reisebewegungszustand sichergestellt wird.

Die konstruktive Ausführung des beschriebenen Fahrzeuges führt zur Erhöhung des relativen Gewichts der Konstruktion und zur Verteuerung des Schiffes infolge der großen Masse des Balkens mit den daran angeordneten Triebwerken und damit auch zu einer großen Masse und hohen Leistung des Antriebs zur Änderung der Schubvektorrichtung.

Die steife Konstruktion des Bodens jedes Rumpfes entzieht dem Fahrzeug amphibische Eigenschaften, d. h. die Fähigkeit, das Festland anzulaufen und sich darauf zu bewegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stauflügelfahrzeug der eingangs angegebenen Art mit verbesserten Starteigenschaften anzugeben.

Die gestellte Aufgabe wird durch ein Stauflügelfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Diese Ausführung des Stauflügelfahrzeuges gewährleistet eine Steigerung seiner Wirtschaftlichkeit durch Verringerung des aerodynamischen Widerstandes und durch Erhöhung der Tragfähigkeit des Flügels sowie durch Verminderung der Masse der Konstruktion infolge der Anordnung des Triebwerkes im Fahrzeugrumpf und der Aufnahme des mechanischen Getriebes im Rumpf und im Hohlraum des Balkens.

Vorzugsweise beträgt der Schwenkwinkel der Propeller 0-80°.

Dies gewährleistet das Arbeiten der Propeller auch bei hohem Wellengang, da durch eine Änderung der Winkellage des Balkens auch die Endabschnitte der Propeller von den Wellenbergen entfernt werden können. Der Schwenkbereich und damit die Lageänderung der Propellerdrehebene hängt mit der Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit beim Anfahren zusammen.

Bei einer Winkellage des Balkens gleich Null liegt die Drehachse jedes Propellers in der Horizontalebene, wobei der von den Propellern entwickelte Schub eine maximale horizontale Komponente und das Fahrzeug eine maximale Fahrtgeschwindigkeit aufweist.

Es ist vorteilhaft, daß unterhalb des Rumpfes eine sich von dessen Bug bis zu seiner Mitte erstreckende aufblasbare Vorrichtung angeordnet ist, wobei die Vorrichtung im aufgeblasenen Zustand unter die durch die unteren Kanten der Seitenschürze gebildete Ebene ragt und von vorn nach hinten sich vergrößernde Querschnitte aufweist.

Hierdurch ist möglich, das Fahrzeug auf einem Gewässer auch bei erhöhtem Seegang einzusetzen. Im aufgeblasenen Zustand schafft die Vorrichtung ein zusätzliches Auftriebsvolumen, das den Tiefgang verringert und die Hecklastigkeit des Fahrzeuges zum Entfernen der Endabschnitte der Propellerblätter von den Wellenbergen vergrößert. Der unaufgeblasene Zustand der Vorrichtung vermindert den hydrodynamischen Bewegungswiderstand des Fahrzeuges.

Die Vorrichtung erhöht auch die Manövrierfähigkeit des Fahrzeuges auf dem Festland, weil sie im aufgeblasenen Zustand einen Abschnitt besitzt, der sich unterhalb einer die unteren Oberflächen der festen Seitenschürzen tangierenden Horizontalebene befindet. Die Oberfläche dieses Abschnittes stellt eine Stütze des Fahrzeuges dar, um die ein Drehen des Fahrzeuges unter der Wirkung einer Differenz von Momenten erfolgt, die von einer vom Fahrzeugführer bewirkten ungleichen Schubkraft der Propeller an Steuer- und Backbord herrührt. Außerdem gewährleistet diese Vorrichtung im entfalteten aufgeblasenen Zustand ein effektives Bremsen des Fahrzeuges auf dem Wasser durch Erhöhung des hydrodynamischen Widerstandes und auf dem Festland durch Vergrößerung der Reibungskraft zwischen Erdoberfläche und Fahrzeug.

Es ist auch vorteilhaft, daß zwei Balken zum Schutz der Propeller vor Beschädigung vorgesehen sind, von denen jeder mit dem Bug des Rumpfes und einer festen Seitenschürze starr verbunden ist.

Hierdurch wird die Betriebszuverlässigkeit erhöht, weil ein Bruch der Propeller beim Zusammenstoß mit in Fahrtrichtung befindlichen Gegenständen ausgeschlossen ist.

Vorzugsweise sind unter dem Flügel in unmittelbarer Nähe des Rumpfes steuer- und backbordseitig einziehbare Fahrwerke mit Rädern hinter dem Massenmittelpunkt des Fahrzeuges in Richtung seines Hecks angeordnet.

Der Einsatz von Fahrwerken mit Rädern erleichtert die Beförderung des Fahrzeuges auf dem Festland bei stillstehendem Triebwerk.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand von konkreten Ausführungsbeispielen unter Bezug auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Stauflügelfahrzeug in Seitenansicht;

Fig. 2 das Stauflügelfahrzeug gemäß Fig. 1 in Draufsicht;

Fig. 3 das Stauflügelfahrzeug gemäß Fig. 1 in Vorderansicht;

Fig. 4 eine Ausführungsvariante eines Stauflügelfahrzeuges in Seitenansicht und in schematischer Darstellung;

Fig. 5 die Ausführungsvariante gemäß Fig. 4 in Vorderansicht;

Fig. 6 eine andere Ausführungsvariante eines Stauflügelfahrzeuges in Draufsicht und in schematischer Darstellung;

Fig. 7 die Ausführungsvariante gemäß Fig. 6 in Vorderansicht;

Fig. 8 eine weitere Ausführungsvariante eines Stauflügelfahrzeuges in Draufsicht und in schematischer Darstellung;

Fig. 9 die Ausführungsvariante gemäß Fig. 8 in Vorderansicht.

Das in Fig. 1 dargestellte Stauflügelfahrzeug enthält einen Rumpf 1 (Fig. 1), in dessen Mitte 1a und Heck 16 (Fig. 2) ein Flügel 2 kleiner Streckung, z. B. 0,8, mit Klappen 3 zur Auftriebserzeugung angeordnet ist. Im Heck 1b des Rumpfes 1 befindet sich ein Leitwerk 4 zur Gewährleistung der Fahrzeugstabilität. Das Leitwerk 4 besteht aus einem horizontalen Stabilisator 5 zur Gewährleistung der Längsstabilität und zwei geneigten Seitenstreben 6 zur Gewährleistung der Kursstabilität des Fahrzeuges, die mit dem Stabilisator 5 und dem Heck 1b des Rumpfes 1 starr verbunden sind. Für die Kurssteuerung sind zwei Seitenruder 7 (Fig. 1) vorgesehen, von denen jedes mit einer Seitenstrebe 6 gelenkig verbunden ist. Zur Begrenzung eines Luftkissens 8 (Fig. 3) sind im Fahrzeug zwei feste Seitenschürzen 9 vorgesehen, von denen jede im Endabschnitt des Flügels 2 angeordnet, mit ihm starr verbunden und auf der Seite einer Auflagefläche 10, beispielsweise der Oberfläche eines Gewässers, mit einem Druckluftballon 11 versehen ist, der mit einem (nicht gezeichneten) Luftgebläse in Verbindung steht und auf der Außenfläche Gleitstufen 12 (Fig. 1) aufweist, die die Entstehung eines Unterdrucks an der Oberfläche der Druckluftballons 11 beim Gleiten des Fahrzeuges verhindern. Die Druckluftballons 11 sind aus einem elastischen Material hergestellt und dienen zur Bewegung des Fahrzeuges auf dem Festland. Als Mittel zur Schuberzeugung sind zwei Propeller 13 verwendet, die symmetrisch zur Mittschiffsebene des Fahrzeuges vor der Vorderkante 2a (Fig. 2) des Flügels 2 angeordnet sind.

Die (nicht dargestellten) Lager der Wellen zum Drehen der Propeller 13 sind an einem Balken 14 starr befestigt, der hohl ausgebildet und mit dem Rumpf 1 im Bereich seines Bugs 1c gelenkig verbunden ist. Der Balken 14 ist mit einem (nicht dargestellten) Mittel zur Änderung seiner Winkellage in bezug auf seine zur Mittschiffsebene des Fahrzeuges senkrechte Längsachse 15 versehen. Die Winkellage der Drehebene 13b (Fig. 1) der Propeller 13 bildet mit der Drehebene 13a der Luftschraube 13 in ihrer Ausgangsstellung, die der Anordnung der Drehachse 0₁-0₁ (Fig. 2) der Propeller 13 in der Horizontalebene entspricht, einen Winkel α (Fig. 1). Der Winkel α liegt in der Vertikalebene und verändert sich im Bereich von etwa 80 bis 0° in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, gesehen von der Backbordseite des Fahrzeuges aus. Der genannte Änderungsbereich der Winkellage der Drehebene der Propeller 13 hängt mit der Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeuges von Null bis zur Höchstgeschwindigkeit beim Anfahren zusammen. Bei der Winkellage des Balkens 14 (Fig. 2) gleich Null liegt die Drehachse 0₁- 0₁ der Propeller in der Horizontalebene. Dabei hat der von den Schrauben 13 entwickelte Schub eine maximale horizontale Komponente und das Fahrzeug weist eine maximale Fahrtgeschwindigkeit auf. Das Drehwerk 16 der Wellen der Propeller 13 besteht aus einem Antrieb 17 und einem mechanischen Getriebe 18. Der Antrieb 17 ist im Rumpf 1 vor dem Massenmittelpunkt 19 in Richtung zum Bug 1c des Rumpfes 1 untergebracht. Das mechanische Getriebe 18 ist im Bug 1c des Rumpfes 1 und im Hohlraum des Balkens 14 angeordnet.

Das Stauflügelfahrzeug gemäß der Erfindung arbeitet folgendermaßen.

Vor dem Beginn der Bewegung des Fahrzeuges auf dem Wasser entfernt man die Endabschnitte der Blätter jedes Propellers 13 (Fig. 1) maximal von der Wasseroberfläche, wozu man die Winkellage des Balkens 14 (Fig. 2) verändert. Dies führt zur Änderung der Lage 13b der Drehebene jedes Propellers 13 (Fig. 1) in bezug auf die Ausgangsstellung 13a der Drehebene, bei der die Drehachse 0₁-0₁ (Fig. 2) der Propeller 13 in der Horizontalebene liegt, um einen in der Vertikalebene liegenden Winkel α (Fig. 1), der ungefähr 80° gleich ist und im Uhrzeigersinn - gesehen von der Backbordseite des Fahrzeuges - gemessen wird. Bei der Lage 13b der Drehebene jedes Propellers 13 sind seine Blätter maximal von der Wasseroberfläche entfernt. Man läßt den Antrieb 17 (Fig. 2) an und versetzt die Propeller 13 mittels des mechanischen Getriebes 18 in Umdrehungen. Des weiteren senkt man die Klappen 3 des Flügels 2 ab und ändert die Winkellage des Balkens 14 so, daß sich der Winkel α auf einen Wert verringert, bei welchem der von den Propellern erzeugte Luftstrom unter den Flügel 2 in ein durch den Flügel 2 selbst, die abgesenkten Klappen 3 und die festen Seitenschürzen 9 gebildetes kuppelförmiges Gewölbe geleitet wird.

In dem Gewölbe wird der Luftstrom abgebremst, wodurch eine Auftriebskraft erzeugt wird, die den Tiefgang des Fahrzeuges verringert. Das Fahrzeug setzt sich unter der Wirkung der horizontalen Schubkomponente in Bewegung. Die Fortbewegung des Fahrzeuges erfolgt unter der Wirkung der horizontalen Schubkomponente der Propeller. Wenn das Fahrzeug einen Geschwindigkeitswert erreicht, bei dem die aerodynamische Kraft am Flügel dem Fahrzeuggewicht gleich wird, hebt es von der Wasseroberfläche ab. Zur Erhöhung seiner Geschwindigkeit auf die Reisegeschwindigkeit ändert man wieder die Winkellage des Balkens 14 so, daß die Drehebene der Schrauben 13 die Ausgangsstellung 13a einnimmt, bei der die Drehachse 0₁-0₁ (Fig. 2) jedes Propellers in der Horizontalebene liegt, was α = 0 entspricht, und der von den Schrauben 13 entwickelte Schub eine maximale horizontale Komponente aufweist.

Zur Überführung des Fahrzeuges in den Zustand des Bremsens und zur Wasserung vermindert man den von den Propellern 13 entwickelten Schub durch Verringerung ihrer Drehzahl und senkt die Klappen 3 ab. Um die Endabschnitte der Propellerblätter vom Wasser zu entfernen, ändert man die Winkellage des Balkens 14 wie vorstehend beschrieben, und die Drehebene jedes Propellers 13 nimmt eine Lage ein, die der Lage 13b der Drehebene entspricht. Es erfolgt eine Verminderung der Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges durch die Wirkung des aerodynamischen Widerstands, der die Schubkraft übersteigt. Das Fahrzeug berührt das Wasser und wird durch die Kraftwirkung des hydrodynamischen Widerstandes gebremst. Für die weitere Bewegung des Fahrzeuges auf seichtem Wasser und für dessen Anlaufen des Festlandes vergrößert man den von den Propellern entwickelten Schub und ändert die Lage der Schraubendrehebenen, um den Luftstrom, welcher ein Luftkissen erzeugt, unter den Flügel zu leiten, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Ein durch den Luftstrom erzeugter Auftrieb hebt das Fahrzeug an und vermindert dabei die Kraft der Reibung der Druckluftballons der festen Seitenschürzen am Boden. Die Bewegung des Fahrzeuges im Gelände erfolgt unter der Wirkung der horizontalen Schubkomponente. Das erfindungsgemäße Fahrzeug kann auf einem Gewässer auch bei erhöhtem Seegang betrieben werden.

Dazu ist in der Fahrzeugkonstruktion eine selbstentfaltende aufblasbare Vorrichtung 20 (Fig. 4, 5) vorgesehen, die am Rumpf 1 auf der zur Auflagefläche 10 gekehrten Seite angebracht ist, vom Bug 1c des Rumpfes 1 etwa bis zu dessen Mitte 1a sich erstreckt und im entfalteten Zustand in Vertikalrichtung stetig vergrößernde Querschnitte aufweist, welche einen Abschnitt bilden, dessen Oberfläche 21 unterhalb einer die unteren Oberflächen der Druckluftballons 11 der festen Seitenschürzen tangierenden Horizontalebene 22 gelegen ist.

Die Vorrichtung 20 stellt eine aufblasbare Kammer aus elastischem Material dar, die mit einem (nicht dargestelltem) Luftgebläse verbunden ist. Die genannte Vorrichtung ist im zusammengelegten Ruhezustand an den Rumpf 1 angepreßt.

Das Fahrzeug arbeitet ähnlich wie oben angeführt. Der Unterschied besteht darin, daß zum Entfernen der Endabschnitte der Blätter der Propeller 13 von den Wellenbergen in die Kammer der Vorrichtung 20 vom Gebläse Luft zugeführt wird. Diese Vorrichtung schafft ein zusätzliches Volumen, das den Tiefgang verringert und die Hecklastigkeit des Fahrzeuges vergrößert. Erreicht das Fahrzeug eine Geschwindigkeit, bei der die Größe des hydrodynamischen Widerstandes der Größe des von den Propellern 13 entwickelten Schubs gleich ist und die Auftriebsbeschleunigung gleich O ist, wird die Vorrichtung 20 zusammengelegt. Im zusammengelegten Zustand ist die Vorrichtung an den Rumpf 1 angepreßt, wodurch der hydrodynamische Widerstand abnimmt, das Fahrzeug sich beschleunigt weiterbewegt und eine Geschwindigkeit erreicht, bei der die aerodynamische Kraft am Flügel dem Fahrzeuggewicht gleich wird und das Abheben von der Wasseroberfläche erfolgt.

Überdies erhöht die Vorrichtung 20 die Manövrierfähigkeit des Fahrzeuges auf festem Land. Unter der Wirkung einer Differenz von Momenten, die von einer vom Fahrzeugführer bewirkten ungleichen Schubkraft der Propeller an Steuer- und Backbord herrührt, wird das Fahrzeug in bezug auf eine durch die Oberfläche 21 gebildete Stütze gedreht.

Eine Ausführungsvariante eines Stauflügelfahrzeuges ist in den Fig. 6 und 7 dargestellt.

Die konstruktive Ausführung des Fahrzeuges ist ähnlich wie oben angeführt. Der Unterschied besteht in der Verwendung eines Mittels zum Schutz der Propeller 13 gegen Beschädigung beim Zusammenstoß mit in Fahrtrichtung befindlichen Gegenständen. Das Schutzmittel stellt zwei Balken 23 dar, von denen jeder mit dem Bug 1c des Rumpfes 1 und dem Vorderende der festen Seitenschürze 9 starr verbunden ist.

Das Fahrzeug arbeitet ähnlich wie oben angeführt.

Zur leichteren Beförderung des Fahrzeuges auf dem festen Land bei stillstehendem Triebwerk ist eine Ausführungsvariante in den Fig. 8 und 9 dargestellt.

Die konstruktive Ausführung dieses Fahrzeuges ist ähnlich wie oben angeführt. Der Unterschied besteht darin, daß am Flügel 2 (Fig. 8) auf der Seite, die der Auflagefläche 10, beispielsweise dem festen Land, zugekehrt ist, in unmittelbarer Nähe des Rumpfes 1 symmetrisch steuer- und backbordseitig Fahrwerke 24 mit Rädern hinter dem Massenmittelpunkt 19 des Fahrzeuges in Richtung seines Hecks 1b angeordnet sind. Die Fahrwerke 24 mit Räder stehen mit einer (nicht dargestellten) Vorrichtung zu ihrem Ausfahren und Einziehen ins Innere des Flügels 2 in kinematischer Verbindung. Das vorstehend beschriebene Fahrzeug arbeitet ähnlich wie oben angeführt.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug befördert bei einer Triebwerkleistung von 230 PS fünf Passagiere über eine Entfernung bis zu 600 km bei einer Geschwindigkeit von 150 km/h.

Das Fahrzeug ist bei 0,8 m Wellenhöhe und beim Anlaufen eines Ufers mit bis zu 7° Neigung zuverlässig im Betrieb.

Claims (6)

1. Stauflügelfahrzeug mit zwei vor der Flügelvorderkante (2a) schwenkbar angeordneten Triebwerken und einem Heckleitwerk (4), dadurch gekennzeichnet, daß es einen mittig angeordneten Rumpf (1) und zwei feste Seitenschürzen (9) aufweist, wobei die Propeller (13) der Triebwerke fest an einem schwenkbaren hohlen Balken (14) und der Antrieb (17) der Triebwerke im Rumpf (1) hinter den Propellern (13) und vor dem Massenmittelpunkt (19) des Fahrzeuges angeordnet sind.

2. Stauflügelfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkwinkel (α) der Propeller (13) 0-80° beträgt.

3. Stauflügelfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Rumpfes (1) eine sich von dessen Bug (1c) bis zu seiner Mitte (1a) erstreckende aufblasbare Vorrichtung (20) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (20) im aufgeblasenen Zustand unter die durch die unteren Kanten der Seitenschürze (9) gebildete Ebene (22) ragt und von vorn nach hinten sich vergrößernde Querschnitte aufweist.

4. Stauflügelfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Balken (23) zum Schutz der Propeller (13) vor Beschädigung vorgesehen sind, von denen jeder mit dem Bug des Rumpfes (1) und einer festen Seitenschürze (9) starr verbunden ist.

5. Stauflügelfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Flügel (2) in unmittelbarer Nähe des Rumpfes (1) steuer- und backbordseitig einziehbare Fahrwerke (24) mit Rädern hinter dem Massenmittelpunkt (19) des Fahrzeuges in Richtung seines Hecks (1b) angeordnet sind.

6. Stauflügelfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenschürze (9) im Endabschnitt des Flügels (2) zur Seite der Auflagefläche (10) mit einem aus einem elastischen Material hergestellten Druckluftballon (11) versehen ist.