DE19806462A1 - Konstruktive Elemente zur Verbesserung des Auf- und Vortriebs von Luft- und Wasserfahrzeugen - Google Patents

Description

1. Einführung 1.1. Problematik und Zielsetzung

Der Auftrieb von Wasserfahrzeugen ist unproblematisch, weil durch entsprechende Formgebung des festen Körpers leicht eine ausreichend große Verdrängung erzielt werden kann. Bei Luftfahrzeugen, deren Dichte insgesamt geringer ist als die der Luft, ist ebenso automatisch ausreichender Auftrieb gegeben. Bei Luftfahr­ zeugen, deren Dichte insgesamt größer ist als die der Luft, muß Auftrieb auf andere Weise erzeugt werden. Zielsetzung dieser Erfindung ist, den Wirkungsgrad konstruktiver Elemente zur Erzeugung des Auftriebs dieser Luftfahrzeuge zu verbessern.

Die Bewegung fester Körper in einem Fluid bewirkt Widerstand, welcher abhängig ist von seiner Querschnitts­ fläche, seiner Formgebung wie seiner Geschwindigkeit. Zum Vortrieb des festen Körpers im Fluid sind ent­ sprechende Antriebskräfte erforderlich, welche eine Beschleunigung des Fluids relativ zum festen Körper zu bewirken haben. Die Überführung von Energie in Bewegung eines Fluids ist problematisch Zielsetzung dieser Erfindung ist, den Wirkungsgrad dieses erforderlichen Vortriebes zu verbessern.

Zielsetzung dieser Erfindung ist auch die erforderlichen Maßnahmen des Auf- wie des Vortriebs in optimaler Weise zu kombinieren.

1.2. Basis und Begriffe

Die Erfindung "Konstruktive Elemente zur Verbesserung des Fluidstroms in Rohren" behandelt die Fluid­ strömungen innerhalb fester Körper, sie wird im folgenden als "Rohrerfindung" bezeichnet. Die Erfindung "Konstruktive Elemente zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Arbeits- und Kraftmaschinen" behandelt die Erzeugung und Nutzung von Fluidströmungen innerhalb fester Körper, sie wird im folgenden als "Maschinen­ erfindung" bezeichnet. Diese Erfindung hier behandelt die Bewegung fester Körper in einem Fluid. Sie basiert zum Teil auf Erkenntnissen und konstruktiven Elementen obiger Rohrerfindung wie obiger Maschinenerfindung.

In den vorgenannten Erfindungen wurde als "hinten" stets die Richtung der Herkunft eines Fluidstromes bezeichnet und als "vorn" die Richtung, in welche der Fluidstrom prinzipiell fließt. "Hinten" bezeichnete dort den Einlaufbereich von Maschinen und "vorn" deren Auslaufbereich. Diese Begriffe werden auch hier in diesem Sinne verwendet. Im Gegensatz dazu wird hier als "achtern" bzw. "achterlich" die Richtung bezeichnet, aus welcher das Fahrzeug kommt und als "voraus" bzw. "vorlich" die Richtung bezeichnet, in welche das Fahrzeug im Prinzip sich hin bewegt bzw. bewegen soll. Als "Flugzeug" werden im weiteren nur solche Luftfahrzeuge bezeichnet, deren Dichte insgesamt größer ist als die der Luft. Als "Schiff" werden Wasserfahrzeuge bezeichnet, als "Fahrzeuge" werden obige Flugzeuge wie Schiffe bezeichnet. Als "ruhendes Fluid" wird im folgenden das Fluid der normale Umgebung bezeichnet, im Gegensatz also zu "Fluidströmen" oder "Fluidströmung", welche durch technische Einrichtungen beschleunigt wurden.

2. Physikalische Grundlagen 2.1. Widerstand

Die Bewegung eines Fahrzeuges im Fluid erzeugt Widerstand. Dieser ergibt sich einerseits aus der Reibung des Fluids an der Oberfläche des Fahrzeuges. Dieser Reibungswiderstand kann minimiert werden durch möglichst strömungsgünstige Formgebung, möglichst kleine "benetzte" Oberfläche sowie möglichst reibungsarme Struktur der Oberfläche. Wesentlicher jedoch ist der Widerstand durch die erforderliche Verdrängung des Fluids. Die Menge Fluid, welcher der größten Querschnittsfläche der Verdrängung des Fahrzeuges entspricht, muß senk­ recht zur Bewegungsachse im vorlichen Bereich des Fahrzeuges vom Fahrzeug weg bewegt werden wie auch im achterlichen Bereich des Fahrzeuges wieder in seine vorige Lage zurück bewegt werden.

Bei der dadurch verdrängten Luftmenge ergibt sich im vorlichen Bereich des Flugzeuges eine Verdichtung der Luft, welche eine Entspannung der Luft im achterlichen Bereich des Flugzeuges folgt. Durch die Kompression ergibt sich eine Druckwelle, welche sich ausbreitet. Zumindest Teile dieser Druckenergie gehen damit dem System verloren. Wenn der Vortrieb, und in Kombination damit auch der Auftrieb, von Flugzeugen verbessert werden soll, dann müssen entsprechende konstruktive Elemente geeignet sein, zumindest einen Teil dieser ansonsten verlorenen Druckenergie zurück zu gewinnen.

Bei einer verdrängten Wassermenge kann keine Kompression statt finden. Die verdrängte Wassermenge kann zunächst nur nach oben über die normale Wasseroberfläche ausweichen und dann seitwärts abfließen in Form einer Wasserwelle. Bei einem Schiff in Bewegung ist also stets eine Anhebung einer Wassermenge erforderlich, bevor diese durch Gravitationskraft seitlich abfließen kann. Zudem entsteht bei Schiffen in Bewegung im achterlichen Bereich ein Sog, wenn nicht entsprechende Wassermengen hinter das Schiff zurück fließen können. Dieses Zurückfließen ist keinesfalls automatisch gegeben, weil sich die Wasserwelle ausbreitet. Zumindest Teile der Energie dieser Wasserwelle gehen damit dem System verloren. Wenn der Vortrieb, und in Kombination damit auch der Auftrieb, von Schiffen verbessert werden soll, dann müssen entsprechende konstruktive Elemente geeignet sein, zumindest einen Teil dieser, ansonsten verlorenen, kinetischen Energie der Wasserwelle zurück zu gewinnen.

Bei Schiffen in Bewegung muß also in der Zeiteinheit die der Geschwindigkeit und der maximalen Unterwasser­ querschnittsfläche des Schiffes entsprechende Wassermenge von vorlich zum Schiff nach achterlich zum Schiff transportiert werden. Im Prinzip kann dieser Transport nur über der normalen Wasseroberfläche erfolgen, diese Wassermenge muß also angehoben werden, um danach wieder abfließen zu können. Die Fließgeschwindigkeit von Wassermengen ist begrenzt, z. B. in Abhängigkeit obiger Anhebung.

Es ergibt sich daraus, daß die Geschwindigkeit eines Schiffes nicht höher sein sollte als es dieser Fließ­ geschwindigkeit entspricht, wenn ein bestmöglicher Wirkungsgrad beim Vortrieb erzielt werden soll. Zielsetzung dieser Erfindung ist also nicht vorrangig eine maximale Geschwindigkeit von Schiffen, sondern einen möglichst ökonomischen Bewegung von Schiffen zu erreichen.

2.2. Auftrieb

Der Auftrieb von Schiffen ist unproblematisch. Allerdings ist darauf zu achten, daß die zur Erzielung der Geschwindigkeit erforderliche Bewegung von Wasser dergestalt erfolgt, daß damit eine möglichst geringe Verdrängung und/oder eine möglichst geringe benetzte Fläche erreicht wird. Dieses wird durch diverse Schiffstypen und die Gestaltung des Unterwasserschiffes in bekannter Weise vielfach erreicht.

Obiger erforderliche Transport von Wassermengen aus dem vorlichen in den achterlichen Bereiches eines Schiffes kann allerdings auch durch eine Beschleunigung dieser Wassermengen gegen die Fahrtrichtung des Schiffes erfolgen. Die konstruktiven Elemente zur Erzeugung des Auftriebs eines Schiffes sollten darum so beschaffen sein, daß zugleich dieser erforderliche Transport von Wassermengen begünstigt wird.

Bei Segelyachten, aber auch bei Motoryachten in Verdränger- oder Halbgleiterbauweise, ist z. B. typisch, daß vorlich die Bugwelle ausgebildet wird, mittschiffs ein Wellental gegeben ist und achterlich wiederum der Wellenberg das Wasser zurück hinter das Heck des Schiffes transportiert. Gerade mittschiffs ist damit ein relativ geringer Auftrieb gegeben, obwohl dort die eigentliche "Verdrängung" schon stattgefunden hat und das Schiff seinen größten Querschnitt aufweist. Das Schiff liegt durch diesen nicht genutzten Auftrieb mittschiffs insgesamt tiefer im Wasser als erforderlich. Die konstruktiven Elemente zur Erzeugung des Auftriebs eines Schiffes sollten darum so beschaffen sein, daß der Auftrieb im vorlichen Bereich des Schiffes nicht unnötig hoch ist.

Der Auftrieb von Flugzeugen ist problematisch und muß durch entsprechende konstruktive Elemente "künstlich" erzeugt werden. Erreicht wird dieses durch Profilierung der Tragflächen, wobei als Vorbild die Flügel von Vögeln dienten. Es gibt diverse Erklärungen zur Wirkungsweise dieser Tragflächen. Die hier vertretene Ansicht wurde bereits in der Maschinenerfindung dargestellt und ist nachfolgend nochmals kurz erläutert.

Entscheidend ist, daß auf der Unterseite der Tragfläche ein höherer Druck gegeben ist als auf deren Oberseite. Erreicht wird dieses durch unterschiedliche Bewegungsrichtungen der Luft unter der Tragfläche gegenüber den Bewegungen der Luft über der Tragfläche. Unter der Tragfläche kann die Luft als nahezu ruhend betrachtet werden. Auf die Unterseite der Tragfläche wirkt damit der normale Luftdruck. Dieser äußert sich indem die Luftmoleküle aufgrund der normalen Molekularbewegung auf die Unterseite der Tragfläche prallen, in Summe senkrecht zu dieser.

Auf der Oberseite der Tragfläche sind der normalen Molekularbewegung zusätzliche Bewegungskomponente aufgeprägt. Diese Bewegung ist im vorlichen Bereich der Tragfläche zunächst nach oben gerichtet, erzeugt eine Verdichtung der Luft bzw. eine Druckwelle nach oben. Diese Druckwelle wird reflektiert und trifft aufgrund der Vorwärtsbewegung in einem achterlicheren Bereich der Tragfläche wieder auf, allerdings verzögert durch die dort geringere Profilhöhe. Nicht alle nach oben abgelenkten Luftmoleküle treffen also später wieder nach unten gerichtet auf die Oberseite der Tragfläche. Zudem erzeugt die achterlich geringer werdende Profilhöhe in der Vorwärtsbewegung einen Bereich geringerer Dichte. Aufgrund der normalen Molekularbewegung werden Moleküle zufällig in Richtung dieses Bereiches gestoßen. Sie können in diese Richtung relativ lang ohne Kollision mit anderen Molekülen sich bewegen. In Summe fließt also diese Molekularmenge in achterliche Richtung, ist der normalen Molekularbewegung diese Bewegungskomponente aufgeprägt. Damit verringert sich die Häufigkeit von Kollisionen zwischen Molekülen senkrecht zu dieser Bewegungsrichtung. Auf den achterlichen Bereich der Tragfläche prallen damit weniger Moleküle senkrecht von oben als von unten auf.

Auftrieb kann also nur erreicht werden, wenn die Häufigkeit des senkrechten Aufpralls von Molekülen auf der Oberseite der Tragflächen geringer ist als auf der Unterseite. Dieses wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß auf der Oberseite der Tragfläche der normalen Molekularbewegung eine Bewegungskomponente nach oben aufgeprägt wird oder eine nach achtern gerichtete Bewegungskomponente.

Der Druckunterschied kann aber auch einfach dadurch erzeugt werden, daß die Tragfläche gegen die Flug­ richtung angestellt wird. Auf der Unterseite ergibt sich damit ein Stau, d. h. eine höhere Dichte der Luft und daraus resultierend relativ häufiges Aufprallen der Moleküle auf die Unterseite. Auf der Oberseite ergibt sich ein Sog mit oben beschriebenem Effekt relativ seltenen Aufpralls von Molekülen auf die Oberseite. Die Anstellung darf allerdings nicht so steil sein, daß damit die Vorwärtsbewegung zu stark abgebremst wird, damit der Luftstau unter der Tragfläche geringer wird und damit der Aufprall der Moleküle nunmehr eine geringe Kraftkomponente nach oben aufweisen. Bei zu starker Anstellung weist auch die Luftströmung auf der Oberseite der Tragfläche keine bevorzugte Richtung mehr auf, sondern wird durch turbulente Strömung wieder der normale Luftdruck normaler Molekularbewegung wirksam.

Flugzeuge konventioneller Bauart orientieren sich prinzipiell noch immer am Vorbild des Vogels. Segel­ flugzeuge erreichen dabei bessere Wirkungsgrade als Vögel, allerdings begrenzt auf den Gleitflug. Aber auch Motorflugzeuge werden konventionell nach dem Vorbild der Vögel konzipiert, hinsichtlich gesamter Erschein­ ung, hinsichtlich der Tragflächen wie in übertragenem Sinne auch der Propellerflügel. Motorflugzeuge erzeugen allerdings ihren Vortrieb wie die Energie des Auftriebs anders als Vögel. Dieser wesentliche Unterschied müßte logischerweise zu völlig anderen konstruktiven Lösungen führen. Es ist beispielsweise einfach, auf der Unter­ seite eines Flugzeuges eine erhöhte Dichte der Luft zu erzeugen. Zur Erzeugung eines Soges auf der Oberseite eines Flugzeuges ist beispielsweise keine Profilierung erforderlich, sondern bewirkt eine Beschleunigung der Luft in achterliche Richtung den gleichen Effekt. In dieser Erfindung werden diverse konstruktive Elemente vorgestellt, welche Auftrieb nicht mit konventionellen Tragflächen erzeugen und Maßnahmen des Vortriebs so einsetzen, daß damit zugleich Auftrieb erreicht wird und zugleich der Widerstand reduziert wird.

2.3. Vortrieb

Der Vortrieb von Fahrzeugen im Fluid ist problematisch, weil die Fähigkeit des Fließens der Fluide eine Übertragung der kinetischen Energie fester Körper auf ein Fluid nur mit Verlust zuläßt. In der Maschinen­ erfindung wurden dazu bereits prinzipielle Überlegungen dargelegt und entsprechende konstruktive Lösungen dargestellt. Auf diese wird hier Bezug genommen. Ergänzend wird hier die Problematik konventionelle Propeller wie der Übertragung eines Impulses auf ein Fluid aufgezeigt und es werden entsprechende konstruktive Prinzipien daraus abgeleitet.

Durch einen Propeller wird einerseits ein Sog auf das Fluid ausgeübt. Ein Sog in einem Fluid ist nur dann produktiv, wenn daraus eine anhaltend gleichgerichtete Strömung sich ausbilden kann. Bei Propellern erfolgt die Sogwirkung auf das vorliche Fluid in aller Regel abrupt, also wirkungslos bzw. mit den Erscheinungen der Kavitation verbunden.

Bei Propellern wird andrerseits ein Druck auf das Fluid ausgeübt. Der Druck pflanzt sich mit hoher Geschwind­ igkeit in alle Raumrichtungen gleichermaßen aus. Wenn das Fluid nach der Ausübung des mechanischen Drucks in seiner Bewegungsrichtung nicht zweckentsprechend geleitet wird, bildet sich sofort eine turbulente Strömung aus. Die erzeugte Geschwindigkeit des Fluids weist dann in unterschiedlichste Richtungen und ist hinsichtlich des Vortriebs in ein bestimmte Richtung relativ wertlos.

Bei Propellern wird neben der Bewegung von Fluid in axiale Richtung, also in achterlicher Richtung stets auch eine Rotationsbewegung erzeugt. Diese Bildung eines Dralls erfordert Energie. Wenn dieser Drall anschließend nicht wieder vollkommen aufgestellt wird, ist dieser Energieanteil für das System verloren.

Bei Propellern ergibt sich stets auch eine Bewegung in zentrifugaler Richtung. Wenn diese Bewegungs­ komponente nicht in achterliche Richtung umgelenkt wird, ist dieser Energieanteil für das System verloren.

Bei Propellern wird ein starrer Wirbel ausgebildet. Ein Potentialwirbel bzw. Potentialdrallströmung sind vorteil­ haftere Bewegungsformen aufgrund deren Eigendynamik und Effekten der Selbstorganisation. Wenn diese Bewegungsformen nicht eingesetzt werden, wird das Potential der normalen Molekularbewegung nicht genutzt.

Mechanische Energie kann so eingesetzt werden, daß dabei ein Fluid nahezu ausschließlich in eine Rotations­ bewegung versetzt wird, z. B. wenn die Schaufeln im äußeren Bereich des Rotors nahezu in radiale Richtung weisen. Theoretisch ist dieses die einzige zu erzielende Bewegungsform, bei welcher die eingesetzte mechanische Energie nahezu vollkommen in kinetische Energie des Fluids übertragen werden kann.

Propeller konventioneller Bauarten weisen also diverse Nachteile auf. In dieser Erfindung werden diverse konstruktive Elemente dargestellt, welche mechanische Energie in Bewegungsenergie eines Fluids in optimaler Weise Umsetzen können.

Aufgrund des Impulssatzes wird unterstellt, daß durch die Bewegung von Fluid in achterliche Richtung automatisch ein entsprechender Vortrieb gegeben ist. Dieses ist detaillierter zu betrachten.

Bereits in der Maschinenerfindung wurde angesprochen, welcher Art die Druckwirkung eines Fluids auf einen festen Körper ist und besonders, welche Bewegungsabläufe dabei im molekularen Bereich gegeben sind. Auf diese Darstellungen wird verwiesen. Hier wird ergänzend dargestellt, in welcher Weise der Druck bzw. die Bewegungsenergie des Fluids hinsichtlich des Vortriebs wirkt. Dabei ist prinzipiell gleichwertig, ob die Bewegung des Fluids durch konstruktive Elemente entsprechend eines herkömmlichen Propellers oder durch eine Konstruktion entsprechend eines Strahltriebwerkes gegeben ist.

Ein Fahrzeug in Ruhe ist der normalen Molekularbewegung ausgesetzt, vorn wie achtern ist der gleiche Druck gegeben. Auf ein Fahrzeug in Vorwärtsbewegung prallen vorn Moleküle häufiger auf als achterlich, was den fortgesetzten Widerstand gegen die Vorwärtsbewegung ergibt. Umgekehrt verhält es sich, wenn in einem Fahrzeugteil ein Bereich hohen Drucks bzw. hoher Geschwindigkeit eines Fluids gegeben ist und ein Abfließen dieses Fluids nach achtern möglich ist. Dieses Abfließen in achterliche Richtung wird im folgenden als "Flucht­ strahl" mit "Fluchtgeschwindigkeit" in "Fluchtrichtung" bezeichnet. Es prallen dabei auf eine vorliche Wandung die Moleküle mit entsprechend hoher Geschwindigkeit aufs während ein Aufprall auf eine achterliche Wandung nicht gegeben ist. Diese Druckdifferenz ergibt den Vortrieb.

Zu beachten ist nun allerdings, daß der normalen Molekularbewegung im Fluchtstrahl die Bewegung in Flucht­ richtung mit Fluchtgeschwindigkeit aufgeprägt ist. Ein wesentlicher Anteil aller Moleküle bewegt sich dabei gleichförmig in Fluchtrichtung. Es kommt dabei nur relativ selten zu Kollisionen zwischen diesen Molekülen. Die Moleküle haben nicht alle gleiche Geschwindigkeit. Vorliche, schnellere Moleküle kollidieren mit achterlichen, langsameren Molekülen. Wenn vereinfachend unterstellt wird, daß sich beide Moleküle in gleiche Richtung bewegen, tauschen sie ihre Geschwindigkeit aus, wirksam ist allerdings nur die Geschwindigkeits­ differenz. In vorliche Richtung entsteht damit nur eine Bewegung mit dieser Geschwindigkeitsdifferenz. Und aufgrund der relativ seltenen Kollisionen der Moleküle des Fluchtstrahls untereinander ist diese Bewegung in vorliche Richtung zudem relativ selten. Im Fluchtstrahl bzw. auf die vorlichen Wandungen seiner Herkunft ist damit praktisch die Druckkomponente normaler Molekularbewegung nicht gegeben. Es ist logisch, daß die Wirkung des Fluchtstrahls höher wäre, wenn innerhalb dessen eine höhere, entgegengesetzte Druckbewegung, z. B. entsprechend normaler Molekularbewegung in vorliche Richtung gegeben wäre.

Diese Bewegungskomponente in vorliche Richtung kann entstehen, wenn Moleküle des umgebenden, ruhenden Fluids in nahezu vorliche Richtung sich bewegend mit Molekülen an der Oberfläche des Fluchtstuhls kollidieren. Aber gerade dort wird sich bei einem scharf gebündelten Fluchtstrahl eine Grenzschicht ausbilden, welche vergleichbar ist zur Rollschicht der Basiserfindung. Es kommt also darauf an, die Oberfläche des Fluchtstrahls einerseits zu vergrößern, andrerseits so zu gestalten, daß eine möglichst große Reibung entsteht. Nachfolgendes Beispiel kann dieses verdeutlichen.

Ein runder Fluchtstrahl mit einem Durchmesser von 30 cm weist eine Fläche rund 700 cm² und einen Umfang von etwa 100 cm auf. Wenn dieser Fluchtstrahl mit rechteckigem Querschnitt austritt mit einer Breite von z. B. nur 7 mm, also praktisch eine Düse mit länglichem Querschnitt bilden würde, so wäre seine Oberfläche rund 20-mal größer. Die Ausbildung einer Grenzschicht an dieser Oberfläche könnte zudem beeinträchtigt werden, indem dieser Fluchtstrahl auf stets neues, ruhendes Fluid auftreffen wurde. Dieses kann z. B. erreicht werden, wenn diese Fluchtstrahl-Düse rotiert. Es würden sich dann einrollende Wirbel bilden und der Fluchtstrahl könnte sogar jeweils auf gegenläufige, also in vorlicher Richtung sich befindliche Fluidströmung auftreffen. Daraus würden mit großer Häufigkeit vorliche Bewegungskomponenten entstehen, mehr und stärker als die aus normaler Molekularbewegung resultierende.

Die Energie dieser Bewegung wird als Druck aus achterlicher Richtung auf Teile des Fahrzeuges auftreffen. Diese Energie aus normaler Molekularbewegung, eventuell auch aus einer automatisch sich ausbildenden Wirbelströmung mit vorlicher Bewegungskomponente, steht wohlgemerkt zur Verfügung, nachdem das Fluid durch Aufprall an vorlichen Wandungen seine Energie bereits an das Fahrzeug abgebeben hat. Der Fluchtstrahl hat nach seinem Aufprall an einer vorlichen Wandung gegenüber ruhendem Fluid noch enorme kinetische Energie. Diese kann und sollte genutzt werden, um möglichst große, zusätzliche Fluidmassen in achterliche Richtung zu beschleunigen. In dieser Erfindung werden diverse konstruktive Elemente dargestellt, welche die Umsetzung der kinetischen Energie beschleunigten Fluids in optimaler Weise ermöglichen.

Aus vorigen Überlegungen ist ein wichtiges Konstruktionsprinzip abzuleiten. Es sollte mechanische Energie dazu verwendet werden, nur eine Teilmenge von Fluid in optimaler Weise zu beschleunigen. Ohne zusätzlichen Aufwand sollten zusätzliche Fluidmengen in die Bewegung einbezogen werden durch Effekte der Potential­ drallströmung. Ohne zusätzlichen Aufwand sollten zusätzliche Fluidmengen beschleunigt werden, nachdem die vorgenannten Fluidmengen ihren Impuls auf Fahrzeugteile im Sinne des Vortriebs abgegeben haben.

Als weiteres Konstruktionsprinzip sollte stets die Funktion des Vortriebs in Zusammenhang mit erforderlichem Auftrieb bzw. der Reduzierung des Widerstandes gesehen werden. Zum Zwecke des Vortriebs muß Fluid beschleunigt werden. Bei den Tragflächen eines Flugzeuges muß ebenfalls Luft beschleunigt werden zur Gewinnung von Auftrieb. Es könnte z. B. obige Fluchtstrahldüse auf der Oberseite der Tragflächen angeordnet sein, um beide Funktionen zu erfüllen. Bei oben angesprochenen Segel- oder Motorjachten macht es z. B. wenig Sinn, den mittschiffs durch das Wellental ohnehin verringerten Auftrieb durch die Sogwirkung achterlich angebrachter Vortriebsaggregate nochmals zu reduzieren, praktisch Abtrieb anstelle von Auftrieb zu erzeugen.

Der Widerstand aufgrund Vorwärtsbewegung muß überwunden werden, wobei Fluid weg vom Fahrzeug transportiert werden muß, bzw. aus dem vorlichen Bereich hinter den achterlichen Bereiches des Fahrzeuges. Es könnten z. B. der Einlaufbereich von Vortriebsaggregaten dort angeordnet werden, wo ansonsten der größte Widerstand gegeben wäre. In dieser Erfindung werden diverse konstruktive Elemente vorgestellt, welche in sinn­ voller Weise die Funktionen des Auftriebs- und Vortriebs wie der Reduzierung des Widerstandes kombinieren.

2.4. Steuerung

Flugzeuge zeigen prinzipiell die Gestalt von Vögeln, mit einer Ausnahme, dem Seitenruder. Es gibt keine Vögel mit Seitenruder. Vögel steuern durch Verwindung der Flügel oder mit den horizontal angeordneten Schwanz­ federn oder mit dem Kopf inklusive Schnabel oder mit dem ganzen Körper. Es ist gewiß nicht realisierbar, die gesamte Elastizität eines lebendigen Körpers technisch nachzubilden. Es ist aber unlogisch, nur für die Steuer­ ungszwecke in einer Achse bei Flugzeugen eine solch große benetzte Fläche zusätzlich zu installieren mit erheblichem technischen Aufwand. Es wäre sinnvoller, ohnehin vorhandene und benetzte Flächen hierfür einzusetzen. In dieser Erfindung ist hierfür ein Vorschlag dargestellt.

Die meisten Fische haben ein Seitenruder in Form einer vertikal angeordneten Schwanzflosse. Bei Schiffen wird diese in Form des Ruderblattes nachgebildet. Andererseits verfügen auch Fische über eine Vielfalt anderer Steuer­ ungsmöglichkeiten, während man sich bei Schiffen nahezu ausschließlich auf ein Ruderblatt beschränkt. Bei allen Fischen wird zudem die Schwanzflossen als wesentliches Element des Vortriebes eingesetzt, während bei Schiffen in aller Regel das Ruder lediglich ein "passives" Steuerelement ist. Nachdem der Vortrieb bei Schiffen mit völlig anderer Technik erzielt wird als bei Fischen, müßte logischerweise auch die Steuerungsfunktion prinzipiell in technisch anderer Weise realisiert werden. Es ist andererseits erstaunlich, wie weit sich die Form­ gebung von Schiffen von der prinzipiellen Gestaltung der Fischkörper entfernt hat. Vielfach weisen die Unter­ wasserschiffe über weite Bereiche nur die Form einfacher Zylinder aufs während Fische im Prinzip komplexe konische Gestalt aufweisen. Insofern muß die Formgebung und Steuerung von Schiffen prinzipiell in Frage gestellt werden. In dieser Erfindung werden entsprechende Lösungsvorschläge dargestellt.

3. Konstruktionselemente 3.1. Impulsumsetzer Funktion

Das Konstruktionselement Impulsumsetzer ist geeignet, die Energie eines Fluidstroms aus einem Strahltrieb­ werk, einem anderen Triebwerk, einer Pumpe oder einer Schraube in effektiver Weise in Vortrieb umzusetzen

Konstruktionsprinzipien

Bei diesem Impulsumsetzer wird der Fluidstrom am Auslaufbereich einer Turbine eines Strahltriebwerkes oder eines anderen Triebwerkes tangential entgegen genommen und in Bewegung in nahezu ausschließlich axialer Richtung überführt. Jeglicher Drall wird dabei bestmöglich aufgestellt. Das Fluid tritt dabei nach achtern aus länglichen Düsen aus. Durch die große Oberfläche dieses Fluidstrahls ist große Reibung gegenüber ruhenden Fluidmassen gegeben, so daß eine möglichst große, zusätzliche Fluidmasse nach achtern beschleunigt wird.

Konstruktive Ausführung

Beim Austritt der Fluidströmung im Auslaufbereich einer Turbine, z. B. bei der in der Maschinenerfindung dar­ gestellten Axialturbine, dem dortigen Strahltriebwerk, der dortigen Tangentialturbine aber auch dem dortigen Drehhubkolbenmotor, bei Propellern oder auch Schrauben weist die Fluidströmung Drall auf.

Im folgenden soll die Fluidströmung am Auslauf der Turbine eines Strahltriebwerkes als Beispiel dienen. Bei Auslauf senkrecht zur axialen Ebene ist dort ein Drall entsprechend der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors gegeben. Diese Drallbewegung stellt ungenutzte kinetische Energie dar. Hinter der Turbine sollte darum dieser Drall aufgestellt werden. Bei Turbinen, die mit konstanten Betriebsbedingungen arbeiten, ist dieses in bekannter Weise machbar. Bei Turbinen, die mit wechselnder Leistung gefahren werden, z. B. bei Start und Landung gegenüber der normalen Reisegeschwindigkeit, ist dieses problematisch.

Ein Fluid mit Drall weist am Turbinenauslauf eine Bewegungskomponente entsprechend der Umdrehungs­ geschwindigkeit des Rotors in tangentiale Richtung auf und eine Bewegungskomponente entsprechend der Fluidströmung in den Rotorkanälen in Richtung der Anstellwinkel am Ende der Rotorkanäle. Die gesamte Geschwindigkeit und Richtung der Bewegung sind bei wechselnden Betriebsbedingungen damit nicht konstant. Leitwerke zur Aufstellung des Dralls müßten damit variable Anstellwinkel für eine jeweils optimale Anströmung aufweisen. Nur wenn das Fluid aus der Turbine in tangentialer Richtung abfließt, ist die Richtung der Strömung bekannt, egal welche Umdrehungsgeschwindigkeit der Rotor und welche Geschwindigkeit die Fluidströmung momentan aufweisen. Nur wenn der Fluidstrom durch Teile des Gehäuses umgelenkt wird ist sicher zu stellen, daß daraus eine Bewegung in rein axiale Richtung resultiert. Ein Konstruktionsprinzip dieses Impulsumsetzers ist darum, daß der Fluidstrom aus einer Turbine in tangentialer Richtung ausströmt und tangential in einen Gehäusekanal einströmt, welcher ein Bestandteil des Impulsumsetzers ist.

In Bild 1, oben links, ist dieser Sachverhalt schematisch dargestellt. Ein Rotor (RO) dreht sich im Uhrzeigersinn um seine Rotationsachse (RA). Im Rotor ist in einem Kanal ein Fluidstrom A-1 gegeben. Dieser wird nahezu tangential abgeleitet und kann damit verlustfrei in einen Kanal (B-1) des Gehäuses einströmen.

Bild 1, oben rechts, zeigt schematisch und beispielhaft den Querschnitt eines Impulsumsetzers. Der Rotor (RO) dreht sich um seine Rotationsachse (RA) im Uhrzeigersinn. Im Rotor sind Rotorkanäle (A-1) angelegt, welche im Auslaufbereich die Fluidströmung nahezu tangential abgeben in einen Gehäusekanal (B-1). Dieser Gehäuse­ kanal ist im Prinzip ringförmig. Außen an diesem Gehäusekanal (B-1) wird die Fluidströmung wiederum tangential abgeleitet in möglichst viele Kanäle (C-1). Diese Kanäle (C-1) werden im folgenden "Düsenkanäle" genannt. Die Düsenkanäle können gegen den Drehsinn des Rotors gekrümmt sein, so daß der Drall der Fluid­ strömung aufgestellt wird. Die Düsenkanäle ragen weit über den Radius des Rotors hinaus, zwischen ihnen ist Raum gegeben für ruhendes Fluid (D-1). Die Enden der Düsenkanäle können miteinander verbunden sein, z. B. um insgesamt ein stabiles Konstruktionsteil abzugeben.

In Bild 1, unten links, ist ein Ausschnitt eines Längsschnitts dieses Impulsumsetzers schematisch dargestellt. Die Düsenkanäle können, wie oben dargestellt, in der axialen Ebene gekrümmt sein gegen den Drehsinn des Rotors. Auch in axialer Richtung sind sie gekrümmt von innen nach außen in achterliche Richtung. Das Fluid wird damit in den Düsenkanälen in achterliche Richtung umgelenkt. Durch den Druck der Umlenkung resultiert Vortrieb. Der Querschnitt dieser Kanäle verjüngst sich von innen nach außen.

In achterliche Richtung weisen die Düsenkanäle düsenförmige Öffnungen auf. Die Öffnung der Düsen ist im Prinzip von der Form eines sehr langgestreckten Rechtecks bzw. Trapezes. Durch diese länglichen Düsen strömt das Fluid in achterliche Richtung ab. Entsprechend des Impulssatzes ergibt sich damit entsprechender Vortrieb. Der Fluidstrahl bildet eine große Oberfläche. Das ruhende Fluid zwischen den Kanälen wird dadurch vielfach stärker in achterliche Richtung beschleunigt als dieses bei einem konzentrierten Strahl gegeben ist.

In Bild 1, unten mittig, ist schematisch ein Querschnitt durch einen Düsenkanal (C-1) dargestellt. Der Kanal wird zweckmäßigerweise gerundete Form aufweisen und nach achtern eine relativ schmale Düsenöffnung aufweisen. Der Kanal des Fluidstromes kann eine strömungsgünstige Verkleidung (E-1) aufweisen.

Die dem Fluidstrom insgesamt zur Verfügung stehende Querschnittsfläche kann außen am Gehäusekanal (B-1) bzw. innen an den Düsenkanälen (C-1) durchaus größer sein als die gesamte Querschnittsfläche der Rotorkanäle (A-1). Der Fluidstrom kann dadurch leichter aus dem Rotor abfließen und bis ans Ende der Düsenkanäle fließen. Der statische Druck in den Düsenkanälen ist der geringeren Geschwindigkeit entsprechend höher. Der Quer­ schnitt der Düsenkanäle verjüngt sich von innen nach außen, während die Breite der Düsenöffnung sich von innen nach außen erweitert. Damit wird erreicht, daß die Geschwindigkeit des Fluidstrahls beim Austritt auf der ganzen Länge der Düsenkanäle möglichst gleich groß ist. Diese Geschwindigkeit wird durch den Düseneffekt sehr hoch sein.

Die prinzipiellen Effekte dieser Impulsumsetzung wurden bereits in vorigen Kapiteln der physikalischen Grund­ lagen dargelegt. Dort wurde auch ausgeführt, daß ein zusätzlicher Effekt zu erzielen ist, wenn diese Düsenkanäle nicht starr angelegt werden, sondern ihrerseits ein Drehung aufweisen, damit stets neues, ruhendes Fluid nach achtern beschleunigt wird.

In Bild 1, unten rechts, ist diese Konstruktionsvariante in einem Ausschnitt schematisch dargestellt. Die Düsenkanäle (C-1) sind dabei in einem Lager (F-1) des Gehäuses gelagert und können sich frei drehen. Diese Drehung sollte jedoch nicht zu schnell sein, weil sonst wiederum der Fluidstrom nach achtern eine unproduktive Drallkomponente aufweisen könnte. Die Drehbewegung der Düsenkanäle könnte durch ein Getriebe erfolgen (hier nicht dargestellt), welche die Rotordrehzahl stark untersetzen sollte. Alternativ hierzu könnten die Querschnitte der Düsenkanäle asymmetrische geformt sein im Sinne eines Propellerflügels. Damit würde die Drehgeschwindigkeit der Düsenkanale entsprechend der Relativgeschwindigkeit zum ruhenden Fluid geregelt sein. Eine dritte Lösungsvariante ist gegeben, wenn im Gehäusekanal (B-1) Leitbleche angebracht sind, welche einen wesentlichen Anteil des Dralls der Fluidströmung bereits aufstellt. Nur der restliche, geringe Anteil der Drallenergie würde dann durch die Krümmung der Düsenkanäle in axialer Ebene deren Drehung bewirken. Eine Kombination dieser prinzipiellen Lösungskonzeptionen wird vorteilhaft sein. In jedem Fall wird vermehrt ruhendes Fluid in achterlicher Richtung beschleunigt werden und werden zusätzliche, prinzipielle Vorteile aufgrund der damit gegebenen Wirbelbildungen gegeben sein durch deren Rückwirkung auf Gehäuseteile.

Besondere Eigenschaften

Mit diesem Konstruktionselement Impulsumsetzer wird die Energie einer Fluidströmung optimal umgesetzt in Vortrieb. Die Fluidströmung wird aus ihrer Drehbewegung erst dann in rein axiale Richtung umgelenkt, wenn dieses der Zielsetzung entsprechend erforderlich ist. Diese Umlenkung erfolgt an Teilen des Gehäuses, welche feststehend sind bzw. deren Drehung in sinnvoller Weise gesteuert wird. Die Impulsumsetzung erfolgt zudem in der Weise, daß zusätzlich eine größtmögliche Luftmasse in achterliche Richtung beschleunigt wird. Der Wirkungsgrad eines Triebwerkes wird durch diese Impulsumsetzung wesentlich verbessert. Nicht zuletzt wird ein Triebwerk mit dieser Impulsumsetzung relativ leise arbeiten.

3.2. Druckpumpentriebwerk Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Vortrieb eines Flugzeuges an Stelle eines Propellertriebwerkes zu erzeugen.

Konstruktionsprinzip

Basis dieses Konstruktionselementes ist die in der Maschinenerfindung detailliert dargestellte Druckpumpe. Deren prinzipielle Arbeitsweise und insbesonders deren Bauweise des Rotors wird hier übernommen. Die mechanische Energie des Rotors wird dabei vorwiegend durch Druck auf das Fluid übertragen, um eine starke Drehbewegung zu erzielen. Dieser Hauptstrom wird in einen ringförmigen Gehäusekanal geleitet, ebenso ein Nebenstrom. Aus diesem Gehäusekanal wird die Fluidströmung in tangentialer Richtung in Düsenkanäle geleitet, welche steinförmig über den Radius des Rotors hinaus ragen. In diesen Düsenkanälen wird das Fluid in nahezu ausschließlich achterliche Richtung umgelenkt und damit der Vortrieb erzielt. Zwischen den Düsen­ kanälen ist Raum gegeben für ruhendes Fluid. Dieses wird durch die große Oberfläche der Fluidstrahle stark beschleunigt in achterliche Richtung, wodurch zusätzlicher Vortrieb erreicht wird.

Alternativ dazu kann der durch den Rotor beschleunigt Hauptstrom, eventuell auch ein Nebenstrom, in eine Gehäuseschnecke geleitet werden, so daß in dieser eine starke Potentialdrallströmung entsteht. Dieser Fluidstrom kann dann einer weiteren Verwendung zugeführt werden, z. B. dem später beschriebenen Konstruktionselement der Tragflächendüse.

Konstruktive Ausführung

In Bild 2, oben links, ist schematisch und beispielhaft ein Ausschnitt eines Längsschnitt durch ein Druck­ pumpentriebwerk dargestellt, nur eine Hälfte der symmetrischen Maschine. Auf der Rotationsachse (RA) dreht sich der Rotor (RO). Hinten weist der Rotor einen geringen Radius aufs welcher nach vom zunimmt. In die Oberfläche des Rotors sind Schaufel eingearbeitet. Hinten weisen die Schaufeln geringe Höhe auf, welche nach vom zunimmt. Die Schaufeln haben praktisch die Form von Zähnen eines Zahnrades, welche schräg angestellt sind, also in die Drehrichtung weisen. Die beiden Seiten der Schaufeln weisen in etwa einen rechten Winkel zueinander auf.

Die eine Seite ist im Prinzip radial angeordnet, gibt also Druck in tangentialer Richtung ab und erzeugt eine Rotation des Fluids. Die andere Seite ist im Prinzip tangential angeordnet, gibt Druck durch von hinten nach vorn anwachsenden Radius in radialer Richtung ab auf das von hinten nach vorn fließende Fluid und erzeugt dadurch eine Zentrifugalbewegung.

Im Einlaufbereich bilden diese Schaufeln offene Kanäle (E-2), nach hinten dagegen sind diese Kanäle (F-2) allseits durch Wandungen des Rotors geschlossen. Der im Prinzip dreieckige Querschnitt der offenen Kanäle (E-2) kann dabei in einen ringbogenförmigen Querschnitt der geschlossenen Kanäle (F-2) übergeht. Die Innenseite wird dabei stärker angehoben als die Außenseite, das Fluid also in Zentrifugalrichtung komprimiert. Die gesamte eingesetzte Rotationsenergie wie auch die Zentrifugalkraft werden damit auf das Fluid übertragen.

Das Fluid (A-2, Bild 2, oben links) im Einlaufbereich wird also durch die Rotation des Rotors durch die offenen Kanäle (E-2) bzw. geschlossenen Kanäle (F-2) in Drehbewegung versetzt und verläßt den Rotor mit einer starken Rotationsbewegung und nur geringerer Bewegung in axialer Richtung. Der Fluidstrom wird in einem ringförmigen Gehäusekanal (G-2) innen entgegen genommen. Außen an diesem Gehäusekanal fließt der Fluidstrom in tangentialer Richtung in Düsenkanäle (H-2) ab. Die Bauart dieser Düsenkanäle ist im Prinzip analog zu den Düsenkanälen des vorigen Konstruktionselementes Impulsumsetzer. Diese Düsenkanäle verlaufen im Prinzip auch weiterhin tangential nach außen, können jedoch in axialer Ebene auch etwas gegen den Drehsinn des Rotors gekrümmt sein. Diese Düsenkanäle sind in ihrem Verlauf von innen nach außen in achterliche Richtung gekrümmt. Die Düsenkanäle weisen in achterliche Richtung Öffnungen auf, deren Querschnitt dem eines sehr langgestreckten Rechtecks bzw. Trapezes entspricht. Durch die Umlenkung des Fluidstroms in achterliche Richtung ergibt sich der entsprechende Vortrieb.

Im vorlichen Bereich des Druckpumpentriebwerkes kann möglicherweise ein Luftstau bestehen oder die dortige Luft wird mittelbar durch die Drehung des Rotors ebenfalls in Drehbewegung versetzt. Diese Fluidmasse (B-2, Bild 2, oben links) weist also entweder eine relativen Überdruck oder kinetische Energie in Form einer Drallbe­ wegung auf. Durch entsprechende Leitbleche (1-2) sollte diese Fluidmasse (B-2) ebenfalls in den Gehäusekanal (G-2) gelenkt werden, um auch deren Energie durch die Umlenkung in den Düsenkanälen (H-2) in Vortrieb umzusetzen. Die gesamte Fluidmasse (A-1 und B-1) des vorlichen Bereichs fließt also aus den Düsenkanälen ausschließlich in achterliche Richtung ab (C-2). Dieser Fluidstrom weist zudem eine große Oberfläche auf. Das außerhalb des vorlichen Bereiches der Druckpumpe befindliche Fluid strömt als ruhendes Fluid (D-1) zwischen die Düsenkanälen ein und wird dabei ebenfalls stark in achterliche Richtung beschleunigt. Daraus resultiert zusätzlicher Vortrieb.

In Bild 2, mittlere Darstellungszeile links, ist schematisch ein Querschnitt durch den Rotor dargestellt. Die zahn­ förmigen Schaufeln und entsprechend geformten Kanäle (E-2) sind beispielhaft dargestellt. Die Kanäle werden entsprechend der Fluidgeschwindigkeit in axialer Richtung hinten in relativ flachen Winkel in Bezug auf die Rotationsachse angestellt sein, nach vorn zunehmend steiler.

In Bild 2, unten, ist ein Ausschnitt der Sicht auf ein Druckpumpentriebwerk von hinten nach vorn im schematischer Weise dargestellt. Beispielhaft ist dargestellt, wie der prinzipielle Verlauf der Kanäle (E-2 bzw. F-2) ist. Aus diesen wird das Fluid mit starker Rotation in den ringförmigen Gehäusekanal (G-2) abgegeben. Von dort fließt es in nahezu tangentialer Richtung ab in die Düsenkanäle (H-2). Diese können auch etwas gegen den Drehsinn des Rotors gekrümmt sein. Zwischen den Düsenkanälen wird das ruhende Fluid (D-2) ebenfalls eine Beschleunigung in achterliche Richtung erfahren.

In Bild 2, rechts, ist eine wesentliche, alternative Ausführung dieses Druckpumpentriebwerkes dargestellt. Das Fluid (A-2) wird durch die Kanäle (E-2 und dann F-2) in Drehbewegung versetzt. Dieser Hauptstrom (A-2) wird nun jedoch in eine Gehäuseschnecke (J-2) tangential eingeleitet. Auch oben besprochener Nebenstrom (B-2) kann durch entsprechende Leitbleche (I-2) tangential in diese Gehäuseschnecke (J-2) eingeleitet werden. In der Gehäuseschnecke ergibt sich damit eine äußerst starke Potentialdrallströmung.

In Bild 2, mittlere Darstellungszeile rechts, ist im Querschnitt eine Gehäuseschnecke (J-2) über einen vollen Kreisbogen schematisch dargestellt. In analoger Weise könnte der volle Kreisbogen natürlich auch durch mehrere Gehäuseschnecken jeweils anteilig abgedeckt werden.

Die in solchen Gehäuseschnecken eines Druckpumpentriebwerkes erzeugte starke Potentialdrallströmung kann durch andere Konstruktionselemente verwertet werden, bevorzugt durch das später beschriebene Konstruktions­ element der Tragflächendüse.

Besondere Eigenschaften

Herkömmliche Propellertriebwerke erzeugen Bewegungen bzw. Kraftkomponenten in achterliche Richtung, nach oben bzw. nach unten bzw. in radiale Richtung. Sie erzeugen z. T. sogar direkten Widerstand gegen die Flugrichtung, indem der Fluidstrom auf den Motor bzw. auf die Tragfläche gerichtet ist. Bei diesem Druck­ pumpentriebwerk wird mechanische Energie so eingesetzt, wie sie bestmöglich in kinetische Energie eines Fluids übertragen werden kann, d. h. nahezu ausschließlich per Druck und nahezu ausschließlich in Dreh­ bewegung. Diese Fluidbewegung wird dann verlustfrei in tangentiale Richtung übergeleitet. Der Fluidstrahl wird dann vollkommen in axiale Richtung umgelenkt, wobei seine Energie wiederum ausschließlich per Druck auf feststehende Teile als Vortrieb umgesetzt wird. Der Fluidstrahl bzw. die in mehrere einzelne Fluidstrahle unterteilte Gesamtströmung weist vergleichsweise eine außerordentlich große Oberfläche auf, so daß zusätzlicher Vortrieb durch Beschleunigung großer ruhender Fluidmassen erreicht wird.

Besonders vorteilhaft ist, daß der Rotor relativ geringen Radius aufweist, während die insgesamt erfaßte Kreisfläche beschleunigter Luft größer sein kann als bei konventionellem Propellerantrieb. Es ist außerordentlich vorteilhaft, nur eine relativ geringe Fluidmenge intensiv zu beschleunigen und mittelbar eine um so größere Fluidmasse in achterlich Richtung zu beschleunigen.

Auch dieses Druckpumpentriebwerk erzeugt zunächst Widerstand. Dieser ist jedoch positiv, weil damit die Luft vor dem Rotor eine größere Dichte aufweist, d. h. die mechanische Energie des Rotors effektiver übertragen wird. Dieses Druckpumpentriebwerk wird darum bei Reisegeschwindigkeit mit relativ geringer Motordrehzahl zu fahren sein, während die Motorhöchstdrehzahl für die Leistungsabgabe in der Startphase zur Verfügung steht. Dieses Druckpumpentriebwerk weist nicht zuletzt gegenüber herkömmlichen Propellertriebwerken eine einfach, d. h. leichte und preiswerte Bauart auf.

Die besonderen Vorteile der Ausführung dieses Druckpumpentriebwerkes mit Gehäuseschnecke wird später beim Konstruktionselement Tragflächendüse beschrieben.

3.3. Drehhubkolbentriebwerk Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Vortrieb von Flugzeugen zu bewirken.

Konstruktionsprinzipien

Dieses Drehhubkolbentriebwerk basiert einerseits auf dem Konstruktionselement Drehhubkolbenmotor der Maschinenerfindung. In der Maschinenerfindung ist die Konzeption dieses Motors detailliert beschrieben, auf diese Ausführungen wird verwiesen. Hier ist dieses Konstruktionselement ergänzt um Details, welche für den Einsatz als Triebwerk eines Flugzeuges sinnvoll sind. Dieses Drehhubkolbentriebwerk verwendet andererseits Konstruktionselemente vorstehenden Druckpumpentriebwerkes. Auf die dortigen Beschreibung wird verwiesen.

In Bild 3 sind zunächst wesentliche Elemente eines Drehhubkolbenmotors schematisch und beispielhaft darge­ stellt. In Bild 3, oben links, ist ein Querschnitt durch den Pumpenbereich dieses Motors dargestellt. Im Gehäuse ist der Zylinderrotor (D-3) drehbar um seine Rotationssachse (RA) gelagert. Im Gehäuse ist ebenso die Exzenter­ welle (A-3) gelagert, welche drehbar ist um ihre Achse. Beide Achsen verlaufen parallel, weisen jedoch gegen­ einander einen Abstand auf. Auf der Exzenterachse ist eine Exzenterscheibe (B-3) fest montiert. Diese Exzenter­ scheibe ist drehbar gelagert in einem Kolben (C-3). Dieser Kolben ist linear beweglich in den Zylinderausspar­ ungen des Zylinderrotors. Zwischen dem Mantel des Zylinderrotors und den Kolbenoberflächen wird das Volumen der Zylinder (E-3 und F-3) abgebildet. Die Verbrennungsluft strömt über einen Luftkanal (H-3) zum Mantel des Zylinderrotors und im Ansaugtakt eines Zylinders in diesen ein, die Luft wird komprimiert im Kompressionstakt des Zylinders und fließ am Ende dieses Kompressionstaktes in den Druckluftkanal (G-3) ab.

In Bild 3, rechts, ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Drehhubkolbentriebwerk dargestellt. Diese Darstel­ lung zeigt in Ausschnitten nur den prinzipiellen Aufbau und ist keinesfalls maßstabsgerecht. Einige der zuvor angesprochenen Elemente sind schematisch dargestellt. Die Exzenterwelle (A-3) ist im Gehäuse (GE) drehbar gelagert, ebenso der Zylinderrotor (D-3). Über den Luftkanal (H-3) fließt die Verbrennungsluft in den Zylinder­ rotor (D-3), wird dort komprimiert und verläßt durch den Druckluftkanal (G-3) den Pumpenteil dieses Motors. Danach kommen die Funktionselemente der Brennkammer (I-3) mit der Brennstoffzufuhr und Zündung (J-3).

In Bild 3, links, mittlere Darstellung, ist schematisch ein Querschnitt durch den Turbinenteil eines Drehhub­ kolbenmotors dargestellt. Die Verbrennungsgase aus der Brennkammer fließen durch den Druckabgaskanal (K-3) in den Zylinderrotor (D-3), werden dort entspannt und verlassen über den Abgaskanal (L-3) den Turbinen­ teil diese Motors. In Bild 3, rechts, sind im Längsschnitt durch diesen Motor bzw. in der Draufsicht der Druck­ abgaskanal (K-3) und der Abgaskanal (L-3) schematisch dargestellt. Insoweit entsprechen diese Elemente und die prinzipielle Funktionsweise dieses Drehhubkolbentriebwerkes den in der Maschinenerfindung dargestellten Elementen des dortigen Drehhubkolbenmotors.

Anders als dort sind hier der Luftkanal (H-3) und der Abgaskanal (L-3) dargestellt. Dort wurde empfohlen, diese Kanäle in Form von Rohren abzubilden, um darin eine Potentialdrallströmung oder zumindest eine Drallström­ ung zu organisieren. Hier sind diese Kanäle dagegen mit einem Querschnitt dargestellt, welcher im Prinzip einen Ringabschnitt darstellt. Diese Form ist hier bevorzugt, um einen runde Querschnitt des Motors insgesamt zu erreichen, also eine strömungsgünstige Form zu erreichen. Andrerseits ist damit der Abgasstrom besser in nach­ geschaltete Funktionselemente zur Erzeugung des Vortriebes zu integrieren bzw. zu nutzen.

Die Querschnitte in Bild 3, links, zeigen einen Außendurchmesser dieses Motors, welcher etwa doppelt so groß ist wie der Zylinderrotor. Dieser ringförmige Bereich um den Zylinderrotor nimmt einerseits den Luftkanal (H-3) auf bzw. den Abgaskanal (L-3). Andererseits befinden sich in diesem Bereich der Druckluftkanal (G-3) bzw. der Druckabgaskanal (K-3). Im verbleibenden Raum dieses ringförmigen Bereiches sind zusätzliche Kanäle (N-3 bzw. O-3) eingezeichnet. Diese Kanäle werden im folgenden "Kühlluftkanäle" genannt.

In Bild 3, rechts, ist im vorlichen Bereich dieses Triebwerkes das Gehäuse parabelförmig gerundet dargestellt. Diese Form ist strömungsgünstig, so daß der Widerstand der Querschnittsfläche dieses Triebwerkes reduziert wird. Dieser Bereich (M-3) wird im folgenden "Triebwerkskopf" genannt. In diesem Bereich ist der Einlaß für die Verbrennungsluft anzulegen. Die gestrichelten Linien kennzeichnen diesen Bereich. Dieser Einlaßbereich ist nicht detailliert dargestellt. Dieser Bereich sollte im Prinzip so angelegt werden, wie in der Rohrerfindung der Einlaßbereich des Hauptstromes beim Konstruktionselement Behälterauslauf bzw. Rohreinlauf dargelegt ist. Die Luft sollte also zwischen lamellenförmigen Leitblechen von außen nach innen einströmen können. Es ist dort z. B. auch genügend Raum gegeben zur Filterung der Verbrennungsluft. Die Luft fließt damit nicht nur in radialer Richtung in den Einlaßbereich ein, sondern auch in tangentialer Richtung. Dadurch wird auch außen am Trieb­ werkskopf eine Drallbewegung ausgelöst. Die Luft fließt dadurch von vorlich nach achterlich mit Drall an der Außenwandung des Triebwerkes entlang.

Ein Teil der im Einlaßbereich des Triebwerkkopfes einströmenden Luft fließt in den Luftkanal (H-3) ein, der restliche Teil fließt in den Kühlluftkanal (N-3) ein. An sich ist eine Unterscheidung dieser beiden Kanäle nicht erforderlich, d. h. auch keine Trennwand zwischen diesen beiden Kanälen. Im Pumpenbereich wird durch die Kompression Wärme erzeugt. Da praktisch der gesamte Mantel des Zylinderrotors durch Verbrennungsluft bzw. Kühlluft bestrichen wird, ergibt sich eine gleichmäßige Kühlung bzw. der Effekt einer Ladeluftkühlung.

In Bild 3, rechts, nimmt in diesem beispielhaften Längsschnitt der Luftkanal (H-3) die rechte Seite des Motors ein, während der Kühlluftkanal (N-3) auf der anderen, linken Seite im Pumpenbereich dieses Motors angeordnet ist. Im Turbinenbereich dieses Motors muß entsprechend der Abgaskanal (L-3) die linke Seite des Motors ein­ nehmen, der Kühlluftkanal (O-3, entsprechend obigem N-3) ist dann rechts anzuordnen. Im Bereich der Brenn­ kammer (I-3) dieses Motors ist Raum, um den Kühlluftkanal auf die andere Seite zu führen. Die gestrichelten Linien in diesem Bereich stellen diesen Seitenwechsel dar. Wenn, wie oben angesprochen, keine Trennung zwischen Luftkanal und Kühlluftkanal vorgenommen wird, reicht der gemeinsame Kanal ohnehin fast um den ganzen Zylinderrotor.

Analog dazu ist auch keine Unterscheidung zwischen Abgaskanal (L-3) und Kühlkanal (O-3) erforderlich. Eine Trennung beider Fluidströme ist nur insoweit erforderlich, als durch die Kühlluft eine Kühlung des Zylinderrotors erforderlich ist. In Bild 3, links, mittlere Darstellung, sind in diesem Querschnitt durch den Turbinenteil des Motors beide Kanäle ohne Trennwand eingezeichnet. Es wird damit erreicht, daß vorn an diesem Drehhubkolbenmotor eine Mischung aus noch immer heißen Abgasen und erwärmter Kühlluft ansteht in einem ringförmigen Querschnitt. Die Strömung in diesem gemeinsamen Kanal weist vorwiegend in axiale Richtung. Diese Strömung weist Turbulenzen auf, was in diesem Fall nicht nachteilig ist, sondern eine guten Vermischung des Fluids bewirkt, damit eine relativ homogene Wärme im Fluid ergibt. Hinten an diesem Drehhubkolbenmotor geht die Exzenterwelle (A-3) über in einen Rotor (RO). In diesem Rotor ist ein ring­ förmiger Kanal (P-3) angelegt, welcher das obige Gemisch aus Abgas und Kühlluft entgegen nimmt.

Bei herkömmlichen Hubkolbenmaschinen wird die Energie der Abgas in Form der restlich verbleibenden Wärme kaum genutzt. Insbesonders bei Propellermaschinen fließt das Abgas einfach in achterliche Richtung ab ohne sonderlichen Nutzen für den Vortrieb. Die vorstehend beschriebene Konzeption der Abgas- und Kühlluft­ behandlung dagegen macht eine sinnvolle Nutzung dieser Energie möglich.

Konstruktive Ausführung

In Bild 4 ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch ein Drehhubkolbentriebwerk dargestellt, nur eine Hälfte der symmetrischen Maschine. Links ist zunächst oben diskutierte Variante eines Drehhubkolben­ motors dargestellt. Im Einlaßbereich (A-4) des Gehäuses (GE) fließt Luft in den Luftkanal (B-4) wie auch in den Kühlluftkanal (hier nicht dargestellt). Im Einsaugtakt eines Zylinders fließt die Luft in den Rotorzylinder (C-4), wird im Kompressionstakt des Zylinders komprimiert und verläßt den Zylinderrotor durch den Druckluftkanal (D-4). In der Brennkammer (E-4) wird Brennstoff zugeführt und gezündet. Dieses Fluid gelangt durch den Druckabgaskanal (F-4) in einen Zylinder des Zylinderrotors (C-4). Das Fluid verläßt den Zylinderrotor durch den Abgaskanal (G-4), wobei dieses Fluid vermischt wird mit dem Kühlluftstrom. Die Exzenterachse geht im hinteren Bereich des Drehhubkolbenmotors über in einen Rotor (RO), welcher um die Exzenterachse drehbar gelagert ist im Gehäuse. Im Rotor ist ein ringförmiger Kanal (H-4) angebracht, welcher das Fluid aus dem Dreh­ hubkolbenmotor entgegen nimmt. Dieser Kanal wird im folgenden "Abwärmekanal" genannt. Dieser Aufbau entspricht den anhand Bild 3 dargestellten Konstruktionsprinzipien dieser Maschine.

Im übrigen ist der Rotor entsprechend den Kriterien gebaut, welche beim obigen Konstruktionselement Druck­ pumpentriebwerk dargestellt sind. Der Rotor weist zahnförmig ausgebildete Schaufeln auf, welche zunächst offene Kanäle (J-4) darstellen, nach hinten jedoch in geschlossene Kanäle (K-4) übergehen. Die Fluidmasse in diesem Kanal wird damit auf eine Drehgeschwindigkeit nahezu entsprechend der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors beschleunigt. Der Abwärmekanal ist zunächst ein ringförmiger Kanal, nach hinten jedoch sind Leitbleche installiert. Damit werden auch dort geschlossene Kanäle (I-4) gebildet, so daß auch das Fluid des Abwärme­ kanales auf entsprechende Geschwindigkeit in Drehrichtung beschleunigt wird. Das durch die Schaufeln des Rotors nicht direkt erfaßte Fluid wird mittelbar in Drehbewegung versetzt. Darum weist auch der Nebenstrom (N-4) eine Drallbewegung auf.

Diese drei Strömungen, der Nebenstrom (N-4), der Hauptstrom (K-4) sowie das Abwärmefluid (I-4), fließen damit nahezu tangential in einen Gehäusekanal (L-4) ein. Aus diesem Gehäusekanal fließt das Fluid nach außen wiederum nahezu tangential in Düsenkanäle (M-4) ab. In diesen wird der gesamte Drall aufgestellt und das Fluid verläßt diese Teile des Gehäuses in ausschließlich achterliche Richtung. Zwischen den Düsenkanälen (M-4) ist Raum für ruhendes Fluid (O-4), welches durch die relativ große Oberfläche der Fluidströmung ebenfalls beschleunigt wird in achterliche Richtung. Das ruhende Fluid kann durch eine Gehäusewandung (Q-4) geleitet werden. Diese Gehäusewandung wird über die Düsenkanäle mit dem eigentlichen Motor verbunden sein. Im vorlichen Bereich kann diese Gehäusewandung durch Leitbleche (R-4) mit dem Triebwerkskopf verbunden sein. Diese Leitbleche können so geformt sein, daß dem ruhenden Fluid ein Drall aufgeprägt wird. Wenn die Quer­ schnittsfläche zwischen Motor und der Gehäusewandung (Q-4) verringert wird, bildet sich damit ein verstärkter Drall aus. Dieser Drall wird an den Düsenkanälen wieder aufgestellt. Es geht also durch die Drallbildung keine Energie verloren, wohl aber könnten Effekte der Potentialdrallströmung zusätzlich genutzt werden.

Anstatt die Energie des Fluids hier direkt in Vortrieb umzusetzen könnte die Fluidströmung zunächst auch in eine Gehäuseschnecke geleitet werden (analog Bild 2, oben rechts), um die dort gegebene Potentialdrallströmung dann anderweitig zu verwerten.

Besondere Vorteile

Die besonderen Vorteile des Drehhubkolbenmotors wurden in der Maschinenerfindung schon genannt. Dieser Motor eignet sich jedoch besonders für den Einsatz in Flugzeugen aufgrund seiner Laufruhe, einfachen Bauart, hohem Leistung/Gewichtsverhältnis, einfacher Luftkühlung und strömungsgüstigen Bauform. Zudem wird diese Triebwerk extrem leise laufen. Die Vorteile der Konzeption eines Druckpumpentriebwerkes wurden hinsichtlich der Druckpumpe bereits in der Maschinenerfindung genannt, hinsichtlich ihres Einsatzes als Trieb­ werk wurden die Vorteile oben genannt. Der spezifische Vorteil dieser Kombination von Konstruktions­ elementen bei diesem Drehhubkolbentriebwerk hier liegen in der Nutzung der Abwärme. Die Abgase sowie erwärmte Kühlluft werden hier der normalen Luft in den Düsenkanälen beigemischt. Im Abwärmekanal herrscht eine höhere Molekulargeschwindigkeit als in der Umgebungsluft. Mit dieser höheren Energie aus dem Abwärmekanal wird das Fluid des Hauptstromes wie des Nebenstromes gegen die Wandungen zur Umlenkung aller Ströme in den Düsenkanälen gedrückt. Selbst das ruhende Fluid wird damit noch erwärmt, eine möglichst große Masse Fluid erhält ein höheres Energieniveau. Eine Rückwirkung auf Teile des Gehäuses ist der mittel­ bare Nutzen der hiermit bewirkten raschen Abkühlung der Abwärme. Dieser Effekt ist nur mit obigen Konstruktionselementen und ihrer sinnvollen Kombination zu erreichen. Dieses Drehhubkolbentriebwerk wird herkömmliche Propellertriebwerke ersetzen.

3.4. Düsentragfläche Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Auftrieb von Tragflächen zu verbessern sowie mittelbar den Vortrieb von Flugzeugen zu verbessern.

Konstruktionsprinzipien

Bereits in der Rohrerfindung wie in der Maschinenerfindung wurde das Problem des Auftriebes von Tragflächen bzw. tragflächenförmigen Bauteilen diskutiert. Allgemein bekannt ist, daß der statische Druck mit zunehmender Fluidgeschwindigkeit abnimmt. In der bekannten Strömungslehre wird dieses aus dem Energieerhaltungssatz abgeleitet, aber eine mathematische Ableitung allein erklärt kein physikalisches Phänomen. In der bekannten Strömungslehre gibt es darum auch diverse Vorschläge zur Erklärung des Auftriebseffektes. In der Rohrerfind­ ung bzw. Maschinenerfindung wurde eine Erklärung anhand des Modells potentieller Molekularbewegungen dargestellt. In allen Erklärungen spielt die erhöhte Fluidgeschwindigkeit auf der Oberseite einer Tragfläche gegenüber der auf der Unterseite der Tragfläche eine wesentliche Rolle. Es ist darum erstaunlich, daß vielfach die Triebwerke von Flugzeugen vor oder gar unter den Tragflächen angebracht sind. Wesentliches Kriterium dieser Erfindungen hier dagegen ist, daß die Fluidströme statt so zu organisieren sind, daß oberhalb einer Tragfläche die Geschwindigkeit stets höher ist als unterhalb der Tragfläche und ebenso auf der Oberseite eines Rumpfes die Strömungsgeschwindigkeit statt höher ist als unterhalb eines Rumpfes.

Eine weitere Ausgangsbasis dieser Erfindungen ist die Betrachtung des gegen den Vortrieb gegebenen Wider­ standes bei Flugzeugen. In Bild 5 sind dazu einige schematische Darstellungen gezeigt.

In Bild 5, oben, ist zunächst schematisch der Querschnitt eines Flugzeuges dargestellt. Der Rumpf (A-5) ist hier vereinfachend mit kreisrundem Querschnitt dargestellt. An diesem Rumpf ist eine Tragfläche (B-5) relativ hoch angebracht. Leitwerke sind hier nicht dargestellt. Entsprechend der Querschnittsflächen von Rumpf und Trag­ fläche ist gegen den Vortrieb gerichteter Widerstand gegeben. Der Widerstand der Tragfläche ist insofern produktiv als er mittelbar zur Erzeugung von Auftrieb beiträgt.

Der Widerstand des Rumpfes ist hinsichtlich des Auftriebs neutral, hinsichtlich des Vortriebs dagegen aus­ schließlich negativ. Das auf den Rumpf aufprallende Fluid wird senkrecht zur Rumpfoberfläche abgelenkt. Die daraus resultierende Druckwelle breitet sich aus, die Energie dieser Druckwelle geht dem System weit­ gehend verloren. Mit diesen Erfindungen hier soll der Anteil dieses Energieverlustes reduziert werden.

In Bild 5, oben links, ist ein Bereich C-5 dargestellt. Dieser Bereich wird im folgenden "Düseneinlaß" genannt. Das dort anstehende Fluid ist im Prinzip so umzulenken, daß es an der Oberfläche einer Tragfläche wieder austritt. Dazu sind in der Tragfläche Kanäle (D-5) anzulegen, die im folgenden "Düsenkanäle" genannt werden.

In Bild 5, oben rechts, ist schematisch der Querschnitt durch eine Tragfläche (E-5) dargestellt. Diese Tragfläche zeigt das prinzipielle Profil einer Tragfläche mit der relativ geradlinigen Unterseite und der aufgewölbten Ober­ seite. Im Querschnitt dieser Tragfläche ist ein Düsenkanal (F-5, analog D-5) eingezeichnet. Wenn Fluid in einem Rohr zu transportieren ist,so ist prinzipiell eine Drallströmung eine geeignete oder die Potentialdrallströmung die optimale Bewegungsform. Darum ist dieser Düsenkanal mit rundem Querschnitt dargestellt. Aus diesem Düsenkanal wird das Fluid in tangentialer Richtung ausgeleitet (G-5). Dieser Bereich wird im folgenden "Düsen­ auslaß" genannt. Ein solcher Düsenauslaß sollte etwa mittig auf einer Tragfläche angeordnet werden.

Eine solche Tragfläche ist der normalen Umströmung durch Fluid ausgesetzt und weist darum zunächst den normalen Strömungsverlauf auf und insofern auch den normalen Auftriebseffekt. Wenn durch den Düsenauslaß nun aber zusätzliche Fluidmassen parallel zur dortigen Oberfläche der Tragfläche austreten, erhöht sich dort die Geschwindigkeit in achterliche Richtung. Der statische Druck auf die Oberfläche achterlich zum Düsenauslaß verringert sich dadurch. Es wird damit mehr Auftrieb in diesem Bereich erzielt. Wenn das Fluid aus dem Düsen­ auslaß zudem mit höherer Geschwindigkeit austritt als an der Oberfläche vorlich zum Düsenauslaß gegeben ist, so bewirkt dieses einen Sog auf die dortige Strömung. Das Fluid an der vorlichen Oberfläche wird damit in achterliche Richtung beschleunigt. Daraus resultiert auch in diesem vorlichen Bereich ein zusätzlicher Auftrieb.

In Bild 5, mittig, ist nochmals ein entsprechender Querschnitt eines Flugzeuges schematisch dargestellt. Die Tragfläche (B-5) setzt hier weiter unten am Rumpf an und weist nach außen aufwärts. Das Fluid im Düseneinlaß (H-5) ist bei einer solchen Anordnung im Prinzip nach unten abzulenken in den Bereich des ebenfalls tiefer angesetzten Düsenkanales (I-5). Diese prinzipielle Umlenkung von Fluid von oben nach unten ergibt prinzipiell Auftrieb. Die gepfeilte Anstellung der Tragfläche ergibt bekanntermaßen eine stabile Fluglage.

Der Düseneinlaß (C-5 bzw. H-5) sollte prinzipiell im oberen Bereich des Rumpfes angeordnet werden. Damit wird prinzipiell erreicht, daß zunächst oben am Rumpf weniger Fluidteile sich befinden werden als unter dem Rumpf. Das Fluid oberhalb des Rumpfes weist damit prinzipiell eine geringere Dichte auf als das Fluid unterhalb des Rumpfes. Diese Druckdifferenz ergibt prinzipiell Auftrieb.

In Bild 5, unten, ist schematisch und ausschnittsweise eine Draufsicht auf ein Flugzeug dargestellt. Der Rumpf (J-5) weist am Bug eine gerundete Form auf. Die Tragfläche (B-5) ist hier in achterliche Richtung weisend dargestellt, also auch in dieser Richtung gepfeilt. Die gestrichelte Kontur zeigt den Düseneinlaß (K-5) an, welcher übergeht in einen Düsenkanal (L-5). In diesem Düsenkanal sind Leitbleche (M-5) angebracht, welche den Fluidstrom in achterliche Richtung umlenken. Dieser Düsenkanal ist also nicht kreisrunden Querschnitts, sondern im Prinzip wie beispielsweise in Bild 9, unten rechts, am Querschnitt einer Tragfläche (O-5) dargestellt.

Im vorlichen Bereich eines normalen Flugzeuges wird das Fluid senkrecht zur jeweiligen, konvexen Oberfläche abgelenkt. Eine entsprechende Umlenkung erfolgt auch im Düseneinlaß, im Prinzip beispielsweise nach seitlich außen. Dieser Düseneinlaß jedoch sollte prinzipiell nach innen gewölbte Flächen darstellt, beispielsweise den Ausschnitt eines gekrümmten Rohres abbildet. Im Gegensatz zur obigen normalen Ablenkung bewirkt die Umlenkung des Fluids an diesen konkaven Flächen eine Konzentration der entsprechenden Druckwelle. Bevor diese konzentrierte Energie für das System verloren geht, sollte sie an Teile des Gehäuses abgegeben werden.

In Bild 5, unten mittig, ist schematisch ein entsprechender Querschnitt dargestellt. Der Düseneinlaß (N-5) soll dem in der Draufsicht dargestellten Düseneinlaß (K-5) entsprechen. Die gestrichelten Bogen im Düseneinlaß zeigen beispielsweise den Verlauf der Innenwandung auf. Die Querschnitte dieses Düseneinlaß sind also im Prinzip sich von vorlich nach achterlich verjüngende Kreisabschnitte. Obwohl dieser Düseneinlaß in großen Bereichen zunächst einen nach außen offenen Kanal darstellen kann, ist darin bereits eine Umlenkung wie Verdichtung des Fluids in der gewünschten Weise zu erreichen. Damit wird in den Düsenkanälen ein relativ hoher Druck und eine Strömung relativ hoher Geschwindigkeit erreicht. Bei entsprechender Formgebung des Düsenauslaß kann die Geschwindigkeit nochmals erhöht werden. Es ergeben sich an der Tragfläche oben beschrieben Vorteile.

An den Leitblechen (M-5) wird das Fluid ausschließlich in achterliche Richtung umgelenkt. Damit wird die zur Überwindung des vorlichen Widerstandes erforderliche Energieaufwand zu einem beachtlichen Teil zurück ver­ wandelt in Vortrieb.

Eine solche Düsentragfläche weist weitere Vorteile gegenüber herkömmlichen Tragflächen auf. Der Auftrieb einer Düsenträgfläche ist bei vergleichbarer Fläche wesentlich größer, so daß eine Düsentragfläche prinzipiell kleiner gebaut werden. Eine Düsentragfläche erfordert eine geringere Profilhöhe, so daß sie prinzipiell flacher gebaut werden kann und damit weniger Widerstand gegen den Vortrieb gegeben ist. Nicht zuletzt ist bei einer Düsentragfläche die Gefahr des "Überreißens" weit geringer. Die Strömung an der Oberfläche einer Düsenträg­ fläche wird sich erst bei sehr viel größerem Anstellwinkel gegen die Fluglängsachse ablösen als bei normalen Tragflächen. Eine Düsenträgfläche ergibt also sichere Flugeigenschatten.

Konstruktive Ausführungen

In Bild 6 ist schematisch und beispielhaft eine Ausführung dieser Düsentragfläche dargestellt. In Bild 6, oben, ist zunächst ein Querschnitt durch ein Flugzeug dargestellt. Der Rumpf (A-6) weist anstelle der normalerweise runden bzw. elliptischen Querschnittsform eine eckige auf, allerdings mit gerundeter Kontur. Eine Tragfläche (B-6) ist wiederum relativ tief am Rumpf angesetzt und weist eine Anstellung auf. In den vorigen Konstruktions­ prinzipien wurde für den Düseneinlaß eine im Prinzip kreisrunde Form dargestellt. Diese Kreisform wird sich nicht immer realisieren lassen, beispielsweise wegen des für das Cockpit erforderlichen Raumes und den erforderlichen Sichtverhältnissen aus dem Cockpit. Hier ist darum eine vielfach praktikable Form des Düseneinlaß am seitlichen Randbereich des Rumpfes dargestellt.

Der Düseneinlaß (C-6) ist hier mit im Prinzip rechteckigem Querschnitt im Bereich der Außenwandung des Flugzeuges dargestellt. Im Verlauf von vorlich nach achterlich geht dieser Einlaßbereich über in den Düsenkanal (D-6). Wenn der Tragflächenansatz oben gerundet ist (E-6) kann der Kanal bei relativ gleichbleibender Quer­ schnittsfläche von der prinzipiell senkrechten Ausrichtung des Düseneinlaß entlang der Rumpfseite in die im Prinzip waagrechte Ausrichtung der Tragfläche gewendelt werden.

In Bild 6, links mittig, ist eine Draufsicht auf ein Flugzeug in Ausschnitten schematisch dargestellt im Bereich der Tragfläche. In der Tragfläche (B-6) befindet sich der Düsenkanal (H-6, entsprechend D-6). In diesem Düsen­ kanal findet die Umlenkung des Fluidstromes in achterliche Richtung statt (wie oben besprochen, beispielsweise durch Leitbleche wie bei M-5, hier nicht dargestellt). Das Fluid gelangt in diesen Düsenkanal aus dem Düsen­ einlaß (G-6, entsprechend C-6). Der Düseneinlaß wird abgebildet zwischen der Innenseite der Außenwandung des, Düseneinlaß und der Rumpfaußenwandung. Der Bug des Flugzeugs (F-6) kann in diesem Bereich die Form eines relativ stumpfen Konus darstellen. Das Fluid weist in diesem Staubereich einen hohen Druck aufs das Fluid weist dort also eine relativ hohe Dichte auf. Andrerseits ist dort eine hohe Geschwindigkeit parallel zur Ober­ fläche gegeben, welche durch den Düseneinlaß erfaßt wird. Oben beschriebene Vorteile ergeben sich daraus.

In Bild 6, oben, sind neben diesem Düseneinlauf (C6) für die Düsentragfläche weitere Einlaufbereiche durch gestrichelte Linien gekennzeichnet. Der Einlaufbereich (I-6) im Bereich der oberen Rumpfseitenwand erfaßt Fluid, welches nicht einer Tragfläche zugeführt wird. Seine Funktion kann im Längsschnitt deutlicher darge­ stellt werden. In Bild 6, rechts mittig, ist ein Ausschnitt eines Querschnitts aus diesem Bereich dargestellt. Der Rumpf (J-6) weist hier eine spitzere Form auf. Der Einlaufbereich (L-6, entsprechend obigem I-6) wird abge­ bildet zwischen der Rumpfaußenwandung und einem Leitblech (K-6). Dieses Leitblech ist tragflächenförmig profiliert. Die Funktion dieses Leitbleches entspricht im Prinzip den Seitenspoilern an Lastkraftwagen. Es ist bekannt, welch bedeutenden Einfluß diese relativ kleinen Spoiler hinsichtlich des Strömungswiderstandes haben.

Durch das Leitblech (K-6) werden wesentliche Teile der Strömung entlang der Rumpfoberfläche des Buges erfaßt. Dieses Fluid wird in achterliche Richtung umgelenkt. An der gerundeten Innenseite dieses Leitbleches wird ein Teil der Energie zurück gewonnen in Form einer nach vorlich gerichteten Kraftkomponente. Entlang der starker gekrümmten Außenseite des Leitbleches wird Fluid ebenso in achterliche Richtung umgelenkt und beschleunigt. Die dadurch sich ergebende Sogwirkung ist bekannt. Es ergibt sich dabei eine Kraftkomponente im Sinne des Vortriebes. Eine wesentliche Konsequenz dieser Umlenkung von Fluid parallel zur Rumpfseiten­ wandung ist jedoch, daß damit die Reibung ganz erheblich reduziert wird. Die Reibung eines in Fluid bewegten Körpers wächst mit der Geschwindigkeit, jedoch nur aufgrund von Strömungsabriß. Achterlich von diesem Leitblech liegt eine gerichtete Fluidströmung hoher Geschwindigkeit parallel zur Rumpfoberfläche an. Damit bleibt eine laminare Strömung wesentlich länger erhalten bzw. erfolgt ein Strömungsabriß sehr viel später. Durch die erhöhte Geschwindigkeit des Fluids ergibt sich ferner ein geringerer statischer Druck. Prinzipiell ergibt sich damit eine Auftriebskomponente.

Dieses Konstruktionselement bat damit nicht die Funktion einer Tragfläche im Sinne des Auftriebes. Mittelbar leistet dieses Konstruktionselement jedoch einen wesentlichen Beitrag zur Reduzierung des Energieaufwandes für den Auftrieb wie den Vortrieb eines Flugzeuges. Dieses Konstruktionselement wird im folgenden "Seitendüsenfläche" genannt.

Ähnliche Gesichtspunkte gelten auch für die Einlaßbereiche oben am Rumpf (Bild 6, oben, M-6). Dieses Konstruktionselement wird im folgenden "Kopfdüsenfläche" genannt. Deren Funktion ist am besten in einem Längsschnitt darstellbar. Bild 6, unten, zeigt dazu einen schematischen Ausschnitt einer Seitenansicht eines Flugzeuges.

Vom Rumpf (N-6) ist hier nur der vordere, obere Teil des Buges dargestellt. Er ist durchgängig gewölbt. Diese Formgebung ist weitaus strömungsgünstiger als die üblichen "Nasen" und die relativ senkrecht gestellten Fenster des Cockpits. In Hubschraubern dagegen ist vielfach aufgezeigt, welche Vorteile eine runde Glaskuppel bietet Der Einlaßbereich (O-6, entsprechend obigem M-6) wird wiederum abgebildet zwischen der Rumpfaußenwand und einem Leitblech (P-6). Auch dieses Leitblech ist tragflächenförmig profiliert. Dieses Leitblech bat zunächst wiederum die Funktion eines Spoilers. Die vom Bug nach oben umgelenkte Luftmasse wird teilweise durch diese Einlaßöffnung erfaßt. An der Innenseite des profilierten Leitbleches wird ein Anteil der Energie zur Überwindung des Widerstandes gegen den Vortrieb zurück gewonnen. Ein anderer Teil der Luftmasse wird durch die Außenseite dieses Leitbleches in achterliche Richtung umgelenkt und beschleunigt. Die bekannten Effekte hinsichtlich Auftrieb wie Vortrieb sind gegeben.

Eine ganz wesentliche Funktion dieser Kopfdüsenfläche ist jedoch, auf der Oberseite des Rumpfes ein Strömung hoher Dichte und Geschwindigkeit parallel zur Oberfläche zu erzeugen. Dadurch wird einerseits die Reibung reduziert und andrerseits ergibt sich eine wesentliche Reduzierung des statischen Druckes. Auf der relativ großen Fläche der Rumpfoberseite können damit wesentliche Kraftkomponenten hinsichtlich eines zusätzlichen Auftriebes gewonnen werden.

Die Seitendüsenflächen und diese Kopfdüsenflächen stellen zusätzlich benetzte Flächen dar und erzeugen damit erhöhte Reibung. Die damit erzielten Effekte haben jedoch wesentlich größere Bedeutung. Diese Konstruktions­ elemente ähneln Spoiler an Kraftfahrzeugen, die jedoch häufig nur prinzipielle Mängel bei der Formgebung kaschieren oder reiner Zierrat sind. Diese Seitendüsenflächen bzw. Kopfdüsenflächen dagegen erfüllen die oben dargestellten essentielle Funktionen, die sonst nicht machbar sind. Zusätzliche Aspekte dieser Konstruktions­ elemente hinsichtlich der Steuerung werden später dargestellt.

Durch diesen Düseneinlaß und die Umlenkung des Fluids in den Düsenkanälen sind ebenso zusätzliche benetzte Fläche gegeben. Die damit verbundenen Effekte sind jedoch weitaus bedeutender. Wesentliche Vorteile dieser Düsentragfläche sind oben bereits genannt.

Die zuvor dargestellten Düsentragflächen werden im folgenden "passive" Düsentragflächen genannt, im Gegen­ satz zu den nun dargestellten "aktiven" Düsentragflächen mit integriertem Motor.

In Bild 7, oben links, ist zunächst wiederum der Querschnitt eines Flugzeuges schematisch dargestellt. Am Rumpf (A-7) setzt wiederum relativ tief eine Düsentragfläche (B-7) an mit dem darin installierten Düsenkanal (C-7). Der Düseneinlaß (D-7) ist hier mit elliptischem Querschnitt dargestellt. In Bild 7, unten links, ist eine entsprechende Draufsicht auf ein Flugzeug dargestellt bzw. ein Längsschnitt im Bereich dieser Düsentragfläche. In der Düsentragfläche (B-7) ist wiederum der Düsenkanal (L-7, entsprechend C-7) angelegt. Der Düseneinlaß (K-7, entsprechend D-7) weist eine relativ große Querschnittsfläche auf. Die Kontur der Außenwandung des Buges (J-7) in diesem Bereich verläuft entsprechend relativ weiter innen, beispielsweise im Vergleich zur Dar­ stellung bei F-6 der vorigen Zeichnung. In diesem Düseneinlaß ist ein Motor (M-7) durch das dick gezeichnete Rechteck schematisch dargestellt. Dieser Motor kann beispielsweise eines der obigen Triebwerke sein.

Je höher die Geschwindigkeit der Luft am Düsenauslaß eine Düsentragfläche ist, desto wirkungsvoller ist eine Düsentragfläche. Andrerseits ist ein Treibwerk eines Flugzeuges um so effektiver, desto mehr Fluidmasse in achterliche Richtung beschleunigt wird. In obigen Triebwerken wird dieser Effekt erreicht, indem anstelle eines kompakten Fluidstrahls das Fluid vorn am Triebwerk in achterliche Richtung umgelenkt wird und dabei die einzelnen Fluidstrahle eine möglichst große Oberfläche bilden. Der gesamte Fluidstrahl ergab sich aus einem beschleunigten Hauptstrom wie einem aus ruhendem Fluid resultierenden Nebenstrom. Andrerseits wurde bei diesen Triebwerken als Alternative dargestellt, daß vorn am Triebwerk die Fluidströmung in einer Gehäuse­ schnecke in Form einer intensiven Potentialdrallströmung gebracht werden kann, welche anderweitig verwendet werden kann. Für beide Varianten ist hier eine zweckmäßige Verwendung gegeben, wenn der gesamte Fluid­ strom dieser Triebwerke so gelenkt werden, daß er aus dem Düsenauslaß einer Düsentragfläche austritt.

Damit wird erreicht, daß der Fluidstrom des Treibwerkes eine relativ große Oberfläche aufweist, also eine relativ große Masse ruhenden Fluids in achterliche Richtung beschleunigt wird. Die gegenüber ruhendem Fluid wesent­ lich höhere Geschwindigkeit dieses Fluidstroms bewirkt einen enormen Auftrieb der Düsentragflächen. Diese aktiven Düsentragflächen können darum nochmals weniger Profil und geringere Fläche aufweisen als passive Düsentragflächen. Das Triebwerk bewirkt im Düseneinlauf einen starken Sog. Das am Bug des Flugzeuges anstehende Fluid wird damit nicht nur passiv in den Düseneinlauf (einer passiven Düsentragfläche) gedrückt, sondern angesaugt. Der Widerstand gegen den Vortrieb im Bereich des Buges wird damit drastisch reduziert.

Es können Triebwerke unterschiedlichster Bauart im Bereich des Düseneinlaufes eingesetzt werden, vorzugs­ weise jedoch die hier dargestellten Triebwerke. Wie bei M-7 dargestellt müssen diese Triebwerke nicht parallel zur Längsachse des Flugzeuges angeordnet sein. Wie bei D-7 dargestellt, muß der Einlaßbereich dieser Trieb­ werke nicht kreisrund sein. In jedem Fall stellen diese aktiven Düsentragflächen eine wesentliche, höchst wirk­ ungsvolle Variante einer Düsentragflächen dar.

In Bild 7, oben links, ist dargestellt, daß am Rumpf eines Flugzeuges auch mehrere Düsentragflächen installiert sein können. Die Düsentragfläche (I-7) ist wiederum nur rein schematisch dargestellt. Sie ist beispielsweise relativ hoch am Rumpf angeordnet. In dieser Düsentragfläche sind wiederum Düsenkanäle (H-7) installiert. Der Düseneinlaß (G-7) ist hier mit rundem Querschnitt dargestellt. Diese Darstellung zeigt nur eine prinzipielle Lage dieses Konstruktionselementes. Die spezielle Funktion einer achterlich angeordneten aktiven Düsentragfläche wird im Zusammenhang mit der generellen Gestaltung des Rumpfes später dargestellt.

Prinzipiell sind divers 99999 00070 552 001000280000000200012000285919988800040 0002019806462 00004 99880e Anordnungen der Düsentragflächen am Rumpf eines Flugzeuges möglich. Vier Beispiele sind in Bild 7, rechte Darstellungsspalte, dargestellt. Dargestellt sind schematisch Längsschnitte durch ver­ schiedene Flugzeuge bzw. deren Seitenansichten. Die ungewöhnliche Kontur der Rümpfe wird später diskutiert im Kapitel Tragflächenrumpf. Im Gegensatz zu dieser neuartigen Rumpfform werden herkömmliche Flugzeugen im folgenden "normale" Flugzeuge genannt.

In Bild 7, rechte Darstellungsspalte, sind die Düsentragflächen relativ weit im vorlichen Bereich der Rümpfe angeordnet. Damit kann die zur Überwindung des Widerstand am Bug erforderliche Energie in Form von Vor- und Auftriebskräften umgesetzt werden. Dieser Effekt wird durch passive wie aktive Düsentragflächen erreicht. Der Auftrieb ist damit weiter vorlich als bei normalen Flugzeugen gegeben. Aber auch bei diesen ist Auftrieb im achterlichen Bereich erforderlich, welcher durch die Höhenleitwerke erzeugt wird. Wie bei diesen könnte auch hier dieser achterlich erforderliche Auftrieb durch entsprechend dimensionierte Höhenleitwerke erreicht werden
Der achterliche Auftrieb könnte aber auch durch Düsentragflächen erreicht werden. Im achterlichen Bereich ist jedoch kein Widerstand durch Verdrängung mehr gegeben. Im achterlichen Bereich muß vielmehr die Luft wieder hinter das Flugzeug transportiert werden. Einem Düseneinlaß im achterlichen Bereich kommt damit eine andere Funktion zu. Die Luft muß dort so angesaugt werden, daß insbesonders oberhalb des Rumpfes eine möglichst anliegende und schnelle Strömung erreicht wird. Einzelheiten dazu sind im Kapitel Tragflächenrumpf detailliert dargestellt. Um diese Sogwirkung zu erreichen sollten also im achterlichen Bereich nur aktive Düsen­ tragflächen eingesetzt werden oder aber normale Höhenleitwerke in Verbindung mit achterlich angeordneten Triebwerken herkömmlicher Art bzw. bevorzugt die vorstehend dargestellten Triebwerke.

Bild 7, oben rechts, (N-7) zeigt beispielsweise die Seitenansicht eines kleinen Flugzeuges. Dieser Flugzeugtyp wird im folgenden "Privatflugzeug" genannt. Es weist eine passive Düsentragfläche (durch normale Strichstärke gekennzeichnet, im Bugbereich aufs welche relativ tief am Rumpf ansetzt. Im achterlichen Bereich ist eine aktive Düsentragfläche (durch dicke Strichstärke gekennzeichnet) angeordnet. Über dem Cockpit ist eine Kopfdüsenfläche angeordnet.

Durch die vorliche, relativ tiefe Anordnung der passiven Düsentragfläche werden die oben angeführten Vorteile erzielt. Auch die Vorteile einer Kopfdüsenfläche sind hier entsprechend gegeben. Beide Konstruktionselemente können so ausgelegt werden, daß genügend Raum für das Cockpit und ausreichende Sichtverhältnisse in nahezu alle Richtungen gegeben sind. Der Kreis kennzeichnet beispielsweise die Position des Kopfes des Piloten. Das Flugzeug kann im Bereich des Cockpits relativ breit angelegt sein. Durch die achterliche aktive Düsentragfläche wird Luft angesaugt. Schon über dem Cockpit und über die ganze Rumpfoberfläche ist damit eine Fluidströmung in achterliche Richtung gegeben. Diese bewirkt zusätzlichen Auftrieb an der Kopfdüsenfläche wie an der Rumpfoberfläche, wobei zugleich die Reibung reduziert wird. Diese Anordnung weist vielfältige Vorteile auf gegenüber der herkömmlichen Anordnung eines Propellerantriebs am Bug der Maschine.

Prinzipiell könnte ein mittig im Rumpf angeordneter Motor von beiden Seiten Luft ansaugen und beidseits in diese achterliche aktive Düsentragflächen abgeben. Sicherer und wirkungsvoller ist natürlich, wenn ein Trieb­ werk je Düsentragfläche eingesetzt werden. Generell sind mehrere kleine Antriebseinheiten effektiver als wenige entsprechend stärkere Motoren.

In Bild 7, rechts, zweite Darstellung, ist ein zweimotoriges Flugzeug dargestellt etwas größerer Bauart. Dieser
Flugzeugtyp wird im folgenden "Regionalflugzeug" genannt. Bei diesem Regionalflugzeug (O-7) sind die vorlichen Düsentragflächen als aktive Düsentragflächen dargestellt. Diese Düsentragflächen könnten gegenüber der Anordnung bei obigem Privatflugzeug etwas höher und etwas weiter hinten angeordnet sein. Achterlich wird dann ausreichend Auftrieb erzeugt durch ein entsprechend dimensioniertes herkömmliches Höhenleitwerk. Es sollten dabei jedoch Seitendüsenflächen eingesetzt werden, beispielsweise in dem durch gestrichelte Linien gekennzeichneten Bereich über der vorlichen Düsentragfläche. Eine Kopfdüsenfläche ist in jedem Fall sinnvoll.

In Bild 7, rechts, dritte Darstellung, ist ein Flugzeug mittlerer Größenordnung dargestellt. Dieser Flugzeugtyp wird im folgenden "Kontinentalflugzeug" genannt. Bei Kontinentalflugzeugen (P-7) sollten anstelle der üblichen zwei Triebwerke vier entsprechend kleinere Motoren eingesetzt werden. Es sind dann vorlich wie achterlich aktive Düsentragflächen einsetzbar. Damit ist eine optimale Strömung an allen Flächen des Flugzeuges zu erreichen. Kopf- und Seitendüsenflächen unterstützen auch hier die gewünschten Strömungsverhältnisse.

In Bild 7, rechts unten, ist schematisch ein sehr großes Flugzeug dargestellt, beispielsweise mit zwei Passagier­ decks. Dieser Flugzeugtyp wird im folgenden "Interkontinentalflugzeug" genannt. Bei Interkontinentalflug­ zeugen (Q-7) bietet sich eine andere Anordnung an. Das Cockpit kann hier mittig angeordnet werden, so daß darüber und darunter Raum gegeben ist für den Düseneinlauf von zwei vorlichen Düsentragflächen. Dazwischen kann die Strömung auch noch durch eine Seitendüsenfläche gesteuert werden. Eine Kopfdüsenfläche sollte in jedem Fall installiert sein.

Beide vorliche Düsentragflächen können senkrecht übereinander oder versetzt zu einander angeordnet sein. Beide vorliche Düsentragflächen können passive oder aktive Düsentragflächen sein. Achterlich ist ein normales Höhenleitwerk eingezeichnet sowie die prinzipielle Position eines Triebwerkes durch das dicke Rechteck schematisch gekennzeichnet. Anstelle dessen könnte auch eine aktive Düsentragfläche wie bei obigem Kontinentalflugzeug eingesetzt werden.

Durch die vorlichen Düsentragflächen wird ein großer Anteil der am Bug anstehenden Luftmassen erfaßt und nutzbringend nach außen und achterlich gelenkt. Die restliche Luftmasse seitlich am Bug wird durch die Seiten­ düsenflächen in achterliche Richtung gelenkt, um dort eine möglichst anliegende Strömung zu erhalten. Die mittig über den Bug nach oben fließenden Luftmassen sind weit geringer als bei Flugzeugen vergleichbarer Verdrängung. Zudem werden diese Luftmassen durch Kopfdüsenflächen genutzt sowie in eine anliegende Strömung auf der Oberseite des Rumpfes in achterliche Richtung gelenkt. Die Dichte der Luft oberhalb des Rumpfes ist damit wesentlich geringer als unterhalb des Rumpfes. Dennoch ist die Luft oberhalb des Rumpfes gegenüber der Luft unterhalb des Rumpfes beschleunigt. Daraus ergibt sich prinzipiell ein wesentlich höherer Auftrieb als bei normalen Flugzeugen.

Durch die achterliche Beschleunigung der Luft durch achterlich angeordnete Triebwerke oder aktive Düsen­ tragflächen werden diese Effekte nochmals wesentlich unterstützt. Dazu trägt auch die prinzipielle Gestaltung des Rumpfes bei, wie später dargelegt wird.

Besondere Eignschaften

Die speziellen Vorteile der Kopfdüsenflächen, der Seitendüsenflächen, der passiven und aktiven Düsentrag­ flächen sowie deren unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten wurden vorstehend ausführlich dargelegt. In besonderem Maße sind die Düsentragflächen eine wesentliche Neuerung im Flugzeugbau. Diese Düsentrag­ flächen sind wesentlich kleiner zu bauen als herkömmliche Tragflächen. Durch diese Düsentragflächen werden Erfordernisse des Vortriebs wie des Auftriebs zusammen gefaßt in einer Funktionseinheit. Damit wird ein insgesamt wesentlich geringerer Energieaufwand erforderlich.

3.5. Rumpftragfläche Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, Auftrieb durch besondere Gestaltung der Rumpfseitenwandungen zu erreichen.

Konstruktionsprinzipien

Düsentragflächen erzeugen relativ starke Auftrieb. Sie weisen jedoch nur relativ kleine Fläche auf, welche außer den Bereichen für den Düsenauslaß nurmehr Raum geben für die erforderlichen Tragflächenruder. Bei Start und Landung ist die Fluggeschwindigkeit geringer und damit der gegebene Auftrieb nicht ausreichend. Auch bei konventionellen Tragflächen muß dieser zusätzliche Bedarf an Auftrieb durch zusätzliche Maßnahmen erzeugt werden. Dazu sind komplizierte Bauteile in der Tragfläche zu installieren inklusive deren Steuerungstechnik. Bedeutend einfacher ist dieser zusätzliche Auftrieb zu erreichen, wenn zusätzliche Flächen entlang des Rumpfes geschaffen werden. Im Prinzip ist dazu lediglich erforderlich, entlang des Rumpfes nach unten offene Kanäle zu installieren. Bild 8, oben, zeigt schematisch hierzu diverse Querschnitte von Flugzeugen.

Bild 8, oben links, zeigt den prinzipiellen Querschnitt elliptischer Form (A-8), wie er für konventionelle Rümpfe typisch ist. Der Querschnitt B-8 weist etwa gleiche Fläche auf, oben und unten jedoch ist der Rumpf etwas flacher gebaut. Die oberen und unteren Ellipsenabschnitte weisen unterschiedliche Radien auf und zwischen beiden wird ein nach unten offener Kanal gebildet. Der Querschnitt C-8 hat wiederum etwa gleiche Fläche, ist jedoch nochmals breiter und niedriger gebaut. Der nach unten offene Kanal befindet sich an einem nahezu senkrechten Wandungsteil. Der Querschnitt D-8 hat wiederum in etwa gleiche Fläche, ist jedoch noch breiter und niedriger gebaut. Er weist an seiner Außenseite zwei solcher nach unten offenen Kanäle auf.

Diese Kanäle werden im folgenden "Rumpfkanäle" genannt. Durch die gestrichelten Linien im Querschnitt D-8 wird angezeigt, daß die Rumpfkanäle nicht permanent aus der Wandung hervor ragen müssen. Durch klappbare bzw. ausfahrbare Wandungsteile könnten sie bei Bedarf ausgestellt werden, ansonsten eingezogen sein. Die Rumpfwandung wurde damit normalerweise eine geschlossene Fläche bilden und nur bei zusätzlich erforder­ lichem Auftrieb die Rumpfkanäle aus dieser Wandungsfläche heraus ragen.

In Bild 8, zweite Darstellung von oben, ist schematisch eine Seitenansicht eines normalen Flugzeuges darge­ stellt. An der Seitenwandung des Rumpfes (E-8) sind durch dicke Linien beispielsweise zwei Rumpfkanäle eingezeichnet. Es bietet sich an, einen Rumpfkanal (F-8) beim Übergang des Rumpfdaches zur Rumpfseite anzubringen. Ein solcher Rumpfkanal behindert eine Luftströmung von unten nach oben. Wenn der Bug des Flugzeuges so ausgebildet wird, daß an der Oberseite des Rumpfes eine höhere Luftgeschwindigkeit gegeben ist und damit ein geringerer statischer Druck, dann ergibt sich selbst bei normaler Fluglage ein Auftriebseffekt durch diesen oberen Rumpfkanal. Der zweite hier dargestellten Rumpfkanal (G-8) ist auf Höhe der Tragfläche angeordnet und von dieser vorlich wie achterlich. Auch hier sind prinzipiell die gleichen Geschwindigkeits- und Druckverhältnisse wie oben gegeben, wird prinzipiell wiederum zusätzlicher Auftrieb erzeugt, selbst bei dieser normalen, waagrechten Fluglage.

Die besondere Wirkung dieser Rumpfkanäle zeigt sich jedoch in der Landungsphase, wenn ein Anstellwinkel der Flugzeuglängsachse gegenüber der Waagrechten gegeben ist. Die Luft strömt dann nicht parallel zur Längsachse an der Rumpfseite entlang, sondern in einem spitzen Winkel aus unten vorlicher Richtung. Die Rumpfkanäle sind dann nicht nur nach unten offen, sondern auch in vorlicher Richtung. Die projektierte Fläche ist durchaus vergleichbar zu der durch zusätzliche Tragflächenklappen darstellbaren.

Die Rumpfkanäle erfassen damit eine relativ große Luftmasse. In den Rumpfkanälen entsteht Staudruck und zugleich eine hohe Geschwindigkeit in achterliche und abwärts weisende Richtung. Am achterlichen Ende des Rumpfkanales tritt ein starker Luftstrahl aus. Durch diesen wird zusätzlich ruhendes Fluid in achterlich und abwärts weisende Richtung beschleunigt. Aufgrund des Energieerhaltungssatzes müßte mittelbar das Flugzeug eine Auftriebskraft in vorlich aufwärts weisende Richtung erfahren. Dem ist nicht so.

Das Flugzeug wird vielmehr in seiner Bewegung in vorlich waagrechter Richtung abgebremst. Die kinetische Energie der dabei in obiger Weise beschleunigte Luft wird höher, die kinetische Energie des Flugzeuges wird also geringer. Dieses ist die gewünschte Absicht beim Landeanflug.

Dieser Rumpfkanal weist jedoch auch die gewünschte Wirkung in der Startphase auf. Solange ein Flugzeug am Boden rollt mit herkömmlichen Tragflügelklappen bewirken diese erheblichen Widerstand. In der Rollphase des Flugzeuges mit Rumpfkanälen ist dagegen kein besonderer Widerstand gegeben. Sobald der Bug des Flugzeuges angehoben wird, strömt Luft wie oben beschrieben von vorlich unten in die Rumpfkanäle und erzeugt den relativ hohen Staudruck wie die relativ hohe Geschwindigkeit des Luftstrahls nach achterlich unten. Das Flugzeug ist in dieser Phase so schwer bzw. wird durch die Motoren so stark beschleunigt, daß durch die Rumpfkanäle keine Verzögerung der Geschwindigkeit des Flugzeuges in vorliche Richtung statt findet. Die Innenseiten der Rumpf­ kanäle haben vielmehr die gleiche Funktion wie die Unterseiten der Tragflächen in dieser Flugphase. Ruhendes Fluid wird dabei nach unten abgelenkt, entsprechender Auftrieb wird erzeugt, das Flugzeug gleitet auf einem durch die Tragflächenunterseite bzw. Rumpfkanäle gebildeten Luftpolster nach vorlich oben.

Es besteht jedoch ein gravierender Unterschied zwischen Tragflächen und Rumpfkanälen. An den Tragflächen­ unterseiten muß sich das Luftpolster ständig neu ausbilden, dieses Luftpolster ist nur relativ kurz, wechselnde Druck- und Bewegungsverhältnisse des ruhenden Fluids wirken sich unmittelbar aus, die Druck- und Beweg­ ungsverhältnisse im Luftposter sind damit unterschiedlich, die Auftriebskraft ist damit stark schwankend, das Flugzeug liegt relativ unruhig in der Luft. In den Rumpfkanälen dagegen besteht das Luftpolster auf der ganzen Lange des Rumpfkanals, kurzfristige Druckschwankungen gleichen sich innerhalb des Rumpfkanals aus, die Auftriebskraft ist gleichmäßig, die starken und dichten Fluidstrahle in bzw. aus den Rumpfkanälen wirken wie Schienen, auf denen das Flugzeug ruhig und gleichmäßig aufwärts gleitet.

Diese positive Wirkungen sind auch in der Steigphase im Anschluß an die Startphase gegeben bzw. auch, wenn aus einer normalen Fluglage heraus Höhe gewonnen werden soll. Auch hier reicht ein relativ kleiner Anstell­ winkel der Flugzeuglängsachse zur Waagrechten aus, um eine konstante zusätzliche Auftriebskraft zu erreichen.

Rumpfkanale haben auch in waagrechter Fluglage besondere Vorteile. Wie in der Start- und Landephase gleichen sie kurzfristige Schwankungen im Zustand des ruhenden Fluids aus. Sie können darum das Durch­ sacken in sogenannten "Luftlöchern" wesentlich dämpfen.

Rumpfkanäle haben darüber hinaus besondere Wirkung beim Sinkflug. Die Luft fließt dann in die Rumpfkanäle vorlich und aufwärts ein. Es ergibt sich daraus ein relativ hoher Druck in den Rumpfkanälen und es bildet sich eine Drallbewegung aus. Die Luft fließt mit einer starken Strömung achterlich ab. Daraus ergibt sich ein Vortriebsmoment und damit eine Beschleunigung des Flugzeuges. Ein Flugzeug kann damit rascher und weiter im Sinkflug gleiten.

Wenn solche Rumpfkanäle eingesetzt werden, können die Tragflächen so dimensioniert werden, daß sie lediglich den für die normale Fluglage erforderlichen Auftrieb bewirken. Herkömmliche Tragflächen erfordern dann nur insgesamt kleinere Fläche bzw. Profilierung, was verringerten Widerstand bedeutet. Beim Einsatz von Düsentragflächen sind kleinere Flächen erforderlich bzw. ergibt sich nochmals geringerer Widerstand. Darum kann man sich leisten, anstelle der im Prinzip waagrechten Tragflächen den etwas höheren Flächenbedarf von prinzipiell nach seitlich aufwärts weisenden Tragflächen in Kauf zu nehmen.

In den vorigen Zeichnungen wurden darum die Düsentragflächen stets mit Anstellung bzw. gepfeilt dargestellt Es ist allgemein bekannt, daß solche Tragflächen automatisch zu einer stabileren Fluglage führen. Das bei herkömmlichen Tragflächen ständig erforderliche Arbeiten der Steuerklappen bewirkt stets eine Verzögerung, d. h. reduziert die durchschnittliche Reisegeschwindigkeit. Es werden durch die praktisch fortwährenden Beweg­ ungen der Steuerklappen die Strömungs- und Druckverhältnisse an der Tragfläche ständig verändert. Der Auftrieb in diesen Tragflächenbereichen ist damit nicht optimal. Dieses wiederum muß durch im Prinzip zu große Fläche und Profilhöhe an anderer Stelle wieder ausgeglichen werden, was wiederum erhöhten Widerstand bedeutet. Rumpfkanäle in Verbindung mit angestellten Düsentragflächen weisen also gegenüber herkömmlichen Tragflächen diverse positive Effekte auf.

Fest installierte Rumpfkanäle weisen in normaler Fluglage nur minimal mehr Reibungswiderstand auf als voll­ kommen glatte Rumpfseiten. Die oben genannten Vorteile stehen damit jederzeit zur Verfügung. Diese Rumpf­ kanäle könnten jedoch auch ausfahrbar gestaltet werden. Sie mußten dann nur ausgefahren werden, wenn zusätz­ licher Auftrieb erforderlich ist oder Auftriebsreserven gewünscht sind. Ein Kombinationsmöglichkeit daraus ist, relativ klein dimensionierte bzw. nur einen Teil der Rumpfseite umfassenden Bereich fester Rumpfkanäle zu installieren und diese Fläche im Bedarfsfall durch variable Rumpfkanalteile vergrößern zu können.

Konstruktive Ausführungen

In Bild 8, dritte Darstellungszeile, sind Rumpfkanäle variabler Fläche in schematischen Querschnitten darge­ stellt Bild 8, dritte Darstellungszeile links, stellt beispielsweise einen Rumpfkanal dar mit ringabschnitts­ förmigem Querschnitt. Bei H-8 ist dieser Rumpfkanal in der Rumpfwandung versenkt, er befindet sich in einem entsprechend geformten Köcher. Aus diesem kann er durch mechanische oder hydraulische Einrichtungen (hier nicht dargestellt) geschwenkt werden. Die Ausschnittszeichnung I-8 zeigt diesen Rumpfkanal in einer ausge­ fahrenen Position. Es sind diverse Möglichkeiten mit bekannter Technik zu realisieren. Bei J-8 ist beispielsweise ein ausklappbarer Rumpfkanal schematisch in seiner ausgefahrenen Position dargestellt, daneben bei K-8 ist der Rumpfkanal an die Rumpfwandung geklappt, bietet so nur geringen Reibungswiderstand.

In Bild 8, unten links, ist ein fest montierter Rumpfkanal (L-8) schematisch und beispielhaft im Querschnitt dargestellt. Er weist einen runden Querschnitt auf, der Rumpfkanal ist etwa halbkreisförmig nach unten offen. In diesen Rumpfkanal ist ein gestrichelter Kreis (M-8) eingezeichnet. Dieses Konstruktionselement wird im folgenden "Rumpfkanaldüse" genannt.

In Bild 8, unten rechts, ist schematisch ein Längsschnitt dieses Bereiches dargestellt. Der Rumpfkanal (L-8) beginnt vorlich am Rumpf und verläuft in achterlicher Richtung. An seinem achterlichen Ende steht im Rumpf­ kanal eine Strömung an, welche bei einer Anstellung der Flugzeuglängsachse eine außerordentlich dichte und starke Strömung sein wird, beispielsweise wie oben in der Startphase dargelegt. Diese Strömung könnte zu Steuerzwecken genutzt werden. Die Rumpfkanaldüse ist dazu am achterlichen Ende des Rumpfkanales installiert. Sie stellt im Prinzip ein rundes Rohr dar, das um seine Achse drehbar gelagert ist. Achterlich ist dieses Rohr gekrümmt.

Je nach Stellung dieser Rumpfkanaldüse wird damit der aus dem Rumpfkanal achterlich ausfließende Luftstrom umgelenkt. Diese Umlenkung kann vom Rumpf aus gesehen nach außen erfolgen, dann erfährt das Flugzeug am Heck einen entsprechenden Impuls in seitlicher Richtung. Die Umlenkung kann nach oben oder unten erfolgen, dann erfährt das Flugzeug am Heck einen Impuls nach unten oder oben.

Eine solche Rumpfkanaldüse stellt also ein wirksames Steuerinstrument dar, besonders in den Start- bzw. Landungsphasen. Durch dieses Steuerinstrument kann aber auch z. B. der Einfluß von Seitenwind korrigiert werden. Auf der Luv-Seite wird die Strömung im Rumpfkanal besonders intensiv sein, so daß per Rumpfkanal­ düse eine konstante Kurskorrektur möglich ist.

Wenn keine solche Steuerwirkung gewünscht ist, bedeutet diese Umlenkung natürlich einen ungewünschten Widerstand. Positiv genutzt werden kann die Umlenkung jedoch, wenn in normaler Flugsituation der Luftstrom aus der Rumpfkanaldüse nach innen gelenkt wird. Die Rumpfkanaldüse sollte darum in dem Bereich installiert werden, in welcher am Heck die Rumpfwandung in etwa entsprechender Krümmung nach innen zurückweicht, wie beispielsweise in Bild 8, unten rechts, dargestellt.

Am Heck des Flugzeuges ist ein Sog gegeben, in welchen die Luft einströmt. Luft ist zwar komprimierbar, dennoch ist dieser Sog schädlich hinsichtlich des Vortriebs. Durch eine nach innen gerichtete Rumpfkanaldüse wird in diesen Bereich Luft gelenkt. Dieser relativ intensive Luftstrahl beschleunigt ruhendes Fluid in ent­ sprechende Richtung. Beide Luftmassen prallen auf die Rumpfwandung im Heckbereich. Die negative Wirkung des dortigen Soges wird damit verringert. Wenn diese Luftströmung am Heck durch die Rumpfwandungen wiederum in achterliche Richtung umgelenkt wird, wird auch der Widerstand der Rumpfkanaldüse kompensiert.

Besondere Eigenschaften

Mit diesem Konstruktionselement der Rumpfkanäle sind also vielfältige, positive Effekte hinsichtlich des Auftriebes wie des Vortriebes, aber auch hinsichtlich der Stabilität der Fluglage wie der Steuerungsmöglich­ keiten gegeben. Bei relativ geringem Bauaufwand werden beachtliche Wirkungen erzielt. Durch diverse Anordnungen und Ausführungen können diese je nach Flugzeugtyp und Zielsetzung angewandt werden.

3.6. Tragflächenrumpf Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, Auftrieb durch besondere Gestaltung des Rumpfes zu erreichen.

Konstruktionsprinzipien

In Bild 9, obere Darstellungszeile, ist schematisch die typische Kontur normaler Flugzeuge in der Seitenansicht dargestellt. Im Gegensatz dazu wird die nachfolgend beschriebene Kontur und Gestalt von Rümpfen im folgen­ den "Tragflächenrumpf" genannt.

In Bild 9, oben links, ist ein normales Flugzeug (A-9) in der Rollphase dargestellt. Die eingezeichneten waag­ rechten Linien am Rumpf stellen vorige Rumpftragflächen dar. In Bild 9, oben rechts, ist dieses Flugzeug (B-9) in der Startphase dargestellt. In der Startphase wird die Flugzeuglängsachse um einen Drehpunkt im Bereich des Hauptfahrwerkes geschwenkt. Der Bug weist dann nach vorlich oben, das Heck nach achterlich unten. Ein normales Flugzeuge muß darum unten eine Kontur aufweisen, welche hinten nach oben zurückweicht.

Diese Formgebung ist durch diese Startweise wie durch den entsprechenden Vorgang bei der Landung bedingt. Diese Formgebung ist jedoch nachteilig in allen anderen Flugphasen, weil damit hinten an der Rumpfunterseite ein Sog und damit prinzipiell und nahezu ständig eine Abtriebskomponente gegeben ist.

Bei einem normalen Flugzeug wird der in der Start- und Landungsphase erforderliche zusätzliche Auftrieb durch diverse Maßnahmen an der Tragfläche erzeugt. Im vorigen Kapitel wurde dargestellt, wie durch Rumpftrag­ flächen auf relativ einfache Weise zusätzlicher Auftrieb erzeugt werden kann. Aus der Abb. B-9 ist leicht zu erkennen, welche positive Effekte solche Rumpftragflächen in dieser Phase auch bei normalen Flugzeugen bewirken können.

In Bild 9, zweite Darstellungszeile, sind die entsprechende Rollphase und Startphase bei entsprechenden Trag­ flächenrümpfen (C-9 und D-9) dargestellt. Bei diesen sind Rumpftragflächen nicht generell erforderlich. Die waagrechte Linie im vorlichen Bereich und oben am Rumpf zeigt eine Rumpftragfläche in diesem begrenzten Bereich an. Dafür ist hier eine Kopfdüsenfläche eingezeichnet. Im Vergleich der Abb. D-9 gegenüber B-9 ist leicht zu erkennen, daß diese Kopfdüsenfläche auch an normalen Flugzeugen vorteilhaft einzusetzen sind.

Diese Kopfdüsenflächen erzeugen Auftrieb im vorlichen Bereich und sind darum besonders wertvoll in der Startphase. Solche Auftriebskomponenten vorn bewirken auch die relativ weit vorlich angeordneten Düsentrag­ flächen. Wenn bei einem Tragflächenrumpf vorlich oben Rumpftragflächen eingesetzt werden, wurde in der Startphase nochmals zusätzlicher Auftrieb vom erzeugt. Diese Konstruktionselemente ermöglichen, das Haupt­ fahrwerk weiter hinten anzuordnen, so daß die Kontur des Hecks nicht so stark nach oben weisen muß.

Die wesentlichen Kriterien für ein anderes Verhalten des Flugzeuges in der Startphase und Landephase wie auch in normaler Fluglage sind jedoch bedingt durch die prinzipielle Bauform der Tragflächenrümpfe.

Tragflächenrumpfe weisen im Prinzip einen flachen Boden auf, welcher achtern nach innen oben verläuft. Der Rand des Bodens ist ausgeprägt, um ein seitliches Abfließen der Luft zu reduzieren. Tragflächenrumpf haben einen relativ stumpfen Bug. Die Seitenwandungen sind vorlich im Prinzip senkrecht, der Querschnitt des Rumpfes in diesem Bereich nahezu quadratisch. Im achterlichen Bereich jedoch wird die äußere obere Ecke nach innen und unten zurück genommen. Der gesamte Rumpf erfüllt damit die Funktion einer Tragfläche. Aktive Düsentragflächen, Seitendüsenflächen und Kopfdüsenflächen ergänzen diese Rumpfform in idealer Weise. Wesentlich ist auch die Anordnung der achterlichen Triebwerke.

Konstruktive Ausführung

In Bild 9, mittlere Darstellung, ist die Seitenansicht eines Tragflächenrumpfes (E-9) schematisch und beispiel­ haft dargestellt. Eingezeichnet ist eine vorlich und tief angesetzte aktive Düsentragfläche (F-9) sowie eine achterlich und höher angesetzte aktive Düsentragfläche (G-9). Die gestrichelt umrandeten Bereiche stellen jeweils die Einlaßbereiche dar. Der gestrichelt umrandete Bereich vorlich oben kennzeichnet die Seitendüsen­ flächen (I-9). Eine Kopfdüsenfläche (H-9) ist darüber eingezeichnet. Insoweit entspricht diese Zeichnung den bei der Diskussion dieser Konstruktionselemente schematisch dargestellten Rümpfen. Die Anordnung dieser Konstruktionselemente entspricht dem dortigen Flugzeugtyp eines Kontinentalflugzeuges. Aber auch für die dortigen Privat-, Regional- bzw. Interkontinentalflugzeug gelten die nachfolgenden Darstellungen analog.

In diesem Tragflächenrumpf (E-9) ist als dicke Linie der prinzipielle Verlauf des Rumpfbodens (J-9) einge­ zeichnet. Dieser Rumpfboden ist über einen langen mittleren Bereich nahezu plan und waagrecht angelegt. Im Bugbereich ist der Rumpfboden nach oben gekrümmt mit einem sehr flachen Verlauf. Im Heckbereich ist der Rumpfboden ebenfalls nach oben gekrümmt, jedoch mit zunehmend steilerem Verlauf. Insofern unterscheidet sich die Kontur dieses Rumpfunterseite im Längsschnitt nicht gravierend von der normaler Flugzeuge. Anders als bei normalen Flugzeugen stellt sich jedoch der Querschnitt dar.

Unterhalb des Tragflächenrumpfes (E-9) sind sieben Hilfslinien gezeichnet und als K-9 bis Q-9 gekennzeichnet. In Bild 9, unten, sind diverse Querschnitte durch diesen Rumpf schematisch und beispielhaft dargestellt und ebenso als K-9 bis Q-9 gekennzeichnet. Obige Hilfslinien kennzeichnen also die prinzipielle Lage dieser Quer­ schnitte auf der Längsachse dieses Rumpfes. Generell sind diese Querschnitte und ihre Lage nur schematische Darstellungen zur Erläuterung der Bauprinzipien und keinesfalls maßstabsgerechte Zeichnungen.

Der Querschnitt K-9 liegt im vorderen Bugbereich. Dieser Querschnitt weist oben die übliche Rundung auf. Bei den Seitenflächen ist diese Rundung allerdings nicht fortgesetzt. Die Seitenflächen weisen vielmehr prinzipiell nach unten innen. Sie stellen damit bereits den vorlichsten Bereich des nachfolgenden Düseneinlaufbereiches dar. Auch auf der Unterseite ist prinzipiell keine Rundung gegeben. Die Unterseite ist bereits hier nahezu eben ausgeführt. Der insgesamt relativ ebene und flache Boden beginnt damit schon ganz vorn am Bug.

Der Querschnitt L-9 liegt im Bereich des Cockpits bzw. am Beginn des Düseneinlaßbereiches der vorlichen Düsentragfläche. Der Boden ist hier im Prinzip weiterhin nahezu eben. Er weist außen einen relativ kleinen Ansatz eines Wulstes auf. Die Seitenwand darüber zeigt konvaven Verlauf. Diese Einbuchtung gegenüber dem generellen Verlauf der gesamten Außerseite stellt den Beginn des Düseneinlaßbereiches dar. Prinzipiell ist diese Einbuchtung so anzulegen, daß die Luft vorwiegend von oben nach unten umgelenkt wird bzw. eine Drall­ bewegung eingeleitet wird. Der obere Bereich der Seitenwandung hat gegenüber dem vorigen Querschnitt K-9 eine starke Ausweitung erfahren. Damit ist Raum gegeben für das dortige Cockpit. In diesem Abschnitt beginnt auch der Bereich von Seitendüsenflächen. Prinzipiell sollten diese dort angebracht werden, wo die anfänglich starke Krümmung des Bugbereiches in eine flachere Krümmung des mittleren Bereiches des Rumpfes übergeht. Die Oberseite in diesem Bereich des Cockpit ist gegenüber normalen Flugzeugen relativ flach. Etwa dort beginnt auch der Bereich von Kopfdüsenflächen.

Der Bug eines Tragflächenrumpfes ist also relativ stumpf. Es wird eine bestimmte Luftmasse durch den flachen Boden nach unten gedrückt. Es wird ein wesentlicher Teil der Luftmasse in den Düseneinlaß der vorlichen Düsentragflächen geleitet. Es wird ein relativ großer Teil der Luftmasse nach seitlich oben geführt, jedoch durch Seitendüsenflächen in eine achterliche Richtung umgelenkt. Der restliche Teil der Luftmasse wird über die relativ flach angelegte Oberseite gedrückt, jedoch durch Kopfdüsenflächen in achterliche Richtung gelenkt.

Der Querschnitt M-9 liegt etwa bei der Vorderkante einer vorlichen Düsentragfläche. Der mittige Teil des Bodens ist weiterhin nahezu flach bzw. waagrecht. Am äußeren Teil des Bodens beginnt dort ein nach unten gerichtete Wölbung. Ganz außen am Boden weist die Wölbung in umgekehrte Richtung nach oben. Der Boden hat damit außen eine leicht konkaven Querschnitt und als Übergang zwischen Boden und Seitenwand ergibt sich ein Wulst. Im Bereich der Seitenwand darüber ist der Düseneinlaß angebracht. Zwischen den Querschnitten L-9 und M-9 weist dieser teilweise offene Düseneinlaß im Prinzip zunehmend, anschließend wieder abnehmende Querschnittsfläche auf. Der Düseneinlaß geht in diesem Bereich über in den Düsenkanal der vorlichen Düsen­ tragfläche. Bei einer aktiven Düsentragfläche ist in diesem Bereich auch das Triebwerk angeordnet (hier nicht dargestellt). Der obere Bereich der Seitenwandung hat hier wiederum eine starke Ausweitung erfahren. Der Rumpf hat hier nahezu seine maximale Breite erreicht. Die relativ starke Krümmung der vorlichen Bereiche geht hier in eine geringe Krümmung über, die Seitenwandung weist anschließend nahezu in achterliche Richtung. Auch die Oberseite des Rumpfes weist hier eine wesentlich geringere Krümmung auf, der Zuwachs an Höhe wird geringer. Die Rundung der Oberseite ist im Prinzip entsprechend der vorigen Querschnitte.

Der Querschnitt N-9 liegt im Bereich der größten Verdrängung, stellt also die größte nutzbare Querschnittsfläche des Rumpfes dar. Dieser Bereich ist wie bei normalen Flugzeugen mit variabler Länge zu betrachten. Der Boden ist weiterhin prinzipiell eben angelegt, nach außen hin mit leicht konkaver Wölbung. Der Wulst außen am Über­ gang zur Rumpfseitenwand ist hier ausgeprägter. An der Seite steht nun der Raum hinter dem vorlichen Düsen­ einlaßbereich zur Verfügung. Der obere Bereich weist kaum mehr eine Ausweitung auf, die Rumpfseitenwand verläuft hier im Prinzip parallel zur Flugzeuglängsachse. Die Oberseite ist nurmehr mittig höher gezogen. Die Rundung der Oberseite bleibt nahezu erhalten, weist insgesamt nun aber mehr nach außen. Der Übergang zwischen Oberseite und Seitenwand des Rumpfes ist damit wesentlich runder als in den vorlichen Bereichen.

Bei vorigen Interkontinentalflugzeugen wurde vorgeschlagen, zwei vorliche Düsentriebwerke an einer Rumpf­ seite über einander anzuordnen. Diese könnten senkrecht übereinander angeordnet sein oder auch versetzt. In jedem Fall wären in Bereich der Querschnitte L-9 und M-9 bzw. bis zum Beginn von N-9 im oberen Bereich der Seitenwandungen entsprechende Düseneinlaßbereiche anzulegen. Diese doppelte Anordnung kann auch bei kleineren Flugzeugtypen angewandt werden, wenn zwischen unterer und oberer Düsentragfläche genügend Abstand gegeben ist. Zwischen dem Düseneinlaß der unteren Düsentragflächen und dem Düseneinlaß der oberen Düsentragfläche sollten Seitendüsenflächen angeordnet werden, damit die Strömung dort am Rumpf anliegt. Dadurch wird erreicht, daß auch die Unterseite der oberen Düsentragfläche nahezu ausschließlich von ruhendem Fluid bestrichen wird.

Der Querschnitt O-9 stellt den Übergang vom Hauptbereich N-9 zum Heckbereich P-9 dar. Die Gestaltung dieses Bereiches unterscheidet sich wesentlich gegenüber der normaler Flugzeuge. Der Boden weist hier im Prinzip noch immer die Querschnittsform des vorigen Hauptbereiches auf. Die Seitenwandung oben weicht hier deutlich zurück, ist also gegenüber dem vorigen Querschnitt des Hauptbereiches gewendelt um eine Drehachse im unteren Bereich der Seitenwandung. Die Oberseite dieses Querschnitts O-9 weist noch immer eine Wölbung ähnlich der vorlicher Querschnitte auf weist nun jedoch nach außen-unten. Diese Oberseite des Rumpfquer­ schnitts ist also ebenfalls gewendet, jedoch in anderem Drehsinn und mit einer Drehachse oben mittig. Der Übergang zwischen dieser nun schräg stehenden Seitenwand und der ebenfalls nun schräg stehenden Oberseite ist fließend.

Im Bugbereich wird im Querschnitt die obere äußere Ecke bereits angedeutet, im Cockpitbereich und Bereich der vorlichen Düsentragfläche wird diese Ecke ausgeprägter, im Hauptbereich wird diese Ecke gerundeter und wird im achterlichen Bereich des Querschnitts O-9 wesentlich zurück genommen in Richtung innen-unten.

Der Querschnitt P-9 stellt den Heckbereich dar bzw. den Bereich achterlich angeordneter Leitwerke, aktiver Düsentragflächen bzw. achterlich angeordneter Triebwerke. Wenn man diesen Querschnitt P-9 zunächst ohne das dort eingezeichnete Leitwerk bzw. Tragfläche betrachtet, so kann man die Fortsetzung der zuvor beschrieb­ enen Wendelungen erkennen. Die Seitenwand verbleibt unten nahezu gleich weit außen und bildet dort praktisch den Drehpunkt der Wendelung. Die Seitenwand wird oben weiter nach innen und unten um diesen Drehpunkt geschwenkt. Analog dazu wird die bisherige, schräg angestellte Oberseite weiter gewendelt, so daß sie im Prinzip nun mehr nach unten als außen weist. Die oberste Kante des Querschnitts verlagert sich nach unten. Der Boden des Querschnitts P-9 wird gegenüber dem vorigen Querschnitt mittig angehoben, wird also nun ebenfalls um einen äußeren Drehpunkt gewendelt. Der Boden behält seine leicht konkave Wölbung im Prinzip bei. Der bis­ herige Wulst zwischen Boden und Seitenwand verjüngt sich aufgrund der gegenläufigen Wendelungen des Bodens und der Seitenwand.

Der Querschnitt Q-9 liegt am achterlichen Rumpfende. Durch Fortsetzung der zuvor beschriebenen Verläufe bzw. Wendelungen verbleibt hier nurmehr eine mittig nach oben weisende Fläche, welche im folgenden "Mittelflosse" genannt wird. Außerdem ergibt sich daraus eine seitlich abwärts gerichtete Fläche, welche im folgenden "Seitenflosse" genannt wird. Die Kontur des Rumpfendes wurde hier stets als senkrechte Linie gezeichnet. Sie könnte natürlich auch eine gekrümmte Linie sein bzw. nicht in die Senkrechte weisen.

Durch das Zurücknehmen der oberen Rumpfkante etwa im Bereich der Querschnitte 0-9 und P-9 entstehen konvexe Flächen, welche im folgenden "Einbuchtungen" genannt werden. Bei der Gestaltung strömungs­ günstiger Formen sind Einbuchtung generell nachteilig, besonders bei Schiffen. Luft ist kompressibel und inso­ fern sind Einbuchtungen weniger problematisch. Die Einbuchtungen eines Tragflächenrumpfes sind zu ver­ gleichen mit den Heckbereichen normaler Flugzeuge, welche ebenso von generell nachteiliger Form sind. Bei normalen Flugzeugen findet im achterlichen Bereich im Prinzip eine Reduzierung der Rumpfquerschnittsfläche von unten-außen nach oben-innen statt. Beim Tragflächenrumpf findet diese Reduzierung dagegen vorwiegend von oben-außen nach unten-innen statt. Bei normalen Flugzeugen wird damit prinzipiell eine Abtriebskraft erzeugt, beim Tragflächenrumpf dagegen prinzipiell eine Auftriebskraft.

Die Gestaltung der Oberseite eines Tragflächenrumpfes entspricht im Prinzip der Form der Oberseite einer Tragfläche. Im Gegensatz zu dieser ist hier jedoch dieses Oberseitenprofil gewendelt etwa um den oberen Scheitelpunkt des jeweiligen Rumpfquerschnitts. Diese Wendelung der Oberseite nach unten-innen beginnt hier beispielsweise schon im Bereich der vorlichen Düsentragfläche ab dem Querschnitt M-9. Diese Drehung wird intensiver im Übergang (O-9) vom Hauptbereich zum Heckbereich. Diese Wendelung ist abgeschlossen am Rumpfende (Q-9). Die vorlich im Prinzip waagrechte Oberseite ist achterlich damit eine im Prinzip senkrechte Fläche. Dieses gewendelte Tragflächenprofil erzeugt prinzipiell Auftrieb, wenngleich nur teilweise in senk­ rechter Richtung wirkend.

Die Gestaltung der Seitenwandung eines Tragflächenrumpfes entspricht vorigem in analoger Weise. Auch diese Seitenwandung ist aus einer vorlichen prinzipiell senkrechten Fläche gewendelt zu einer achterlich nach unten­ außen weisenden Fläche. Die oben-äußere Kante dieser Seitenwandung weist vom Bug zum Heck eine trag­ flächenähnliche Profilierung auf. Auch hieraus resultiert prinzipiell Auftrieb, wenngleich nur teilweise in senkrechter Richtung wirkend.

Die achterliche Einbuchtung eines Tragflächenrumpfes erzeugt Sog. Dieser Sog ist hinsichtlich des Vortriebes von negativer Wirkung. Dieser Sog ist hinsichtlich des Auftriebes von positiver Wirkung, weil auf den dortigen Oberflächen damit ein geringerer Druck lastet. Dieser relative geringe statische Druck kann noch wesentlich reduziert werden, wenn in diesem Bereich die Geschwindigkeit der Luftströmungen verstärkt wird. Darum sollten in diesem Bereich aktive Düsentragflächen oder Treibwerke angeordnet werden.

In Bild 9, unten rechts, sind bei R-9 die Querschnitte K-9 bis Q-9 in einander gezeichnet. Man kann darin den prinzipiellen Verlauf des Bodens, der Seiten sowie der Oberseite dieses Tragflächenrumpfes verfolgen. Im Querschnitt P-9 ist beispielhaft und schematisch auch die achterliche Düsentragfläche eingezeichnet ent­ sprechend ihrer Anordnung (G-9) in der Seitenansicht des obigen Rumpfes (E-9).

In Bild 10, obere Darstellungszeile, sind die Querschnitte K-9 bis Q-9 nochmals in einander gezeichnet. Es sind hier jedoch nur die Rumpfkonturen dargestellt. In Bild 10, oben links, sind bei A-10 die vorlichen Querschnitte vom Bugbereich bis Hauptbereiche dargestellt, entsprechend K-9 bis N-9. In Bild 10, oben rechts, sind bei B-10 die achterlichen Querschnitte vom Hauptbereich bis zum Rumpfende dargestellt, entsprechend N-9 bis Q-9.

Aus der Abb. A-10 ist die Ausprägung der oberen äußeren Ecke zu erkennen. Durch dicke gestrichelte Pfeile ist der prinzipielle Verlauf dieser Kante vom Bug bis zum Hauptbereich angezeigt. Aus der Abb. B-9 ist zu erkennen, wie diese Ecke in die Einbuchtung übergeht vom Hauptbereich bis zum Rumpfende. Durch dicke gestrichelte Pfeile ist der prinzipielle Verlauf dieser Einbuchtung angezeigt bzw. auch die Wendelung der Seitenfläche und Oberfläche des Rumpfes. Wenn nun die Strömung in dieser Einbuchtung verstärkt werden soll, dann sollten der Düseneinlaß einer achterlichen Düsentragfläche bzw. der Einlaß eines Triebwerkes in dieser Einbuchtung angeordnet werden.

Wenige Meter vor einem Triebwerk ist nur ein verhältnismäßig geringer Sog zu spüren, weil das Triebwerk die Luft aus einem großen vorlichen Raum ansaugen kann. Wenn nun aber dieser Triebwerkeinlaß parallel zu einer Wand angeordnet wäre, wäre nurmehr die Hälfte des vorlichen Raumes für das Anströmen der Luft verfügbar. Die Sogwirkung würde dann weiter vorlich voraus spürbar. Innen in obigen Einbuchtungen steht nur etwa ein Drittel dieses vorlichen Raumes zu Verfügung. Wenn in diesem Scheitel dieser Einbuchtungen durch den Düseneinlaß einer Düsentragfläche oder durch den Einlaß eines Triebwerkes Luft angesaugt wird, dann ergibt sich entlang der vorlichen Flächen eine enorme Geschwindigkeit des Ansaugstromes. Diese starke Luftströmung fließt an den vorlichen Krümmungen der Rumpfoberseite wie der Seitenwandungen entlang. Die Strömung wird dort anliegend sein und trotz dieser Einbuchtungen wird es zu keinem Strömungsabriß kommen. Entsprechend der relativ hohen Geschwindigkeit ist der statische Druck auf diese Flächen äußerst gering. Daraus ergibt sich an diesen Flächen ein Auftrieb, anteilig in senkrechter Richtung.

In Bild 10, zweite Darstellungszeile, sind zwei Beispiele der Anordnung achterlicher Triebwerke schematisch und beispielhaft dargestellt. Diese Abb. C-10 und D-10 entsprechen der Abb. B-10. Die Abb. C-10 könnte die Ansicht von hinten auf ein Privatflugzeug darstellen, welche nur ein im Heck angeordnetes Triebwerk besitzt. Die Abb. D-10 könnte die Ansicht auf das Heck eines Interkontinentalflugzeuges oder auch eines kleineren Flugzeugtyps darstellen. Hier sind beispielsweise ein normales Höhenleitwerk und zwei achterliche Triebwerke, vorzugsweise die hier vorgestellten Triebwerke, eingesetzt. Wesentlich dabei ist, daß der Einlaß dieser Triebwerke möglichst nahe zum Scheitel obiger Einbuchtungen angeordnet sind.

In Abb. C-10 ist der Einlaßbereich dieses im Heck untergebrachten Triebwerkes durch jeweils fünf dicke Linien an Steuerbord und Backbord gekennzeichnet. Dort im Scheitel der Einbuchtung könnten beispielweise Schlitze angebracht sein, durch welche Luft angesaugt wird. Bei dieser Anordnung wäre z. B. auch kaum mit Schäden durch Vögel zu rechnen. Diese Einlaßschlitze müßten keinesfalls symmetrisch angeordnet werden. Die Einlaßschlitze sollten vielmehr lamellenförmig gestaltet sein und so angeordnet sein, daß die einfließende Luft bereits einen Drall aufweist in dem für das Triebwerk zweckdienlichen Drehsinn. Durch die Triebwerke dieser Erfindung wird ein intensiver ringförmiger Luftstrahl erzeugt. Dieser könnte hier z. B. in drei Kanäle gelenkt werden und darin dieser Luftstrahl in achterliche Richtung umgelenkt werden. Der Auslaß dieser Kanäle ist bei C-10 als drei dick gezeichnete Ovale in der Mittelflosse und den Seitenflossen dargestellt. Wie oben dargelegt ist ein Triebwerk ist um so effektiver, je größer die Oberfläche des Luftstrahles am Auslaß ist. In diesem Sinne wäre es beispielsweise zweckmäßig, anstelle dieser drei eine größere Anzahl solcher Auslaßkanäle zu bilden. Analog zu den Düsenkanälen C-1 in Bild 1 bzw. H-2 in Bild 2 könnte hier der Raum oberhalb beider Seiten­ flossen genutzt werden. Dadurch wurde der Anteil ausströmender Luftmassen an den Seitenflossen verringert und damit der Sog am Boden reduziert. Dieses ist generell vorteilhaft, weil am Boden die Luft nicht beschleunigt werden sollte, sondern einen hohen statischen Druck aufweisen soll. Es ist offensichtlich, daß diese Anordnung eines in das Heck integrierten Treibwerkes gegenüber einem vergleichbaren Propellerantrieb am Bug des Flug­ zeuges eine ganze Anzahl wesentliche Vorteile aufweist.

Die Abb. D-10 stellt die Ansicht auf das Heck eines Interkontinentalflugzeuges oder auch eines kleineren Flugzeugtyps dar. Hier sind beispielsweise keine achterlichen Düsentragflächen eingesetzt, sondern sind ein normales Höhenleitwerk und zwei achterliche Triebwerke, vorzugsweise die hier vorgestellten Triebwerke (durch die beiden dicken Kreise gekennzeichnet), eingesetzt. Wesentlich ist, daß der Einlaß dieser Triebwerke möglichst nahe zum Scheitel obiger Einbuchtungen installiert ist. Andrerseits muß genügend Abstand zum Höhenleitwerk gegeben sein, damit dessen Unterseite möglichst nur mit ruhendem Fluid bestrichen wird. Darum ist dieses Höhenleitwerk relativ hoch am Heck angesetzt mit relativ weit nach außen-oben reichenden Flächen.

Es mag der Eindruck entstehen, daß damit der Luftstrom zum Triebwerk gegenüber der normalen Aufhängung von Triebwerken beeinträchtigt ist. Die Aufgabe aller Triebwerke ist ausschließlich, Auftrieb und Vortrieb zu erzeugen. Bei der achterlichen Anordnung in der hier beschriebenen Art erfüllen die Triebwerke diese Aufgabe unmittelbar und zwar am Triebwerkseinlaß oder Düseneinlaß ebenso wie im Auslaß durch die oben beschriebene Art der Impulsumsetzung und großflächige Auslaßstrahle. Dieses gilt für diese achterliche angeordneten Trieb­ werke in gleicher Weise wie für oben beschriebene vorlich angeordnete aktive Düsentragflächen.

Die hier gezeichneten Seitenansichten der Tragflächenrümpfe zeigen eine plumpe Kontur gegenüber der ge­ wohnten Silhouette normaler Flugzeuge. In Bild 10, dritte Darstellung von oben, sind bei E-10 in die bislang gezeichneten Umrisse eines Tragflächenrumpfes schematisch und beispielhaft einige Konturlinien eingezeichnet. Es zeigt sich dann sofort, daß ein solcher Tragflächenrumpf eine außerordentlich strömungsgünstige Form aufweisen wird.

Aus der Abb. A-10 zeigt sich dagegen, daß die Querschnitte im Bugbereich und besonders im Haupt­ bereich nahezu quadratisch sind. Auch im Übergangsbereich (zweite Konturlinie in Abb. B-10) ist der untere bis mittige Bereich noch außerordentlich breit. Diese nahezu quadratischen oder etwa trapezförmigen Querschnitte bieten eine außerordentlich gute Raumnutzung im Vergleich zu normalen Flugzeugen. Gewiß sind Tragflächenrümpfe aufwendiger zu fertigen als runde Rümpfe. Aber der Bau des Gerippes und der Beplankung ist insgesamt nur ein geringer Kostenanteil. Mit der prinzipiellen Konzeption der Tragflächenrümpfe lassen sich also aerodynamische wie ökonomische Anforderungen erfüllen. Dieses ist nicht zuletzt in der Gestaltung des Rumpfbodens begründet.

Dieser Rumpfboden ist prinzipiell sehr flach gestaltet bzw. weist nur geringe und sanft verlaufende Krüm­ mungen auf. In Bild 10, oben links, ist bei A-10 schematisch und beispielhaft dargestellt, wie der Boden sich aus einer Sicht von vom auf das Flugzeug darstellt. Das dick gezeichnete Dreieck unten kennzeichnet die projektierte Fläche des Bodens. Im weiteren Verlauf ist der Boden außen leicht konkav gekrümmt. Im Heck­ bereich ist der Boden nach oben gekrümmt. In Bild 10, oben links, zeigt bei B-10 der senkrechte Pfeil dieses Anheben des Bodens im achterlichen Bereich an. Der Boden wird dort jedoch im wesentlichen nur mittig angehoben. Außen ist die Anhebung weit geringer bis zu der nach außen-unten weisenden Seitenflosse.

Die Unterseite normaler Flugzeuge ist im Prinzip nahezu rund gestaltet. Strömungen von vorlich-unten können diese Rumpfböden praktisch widerstandslos umströmen. Diese in dieser Hinsicht strömungsgünstige Form ist relativ unbegründet. Denn die Situation dieser Strömung von vorlich-unten ist in normaler Fluglage kaum gegeben, wohl aber in der Startphase und Landephase. Und gerade in diesen Phasen ist Widerstand erforderlich Bei normalen Flugzeugen wird damit auf die Nutzung der größten Fläche am gesamten Flugzeug verzichtet.

Die Startphase eines Tragflächenrumpfes ist in Bild 9 bei D-9 schematisch dargestellt. Eine weit geringere Anhebung des Buges als bei D-9 dargestellt reicht aus, um am Boden des Rumpfes ein außerordentlich großes Luftpolster auszubilden. Die seitlichen Wulste verhindern dabei ein seitliches Abfließen der Luft. Die Luft entweicht vielmehr durch die achterlich und mittige Krümmung des Bodens nach oben. Am Heck wird damit ein dreieckiger nach unten offener Kanal gebildet, aus welchem in der Startphase eine starke Luftströmung austritt. Wie oben bei den Rumpftragflächen beschrieben wirkt der gesamte Rumpf in der Startphase als Luftpolster, wird das Flugzeug aufgrund des dort relativ hohen Drucks nach oben gehoben bzw. kann im Steigflug auf diesem außerordentlich stabilen Luftpolster nach oben gleiten.

Entsprechend stabil verhält sich ein Tragflächenrumpf in der Landephase im Vergleich zu normalen Flugzeugen. Normale Flugzeuge gleiten im Landeanflug im wesentlichen auf den Luftpolstern ihrer Tragflächen bzw. deren ausgefahrener Klappen. Die dortigen Luftpolster sind relativ kurz und damit labil in Abhängigkeit lokaler Luft­ strömung und lokalen Luftdrucks. Es muß während des Landeanfluges darum praktisch ständig mit den Steuer­ klappen gearbeitet werden. Dadurch ändern sich stets wiederum die Strömungsverhältnisse an den Tragflächen.

Beim Landeanflug eines Tragflächenrumpfes steht dagegen ein stabiles Luftpolster großer Fläche zur Verfüg­ ung. Kurzfristige und lokale Luftströmungen oder Luftdruckunterschiede gleichen sich aus. Die Luftmassen des Luftpolsters fließen achterlich und mittig in einer gerichteten Strömung ab. Die Sinkgeschwindigkeit des Flugzeuges ist damit außerordentlich konstant.

Aber auch hinsichtlich des ständig erforderlichen Auftriebs in der normalen Fluglage ist diese Gestaltung des Rumpfbodens außerordentlich wichtig. Auftrieb ist nur gegeben, wenn an der Unterseite eines Körpers ein höherer Druck als auf der Oberseite des Körpers gegeben ist. Bei normalen Flugzeugen wird das Fluid an der Unterseiten eines im Prinzip runden Rumpfes gleichermaßen in alle Richtung weg gepreßt. Eine Druckwelle breitet sich im Prinzip radial aus. Es ist damit weniger Druck an der Unterseite des Rumpfes gegeben als der normale Luftdruck des ruhenden Fluid aufweist. Bei einem Tragflächenrumpf wird darum nur ein außerordent­ lich geringer Anteil der Luft nach unten umgelenkt. Diese Umlenkung erfolgt zudem sehr sanft. Es ist damit in diesem Bereich ein relativer Überdruck gegeben. Die leicht konvave Formgebung außen am Boden fokusiert diesen lokalen Überdruck. Die seitlichen Wulste verhindern ein seitliches Abfließen. Die achterliche Anhebung des Bodens läßt diesen relativen Überdruck nach achterlich-oben entweichen. Die Querschnitte des Rumpfes sind zudem so angelegt, daß am Boden stets die größte Breite gegeben ist. Diese gesamte Bodenfläche in Ver­ bindung mit oben beschriebener Gestaltung der Rumpfseiten und Rumpfoberfläche stellt damit eine enorm wirksame Tragfläche dar.

Ein Tragflächenrumpf weist möglicherweise Nachteile gegenüber einem relativ runden Rumpfquerschnitt auf hinsichtlich des Seitenwindes. Dieses betrifft besonders die seitlichen Wulste am Boden. Alternativ zu fest installierten Wulsten könnten diese auch ausfahrbar gestaltet werden in Analogie zu oben beschriebenen Rumpf­ tragflächen. Ihre Funktion wäre dann vergleichbar zu den Landeklappen der Tragflächen. Anders als diese wären sie jedoch nicht quer zur Flugrichtung sondern längs zu dieser angeordnet

Besondere Eigenschaften

Dieser Tragflächenrumpf reduziert den Widerstand gegen den Vortrieb ganz erheblich bzw. nutzt diese Energie in sinnvoller Weise. Dieser Tragflächenrumpf bewirkt insgesamt einen außerordentlich großen Auftrieb. In der Startphase wie in der Landephase wird der zusätzlich erforderliche Auftrieb nahezu automatisch erzeugt. Die Querschnitte dieses Tragflächenrumpfes bieten außerordentlich gute Möglichkeiten der Raumnutzung. Aero­ dynamischen Erfordernissen wie ökonomischen Gesichtspunkten wird mit diesem Tragflächenrumpf auf völlig neuartige Weise und in optimaler Form entsprochen.

3.7. Seitenleitwerk Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, die Steuerung eines Flugzeuges in der Längsachse zu bewirken.

Konstruktionsprinzipien

Für die Steuerung eines Flugzeuges mit Tragflächenrumpf; Düsentragflächen, Mittelflosse und Seitenflossen stehen vielfältige Möglichkeiten zur Verfügung. Mit bekannter Technik können z. B. an den Seitenflossen Ruder angebracht werden oder an der Mittelflosse. Dieses Ruder können auch in Verbindung mit einem dortigen Trieb­ werksauslaß installiert werden, so daß der beschleunigte Auslaßstrahl damit umgelenkt wird zu Steuerzwecken. Besonders wirksam werden Ruder an den Seitenflossen sein, z. B. in einer Funktion von Trimmklappen in der Startphase und Landephase aber auch zur Kontrolle der normalen Fluglage. Die Steuerung mit diesen Rudern am Ende des Rumpfes beeinflussen kaum die Strömungsverhältnisse am Rumpf. Das gleiche gilt für herkömmliche Höhenruder, welche auch bei Tragflächenrümpfen eingesetzt werden könnten.

Steuerklappen werden außerhalb der Düsenkanäle an den Düsentragflächen zu installieren sein. Aufgrund der hohen Effizienz dieser Düsentragflächen können sie relativ klein gebaut werden. Man wird darum bevorzugt die Düsentragflächen nach oben-außen anstellen bzw. gepfeilt anordnen. Bei Schräglage erfährt das Flugzeug damit automatisch ein aufrichtendes Moment, so daß wesentlich weniger Steuermanöver erforderlich sind.

Bei den bisherigen Zeichnungen der Tragflächenrumpfe wurde kein Seitenleitwerk eingezeichnet. Dieses ist bei normalen Flugzeugen ein herausragendes Konstruktionselement. Ein Ruder zeigt nur Wirkung, wenn es konstanten Strömungsverhältnissen ausgesetzt ist. Die Luft am Heck ist aber in der Startphase und Landephase bei normalen Flugzeugen sehr turbulent. Die normalen Seitenleitwerk müssen daher relativ hoch gebaut werden, um in ruhendem Fluid Wirkung zeigen zu können. Ein Tragflächenrumpf wird in der Startphase und Landephase keine so große Anstellung aufweisen müssen wie normale Flugzeuge. Insofern könnte eine kleinere Mittelflosse mit Seitenruder die Aufgabe eines Seitenleitwerkes erfüllen. Wesentlich sinnvoller und wirkungsvoller ist jedoch, das Seitenruder in der konstantesten, dichtesten und schnellsten Luftströmung anzuordnen.

Der größte Teil der beim Flug eingesetzten Energie muß zur Überwindung des Widerstandes eingesetzt werden. Der größte Teil des Widerstandes ist am Bug gegeben. Ein wesentlicher Teil der dort anstehenden Luftmasse fließt über dem Rumpf ab. An der Oberseite des Rumpfes beim Übergang des Bugbereiches in den Bereich größter Verdrängung liegt eine relativ ungestörte Strömung mit hoher Geschwindigkeit an. Obwohl der statische Druck dort relativ gering ist, weist die Luft eine hohe relative Dichte auf. Durch die hier vorgestellten Kopf­ düsenflächen werden die dortigen Strömungsverhältnisse nochmals stabiler. So wie ein Vogel mit dem Kopf steuern kann und häufig ausschließlich damit steuert, so kann und muß ein Flugzeug per Steuerklappen im Bereich der Kopfdüsenflächen gesteuert werden.

Konstruktive Ausführung

In Bild 11, links, ist schematisch und beispielhaft ein Querschnitt des Bugbereiches eines Flugzeuges in einem Ausschnitt dargestellt. Vom Rumpf (A-11) ist nur ein Abschnitt des Buges gezeichnet mit der prinzipiellen oben vorlich erforderlichen Rundung. Darüber ist eine Kopfdüsenfläche (B-11) dargestellt. Ein Seitenruders (C-11) ist zwischen der Rumpfoberseite und der Unterseite der Kopfdüsenfläche angeordnet. Die Lagerung dieses Seiten­ ruders ist analog ausgeführt zu den Drosselklappen der Rohrerfindung.

Steuerklappen oder Drosselklappen bewirken große Reibungswiderstände bzw. turbulente Strömung, wenn sie nicht sinnvoll konstruiert oder nicht exakt gebaut sind. Besonders die Spalte zwischen der Klappe und einer Wandung bewirken Energieverluste. Darum wurde beim Konstruktionselement Drosselklappe der Rohr­ erfindung diese Klappen zwischen zwei kugelabschnittsförmigen Flächen angeordnet. Diese Konstruktions­ prinzipien sind dort detailliert beschrieben. Analog dazu sollen hier die Steuerklappen gelagert werden.

Die Steuerklappen sollten also in einem Bereich der Rumpfoberseite installiert werden, bei welcher die Wölbung in Längsrichtung gleich groß wie die in Querrichtung ist, die Rumpfoberseite dort also einen Abschnitt einer Kugel darstellt. Wenn die Steuerklappe auf einem kreisrunden und drehbaren Ausschnitt in diesem Bereich fest montiert wird, ist bei allen Stellungen der Steuerklappe die Strömung nur minimal gestört.

Analog dazu könnte bzw. mußte die Lagerung der Steuerklappe in der Kopfdüsenfläche angelegt werden. Auch dort müßte im Bereich der Steuerklappe also ein Bereich so angelegt sein, daß ein kreisrunder Ausschnitt kugel­ förmige Gestalt hat. Eine Lagerung dieser Art ist in Bild 11, links, dargestellt. Die Steuerklappe (C-11) geht oben über in einen kreisrunden Körper (D-11), welcher im flogenden "Kopfteller" genannt wird. Dieser Teller hat also in der Draufsicht kreisrunde Form. Dieser Teller ist hier auch im Querschnitt als Kreisabschnitt dargestellt. Oben aus dem Teller ragt eine Achse heraus, welche drehbar gelagert ist in der Kopfdüsenfläche (B-11).

Im Bild 11, rechts, ist eine Steuerklappe (C-11) ebenfalls in einer Kopfdüsenfläche drehbar gelagert. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch die Steuerklappe über die Kopfdüsenfläche hinaus geführt, um eine größere wirksame Fläche zu erreichen. Der Bereich der Lagerung in der Kopfdüsenfläche ist dabei so zu gestalten, daß sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der Kopfdüsenfläche Kugeloberflächenabschnitte darstellen. Die Kopfdüsenfläche ist durchaus so zu gestalten, wenn insgesamt die Krümmung längs und quer zur gewünschten Drehachse der Steuerklappe entsprechend angelegt wird.

Die Unterseite einer Kopfdüsenfläche und die Oberseite des gegenüberliegenden Rumpfbereiches werden jedoch generell ein unterschiedliches Profil aufweisen. Die Kopfdüsenfläche und der Rumpf werden relativ zueinander stets eine Anstellung aufweisen, um einen Düseneffekt bzw. und eine verstärkte, am Rumpf anliegende Ström­ ung zu erreichen. Ein Achse obigen Tellers an der Kopfdüsenfläche wird also eine andere Richtung aufweisen als ein entsprechender Teller am Rumpf. Ein solcher Teller am Rumpf wird im folgenden "Rumpfteller" genannt.

In Bild 11, links, ist ein solcher Rumpfteller (F-11) schematisch und beispielhaft dargestellt. Sein Achse weist einen Winkel zur Achse der Steuerklappe (C-11) und damit zur Drehachse des Kopftellers (D-11) auf. Der Rumpfteller ist im Rumpf drehbar gelagert um seine Mittelachse. Unten am Rumpfteller ist eine Welle angebracht, mit welcher die Drehung der Steuerklappe bewirkt wird. Wenn der Rumpfteller gedreht wird, liegen seine Kanten stets bundig zur Rumpfoberfläche an. In diesem Rumpfteller ist die Steuerklappe gelagert und zwar kippbar gelagert. Die Steuerklappe ist unten rund ausgeführt, damit sie im Rumpfteller kippbar ist.

In dem Bereich der Steuerklappe, welcher beim Kippen in den Rumpfteller eintreten kann, muß die Steuerklappe zugleich mit gleichem Profil geformt sein. Im Rumpfteller wird somit eine runde, schlitzförmige Vertiefung eingearbeitet sein, in welcher die Steuerklappe kippbar gelagert ist. Wenn der Rumpfteller gedreht wird, wird indirekt auch die Steuerklappe gedreht. An beiden Seiten ist dann bei jeder Stellung der Steuerklappe nur eine minimale Reibung gegeben. Alternativ zu dieser Anordnung könnte die Steuerklappe auch fest verbunden sein mit dem Rumpfteller und die Steuerklappe kippbar gelagert sein im Kopfteller.

In Bild 11, rechts, ist eine weitere Variante der Lagerung der Steuerklappe (C-11) schematisch und beispielhaft dargestellt. Die Steuerklappe ist oben in der Kopfdüsenfläche (B-11) gelagert und ragt über diese hinaus, wie oben dargelegt. Die Steuerklappe weist unten einen halbkreisförmigen Querschnitt (G-11) auf und ist in diesem Bereich auch mit gleichem Profil geformt. Unten ist die Steuerklappe mit einer Welle fest verbunden. Diese Welle ist im Rumpf (A-11) drehbar gelagert. Durch Drehung dieser Welle wird die Stellung der Steuerklappe bestimmt. Der untere Teil (G-11) der Steuerklappe ist wiederum in einem Ausschnitt des Rumpftellers (H-11) kippbar gelagert. Der Rumpfieller ist seinerseits drehbar im Rumpf gelagert (hier nicht detailliert dargestellt). Bei einer Drehung der Steuerklappe wird auch der Rumpfteller mitgedreht. Die Oberkante des Rumpftellers bleibt dabei jedoch stets bündig zur Oberfläche des Rumpfes. Bei jeder Stellung der Steuerklappe sind damit optimale Strömungsverhältnisse gewährleistet. Es sind weitere Variationen dieser Konstruktionsprinzipien machbar.

In Bild 11, mittig, ist eine Draufsicht bzw. ein Längsschnitt einer Steuerklappe schematisch und beispielhaft in einem Ausschnitt dargestellt. In der Kopfdüsenfläche (B-11) ist ein Kopfteller (D-11) drehbar gelagert. Mit diesem fest verbunden oder in diesem kippbar gelagert ist die Steuerklappe (C-11). Diese Steuerklappe muß nur insofern profiliert sein als er für die Stabilität dieses Konstruktionselementes erforderlich ist.

In Bild 11, links, ist die prinzipielle Form der Steuerklappe kreisförmig dargestellt, wobei vorlich eine Ein­ buchtung eingezeichnet ist. An diesen Steuerklappen steht bei Steuermanövern ein hoher Druck an. Diese Steuerklappen sollten darum vorbalanciert sein. Durch die Einbuchtung liegt der Flächenmittelpunkt etwas hinter der Drehachse. In Bild 11, rechts, ist beispielsweise der untere Teil der Steuerklappe symmetrisch zu seiner Drehachse gezeichnet. Der obere Teil der Steuerklappe ist jedoch so geformt, daß der Flächenmittelpunkt insgesamt wiederum etwas hinter der Drehachse liegt.

Im Bereich der Kopfdüsenflächen sollte mindestens eine mittige Steuerklappe dieser Art angeordnet werden. Es sind aber auch mehrere solcher Steuerklappen einsetzbar.

Besondere Eignschaften

Ein Seitenleitwerk mit Steuerklappen obigen beschriebener Konstruktionskriterien weist nur einen Bruchteil der benetzten Fläche herkömmlicher Seitenleitwerke auf. Dieses vorlich an der Oberseite des Rumpfes angeordnete Seitenleitwerk befindet sich in energiereicher Strömung. Es ist darum außerordentlich wirksam bei geringst möglicher Störung der Strömungsverhältnisse.

3.8. Rohrschraube Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Vortrieb von Wasserfahrzeugen zu bewirken aber auch verunreinigtes Fluid zu fördern.

Konstruktionsprinzipien

Der Vortrieb von Wasserfahrzeugen wird vorwiegend durch Propeller bewirkt. Die gängige Form solcher Propeller wird im folgenden "Schraube" genannt. Die Gestaltung dieser Schrauben ist aus mehreren Gründen problematisch. Am Einlaß können unterschiedliche Strömungsverhältnisse gegeben sein und das Wasser kann verunreinigt sein, es sind Schwebstoffe im Wasser und es muß mit Treibgut gerechnet werden. Eine Schraube sollte in unterschiedlichen Betriebszuständen wirksam sein. Dazu kommen die prinzipielle Schwächen einer Schraube. Das Wasser kann mit einer Schraube nicht nur in axiale Richtung beschleunigt werden, sondern erfährt stets auch einen Drall sowie eine zentrifugale Bewegungsrichtung. Das Wasser fließt nicht in axialer Richtung ab, sondern im Prinzip etwa senkrecht zur Steigung der Schraube. Insofern stellt jede Schraube eine Kompromißlösung dar und es gibt diverse Verbesserungsvorhaben, beispielsweise durch eine nachgeschaltete freilaufende Gegenschraube oder zusätzliche Leitbleche.

Mit dieser Erfindung wird eine neuartige Konzeption zur Gestaltung von Schrauben dargestellt. Die hier vor­ gestellte Schraube wird zur Unterscheidung gegenüber herkömmlichen Schrauben "Rohrschraube" genannt. Diese Konstruktion basiert auf den in den Grundlagen festgestellten Prinzipien und bei vorigen Maschinen erarbeiteten Lösungen.

Wesentlich dabei ist, daß die mechanische Energie per Druck auf ein Fluid nur vollständig übertragen werden kann, indem das Fluid in Drehrichtung beschleunigt wird. Dieses ist nur machbar, wenn das Fluid dabei nach außen nicht abfließen kann. Darum ist ein Grundprinzip dieser Rohrschraube, daß sie nach außen hin die prinzipielle Form eines Rohres aufweist. Die Rohrschraube ist damit auch bestmöglich gegen Schäden durch Treibgut geschützt. Wenn das Wasser die Schraube mit Drall verläßt, verbleibt im Wasser eine ungenutzte Energie. Darum muß der gebildete Drall durch mit dem Schiff verbundene Teile wieder aufgestellt werden. Eine solche Einrichtung wird allgemein und auch hier im folgenden "Strator" genannt. Oben wurde festgestellt, daß eine Übergabe von Fluid zwischen einem Rotor und einem Strator stets nur in nahezu tangentialer Richtung vorgenommen werden sollte. Nur so ergibt sich bei allen Betriebszuständen ein guter Wirkungsgrad. Eine besondere Gefahr für Schrauben stellen Schwebstoffe, Pflanzen, Taue, Netze und andere Verunreinigungen des Wassers dar. Es ist außerordentlich gefährlich, wenn solche Teile durch die Schraube erfaßt und um Teile der Schraube, der Welle oder des Schaftes gewickelt werden. Diese Rohrschraube weist darum nach außen keine drehenden Teile auf, so daß sich kein Unrat darin verfangen kann. Diese Rohrschraube hat darum mittig einen freien Raum, durch welchen Verunreinigungen abfließen können. Die Schaufeln der Schraube sind so gestaltet, daß sich kein Unrat darin festsetzen kann. Diese Rohrschraube stellt eine Kompromißlösung dar insofern, daß alle Sicherheitsaspekte bestmöglich berücksichtigt werden. Im Rahmen dieser Einschränkungen erzielt sie optimale Wirkung.

Konstruktive Ausführung

Die Prinzipien dieser Rohrschraube werden zunächst am Beispiel eines Außenborders dargestellt. Die Darstell­ ungen in Bild 12 sind generell nur schematisch und beispielhaft und keinesfalls maßstabsgerecht.

In Bild 12, oben links, ist zunächst ein Querschnitt dargestellt aus dem vorlichen Bereich dieser Rohrschraube. Das Gehäuse (A-12) weist einen prinzipiell ringförmiger Querschnitt auf, stellt praktisch ein rundes Rohr dar. In diesem Gehäuse ist ein Rotor (B-12) drehbar um seine Rotationsachse gelagert. Die Rotationsachse ist keine Welle. Der Rotor weist vielmehr wiederum ringförmigen Querschnitt auf, stellt praktisch ein rundes Rohr dar. Der Durchmesser des Rotors ist also geringer als der des Gehäuses. Mit dem Rotor innen fest verbunden sind Schaufeln (C-12). Es sollten wenigstens zwei Schaufeln installiert sein, hier sind drei dargestellt. Es könnten auch mehrere Schaufeln eingesetzt werden. Die Schaufeln reichen prinzipiell nicht bis zur Rotationsachse, sondern lassen in der Mitte einen freien Raum.

Das Wasser dieses mittigen Raumes wird also nicht unmittelbar durch die Schaufeln erfaßt. Diese Teilmenge von Wasser trägt nur als Nebenstrom und nur mittelbar zum Vortrieb bei. Dieser Nebenstrom ist jedoch keines­ falls negativ hinsichtlich des Vortriebes. In der dargestellten Größenordnung umfaßt dieser Nebenstrom etwa ein Fünftel der gesamten Querschnittsfläche. Dieser freie Raum bzw. Nebenstrom trägt entscheidend dazu bei, daß Verunreinigungen des Wassers die Rohrschraube schadlos durchströmen können. Im gesamten Rohr herrscht eine Drallströmung in Form eines starren Wirbels. Mittig ist damit der geringste Druck gegeben. Verunreinig­ ungen des Wassers werden sich damit in diesem Nebenstrom konzentrieren. Selbst Taue oder Netze können durch diese Öffnung fließen.

In Bild 12, oben rechts, ist nochmals ein Querschnitt dargestellt. Dieser zeigt jedoch einen Bereich etwa mittig der Rohrschraube und zwar im Bereich des Schaftes eines Außenborders. Es sind in diesem Bereich keine Schaufeln angeordnet. Der Rotor weist nurmehr den prinzipiell ringförmigen Querschnitt auf. Ein Teilbereich des Rotors (B-12) ist als Zahnkranz ausgebildet, der Bereich außerhalb des gestrichelten Kreisen kennzeichnet hier diesen Zahnkranz. Der Rotor ist innerhalb des Gehäuses (A-12) drehbar gelagert. Die Lagerung selbst ist hier nicht dargestellt, sie kann mit bekannter Technik realisiert werden. Das Gehäuse geht oben in einen Schaft (F-12) über. Dieser Schaft ist Bestandteil des Außenborders (hier nicht dargestellt). In diesem Schaft ist die Antriebswelle (E-12) angebracht und drehbar gelagert. Unten an dieser Welle, ist ein Zahnrad angebracht (D-12), das in Eingriff steht mit obigem Zahnkranz des Rotors.

In Bild 12, Mitte rechts, ist eine entsprechender Längsschnitt durch diese Rohrschraube schematisch dargestellt. Von oben wird die Rohrschraube durch den Schaft (F-12) gehalten. In diesem Schaft befindet sich die Welle (E-12). An dieser Welle ist unten das Zahnrad (D-12) befestigt. Dieses Zahnrad steht in Eingriff mit dem Zahn­ kranz des Rotors (B-12). Der Rotor weist vom Schaft aus in vorliche Richtung, in der Zeichnung nach links. Der Einlaß zu Rotor befindet sich vorn an der Rohrschraube, in der Zeichnung also links. Im Rotor sind die Schaufeln (C-12) installiert. Diese Schaufeln sind hier lediglich schematisch dargestellt, ihre Krümmung ist hier nicht berücksichtigt. Es ist lediglich der Raum aufgezeigt, den diese Schaufeln (C-12) während der Drehung des Rotors einnehmen. Diese Schaufeln weisen also von vorlich nach achterlich (hier von links nach rechts) zunehmende Höhe auf. Am Anfang und am Ende sind die Schaufeln rund ausgeführt. Damit kann sich kein Unrat an diesen Schaufeln festsetzen.

In Bild 12, Mitte links, ist ein Ausschnitt eines Rotors (B-12) schematisch dargestellt, welcher drehbar ist um seine Rotationsachse (RA) und sich in dieser Zeichnung im Uhrzeigersinn drehen soll. Die Schaufeln (G-12, entsprechend C-12) können ohne Profil sein und rein radial ausgerichtet sein. Die Schaufeln (H-12, analog C-12) könnten jedoch auch profiliert sein und mittig in Richtung des Drehsinns des Rotors weisen.

Wenn der Rotor (B-12) allseits vom Gehäuse (A-12) umfaßt wird, wie in Bild 12, Mitte rechts dargestellt, dann gibt es nach außen hin keine bewegliche Teile. Damit wird wiederum das Einfangen von Unrat durch die Schaufel vermieden.

Achterlich vom Rotor beinhaltet das Gehäuse einen Strator. Im Aufbau ist dieser Strator analog zum Rotor gestaltet. Der Innendurchmesser ist gleich groß und es sind gleichartige Schaufeln (K-12) im Strator installiert. Auch diese Schaufeln sind vorlich und achterlich gerundet und sie weisen von vorlich nach achterlich zunehm­ ende Höhe auf. Damit kann sich auch hier kein Unrat festsetzen, sondern durch den mittig freier Raum des Nebenstromes abfließen.

In Bild 12, unten, ist schematisch und beispielhaft eine Mantelabwicklung der Innenseite sowohl des Rotors (links) wie auch des Strators (rechts) dargestellt. Der Mantel (I-12) soll sich dabei von oben nach unten bewegen, das Wasser (J-12) soll sich dabei von links nach rechts bewegen. Es sind jeweils der Verlauf von drei Schaufeln (C-12) des Rotors und drei Schaufeln (K-12) des Strators dargestellt. Die Schaufeln des Rotors weisen vorlich einen relativ großen Winkel in Bezug auf die Rotationsachse auf. Das Wasser wird damit vorwiegend in achterliche Richtung beschleunigt, erfaßt allerdings auch schon eine Beschleunigung im Drehsinn des Rotors. Die Schaufeln des Rotors weisen nach achtern hin zunehmend geringere Winkel in Bezug zur Rotationsachse auf und weisen am Ende nahezu in achterliche Richtung. Das Wasser wird damit zunehmend in Drehbewegung versetzt, wobei durch die zunehmende Höhe der Schaufeln zunehmend mehr Wasser in Drehbewegung versetzt wird. Am achterlichen Ende des Rotors weist das Wasser nahezu die Unilaufgeschwindigkeit des Rotors auf. Die mechanische Energie des Antriebes wird also nahezu vollkommen in Rotationsenergie umgewandelt. Die Strömung in diesem Rotor ist nicht frei von turbulenter Strömung, es wird im Prinzip ein starrer Wirbel gebildet, wobei die äußeren Wassermassen die höchste kinetische Energie aufweisen.

Das Wasser verläßt den Rotor in einem nur kleinen Winkel zur radialen Ebene. Im gleichen Winkel nehmen nun die Schaufeln (K-12) des Strators diese Strömung entgegen. Zunächst werden aufgrund der geringen Höhe nur die äußeren jedoch energiereichen Wassermassen durch diese Schaufeln erfaßt, achterlich dann die gesamte beschleunigte Wassermasse (mit Ausnahme des mittigen Nebenstromes).

Die Schaufeln des Strators sind also prinzipiell analog zu den Schaufeln des Rotors geformt, lediglich ihre Krümmung ist entgegen gesetzt angelegt. Der gesamte Drall des Wassers wird damit im Rotor aufgestellt.

Wenn die gesamte investierte Energie in Rotationsbewegung umgesetzt wird durch den Rotor und wenn diese Rotationsbewegung wieder komplett aufgestellt wird durch den Strator, dann ist theoretisch die gesamte investierte Energie vollkommen in Vortrieb umgesetzt. Relativ gesehen strömt das ruhende Fluid mit Fahrt­ geschwindigkeit auf diese Rohrschraube zu ohne jeden Drall. Im Idealfall müßte das Wasser achterlich vom Schiff wieder diese Fahrgeschwindigkeit aufweisen ohne jeden Drall, also stehendes Wasser bzw. wieder ruhendes Fluid darstellen. Nur dann wäre die gesamte investierte Energie in Vortrieb umgesetzt, vergleichsweise so wie ein Auto eine unbewegte Straße hinterläßt.

Der Rotor dieser Rohrschraube erzeugt nur einen geringen Anteil von Wasserbewegung in achterliche Richtung und damit direkten Vortrieb durch die gekrümmte Schaufelform bzw. die Anstellung in Bezug auf die Rotations­ achse. Tatsächlich wird durch die Krümmung der Rotorschaufeln nur in der Anlaufphase der Rohrschraube das Wasser in achterliche Richtung beschleunigt. Im laufenden Betrieb hat die Krümmung der Rotorschaufeln dagegen die Funktion, das Wasser nicht abrupt sondern sanft und progressiv in Rotationsbewegung zu versetzen.

Der Rotor dieser Rohrschraube verwendet das Wasser vielmehr als Medium und beschleunigt dieses Medium. Die Schaufeln stehen dabei vollkommen quer zur gewünschten Drallbewegungsrichtung und haben damit höchsten Wirkungsgrad. Dieses beschleunigte Medium wird nun nicht wie bei normalen Schrauben an das flüssige und damit ausweichende und wenig Widerstand bietende ruhende Fluid zurück gegeben, sondern gegen die festen Wandungen der Stratorschaufeln gepreßt, dort umgelenkt mit einer ganz wesentlichen Vortriebs­ komponente. Erst durch die Krümmung der Stratorschaufeln wird also das Wasser in achterliche Richtung beschleunigt zulasten seiner Geschwindigkeit im Drehsinne und damit Vortrieb erzeugt. Achterlich vom Strator erst tritt das Wasser dann in das ruhende Fluid ein, wobei seine ganze kinetische Energie ausschließlich in achterliche Richtung weist. Gemäß dem Impulssatz müßte sich damit Vortrieb ergeben.

Die Darstellung in Bild 12, unten rechts, mit dem gekrümmten Verlauf der Stratorschaufeln (K-12) erinnert an die Stellung von Segeln und durchaus vergleichbar ist der Effekt. Die Rotorschaufeln (C-12) erzeugen eine Strömung (L-12), welche nahezu senkrecht zur Anstellung dieser Rotorschaufeln an deren achterlichem Ende weist. In etwa diesem Winkel wird die gekrümmte Stratorschaufel angeströmt, durchaus vergleichbar zu einem Segel. Es ist bekannt, daß ein Segelschiff bei optimaler Anströmung aus vorlicher Richtung eine wesentlich höhere Geschwindigkeit erreichen kann als der "wahre Wind" aufweist. Der Rotor produziert in diesem Sinne die "wahre Strömung". Zu diesem addiert sich hier entsprechend die relative Geschwindigkeit des ruhenden Fluids zu einer "scheinbaren Strömung" vergleichbar dem "scheinbaren Wind". Entsprechend sind hier die bekannten Effekte. Ein erfahrender Skipper wird durch entsprechenden Segeltrimm stets die optimale Einstellung wählen. Hier wird man dagegen die Krümmung feststehender Stratorschaufeln lediglich auf das optimale Ergebnis bei Marschfahrt ausrichten können.

Das beschleunigte Wasser verläßt also den Strator in achterliche Richtung (M-12) und trifft dort auf ruhendes Fluid, allerdings lediglich an der Grenzfläche des Wasserstrahl zum ruhenden Fluid. Durch Reibung an dieser wird das beschleunigte Wasser abgebremst. Durch den dadurch entstehenden Gegendruck in vorlicher Richtung wird mittelbar Vortrieb erzeugt. Im flüssigen Medium geht damit zwangsläufig Energie verloren, im Vergleich beispielsweise zu obiger unbewegt hinterlassenen Straße.

Diese Rückwirkung durch Abbremsung ist umso größer, je größer die Oberfläche des beschleunigten Wasser­ strahles ist. Bei dieser Rohrschraube weist dieser beschleunigte Wasserstrahl ringförmigen Querschnitt auf. Die Oberfläche ist damit um etwa ein Drittel größer als bei einem kreisförmigen Querschnitt. Durch den ringförm­ igen Wasserstrahl wird also auch der innere Nebenstrom beschleunigt, welcher damit zum Vortrieb beiträgt.

Trotz der geringen Anstellung bzw. Krümmung der Schaufeln ist diese Rohrschraube durchaus geeignet, auch in Rückwärtsfahrt Wirkung zu bringen. Das Fluid wird dann durch den Rotor in umgekehrtem Drehsinn versetzt, die Krümmung der Rotorschaufeln fördert dann das Wasser in vorliche Richtung. Die Rotorschaufeln saugen achterlich Wasser an, das durch die Stratorschaufeln umgelenkt wird, so daß dort eine dem Vortrieb entgegen gesetzte Kraftkomponente wirksam wird. Diese Rohrschraube wird jedoch im Rückwärtsgang geringere Leistung aufweisen, weil im Bereich der wesentlichen Krümmungen die Schaufeln relativ geringe Höhe haben.

Ein Umkehrgetriebe ist hier nicht dargestellt. Es kann in bekannter Technik ausgeführt werden. Im Schaft kann achterlich wie bei normalen Außenbordern der Abgaskanal angelegt werden. Am Schaft kann vorlich wie bei normalen Außenbordern der Kühlwassereinlaß angelegt werden.

Anstelle der normal verwendeten Impellerpumpe kann durchaus eine Rohrschraube eingesetzt werden, d. h. eine verkleinerte Ausführung der hier beschriebenen. Diese Rohrschraube ist außerordentlich geeignet, Wasser inklusive Verunreinigungen zu fördern. Sie ist beispielsweise weniger störanfällig und verschleißfester als ein Impeller. Diese Rohrschraube kann generell zur Förderung verunreinigten Fluids in entsprechender Weise ein­ gesetzt werden. Für viele Zwecke wird ausreichend sein, die Schrauben des Rotors wie des Strators als einfache, senkrecht zur Innenwandung stehende Flächen auszubilden. Oder diese Teile werden in Kunststoff zu gießen sein. In vielen Fällen wird man auf eine Dichtung weitgehend verzichten können und das Getriebe nur vor groben Verunreinigungen zu schützen sein. Insgesamt erfordert eine solche Rohrschraube also keinesfalls einen höheren Bauaufwand als vergleichbare Schrauben oder auch Pumpen.

Für Außenborder ist dieser kompakte rohrförmige Antrieb optimal. Diese Rohrschraube stellt nach außen nur ein feststehendes Gehäuse ohne Ecken und Kanten dar. Es weist beispielsweise auch eine außerordentlich gute Steuerungsfunktion auf auch bei langsamer Fahrt. Selbst im Leerlauf bleibt durch die relativ große Außenfläche wie durch den mittigen freien Raum die Ruderwirkung erhalten. Nicht zuletzt ist damit auch der Widerstand dieser Rohrschraube relativ gering und kann sie z. B. anstelle der aufwendigen und relativ anfälligen Falt­ propeller bei Segelboten eingesetzt werden, bei Motorseglern z. B. als einziges Ruderinstrument dienen.

Die oben angesprochene Oberfläche des beschleunigten Wasserstrahles könnte zusätzlich vergrößert werden, wenn der achterliche Teil der Rohrschraube nicht nur diesen im Prinzip kreisrunden Querschnitt aufweist. Die Umlenkung des Wassers durch die Stratorschaufeln könnte wenigstens teilweise auch durch Düsenkanäle analog oben vorgestellten Impulsumsetzers bzw. Druckpumpentriebwerkes erreicht werden. Im achterlichen Bereich könnten dazu Düsenkanäle entsprechend der in Bild 1 dargelegten Form (C-1) bzw. der in Bild 2 dargelegten Form (H-2) installiert sein. Die gesamte Oberfläche des beschleunigten Wasserstahls wurde damit vielfach größer und damit die in achterliche Richtung beschleunigte gesamte Wassermasse entscheidend höher. Die entsprechenden Effekte sind dort bzw. in den Grundlagen dargelegt.

Diese Konstruktionsprinzipien dieser Rohrschraube wurde hier vorwiegend anhand des Ausführungsbeispieles eines Außenborders dargestellt. Diese Rohrschraube kann darüber hinaus natürlich auch in Verbindung mit anderen Antriebsquellen genutzt werden. Bei einem Motor mit liegender Kurbelwelle könnte beispielsweise anstelle der Antriebswelle, des Zahnrades und Zahnkranzes die Kraft auch per Keilriemen erfolgen. Ebenso kann diese Rohrschraube relativ groß dimensioniert werden und als Antrieb größerer Schiffe eingesetzt werden.

Besondere Eingenschaften

Mit dieser Rohrschraube wurde ein kompromißlos auf Sicherheit ausgelegter Antrieb für Schiffe entwickelt. Dennoch wird die mechanische Energie in optimaler Weise in Vortrieb umgesetzt. Darüber hinaus ist diese Rohrschraube außerordentlich geeignet zur Förderung verunreinigten Fluids in vielerlei Anwendungen. Der Einsatz dieser Rohrschraube bietet auch besondere Vorteile in Verbindung mit der später hier dargelegten Gestaltung von Schiffsrümpfen.

3.9. Wirbelschraube Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Vortrieb von Wasserfahrzeugen zu bewirken.

Konstruktionsprinzipien

Dieses Wirbelschraube basiert auf den Erfindungen Potentialdrallpumpe sowie Sogpumpe der Maschinenerfind­ ung. Diese Konstruktionselemente werden hier angepaßt an die speziellen Erfordernisse hinsichtlich des Vor­ triebes von Schiffen. Während Pumpen für ein Fluid bestimmter Qualität ausgelegt werden können, muß beim Antrieb von Schiffen mit Verunreinigungen des Wassers gerechnet werden. Wie bei voriger Rohrschraube wird auch hier darum ein mittiger Raum frei gehalten, damit Unrat durch diese Schraube fließen kann. Dieser freie Raum weist hier jedoch ringförmigen Querschnitt auf. Es wird hier ein Rotor eingesetzt und ein gegenläufiger Rotor, welcher im folgenden "Gegenrotor" genannt wird. Beide Rotoren weisen an ihren gegenüber liegenden Seiten noppenförmige Schaufeln aufs welche spiralig gewunden sind, wiederum in gegenläufigem Sinne. Zwischen beiden Rotoren wird das Wasser in achterlicher Richtung beschleunigt. Außerdem bilden sich bei der Beschleunigung viele relativ kleine Wirbel. Im achterlichen Bereich saugen diese einen Nebenstrom an analog zu einer Wasserstrahlpumpe. Dadurch ergibt sich der für den Vortrieb gewünschte Widerstand.

In Bild 13, obere Darstellungszeile, sind zunächst drei Querschnitte bzw. Ansichten von vorn zur prinzipiellen Bauweise und Wirkung diese Wirbelschraube dargestellt. In Bild 13, oben links, sind schematisch wesentliche Teile dargestellt. Um eine Rotationsachse (RA)ist ein Rotor (A-13) drehbar gelagert. Ein Drehung dieses Rotors wird hier im Uhrzeigersinn unterstellt.

In Bild 13, zweite Darstellungszeile, links, ist ein entsprechender Längsschnitt schematisch dargestellt. Der Rotor (A-13) weist vorlich (im Bild 13 stets links) einen geringen Radius und achterlich einen wesentlich größeren Radius auf, ist also prinzipiell von runder konischer Form. Auf seiner Oberfläche sind rippenförmige bzw. noppenförmige Schaufeln (D-13) angebracht. Die Schaufeln weisen von vorlich nach achterlich zunehm­ ende Höhe auf. Diese Schaufeln weisen auf der Oberfläche des Rotors einen spiraligen Verlauf auf.

In Bild 13, zweite Darstellungszeile, mittig, ist bei I-13 der prinzipielle spiralige Verlauf vergleichsweise für einen zylinderförmigen Rotor dargestellt. Diese Darstellung kann also lediglich als analoges Beispiel dienen. Prinzipiell jedoch weist die Anstellung der Schaufeln in Bezug zur Rotationsachse im vorlichen Bereich nur einen spitzen Winkel auf, im achterlichen Bereich dagegen einen größeren Winkel. Die Krümmung der Schaufeln weist von vorlich nach achterlich gesehen gegen den Drehsinn des Rotors. Durch die Drehung des Rotors wird also das Wasser im vorlichen Bereich vorwiegend in Rotationsbewegung versetzt, im achterlichen Bereich dagegen wird das Wasser vorwiegend in achterliche Richtung beschleunigt.

Bild 13, oben links, stellt die Sicht von vorn auf diese Wirbelschraube dar. Auf dem Rotor (A-13) sind schematisch der spiralige Verlauf der Schaufeln eingezeichnet sowie die prinzipielle Form des Querschnitts dieser Schaufeln. Der Querschnitt (D-13) dieser Schaufeln stellt zunächst eine zahnförmige Erhebung gegen­ über der im Prinzip runden Oberfläche des Rotors dar. Diese Zähne sind nicht symmetrisch, sondern weisen in Richtung des Drehsinns des Rotors. Diese Zähne weisen keine geraden Seiten und keine scharfen Kanten aus, ihre Kontur ist vielmehr allseits gerundet. Diese Schaufeln weisen damit einen noppenförmigen Querschnitt auf. Die in Richtung des Drehsinns des Rotors weisende Flanke der Schaufel ist steiler angestellt und weist damit mehr in radiale Richtung als die gegen den Drehsinn des Rotors weisende Flanke. Durch die Drehung des Rotors wird somit Wasser im Drehsinn beschleunigt.

In Bild 13, oben links, ist ein weiterer Rotor (B-13) dargestellt, welcher im Prinzip einen ringförmigen Quer­ schnitt aufweist. Dieser Rotor dreht sich gegen den Drehsinn des Rotors (A-13), hier also gegen den Uhrzeiger­ sinn. Dieser Rotor wird darum hier Gegenrotor (B-13) genannt. Dieser Rotor weist an seiner Innenseite Schaufeln (E-13) auf, welche im Prinzip analog zu den Schaufeln (D-13) des Rotors geformt sind. Die steilere Flanke dieser Schaufeln (E-13) weist in Richtung des Drehsinns dieses Gegenrotors. Das Wasser wird also im Drehsinn des Gegenrotors beschleunigt, also entgegen gesetzt zum Drehsinn des Rotors.

In Bild 13, zweite Darstellungszeile, links, ist dieser Gegenrotor (B-13) im Längsschnitt schematisch dargestellt. Er weist prinzipiell gleichbleibenden Radius auf. Die Höhe der Gegenrotorschaufeln (E-13) nimmt jedoch von vorlich nach achterlich zu. In diesem Längsschnitt wie im Querschnitt darüber ist dargestellt, daß zwischen den Schaufeln des Rotors (D-13) und den Schaufeln des Gegenrotors (E-13) ein freier Raum (C-13) bleibt. Dieser freie Raum weist im Prinzip einen ringförmigen Querschnitt auf. Die Querschnittsfläche dieses freien Raumes ist konstant, nicht jedoch seine Form. Je nach Stellung der Schaufeln zueinander während der gegenläufigen Drehung beider Rotoren verändert sich diese Form des Querschnitts ständig.

In Bild 13, zweite Darstellungszeile, ist bei J-13 schematisch eine Mantelabwicklung des Gegenrotors darge­ stellt. Analog zu den Schaufeln des Rotors weisen auch die Schaufeln des Gegenrotors einen spiraligen Verlauf auf jedoch wiederum gegensinnig zu diesen angelegt. Wie oben ausgeführt, ist bei I-13 nur vergleichsweise die Mantelabwicklung einer runden zylindrischen Form schematisch dargestellte (während der Rotor im Prinzip konische Form aufweist). Rotor und Gegenrotor drehen gegensinnig, beispielsweise der Mantel dieses Rotors von oben nach unten in dieser Darstellung, der Mantel des Gegenrotors von unten nach oben. Beide Mantel­ abwicklungen sind hier neben einander dargestellt, befinden sich real jedoch auf gleicher axialer Ebene. Ersichtlich wird aus dieser Darstellung dennoch, daß im freien Raum zwischen beiden Rotoren bei ihrer gegen­ läufigen Drehung das Wasser zunehmend in axiale Richtung beschleunigt wird. Wenn beide Rotoren gleich schnell drehen bzw. gleich effektiv Wasser beschleunigen, strömt dieses Wasser theoretisch in rein axiale Richtung ab. Auch praktisch wird sich bei dieser Anordnung und diesem Bewegungsablauf eine vorwiegend und prinzipiell in axiale Richtung weisende Strömung ergeben. Zusätzlich ergeben sich andere Strömungen.

In Bild 13, obere Darstellungszeile, ist die Sicht von vom auf diese Wirbelschraube drei mal dargestellt, wobei alle Abbildungen im wesentlichen identisch sind. In Bild 13, oben links, wurden die diversen Teile dargestellt und bezeichnet wie vorstehend beschreiben. In Bild 13, oben mittig, sind durch dick gezeichnete Pfeile die Richtungen von Bewegungen dargestellt. Dieses Abbildung zeigt die Situation im vorlichen Bereich der Wirbel­ schraube. Die Schaufeln des Rotors weisen dort nahezu in axiale Richtung und besitzen dort noch geringe Höhe. Dennoch wird mittig damit das Wasser in Rotation versetzt entsprechend dem Drehsinn des Rotors. Wenn der Rotor im Uhrzeigersinn dreht, wird sich dort also eine Strömung (F-13) im Uhrzeigersinn einstellen. Ebenso weisen die Schaufeln des Gegenrotors in diesem vorlichen Bereich noch relativ geringe Höhe auf und weisen noch keine bzw. nur eine geringe Anstellung in Bezug auf die Rotationsachse auf. Wenn der Gegenrotor gegen den Uhrzeigersinn dreht, wird sich am äußeren Rand des Einlaufbereichen eine Strömung (G-13) ausbilden.

Weiter achterlich werden die Schaufeln beider Rotoren höher, wird also mehr Wasser erfaßt und werden diese gegenläufige Strömungen intensiver. Dort weist die Anstellung der Schaufeln in Bezug auf die Rotationsachse einen größeren Winkel aufs womit diese gegenläufige Strömungen neben ihrer Drehbewegung zunehmend in axiale Richtung beschleunigt werden.

In Bild 13, oben rechts, ist die Situation im achterlichen Bereich bzw. beim achterlichen Ende der Rotoren schematisch dargestellt. Die gegenläufigen Strömungen sind dort so intensiv, daß sich durch gegenseitige Reibung viele Wirbel (H-13) bilden werden. Diese Wirbel werden in dem freien Raum zwischen beiden Rotoren sich ausbilden. Diese Wirbel werden alle gleichsinnig drehen. Ihre jeweiligen Drehachsen liegen auf einer Kreisbahn. Innerhalb der dortigen, nun starken Strömung in achterliche Richtung ist damit Bewegung in vielen gleichsinnigen Wirbeln gegeben. Die Wirbel umfassen nicht nur den freien mittigen Raum zwischen den Schaufeln beider Rotoren, sondern reichen auch in den Raum zwischen den Schaufeln jeden Rotors hinein. Außerdem wird sich eine Vielzahl gegenläufiger Nebenwirbel ergeben. Die Strömung ist dort also keinesfalls in konstanter Weise in gleiche Richtung weisend. Es herrscht dort andrerseits jedoch keine turbulente Strömung, sondern es werden gezielt viele relativ kleine Wirbel erzeugt. Gemeinsames Merkmal aller Wirbel jedoch ist die vorherrschend axiale Strömungsrichtung und vorherrschend werden die mittigen Wirbel (H-13) sein, welche gleichsinnig drehen und deren jeweilige Drehachsen relativ konstant auf gleichem Radius in Bezug auf die Rotationsachse liegen.

In Bild 13, zweite Darstellungszeile, links, sind zwei solcher Wirbel (K-13 und L-13) schematisch dargestellt. An den Berührungsflächen beider Wirbel weisen die Bewegungsrichtungen gegen einander. Alle Wirbel saugen Wasserteile aus allen Richtungen von außen an. An den Berührungsflächen beider Wirbel weisen auch diese zusätzlichen Strömungen gegen einander. Diese Wirbel bremsen sich damit gegenseitig ab.

Eine andere Konsequenz wird jedoch sein, daß sich zwischen beiden Wirbeln die jeweils abgebremsten Rand­ strömungen sowie die zusätzlich einfließenden Strömungen zu einem neuen und gegensinnig drehenden Wirbel (M-13) zwischen den beiden gleichsinnig drehenden Wirbeln ausbildet. Damit sind dann an allen Berührungs­ flächen zwischen den Wirbeln gleichgerichtete Strömungen gegeben. Eine Konsequenz daraus ist dann jedoch, daß diese Wirbel insgesamt einen größeren Raum beanspruchen. Und auch diese Wirbelverhältnisse werden nicht stabil sein, weil ein jeweils stärkerer Wirbel die Wassermassen eines schwächeren Wirbels an sich saugt.

Diese vielen kleinen Wirbel weisen relativ große Oberflächen auf. Sie unterliegen damit vielfältiger Reibung unter einander bzw. bremsen sich gegenseitig ab. Aus der Strömungslehre ist darum bekannt, daß sich kleine Wirbel sehr viel schneller tot laufen als große Wirbel. Dieser Effekt ist hier beabsichtigt. Denn dadurch bildet sich achterlich von den Rotoren relativ rasch eine Wassermasse mit relativ wenig kinetischer Energie aus. Es besteht also durch diese Maßnahmen eine sehr viel höhere Chance, achterlich von dieser Wirbelschraube den Zustand ruhenden Fluids zu erreichen, also den Zustand der oben vergleichsweise "unbewegten" Straße hinter einem Auto. Dieses relativ ruhende Fluid bietet nachströmenden Wassermassen einen relativ hohen Widerstand entgegen. Der dadurch erzeugte Gegendruck wirkt vorlich auf die Schaufeln des Rotors bzw. feste Teile und erzeugt damit Vortrieb.

Diese Wirbelschraube übernimmt also aus der Erfindung Sogpumpe der Maschinenerfindung das Prinzip, Fluid nicht per Druck beschleunigen zu wollen, sondern nur die Voraussetzungen zur Ausbildung von Wirbeln zu schaffen. Diese Wirbelschraube übernimmt also aus der Erfindung Potentialdrallpumpe der Maschinenerfindung das Prinzip, die Wirbelbildung zu verstärken durch relative Bewegung von Flächen gegeneinander. Hier wird diese Relativbewegung von Flächen in Form beider gegensinnig drehenden Rotoren dargestellt. Sowohl die Sogpumpe als auch die Potentialdrallpumpe erfordern relativ wenig Energie, weil diese speziellen Bewegungen lediglich aufgrund der Reibung des Fluids am Gehäuseflächen bzw. an Rotorflächen zustande kommt. Ent­ sprechend wird auch diese Wirbelschraube relativ geringen Energieeinsatz erfordern.

Es ist relativ einfach, Wasser zu beschleunigen wie beispielsweise in voriger Rohrschraube oder dieser Wirbel­ schraube hier. Entscheidend allerdings ist, diese Beschleunigung in Vortrieb umzusetzen durch Widerstand. Bei obiger Rohrschraube wurde dazu die Umlenkung an Stratorschaufeln und einer Vergrößerung der Ober­ flächen der beschleunigten Wassermassen erreicht. Bei dieser Wirbelschraube werden von vorn herein Beweg­ ungen großer Oberflächen erzeugt und eine achterlich von den Rotoren relativ "sperrige" Strömung. Durch zusätzliche Gestaltung des achterlichen Bereiches der Wirbelschraube wird entsprechender Vortrieb erzeugt.

Konstruktive Ausführung

In Bild 13, unten, ist schematisch und beispielhaft ein Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel dieser Wirbelschraube dargestellt. Das Wasser soll in dieser Darstellung von links nach rechts fließen. Mittig ist der Rotor (A-13) dargestellt mit seiner prinzipiell konischen Form und den Rotorschaufeln (D-13). Der Rotor ist drehbar um seine Rotationsachse (RA) und in einem festen Teil (T-13) des Gehäuses gelagert. Dieses Gehäuse­ teil (T-13) wird im folgenden "Rotorgehäuse" genannt. Der Gegenrotor (B-13) ist ebenfalls um die Rotations­ achse drehbar gelagert in einem festen Teil (N-13) des Gehäuses. Dieses Gehäuseteil (N-13) wird im folgenden "Gegenrotorgehäuse" genannt. Auf der Innenseite des Gegenrotors sind die Gegenrotorschaufeln (E-13) ange­ bracht. Zwischen Rotor und Gegenrotor ist ein freier Raum (C-13) gegeben. Achterlich von den Rotoren ist ein ringförmiger freier Raum zwischen beiden Rotoren gegeben. Dieser Bereich wird im folgenden "Rotorkanal" genannt. Durch den Rotorkanal fließt der Hauptstrom (U-13). Als Verbindung zwischen dem Rotorgehäuse (T-13) und dem Gegenrotorgehäuse (N-13) sind zwei oder mehr Stege (S-13) angebracht. Der Rotorkanal (U-13) ist also mehrmals durch diese Streben unterbrochen in mehrere Ringsegmente.

Es sind weitere Teile (P-13) des Gehäuses außerhalb des Gegenrotorgehäuses dargestellt. Diese Gehäuseteile werden im folgenden "Außengehäuse" (P-13) genannt. Das Außengehäuse weist prinzipiell ringförmigen Quer­ schnitt auf. Zwischen Außengehäuse und Gegenrotorgehäuse wird damit ein ringförmiger Kanal gebildet, welcher im folgenden "Nebenkanal" genannt wird und durch welchen die Nebenströmung (V-13) fließt. Zwischen Außengehäuse und Gegenrotorgehäuse sind wiederum zwei oder mehre Stege (O-13) angebracht. Der Nebenkanal stellt damit wiederum mehrere Ringsegmente dar.

Oben am Gehäuse ist ein Schaft (Q-13) dargestellt, welche die Verbindung zum Schiff schematisch darstellt Teilbereiche des Außengehäuses können bzw. werden meist zugleich fester Bestandteil des Schiffsrumpfes sein, d. h. diese Wirbelschraube wird seitlich am Heck des Schiffes integriert sein oder in einem Kanal des Rumpfes. Dennoch wurde hier ein Antrieb in Analogie zur obigen Rohrschraube in Form eines Außenborders dargestellt. Der Antrieb erfolgt hier also beispielsweise über eine in diesem Schaft (Q-13) bzw. Gehäuseteilen drehbar gelagerten Welle (R-13).

Analog zur Rohrschraube erfolgt hier auch die Drehbewegung der Rotoren über zwei Zahnräder dieser Welle (R-13), welche in Eingriff stehen mit zwei Zahnkränzen der Rotoren. Der Antrieb könnte auch in anderer Weise durch bekannte Technik realisiert werden, beispielsweise auch hydraulisch oder per Riemen oder die Rotations­ achse könnte zugleich vorlich eine Welle üblicher Bauart feststehender Schrauben darstellen.

Die Übersetzung beider Rotoren kann unterschiedlich gewählt werden. Sie kann entweder so ausgelegt werden, daß der Hauptstrom keinen generellen Drall aufweist oder aber eine gewünschte Drallkomponente aufweist (wie in manchen Anwendungen sinnvoll ist, s. u.). Durch ein Wendegetriebe bzw. umgekehrte Drehung der Welle wird diese Wirbelschraube auch in Rückwärtsfahrt wirksam werden, wenngleich mit geringerer Leistung.

Besondere Bedeutung kommt nun der Gestaltung des Bereiches achterlich der Rotoren zu. Durch die Rotoren wird ein Hauptstrom (U-13) in achterlicher Richtung erzeugt, welcher einer Vielzahl kleiner Wirbel aufweist. Durch die prinzipiell achterliche Strömung wird durch die Nebenkanale im Sinne einer Wasserstrahlpumpe zusätzliches Wasser in Form des Nebenstromes (V-13) angesaugt und ebenfalls in achterliche Richtung beschleunigt. Durch die vielen kleinen Wirbel des Hauptstromes wird eine große Oberfläche gebildet, jeder einzelne Wirbel saugt zusätzliches Wasser an, so daß dieser Nebenstrom stärkere Strömung aufweist als ein glatter Hauptstromstrahl dieses bewirken würde.

Am achterlichen Ende dieser Wirbelschraube steht dem Wasser insgesamt eine gleich große Querschnittsfläche zur Verfügung wie am Einlaß des Gegenrotors inklusive am Einlaß des Nebenkanals. Die dazwischen erfolgte Beschleunigung des Wassers wird damit theoretisch wieder aufgehoben. Im Bereich des beschleunigten Stromes ist bekanntlich ein geringer statischer Druck gegeben und anstelle dessen ein hoher Staudruck. Durch die nach­ folgende Querschnittserweiterung wird die kinetische Energie des Wassers wieder zurück verwandelt in statischen Druck. Dieser Zuwachs statischen Drucks wirkt senkrecht auf die schräg angestellten Flächen des Auslaufbereiches dieser Wirbelschraube und ergi 72036 00070 552 001000280000000200012000285917192500040 0002019806462 00004 71917bt damit eine Vortriebskomponente.

Wie oben bei den Wirbeln K-13, L-13 und M-13 dargelegt, beanspruchen diese Wirbel durch das Ansaugen zusätzlichen Wassers einen größeren Raum. Dieses zusätzliche Wasser wird durch den Nebenstrom zur Verfüg­ ung gestellt. Zugleich bremsen sich diese relativ kleinen Wirbel durch die relativ großen Berührungsflächen sehr stark gegenseitig ab. Dieses Abbremsen erfolgt hinsichtlich aller Raumrichtungen, also auch der Bewegung in achterliche Richtung. Die Bewegungsenergie des Wassers in diesem Bereich nimmt sehr stark ab. Es resultiert daraus statischer Druck, einerseits seitlich auf die Wandungen des Auslaufbereiches wie oben dargelegt, andrer­ seits jedoch auch in vorliche Richtung in Bezug auf den Hauptstrom bzw. die Flächen der Schaufeln.

Eine Querschnittserweiterung eines Rohres ist hinsichtlich der Förderung von Fluid problematisch und normaler­ weise mit Energieverlust verbunden, außer wenn die Querschnittserweiterung der Rohrerfindung eingesetzt wird. Nach einer Querschnittserweiterung eines Rohres ist also normalerweise ein geringerer Durchsatz von Fluid möglich. Genau dieser Effekt wird mit dieser Wirbelschraube gezielt eingesetzt.

Besondere Eigenschaften

Es kommt beim Vortrieb von Schiffen keinesfalls darauf an, einen Fluidstahl möglichst reibungsarm und weitreichend zu befördern. Zielsetzung des Vortriebes im flüssigen Medium Wasser ist vielmehr, eine möglichst geringe Teilmenge von Wasser auf optimale Weise zu beschleunigen und gegen einen möglichst massiven Widerstand bietenden größeren Menge Wassers zu lenken. Der Gegendruck wiederum muß auf Teile des Schiffes möglichst optimal im Sinne des Vortriebes wirken können. Diese Zielsetzungen erfüllt diese Wirbel­ schraube auf neue Art. Im Vergleich zu einem Kraftfahrzeug verbraucht ein Motorboot vergleichbaren Gewichtes bei wesentlich geringerer Geschwindigkeit etwa drei bis zehn mal mehr Energie. Mit dieser Wirbel­ schraube wird diese Differenz deutlich zu verringern sein bzw. werden größere Schiffe entsprechend wirtschaft­ licher zu betreiben sein.

3.10. Noppenrumpf Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, die Wasserbewegungen relativ zu einem Schiff in Auftrieb und Vortrieb umzusetzen.

Konstruktionsprinzipien

Von Römischen Wasserleitungen wird berichtet, daß sie aus in einander gesteckten konischen Tonröhren gebildet wurden und erstaunlich wenig Reibungswiderstand erzeugten. Wenn Wasser in solchen Rohren gut fließt, dann muß Wasser auch gut an solchen Rohren entlang fließen. Dieses Prinzip wird hier übertragen auf die Gestaltung der Oberfläche von Schiffsrümpfen.

In Bild 14, oben, ist beispielsweise die Unterseite (A-14) eines Rumpfes ausschnittsweise dargestellt. Auf dieser prinzipiell planen Flache sind Erhöhungen angebracht (B-12) bzw. Vertiefungen eingearbeitet, weiche im folgenden "Noppen" genannt werden. Diese Noppen weisen von vorlich nach achterlich sanft ansteigende Höhe aus. Sie enden in einer Abrißkante, welche in achterliche Richtung weist. Danach folgt eine vorlich gerichtete Krümmung, welche übergeht in eine nachfolgende Noppe gleicher Art. Wenn die Strömung entlang dieses Rumpfbodens streicht, rollt das Wasser hinter der Abrißkante ein und es bildet sich ein Wirbel (D-14) aus. Durch die Strömung werden diese lokalen Wirbel aufrecht erhalten. Wenn ein Wirbel abreißen sollte, bildet sich umgehend ein neuer Wirbel hinter dieser Noppe aus. Da die Noppe über die gesamte Rumpfbreite verläuft, stellen diese Wirbel eine entsprechend breite Walze dar und damit eine sehr stabile Bewegungsform.

Die Strömung längs des Rumpfes liegt damit über wesentliche Strecken nicht mehr direkt am Rumpf an und ist damit auch nicht der Reibung gegenüber diesem ausgesetzt. Die Wirbelwalze hinter einer Noppe jedoch ist dieser Reibung am Rumpf ausgesetzt. Die Strömung des Wirbels am Rumpf weist dabei in vorliche Richtung und dieser Wirbel wird vorlich an der Noppe in achterliche Richtung umgelenkt. Damit ergibt sich Vortrieb am Rumpf. Normalerweise ist also trotz planer Rumpfoberflächen ein Reibungswiderstand gegeben mit negativer Folge hinsichtlich des Vortriebes. Durch diese Art Noppen am Rumpf wird eine Wirbelschicht aufgebaut.

Die Strömung erfährt durch diese Wirbelschicht nahezu keinen Reibungswiderstand. Energie wird nur insoweit von der Strömung an die Wirbelschicht übergeben als zur Erhaltung der Wirbelbewegung erforderlich ist. Diese Energie wird jedoch vom Wirbel in Form von Reibung an den Rumpf weiter gegeben und zwar mit vorlicher Kraftkomponente. Der Wirbelbewegung wird zum Teil auch dadurch erhalten, daß vorlich der Wirbel an den Rumpfhoppen eine Umlenkung um nahezu 180 Grad erfährt. Auch dort ergibt sich also eine vorliche Kraft­ komponente.

Praktisch können am Rumpf keine solch scharfe Abrißkanten angebracht werden wie bei B-14 dargestellt. Diese Abrißkanten würden zu brüchig sein oder es wurde sich zu viel Schmutz und Bewuchs dort festsetzen können. Praktisch wird man nur gerundete Noppen anbringen können wie beispielsweise bei E-14 dargestellt. Der Effekt ist im Prinzip der gleiche. Es ist also sehr sinnvoll, wenn die Oberflächen der Rümpfe möglichst glatt sind wie es beispielsweise durch Teflonbeschichtung erreicht wird. Die Unebenheiten solcher Beschichtungen sind weit unterhalb eines Millimeters. Diese Noppen allerdings sind übergeordnete und gezielt eingesetzte Unebenheiten. Die Noppenhöhe wird einige Millimeter bis Zentimeter betragen, die Noppenlänge etwa der fünffachen bis zwanzigfachen Noppenhöhe entsprechen.

Diese Noppen sollten also am Rumpfboden quer zur Längsrichtung des Schiffes angebracht werden. Aber auch an den Rumpfseiten sind obige Effekte gegeben und es können zusätzliche Wirkungen erzielt werden. Die Noppen sind dazu an den Rumpfseiten im Prinzip von vorlich-unten nach achterlich-oben anzubringen.

In Bild 13, mittlere Darstellungszeile, links, stellt die schräge, dick gezeichnete Linie (F-14) beispielsweise und schematisch eine Noppe dar. Die Strömung an einem Rumpf verläuft praktisch niemals in waagrechter Richtung, sondern ist besonders an der Rumpfseite durch ein ständiges "Auf" und "Ab" gekennzeichnet. Die Strömung bewegt sich damit an der Rumpfwand beispielsweise von vorlich-unten nach achterlich-oben wie bei G-14 dargestellt. Sobald diese Strömung von unten gegen die Noppe anströmt, bildet sich an der Noppenflanke ein Wirbel aus bzw. wird diese Strömung an der Noppe in achterliche Richtung (H-14) umgelenkt. Damit ergibt sich eine Vor­ triebskomponente, sobald das Schiff in das Wasser eintaucht oder eine Welle an der Rumpfseite hoch steigt. Am Bug ist diese Situation häufig und beidseits gegeben.

Umgekehrt wird das Schiff aus dem Wasser angehoben oder eine Welle fließt an der Rumpfseite abwärts. Es ist dann eine relative Strömung von vorlich-oben nach achterlich-unten gegeben wie bei I-14 dargestellt. Auch in diesem Fall wird die Strömung hinter der Noppe einrollen, wobei durch die Umlenkung an der Innenseite der Noppe wiederum eine vorliche Kraftkomponente gegeben ist. Die Strömung wird entsprechend in mehr achterliche Richtung (J-14) gelenkt.

Zwischen diesen beiden Richtungen (G-14 und I-l4) wird die Strömung relativ zur Rumpfseite ständig wechseln. Bei einer mittleren waagrechten Strömung ist noch immer der Effekt geringerer Reibung wie am Rumpfboden gegeben.

Konstruktive Ausführung

In Bild 14, unten, ist eine Rumpfhälfte (K-14) schematisch in der Ansicht von unten dargestellt. Die Rumpfform ist beispielsweise typisch für eine Segelyacht. Am flachen Hecke einer solchen Yacht sollten die Noppen (L-14) beispielsweise über eine große Breite quer zum Rumpf verlaufen und dann bogenförmig nach achterlich-oben geführt sein. Damit sind am Rumpfboden die Vorteile einer geringeren Reibung gegeben und an der Rumpfseite wird durch das dort häufige Auf und Ab der Strömung jeweils Auftrieb wie Vortrieb erzielt. Auch mittschiffs ist häufig zur prinzipiellen Strömung in achterliche Richtung eine Bewegung quer zum Schiff gegeben, beispiels­ weise wenn das Schiff krängt. Der Boden ist dort weniger flach, also kann die Krümmung der Noppen (M-14) bis mittschiffs reichen. Im Vorschiffsbereich sind die senkrechten Bewegungskomponenten besonders ausge­ prägt. Diagonal angestellte Noppen (N-14) erreichen dort die größte Wirkung hinsichtlich Auftrieb wie Vortrieb.

Bei anderen Schiffstypen sind diese genoppten Rumpfe genauso einsetzbar. Experimentell muß für jeden Schiffstyp bzw. Geschwindigkeitsbereich das Optimum hinsichtlich Anstellung und Profilierung der Noppen wie deren Höhe und Länge ermittelt werden. Diese Noppen könnten beispielsweise in Form von profilierten Folien auch nachträglich an Schiffen angebracht werden.

Besondere Eigenschaften

Normalerweise und prinzipiell ist bei einem Schiff in Fahrt eine Reibung gegeben mit negativer Folge hinsicht­ lich des Vortriebes. Diese Reibung kann reduziert werden, wenn die Rumpfoberfläche durch diese Noppen so gestaltet wird, daß eine Wirbelschicht zwischen Rumpf und Strömung gegeben ist. Es steht zu vermuten, daß die Schuppen der Fische diesen Effekt bewirken. Darüber hinaus stellen die Relativbewegungen zwischen Wasser und Schiff in der Senkrechten Bewegungsenergie dar. Diese Energie kann durch diese Noppen zumindest teilweise in Auftrieb wie auch Vortrieb umgesetzt werden. Diese Noppenrümpfe werden sich darum bei allen Schiffstypen durchsetzen.

3.11. Auftriebskörper Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Auftrieb für Schiffe zu bewirken bei geringem Widerstand.

Konstruktionsprinzipien

Die Strömungsverhältnisse unter Wasser sind konstanter als die an der Wasseroberfläche. Unterseeboote fahren darum ökonomischer als normale Schiffe. Man sollte darum auch bei normalen Schiffen den wesentlichen Anteil des erforderlichen Auftriebes durch Auftriebskörper unter Wasser gewinnen. Im Prinzip ist dazu ein runder Zylinder geeignet, welcher einen gerundeten Bug und eine relativ spitz auslaufendes Heck aufweist.

In Bild 15, oben links, ist bei A-15 ein solch strömungsgünstiger Körper schematisch dargestellt. Dieser Körper weist praktisch keinen Reibungswiderstand aufs solange die Strömung nicht abreißt. Bei geringer Strömung liegt die Strömung an, bei zunehmender Strömung reißt diese ab im Bereich des sich reduzierenden Radius.

Dieser Bereich geringer werdender Radien vorlich des Hecks wird im folgenden "Reduzierung" genannt. Bei hoher Strömung reißt die Strömung auch schon im vorlichen Bereich ab.

Bei vorigem Tragflächenrumpf wurden Seitendüsenflächen und Kopfdüsenflächen eingesetzt, um ein Anliegen der Strömung zu gewährleisten. Analog dazu kann man auch bei einem der Wasserströmung ausgesetzten Auf­ triebskörper eine entsprechende ringförmige Düsenfläche (B-15) einsetzen. Dieses Konstruktionselement wird im folgenden "Ringdüsenfläche" genannt.

Der Reibungswiderstand dieses Körpers wird nicht wesentlich höher, wenn er im Bereich seines größten Durch­ messers länger ist als hier dargestellt. Unter dem Motto "Länge läuft" wird dieses in vielen Bereichen der Schiff­ fahrt realisiert. In diesem Fall hier jedoch entspricht das dem Versuch, ein Fluid linear durch ein Rohr bewegen zu wollen. Wie dort so ist auch hierbei nicht möglich, eine anliegende und damit möglichst reibungsfreie Ström­ ung über längere Distanzen aufrecht zu erhalten. Auch bei einem langem runden Körper unter Wasser bricht die Strömung ab und es ergibt sich turbulente Strömung spätestens im Bereich der Reduzierung. Eine Ringdüsen­ fläche dort einzusetzen ist unzweckmäßig, weil Wasser mit großer Reibung nach innen gelenkt werden müßte.

In Bild 15 ist bei C-15 eine prinzipiell andere Lösung dieser Problematik schematisch dargestellt. Auf der Ober­ fläche dieses Körpers sind Noppen angebracht analog zu denen des vorigen Noppenrumpfes oder ähnlich zu den obigen Rumpftragflächen. Die Noppen verlaufen spiralig um den gesamten Auftriebskörper. Ihre Anstellung in Bezug zur Längsachse ist vorlich gering, dann zunehmend und am Heck wieder flach. Das Wasser wird damit in eine Drehbewegung um diesen Körper versetzt. Diesen Drall zu erzeugen kostet Energie, aber es entstehen daraus entsprechend positive Effekte.

Durch diesen zusätzlichen Drall weist die Strömung entlang des Auftriebskörpers eine höhere Geschwindigkeit auf als ohne diesen Drall. Es ist damit ein geringerer statischer Druck gegeben an der Oberfläche des Körpers wie auch gegenüber dem ruhenden Fluid. Der normale Druck des ruhenden Fluids druckt also auf die Strömung und beugt diese nach innen. Dort ist stets Raum gegeben, denn die runden Wandungen des Auftriebskörpers weichen stets zurück gegenüber diesem radial nach innen wirkenden Druck. So wie innerhalb eines Rohres die Drallströmung die wesentlich stabilere und widerstandsfreiere Bewegung ist, so ist auch die Drallströmung außen um einen runden Körper außerordentlich stabil und widerstandsfrei. Selbst im problematischen Bereich der Reduzierung liegt die Strömung an.

Dem Fluid insgesamt steht im Bereich der Reduzierung wieder ein größeres Volumen zur Verfügung, d. h. die Strömung müßte langsamer werden. Der relativ hohe Druck von außen wirkt hier jedoch im Sinne eines Potentialwirbels. Die Rotationsbewegung um den geringer werdenden Radius erhöht sich und das ruhende Fluid der Umgebung fließt in den entsprechenden Sog mit normaler Molekulargeschwindigkeit ein. Wasser ist nicht kompressibel, die zusätzlich erforderlichen Wassermengen fließen von oben nach. Es ergibt sich dort eine Eindellung der Wasseroberfläche wie es auch von den runden Unterwasservorbauten großer Schiffe bekannt ist.

Das Wasser dieses Potentialwirbels fließt als Wirbelzopf achterlich ab. Der Reibungswiderstand dieses Noppen­ körpers ist nochmals geringer als die des strömungsgünstigen Körpers in Bild 15, oben links. Allerdings ist dazu ein Energieeinsatz für die Ausbildung des Dralls erforderlich. Ökonomisch wird diese Bauart, wenn es gelingt die Energie des achterlichen Potentialwirbels zurück zu gewinnen.

Konstruktive Ausführung

In Bild 15, unten links, ist in einem schematischen Längsschnitt ein Auftriebskörper beispielhaft dargestellt. Die Rumpfform entspricht den oben beschriebenen Körpern. Im vorlichen Bereich ist eine Ringdüsenfläche (B-15) dargestellt wie oben dargelegt. Es sind auch Noppen (C-15) in spiraliger Bahn um den ganzen Körper gewunden wie oben dargelegt. Zwischen dem Körper und der Ringdüsenfläche sind Stege (D-15) angeordnet. Diese Stege sollten insoweit profiliert sein, als es der Stabilität wegen erforderlich ist. Diese Stege sind prinzipiell in Richt­ ung der Längsachse des Körpers anzuordnen. Die Stege sollten gewendelt sein, so daß sie direkt am Körper der Anstellung der dortigen Noppen entsprechen. Diese Stege dienen also dazu, die durch die Noppen bewirkte generelle Drehbewegung des Wassers um den Körper zu unterstützen.

Am Heck des Körpers ist eine zweite Ringdüsenfläche (E-15) dargestellt mit entsprechenden Stegen. Dieses Bauteil wird im folgenden "Heckfläche" genannt. Diese Heckfläche dient dazu, jeglichen Drall der Strömung wieder aufzustellen. Der äußere Ring weist keine Anstellung auf und auch die Flächen der Stege weisen an ihrem Ende vollkommen in achterliche Richtung. Es sind Leitbleche (F-15) installiert, welche vorlich der Heckfläche am Körper ansetzen und achterlich in die Stege der Heckfläche übergehen. Diese Leitbleche stellen zunächst eine Fortsetzung der Noppen dar, schwingen jedoch in einem gekrümmten Verlauf nach außen. Die Krümmung ist gegensinnig zu der bisherigen Drehbewegung der Strömung. Durch diese Leitbleche und die Stege der Heckfläche wird damit jeglicher Drall wieder aufgestellt.

Es ist Widerstand gegen den Vortrieb geben durch die Noppen und den angestellten Teil der Stege der Ring­ düsenfläche. Durch diesen Widerstand wird die Drallbewegung erzeugt. Diese Drallbewegung verringert die allgemeine Reibung des Körpers. Diese Drallbewegung geht im Bereich der Reduzierung über in einen Potentialwirbel mit den bekannten Effekten. Durch die Leitbleche und die Stege der Heckfläche wird die Strömung umgelenkt, so daß sich aus der gesamten kinetische Energie der Strömung wieder eine Vortriebs­ komponente ergibt.

In Bild 15, unten rechts, ist beispielsweise anhand eines schematischen Querschnitts bzw. einer Ansicht von vom in Ausschnitten dargestellt, wie die Verbindung dieses Auftriebskörpers mit dem Überwasserteil eines Schiffes prinzipiell zu realisieren ist. Dargestellt ist der Körper (A-15) und auf diesem ist der spiralige Verlauf von vier Noppen (C-15) eingezeichnet. Gegenläufig zu diesen Bahnen etwa wären im achterlichen Bereich die Leitbleche (F-15) anzulegen (hier nicht dargestellt). Es ist ferner die Ringdüsenfläche (B-15) dargestellt. Zwischen Körper und Ring sind hier vier Stege (D-15) angeordnet. Oben an der Ringdüsenfläche setzt ein Schaft (G-15) an, welcher dann übergeht in den Rumpf H-15) des Überwasserschiffes. WL kennzeichnet in etwa die Wasserlinie.

An bzw. auf der Heckfläche ist ebenfalls ein entsprechender Schaft zu installieren. Der Schaft sollte generell so geformt sein, daß beim Eintauchen zusätzlicher Auftrieb gegeben ist.

Im Bereich des größten Durchmessers kann dieser Auftriebskörper durchaus länger gebaut sein als hier darge­ stellt. Es ist sogar machbar, eine oder mehrere Ringdüsenflächen einzusetzen, um die Drallströmung zu stabilisieren. Je Schiff sollten mindestens zwei solcher Auftriebkörper eingesetzt werden, es könnten aber durchaus auch mehr Auftriebskörper unter einem Schiff installiert werden. Bei sehr großen Schiffen werden entsprechend viele solcher Auftriebskörper eingesetzt werden.

In Bild 16 sind diverse Beispiele der prinzipiellen Anordnungsmöglichkeiten solcher Auftriebskörper schematisch dargestellt. Die Auftriebskörper sind schematisch mit der oben besprochenen generellen Kontur dargestellt. Die Abb. A-16 bis D-16 stellen eine Draufsicht dar. Die dick gezeichneten Linien kenn­ zeichnen dem Umriß der Überwasserrümpfe.

Bei A-16 ist eine Anordnung der Auftriebskörper vergleichbar zu einem Katamaran dargestellt. Zwei relativ lange Auftriebskörper sind seitlich angeordnet. Dieses Schiff hält sehr gut Kurs. Bei B-16 weist das Über­ wasserschiff etwa gleiche Fläche auf, es sind jedoch vier kleinere Auftriebskörper eingesetzt. Diese Anordnung ergibt prinzipiell ein wendigeres Schiff. Einen größeren Auftrieb im achterlichen Bereich ergibt eine Anordnung entsprechend D-16. So könnten beispielsweise kleine Segelyachten oder Sportboote prinzipiell gebaut sein. Bei C-16 ist eine Anordnung vergleichbar zu einem Trimaran dargestellt. Ein mittiger relativ großer Auftriebskörper bringt auf der vollen Länge des Schiffes den wesentlichen Anteil des erforderlichen Auftriebes, während die kleineren seitlichen Auftriebskörper wesentlich zu Seitenstabilität beitragen. Gegenüber der Version A-16 steht bei gleicher Fläche ein insgesamt höherer Auftrieb zur Verfügung. Dieses Schiff hält gut Kurs und ist dennoch wendig. Es sind viele andere Anordnungen dieser Auftriebskörper denkbar bis hin zu einer spinnenförmigen Anordnung. Je nach erforderlichem Auftrieb und Zielsetzung sind jeweils optimale Konstruktionen machbar.

In Bild 16, dritte Darstellungszeile, sind schematisch und beispielhaft zwei Seitenansichten von Auftriebs­ körpern dargestellt. Die prinzipielle Kontur obigen Schaftes bzw. der Verbindung zwischen Auftriebskörper und Überwasserschiff sind durch dicke Linien gekennzeichnet. Diese Sicht zeigt wesentliche Vorteil der Konzeption.

Bei E-16 ist ein relativ langer Auftriebskörper dargestellt, bei F-16 sind zwei entsprechend kleiner Auftriebs­ körper hinter einander angeordnet. Die waagrechte obere Linie kennzeichnet den Übergang zum Überwasser­ rumpf des Schiffes. Die gewellte Linie zeigt in etwa die Wasserlinie an. Prinzipiell sollte ein Schaft unten nur an einer Ringdüsenfläche oder einer Heckfläche ansetzen. Nach oben hin sollte der Schaft prinzipiell breiter werden. Mittig über dem Auftriebskörper sollte prinzipiell ein freier Raum bleiben.

Auf die Seitenflächen normaler Schiffe aber auch der hier vergleichsweise angeführten Katamarane oder Trimarane treffen seitliche Wellen hart auf. Solche Schiffe sind vom Wellengang stark betroffen.

Bei dieser Konzeption der Auftriebskörper treffen seitliche Wellen nur auf die wesentlich kleinere Seitenflächen der Schafle. Diese Seitenflächen sind zudem nicht plan, sondern weisen gerundeten Verlauf aufs so daß seitlich anströmendes Wasser leicht abgleiten kann. Ein großer Teil der Wassermassen seitlich anrollender Wellen jedoch kann durch den freien Raum über den Auftriebskörpern und unter dem Rumpf des Überwasserschiffes durch fließen. Seitliche Wellen können damit ohne große Angriffsflächen unter dem Schiff durch laufen. Diese Schiffe sind vom Wellengang also weit weniger betroffen.

Die im Prinzip runde Zylinderform der Auftriebskörper selbst bietet allen seitlichen Wasserströmungen ebenso wenig Angriffsfläche. Harte seitliche Wellen schlagen damit nicht hart auf plane Flächen auf, sondern fließen weich um den runden Auftriebskörper. Solche Wellen stören zwar die gewünschte anliegende Drallströmung, andrerseits ergibt jegliche Wasserbewegung an den Noppen eine Auftriebs- bzw. Vortriebskomponente.

Schiffe mit relativ langen Auftriebskörpern zeigen zwar große Kursstabilität, bei Segelschiffen jedoch könnte dieser geringe seitliche Widerstand zu hoher Abtrift führen. Bei Segelschiffen könnte dann sinnvoll sein, die Ringdüsenflächen bzw. die Heckflächen nicht mit kreisförmigem Querschnitt sondern elliptischem Querschnitt zu bauen. Dadurch werden die senkrecht stehenden Flächen des Ringes wie der Stege größer und es ist damit ausreichend Widerstandsfläche parallel zur Längsachse gegeben.

In Bild 16, untere Darstellungszeile, sind schematisch und beispielhaft zwei Querschnitte durch Schiffsrümpfe mit diesen Auftriebskörpern dargestellt. Bei G-16 ist ein Schiff entsprechend eines Katamaranes dargestellt, bei H-16 ein Schiff entsprechend eines Trimaranes. Durch dick gezeichnete Linien sind prinzipiell mögliche bzw. typische Konturen der Schale wie des Überwasserschiffes gekennzeichnet. Wesentlich sind beispielsweise die gestrichelten dicken Linien, welche den oben beschriebenen freien Raum über den Auftriebskörpern markieren. Man kann aus dieser Sicht leicht erkennen, wie seitliche Wellen durchlaufen können ohne die Lage des Schiffes wesentlich zu beeinträchtigen. Diese Schiffe werden damit weniger stark beansprucht durch Wasser und Wind. Die Schale solcher Schiffe kann darum verhältnismäßig leicht gebaut werden. Durch die kompakte Form der Querschnitte läßt sich relativ leicht eine hohe Steifigkeit erreichen.

Der Querschnitt bei G-16 und die Eigenschaften eines solchen Schiffes sollen am Beispiel einer Segelyacht erläutert werden. Dieses Schiff könnte etwa folgende Maße aufweisen: gesamte Breite 440 cm, gesamte Bau­ höhe 360 cm, gesamte Höhe über der Wasserlinie 250 cm, Freibord 140 cm, minimaler freier Raum zwischen Wasserlinie und Überwasserschiff 50 cm, maximaler freier Raum zwischen Wasserlinie und Überwasserschiff 80 cm, Tiefgang 90 cm, Breite der Kajüte 330 cm, Höhe der Kajüte 190 cm. Eine sinnvolle Länge dieses Schiffes könnten 800 bis 1000 cm sein.

Eine solche Segelyacht würde also über eine außerordentlich geräumige Kajüte mit voller Stehhöhe verfügen. Durch den relativ geringen Tiefgang sind auch flache Gewässer befahrbar. Für Binnengewässer konzipierte Schiffe könnten sogar mit weniger Abstand zwischen Wasserlinie und Überwasserschiff ausgelegt werden, so daß die gesamte Höhe über der Wasserlinie mit gelegtem Mast nur 250 cm betragen würde. Dieser freie Raum unter dem Überwasserschiff ist nicht nur hinsichtlich des Wellenganges wichtig, sondern gerade für Segelschiffe außerordentlich bedeutsam.

Bei normalen Segelyachten gleichgültig welcher Bauart ist in Luv stets eine Luftstau am Rumpf gegeben. Dieser Stau bremst den Wind generell ab und ergibt ungünstige Strömungsverhältnis über dem Rumpf. Bei einer Segelyacht der hier vorgestellten Konzeption fließt die Luft auch seitlich unter dem Überwasserschiff durch. Der Wind wird damit weniger abgebremst bzw. umgelenkt, so daß an den Segeln bessere und konstantere Strömungs­ verhältnisse gegeben sind. Die prinzipiell elliptische Form des Querschnitts dieser Segelyacht ergibt nahezu anliegende Luftströmung am Rumpf: Wenn bei einer kleinen Segelyacht oder Segeljolle auf eine Kajüte ver­ zichtet wird, kann der Überwasserrumpf allseits elliptisch geformt werden. Es läßt sich dann bei extrem leichter Bauweise hohe Steifigkeit erreichen.

Das Freibord kann hier relativ große Höhe aufweisen, könnte noch höher angelegt sein als in der Darstellung. Es ist leicht zu erkennen, daß damit diese Segelyacht selbst bei einer Lage von 90 Grad noch selbstaufrichtend ist. Natürlich würde man alle schweren Gewichte wie Wasser, Abwasser und Treibstoff in den Auftriebskörpern lagern. In den Schächten könnte beispielsweise Proviant gestaut werden. Ebenso wird die relativ tiefe Position eines Motors den Schwerpunkt nach unten verlagern. Dieses Schiff weist also eine hohe Sicherheit auf, obwohl es im wesentlichen rund einen halben Meter über dem Wasser "schwebt".

Entsprechendes gilt für einen Trimaran dieser Bauart. Der Querschnitt bei H-16 könnte beispielsweise den typischen Querschnitt einer Motoryacht darstellen. Die Kajüte kann bei einer Motoryacht steilere Seitenwände aufweisen. Auf einer Grundfläche von beispielsweise nur vier mal acht Metern läßt sich ein geräumige Yacht mit vier und mehr Kojen konzipieren. Alle Räume liegen auf einer Ebene und könnten volle Stehhöhe aufweisen. Aus dem Salon wäre eine optimale Sicht gegeben. Der Fahrsand könnte vorn, mittig, achtern oder auf einer Flybrigde angeordnet werden. Eine solche Yacht wäre schon mit zwei mal etwa 20 KW vollkommen ausreich­ end motorisiert, wenngleich bei stärkerer Motorisierung hohe Geschwindigkeit erreichbar wäre.

Neben diesen obigen Beispielen werden Schiffe aller Größenordnungen außerordentlich ökonomisch zu be­ treiben sein, wenn diese Konzeption der Auftriebskörper und prinzipiellen Rumpfgestaltung angewandt wird.

Besondere Vorteile

Diese Art Auftriebskörper gleitet mit geringst möglichem Widerstand durch das Wasser. Ein Schiff mit diesen Auftriebskörpern läuft ruhig selbst bei starkem Wellengang. Dieser Auftriebskörper kann in jeder Größe gebaut werden. Es wäre sinnvoll, diese Auftriebskörper in standardisierter Bauart mit beispielsweise 100, 200, 400, 800, 1600 oder 3200 Litern Auftrieb zu bauen. Diese Konzeption wird damit für Segeljollen wie Segelyachten, Sport­ boote wie Motoryachten, aber auch für die Berufsschiffahrt eine völlig neue Basis wirtschaftlicher Schiffahrt darstellen. In wenigen Jahren werden Schiffe dieser Art die normalen Schiffe sein.

3.12. Vortriebskörper Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Vortrieb von Schiffen zu bewirken.

Konstruktionsprinzipien

Dieser Vortriebskörper basiert einerseits auf Prinzipien und Elementen obiger Wirbelschraube. Dieses betrifft in erster Linie die Gestaltung des dortigen Rotors bzw. Gegenrotors sowie der noppenförmigen Schaufeln. Bei dieser Wirbelschraube wird eine Vielzahl von Wirbeln erzeugt und aufgrund deren großer Oberfläche eine "sperrige" Strömung erzeugt. Ein möglichst großer Widerstand im achterlichen Bereich dient dort als wesentliche Quelle des Vortriebs. Hier jedoch wird ein anderer Effekt genutzt.

Dieser Vortriebskörper basiert darum zum andern auf Prinzipien und Elementen obigen Auftriebskörpers. Bei diesem wird eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit durch Drallbildung eingesetzt, um die Effekte eines Potentialwirbels im achterlichen Bereich zu erzielen. Die Drallbildung wird "passiv" durch feststehende Teile erreicht. Solche Konstruktionselemente sind dort spiralig angeordnete Noppen, gewendelte und angestellte Stege der Ringdüsenfläche sowie achterliche Leitbleche und entsprechend angestellte Stege der Heckfläche.

Es liegt nun nahe, die Strömungsgeschwindigkeit nochmals zu erhöhen durch "aktive" Maßnahmen. Dieser Vor­ triebskörper basiert also auf der Grundkonzeption obigen Auftriebskörpers ergänzt um bewegliche Teile, welche prinzipiell entsprechend zum Rotor bzw. Gegenrotor und den noppenförmigen Schaufeln der Wirbelschraube angelegt sind.

In Bild 17, obere Darstellungszeile, wird zunächst nochmals die physikalische Grundlage des Effektes ström­ ungsgünstiger Körper und erhöhter Strömungsgeschwindigkeit schematisch dargestellt. In Bild 17, oben links, ist beispielsweise ein solch strömungsgünstiger Körper (A-17) dargestellt. Theoretisch ist an diesem Körper kein Strömungswiderstand gegeben. Die vorliche Ablenkung des Fluids (B-17) erzeugt zwar einen Druck gegen die Vorwärtsbewegung des Körpers (in Bild 17 bewegen sich die Körper stets nach links). Achterlich steht jedoch ein gleich großer Druck (C-17) an. Dieses gilt theoretisch im idealen Fluid, solange die Strömung nicht abreißt.

Über dem Körper (A-17) sind drei Stromlinien (D-17) schematisch eingezeichnet. Wie bekannt ist, liegen diese Stromlinien über dem Körper dichter beisammen, es herrscht dort eine erhöhte Geschwindigkeit und ein ent­ sprechend geringerer statischer Druck. Achterlich steht dem Fluid wieder mehr Raum zur Verfügung, die Geschwindigkeit reduziert sich, der statische Druck erreicht wieder normales Niveau.

Dieser Körper verdrängt ein bestimmtes Volumen. Da Wasser nicht kompressibel ist, weicht das verdrängte Wasser in offenem Gewässer nach oben aus. Die Wasserlinie (WL) zeigt hinter diesem Körper einen Wellen­ berg, welchem anschließend ein Wellental folgen wird.

In Bild 17, oben rechts, ist die Abbildung links nochmals dargestellt. Auf dem Körper sind nun jedoch spiralig um den Körper führende Noppen E-17) entsprechend obigem Auftriebskörper eingezeichnet. Durch diese und andere Maßnahmen wird erreicht, daß eine zusätzliche Drallbewegung erzeugt wird, d. h. unter vergleichbaren Bedingungen ist nun eine höhere Strömungsgeschwindigkeit gegeben. Im achterlichen Bereich werden die Radien des Körpers geringer, dieser Bereich wurde oben "Reduzierung" genannt und so auch im folgenden. Die Stromlinien liegen entsprechend dieser erhöhten Geschwindigkeit über dem Körper nochmals enger zusammen als beim Körper A-17 dargestellt.

Wenn nun diese Geschwindigkeit nochmals beschleunigt wurde im Bereich vorlich dieser Reduzierung bis zum Beginn dieser Reduzierung, so wurde im Bereich der Reduzierung die Geschwindigkeit nicht zurück gehen. Die Stromlinien (F-17) würden dann auch in diesem Bereich eng zusammen und die Strömung anliegend sein. Durch die dortigen geringeren Radien würde sogar die Drehgeschwindigkeit zunehmend sein. Damit ist dort nochmals geringerer statischer Druck gegeben. In diesen Sog hinein strömt ruhendes Fluid nach. Der Wellenberg beispiels­ weise wäre niedriger und das nachfolgende Wellental ausgeprägter. Es bildet sich um den achterlichen Bereich des Körpers ein Potentialwirbel. Die damit verbundenen Effekte sind gegeben, wie oben bzw. in der Maschinen­ erfindung bzw. in der Rohrerfindung erläutert.

In Bild 17, zweite Darstellungszeile, links, ist nochmals der vorige Körper (G-17, analog A-17) dargestellt. Er ist achterlich ergänzt um ein Leitblech (H-17), welches im folgenden "Heckflosse" genannt wird. Der sich im Bereich der Reduzierung ausbildende Potentialwirbel darf in seiner Entwicklung nicht gestört werden. Erst wenn er voll ausgebildet ist, kann die ihm innewohnende Energie umgesetzt werden. Diese Heckflosse ist darum relativ weit achterlich angeordnet. Erst dort sollte der Drall der Strömung wieder aufgestellt werden.

Diesem Bereich am Ende der Reduzierung kommt besondere Bedeutung bei. Dort werden die Radien des Körpers nur noch geringfügig kleiner bzw. gehen in einen runden Zylinder gleichbleibenden Radius über. Der Potentialwirbel ist dort voll ausgebildet. Es strömen dort die Wasserteile des eigentlichen Potentialwirbels rasch nach und ebenso die mittelbar in Rotation versetzten Wasserteile am Randbereich dieses Potentialwirbels. Da nun die Radien nicht mehr wesentlich oder gar nicht mehr kleiner werden, ist mittig kein ausreichender Raum mehr gegeben für diese nachströmenden Wasserteile. Es kommt am Ende der Reduzierung also zu einem Stau.

Dieser Stau kann nur in achterliche Richtung abfließen. Es findet in diesem Bereich also eine Umlenkung aller Strömungen in achterliche Richtung statt. Diese Umlenkung in achterliche Richtung bewirkt einen Druck in vorliche Richtung. Es ist damit eine Vortriebskomponente gegeben. Es steht zu vermuten, daß Fische diesen Effekt nutzen. Dieser Effekt könnte beispielsweise eine Erklärung abgeben hinsichtlich der offenen Frage, warum Bachforellen in starker Strömung offenbar regungslos an einer Stelle verharren können. Natürlich um­ strömt das Wasser die Fische nicht auf einer vollen Kreisbahn. Einrollende Wirbel auf jeder Seite würden jedoch durchaus vergleichbare Effekte ergeben.

In Bild 17, zweite Darstellungszeile, rechts, ist nochmals ein Ausschnitt der vorigen Körper dargestellt. Es ist dort um den Körper ein Element (M-17) eingezeichnet entsprechend der Ringdüsenfläche obigen Auftriebs­ körpers. Dieses Element kennzeichnet den Bereich, in welchem prinzipiell eine Beschleunigung der Strömung sinnvoll ist. Dieser Bereich wird im folgenden "Beschleunigungsbereich" genannt. Dieser Bereich kann vorlich schon beginnen bei noch zunehmendem Radius des Körpers, kann sich im Bereich gleichbleibenden Radius des Körpers befinden, muß jedoch achterlich kurz nach Beginn des Bereiches der Reduzierung enden.

In Bild 17, dritte Darstellungszeile, ist der prinzipielle Verlauf der Anstellwinkel einer Drallbewegung in Bezug auf die Längsachse schematisch und beispielhaft dargestellt. Entsprechend dieser prinzipiell gewünschten Drall­ bahn müssen die entsprechenden Elemente wie Noppen, Stege und Leitbleche angestellt sein.

Am Bug dieses Körpers muß der Anstellwinkel (I-17) flach sein, damit dort die Drallbewegung sanft eingeleitet wird. Bei zunehmender Geschwindigkeit der Strömung in achterliche Richtung sollte auch die Drallbewegung stärker werden. Entsprechend werden im mittleren Bereich des Körpers die Anstellwinkel ständig steiler anzu­ legen sein. Im Bereich der Reduzierung (J-17) setzt die Ausbildung des Potentialwirbels ein. Es wird sinnvoll sein, daß der Körper dort eine möglichst glatte Oberfläche aufweist und auch keine Noppen die Ausbildung des Potentialwirbels behindern. Die Anstellwinkel (J-17) sind darum nur gestrichelt gezeichnet.

Achterlich des Reduzierungsbereiches kann nun die kinetische Energie des Potentialwirbels bzw. aller Drall­ bewegungen zurück gewonnen werden, indem jeglicher Drall aufgestellt ist. Einen Anteil dieser Umlenkung wird bereits durch obigen Effekt am Ende des Reduzierungsbereiches automatisch erreicht. Die Anstellwinkel der Heckflosse (K-17) sind anfangs der vermuteten starken Diallbewegung entsprechend steil anzustellen. Dieser Anstellwinkel ist dann ständig flacher zu gestalten und am Ende der Heckflosse sollten die Flächen parallel zur Längsachse weisen. Je nach Fahrtgeschwindigkeit, Strömungsverhältnissen und der Beschleunigung durch die Schaufeln wird die Geschwindigkeit und Richtung der Strömung am vorlichen Ende der Heckflosse unterschied­ lich sein. Die Heckflosse sollte darum vorlich nur eine geringe Höhe aufweisen. Diese Heckflosse sollte darum vorlich auch profiliert sein, um bei unterschiedlicher Anströmung möglichst reibungsfrei Wirkung zeigen zu können. Die Heckflosse wird darum vorlich als relativ breite und flache Erhebung beginnen und mit zunehm­ ender Höhe auch zunehmend schmaler ausgebildet werden.

In Bild 17, zweite Darstellungszeile, rechts, wurde durch M-17 der Beschleunigungsbereich gekennzeichnet. Diese Beschleunigung der Strömungen könnte beispielsweise erreicht werden, indem dieses Bauteil M-17 in Form des Gegenrotors der Wirbelschraube ausgebildet wäre. Ein solches Bauteil wird im folgenden "Beschleunigungsrotor" genannt. Dieser Beschleunigungsrotor (M-17) müßte sich im gewünschten Drehsinn der Strömung drehen, d. h. gleichsinnig zu den spiralig angeordneten Noppen des Körpers bzw. entsprechend zu oben diskutierten Anstellwinkeln. Wie bei der Wirbelschraube müßten seine noppenförmigen Schaufeln gegen­ sinnig dazu angestellt sein.

In Bild 17, dritte Darstellungszeile, rechts, ist bei L-17 der prinzipielle Verlauf entsprechender Anstellwinkel der Schaufeln eines Beschleunigungsrotors in Bezug auf die Längsachse scheinatisch und beispielhaft darge­ stellt. Diese Anstellwinkel (L-17) sind jeweils gegensinnig zu den entsprechenden Anstellwinkeln (I-17) am Körper anzuordnen, beispielweise auch genau senkrecht zu diesen stehend.

Durch die Drehung des Rotors wird dann das in den Noppen bzw. in Noppenrichtung fließende Wasser durch die Schaufeln des Rotors in eben diese gewünschte Drallrichtung beschleunigt. Diese Anordnung entspricht praktisch der Wirbelschraube, nur daß hier die Rotoren nicht gegenläufig sind, sondern ein Rotor durch den feststehenden Körper abgebildet wird. Bei der Wirbelschraube wurde im Prinzip eine Strömung in achterliche Richtung erzeugt, hier dagegen ist die Drallbewegung die gewünschte.

Konstruktive Ausführung

In Bild 17, vierte Darstellungszeile, ist schematisch und beispielhaft ein Vortriebskörper im Längsschnitt darge­ stellt. Als Ausführungsbeispiel wurde wiederum die prinzipielle Form eines Außenborders gewählt. Andere Ausführung sind möglich, einige Variationen werden unten besprochen.

Die Verbindung zum Rumpf wird hier durch einen Schaft (N-17) dargestellt. In diesem Schaft ist drehbar gelagert eine Welle und mit dieser fest verbunden ein Zahnrad (Q-17). Dieses Zahnrad befindet sich in Eingriff mit einem Zahnkranz des Beschleunigungsrotors (M-17). Dieser Beschleunigungsrotor ist drehbar gelagert in einem Gehauseteil (P-17). Am Beschleunigungsrotor sind innen Schaufeln (Q-17) ausgebildet. Die prinzipielle Kontur dieser Schaufeln ist durch dünne Linien gekennzeichnet. Diese Schaufeln sind noppenförmig gestaltet analog zu den Schaufeln der obigen Wirbelschraube. Innen gegenüberliegend zu diesen Schaufeln des Beschleunigungsrotors befinden sich die Noppen (R-17) des Körpers (G-17). Dieser Noppen sind im Prinzip analog zu den Schaufeln gestaltet, weisen jedoch gegensinnige Krümmungen auf entsprechend oben diskutierter Anstellung. Der Körper (G-17) ist prinzipiell gestaltet entsprechend obigem Auftriebskörper. Achterlich an diesem Körper ist die Heckflosse (H-17) angebracht. Dieser Vortriebskörper ist symmetrisch gezeichnet. Unter ist darum entsprechend ein Zahnrad dargestellt, welches in bekannter Weise in Eingriff gebracht werden kann mit dem dortigen Zahnkranz, um Rückwärtsfahrt zu erreichen. Prinzipiell wirkt der Rotor in beiden Richtungen, rückwärts ist die Leistung jedoch geringer wegen des dann nicht vorhandenen Potentialwirbeleffektes.

Dieser Antrieb mittels senkrechter Welle erfordert dort einen Steg zwischen Gehäuseteil P-17 und Gehäuseteil G-17. Die Verkleidung dieses Steges sollte entsprechend der Anstellung der Noppen bzw. der gewünschten Drallbahn in diesem Bereich angestellt sein. Es könnten auch aus Gründen der Stabilität weitere Stege zwischen diesen Gehäuseteilen installiert sein. Auch das Zahnrad erfordert eine entsprechende Verkleidung. Im übrigen Bereich jedoch sollte das Gehäuseteile P-12 möglichst dünn gestaltet sein, so daß die Strömung anschließend in den Bereich der Reduzierung fließen kann. Hier ist das achterliche Ende der Reduzierung besonders betont durch einen relativ dünnen achterlichen Bereich des Körpers G-17. Im übrigen ist diese Darstellung rein schematisch und beispielhaft und keinesfalls maßstabsgerecht. Diese Darstellung zeigt nur ein Ausführungsbeispiel auf.

Prinzipiell könnte der Antrieb auch durch eine Welle auf der Längsachse des Vortriebskörpers erfolgen, also derart wie normale Schrauben an fester Welle arbeiten. Grundsätzlich könnte auch der Beschleunigungsrotor am bzw. im Gehäuse G-17 angebracht sein. Grundsätzlich könnte dann ein Bauteil entsprechend M-17 die Funktion eines Strators übernehmen. Grundsätzlich könnte der Beschleunigungsrotor weiter in achterlicher Richtung angebracht sein.

In Bild 17, unten, ist ein anderes Ausführungsbeispiel schematisch und beispielhaft dargestellt, dem besondere Bedeutung zukommt. Diese Abbildung zeigt zunächst einen Auftriebskörper (S-17) wie er schematisch auch in Bild 16 dargestellt wurde. Dieser Auftriebskörper hat vorlich eine Ringdüsenfläche (T-17) und achterlich eine Heckfläche (U-17) entsprechend der dort dargelegten Konzeption. An der Oberfläche dieses Auftriebskörpers sollten auch Noppen in spiraligem Verlauf angebracht sein wie dort ausgeführt. Diese Noppen sind hier nicht eingezeichnet. Insofern entspricht dieser Auftriebskörper den vorig beschriebenen Kriterien.

An diesem Auftriebskörper (S-17) ist am achterlichen Ende des mittigen Bereiches und am vorlichen Beginn des Reduzierungsbereiches ein Beschleunigungsbereich (V-17) eingezeichnet. Als Bestandteil des Auftriebskörpers ist ein Beschleunigungsrotor (W-17) eingezeichnet. Die Funktion von Rotor und Strator sind also hier gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführung des Vortriebkörpers G-17 vertauscht.

Das Bauteil V-17 hat die Funktion eines Strators. Dieser Strator entspricht einer Ringdüsenfläche insofern, als der Abstand zwischen Strator und Auftriebskörper von vorlich nach achterlich geringer wird. Dadurch wird eine Beschleunigung bzw. Düsenwirkung erreicht. Anders als bei der Ringdüsenfläche sind hier die Stege zwischen Strator und Auftriebskörper anzulegen. Sie können nur vorlich und achterlich vom Bereich des Rotors am Auftriebskörper ansetzen. Dieser Strator weist an seinen Innenseite Noppen auf. Diese Noppen sind vom und hinten gerundet, damit sich kein Unrat festsetzen kann. Diese Noppen weisen eine Anstellung auf, welche der Anstellung der Noppen am Auftriebskörper in diesem Bereich entsprechen würde. Im Sinne der dort gewünsch­ ten Beschleunigung der Drallbewegung wird diese Anstellung von vorlich nach achterlich steiler sein.

Der Beschleunigungsrotor befindet sich im wesentlichen in einem Bereich gleichbleibender Radien des Auftriebskörpers. Er reicht etwas in den Bereich der Reduzierung hinein. Der Rotor weist an seiner Außenseite noppenförmige Schaufeln auf. Diese Schaufeln sind vorlich und achterlich gerundet, damit sich kein Unrat festsetzen kann. Zwischen den Schaufeln des Rotors und den Noppen des Strators ist ein freier Raum, damit Unrat abfließen kann. Die Schaufeln weisen zum Drehsinn der Drallbahn gegensinnige Anstellung auf. Wie oben dargelegt können die Schaufeln nahezu senkrecht zur Drallbahn angestellt sein. Die Schaufeln be­ schleunigen damit das Wasser in Richtung der gewünschten Drallbahn. Dieser Beschleunigungsrotor hat insofern gleiche Wirkung vorwärts wie rückwärts. Dieser Beschleunigungsrotor ist hier nur schematisch darge­ stellt. Die Antriebswelle ist hier nur ansatzweise gekennzeichnet. Es bieten sich viele Antriebsmöglichkeiten an, welche mit bekannter Technik realisiert werden können. Der Auftriebskörper kann beispielsweise so groß angelegt sein, daß ein Motor im Auftriebskörper installiert sein kann.

Diese Anordnung des Rotors im Vortriebskörper und des Strators außerhalb des Vortriebskörpers ist also die technisch einfachere Version. Sie ist auch prinzipiell die wirkungsvollere Alternative, weil die Beschleunigung des Wassers innen erfolgt, so wie es zur Ausbildung eines Potentialdrallwirbels erforderlich ist.

Der Beschleunigungsrotor kann durchaus auf den Bereich gleichbleibender Radien des Auftriebskörpers be­ grenzt sein. Wichtig dabei ist, daß der Strator etwas weiter achterlich reicht als der Beschleunigungsrotor. Der Strator muß achterlich nach innen gekrümmt sein, so daß diese Krümmung die Strömung möglichst anliegende in den Reduzierungsbereich lenkt. Ein Vortriebskörper kann damit auch relativ lang gebaut sein ohne daß Gefahr besteht, daß die Strömung abreißt.

Durch diese Kombination eines Auftriebskörpers mit der Konzeption eines Vortriebkörpers wird ein ideales Unterwasserbauteil für Schiffe geschaffen. In Bild 16 oben wurden diverse Beispiele möglicher Anordnungen von Auftriebskörpern dargestellt. Es könnten dort beispielweise die jeweils achterlich und seitlich angeordneten Auftriebskörper als Vortriebskörper wie bei S-17 ausgelegt sein.

Eine andere wesentliche Variante ist beispielsweise, vier relativ kleine Auftriebskörper jeweils vorlich-außen wie achterlich-außen am Schiff anzubringen und zwei relativ große dieser Vortriebskörper mitschiffs anzu­ ordnen, neben einander mit Abstand dazwischen. In diesem zentralen Bereich ist einerseits der Bedarf an Auftrieb konzentriert. Zum andern sind dort die konstantesten Strömungsbedingung gegeben, so daß der Antrieb seine beste Wirkung erreicht. Anstelle eines Katamaranes oder Trimaranes wären die Unterwasserschiffsteile also in vier Linien angeordnet. Ein solches Schiff würde weich auf alle Wellenbewegungen reagieren, gute Kursstabilität aufweisen und dennoch "auf dem Teller drehen".

Besondere Eigenschaften

Dieser Vortriebskörper vereinigt in sich die beiden Erfordernisse der Schiffahrt von Auftrieb und Vortrieb in idealer Weise. Dieser Antrieb hat nichts gemein mit der häufig angewandten Methode, ein Ziel unter Einsatz von "Gewalt" erreichen zu wollen. Es ist widernatürlich, über Wasser mit hoher Geschwindigkeit und noch mehr Krafteinsatz rasen zu wollen. Die natürliche Bewegungsform des Wassers und damit im Wasser ist das Gleiten.

Wesentliche Eigenschaft dieses Vortriebskörpers ist auch, daß der Vortrieb nicht vorwiegend per Druck erreicht wird. Durch einen wenig Energie erfordernden Rotor werden vielmehr auf sanfte Weise nur die Voraussetzungen geschaffen, daß Wasser in seinen natürlichen Bewegungsformen strömen kann. Es ist im wesentlichen die Kraft des Soges bzw. der Implosion in Form eines Potentialwirbels, welche den Vortrieb erzeugt.

In diesem Sinne eingesetzt wird dieser Vortriebskörper, besonders in Verbindung mit vorigen Auftriebskörpern ermöglichen, eine diesem Medium gerecht werdende Fortbewegung auf bzw. im Wasser zu ermöglichen. Schiffe dieser Art werden weit wirtschaftlicher zu betreiben sein als alle bisherigen Schiffstypen.

3.13. Vortriebskanäle Funktion

Dieses Konstruktionselement ist geeignet, den Widerstand von Schiffen gegen den Vortrieb zu reduzieren.

Konstruktionsprinzipien

Wie in den obigen Grundlagen dargelegt, ist für den Vortrieb eines Schiffes prinzipiell erforderlich, vorliche Wassermassen hinter das Schiff zu befördern. Das seitliche Ausweichen der Bugwelle bedeutet einen Verlust von Energie für das System. Ebenso verursacht der achterliche Sog einen Energieverlust. Zum Vortrieb ist andrerseits eine Beschleunigung von Wassermassen erforderlich. Die ruheliegende Lösung ist, einen wesent­ lichen Teil der vorlichen Wassermassen zu beschleunigen und auf geradem Wege durch das Schiff nach achtern zu transportieren. Eine wesentliche Variante dieses Lösungsansatzes ist, wesentliche Teile der vorlichen Wasser­ massen am Bug des Schiffes zu erfassen, zu beschleunigen und seitlich am Rumpf auszuleiten. In beiden Fällen kommt der Drallbewegung wesentliche Bedeutung zu.

Konstruktive Ausführung

Als Ausführungsbeispiele zur Darstellung der Konstruktionsprinzipien wurde der Schiffstyp eines Frachtschiffes gewählt. In Bild 18 sind schematisch und beispielhaft senkrechte und waagrechte Längsschnitte sowie Quer­ schnitte durch die prinzipielle Erscheinungsform eines solchen Schiffstyps vereinfacht dargestellt.

In Bild 18, oben links, ist bei A-18 ein waagrechter Längsschnitt im Bereich des Rumpfbodens durch ein solches Schiff dargestellt. Der Bug ist zugespitzt gezeichnet und das Heck flach gerundet. Die Bewegungsrichtung der Schiffe in Bild 18 ist also stets von rechts nach links dargestellt. In Bild 18, oben rechts, ist ein entsprechender schematischer Querschnitt dargestellt
Am Bug ist mittschiffs und unten am Rumpf der Einlaß zu einem Vortriebkanal (C-18) dargestellt. Dieser Einlaß ist trichterförmig, der Vortriebkanal weist im Prinzip runden Querschnitt auf und verläuft vom Bug bis zum Heck. Am Heck erweitert sich der Querschnitt wiederum trichterförmig. Im vorlichen Bereich ist eine Schraube (D-18) eingezeichnet. Schematisch dargestellt ist hier beispielsweise der Rotor obiger Rohrschraube. Diese Rohrschraube weist innen an einem runden Zylinder Schaufeln auf. Diese Schaufeln sind vorlich und achterlich gerundet. Die Schaufeln weisen von vorlich nach achterlich zunehmende Höhe auf. Diese Schaufeln weisen gekrümmten Verlauf auf, wobei die Krümmung von vom gesehen gegen die Drehrichtung weist. Es bleibt mittig in dieser Schraube ein freier Raum, so daß Unrat die Schraube passieren kann. Details zu dieser Rohrschraube sind oben dargestellt.

Diese Schraube bewirkt außer einer Beschleunigung des Wassers in achterliche Richtung einen starken Drall. In obiger Rohrschraube wurde ausgeführt, daß die Anstellung der Schraube an ihrem achterlichen Ende nahezu parallel zur Längsachse sein sollte. Bei dieser Anordnung einer Rohrschraube im vorlichen Bereich eines Vor­ triebkanals dagegen sollten die Rotorschrauben auch an ihrem achterlichen Ende eine Anstellung aufweisen und es sollte hier kein Strator installiert sein, damit das Wasser mit Drall in achterliche Richtung gefördert wird.

Diese Rohrschraube sollte keinesfalls den gesamten Durchmesser des Vortriebskanals einnehmen. Außerhalb dieser Rohrschraube sollte vielmehr Raum sein für einen Nebenstrom. Es sind damit die Voraussetzungen zur Ausbildung einer Potentialdrallströmung im Vortriebskanal gegeben. Der mittige freie Raum stellt den Kern dieser Strömung dar. Die dortigen Wassermassen werden nur mittelbar beschleunigt in axialer Richtung wie in Drehrichtung. Die durch die Schaufeln erfaßten Wassermassen werden stark beschleunigt und bilden mit ihrer starken Drallströmung den Hauptstrom. Es darf hier kein Strator installiert werden, damit dieser Drall des Hauptstromes erhalten bleibt. Die außen um die Rohrschraube strömenden Wassermassen werden mittelbar durch den Hauptstrom beschleunigt und bilden die Rollschicht der Potentialdrallströmung. Im Prinzip wird also lediglich eine Teilanenge der Wassermassen beschleunigt. Die Eigendynamik einer Potentialdrallströmung erlaubt eine möglichst reibungsfreie Förderung von Wassermassen auch über eine relativ lange Distanz. In den Vortriebskanälen sollten spiralig angeordnete Noppen angebracht werden, um diese Strömung zu stabilisieren.

Im achterlichen Bereiches dieses Vortriebkanals ist nochmals eine Schraube (E-18) angeordnet. Vorzugsweise wird hier wiederum eine Rohrschraube eingesetzt. Am Auslaß (F-18) des Vortriebkanals sollte jeglicher Drall aufgestellt sein. Es ist bei dieser achterlich angeordneten Rohrschraube also sinnvoll, einen Strator zu installieren bzw. großflächige Leitbleche, um die kinetische Energie der Drallbewegung der gesamten Strömung im Vor­ triebskanal in eine Vortriebskomponente umzusetzen.

In Bild 18, oben rechts, ist bei B-18 der entsprechende Querschnitt in vereinfachter Weise dargestellt. Die geschwungene Linie zeigt hier in etwa die Wasserlinie an. Am Rumpfboden ist schematisch der Einfluß des Vortriebkanals (C-18) dargestellt. Darin eingezeichnet ist schematisch eine Rohrschraube (D-18).

In Bild 18, zweite Darstellungszeile, ist bei G-18 ein entsprechender senkrechter Längsschnitt schematisch dargestellt. Bei H-18 ist nochmals obiger Querschnitt dargestellt, hier allerdings im Bereich des Hecks des Schiffes. Eingezeichnet ist hier schematisch und beispielhaft der Verlauf der Stratorflächen bzw. von achterlichen Leitblechen (1-18).

Dieser Vortriebskanal beansprucht erheblichen Raum im Rumpf des Schiffes welcher damit für Ladung nicht zur Verfügung steht. Hier in den Darstellungen nimmt der Querschnitt dieses Vortriebskanals etwa ein Zehntel der Querschnittsfläche des Laderaumes unterhalb der Wasserlinie ein. Durch diesen Vortriebskanal fließt also auch entsprechend etwa ein Zehntel der vorlichen Wassermassen. Das Wasser in diesem Vortriebskanal fließt jedoch schneller als der Fahrtgeschwindigkeit entspricht, beispielsweise doppelt so schnell. Dieses bedeutet, daß dann beispielsweise ein Fünftel der vorlichen Wassermassen am Bug keinen Widerstand gegen den Vortrieb mehr leisten. Die Querschnittsfläche stellt dann praktisch nunmehr achtzig Prozent der gesamten verdrängten Fläche dar. Der Widerstand wächst generell quadratisch zur Fläche. Durch diese Maßnahme wird also in diesem Beispiel der gesamte Widerstand gegen den Vortrieb dieses Schiffes etwa halbiert. Es ist außerordentlich wirtschaftlich, etwas weniger Ladung zu transportieren, wenn damit die Hälfte eines bedeutenden Kostenfaktors eingespart werden kann.

In Bild 18, dritte Darstellungszeile, ist ein entsprechender waagrechter Längsschnitt (J-18) und ein entsprech­ ender Querschnitt (K-18) dargestellt. Hier wurde anstelle des obigen Vortriebskanals zwei parallel laufende Vortriebskanäle (L-18) eingezeichnet. Diese zwei Kanäle beanspruchen zusammen noch mehr Raum als ein Kanal gleicher Querschnittsfläche. Zudem sind damit auch die doppelte Anzahl Schrauben erforderlich. In beiden Kanälen wären die Drallbewegungen natürlich gegensinnig zu organisieren. Damit gleichen sich die Drehmomente aus. Die größere Anzahl Schrauben ergibt eine höhere Betriebssicherheit. Der wesentliche Vorteil ist jedoch im noch reibungsfreieren Transport des Wassers gegeben.

In Bild 18, unten links, ist ein senkrechter Längsschnitt (M-18) dargestellt analog zu obigen. Im mittleren Bereich am Rumpfboden ist jedoch die Linie gestrichelt. In diesem Bereich sollten diese Vortriebskanäle nach unten offen sein. In Bild 18, unten rechts, ist ein entsprechender Querschnitt (N-18) dargestellt und darin die beiden Vortriebskanäle (O-18) eingezeichnet. Die Wandung dieser Kanäle umfaßt dabei jeweils nurmehr etwa einen halben Kreisbogen, mittig bzw. unten sind die Vortriebskanäle offen. Der Widerstand aufgrund Reibung an der Wandung wird damit auf die Hälfte reduziert. Die Strömung wird unten Grenzfläche zum ruhenden Fluid ausbilden mit äußerst geringen Verlusten. Mittig sind bei diesen gegensinnigen Drallströmungen gleichsinnige Bewegungen gegeben. Die beiden Teilströme stabilisieren sich also gegenseitig.

Es könnten auch beispielsweise mittschiffs nochmals Schrauben eingesetzt werden, um die Strömung in den Vortriebskanälen zu intensivieren. In diesen Vortriebskanälen können beliebige Typen von Schrauben als Vortrieb eingesetzt werden. Obige Rohischraube weist jedoch die beschriebenen Vorteile auf. Es können hier nur ein Motor mit entsprechender Übertragung der Kraft zu den diversen Schrauben eingesetzt werden oder mehrere entsprechend kleinere Motoren. Es kann mit allen Schrauben gefahren werden oder beispielsweise bei Leerfahrt nur mit einer oder zwei Schrauben. Es könnten immer nur so viele Motoren eingesetzt werden, daß diese stets im optimalen Drehzahlbereich arbeiten. Die Gewichtsverteilung gerade bei Leerfahrt würde durch vorliche Schrauben bzw. Motoren wesentlich günstiger und damit die Manövrierfähigkeit verbessert.

Diese Art Vortriebskanäle weisen also entscheidende Vorteile auf gegenüber dem konventionellen Vortrieb bei Frachtschiffen und damit auch ähnlichen Schiffstypen. Dennoch ist jegliches Einzwängen von Wasserströmung in eine geradlinige Bahn wider die Natur des Wassers. Jeder Fluß gräbt sich selbst in hartem Gestein einen vielfach geschwungenen Verlauf. Dieser natürlichen Bewegungsform des Wassers wird nachfolgende Variante von Vortriebskanälen gerecht. Bei dieser wichtigen Alternative wird im Prinzip das Wasser am Bug angesaugt, dann jedoch seitlich am Rumpf ausgeleitet. Am Heck wird umgekehrt verfahren.

In Bild 19, oben links, ist zunächst schematisch und beispielhaft der Bugbereich (A-19) eines Schiffes im waag­ rechten Längsschnitt im Bereich des Vortriebkanals dargestellt. Durch einen Einlaßbereich (B-19) fließt Wasser in den Vortriebskanal und wird durch eine Schraube (C-19) beschleunigt in axialer Richtung wie in Dreh­ richtung. Als Schraube ist hier wiederum schematisch und beispielhaft der Rotor obiger Rohrschraube darge­ stellt. Für diese vorliche angeordnete Rohrschraube gelten obige Ausführungen entsprechend.

Das Wasser wird im Vortriebskanal umgelenkt nach achterlich-außen. Das Wasser fließt durch den Auslaß­ bereich (D-19) des Vortriebskanal seitlich an der Rumpfwandung ab. In dieser Draufsicht weist dieser Vortriebs­ kanal einen geschwungenen Verlauf auf wie es der natürlichen Bewegung des Wassers entspricht.

In Bild 19, rechte Darstellungsspalte, sind drei Querschnitte (H-19 bis J-19) durch dieses Schiff schematisch und beispielhaft dargestellt. Die geschwungene Linie zeigt beispielsweise die Wasserlinie (WL) an. Der Querschnitt (H-19) stellt einen Bereich weit vorn am Bug dar. Es ist dort eingezeichnet der Einlaßbereich (B-19) des Vor­ triebkanals. Der Querschnitt dieses Vortriebkanals ist hier von prinzipiell elliptischer Form dargestellt, er könnte auch eine andere längliche Form aufweisen. Es sind durch Kreise die beiden Brennpunkte (E-19 und F-19) dieser Ellipse gekennzeichnet. Dieser Einlaßbereich des Vortriebskanal ist hier weit innen zur Mitte des Schiffes ange­ ordnet. Prinzipiell muß darum dieser Vortriebskanal einen Verlauf nach seitlich-außen aufweisen. Der gestrich­ elte Pfeil kennzeichnet diese prinzipielle Richtung. Die natürlich Bewegung des Wassers ist die Drallbewegung. Hier wird diesem Prinzip entsprochen, indem dieser Vortriebskanal gewendelt angelegt ist. Der gestrichelte Pfeil eines Kreisbogens zeigt die Drehrichtung an. Vor vorn gesehen sollte diese Drehbewegung an der rechten Rumpfseite stets im Uhrzeigersinn angelegt sein, auf der linken Rumpfseite entsprechend gegen den Uhrzeiger­ sinn. An der Backbordseite hier ist diese Drehung der Wendelung entsprechend im Uhrzeigersinn eingezeichnet.

Der Querschnitt bei I-19 stellt schematisch und beispielhaft den Bereich des Buges dar, in welchem die Schraube (C-19) angeordnet ist. Der elliptische Querschnitt des Vortriebskanals ist gegenüber der obigen Darstellung um etwa 45 Grad im Uhrzeigersinn gedreht dargestellt. Der Schwerpunkt dieser Querschnittsfläche ist nach außen verlagert gegenüber obiger Darstellung. Die Querschnittsfläche ist entsprechend der Beschleunigung der Ström­ ung im Vortriebskanal geringer als bei obiger Darstellung. Der Rotor dieser Rohrschraube an Backbord dreht im Uhrzeigersinn. Der ganze Vortriebskanal ist also gewendelt im Uhrzeigersinn und die Strömung im Vortriebs­ kanal weist Drall im Uhrzeigersinn auf. Natürlich kann diese Bewegungsrichtung durch entsprechend spiral­ förmig angeordnete Noppen an den Innenwandungen des Vortriebkanals unterstützt werden.

Der Querschnitt bei J-19 stellt schematisch und beispielhaft den Bereich des Auslaß (D-19) dieses Vortrieb­ kanals dar. Der Vortriebskanal ist nun ganz nach außen an die Rumpfseite gerückt, er ist wiederum um etwa 45 Grad weiter gewendelt, die Querschnittsfläche ist nochmals etwas geringer gegenüber der vorigen Dar­ stellung. Der gestrichelte Pfeil zeigt an, daß das Wasser diesen Vortriebskanal dort mit einer prinzipiellen Drallströmung im Uhrzeigersinn austritt.

In Bild 19, links, mittlere Darstellung, ist ein senkrechter Längsschnitt durch bzw. eine Seitenansicht auf den Bugbereich (K-19) dieses Schiffes schematisch und beispielhaft dargestellt. Die geschwungene Linie zeigt wiederum in etwa die Wasserlinie an. Vorn am Bug ist der Einlaßbereich (B-19) des Vortriebskanals. Die im Vortriebskanal angeordnete Schraube (C-19) ist hier nur schematisch gekennzeichnet. An der Rumpfseite tritt das Wasser durch den Auslaßbereich (D-19) aus. Durch die Wendelung des elliptischen Querschnitts erscheint aus dieser Sicht die Höhe des Vortriebkanals von vorlich nach achterlich zunehmend.

Anhand des Bildes 19, oben links, kann die wesentliche Wirkung dieses Vortriebkanals dargelegt werden. Einge­ zeichnet ist dort der prinzipielle Bahnverlauf der beiden Brennpunkte (E-19 und F-19) des hier ellipsenförmigen Querschnitts des Vortriebkanals. Die mittig zum Schiff anströmenden Wassermassen E-19) werden dabei zuerst umgelenkt nach außen, später wieder in achterliche Richtung gelenkt oder gar wieder leicht nach innen. Die weiter außen zum Schiff anströmenden Wassermassen (F-19) behalten zunächst im wesentlichen ihre Richtung bei und werden erst später nach außen umgelenkt. Am Auflaß (D-19) des Vortriebkanals haben beide Wasser­ massen ihre Position zueinander nahezu vertauscht bzw. eine Wendelung um mindestens 90 Grad ausgeführt. Diese Wendelung bzw. Rotationsbewegung wird sich entlang der Rumpfseite fortsetzen.

Die Rohrschraube (C-19) umfaßt wiederum nur einen Teilbereich des gesamten Querschnitts des Vortriebkanals. Die Längsachse dieser Rohrschraube weist einen Winkel zur Längsachse des Schiffes auf. Diese Rohrschraube saugt also die mittig zum Schiff anströmenden Wassermassen an und beschleunigt diese nach achterlich-außen. An der achterlichen Wandung des Einlaufbereiches liegt damit keinerlei Druck im Sinne eines Widerstandes gegen den Vortrieb an. Durch die Rohrschraube werden die Wassermassen außerhalb der Rohrschraube mittel­ bar beschleunigt in gleicher Bewegungsrichtung. Darum ist auch an den Innenwandungen des Vortriebskanals im Bereich der Rohrschraube kein Druck im Sinne von Widerstand gegen den Vortrieb gegeben.

Ein großer Teil dieser Strömung fließt nach dem Auslaß der Rohrschraube gegen die vorliche bzw. äußere Wandungen des Vortriebkanals bzw. gegen die achterliche Innenwandung des Bugbereiches (G-19). Diese Strömung wird dort in achterliche Richtung umgelenkt. Durch diese Umlenkung ist dort eine ganz wesentliche Vortriebskomponente gegeben. Dieser Bereich des Auslaß des Vortriebkanals sollte so gestaltet sein, daß die äußersten Wasserschichten wieder nach achterlich-unten bzw. sogar achterlich-innen umgelenkt werden. Beispielsweise könnten Noppen an der dortigen Innenwandung angebracht werden, welche diese aus vorlicher Sicht im Uhrzeigersinne drehende Bewegung unterstützen.

Eine wesentliche Bedeutung kommt dem Bereich der äußeren gekrümmten Wandung (G-19) des Buges zu. Dieser Bereich des Rumpfes wird im folgenden "Bugbogen" genannt. Um diese Bugbogen herum fließen alle Wassermassen, welche vom Einlaß des Vortriebkanals nicht erfaßt wurden. Auf Höhe des Vortriebkanals wird dieses nur eine relativ kleine verbleibende Wassermasse sein, oberhalb der Höhe des Vortriebkanals dagegen die gesamte restlich verbleibende Wassermasse. Oben am Bug herrscht also ein höherer Staudruck als unten.

An einem normalen Bug steigen im Bereich des Bugbogens zunächst die Wassermasse der Bugwelle nach oben. Dieses wird hier in weit geringerem Maße der Fall sein. Es wird sich damit keine oder eine nur sehr viel kleinere Bugwelle ausbilden. Dem System geht dadurch prinzipiell keine oder nur sehr viel weniger Energie verloren. Um den Bugbogen wird vielmehr das Wasser in waagrechter oder gar nach unten weisender Richtung strömen. Die Strömung wird dort wie an einem normalen Bug eine relativ hohe Geschwindigkeit aufweisen. Es ist dort die bekannte Sogwirkung des Buges gegeben, welcher eine Vortriebskomponenten ergibt.

Diese seitlich am Bugbogen (G-19) vorbei strömenden Wassermassen kommen achterlich davon in den Bereich des Auslaß (D-19) des Vortriebkanals. Aufgrund der Beschleunigung der Strömung durch die Rohrschraube im Vortriebkanal herrscht dort eine wesentlich höhere Geschwindigkeit. Zudem ist die dortige Strömung eine Drall­ bewegung. In diese Strömung werden die um den Bugbogen fließenden Wassermassen hinein gesaugt. Deren höherer statischer Druck bewirkt zudem eine Intensivierung des Dralls im Sinne eines Potentialwirbels. Die Strömung insgesamt liegt damit an der Rumpfseite hinter dem Bugbogen dicht an. An einem normalen Bug werden die zu verdrängenden Wassermassen nach seitlich-außen gedrückt bzw. weichen nach oben aus und fließen in seitlicher Richtung ab. Hier dagegen werden die zu verdrängenden Wassermassen durch beschleunigte Bewegung entlang des Rumpfes abgeleitet.

Die Rumpfseiten sollten achterlich vom Vortriebskanal so gestaltet sein, daß auch im weiteren Verlauf diese Drallströmung bzw. Potentialdrallströmung möglichst lang erhalten bleibt. Der Auslaufbereich (D-19) sollte darum eine möglichst lang gezogene Einbuchtung an der Rumpfseite darstellen. Die Darstellungen hier sind generell rein schematisch und keinesfalls maßstabsgerecht, dieses betrifft also auch die hier dargestellte Form dieses Auslaufbereiches.

Diese seitlich am Rumpf verlaufende Strömung weist generell am Rumpf eine Richtung von vorlich-unten nach achterlich-oben auf. Wie beim obigen Noppenrumpf dargelegt kann diese Strömung im Sinne des Auftriebes wie Vortriebes genutzt werden. Es sollten also an der Rumpfseitenwand achterlich vom Auslaß (D-19) entsprech­ ende Noppen angebracht werden, welche prinzipiell eine Krümmung von vorlich-unten nach achterlich-oben aufweisen. Damit wird einerseits diese Strömungsform unterstützt, anderseits deren kinetische Energie genutzt. Wenn die Energie dieser Potentialdrallwirbel intensiv genutzt werden sollte, müßte die Rumpfseite in diesem Bereich ständig geringere Breite aufweisen. Das gesamte Schiff wurde dann zumindest im Unterwasserbereich der prinzipiellen Form eines Fisches entsprechend zu gestalten sein.

In Bild 19, unten, ist ein waagrechter Längsschnitt eines Schiffes (L-19) im Bereich der Vortriebskanäle schematisch dargestellt. Die äußeren Konturen entsprechen der prinzipiellen Bauform des hier beispielsweise angeführten Frachtschiffes. Gegenüber obigen mittig durch das ganze Schiff verlaufenden Vortriebskanälen wird durch diese Vortriebskanäle mit seitlicher Öffnung die Ladefläche wie der Laderaum wesentlich weniger ein­ geschränkt. Der Bugbereich ist hier schematisch so dargestellt wie oben beschrieben. Die gestrichelten Linien entlang der Rumpfseiten zeigen den Bereich an, in welchem die seitliche Drallströmung verläuft und in welchem die Rumpfseiten entsprechend angelegt sein sollten wie oben beschrieben.

In diesem Schiff (L-19) sind ebenfalls achterlich angeordnete Vortriebskanäle eingezeichnet. Auch diese sind nur schematisch dargestellt. Prinzipiell sind sie analog zu vorlichen Vortriebskanälen zu gestalten. Ihr Einlaß­ bereich ist an den Rumpfseiten anzulegen, so daß die dort anliegende Strömung erfaßt werden kann. Der Sog dieses achterlichen Einlaß wird die Strömung entlang des Schiffes intensivieren. Durch die damit relativ hohe Geschwindigkeit der Strömung ist geringer statischer Druck gegeben und damit prinzipiell geringe Reibung.

Das Wasser wird im achterlichen Vortriebskanal durch eine Rohrschraube beschleunigt analog oben. Hier jedoch ist sinnvoll, diese Rohrschraube inklusive Strator auszubilden. Damit wird der Drall des Hauptstromes unmittel­ bar nach dem Rotor aufgestellt. Diese Rohrschraube ist also so anzulegen wie oben im entsprechenden Kapitel dargelegt. Die generelle Richtung dieser Strömung achterlich der Rohrschraube weist gegen die Innenwandung mittschiffs des Vortriebkanals. Sie wird dort umgelenkt in achterliche Richtung. Damit ist eine wesentliche Vortriebskomponente gegeben.

Achterlich von dieser Rohrschraube sollten weitere Leitbleche installiert sein, um jeglichen Drall auch des Nebenstromes aufzustellen. Auch durch die Umlenkung an diesen gegen den Drehsinn der Drallströmung gekrümmten Leitblechen ist eine Vortriebskomponente gegeben. Die eingesetzte Energie ist bestmöglich genutzt, wenn achterlich vom Schiff praktisch ruhendes Fluid gegeben ist.

Bei normalem Antrieb normaler Schiffe ist achterlich vom Schiff eine intensive Strömung in achterlicher Richtung gegeben bzw. in Form von turbulenter Strömung. Diese beschleunigte Strömung dort ist hinsichtlich des Vortriebes wertlos. Bei Schiffen mit diesen Vortriebskanälen dagegen wird die Strömung dort beschleunigt, wo sie Sinn macht. Denn prinzipiell geht es ausschließlich darum, Wassermassen vorlich des Schiffes so rasch als möglich nach achterlich des Schiffes zu transportieren. Mit diesen Vortriebskanälen wird darum im wesent­ lichen nur entlang des Schiffes die Strömung beschleunigt.

Bei diesem Schiffstyp sind also mindestens vier Schrauben erforderlich, bevorzugt Rohrschrauben. Es könnten zusätzlich Rohrschrauben entlang des Rumpfes installiert sein, um die dortige Potentialdrallströmung und damit den Transport des Wasser entlang des Rumpfes zu fördern. An Steuerbord des Schiffes (L-19) ist schematisch eine solche seitliche Rohrschraube installiert. Es müssen nicht stets alle Schrauben eingesetzt werden, beispiels­ weise diese seitliche Schraube nur bei Seitenwind oder Seitenströmung in Lee. Sie erspart dann beispielsweise das ständige Gegensteuern. Wenn mehrere Motoren installiert sind, könnten bei Leerfahrt oder Teillast immer nur so viele eingesetzt werden, daß diese mit optimaler Drehzahl laufen.

Dieses Schiff mit mehreren Schrauben ist immer manövrierfähig, solange wenigstens eine Schraube je Seite arbeitsfähig ist. Dieses Schiff ist in außerordentlicher Weise manövrierfähig ohne jegliche Bugstrahl- oder Heckstrahlvorrichtungen. Dieses Schiff kann sich seitlich bewegen und auf der Stelle drehen.

Besondere Eigenschaften

Die gravierenden Vorteile dieser Vortriebskanäle sind vorstehend bereits ausführlich dargestellt. Mit diesen Vortriebskanälen wird auf völlig neuartige Weise der erforderliche Energieaufwand zur Überwindung des Widerstandes am Bug eines Schiffes gegenüber dem Vortrieb reduziert. Und es wird damit zugleich die erforderliche Beschleunigung von Wassermassen für den Vortrieb realisiert. Und es werden die beschleunigten Wassermassen gegen feststehende Teile des Rumpfes gelenkt, um eine möglichst effektive Umsetzung der Energie zu erreichen. Für Frachtschiffe und ähnliche Schiffstypen ist diese Bauweise optimal.

Claims (13)

1. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Impulsumsetzer", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - der durch ein Triebwerk beschleunigte Fluidstrahl nahezu tangential aus dem Rotor des Treibwerkes ausgeleitet wird in einen ringförmigen Kanal des Gehäuses, welcher im folgenden "Gehäusekanal" genannt wird,
• - die Fluidströmung aus dem Gehäusekanal nahezu tangential ausgeleitet wird in eine Vielzahl von Kanälen, welche im folgenden "Düsenkanäle" genannt werden,
• - diese Düsenkanäle nach außen weisen und über den Radius des Triebwerkes hinaus reichen,
• - diese Düsenkanäle von innen nach außen in achterliche Richtung gekrümmt sind,
• - diese Düsenkanäle auch in der axialen Ebene gegen den Drehsinn des Triebwerkes gekrümmt sein können,
• - ein Düsenkanal im Prinzip einen gerundeten Querschnitt aufweist, welcher nahezu über seine gesamte Länge achterlich eine relativ schmale Öffnung aufweist, diese Öffnung also im Prinzip eine sehr langgestreckte Düse darstellt,
• - diese Düsenkanäle feststehende Teile des Gehäuses darstellen oder aber im Gehäuse drehbar gelagert sind,
• - die Beschleunigung des Fluidstrahls durch ein Strahltriebwerk erfolgt oder durch ein Triebwerk anderer Art oder durch einen Motor oder einen Propeller oder eine Schraube.

2. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Druckpumpentriebwerk", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - es einen Rotor aufweist, welcher prinzipiell den Merkmalen des Rotors des Konstruktions­ elementes "Druckpumpe" der Erfindung "Konstruktive Elemente zur Verbesserung von Arbeits- und Kraftmaschinen" entspricht,
• - es einen Strator aufweist, welcher prinzipiell den Merkmalen des Konstruktionselementes "Impulsumsetzer" nach Patentanspruch 1 entspricht,
• - in die Düsenkanäle dieses Strators außer dem Hauptstrom aus dem Rotor auch ein Nebenstrom eingeleitet werden kann, wobei dieser Nebenstrom aus Fluid vorlich des Rotors gespeist wird,
• - dieser Hauptstrom und Nebenstrom nicht in den Strator gelenkt wird, sondern alternativ dazu in eine Gehäuseschnecke tangential eingeleitet wird.

3. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Drehhubkolbentriebwerk", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - es einen Motor aufweist, welcher den Merkmalen des Konstruktionselementes "Drehhubkolben­ motor" der Erfindung "Konstruktive Elemente zur Verbesserung von Arbeits- und Kraft­ maschinen" entspricht, jedoch
• - um den Mantel des Zylinderrotors des Pumpenteils dieses Motors ein ringabschnittsförmiger Kanal angelegt sein kann zur Zuführung der Verbrennungslust sowie ein ringabschnittsförmiger Kanal angelegt sein kann zur Aufnahme von Kühlluft, wobei alternativ dazu diese beiden Kanäle einen gemeinsamen Kanal bilden können,
• - in entsprechender Weise um den Mantel des Zylinderrotors des Turbinenteils dieses Motors je ein solcher Kanal für die Aufnahme der Abgase und ein solcher Kühlluftkanal angelegt sein kann, wobei alternativ dazu diese beiden Kanäle einen gemeinsamen Kanal bilden können,
• - diesem Motor nachgeschaltet ist ein Rotor und ein Strator, welche prinzipiell den Merkmalen des Konstruktionselementes "Druckpumpentriebwerk" nach Patentanspruch 2 entsprechen, beispielsweise indem dieser Rotor fest verbunden ist mit der Welle des Motors, wobei
• - in diesem Rotor zusätzlich ein ringförmiger Kanal zur Aufnahme der Abgase wie der Kühlluft angelegt ist, der im folgenden "Abwärmekanal" genannt wird,
• - dieser Abwärmekanal von vorlich nach achterlich von innen nach außen gekrümmten Verlauf aufweist und außen in diesem Abwärmekanal Leitbleche angebracht sind, welche ganz außen prinzipiell in radiale Richtung weisen,
• - das Fluid aus diesem Abwärmekanal in den Strator obigen Druckpumpentriebwerkes geleitet wird.

4. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Düsentragfläche", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - auf der Oberseite einer Tragfläche eines Flugzeuges Öffnungen angebracht sind, welche im folgenden "Düsenauslaß" genannt werden,
• - dieser Düsenauslaß etwa mittig auf der Oberseite von Tragflächen angeordnet ist, dieser Düsenauslaß relativ geringe Höhe und relativ große Lange aufweist, der Querschnitt dieses Düsenauslaß also die Form eines sehr langgestreckten Rechtecks oder Trapezes aufweist,
• - der Düsenauslaß in achterliche Richtung weist und damit Luft in achterliche Richtung und parallel zur dortigen Oberfläche der Tragfläche austreten kann,
• - die Luft zu diesem Düsenauslaß durch Kanäle in den Tragflächen zugeleitet wird, welche im folgenden "Düsenkanäle" genannt werden,
• - die Luftströmung in den Düsenkanälen durch Leitbleche vor dem Austritt durch den Düsen­ auslaß in achterliche Richtung umgelenkt wird,
• - die Luftströmung in die Düsenkanäle durch Öffnungen am Rumpf einströmt, welche im folgenden "Düseneinlaß" genannt werden,
• - der Düseneinlaß im Prinzip runden, elliptischen oder gerundet-rechteckigen Querschnitt aufweisen kann und seitlich am Rumpf vor dessen größtem Durchmesser angeordnet ist oder auch im Bereich des Hecks des Rumpfes angeordnet sein kann,
• - im Düseneinlaß oder im Düsenkanal Triebwerke angeordnet sein können,
• - am Rumpf eines Flugzeuges zwei oder mehrere Düsentragflächen angeordnet sein können,
• - am Rumpf eines Flugzeuges seitlich vor dessen größtem Durchmesser in dem von einem Düseneinlaß nicht beanspruchten Bereich Leitbleche angebracht sein können, welche im folgenden "Seitendüsenflächen" genannt werden,
• - diese Seitendüsenflächen profiliert sind analog zu einer Tragfläche und eine solche Anstellunge aufweisen, daß die Luft achterlich davon parallel zur dortigen Rumpfoberfläche gelenkt wird,
• - am Rumpf eines Flugzeuges oben und vor dessen größtem Durchmesser Leitbleche angebracht sein können, welche im folgenden "Kopfdüsenflächen" genannt werden,
• - diese Kopfdüsenflächen profiliert sind analog zu einer Tragfläche und eine solche Anstellunge aufweisen, daß die Luft achterlich davon parallel zur dortigen Rumpfoberfläche gelenkt wird.

5. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Rumpftragfläche", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - an den Seiten des Rumpfes eines Flugzeuges nach unten offene Kanäle angebracht oder eingearbeitet sind, welche im folgenden "Rumpfkanäle" genannt werden,
• - diese Rumpfkanäle im Prinzip parallel zur Flugzeuglängsachse verlaufen und im Prinzip einen Querschnitt von runder oder elliptischer Form aufweisen bzw. ein Segment davon darstellen,
• - diese Rumpfkanäle fest installiert sein können oder ausfahrbar bzw. ausklappbar sein können,
• - am achterlichen Ende der Rumpfkanäle ein drehbarer und gekrümmter Rohrabschnitt angebracht sein kann.

6. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Tragflächenrumpf", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - am Bug des Rumpfes nur ein relativ kleiner Anteil der vorlichen Luftmassen nach unten abge­ lenkt wird durch die Unterseite des Rumpfes, welche im folgenden "Rumpfboden" genannt wird,
• - dieser Rumpfboden vom Bug des Rumpfes in einer sanften Krümmung nach unten verläuft, dann nahezu waagrecht und erst im Heckbereich wieder angehoben wird, dort jedoch außen weniger als mittig,
• - dieser Rumpfboden nahezu bei allen Querschnitten die größte Breite des Flugzeuges aufweist,
• - dieser Rumpfboden im Prinzip Plan ist und nur außen eine leicht konkave Krümmung aufweist, welche übergeht in einen seitlichen Wulst,
• - dieser Wulst vorlich beginnt, wenn die größte Breite des Rumpfes nahezu erreicht ist,
• - dieser Wulst fest installiert sein kann oder durch ausfahrbare bzw. ausklappbare Elemente dargestellt werden kann analog zu vorigen Rumpftragflächen des Patentanspruchs 5,
• - seitlich oberhalb des Rumpfbodens die Seitenwandungen angebracht sind, welche im folgenden "Rumpfseiten" genannt werden,
• - wobei diese Rumpfseiten vom im Prinzip und im Querschnitt betrachtet senkrechte Wandungen darstellen und welche im Prinzip weiter in achterlicher Richtung um einen Drehpunkt außen­ unten gewendelt sind, so daß also die Rumpfseiten am Heck von außen-unten schräg nach innen-oben weisen,
• - oben an die Rumpfseiten die oberen Wandungen des Rumpfes angebracht sind, welche im folgenden "Rumpfoberseite" genannt wird,
• - diese Rumpfoberseite vorn im Prinzip und im Querschnitt betrachtet waagrechte Wandungen darstellen und welche im Prinzip weiter in achterlicher Richtung um einen Drehpunkt oben­ mittig gewendelt sind, so daß also die Rumpfoberseite am Heck nahezu in senkrechte Richtung weist,
• - damit der Querschnitt des Rumpfes im vorlichen Bereich nahezu quadratischer bzw. recht­ eckiger Form mit gerundeten Ecken ist, welcher übergeht in eine im Prinzip dreieckige Form des Querschnittes und das Heck eine senkrechte und zwei seitlich nach unten-außen weisende Flächen darstellt,
• - die vorliche Kante außen-oben weiter achterlich übergeht in eine nach innen gerichtete Einbuchtung
• - und im Bereich dieser Einbuchtung der Einlaßbereich achterlicher Triebwerke angeordnet sein können.

7. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Seitenleitwerk", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - im Bereich der in Patentanspruch 4 genannten Kopfdüsenfläche eine oder mehrere profilierte Steuerflächen drehbar gelagert sind,
• - wobei die Lagerung einerseits im Rumpf und andrerseits in der Kopfdüsenfläche erfolgt.

8. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Rohrschraube", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - ein Gehäuse einen Querschnitt aufweist, welcher außen im Prinzip kreisrund ist und innen kreisrund ist, also der prinzipiellen Form eines Rohrabschnittes entspricht,
• - im vorlichen Bereich dieses Gehäuse innen in diesem Gehäuse ein Rotor drehbar gelagert ist und dieser Rotor im Prinzip wiederum einen kreisrunden Querschnitt aufweist, also auch dieser Rotor der prinzipiellen Form eines Rohrabschnittes entspricht, allerdings mit geringerem Durchmesser als das Gehäuse und auch von geringerer Länge als das Gehäuse,
• - an den Innenwandungen dieses Rotors Schaufeln angebracht sind, welche im Prinzip in radiale Richtung nach innen weisen und plane Flächen darstellen oder profiliert sein können,
• - diese Schaufeln vorlich eine geringe Höhe aufweisen, welche in achterliche Richtung größer wird, jedoch nicht bis zur Rotationsachse reichen,
• - wobei die beiden Enden der Schaufeln vorzugsweise gerundet sind,
• - diese Schaufeln vorlich eine relativ große Anstellung in Bezug auf die Rotationsachse aufweisen, welche in achterliche Richtung geringer wird und am achterlichen Ende der Schaufeln diese nahezu parallel zur Rotationsachse weisen,
• - der achterliche Bereich des Gehäuses einen Strator darstellt,
• - wobei an der Innenwandung des Gehäuses Schaufeln angebracht sind, welche prinzipiell analog zu den Schaufeln des Rotors geformt sind,
• - diese Rohrschraube alternativ zu vorigem auch ohne Strator eingesetzt werden kann,
• - wobei dann vorzugsweise die Schaufeln des Rotors an ihrem achterlichen Ende einen Anstellwinkel in Bezug zur Rotationsachse aufweisen werden,
• - diese Rohrschraube zum Zwecke des Vortriebs von Schiffen eingesetzt werden kann oder aber als Pumpe zur Förderung verunreinigter Fluide.

9. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Wirbelschraube", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - ein Rotor in einem Gehäuseteil drehbar gelagert ist, welcher im folgenden "Rotorgehäuse genannt wird,
• - dieser Rotor vorlich aus diesem Rotorgehäuse heraus ragt und dieser Rotor im Prinzip einen runden Querschnitt aufweist und von vorlich nach achterlich zunehmenden Radius aufweist,
• - auf der Oberfläche des Rotors Schaufeln angebracht sind, welche im folgenden "Rotorschaufeln" genannt werden,
• - diese Rotorschaufeln noppenförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die in die Drehrichtung des Rotors weisende Flanke im Prinzip mehr in radiale Richtung weist, während die gegen die Dreh­ richtung des Rotors weisende Flanke im Prinzip mehr in tangentiale Richtung weist,
• - diese Rotorschaufeln von vorlich nach achterlich zunehmende Höhe aufweisen,
• - diese Rotorschaufeln im Verlauf von vorlich nach achterlich eine Krümmung gegen den Drehsinn des Rotors aufweisen,
• - ein zweiter Rotor in einem zweiten Gehäuseteil drehbar gelagert ist, welcher im folgenden "Gegenrotorgehäuse" genannt wird,
• - dieser zweite Rotor gegensinnig zum ersten Rotor sich dreht und darum im folgenden "Gegenrotor" genannt wird,
• - dieser Gegenrotor im Prinzip einen ringförmigen Querschnitt aufweist und an seiner Innenseite Schaufeln angeordnet sind, welche im folgenden "Gegenrotorschaufeln" genannt werden,
• - diese Gegenrotorschaufeln analog zu den Rotorschaufeln gestaltet sind, also auch eine Krümmung von vorlich nach achterlich gegen den Drehsinn des Gegenrotors aufweisen,
• - zwischen dem Rotorgehäuse und dem Gegenrotorgehäuse ein ringförmiger Kanal gegeben ist, durch den der Hauptstrom fließt, wobei beiden Gehäuseteile mit Stegen verbunden sind,
• - ein dritter Gehäuseteil vorhanden sein kann mit ebenfalls im Prinzip ringförmigem Querschnitt und dieses Gehäuseteil außerhalb des Gegenrotorgehäuses angebracht ist, weshalb dieser Gehäuseteil im folgenden "Außengehäuse" genannt wird,
• - zwischen dem Gegenrotorgehäuse und dem Außengehäuse ein ringförmiger Kanal gegeben ist, durch welchen ein Nebenstrom fließt, wobei beide Gehäuseteile mit Stegen verbunden sind,
• - der Raum zwischen dem Rotorgehäuse und dem Außengehäuse achterlich vom Rotor in achterlicher Richtung zunehmende größer wird.

10. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Noppenrumpf", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - am Rumpf eines Schiffes auf der Rumpfoberfläche noppenförmige Erhebungen angebracht sind, welche im folgenden "Noppen" genannt werden,
• - wobei der Querschnitt diese Noppen im Prinzip von vorlich nach achterlich eine sanft an­ steigende Höhe aufweist, achterlich eine in achterliche Richtung weisende Abrißkante aufweist, gefolgt von einer etwa halbkreisförmigen Einbuchung in vorlicher Richtung, womit wieder das Ausgangsniveau erreicht wird,
• - vorzugsweise jedoch die Abrißkante nicht als scharfe Kante sondern gerundet ausgeführt ist,
• - in jedem Fall jedoch die in vorliche Richtung weisende Flanke der Noppe relativ flache Winkel zur generellen Richtung der Rumpfoberfläche aufweist, während die in achterliche Richtung weisende Flanke der Noppe im Prinzip nahezu senkrecht zur generellen Richtung der Rumpf­ oberfläche weist,
• - diese Noppen von einer Seite des Rumpfes zur anderen verlaufen können,
• - im Bereich des Rumpfbodens der Verlauf dieser Noppen vorzugsweise quer zur Schiffslängs­ achse sein wird, im Bereich der Rumpfseiten dagegen der Verlauf der Noppen vorzugsweise von vorlich-unten nach achterlich-oben sein wird,
• - diese Noppen auch in die Rumpfoberfläche eingearbeitet sein können oder diese Noppen an der Rumpfoberfläche auch in Form profilierter Folien, entsprechender Bahnen aus Kunststoff oder anderem Material angebracht werden können.

11. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Auftriebskörper", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - ein Körper einen im Prinzip kreisrunden Querschnitt aufweist, welcher vorlich und achterlich zugespitzt ist,
• - an der Oberfläche dieses Körpers Noppen angebracht sind von der prinzipiellen Form analog zu den Noppen des Patentanspruchs 10,
• - diese Noppen jedoch vom Bug bis zum Heck des Körpers spiralförmig um diesen Körper gewunden sind, wobei die Anstellung dieser Noppen in Bezug auf die Längsachse des Körpers am Bug relativ gering ist, mittig steiler ist und am Heck wieder flacher ist,
• - im vorlichen Bereich dieses Körpers Düsenflächen angebracht sind, welche prinzipiell analog zu den Kopfdüsenflächen bzw. Seitendüsenflächen des Patentanspruchs 4 gestaltet sind,
• - diese Düsenflächen ringförmig um den gesamten Körper angeordnet sind und darum im folgenden "Ringdüsenflächen" genannt werden,
• - diese Ringdüsenflächen im Prinzip ringförmigen Querschnitt aufweisen können oder aber auch elliptische Kontur aufweisen können,
• - zwischen dem Körper und diesen Ringdüsenflächen Stege angebracht sind, welche eine An­ stellung zur Längsachse des Körpers aufweisen entsprechend dem dortigen Verlauf der Noppen,
• - am Heck des Körpers eine entsprechende Düsenfläche angebracht ist, welche im folgenden "Heckfläche" genannt wird,
• - diese Heckfläche jedoch prinzipiell keine Anstellung aufweist muß, sondern sämtliche Flächen dieser Heckfläche an ihrem achterlichen Ende prinzipiell in achterliche Richtung weisen,
• - im achterlichen Bereich des Körpers Leitbleche angebracht sind, welche eine Krümmung aufweisen gegensinnig zum Verlauf der Noppen, wobei diese Leitbleche an ihrem achterlichen Ende übergehen können in die Stege der Heckfläche,
• - an bzw. auf einer Ringdüsenfläche bzw. einer Heckfläche Schafte angebracht sind, welche als Verbindung zum Überwasserteil des Schiffes dienen,
• - diese Schafte nach oben breiter und länger werden, jedoch über dem Körper einen freien Raum offen lassen.

12. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Vortriebskörper", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - daß ein Körper eingesetzt wird, welcher prinzipiell analog zum Auftriebskörper entsprechend Patentanspruch 11 gestaltet ist,
• - jedoch die Drallströmung um diesen Körper durch einen Rotor beschleunigt wird,
• - wobei dieser Rotor in einem Bereich von kurz vor dem größten Durchmesser bis kurz vor der wesentlichen Veringerung des Durchmessers dieses Körpers eingesetzt werden kann,
• - dieser Rotor an der Oberfläche des Körpers installiert ist und Schaufeln aufweist, welche prinzipiell analog zu den Schaufeln der Wirbeischraube entsprechend Patentanspruch 9 gestaltet sind,
• - wobei diese Schaufeln eine Anstellung aufweisen im Prinzip gegensinnig zum Verlauf der Noppen um den Körper in diesem Bereich oder eine Anstellung aufweisen nahezu senkrecht zur Anstellung dieser Noppen um den Körper in diesem Bereich,
• - im Bereich dieses Rotors eine Ringdüsenfläche angeordnet ist, welche prinzipiell analog zu Patentanspruch 11 gestaltet ist, wobei die Innenseite dieser Ringdüsenfläche mit Noppen versehen sein kann, welche eine Anstellung aufweisen wie entsprechende Noppen am Körper aufweisen würden, diese Ringdüsenfläche also die Funktion eines Strators hat,
• - oder alternativ dazu diese Ringdüsenfläche drehbar ist und damit die Funktion eines Rotors hat, welcher dann prinzipiell analog zu vorigem Rotor im Körper zu gestalten ist.

13. Der Patentanspruch bezieht sich auf die Erfindung eines Konstruktionselementes "Vortriebskanäle", welches dadurch gekennzeichnet ist, daß

• - mittig unten am Bug eines Schiffes ein trichterförmiger Einlaß zu einem im Prinzip kreisrunden Kanal angelegt ist, dieser Kanal mittig unten durch das gesamte Schiff in achterlicher Richtung verläuft und am Heck wiederum ein trichterförmiger Auslaß angelegt ist,
• - im vorlichen Bereich des Kanals eine Schraube angeordnet ist, welche das Wasser mit Drall durch den Kanal fördert, im mittleren Bereich des Kanals auch eine oder mehrere weitere Schrauben angeordnet sein können, im achterliehen Bereich des Kanals eine Schraube ange­ ordnet ist, welcher ein Strator oder Leitbleche nachgeschaltet sind, um jeglichen Drall der Strömung im Kanal wieder aufzustellen, diese Schrauben vorzugsweise in Form der Rohr­ schrauben entsprechend Patentanspruch 8 sind,
• - anstelle eines Kanales auch zwei oder mehrere Kanäle in analoger Weise angelegt sein können, wobei jeweils in zwei benachbarten Kanälen der Drall gegensinnig angelegt sein sollte,
• - diese Kanäle teilweise nach unten offen sein können bzw. zwischen zwei benachbarten Kanälen Wandungen nur teilweise ausgeführt sein können,
• - alternativ zum im Prinzip geradlinigen Verlauf die Kanäle am Bug einen nach außen gekrüm­ mten Verlauf aufweisen, so daß das Wasser aus diesen Kanälen seitlich am Rumpf austritt,
• - sowie im achterlichen Bereich des Schiffes der Einlaß zu solchen Kanälen seitlich am Rumpf erfolgt, diese Kanäle einen gekrümmten Verlauf aufweisen, so daß das Wasser aus diesen Kanälen am Heck des Schiffes austritt,
• - diese gekrümmten Kanäle und die Schrauben darin analog zu obigen Kanälen angelegt sind, jedoch anstelle eines im Prinzip kreisförmigen Querschnitts auch ein im Prinzip elliptischer Querschnitt oder länglich-gerundeter Querschnitt eingesetzt werden kann und diese Kanäle einen gewendelten Verlauf aufweisen können.