DE2109294A1

DE2109294A1 - Verfahren zum Betrieb eines Energieab sorbers und Energieabsorber, insbesondere zur Durchfuhrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2109294A1
Application number: DE19712109294
Authority: DE
Inventors: Lars Halvar Svensson Lars Ake Er ling Norrkoping Myhr (Schweden)
Original assignee: Borgs Fabriks AB, Norrkoping (Schweden)
Priority date: 1970-02-26
Filing date: 1971-02-26
Publication date: 1971-09-16
Also published as: FR2080779B1; GB1337861A; US3709335A; FR2080779A1; SU520897A3; JPS5521219B1; SE331429B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,·

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A/Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

DZMBM g MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 3921/22

(9.8 39 21/22>

Borgs Fabriks AB, Norrköping, Schweden

Verfahren zum Betrieb eines Energieabsorber und Energieabsorber, insbesondere zur Durchführung

des Verfahrens

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines hydraulischen Energieabsorbers, vorzugsweise eines Absorbers, der zum Abbremsen der Bewegung eines Luftfahrzeuges dient, wobei eine Flüssigkeit durch ein Rotorgitter und ein Statorgitter umgewälzt wird, deren Blätter in entgegengesetzte Sichtungen gekrümmt sind. Energieabsorber dieser Art werden als Fahr zeugbrems en verwendet und sind so aufgebaut, daß die Strömungsrichtung einer Flüssigkeit in einer geschlossenen Kammer ständig durch die Gitteranordnungen von Rotor und Stator geändert wird. Bei Bremsen dieser Art erteilt der Rotor der Flüssigkeit eine Radial-iDangential-Bewegungsrichtung. Auf dem Y/ege vom Kotorauslaß zum Rotoreinlaß wird die Flüssigkeit durch die Gitüranordnung des Stators gezwungen,im wesentlichen tangential zum Einlaß in einer der Bewegung des Rotorgitters entgegengesetzten Richtung zu strömen.

Im Falle eines ^nergieabsorbers für Flugzeugfangvorrichtungen muß das !Trägheitsmoment der rotierenden 'Heile so

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niedrig wie möglich sein. In der Mehrzahl der Fälle weisen die rotierenden Seile in der Hauptsache eine Bandaufwickelvorrichtung (Winde), eine Rotorwelle, einen Rotor und eine in der Vorrichtung vorhandene Flüssigkeit auf.

Da es aus verschiedenen Gründen (Flugzeuggewicht, Geschwindigkeit und maximal zulässige Verzögerung) nicht möglich ist, das Widerstandsmoment der Bandaufwickelvorrichtung und der Rotorwelle in einem merklichen Ausmaß zu ändern, verbleibt nur der Weg der Veränderung der Abmessungen des Rotors.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Energieumwandlung in solchen Absorbern und ist dadurch gekennzeichnet, daß einem l'eil der Flüssigkeit in einer Umkehrkammer eine progressiv anwachsende Tangentialgeschwindigkeit in einem Potentialwirbel aufgeprägt wird, während ein verbleibender kleinerer leil durch gleiche Druckkanäle hindurchgeführt wird, um am Rotoreinlaß mit dem übrigen Flüssigkeitsteil in einer ötrömungsrichtung vereinigt zu werden, welche der Bewegung des Rotors entgegengesetzt ist, so daß der Gleichdruckstrom die Verminderung des Druckes der Wirbelströme am Rotoreinlaß kompensiert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht bei einem Rotor mit gegebenen Abmessungen ein größeres Bremsmoment als dies bisher bei bekannten Systemen erreicht wurde. Entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung wird der Flüssigkeitsstrom radial und tangential zu der Einlaßöffnung des Rotors in einer der Bewegungsrichtung des Rotors entgegengesetzten Richtung durch einen geeigneten, in der Flüssigkeit ausgebildeten-Wirbel geführt. Der sogenannte Potentialwirbel ist die geeignetste Form eines Wirbels für diesen Zweck.

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Für eine gegebene Drehgeschwindigkeit und einen "bestimmten Rotor kann gesagt werden, daß
M_v = k (V₁ + V₂)²
wobei M daa Moment des Rotors,

k eine Konstante,

v-, die Einlaßgeschwindigkeit der Flüssigkeit in einer tangentialen Richtung, und

Vo die Auslaßgeschwindigkeit der Flüssigkeit in einer

tangentialen Richtung "bedeuten, wobei v-, entgegengerichtet ist V₂·

Dies "bedeutet, daß "bei gleicher Einlaß- und Aus la β geschwindigkeit und "bei einer Strömungsrichtung am Einlaß die der Drehrichtung des Rotors entgegengesetzt ist, das erhaltene Moment viermal größer ist als das Moment, welches erreicht werden kann, wenn die Geschwindigkeit der einströmenden Flüssigkeit tangential zum Rotor gleich Null ist» d.h. wenn die Flüssigkeitsströmung ausschließlich radial gerichtet ist.

Die Anwendung des Potentialvrir"bels schafft ein "beträchtliches Anwachsen der !Tangentialgeschwindigkeit der einströmenden Flüssigkeit, was, wenn keine vorbeugenden Maßnahmen ergriffen werden, ernsthafte Probleme am Rotoreinlaß aufwirft, die "im Eintreten einer Dampfbildung und einer Kavitation bestehen und auf den geringen statischen Druck der Flüssigkeit zurückzuführen sind. Falls an der Oberfläche der Flüssigkeit Atmospha" rendruck herrscht, bedingt der geringe statische Druck einen Wirbel am Rotoreinlaß, wo durch Luft in den Rotor^iineingesaugt wird. Diese Luft bedingt einen Stau der Flüssigkeitsströmung und einen Abfall des Momentes. Die verminderte Flüssigkeitsströmung hat eine Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit und

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dadurch ein Anwachsen des statischen Druckes am Iiotoreinlaß zur FoIge. Me Wirbelbildung nimmt mit zunehmender Flüssigkeitsströmung ab, worauf sich der Zyklus wiederholt. Das Ergebnis ist deshalb ein pulsierendes Moment, was einen geringen Wirkungsgrad der Vorrichtung zur Folge hat.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Erscheinung, dadurch, daß ein kleiner !eil der Flüssigkeit aus einem Bereich der Flüssigkeitskammer, in welchem ein sehr hoher statischer Druck herrscht (nämlich am Umfang) durch Gleichdruckkanäle zum Einlaß, des Motors geleitet wird, wo ein statischer Druck bei dem Wirbel aufgebaut wird, ohne merkliche Verringerung der gesamten !Tangentialgeschwindigkeit der Flüssigkeit.

Das Ergebnis besteht in einem gleichmäßigen und extrem hohen Moment an der Rotorwelle. Eine Eigenschaft solcher Flüssigkeitsbremsen besteht darin, daß diese Bremsen ein geringes Bremsmoment bei geringen Geschwindigkeiten aufweisen, was durch die nachfolgende Gleichung M_v = k - w²,

zum Ausdruck kommt, in der
M das Moment,
k eine Eonstante, und
w die Winkelgeschwindigkeit des Rotors bedeuten.

Diese Eigenschaft bedeutet dann einen Nachteil, wenn die Flüssigkeitsbremsen für eine Flugzeug-Iandebremseinrichtung verwendet werden, da die Bremskraft am Ende der Bremsstrecke dann sehr gering wird. Dieser Nachteil wird bis zu einem gewissen Maße durch die Verwendung von elastischem Seilmaterial vermieden, was dazu führt, die

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Geschwindigkeit auf einem hohen Niveau zu halten, wenn die Belastung abfällt.

TM die Eigenschaften der Vorrichtung bei geringen Geschwindigkeiten zu verbessern und die Verwendung von einem weniger elastischen Seilmaterial zu ermöglichen, ist die Flüssigkeitsbremse gemäß der Erfindung durch eine hydraulische Pumpe ergänzt, die ein geeignetes Drehmoment aufweist und durch die Rotorwelle angetrieben wird· Die Pumpe fördert in einem hydraulischen Sammler mit einer sehr flachen Kennlinie, wodurch das Moment der Pumpe praktisch unabähngig von der Rotorgeschwindigkeit ist, Das Pumpenmoment ist so bemessen, daß es einen niedrigen, jedoch merkbaren Zusatz zu dem Bremsmoment am Ende des Bremsweges ohne merkliche Beeinflußung der Eigenschaft der Flüssigkeitsbremse ausmacht·

Die Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 eine mit einem landebremssystem ausgerüstete Landebahn und ein durch diese Einrichtung abgebremstes Flugzeug.

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch einen Energieabsorber, der mit einer Bremsbandtrommel versehen ist.

Fig. 3 teilweise horizontale Schnitte nach den Linie A-*&, B-B und C-O in Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit dem Bez^ugszelchen 1 ein Luftfahrzeug bezeichnet, das durch einen an diesem Flugzeug befestigten Haken angehalten wird, der einen Draht erfaßt, der mit einem Bremsband 3 verbunden ist, welches von einer Breme-

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bandtrommel 4 "beim Anhalten des Flugzeuges abgewickelt wird, die mit einer Bremse 5 verbunden ist, von denen jeweils eine auf einer Seite der landebahn 6 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt einen Absorber der unterhalb der Oberfläche der Landebahn eingebaut ist. Der Absorber besteht aus einem Gehäuse 7 für eine Flüssigkeit, in welchem eine Welle 8 gelagert ist, die an ihrem oberen Ende eine Bremsbandtrommel 4 und an ihrem unteren Ende einen Rotor 9 in Form eines Schaufelringes trägt. Der Rotor 9 ist von einem stationären Leitschaufelkranz IO umgeben, dessen Leitschaufeln in einer der Richtung der Blätter des Rotors entgegengesetzten Richtung gekrümmt sind. Die Blattgitteranordnung ist zwischen der unteren Endwand 11 des Gehäuses 7 und einem Ring 12 vorgesehen, welcher an den Leitschaufeh befestigt ist und eine Wand für den Rotordurchgang bildet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Ringes 12 ist eine Umkehrkammer 13 für die Rückkehr des Flüssigkeitsstromes zu dem Rotor angeordnet.

Entlang der oberen Endwand 14 des Gehäuses 7 sind Gleichdruckkanäle zwischen Leitschaufeln 15 angeordnet, die zwischen der Endenwand 14 und einer Wand 16 vorgesehen sind, wobei die Leitschaufeln Kanäle mit im wesentlichen konstanten Querschnittsflächen begrenzen.

Mit dem unteren Ende der Welle 8 ist eine hydraulische Pumpe 17 verbunden, deren EinlaS mib einem Filter 18 versehen ist und mit einem Flussigkeitstank 19 in Verbindung steht, während der Auslaß über eine Leitung 20 mit einem Flüssigkeitssammler 21 verbunden ist. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet ein Ventil, durch welches der Inhalt des Sammlers in

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- 7 dem Tank entleert werden kann.

Der Energieabsorber arbeitet in folgender Weise: wenn ein Luftfahrzeug durch das Fangsystem angehalten werden soll, beginnt die Bandtrommel 4 zu rotieren, wodurch der Rotor 9 ebenfalls umläuft und eine Flüssigkeitsströmung nach außen in einer im wesentlichen tangentialen Richtung erzeugt. Die Flüssigkeitsströmung wird in dem Leitschaufelkranz 10 abgelenkt und verläßt diesen Leitschaufelkranz in einer im wesentlichen tangentialen Richtung.

Zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtes wird die Flüssigkeit gezwungen, in der TJmkehrkammer 13 in radialer Richtung zur Welle und in den Rotor zurückzuströmen. Ein Potentialwirbel ist in der Kammer zwischen dem Ringl2 und der Wand 16 ausgebildet, der eine tangentiale Geschwindigkeitskomponente aufweist, die um ein Mehrfaches in Richtung auf die Rotorachse zunimmt. Die . entgegengesetzte Strömung ergibt eine im wesentlichen tangentiale Einlaßströmung in das Rotorgitter.

Om den statischen Druck am Rotoreinlaß zu erhöhen, wird ein Teil der Flüssigkeit aus der Kammer 13 entfernt und unter konstantem Druck zu dem Rotoreinlaß über die Kanäle zwischen den Leitschaufeln 15 geführt.

Das Luftfahrzeug wird durch das Moment an der Welle 8 abgebremst, das auf die Flüssigkeitsströmung zurückzuführen ist und die Energie wird in Wärme in der Flüssigkeit umgewandelt.

Während des Bremsvorganges wird Flüssigkeit im Tank 19 durch die Pumpe 17 in den Sammler 21 gepumpt, woraus sich

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an der Welle 8 ein von der Geschwindigkeit relativ unabhängiges Moment zusätzlich zu dem geschwindigkeitsabhängigen Moment ergibt, das auf der Flüssigkeitsströmung beruht. Wenn das Plugzeug endgültig angehalten ist, wird der Inhalt des Sammlers durch das Ventil in den Tank entleert.

- Patentansprüche -

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Claims

- 9 PATENTANSPRÜCHE

l.yVerfahren zum Betrieb eines hydraulischen Energieabsorber, bei welchem Flüssigkeit durch ein Rotorgitter und ein Statorgitter umgewählt wird, die entgegengesetzt gekrümmte Blätter und Schaufeln aufweisen, und welcher vorzugsweise zum Abbremsen von Luftfahrzeugen bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß einem Teil der Flüssigkeit in einer Umkehrkammer (13) eine progressiv anwachsende Tangentialgeschwindigkeit in einem Potentialwirbel aufgeprägt wird, während ein verbleibender kleinerer Teil durch Gleichdruckkanäle hindurchgeführt wird, um am Rotoreinlaß mit denjübrigen Flüssigkeitsteil in einer Strömungsrichtung vereinigt zu werden, welche der Bewegung des Rotors entgegengesetzt ist, so daß der GIe ichdrucks tr om die Verminderung des Dr ukkes der Wirbelströmung am Rotoreinlaß kompensiert.

Energieabsorber insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem ringförmigen Gehäuse, in dessen Zentrum eine vertikale Antriebswelle gelagert ist, welche einen mit Blättern ausgerüsteten Rotor trägt, dessen Blattgitter zwischen einer Endwand des Gehäuses und einem Ring angeordnet und von einem stationären Leitschaufelkranz umgeben ist, wobei auf der anderen Seite des Ringes eine Umkehrkammer für die Zirkulation der Flüssigkeit zum Rotor ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der dem Rotor abgewandten Endwand (14) Glßichdruekkanäle vorgesehen sind, durch die ein kleinerer Teil der aus dem Leitschaufelkranz (10) kommenden Flüssigkeit zu dem Einlaß des Rotors (9) zurückgeleitet wird.

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3. Energieabsorber nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine zusätzliche, mit der Antriebswelle (8) verbundene Pumpe (17), die Flüssigkeit von einem Tank (19) zu einem Drucksammler (21) pumpt, so daß eine gewisse Energiemenge auch bei geringen Rotordrehzahlen absorbiert wird.

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