DE2167236C2

DE2167236C2 - Jet engine for a watercraft

Info

Publication number: DE2167236C2
Application number: DE2167236A
Authority: DE
Inventors: George R. Aschauer; Paul E. Racine Wis. Ritenour
Original assignee: Twin Disc Inc
Current assignee: Twin Disc Inc
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1971-10-07
Publication date: 1982-05-19
Also published as: GB1325815A; DE2150094C3; DE2150094B2; US3680315A; GB1325814A; DE2167067C3; JPS5113314B1; DE2167067B1; DE2150094A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahltriebwerk für ein Wasserfahrzeug der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art.The invention relates to a jet engine for a watercraft in the preamble of the main claim specified type.

Aus der DE-AS 12 82 508 ist ein derartiges Strahltriebwerk bekannt. Hierbei beginnt die den Antriebsstrahl formende Düse innerhalb des Heckspiegels und endet in dem außenliegenden Drehschiebergehäuse. Seitensteuereinrichtungen befinden sich im Drehschiebergehäuse in den Seitenwänden und stehen über einen Verbindungskanal mit dem Düsenbereich in Verbindung, und zwar über eine ständig offene Ausnehmung, Diese Ausnehmung stört die Strahlausbildung erheblich. Wenn der Antriebsstrahl für Vorwärts-Schnellfahrt am Ende der Düse eingeschnürt wird, läßt sich keine gleichmäßige Strahl-Grenzschicht erzielen. Ungünstig ist ferner, daß die Öffnung hinter einer Nase liegt, an der der Strahl merklich geknickt und bereits deutlich eingeschnürt wird.Such a jet engine is known from DE-AS 12 82 508. This is where the drive jet begins shaping nozzle inside the transom and ends in the external rotary valve housing. Side control devices are located in the rotary valve housing in the side walls and are available via a Connecting channel with the nozzle area in connection, namely via a constantly open recess, This recess disrupts the jet formation considerably. If the propulsion jet for forward high-speed travel is on Is constricted at the end of the nozzle, a uniform jet boundary layer cannot be achieved. Unfavorable is also that the opening is behind a nose where the beam is noticeably kinked and already clear is constricted.

Zumindest die Grenzschicht des Antriebsstrahles erfährt dort eine starke Beschleunigung, so daß der Druck in diesem Bereich stark abfallen muß. Wenn dann zur Seitensteuerung ein Teil des Strahles abgespalten und für Steueraufgaben eingesetzt wird, ist nur geringer Druck da, so daß die Seitensteuereinrichtungen nur eine schlechte Wirkung haben. Erst wenn der Hauptantriebsstrahl in seinem Strahlbild so weit gestört ist, daß er seine Geschwindigkeit verliert, ist ein höherer Druck für die Seitensteuerung vorhanden.At least the boundary layer of the drive jet experiences a strong acceleration there, so that the Pressure in this area must drop sharply. If then split off part of the beam for lateral control and is used for control tasks, there is only little pressure, so that the side control devices only one have a bad effect. Only when the main propulsion jet is disturbed in its jet pattern to such an extent that it loses speed, there is more pressure on the page control.

Es ist zwar aus der DE-AS 11 95 626 ein Strahltriebwerk einer anderen Art und für ein Wasserfahrzeug bekannt Dieser Antrieb ist ein Hilfsantrieb für Spezialwasserfahrzeuge, bei denen eine gute Manövrierfähigkeit von primärer Bedeutung ist, während der Vorwärts-Rückwärtsantrieb von sekundärer Bedeutung ist. Eine im Fahrzeug stehend angeordnete Propellerpumpe saugt das Wasser von unten und fördert es druckseitig in einen in Draufsicht annähernd parallelogrammartigen Druckraum, aus dem vier sternförmig angeordnete Kanäle schräg nach unten weg geführt werden. Jedem Kanal ist ein walzenwehrartiger Schließkörper zugeordnet, der nur in voll geöffnetem Zustand eine einigermaßen gerichtete Strömung durch den Kanal gestattet In allen Zwischenstellungen greift der Schließkörper mit einer scharfen Kante in die Strömung ein und verwirbelt diese stark. Neben dieser strömungsungünstigen Einschnürung durch den Schließkörper bedeutet auch die Förderhöhe in vertikaler Richtung und die Umlenkung des Hauptförderstromes um mehr als 90 Grad starke Energieverluste. Der Aufbau benötigt zudem viel Platz in horizontaler Richtung. Dieses Prinzip ließe sich für einen FahrantriebIt is from DE-AS 11 95 626 a jet engine of a different type and known for a watercraft This drive is an auxiliary drive for special watercraft, where good maneuverability is of primary importance, during the Forward-reverse drive is of secondary importance. A propeller pump arranged in a standing position in the vehicle sucks the water in from below and conveys it on the pressure side into an approximately parallelogram-like shape when viewed from above Pressure chamber from which four channels arranged in a star shape lead downwards at an angle will. A barrel-like closing body is assigned to each channel, which can only be used when it is fully open Condition allows a somewhat directed flow through the canal. Acts in all intermediate positions the closing body enters the flow with a sharp edge and swirls it strongly. Besides this Constriction through the closing body that is unfavorable in terms of flow also means the vertical head Direction and deflection of the main flow by more than 90 degrees strong energy losses. Of the The structure also requires a lot of space in the horizontal direction. This principle could be applied to a traction drive

ίο eines Wasserfahrzeuges, bei dem es gleichrangig auf die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt und auf eine wirksame Seitensteuerung ankommt, nicht einsetzen.ίο a watercraft in which it has equal priority on the Do not use forward and reverse travel and effective lateral steering is important.

Auch eine aus der Zeitschrift» Hansa«, 1955, Seite 576, bekannte Kiemensteuerung benutzt ein vollständig anderes Prinzip. Bei der Kiemensteuerung wird der von der Pumpe erzeugte Antriebsstrahl in einer Düse geformt und nach hinten gerichtet. Dieser Antriebsstrahl findet jedoch dann keine Möglichkeit zur geradlinigen Aueströmung, sondern er wird grundsätzlieh hinter der Düse seitlich abgelenkt oder in zwei Teilströme aufgezweigt Als Vorwärtsantrieb ist die Kiemensteuerung kaum, als Rückwärtsantrieb überhaupt nicht einsetzbar. In der Regel wird diese Kiemensteuerung zusätzlich zu dem normalen Fahrantrieb und einem Heckruder eingesetztA gill control known from the magazine "Hansa", 1955, page 576, is also used completely different principle. With the gill control, the drive jet generated by the pump is turned into shaped like a nozzle and directed backwards. However, this drive beam then finds no way to rectilinear flow, but it is fundamentally laterally deflected behind the nozzle or branched into two partial flows Gill control hardly, not at all usable as a reverse drive. Usually this will Gill control used in addition to the normal propulsion system and a stern rudder

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahltriebwerk der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er sich durch eine wirksame Seitensteuerung auszeichnet, wobei der Einfluß der Seitensteuerung auf die Ausbildung und Regulierung des Hauptantriebsstrahles möglichst gering sein soll.The invention is based on the object of providing a jet engine of the type mentioned at the outset improve that it is characterized by an effective side control, the influence of the side control on the training and regulation of the main drive jet should be as low as possible.

Die gestellte Aufgabe der Erfindung wird durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebene Merkmale gelöstThe set object of the invention is given by that specified in the characterizing part of the main claim Features solved

Die derart angeordneten Seitensteuereinrichtungen sind ständig dem Druck ausgesetzt, den die Pumpeinrichtung zu erzeugen im Stande ist. In diesem Bereich ist die Strömung noch nicht so weit eingeschnürt und beschleunigt daß der zur Verfügung stehende DruckThe side control devices arranged in this way are constantly exposed to the pressure exerted by the pumping device is able to produce. In this area the current is not yet constricted and that accelerates the available pressure

•*o niedrig ist. Wenn dann eine der Seitensteuereinrichtungen betätigt wird, steht sofort der volle Arbeitsdruck zur Verfügung, so daß Steuerbewegungen des Wasserfahrzeuges einerseits feinfühlig dosierbar sind und andererseits — wenn gewünscht — kräftig und rasch• * o is low. If then one of the side controls is actuated, the full working pressure is immediately available, so that steering movements of the watercraft on the one hand, they can be dosed sensitively and on the other hand - if desired - powerfully and quickly

•*5 durchgeführt werden können. Selbst wenn eine der Seitensteuerungen betätigt wird, läßt sich noch ein wirksamer Hauptantriebsstrahl erzeugen, da die Strömung erst hinter dem Bereich der Seilensteuereinrichtungen eingeschnürt und beschleunigt wird. Selbst wenn im Bereich der Seitensteuerungseinrichtungen ein Teil des von der Pumpe bereitgestellten Wassers für Seitensteuerzwecke abgeleitet wird, läßt sich der Strahlrest im Bereich der Düse noch beschleunigen oder beliebig beeinflussen. Etwaige von den Seitensteuerungseinrichtungen hervorgerufene Turbulenzen können innerhalb der Düse abgeschwächt oder vollständig beseitigt werden. Ein besonderer Vorteil dieser Ausbildung liegt beispielsweise darin, daß bei Vorwärts-Schnellfahrten eine geringfügige Richtungsänderung durch Betätigung einer Seitensteuereinrichtung zu keiner merklichen Fahrgeschwindigkeitseinbuße führt, daß der Hauptantriebsstrahl nicht beeinflußt wird. Bei dem bekannten Strahltriebwerk trat bei diesem Fahrzustand stets eine deutliche Einbuße an Fahrgeschwinriigkeit ein, da der Hauptantriebsstrahl bei Betätigung der Seitensteuereinrichtung empfindlich verändert wurde.• * 5 can be performed. Even if one of the If side controls are operated, an effective main propulsion jet can still be generated because the flow is only constricted and accelerated behind the area of the rope control devices. Even if in the area of the side control devices, some of the water provided by the pump for Side control purposes is derived, the rest of the jet can be accelerated or accelerated in the area of the nozzle influence at will. Any turbulence created by the side controls can within the nozzle can be weakened or completely eliminated. A particular advantage of this Training is, for example, that in forward high-speed travel a slight change in direction by actuating a side control device does not result in a noticeable reduction in driving speed, that the main drive beam is not influenced. at The known jet engine always suffered a significant loss of travel speed in this driving condition because the main propulsion jet is sensitive to actuation of the rudder control was changed.

Bei dem vorbeschriebenen Triebwerk ist es besondersIt is special with the engine described above

günstig, daß die Seitensteuerventile vor der Hauptdüse angeordnet und ständig dem vollen Strahldruck ausgesetzt sind, so daß sie bei allen Stellungen der Hauptdüse eine optimale Steuerwirkung ergeben. Die Konstruktion und Konzeption des ganzen Strahltriebwerks ergibt einen guten Wirkungsgrad für den von der Pumpeinrichtung ausgestoßenen Strahl infolge einer maximalen Wasseraufnahme, einem maximalen Wasserdurchsatz und geringer Turbulenz in sämtlichen angeströmten Triebwerksteilen.favorable that the side control valves are arranged in front of the main nozzle and constantly the full jet pressure are exposed, so that they give an optimal control effect in all positions of the main nozzle. the The construction and conception of the whole jet engine results in a good degree of efficiency for the Pump device ejected jet as a result of a maximum water absorption, a maximum water throughput and low turbulence in all parts of the engine exposed to the flow.

Eine vorteilhafte weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Strahltriebwerks ist im Anspruch 2 gekennzeichnet Dies ermöglicht eine hohe Ansprechempfindlichkeit und ein robustes Betriebsverhalten bei ausgesprochen geringen Turbulenzverlusten hinsichtlich der seitlichen Fahrzeugsteuerung.Another advantageous embodiment of the jet engine according to the invention is set out in claim 2 marked This enables high responsiveness and robust operating behavior with extremely low turbulence losses with regard to the lateral vehicle control.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strahltriebwerkes wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigtAn embodiment of the jet engine according to the invention is described below with reference to the drawings explained. It shows

F i g. 1 einen Teil eines mit einem Strahltriebwerk ausgerüsteten Wasserfahrzeuges,F i g. 1 part of a watercraft equipped with a jet engine,

Fig.2 einen Schnitt durch den vorderen Teil des Strahltriebwerkes nach Fi g. 1,2 shows a section through the front part of the Jet engine according to Fi g. 1,

Fig.3 eine Schnittansicht des hinteren Strahltriebwerkteils, 3 shows a sectional view of the rear jet engine part,

Fig.4 einen Horizontalschnitt in der Ebene 7-7 in F i g. 3, und4 shows a horizontal section in the plane 7-7 in F i g. 3, and

Fig.5 eine vergrößerte Einzelheit gesehen in der Ebene 5-5 in F i g. 4.FIG. 5 is an enlarged detail seen in FIG Level 5-5 in F i g. 4th

Durch die öffnung 1 (Fig.2) im Boden des Wasserfahrzeugs tritt Wasser ein. Ein Einlaufkanal 3 ist leicht rückwärts und aufwärts geneigt ausgebildet. Ein Gehäuse 4 (Fig. 1) für den Wassereinlaßkanal endet in einem Flansch 5, der an einem Flansch 6 eines Pumpengehäuses 7 befestigt ist Das Pumpengehäuse 7 enthält eine erste Pumpstufe 8 (F i g. 3) und eine zweite Pumpstufe 9. Beide Pumpstufen sind mit einer Antriebswelle 10 drehfest verbunden. Die Antriebswelle 10 wird von einem Getriebe T(F i g. 2) angetrieben, das von einem Motor E des Wasserfahrzeugs getrieben wird. Das Getriebe T hat ein Gehäuse H. Zwischen diesem und der Antriebswelle 10 ist eine wasserdichte Gleitdichtung SS angeordnet. Eine ähnliche Dichtung ss ist zwischen der Welle 10 und einem Pumpengehäuse 31 vorgesehen (Fig. 3).Water enters through the opening 1 (FIG. 2) in the bottom of the watercraft. An inlet channel 3 is formed inclined slightly backwards and upwards. A housing 4 (FIG. 1) for the water inlet channel ends in a flange 5 which is attached to a flange 6 of a pump housing 7. The pump housing 7 contains a first pump stage 8 (FIG. 3) and a second pump stage 9. Both pump stages are non-rotatably connected to a drive shaft 10. The drive shaft 10 is driven by a transmission T ( FIG. 2) which is driven by an engine E of the watercraft. The transmission T has a housing H. Between this and the drive shaft 10, a watertight sliding seal SS is arranged. A similar seal SS is provided between the shaft 10 and a pump housing 31 (Fig. 3).

Jede dieser Dichtungen weist ein ortsfestes Tragelement 11 auf, das am Gehäuse H befestigt ist. Das Tragelement 11 trägt unter Zwischenlage eines O-Dichtungsringes ein Dichtungselement 13, das z. B. aus Kohlenstoff besteht und ebengeschliffen ist. Mit dem Element 13 steht ein geschliffener Druckring, z. B. aus Wolframcarbid, in dichter Gleitberührung. Der Druckring ist mit einer Gummimanschette verklebt, die ein Metallring gegen die Welle 10 drückt Beide werden von einer Feder 18 gegen das Dichtungselement 13 gedrückt, das sich an einem axial festgelegten Ring 20 abstützt Zwischen der Welle 10 und einem Gehäuseteil 33 ist ein weiterer O-Dichtungsring 32 vorgesehen. Infolge dieser Dichtungsanordnung kann die Welle 10 den Wassereinlaßkanal durchsetzen, ohne daß zusätzliche Gehäuseteile, Hülsen oder dergleichen, zum Schutz erforderlich wären. An ihrem hinteren Ende ist die Welle in dem eine Kammer 31a des Pumpteiles 7 umschließenden Gehäuse 31 mit Wälzlagern 30 gelagert (F ig-3^Each of these seals has a stationary support element 11 which is attached to the housing H. The support element 11 carries, with the interposition of an O-sealing ring, a sealing element 13 which, for. B. consists of carbon and is ground flat. With the element 13 is a ground pressure ring, for. B. made of tungsten carbide, in close sliding contact. The pressure ring is glued to a rubber sleeve which presses a metal ring against the shaft 10. Both are pressed by a spring 18 against the sealing element 13, which is supported on an axially fixed ring 20. Between the shaft 10 and a housing part 33 there is another O- Sealing ring 32 is provided. As a result of this sealing arrangement, the shaft 10 can pass through the water inlet channel without the need for additional housing parts, sleeves or the like for protection. At its rear end, the shaft is mounted in the housing 31 enclosing a chamber 31a of the pump part 7 with roller bearings 30 (FIG. 3 ^

Eine Hauptdüse N (F i g. 3) ist in einem Gehäuse 34 angeordnet, das im Vertikallängsschnitt allgemein kreisförmig ist Die Düse N hat einen breiten Einlaßteil 35, der sich nach hinten verengt und in einem allgemein schmaleren Düsenaustrittsteil 36 endet Die obere Wasserführungswand 37 der Düse N ist konvex und abwärts und rückwärts gekrümmt Die untere Wasserführungswand 38 der Düse N ist ebenfalls konvex, aber aufwärts und rückwärts gekrümmt Seitenwände 40 und 41 in der Düse sind eben und vertikal. In einer vertikalen Ebene hat die Düse daher einen rechteckigen QuerschnittA main nozzle N (Fig. 3) is arranged in a housing 34 which is generally circular in vertical longitudinal section. The nozzle N has a wide inlet portion 35 which narrows towards the rear and ends in a generally narrower nozzle outlet portion 36. The upper water guide wall 37 of FIG Nozzle N is convex and curved downward and backward. The lower water guide wall 38 of nozzle N is also convex, but curved upward and backward. Side walls 40 and 41 in the nozzle are flat and vertical. The nozzle therefore has a rectangular cross section in a vertical plane

ίο Die Düse N ist in Fig.3 in der weitest geöffneten Stellung für den Durchlaß der größten Wassermenge dargestellt Sie ist auf einer Welle 42 drehbar gelagert die an einem Gabelarm 43 befestigt ist Der Arm 43 wird mit Hilfe eines vom Steuermann bedienten, doppelt wirkenden hydraulischen Kolbentriebs 45 verschwenkt Beim Verkürzen des Kolbentriebs 45 dreht sich die Düse entgegen dem Uhrzeiger, wobei der Düsenaustrittsteil 36 teilweise vom oberen Teil des Gehäuses 34 abgedeckt wird. Aus der gezeichneten Stellung kann die Düse in eine Stellung verschwenkt werden, in der sie den Strömungsweg vollkommen abschließtίο The nozzle N is shown in Fig.3 in the most open position for the passage of the largest amount of water. It is rotatably mounted on a shaft 42 which is attached to a fork arm 43. The arm 43 is operated by the helmsman, double-acting hydraulic Piston drive 45 pivoted When the piston drive 45 is shortened, the nozzle rotates counterclockwise, the nozzle outlet part 36 being partially covered by the upper part of the housing 34. From the position shown, the nozzle can be pivoted into a position in which it completely closes the flow path

Unabhängig von der Stellung der Düse wird diese hydraulisch stabilisiert da der Druck des eintretenden Wassers stets gegen beide, in besonderer Form gekrümmte Wasserführungswände 37 und 38 wirk;. Es ist ferner stets Wasserdruck in die Düse N umgebenden Druckausgleichskammern 48, 49 im Gehäuse 34 der Düse vorhanden. Auch dieser Druck trägt zur hydraulischen Stabilisierung bzw. zum Druckausgleich bei. Die Düse kann somit leicht und genau gesteuert werden.Regardless of the position of the nozzle, it is hydraulically stabilized since the pressure of the entering water always acts against both specially curved water guide walls 37 and 38. Furthermore, there is always water pressure in the pressure equalization chambers 48, 49 surrounding the nozzle N in the housing 34 of the nozzle. This pressure also contributes to hydraulic stabilization and pressure equalization. The nozzle can thus be controlled easily and precisely.

Vor der Düse Λ/sind Seitensteuerventile Vl und V 2 angeordnet Diese sind ständig dem vollen Wasserdruck ausgesetzt und befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 34 und erstrecken sich von diesem aus direkt seitwärts. Die Ventile Vl und V2 sind als Drosselklappen ausgebildet, die mittels doppeltwirkender Kolbentriebe 51 bzw. 52 über einen Kurbelarm 50 derart betätigt werden, daß beim Schließen der einenIn front of the nozzle Λ / are side control valves Vl and V 2 arranged These are constantly exposed to full water pressure and are located on opposite sides Sides of the housing 34 and extend directly sideways therefrom. The valves Vl and V2 are as Throttle valves formed, which by means of double-acting piston drives 51 and 52 via a crank arm 50 be operated so that when you close the one

*o Drosselklappe die andere geöffnet wird, so daß unter Druck stehendes Wasser zur einen oder anderen Seite geleitet und dadurch das Fahrzeug richtungsgesteuert wird (F ig. 4 und 5).* o Throttle valve the other is opened so that under Water under pressure is directed to one side or the other, thereby steering the vehicle in a directional manner (Figs. 4 and 5).

Das Strahltriebwerk enthält ferner zum Bremsen oder Rückwärtsfahren eine Schubumkehrvorrichtung RM. Diese umfaßt seitwärts voneinander trennbare Teile 60 und 61, die entlang einer oberen Führung 63 und einer unteren Führung 69 seitwärts verschiebbar sind, und zwar unter dem Einfluß je eines doppelt wirkendenThe jet engine also contains a thrust reverser RM for braking or reversing. This comprises laterally separable parts 60 and 61, which are laterally displaceable along an upper guide 63 and a lower guide 69, under the influence of one double-acting

so hydraulischen Kolbentriebs 66 bzw. 67. Die Teile 60 und 61 bewegen sich gemeinsam einwärts oder auswärts. Sie können sich entweder direkt hinter dem Austrittsende der Düse befinden und mit dem vollen Düsenstrahl beaufschlagt werden (Schubumkehr), oder seitlich auswärts in einer Stellung stehen, in der sie von dem Strahl nicht beaufschlagt werden. Man kann die Teile 60 und 61 auch in eine Zwischenstellung in den Strahl hineinverstellen, so daß sie das Fahrzeug bremsen.so hydraulic piston drive 66 or 67. The parts 60 and 61 move together inwards or outwards. she can either be located directly behind the outlet end of the nozzle and with the full nozzle jet are acted upon (thrust reversal), or are sideways outward in a position in which they are from the Beam are not acted upon. The parts 60 and 61 can also be placed in an intermediate position in the beam adjust them so that they brake the vehicle.

Die Teile 60 und 61 sind U-förmig und tragen mehrere obere und untere Rollen 73 und 74, die in eine obere Führung 63 und in eine untere Führung 64 eingreifen. Die Rollen sind gestaffelt bzw. versetzt angeordnet. Die auftretende Belastung wird also jeweils von zwei Rollen jeder aus drei Rollen bestehenden Gruppe aufgenommen, die dritte Rolle wirkt als Führungs- bzw. sowie erforderlichenfalls als Lagerrolle. Die versetzte Anordnung der Rollen ermöglicht ein einwandfreies Ausrichten und erleichtert den Zusammenbau.The parts 60 and 61 are U-shaped and carry a plurality of upper and lower rollers 73 and 74, which in an upper Guide 63 and engage in a lower guide 64. The roles are staggered or staggered. the Any load that occurs is therefore absorbed by two roles in each group consisting of three roles, the third role acts as a guide or, if necessary, as a bearing role. The staggered arrangement of the rollers enables perfect alignment and facilitates assembly.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

1 claims:

1.Jet engine for a watercraft, with a water inlet housing, a Piimpengehäuseababschnitt with a pump device and a nozzle housing containing an adjustable nozzle, in the stern of the watercraft outwardly guided, wherein the pump device can generate a drive jet which runs approximately in the longitudinal direction of the watercraft and is shaped by the nozzle is, and with either side control devices adjustable in the passage cross-section, for side control of the watercraft, characterized in that the side control devices have side control valves (Vl, V2) directly exposed to the drive jet, which are located in the nozzle housing between the pump device (8,9) and the Nozzle (N) are arranged.

2. Jet engine according to claim 1, characterized in that a pivotable throttle valve is arranged in each of the side control valves (Vi, V2).