DE2237411C3 - Aufwindstation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufwindstation, vorzugsweise für tropische and subtropische Gebiete, zur Vorgabe thermischer Luftströmungen, bestehend aus einem gegenüber der Umgebung abgegrenzten, dunkel eingelarbten Bereich der Brdoberfläche.

Seit langem stellt der Transport von Lasten aller Art über große Strecken in verkehrstechnisch unterentwickelten Gebieten ein erhebliches Problem dar, welches mit herkömmlichen Mitteln bislang noch nicht zufriedenstellend gelöst werden konnte. Versuche, für den Lastentransport in derartigen Gebieten verbesserte Neuentwicklungen der bekannten Zeppeline einzusetzen, haben bisher auch noch zu keinem brauchbaren Ergebnis geführt.

Andererseits ist eine Aufwindstation der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 22 68 320), die die von Segel- bzw. Gleitflugknmern bisher ausgenutzten natürlichen Aufwinde zumindest in einem gewissen Umfange gezielt künstlich erzeugt. Hierfür wird innerhalb eines Flugfeldes ein Kreisbereich der Bodenfläche mit einem weißen oder wenigstens hellfarbenen, vorzugsweise wärmeisolierenden Körper, beispielsweise Kreide, belegt und konzentrisch über diesem ein schwammiger schwarzer bzw. dunkelfarbener Körper aus Erdöl, Koks od. dgl. aufgebracht. Durch Sonnenbestrahlung, aber auch durch künstliche Aufheizung mittels Dampf u. dgl. mehr nimmt der schwarze Körper gegenüber dem weißen und der übrigen Umgebung des Bodens eine höhere Temperatur an, was zur Bildung von vertikalen Luftströmungen über diesem Bereich führt.

Auf diese Weise vorgegebene Aufwindfelder haben (15 den Vorteil, kartographisch exakt erfaßbar zu sein.

Nachteilig bei der bekannten Aufwindstation ist, daß die bekannte Vorrichtung keinen kontinuierlichen Luftstrom erzeugt. Vielmehr lösen sich im Absland einiger Minuten über der eingelarhten Mäche die erwärmten Luftmassen vom Boden ab und steigen in Form einer Blase auf (ähnlich dem Aufsteigen von Blasen in siedendem Wasser).

Ehe die nächste Luftmasse aufsteigen kann, vergehen einige Minuten, während derer zunächst kühlere Lull von -'en Seiten nachströmt und sich soweit erwärmt, bis die Zähigkeit der Luft durch die inzwischen übernommene Wärmeenergie überwunden werden kann. Die Zeitfolge der Ablösungen hängt von der Jahreszeil, der Tageszeit und der geographischen Breite sowie von den gerade herrschenden meteorologischen Umständen ab. Dadurch kann es geschehen, daß eine Maschine das Feld gerade in einem Zeitpunkt anfliegt, in welchem eine Warmluftblase bereits bis über die Flughöhe der Maschine hinaus angestiegen, die nächste Luftmasse aber noch nicht aufgestiegen ist, was bei geringen Flughöhen regelmäßig zur Notlandung des Segelflugzeugs führen muß.

Nachteilig ist ferner, daß die erzielbare Tcmpcniturdifferenz zwischen Aufstiegs- und Umgebungsluft nicht willkürlich bestimmbar ist und stets verhältnismäßig klein bleibt, weil die Luft nur so lange aufgeheizt werden kann, bis ihre Zähigkeit nicht mehr ausreicht, sie am Boden festzuhalten. Die Temperaturdifferenz bestimmt aber entscheidend die Höhe des Aufstiegs der Luftblase.

Nachteilig ist ferner, daß die Geschwindigkeit des vertikalen Luftstroms nicht willkürlich bestimmbar ist; denn diese hängt von der Differenz der Luftdichte zwischen Aufstiegs- und Umgebungsluft ab, die ihrerseits von der erzielbaren Temperaturdifferenz abhängig ist.

Nachteilig ist weiterhin, daß die Aufstiegs/'esehwindigkeit der Luftblase zu ihren Rändern hin abnimmt und ihren höchsten Wert entlang der vertikalen Schwerlinie der Blase hat. Das bedeutet, daß die maximale Aufwindenergie praktisch nicht ausgenutzt werden kann, weil die Flugzeuge innerhalb der Blase deren vertikale Schwerlinie in konstantem Abstand umkreisen müssen, um optimale Steigwerte zu erzielen. Durch die beim Kreisen erforderliche Schräglage des Flugzeugs verschlechtert sich aber dessen Gleitwinkel und damit der Gesamtwirkungsgrad der Anlage.

Nachteilig ist schließlich, daß die Aufstiegsgeschwindigkeit der Blase sich nach dem Ablösen erst langsam aufbaut, so daß es bisher nicht möglich ist, der Aufstiegsluft Schwebstoffe beizugeben, um Lage und Ausmaß der Blase sichtbar werden zu lassen.

Die bekannte Vorrichtung ist daher praktisch nur geeignet, leichten Segelflugzeugen zu sportlichen Zwecken und nur in dem Fall, daß sie durch Zufall eine in Flughöhe befindliche Aufstiegsblase antreffen, zu einer gewissen Startüberhöhung, die über die Ausklinkhöhe bei Seilstart hinausgeht, zu verhelfen. Für den Linienflugverkehr mit Schwerlastseglern ist die bekannte Aufwindstation somit nicht geeignet.

Hier setzt vorliegende Erfindung ein, die eine Aufwindstation der eingangs genannten Art dahingehend verbessern will, daß die Aufwindströmung kontinuierlich fließt, wobei die erzielbarcn Temperaturdifferenzen zwischen Aufstiegs- und Umgebungsluft sowie die Vertikalgeschwindigkeit des Aufwindes und die erreichbare Höhe des Aufwindes willkürlich bestimmbar sein sollen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der dunkel eingelarbte Bereich

nicht rund, sondern länglich ausgebildet ist und von einem spitzen Glasdach mit einem geringen Neigungswinkel der Dachllächen und einem offenen mittigen Längsspalt übergriffen ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der derart aulgebauten Aufwindsla'ion sind den llnlcransprüchen zu entnehmen.

Die Anordnung eines Glasdaches über dem dunkel eingelarbtcn Hereich verstärkt die gegenüber der Umgebung erhöhte Hrwärmung dieses Bereich·: durch den sogenannten Glashauseffekl erheblich: Der Glashauseffekt besteht darin, daß die von der Erdoberfläche in den Weltraum abgestrahlte Wärmeenergie im Bereich des Glasdaches zurückgehalten wird, was man sich bereits bti Treibhäusern zunutze macht. Die durch die seitlichen Ansaugschächte einströmende Luft wird somit nicht nur mit Hilfe der dunklen Kinlürbung des Bodens, sondern insbesondere durch den Glashauseffekl erwärmt und strömt gerichtet infolge des Neigungswinkels des Glasdaches in Rich- lung des mittigen Spalts nach oben, um hier konzentriert und mit hoher Strömungsenergie austreten zu können.

Infolge der länglichen Ausbildung der Dachfläche und des mittigen Längsspalts ergibt sich ein definierter Aulwindstreifen von ausreichender Länge, um einen Segelflugkörper zügig anzuheben.

Dadurch, daß in der Mitte unter dem Dachschlitz auf dem Boden eine Umlenkschaufel über der ganzen Länge der Station vorgesehen ist, werden die waagerecht anströmenden Luftmassen, die in der Mitte von beiden Seiten herkommend zusammentreffen, nach oben umgelenkt und erfahren unabhängig vom thermischen Aufwind eine Verükalbeschleunigung wie beim abgeleiteten natürlichen Hangaufwind, so daß die Aufwärtsgeschwindigkeit der Luft, die schon durch die Thermik vorgegeben ist, noch verstärkt wird.

Durch das Glasdach wird die Luft am Aufsteigen gehindert, bis sie den Längsspalt erreicht. Die Zähigkeit der Luft setzt also keine Grenze mehr für das Maß der Erwärmung der Luft. Vielmehr läßt sich allein durch Vergrößerung oder Verminderung der Breite des Glasdaches eine mehr oder minder große TemperaturdilTerenz zwischen Aufstiegs- und Umgebungsluft erzielen.

Über die Temperaturdifferenz lassen sich aber auch Aufstiegsgeschwindigkeit und Aufstiegshöhe der Luft willkürlich beeinflussen.

Dadurch, daß die Luft sich nach dem Gesetz des geringsten Widerstandes in Richtung des Dachanstiegs bewegt, entsteht an den Ansaugschächten ein Sog, so daß kontinuierlich Luft nachströmt und damit auch kontinuierlich am Schlitz austreten kann.

Dadurch, daß sich die Luft bereits am Boden in Horizontalrichtung mit einer Geschwindigkeit bewegt, die etwa der Vertikalgeschwindigkeit bei Austritt aus der Spaltöffnung entspricht, kann sie auf der ganzen Länge des Glashauses bereitgehaltene farbige Schwebstoffe, die für die Umwelt unschädlich sind, mitreißen. Lage und Ausmaß des aufsteigenden Luftstroms lassen sich dadurch sichtbar machen. Das hat den Vorteil, daß die Piloten den meist mehr oder weniger stark seitlich versetzten Aufwindstrom sehen und in ihn ohne durch Suchen bedingten Zeitverlust eintliegen können Die Beigabe von Schwebstoffen hat den weiteren Vorteil, daß Kondensationskerne für die Regenbildung in ausreichender Menge vorhanden sind.

Vorteilhaft ist, die Ansaugschächte mit Luftturbinen zu versehen und die hierdurch gewinnhare beispielsweise elektrische Hnergie /um Betreiben von Wasserpumpen einzusetzen, so daß mittels geeigneter Sprühanlagen die Glasdachflächen vorzugsweise nacht.¹; einer

η automatischen Reinigung unterzogen werden können. Mit Hilfe elektronischer Orientierungseinrichlungen können die Stationen mühelos auch von weniger erfahrenen Piloten ohne sichtbare Orientierungspunkte angeflogen werden.

κ. Ir-in Vorteil der Aulwindstation ist es, daß sie zur Verminderung der Umweltverschmutzung durch Verwendung kraftstoff- und damit angasfreisr Flugzeuge beiträgt.
Bei geeigneten klimatischen Bedingungen kann vor-

is liegende Aufwindstation sogar zur Bewässerung ganzer Landstriche beitragen, da die erwärmte aufsteigende Luft je nach Alisgangswert der relativen Luftfeuchtigkeit in mehr oder minder großen Höhen das in ihr enthaltene Wasser auskondensicrl, so daß es zu Wolkenbildung und Niederschlagen kommt, die entsprechend der herrschenden Windrichtung seitlich verblasen werden. Auch insoweit besteht ein Unterschied zu der bekannten Aufwindstation, deren einzelne Aufwindblasen mangels genügender Aufheizung am Boden im allgemeinen nicht hoch genug aufsteigen können, um. das Kondensationsniveau zu erreichen. Nach Überschreiten des Gleichgewichtsniveaus, d. h. der Hohe, in der die Temperatur der Aufstiegsluft der der Umgebungsluft gleich ist, werden die Blasen während

ίο ihres weiteren durch Trägheitskräfte bedingten Aufstiegs von der Umgebungsluft, die nunmehr wärmer als die Aufstiegsluft ist, ausgetrocknet: denn in den zwischen zwei Blasen liegenden Zeiten werden die angefeuchteten Umgebungsluftmassen verblasen, so daß

is jede Blase immer mit unverbrauchter trockener Umgebungslufl zusammentrifft.

Bei vorliegender Aufwindstation kann dagegen die Temperaturdifferenz der Aufstiegsluft gegenüber der Umgebungsluft so gewählt werden, daß das Kondensationsniveau allein mit Hilfe des thermischen Aufstiegs erreicht oder überschritten wird. Da die Aufstiegsluft auf ihrem Wege bis zum Kondensationsniveau ständig Wasser aus der Umgebungluft aufgenommen hat (weil letztere einen höheren relativen Feuchtigkeitsgehalt hat als die wärmere aufsteigende Luft), muß Wolkenbildung sogar schon unterhalb des (theoretischen) Kondensationsniveaus, das dem relativen Feuchtigkeitsgehalt der Aufstiegsluft bei Dachaustritt entspricht, eintreten.

Wenn die Luft über das Gleichgewichtsniveau hinaus aufsteigt, würde zwar zunächst eine gewisse Austrocknung durch die Umgebungsluft stattfinden. Aber dieselbe Umgebungsluft würde ständig wieder mit neuer Aufstiegsluft in Berührung kommen, so daß allmählich der relative Feuchtigkeitsgehalt in den Randzonen der die Aufstiegsluft umgebenden Luft steigt. Dadurch sinkt aber die Austrocknungslahigkeit des die Aufstiegsluft umgebenden Luftschlauches nach einiger Zeit gegen Null, so daß es nunmehr erneut

(,0 zu Wolkenbildung und infolge des ständig gleichbleibenden Nachschuhs an Feuchtigkeit und Kondensationskemen auch zu Regen kommen muß.

Derartige Aufwindstationen lassen sich sowohl nach dem Vorbild der bekannten Bohrinseln auf dem offe-

(,s ilen Meer montieren als auch in für den Lastentransport schwer zugänglichen Urwaldgebieten u. dgl. mehr. Mit einer Kette derartiger Aufwindstationen wird der wirtschaftliche Transport von Massengütern auf dem

Luftweg über große Entfernungen, insbesondere in Entwicklungsländern ohne jeden Treibstoffbedarf nahezu wartungsfrei möglich, zumal praktisch auch keine Kosten für die Unterhaltung von Start- und Landebahn erforderlich sind, weil mit Kufen versehene Schwerlastsegler auf sturzackergleichem Gelände von nur etwa 50 m Länge landen und starten können (herkömmliche Segelflugzeuge benötigen zum Windenstart z.B. kaum mehr als 12 bis 15m vom Stillstand bis zum Abheben).

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben werden, welches in der Zeichnung in Seitenansicht und Draufsicht wiedergegeben ist.

Gemäß der Darstellung besteht die Aufwindstation aus einem länglichen Glasdach Gl, das eine dunkel eingefärbte Bodcnfiäche etwa gleicher Dimensionierung überspannt. Das von der Mitte aus nach beiden Seiten mit geringem Neigungswinkel abfallende spitze Glasdach ist auf Stützen S/ gehalten und so ausgebildet, daß die zu beiden Seiten liegenden geneigten Dachflächen in der Mitte nicht zusammenstoßen, sondern dort in Längsrichtung einen Spalt Sp freigeben, durch den die unterhalb des Glasdaches Gl erwärmte Luft in Pfeilrichtung vertikal auszuströmen vermag. Der dunkel eingefärbte Bereich F ist mittig unter dem Spalt Sp durch eine parallel zu dem Spalt und über dessen gesamte Länge verlaufende Umlenkflächet/geteilt. Zu beiden Seiten schließen sich in Längsrichtung an das Glasdach Gl horizontal liegende Glasdachstrei- ^₀ fen G/'an, die die Luftansaugschächte A überdecken.

Ein denkbares Modell einer Aufwindstation könnte nen

bei dem beschriebenen Aufbau beispielsweise eine Länge α von 1000 m und eine Breite b von 100 m aufweisen, während die Breite c der Ansaugschächte/) 2 m beträgt. Als maximale Höhe des Glashauses ergäbe sich für diesen Fall beispielsweise/;, = 3 m, während die Höhe It₂ des Ansaugschachtes A dann 1 in betragen kann. Der wie im Ausführungsbeispiel dargestellt zur Mitte hin leicht ansteigende eingefärbtc Bodenbercich F könnte eine maximale Aufschüttung von h) = 0,5 m und zusammen mit der Umlenkflächc LJ eine Höhe It₄ = 1 m haben.

Unterhalb der seitlichen Glasdachslreifen 67', also innerhalb der Ansaugschächte A, können Windmotoren zur Erzeugung elektrischer Energie oder der Betätigung von Wasserpumpen u.dgl. mehr installiert werden.

Die Luft wird unterhalb des Glasdaches Gl infolge der Lichteinstrahlung mit Hilfe des Glashauseffektes und außerdem durch den von der Sonneneinstrahlung erwärmten dunkel eingefärbten Bereich /· aufgeheizt, dehnt sich aus und bewegt sich, dem Gesetz des geringsten Widerstandes folgend, zur Spaltöffnung Sp hin, um von dort aus senkrecht aufzusteigen. Gleichzeitig wird Kaltluft zu beiden Seiten durch die Ansaugschächte A angesaugt. In der Mitte des Glashauses treffen zwei Warmluftströme mit entgegen gesetzter Horizontalkomponente und gleichgerichtete! Vertikalkomponente aufeinander. Durch die mittig in" Boden angebrachte Umlenkschaufel U werden die gegenläufigen Horizontalkomponenten in eine gleich gerichtete Vertikalkomponcnte verwandelt, so daß du Luft senkrecht nach oben entweicht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Aulwindstation, vorzugsweise tür Iropische und subtropische Gebiete, /ur Vorgabe thermischer Lull- s strömungen, bestehend aus einem gegenüber der Umgebung abgegrenzten, dunkel eingefärbten Bereich der Erdoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der dunkel eingefärbte Bereich (/■) länglich ausgebildet ist und von einem spitzen i< > Glasdach (67) mit einem geringen Neigungswinkel der Dachflächen und einem offenen mittigen Liingsspalt (.S'/;) übergriffen ist.

2. Aufwindstalion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich horizontale seitliche Glas- κ dachstreil'en (6V) als Luftansaugschächte (A) zu beiden Seiten an die geneigten Dachflächen anschließen.

3. Aufwindstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittig unterhalb des Längsspalts ι ο (Sp) im Bodenbereich über die Länge des Glasdaches (Gl) eine Umlerikfläche (U) vorgesehen ist.

4. Aufwindstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Luftansaugschächte (,4) Windmotoren vorgesehen sind. 2s

5. Aufwindstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Aufwindstation Vorrichtungen vorgesehen sind, die der aufströmenden Luft Schwebstoffe beimischen können.

3°