DE2318788C2

DE2318788C2 - Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeug

Info

Publication number: DE2318788C2
Application number: DE2318788A
Authority: DE
Inventors: Frank S. Denver Col. Malvestuto jun.
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-04-14
Filing date: 1973-04-13
Publication date: 1982-07-29
Also published as: AU5446173A; PL75802B1; SU676153A3; IT983826B; AR195426A1; CA995717A; BE798201A; NL7304786A; IL41968A; DE2318788A1; IL41968A0; FR2180077A1; ES413440A1; BR7302682D0; JPS4919586A; GB1421663A; FR2180077B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeug der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Gattung. Ein derartiges Hochgeschwindigkeitswassesfahrzeug ist aus der GB-PS 2 71 729 bekannt.

Bei diesem Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeug ist am Rumpfheck auf einem relativ hohen Ständer nur ein einziger Propeller als Vortriebsvorrichtung angeordnet, der keine Hubeinrichtung im eigentlichen Sinne bildet und erst recht nicht in der Lage ist, auf die armförmig ausgebildeten Tragflächen einen abwärtsgerichteten Luftstrom zur Einwirkung zu bringen, um die Auftriebskräfte zu verstärken.

Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeuge müssen zur Verringerung des Gleitwiderstandes möglichst weit aus dem Wasser herausgehoben werden, so daß bei der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs nur ein kleiner Teil des Rumpfes in das Wasser eintaucht

ίο Dieser Anforderung entspricht das bekannte Fahrzeug aufgrund der oben beschriebenen Konstruktion nicht vollständig.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, bei einem Wasserfahrzeug der eingangs genannten Gat tung die Hubeinrichtung so zu verbessern, daß diese

Hubkräfte entwickelt, welche das Fahrzeug bei der Vorwärtsbewegung weit genug aus dem Wasser

herausheben, und die so in die Tragfläche integriert sein .soll, daß in Vorwärtsrichtung Schubkräfte auf die

Hinterkanten der Tragflächen erzeugt werden und an

den Tragflächenhinterkanten ein abwärtsgerichteter

Luftstrom entsteht um die auf die Tragflächen

einwirkenden Auftriebskräfte der Luft zu verstärken.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Hochgeschwin-

digkeitswasserfahrzeug der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, das gemäß der Erfindung die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist Durch diese Konstruktion wird eine vorteilhafte Auftriebs- bzw. Vortriebswirkung der Rotorblätter erreicht die auf die Integration der Propellereinrichtung als Hubvorrichtung in die Flügelhinterkante zurückzuführen ist.

Durch die gemeinsame Wirkung der Luft-Propellereinrichtung und der Tragflächeneinrichtung werden

Hubkräfte erzeugt, die an dem Rumpf angreifen, wobei durch die rotierenden Propellerflügel nicht nur auf die Hinterkanten der Tragflächen Schubkräfte übertragen werden, die das Fahrzeug durch das Wasser hindurch vorwärtsbewegen, sondern auch über die Oberseiten der Tragflächen hinweg ein Luftstrom erzeugt wird, der an den Flächenhinterkanten nach unten abströmt, um dadurch die auf die Tragflächen einwirkenden Hubkräfte noch zu verstärken. Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt F i g. 1 eine perspektivische, bildhafte Darstellung eines Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeugs,

F i g. 2 eine schematische Schnittansicht von Tragfläche und Luft-Propellereinrichtung längs der Linie 2-2 in F i g. 1 und Fig.3 eine schematische Ansicht ähnlich der von

Fig. 2, die eine andere Ausführungsform darstellt.

Ein Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeug an sich beliebiger Konstruktion ist in einer bestimmten Ausführungsform bei 10 in F i g. 1 gezeigt. Dieses Wasserfahrzeug 10 weist einen Körper mit einem Rumpf 11 auf, der wenigstens teilweise in das Wasser eingetaucht ist und Passagiere, Fracht, Lasten u.dgl. tragen kann.

Die Bewegung des Wasserfahrzeugs 10 durch das Wasser hindurch wird in an sich bekannter Weise durch den Wasserwiderstand gebremst, der auf den Rumpf 11 einwirkt. Um diesen zu verringern, wird der Rumpf 11 angehoben, wodurch sich seine Eintauchtiefe im Wasser verringert. Dadurch wird es möglich, das Wasserfahr-

zeug 10 bei verhältnismäßig niedrigen Motorleistungen mit hoher Geschwindigkeit durch das Wasser zu treiben.

Von den Tragflächen 12, 13, 14 und 15, die aus entgegengesetzten Seiten des Rumpfes herausragen, werden Hubkräfte auf den Rumpf 11 übertragen. Die Tragflächen 12 und 13 sind in bezug auf den Rumpf 11 symmetrisch angeordnet und ragen in horizontaler Richtung an den gegenüberliegenden Rumpfseiten aus dem Rumpf heraus. In gleicher Weise sind die Tragflächen 14 und 15 in bezug auf den Rumpf 11 symmetrisch angeordnet, so daß sie ebenfalls aus den gegenüberliegenden Rumpfseiten in entgegengesetzte Richtungen herausragen.

Die Tragflächen 12, 13, 14 und 15 sind symmetrisch gebaut und weisen je ein Vorderkantenteil 16a und ein Hinterkantenteil 166 auf. Jede Tragfläche hat eine Oberseite 17 und eine Unterseite 18, über die Luft strömt, wenn sich die Tragflächen in Vorwärtsrichtung bewegen. Die Seiten 17 und 18 sind in an sich bekannter Weise so geformt, daß sich in der Geschwindigkeit des über die Oberfläche bewegenden Luftstroms eine Differenz einstellt Der Luftstrom über die Oberseite 17 hat eine höhere Geschwindigkeit als derjenige über die Unterseite 18. Die Geschwindigkeitsdifferenz der Luftströme wird durch die über den Tragflächen herrschende Druckdifferenz hervorgerufen. Diese Druckdifferenz erzeugt eine auf die Tragflächen 12, 13, 14 und 15 einwirkende Hubkraft, die die Eintauchtiefe des Wasserfahrzeugs 10 verringert.

Die auf den Rumpf 11 einwirkenden Hubkräfte werden durch die Luft-Propellereinrichtungen 72, 23, 24, 25 vergrößert Jede Luft-Propellereinrichtung ist an der Hinterkante ihrer zugehörige'n Tragfläche ebenso angebracht wie alle anderen, so daß hier nur der Zusammenhang zwischen der Luft-Propellereinrichtung 22 und der Tragfläche 12 im einzelnen beschrieben wird. Obgleich die Luft-Propellereinrichtungen im vorliegenden Fall auf den Tragflächen angebracht sind, könnten sie auch auf dem Rumpf 11 angeordnet sein, solange sie sich neben den Hinterkanten der Tragflächen befinden.

Die Tragfläche · 12 hat wie auch die anderen Tragflächen eine halbrunde Aussparung in der Hinterkante 16Ö, die von einem halbrunden Hinterkantenoberflächenteil 30 begrenzt wird. Dieser Teil weist einen oberen Rand 31 auf, an dem er die Oberseite 17 der Tragfläche schneidet, sowie einen unteren Rand 32, an dem er die Unterseite 18 der Tragfläche schneidet. Die Luft-Propellereinrichtung 22 weist mehrere um eine etwa senkrechte Achse rotierende Propellerflügel 33 auf. Die Drehachse entspricht der Achse des halbrunden Hinterkantenoberflächenteils 30. Die Propellerflügel 31 ragen in radialer Richtung bis an diesen Oberflächenteil, sind jedoch von ihm mit Abstand getrennt. Die Spitzen der Propellerflügel rotieren in einer Ebene, die den Hinterkantenoberflächenteil 30 zwischen seinen Rändern 31 und 32 schneidet. Die Propellerflügel sind vorzugsweise aus einem noch zu erläuternden Grund über der Mittellinie des Hinterkantenoberflächenteils 30 gelegen. Die Rotation der Propellerflügel 33 bewirkt eine Vergrößerung der Geschwindigkeit des über die Oberseite 17 der Tragfläche 12 streichenden Luftstroms sowie eine Verringerung der Geschwindigkeit des sich unter der Unterseite 18 bewegenden Luftstroms. Aufgrund der Verstärkung des Luftstroms über der Oberseite 17, wie dies durch die Pfeile B in Fig.2 dargestellt ist, und der Abnahme des Luftstroms unter der Unterseite 18, wie dies durch die Pfeile C in Fi g. 2 dargestellt ist, wird der Auftriebseffekt der Tragfläche 12 mit Hilfe der Luft-Propellervinrichtung 22 verstärkt

Die Luft-Propellereinrichtung 22 drückt einen Luftstrom an der Hinterkante der Tragfläche vorbei abwärts und auf das Wasser, durch das sich das Wasserfahrzeug 10 hindurchbewegt Das Wasser lenkt diesen abwärtsgerichteten Luftstrom unter der Tragfläche 12 seitlich ab, wodurch sich der auf die Unterseite der Tragfläche einwirkende Druck vergrößert und damit auch die durch die Tragfläche bewirkte Auftriebskraft Die Luft-Propellereinrichtung 22 erzeugt ebenfalls eine vertikale Schubkomponente, die bestrebt ist, das Wasserfahrzeug 10 in etwa derselben Weise anzuheben, in der ein Hubschrauber von seinem Rotor hochgehoben wird. Diese Schub- oder Druckkomponente wird durch die Reaktionskraft des abwärts gegen die Wasseroberfläche gerichteten Luftstroms verstärkt Darüber hinaus wird an der Hinterkante jedes Propellerflügels ein Wirbel erzeugt, der den vertikalen Auftrieb weiter verstärkt Diese Wirkung ist in F i g. 2 mit D bezeichnet Wie oben erwähnt wurde, befindet sich die Rotationsebene der Propellerflügel 33 über der Mitte des Hinterkantenoberflächenteils 30, und infolgedessen steht die unter der Rotationsebene der Propellerblätter befindliche Luft unter einem hohen Druck. Dieser hohe Luftdruck bewirkt eine Vorwärtsschubkomponente auf die Tragfläche 12, wie dies durch die Pfeile A in F i g. 3 angedeutet ist. Dieser gemeinsame von den Luft-Propellereinrichtungen 22—25 erzeugte Vorwärtsschub reicht aus, wenn er in Verbindung mit der Hubwärkung dieser Einrichtungen und der Tragflächen J2 bis 14 auftritt, um das Wasserfahrzeug 10 mit hoher Geschwindigkeit durch das Wasser vorwärtszutreiben.

Um den Vorwärtsschub, der von der Luft-Propellereinrichtung 22 auf die Tragfläche 12 ausgeübt wird, noch weiter zu vergrößern, ist die Möglichkeit gegeben, die Luft-Propellereinrichtung in der bei der Ausführungsform von F i g. 3 gezeigten Weise schräg zu stellen. Bei der Ausführungsform nach F i g. 3 ist die Luft-PropeHereinrichtung 22a in bezug auf die Bewegungsrichtung des Wasserfahrzeugs geneigt, wodurch die Oberfläche 40, die in dem hinteren Teil der Tragfläche eine Halbkreisfläche bildet, zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ebenfalls geneigt ist. Infolgedessen schneidet die Rotationsebene der Propellerflügel 33a die Oberfläche 30, und die Rotationsachse der Propellerflügel entspricht der Achse der halbrunden Oberfläche. Darüber hinaus erzeugen die geneigten bzw. schräggestellten Propellerflügel 33a einen erhöhten Vorwärtsschub, und zwar aufgrund des Winkels, unter dem ihre Ebene angeordnet ist. Dazu kommt, daß die Propellerflügel 33a mit der Oberfläche 40 in genau derselben Weise zusammenwirken, wie dies in Verbindung mit F i g. 2 dargestellt wurde, um zusätzliche Vorschubkräfte zu erzeugen.

Zusätzlich zu der verstärkten Hubwirkung, die von den Luftpropellereinrichtungen ausgeht, welche zu einem Geschwindigkeitsanstieg des sich über die Oberseite der Tragflächen hinwegbewegenden Luftstroms und einer Geschwindigkeitsabnahme des Luftstroms unterhalb der Tragflächen führt, erzeugen die Propellerflügel-Spitzen bei ihrer Drehbewegung innerhalb der halbrunden Oberfläche einen Wirbel. Dieser Wirbel ruft eine Zirkulationsströmung der Luft hervor, die eine zusätzliche Hubkraft liefert, welche auf die Unterseite der Tragfläche einwirkt, wie dies durch D in F i g. 3 dargestellt ist.

Jede Tragfläche ist, wie bereits ausgeführt, mit einer Luft-Propellereinrichtung versehen, und zwar bei der Ausführungsform, die sich durch vier Tragflächen 12—14 kennzeichnet, danach mit vier Luft-Propellereinrichtungen 22—25, die alle so zusammenwirken, daß sie auf das Wasserfahrzeug 10 eine Hubkraft übertragen und gleichzeitig bestrebt sind, das Wasserfahrzeug durch das Wasser zu treiben. Es sei darauf hingewiesen, daß die Tragflächen 14 und 15 über den Tragflächen 12 und 13 angeordnet sind. Diese vertikale Anordnung der Tragflächen 14 und 15 führt zu einer Herabsetzung der auf den Tragflächen 14 und 15 auftretenden Luftturbulenzen, die von den Tragflächen 12 und 13 erzeugt werden können, welche bei der Vorwärtsbewegung durch die Luft den Tragflächen 14 und 15 unmittelbar vorausgehen. Dazu kommt, daß der Abstand der Tragflächen 12 und 13 gegenüber den Tragflächen 14 und 15 so gewählt ist, daß ein Tandem-Effekt oder eine Verstärkungswirkung erreicht wird. Die Tragflächen 14 und 15 weisen vorzugsweise einen Abstand von den Tragflächen 12 und 13 auf, aufgrund dessen die Luft-Propellereinrichtungen 22 und 23, die zu den Tragflächen 12 und 13 gehören, einen abwärts gegen die Luft-Propellereinrichtungen 24 und 25 gerichteten Luftstrom erzeugen. Infolgedessen arbeiten die Luft-Propellereinrichtungen 24 und 25 mit einem größeren Wirkungsgrad, als der Fall wäre, wenn die Luft-Propellereinrichtungen 22 und 23 nicht vorhanden wären. Tatsächlich ist die Hubwirkung auf die Tragflächen 14 und 15 ein Ergebnis der von dem Luftstrom erzeugten Hubkraft die von den Luft-Propellereinrichtungen 24 und 25 selbst hervorgerufen wird, sowie der von dem Luftstrom bewirkten Hubkraft, welcher von den Luft-Propellereinrichtungen 22 und 23 erzeugt wird.

An den Außenspitzen der Tragflächen 12 und 14 sind sich in vertikaler Richtung erstreckende Flächenkörper 50 bzw. 51 angebracht, die einen Schwimmer 52 tragen.

der sich unter den Tragflächen 12 und 14 erstreckt und mit der Wasseroberfläche in Berührung treten kann. Die Flächenkörper 50 und 51 sind undurchlässig und bestrebt, den die Tragflächenspitzen umströmenden Luftstrom auf ein Mindestmaß zu beschränken. Damit erzeugen die Flächenkörper 50 und 51 den an sich bekannten »Endplatten«-Effekt, um den Wirkungsgrad der Tragflächen 12 und 14 zu vergrößern. Mit den Tragflächen 13 und 15 sind sich in vertikaler Richtung erstreckende Flächenkörper 60 und 61 verbunden, die an ihren Enden einen Schwimmer 63 tragen, der ebenfalls mit der Wasseroberfläche in Berührung treten kann. Die Schwimmer 52 und 63 wirken auf das Wasserfahrzeug stabilisierend.

Wenn das Wasserfahrzeug 10 im Wasser schwimmt und die Luftpropellereinrichtungen 22—24 nicht arbeiten, dann taucht der Rumpf relativ tief in das Wasser ein. Wenn das Wasserfahrzeug 10 durch das Wasser vorwärtsgetrieben wird, während der Rumpf 11 tief eingetaucht ist, dann wirken auf den Rumpf Wasserwiderstandskräfte ein, deren Überwindung verhältnismäßig große Energie erfordert, so daß das Fahrzeug mit einer nur verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit vorwärtsgetrieben werden kann. Die Tragflächen 12—15 und die Luft-Propellereinrichturigen 22—25 heben jedoch den Rumpf 11 an, so daß nur ein verhältnismäßig kleiner Teil desselben in das Wasser eintaucht. Durch Verringerung der Eintauchtiefe des Rumpfs 11 werden auch die Wasserwiderstandskräfte,

die auf den Rumpf übertragen werden, wenn sich das Wasserfahrzeug 10 durch das Wasser bewegt, stark vermindert. Dies ermöglicht es, das Wasserfahrzeug 10 mit verhältnismäßig geringer Energie bei hoher Geschwindigkeit vorwärtszutreiben. Auf diese Weise

wird das Wasserfahrzeug 10 zum Hochgeschwindigkeitsfahrzeug.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeug mit einem mit einer Wassergleitfläche versehenen Rumpf mit einer Luft-Propellereinrichtung, mit einer Tragflächeneinrichtang, die sich über der Wasseroberfläche befindet, sich quer zum Rumpf erstreckt und die* den Rumpf aus einer in das Wasser eingetauchten ersten Lage in eine zweite, in das Wasser weniger eingetauchten Lage anhebt und mit in der Nähe der äußeren Tragflächenenden an Stützen befindlichen Schwimmern, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Hinterkante (i6b) der Tragfläche eine halbrunde Aussparung befindet, die von einem halbrunden Hinterkantenoberflächenteii (30) begrenzt wird, der einen die Oberseite (17) der Tragfläche (12, 13, 14, 15) schneidenden oberen Rand (31) sowie einen die Unterseite (18) der Tragfläche schneidenden Rand (32) aufweist, und daß die Luft-Propellereinrichtung (22, 23, 24, 25) um eine etwa senkrechte Achse rotierende Propellerflügel (33) aufweist, deren Spitzen sich auf einer kreisrunden Bahn bewegen, welche wenigstens teilweise in der halbrunden Aussparung liegt und die einen vorderen Abschnitt aufweist, welcher sich nahe an dem vorderen Teil der Aussparung befindet und über der Unterseite (18) der Tragfläche Hegt und unterhalb der Oberseite (17) der Tragfläche, und daß die Propellerflügel (33) in einer Ebene rotieren, die zur Bewegungsrichtung des Rumpfes (11) geneigt ist und die Hinterkantenoberfläche den Teil (30) der Tragfläche schneidet.

2. Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflächeneinrichtung (12, 13, 14, 15) aus einem ersten Paar Tragflächen (12, 13) und einem zweiten, mit Abstand hinter dem ersten Tragflächenpaar angeordneten Paar Tragflächen (14, 15) besteht, und daß sich in jeder Tragfläche (12, 13, 14, 15) eine Luft-Propellereinrichtung (22,23,24,25) befindet.

3. Hochgeschwindigkeitswasserfahrieug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den äußeren Enden der Tragflächen (12, 13, 14, 15) außerhalb der Propellerflügel (33) als Stützen der Schwimmer Flächenkörper (50, 51, 52, 60, 61, 63) vorgesehen sind.

4. Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenkörper (50, 51, 60,61) mit von den Tragflächen (12,

• 13, 14, 15) ausgehenden, auseinanderstrebenden Vorder- und Hinterkanten versehen sind.

5. Hochgeschwindigkeitswasserfahrzeug nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwimmer (52,63) auf jeder Seite des Rumpfes (11) zu einem einzigen, einteiligen Körper vereinigt sind.