DE2339305C3

DE2339305C3 - Wasserfahrzeug

Info

Publication number: DE2339305C3
Application number: DE2339305A
Authority: DE
Inventors: Allen Virginia Beach Va. Jones Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-08-10
Filing date: 1973-08-03
Publication date: 1979-03-15
Also published as: JPS4944493A; US3881438A; US3995575A; JPS53132195U; IL42328A0; DE2339305B2; IL42328A; SE7310939L; GB1420275A; DE2339305A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einem als Auftriebskörper wirkenden, im Querschnitt angenähert T-förmigen Rumpf mit einem oberen, breiten Rumpfabschnitt mit vertikalen Rumpfseitenwänden und einem am Rumpfboden angebrachten, über angenähert die gesamte Rumpflänge verlaufenden Kielabschnitt, an dem beiderseits Gruppen von gestaffelten Tragflügeln angeordnet sind, die bei Fahrt einen zusätzlichen Auftrieb erzeugen.

Bei einem bekannten Wasserfahrzeug dieser Art (FR-Zusatz-PS 4 270) sind die Tragflächen beiderseits eines schmalen Kiels angebracht, der sich von dem flachen Rumpfboden nach unten erstreckt. Ein derartiges Wasserfahrzeug hat zwei grundsätzlich unterschiedliche Betriebszustände, nämlich einmal die reine oder überwiegende Verdrängerfahrt, wobei der breite Rumpfabschnitt immer noch teilweise eingetaucht ist und die Tragflügel nur zur Erzielung eines zusätzlichen, dynamischen Auftriebs dienen; zum anderen könnte das Wasserfahrzeug bei ausreichend hoher Antriebsleistung derart in Gleitfahrt kommen, daß das Wasserfahrzeug fast nur noch von den Tragflügeln getragen wird, wobei der Kielabschnitt nur einen geringen Auftrieb erzeugt

Bei dem erstgenannten Betriebszustand steigt die erforderliche Antriebsleistung bei Erhöhung der Geschwindigkeit erheblich an, weil trotz verstärkten Auftriebs keine der den Fahrtwiderstand beeiniflussenden Größen wesentlich verringert wird; insbesondere verringert sich die benetzte Fläche kaum, und der Wellenwiderstand nimmt ebenfalls nicht ab.

Der Obergang in den zweitgenannten Betnebszustand des reinen Gleitens erfolgt bei dem bekannten Wasserfahrzeug völlig abrupt, sobald der Rumpfboden über die Wasseroberfläche angehoben wird. Da der Kiel sehr schmal ist, wird der Schiffsrumpf in diesem 2Iustand nahezu ausschließlich von den dynamischen Auftriebskräften der Tragflügel getragen. Abgesehen von den Stabilitätsproblemen beim Obergang in die Gleitfahrt ergibt sich bei der Gleitfahrt ein weiteres Stabilitätsproblem bei der Höhensteuerung des Schiffsrumpfs. Da ein Tragflügel unabhängig von seinem Abstand zur Wasseroberfläche die gleiche dynamische Auftriebskraft erzeugt, kann ein Gleichgewicht der Höhensteuerung nur dadurch erzielt werden, daß mindestens einer der Tragflügel im Bereich der Wasseroberfläche liegt. Nur dann tritt bei einem Anheben des Rumpfes eine

Verringerung der dynamischen Auftriebskräfte ein, die wieder zu einem Absinken des Rumpfes und damit zu einer konstanten Höhensteuerung führt.

Besondere Schwierigkeiten können sich insbesondere bei schwerem Seegang ergeben, wenn plötzlich eine größere Rumpfbodenfläche über die Wasseroberfläche angehoben wird und dabei den unregelmäßig wechselnden Kräften der Wellen ausgesetzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Wasserfahrzeug der eingangs genannten Art so auszubilden, daß

ein kontinuierlicher Übergang, insbesondere ohne labile Gleichgewichtszustände, von der reinen oder überwiegenden Verdrängerfahrt zu einem Fahrtzustand mit überwiegend dynamischem Auftrieb möglich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Rumpfboden von den Rumpfseitenwänden zum Kielabschnitt beiderseits schräg abfallend ausgeführt ist, daß die Verdrängungswasserlinie im Bereich des Übergangs von den Rumpfseitenwänden in den abfallenden Rumpfboden liegt, und daß die

4^r> Wasserlinie bei Tragflügelfahrt im Bereich des Übergangs vom abfallenden Rumpfboden in den Kielabschnitt liegt.

Bei dieser Rumpfform verlagert sich die jeweilige Wasserlinie je nach Betriebszustand in dem keilförmi-

^r>o gen Rumpfabschnitt zwischen dem oberen breiten Rumpfabschnitt und dem Kielabschnitt, d. h. die Wasserlinie bewegt sich in einem Bereich, in dem die Verdrängungsauftriebskräfte beim Anheben des Rumpfes stark abnehmen. Dadurch stellt sich in jedem Betriebspunkt ein stabiles Gleichgewicht ein. Da der Kielabschnitt auch bei größter Fahrt noch als Verdrängungsauftriebskörper wirkt, wird kein Betriebszustand erreicht, bei dem nur noch die dynamischen Auftriebskräfte der Tragflügel den Rumpf tragen. Auch

W) bei höchster Fahrt gilt noch die Bedingung, daß bei einem stärkeren Anheben des Rumpfes die Gesamtauftriebskräfte durch eine Verringerung des Verdrängungsauftriebs verringert werden, so daß sich eine stabile Höhenstellung des Rumpfes einstellt, ohne daß einer der Tragflügel aus der Wasseroberfläche heraustreten müßte.

Bei einem bekannten Wasserfahrzeug (US-PS 18 00 408) sind seitlich am Schiffsrumpf Stabilisierungs-

flössen angebracht, die sowohl einzeln als auch gemeinsam gesteuert werden können; sie dienen jedoch nicht zur Erhöhung des dynamischen Auftriebs. Hierbei kommt es im Betrieb nicht zu einer Verlagerung der Wasserlinie im Bereich eines Rumpfabschnitts mit abfallendem Rumpfboden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Wasserfahrzeug mit am Kielabscbnitt angeordneten gestaffelten Tragflügeln,

F i g. 2 eine Seitenansicht des Wasserfahrzeugs,

F i g. 3 eine Bodenansicht des Wasserfahrzeugs,

F i g. 4 eine Bugansicht des Wasserfahrzeugs,

F i g. 5 eine vergrößerte Teilseitenansicht des Wasserfahrzeuges,

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-Vl in F i g. 5,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VlI-VlI in Fig. 5 und

Fig.8 einen Schnitt längs der Linie VIII-Viii in Fig.7.

Das in den Fig. 1—4 gezeigte Wasserfahrzeug 10 weist eine Steuerbordwand 11 und eine Backbordwand 12 auf, die zu einem Bug 13 zusammenlaufen, sowie ein stumpfes Heck 14. Ein Deck 15 ist zur Aufnahme von Lasten bestimmt, beispielsweise Containern. Am hinteren Ende des Decks 15 befindet sich ein Steuerhaus 50 mit darunterliegenden Mannschaftsräumen 51.

Der Rumpf des Wasserfahrzeugs 10 ist im Querschnitt angenähert T-förmig. Ein oberer, bretter Rumpfabschnitt weist vertikale Rumpfseitenwände 16, 17 auf, die jeweils in einen Rumpfboden 18 bzw. 19 übergehen, der beiderseits zu einem Kielabschnitt 20,21 schräg abfallend ausgeführt ist. Die beiden den Kielabschnitt darstellenden Seitenwände sind an ihrem unteren Ende durch einen Kielboden 22 miteinander verbunden. Der Abstand zwischen den Seitenwänden beträgt etwa ein Drittel der Breite des oberen Rumpfabschnitts zwischen den beiden Rumpfseitenwänden 16 und 17.

Entlang dem Kielabschnitt 20, 21 sind eine vordere Gruppe 25 und eine hintere Gruppe 26 von jeweils drei Tragflügelpaaren angeordnet. Jeweils die vorderen beiden Tragflügelpaare jeder Gruppe sind gleichsinnig um zueinander parallele Längsachsen drehbar, um eine Beeinflussung der Trimmlage des Wasserfahrzeugs zu erreichen. Die Tragflügel des jeweils hinteren Tragflügelpaares sind gegensinnig um eine gemeinsame Längsachse verdrehbar, um eine Rollsteuerung zu erreichen. Alle drei Tragflügelpaare können vorzugsweise bei Fahrtbeginn in einer gemeinsamen, nach vorn ansteigenden Ebene ausgerichtet werden.

Wenn das Wasserfahrzeug 10 keine Fahrt macht und nur von den durch die Wasserverdrängung erzeugten Auftriebskräften getragen wird, befindet sich die Wasserlinie im Bereich des Übergangs von den Rumpfseitenwänden 16, 17 zu dem abfallenden Rumpfboden 18, 19. Wenn das Wasserfahrzeug 10 bei Tragflügelfahrt teilweise durch die Wirkung der Tragflügel getragen wird, liegt die Wasserlinie im Bereich des Übergangs vom abfallenden Rumpfboden 18,19 in den Kielabschnitt 20,21.

In den F i g. 5—8 sind die Tragflügel der Gruppe 25 in Einzelheiten gezeigt Die Gruppe besteht aus drei Paaren von Tragflügeln 60, 61, 62, 63 und 64, 65. Die vorderen, gleichsinnig verdrehbaren Paare von Tragflächen 60,61 und 62,63 werden von einer Welle 70 bzw.

ίο 73 getragen, die in Lagern 71,72 bzw. 74,75 gelagert ist.

Hydraulische Arbeitszylinder 76 und 77 sind mit ihren

oberen Enden 78,79 an einem Rahmenteil 80 befestigt.

Ihre Kolbenstangen 82,83 sind mit Kurbelarmen 84, 85 verbunden, die an den Wellen 70, 73 befestigt sind. Bei einer Betätigung der hydraulischen Zylinder 76, 77 werden die Wellen 70,73 und damit die Tragflügel 60,61 und 62,63 verdreht

Die hinteren Tragflügel 64, 65 werden jeweils von einer Welle 90 bzw. 93 getragen, die in Lagern 91,92,94 gelagert sind. Zwei hydraulische Zylinder 95,96 sind an ihren oberen Enden 97, 98 mit einem Rahmen 100 verbunden. Ihre Kolbenstangen 101 und 102 sind über Hebelarme 103 und 104 mit den Wellen 90 bzw. 93 verbunden. Die hydraulischen Zylinder 95, 96 werden entgegengesetzt betätigt, um die Tragflügel 64, 65 in entgegengesetzten Richtungen zu drehen.

Wie in F i g. 2 gezeigt, können alle Tragflügel 60—65 in einer gemeinsamen Ebene ausgerichtet werden, um eine ununterbrochene, ansteigende Fläche zu bilden, die

ίο das Wasserfahrzeug schon bei geringer Fahrt schnell anhebt. Sobald die Tragflügelfahrt erreicht ist, können die beiden vorderen Paare von Tragflügeln 60, 61 und 62,63 in der beschriebenen Weise für eine Trimmsteuerung des Wasserfahrzeugs verwendet werden, während

J5 die hinteren Tragflügel 64, 65 für eine Rollsteuerung verwendet werden können. Die Tragflügel 64, 65 werden auch verwendet, um das Schiff bei Wendemanövern zu neigen.

Die Tragflügel können in jeder gewünschten Anzahl

-ίο von Gruppen entlang dem Kielabschnitt des Rumpfes angeordnet werden. Vorzugsweise wird dabei der gegenseitige Abstand der Tragflügelgruppen so gewählt, daß eine Kavitationswirkung der einen Tragflügelgruppe die Wirkungsweise der nächsten Tragflügelgruppe nicht stört. Vorzugsweise sind die Tragflügel nur so kurz, daß sie nicht über die maximale Breite des Decks 15 hinausragen, so daß das Wasserfahrzeug in herkömmlicher Weise an einem Pier festmachen kann.

Das Wasserfahrzeug 10 kann beispielsweise durch

^r»i) herkömmliche Wasserstrahlantriebe angetrieben werden. Wie in den Fig. 1 und 2 angedeutet, ist auf jeder Bordseite eine Gasturbine 30 angeordnet. Die Gasturbine 30 treibt eine Pumpe 33, die Wasser durch eine Einlaßleitung 34 aufnimmt und durch eine oberhalb der Wasserfläche befindliche Wasserstrahldüse 35 abgibt. Wendemanöver auf kleinem Raum werden durch Bug- und Heck-Strahlantriebe 40, 41 erleichtert, die jeweils mit Rumpföffnungen 42, 43 verbunden sind und umkehrbare Pumpen 44,45 aufweisen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Wasserfahrzeug mit einem als Auftriebskörper wirkenden, im Querschnitt angenähert T-förmigen Rumpf mit einem oberen, breiten Rumpfabschnitt mit vertikalen Rumpfseitenwänden und einem am Rumpfboden angebrachten, über angenähert die gesamte Rumpflänge verlaufenden Kielabschnitt, an dem beiderseits Gruppen von gestaffelten Tragflügeln angeordnet sind, die bei Fahrt einen zusätzlichen Auftrieb erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpfboden (18,19) von den Rumpfseitenwänden (16, 17) zum Kielabschnitt (20, 21) beiderseits schräg abfallend ausgeführt ist, daß die Verdrängungswasserlinie im Bereich des Obergangs von den Rumpfseitenwänden (16, 17) in den abfallenden Rumpfboden (18,19) liegt, und daß die Wasserlinie bei Tragflügelfahrt im Bereich des Übergangs vom abfallenden Rumpfboden (IS, 19) in den Kielabschnitt (20,21) liegt

2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kielabschnitts (20, 21) etwa ein Drittel der Breite des oberen Rumpfabschnitts beträgt.

3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Rumpfbodens zwischen 35° und 55° liegt

4. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflügel (60—65) jeder Gruppe unmittelbar hintereinander angeordnet und derart um eine horizontale Querachse schwenkbar sind, daß alle Tragflügel jeder Gruppe in einer gemeinsamen, nach vorn ansteigenden Ebene ausrichtbar sind.

5. Wasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gegenüberliegende Tragflügel (64, 65) gegensinnig verstellbar sind.

6. Wasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei gegenüberliegende Tragflügel (60, 61 bzw. 62, 63) gemeinsam gleichsinnig verstellbar sind.