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Strahl-Steueranlage für Wasserfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich
auf eine Strahl-Steueranlage, wie sie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben
ist.
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Es ist bekannt, daß bei Querstrahl-Steueranlagen bei Fahrt in Längsrichtung
des Schiffes und während gleichzeitigeT 3etrieb der Querstrahleinrichtung, also
bei gleich7'C.itier Qllerverschieben des Schiffes bezogen auf aie Fahrtrichtung
winter dem die Querverschiebung verursachenden Tunnel an den 30=awänden je ein Über-
bzw. Unterdruckfeld entsteht, die der Querverschiebung entgegenwirken. Es wurde
daher vorgeschlagen, hinter dem Querstrahltunnel einen zusätzlichen Ausgleichskanal
vorzusehen, der dieses Druckpotential abbauend ausgleicht (DT-AS 2 032 716).
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Es ist ferner ein Querstrahlsteuer bekannt, bei dem der oben beschriebene
Druckausgleich durch Ausgleichskanäle erfolgt, die die störenden Druckfelder mit
dem den Querschub erzeugenden Tunnel etwa in K-Form verbindet (DT-Gm 72 30 725).
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Schließlich ist noch eine Querstrahleinrichtung, insbescndere Bugstrahlruder,
mit einem in einer Mischdüse gelagerten Propeller bekannt. Der den Propeller enthaltende
Tunnel erstreckt sich im wesentlichen von einer Bordwand des Schiffes zur
anderen.
Zum Ausgleich der störenden Druckfelder ist das äußere Mischrohr zu dem den Propeller
enthaltenden Tunnel exzentrisch angeordnet. Dadurch ergibt sich ein Ausgleichskanal,
der einen etwa halbmondartigen Querschnitt aufweist, die ganze Querschubeinrichtung
ist dadurch in Länsrichtung des Schiffes oval. Im Unterschied zur unten beschriebenen
Erfindung ist es aber wesentlich, daß ein getrennter schubausfuhrender Tunnel und
ein davon getrennter Ausgleichskanal vorgesehen sind (DT-Gm 72 05 613).
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Alle beschriebenen Einrichtungen gehen von der zu Anfang beschriebenen
Entdeckung aus, daß sich bei Querstrahlrudern den Querschub hemmende Druckfelder
an den Bordwänden entstehen und alle Einrichtungen versuchen, diese Druckfelder
mit mehr oder weniger gleichen Mitteln, nämlich mit Druckausgleichskanälen, diese
Druckfelder abzubauen.
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Der Erfinder hat sich zur Aufgabe eine Einrichtung gemacht, diese
Druckfelder überhaupt zu vermeiden oder mindestens so zu mildern, daß besondere
Druckausgleichskanäle o.dgl. nicht erforderlich sind.
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Der Erfinder geht von seiner Erkenntnis aus, daß die Querschnittsform
des Querstrahls die Ursache für die oben beschriebenen Druckfelder ist. Wirbelbilder
zeigen, daß der austretende Querstrahl vom Fahrwasser wie ein fester, kreiszylindrischer
Körper
umströmt wird. Ein Kreisquerschnitt ist aber ein sehr schlechtes Strömungsprofil.
Es entsteht daher hinter der Austrittsöffnung ein Wassermangel, gewissermaßen ein
Loch, das zu dem bekannten Sogfeld führt. Außerdem bewirkt das mit dem Querstrahl
zusammentreffende Fahrtwasser, daß sich der austretende Strahl am Schiff anlehnt
und dadurch das den Querschub entgegenwirkende Sogfeld verstärkt.
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An der Ansaugöffnung hat das vorbeiflieSende Wasser zu ienig Zeit,
die Strömungsrichtung um 900 in den Quertunnel hinein zu ändern, so daß die Ansaugöffnung
an den vonihr in Richtung des Quertunnels beschleunigten Wasserteilchen schon vorbeigefahren
ist, wenn das Teilchen in die Nähe der Bordwand kommt.
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Das Teilchen trifft dann hinter der Ansaugöffnung auf die Bordwand
und erzeugt dort ein Druckfeld.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einer Strahl-Steueranlage
gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafterweise wird dabei
so vorgegangen, daß die Anlage nach der Erfindung mit dem Merkmal es Anspruchs 2
oder des Anspruchs 3 versehen wird. Besonders günstig ist eine Kombination aus den
Merkmalen der Ansprüche 2 und 3.
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Besonders strömungsgünstige Verhältnisse ergeben die Merkmale des
Anspruchs 4.
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Die Erfindung kann zum Zwecke der Leistungssteigerung nach Anspruch
5 weitergebildet werden, wobei im Sinne der Erfindung eine Ausgestaltung mit dem
Merkmal des Anspruchs 6 vorteilhaft ist, weil dadurch der mit mehreren nebeneinander
angeordneten Propellern ausgestaltete Querkanal für einen stromliniengünstigen Querstrom
gestaltet werden kann.
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Die Erfindung ist nicht auf Querstrahl-Steueranlagen mit quer zur
Schiffslängsachse liegenden Ein- und Austrittsöffnungen beschränkt, sondern richtet
sich auch auf Anlagen, bei denen sich lediglich die Eintritts- oder die Austrittsöffnung
an einer der beiden Bordwände befindet. So kann die Erfindung die Merkmale des Anspruchs
7 aufweisen. Dabei kann der vom Schiffsboden ansaugende Krümmer entweder schwenkbar
sein, wie in der DT-PS 2 216 344 beschrieben ist, oder das angesaugte Wasser kann
mit Klappen, Schiebern o.dgl. in die gewählte Richtung geleitet werden. Auch trifft
die Erfindung selbstverständlich auch auf Eintritts- oder Austrittsöffnungen zu,
die sich beispielsweise am Schiffsboden befinden. Hier treten zwar keine den Querschub
hemmenden Druckfelder auf, jedoch kann auch hier ein auf das Fahrtwasser bezogener
strömungsgünstiger Querstrahl günstiger sein als ein Querstrahl mit kreisförmigem
Querschnitt.
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Während mit den bisher beschriebenen Maßnahmen der Querkanal so gestaltet
ist, daß sich ein für den Fahrtstrom günstiger
Querstrom bildet,
kann auch ein aus mehreren Querkanälen mit kreisförmigem Querschnitt gebildete Kanalkombination
verwendet werden, die die Merkmale des Anspruchs 9 aufweist.
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Die Erfindung ist nicht nur auf Querstromanlagen od.dgl. beschränkt,
bei denen sich die Sin- und Austrittsöffnungen gegenüberliegen, sondern richtet
sich auch auf Anlagen, wo diese übereinander angeordnet sind.
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Ferner kann der Querkanal od.dgl. als Diffusor gestaltet werden, d.h.,
der Querkanal kann so ausgebildet werden, daß die Strahlfläche vergrößert wird,
was nach den Strahlgesetzen einen höheren Schub bei gleicher Leistung ergibt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden
Beschreibung hervor.
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Die Erfindung ist anhand der Figuren 1 bis 22 mit Beispielen erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Querkanal, der erfindungsgemäß in Richtung
der Längsachse des Schiffes erweitert und in Richtung der Höhe verengt ist.
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Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Kanal nach Fig. 1 Fig. 3 zeigt
ein anderes Beispiel für einen in der einen Achse erweiterten und in der anderen
Achse verengten Querkanal. Ein Schnitt hierduch entspricht Fig. 2.
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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Art.
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Fig. 4 zeigt einen Schnitt des Kanals nach Fig. 5.
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Fig. 6 zeigt schematisch eine andere Form der Erfindung, und zwar
mit einseitig erweitertem Querkanal.
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Fig. 7 -zeigt einen Schnitt des Kanals nach Fig. 6.
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Fig. 8 und 9 zeigen ein anderes Beispiel für diese Ausfünrungsform.
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Fig. 10 zeigt schematisch einen Querkanal nach der Erfindung, der
in Richtung der Längsachse erweitert, aber in Richtung der Höhe nicht verengt ist.
Gleichzeitig zeigt dieses Beispiel einen ummantelten Propeller, der auch bei anderen
Beispielen vorgesehen sein könnte.
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Fig. 11 Zeigt einen Schnitt durch den Kanal nach Fig. 10.
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Fig. 12 und 13 zeigen ein Beispiel mit zwei nebeneinander angeordneten
Propellern und mit in Richtung der Längsachse des Schiffes beiderseits erweitertem
Kanal.
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Fig. 14 bis 17 zeigen schematisch Beispiele fürnebeneinander angeordnete
Propeller in einem Kanal, der lediglich nach einer Seite hin erweitert ist.
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Fig. 18 bis 20 zeigen schematisch eine Strahl-Steueranlage, bei der
das Wasser vom Schiffsboden her angesaugt und wahlweise nach der Seite ausgestoßen
wird.
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Fig. 21 und 22 zeigen schematisch eine Querkanal-Kombination nach
der Erfindung.
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FigS1 und 2 zeigen eine Querstrahl-Steueranlage 1, die im Bug eines
Wasserfahrzeugs 2, quer zur Längsachse 3 des Schiffes angeordnet ist. Die Querstrahl-Steueranlage
besteht im wesentlichen aus einem Kanal 4, in dem ein Propeller 5 in bekannter Weise
antreibbar und umsteuerbar gelagert ist. Zu den in den Bordwänden 6,7 angeordneten
Öffnungen 8,9 hin ist der Querkanal in Richtung der Längsachse des Schiffes erweitert
und rechtwinkelig dazu in Richtung der Höhe verengt. Dadurch ergeben sich ovale
Öffnungen, die entsprechend geformte Querströme des Wassers zur Folge haben, die
vom Fahrtstrom (parallel zur Längsachse des Schiffes) mit vermindertem Widerstand
umströmt werden, so daß sich, bezogen auf -die Fahrtrichtung hinter den Querströmen
an den Bordwänden keine oder stark verminderte störende Druckfelder ergeben.
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Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, bei der die Öffnungen
in den Bordwänden in Höhenrichtung stärker verengt und in Längsrichtung stärker
und spitz zulaufend erweitert sind.
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Dadurch ergeben sich Querströme mit geringerer Dicke und kleinerem
Widerstand für den Fahrtstrom.
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Fig. 4 und 5 zeigen einen Querkanal 10 ähnlichen Typs. Doch sind die
Öffnungen so gestaltet, daß sich eine sogenannte Stromlinienform ergibt, wie schematisch
und beispielhaft in Fig. 5 hergestellt ist.
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Während die Querkanäle des oben geschriebenen Typs in Bängsrichtung
beiderseits der Propellerachse erweitert sind, ist der Querkanal 11 nach den Fig.
6 und 7 lediglich, bezogen auf die Fahrtrichtung, hinter den Querkanal erweitert,
so daß sich eine Stromlinienform ergibt. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 8
und 9 ist bei dem sonst ähnlichen Querkanal 12 auf eine Verengung der Höhenrichtung
verzichtet zugunsten einer günstigen Herstellbarkeit des Querkanals.
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Die Ausführungsform nach den Fig. 10 und 11 ahnelt der nach Fig. 3
mit dem Unterschied, daß auch hier mit Rücksicht auf die Herstellung auf eine Verengung
in Höhenrichtung verzichtet wurde.
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Diese Ausführungsform ist mit einem Beispiel kombiniert, bei dem der
Propeller zur Vermeidung von Schwingungen und Minderung von Geräuschen ummantelt
ist. Diese Ummantelung ist nicht zu vergleichen mit dem Tunnel der vorher beschriebenen
bekannten Mischdüse, weil bei der Erfindung die Ummantelung sich lediglich über
den Axialbereich des Propellers erstreckt und daher so weit von den Öffnungen des
Kanals entfernt ist, daß das Einströmen der Wasserteilchen dadurch nicht behindert
ist.
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Fig. 12,13 zeigen ein Beispiel für einen Querkanal 13, in dem zwei
Propeller 14,15 nebeneinander angeordnet sind. Es ergibt sich dadurch eine strömungsgünstige
Kanalform, bei der ein größerer Bereich des Kanalquerschnittes von wasserfördernden
Mitteln, z.B. den Propellern, abgedeckt ist. Das Ausführungsbeispiel nach den Fig.14,15
stellt eine Abwandlung dar, bei der der Kanal
lediglich nach hinten
erweitert ist. Der Erfindungszweck würde mindestens annähernd bereits erreicht werden,
wenn gar keine Erweiterung vorgesehen wäre, weil der gewissermaßen von Natur aus
in die Länge gezogene Querkanal bereits eine bessere Strömung zuläßt als ein Kanal
mit Kreisquerschnitt.
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In der Bauform nach den Fig. 16,17 ist der hintere 16 der beiden Propeller
16,17 kleiner als der vordere 17 ausgebildet, wodurch sich eine Stromlinienform
ergibt, die bei diesen Beispiel noch durch eine nach hinten spitze Erweiterung verstärkt
ist. Eine Verengung in der Höhenrichtung ist bei den Kanaltypen mit mehreren nebeneinander
oder hintereinander angeordneten Propellern (Fig. 12 bis 17) nicht gezeigt, jedoch
ohne Schwierigkeit ausführbar. Es können auch mehr als zwei Propeller nebeneinander
angeordnet sein.
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Die Fig. 18 bis 20 zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Wasser
vom Boden 18 des Schiffes 19 aus von einem Propeller 20 od.dgl. angesaugt und über
einen Krümmer 21 wahlweise durch Kanäle 22,23 an einer der beiden Bordwände ausgestoßen
wird. Zum Lenken des Wasserstrahls sind fernbetätigbare Klappen 26 vorgesehen, von
denen eine gezeichnet ist. Der Propeller od. dgl.
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wird von einem nicht gezeichneten Motor aus über bekannte Leistungsübertragungsmittel
27 angetrieben. Die Öffnungen an den Bordwänden der Kanäle sind gemäß der Erfindung
strömungsgünstig gestaltet. Statt des gezeichneten Krümmers kann auch ein schwenkbarer
vorgesehen sein oder eine andere Strahl-Leiteinrichtung. Das wesentliche ist die
Formgebung des Strahls,
der quer zur Fahrtrichtung aus- oder eintritt.
So kann es auch zweckEßig sein, die Eintrittsöffnung 28 strömungsgünstig zu gestalten.
Hierzu wird der Propeller zweckmäßigerweise höher als gezeichnet angeordnet.
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Die Fig.21 und 22 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung,
bei dem mehrere Querstrahlkanäle 29,30,31 eng nebeneinander angeordnet sind. Jeder
Kanal ist mit einem antreibbaren und umsteuerbaren Propeller 32,33,34 versehen.
Die Durchmesser der Querstrahlkanäle sind so aufeinander abgestimmt, daß sich im
Sinne der Erfindung in der Kombination eine Stromlinienform od.dgl. ergibt. Zur
Erhöhung dieser Wirkung können abweichend von den Zeichnungen die äußerenQuerstrahlkanäle
30,31 oder nur der hintere 31 oval oder spitz auslaufend erweitert sein. Diese Ausgostaltung
der Erfindung ist Belbstverständlich nicht an die gezeichnete Ausführungsform gebunden,
sondern matJgeblich für die Größenverhältnisse der Querstrahlkanäle ist die für
den bestimmten Zweck geeignete Stromlinienform. Außerdem können die einzelnen Querstrahlkanäle
abweichend von der Kreisform sich aneinander anpassend gestaltet sein.
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Von den gezeichneten und beschriebenen Strahl-Steueranlagen können,
falls erforderlich, mehrere im Wasserfahrzeug vorgesehen sein. Sie können, falls
zweckdienlich auch mit bekannten Ausgleichskanälen kombiniert sein.
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Bei allen Anordnungen kann der Strahl vom Propellerdurchmesser
aus
diffusorartig erweitert werden, um eine größere Strahlfläche und größeren Schub
zu erzielen. Die Strahlfäche kann auch verkleinert werden, um bei übermäßigen Strahlformänderungen
die Formänderungsverluste klein zu halten. Weiterhin ist es möglich, den Austrittsmittelpunkt
gegenüber dem Propellermittelpunkt zu verschieben, z.B. nach vorn oder nach hinten,
jenachdem, wie Schiffsform und/oder Modellversuche es erfordern.
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Fig. 23 zeigt schematisch eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung.
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Bei der Ausgestaltung nach Fig. 23 geht der Querkanal von
einem inneren Kanalabschnitt (35) ausgehend in einen~sichl trichterförmig erweiternden
Kanalabschnitt (36) über, wie etwa die Fig. 2,4 und 7 zeigen, um dem Querstrahl
die strömungsgünstige Form zu geben. Um den Querstrahl wieder zu bündeln, setzt
sich dieser trichterförmige oder ähnliche Kanalabschnitt nach außen hin in etwa
prismatisch geformten äußeren ganalabschnitt 37 fort, der also im wesentlichen parallele
Wände aufweist. Es kann auch vorteilhatt sein, Austritt leicht zu verengen, d.h.,
die austretenden Wände etwas konvergierend anziiordnen, wodurch die Bündelung noch
verstärkt wird. Durch diese Ausgestaltung wird die Wirkung des Strahlsteuers erhöht
und der Widerstand des Wasserstrahls vermindert.
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Begriffsliste 1 Querstrahl-Steueranlage 2 Wasserfahrzeuge 3 Längsachse
4 Kanal 5 Propeller 6) Bordwand 7) 8) Öffnungen 9) 10) 11) Querkanal 12) 13 Querkanal
14) Propeller 15) 16) 17) Propeller 18 Boden 19 Schiff 20 Propeller 21 Krümmer 22)
Kanäle 23) 24) Bordwände 25) 26 Klappen 27 Beistungsübe*ragungsmittel 28 Eintrittsöffnung
29) 30t Querstrahlkanäle 31) 32) 33) Propeller 34) 35? schiffinnerer Kanalabschnitt
36 trichterförmiger Kanalabschnitt 37 äußerer Kanalabschritt