DE2751270A1

DE2751270A1 - Seitensteuerung fuer wasserstrahlantriebe

Info

Publication number: DE2751270A1
Application number: DE19772751270
Authority: DE
Inventors: James Harry Logan
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 1977-04-07
Filing date: 1977-11-14
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS53126693A; FR2386448A1; GB1541186A; FR2386448B3; US4073258A

Description

The Boeing Company, Seattle, Washington 89124, V₀ St· A.

Seitensteuerung für Wasserstrahlantriebe

Die vorliegende Erfindung betrifft Wasserstrahlantriebe für Wasserfahrzeuge und insbesondere eine Steuerung zur Ausübung und Steuerung der seitlichen Bewegung des Fahrzeugs_o

Die Erfindung ist besonders geeignet für die Antriebe von Tragflächenbooten, obgleich ihr Nutzen nicht unbedingt auf solche Fahrzeuge beschränkt ist; sie läßt eich in jedem Wasserstrahlantriebssystem für Wasserfahrzeuge beliebiger Art einsetzen. Tragflächenboote haben einen Rumpf, der auf Streben abgestützt ist, an deren unteren Enden sich Tragflächen befinden_e Treibt man ein solches Fahrzeug mit ausreichender Geschwindigkeit vor, entwickeln die Tragflächen unter Wasser einen Auftrieb und fangen den Rumpf bereits über der Wasseroberfläche ab_e Für derartige Fahrzeuge lassen sich natürlich beliebige Antriebe verwenden; häufig setzt man jedoch Wasserstrahlantriebe ein. Tn einem solchen System befinden sich auf gegenüberliegenden

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Seiten der Mittellinie des Fahrzeugs zwei Drucksfcrahler. In oder auf einer der Streben befindet sich ein Was:5oreinlaß, der Usssor unter dem Staudruck der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs im Wassur aufnimmt. Das durch den Einlaß eintretende Wasser wird in zwei Ströme unterteilt und zwei Pumpen zugeführt, die das V/asser beschleunigen und es nach hinten zu zwei sehr schnellen Strahlen wieder abgeben, so daß nach rom gerichtete Reaktionskräfte auftreten, die das Fahrzeug vortreiben. Auf diese Weise entsteht ein verhältnismäßig einfaches System, mit dem das Fahrzeug bei der Tragflächenfahrt die gewünschte hohe Geschwindigkeit beibehalten kanne Bei geringen Geschwindigkeiten - bspw_o beim Annähern an eine Anlegestelle - übee die Tragflächen keinen Hub mehr aus; das Fahrzeug setzt sich auf das Wasser und fährt nun in Verdrängungsfahrt. Der Durckstrahlantrieb arbeitet weiter wie zuvor, aber mit geringerer Geschwindigkeit der Pumpen«

Im normalen Betrieb bei der Tragflächen- oder der Verdrängungsfahrt wird das Fahrzeug mittels eines Steuerrads gesteuert, das afu das Ruder und die Steuerflächen des Fahrzeugs über eine geeignete Steuerung arbeitete Zusätzlich werden die beiden Druckstrahler mindestens bei der Tragflächenfahrt zur Unterstützung der Steuerung ausgenutzt, indem sie die Wirkung der Steuerflächen und des Ruders unterstützen oder auch als primäres Steuersystem arbeiten. Zu diesem Zweck sind die Druckstrahler mit winklig bewegbaren Leiteinrichtungen versehen, die die Richtung der Druckstrahlen steuern. Die Leiteinrichtungen werden vom Steuerrad her so gesteuert, daß die Druckstrahlen parallel bleiben und gleich-

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zeitig winklig bewegt werden können, um das Fahrzeug steuern zu können. Zusätzlich ist ein Schubumkehrer für jeden Druckntrahl vorgesehen, der sich in eine Lage schwenken läßt, in der er den Druckstrahl nach vorn umlenkt und damit die iichubrichtung umkehrt;,

Wenn wie oben erwähnt, ein Tragflächen- oder anderes V/nsserfahrzeug zu Beginn oder am Ende einer Fahrt sich an die Anlegesteil heran oder von ihr wegbewegt, arbeitet es mit verhäitnismäßig geringer Geschwindigkeit im Verdränungsbetrieb;, Unter diesen Bedingungen ist häufig eine seitliche Bewegung des Fahrzeugs mit oder ohne einer gewissen Drehung um die Gierachse erwünscht, um das Fahrzeug in die gewünschte Position zu bringen. Das Gieren läßt sich erreichen, indem man einen der üruckstrahl-jr umkehrt; auf diese Weise erhält man aber eine nur geringe seitliche Bewegung des FahrzeugSo Man hat auch Bugschubeinheiten eingesetzt, um das Manövrieren bei der Verdrängungsfahrt zu erleichtern. Eine solche Anordnung besteht aus einer Schraube auf einer liuerwelle im Bug des Fahrzeugs, die einen seitlichen Schub ausübt« Eine solche Anordnung kann hydraulisch vom Hauptantrieb her gespeist werden; dann ist die verfügbare Leistung jedoch begrenzt, da das Manövrieren bei dieser Art gewöhnlich im Leerlauf oder bei verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit stattfindet und der maximale Durchmesser der Schraube durch den verhältnismäßig geringen Tiefgang des Tragflächenboots am Bug begrenzt ist. Der für ein seitliches Manövrieren mittels einer Bugschubeinheit verfügbare Schub ist daher sehr begrenzt. Diese Anordnungen ge-

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währen zwar im gewissen Ausmaß die Mäglichkeit des Manövrierens bei gringer Geschwindigkeit„ Es gibt aber viele Bedingungen bspw. Windgeschwindigkeit und -richtung oder Strömungsverhältnisse -, in denen der Schub, den sie entwickeln, nicht ausreicht. Im allgemeinen ist daher die mit der Verwendung von Bugschubeinheiten erreichbare Manövrierbarkeit nicht ausreichend.

Mit der vorliegenden Erfindung lassen sich die Bugschubeinheiten nun umgehen. Dabei wird die seitliche Bewegung des Fahrzeugs durch nur die Vortriebsstrahler bewirkt und gesteuert.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Steuerung für ein Wasserfahrzeug mit einem Antriebssystem mit zwei im allgemeinen parallelen Wasserstrahlern, die heckseitig gerichtet sind und jeweils mit einer Leiteinrichtung, die die Winkelrichtung des Druckstrahls bestimmt, und einer Schubumkehreinrichtung versehen sind, um die Richtung des Strahlschubs umzukehren. Diese Steuerung weist eine erste Steuereinrichtung für die Leiteinrichtung auf, die die Strahlen normalerweise parallel zueinander hält und beide Leiteinrichtungen miteinander bewegt, um gleichzeitig die Richtung der Strahlen zu ändern. Die erste Steuereinrichtung weist auch Mittel auf, um die Leiteinrichtungen in entgegengesetzter Richtung in divergierende Lagen zu setzen, so daß die Strahlen unter gleichen Winkeln zur Mittellinie des Fahrzeugs auseinanderstreben· Schließlich ist eine zweite Steuereinrichtung vorgesehen, mit der sich Schubumkehreinrichtungen unabhängig voneinander einstellen lassen, so daß man den Schub

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eines der Druckstrahler umkehren kann, während die Strahlen sich in der aufgespreizten Stellung befinden, um eine seitliche Bewegung des Wn s £3 ο rf nhrzeugs zu bewirken·

Die Steuerung nach der vorliegenden Erfindung erlaubt im normalen Betrieb ein Arbeiten der Druckstrahler auf die übliche Weise unter der Steuerung durch dan .Steuerrad. Beim Manövrieren mit geringer Geschwindigkeit - wie bi;pw_u beim An- oder Ablegen, wie oben erwähnt - lassen die Druck strahl er sich von der Steuerung durch das Steuerrad losen und für ein seitliches Manövrieren verwenden. Wie bereits erwähnt, ist jeder Druckstrahler normalerweise mit einer winklig beweglichen Leiteinrichtung, durch die der Druckstrahl verläuft, um seine Richtung einzustellen, und mit einem separat gesteuerten Schubumkehrer versehen. Nach der vorliegenden Erfindung erfolgt die seitliche Bewegung, indem man die Leiteinrichtungen in entgegengesetzte Richtungen dreht, so daß die Druckstrahlen aufgespreizt werden; hierbei handelt es sich vorzugsweise um voreingestellte Positionen unter gleichen Winkeln auf gegenüberliegenden Seiten der Mittellinie des Fahrzeugs_o Gleichzeitig wird der Umkehrer des einen Druckstrahlers in Betrieb genommen, um den Strahldruck umzukehren» Der Effekt dieser Aufspreizung der Strahleinrichtungen und der Schubumkehr eines der Druckstrahlen bewirkt eine seitliche Komponente der Fahrzeugbewegung, die sich leicht und genau einstellen läßt. Die Richtung und erwünschtenfalls auch die Größe der Gierung lassen sich einstellen, indem man den Winkel der Druckstrahlen steuert bzw, einen von ihnen auf einen einer Vielzahl von vorgewählten Winkelwerten einstellte Die-

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ses System ergibt eine bessere Manövrierbarkeit als sich mit verfügbaren Bugschubanordnungen erreichen läßt. Der erzeugte Seitenschub reicht dabei aus, um das Fahrzeug nach Wunsch bei beliebigem Wind- oder Seegang zu manövrieren.

Die vorliegende Erfindung soll nun unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben werden·

Figo 1 ist eine Perspektivdarstellung des Heckteils eines Tragflächenboots mit Wasserstrahlantrieb;

Fig. 2 und 5 sind schaubildliche Darstellungen, die die beim seitlichen Manövrieren des Fahrzeugs auftretenden Kräfte zeigen;

Fig. 4- ist eine weitere schaubildliche Darstellung und zeigt das Prinzip der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ist eine Perspektivdarste llung der Leit- und der Schubumkehreinrichtung jedes der Druckstrahler;

Fig. 6 ist ein schaubildlicher Längsschnitt einer Leit- und einer Schubumkehreinrichtung in der Umkehrlage;

Fig. 7 und 8 sind schaubildliche Draufsichten der Leit- und der Schubumkehreinrichtung in zwei unterschiedlichen Positionen des Vorwärtsbetriebs; und

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Fig. 9 ist eine schaubildliche Darstellung einer Steuerung nach der vorliegenden FJrf i

Wie bereits ausgeführt, betrifft die vorliegende Erfindung Wasserstrahlantriebe für Wasserfahrzeuge und insbesondere für Tragflächenbootes Während eine Steuerung noch der vorliegenden Erfindung sich auf jeden Zweistrahl-Antrieb für Wasserfahrzeuge beliebiger Art anwenden läßt, ist sie hier nn einem Antrieb für ein Tragflächenboot erläutert, wie in den [JS-FSn 3.745.959 und 3.918o2^r>b beschrieben., Das System ist in der Fig. 1 en einem Fahrzeug dargestellt, das einen Rumpf 1ü beliebiger Art oder Konstruktion r.owie Streben 12 aufweist, die bei 14 schwenkbar am hinteren Rümpfende befestigt sind. Die Streben 12 sind an ihren unteren Enden durch ein Tragflächensystem 16 miteinander verbunden, das Steuerflächen aufweisen kann und, wie gezeigt, quer zum Fahrezeug verläuft. Die Streben 12 sind an den Punkten 14 schwenkbar gelagert und lassen sich wenn dar, Fahrzeug mit geringer Geschwindigkeit in der Verdrängungsfahrt fährt, des Wasser flach ist oder aus sonstigen Gründen in eine waagerechte Lage schwenken. Eine entsprechende einschwenkbare Strebe ist am Bug des Fahrzeugs vorgesehen und kann auch um eine Vertikalachse geschwenkt werden, um als Ruder zu wirken_o

Das Vortreibssystem weist eine Wassereinlaßkonstruktion 18 auf »iner Mittelsäule 20 auf, die auf dem Tragflächensystem 16 sitzt. Im Rumpf 10 befindet sich ein Schlitz 21, der die Säule 20 bei eingezogenen Tragflächen aufnimmt_o Die Einlaßkonstruktion 18 weist

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eine Einlaßöffnung 72 an ihrem vorderen Ende auf, durch die Wasser unter lern ."-Staudruck infolge der Vorv/ärtsf ahrt des Fahrzeugs einströmt. Das durch die Öffnung 22 eintretende Wasser strömt durch einen l'nml in der Säule 20, wonach es aufgeteilt und zu den Ein-IMssen vor i.va.i Schleuderpumpen (nicht gezeigt) geführt wird, die ;·: · r ·■! ι beschleunigen und nach hinten durch die Doppelstrahl- -lüren ?^l\ wieder ausstoßen. Die resultierenden Keaktionskräfte bewirken ilni Vorl. fiel) für dar W'.· ■-rrf rhrzeug. Die Pumpen werden vorzufTswei se von eigenen Antriebsmaschinen angetrieben, die in beliebiger i'-usführung vorliegen können und mit separaten Geschwindigrei tseinstellern gesteuert werden. Jeder der Düsen ?A ist auch mit einer licit- und Schubumkehreinrichtung 26 versehen, deren ι onstruktion und Arbeitsweise im folgenden ausführlich beschrieben werden, Drp Tragflächenboot und dessen. Antrieb 3elbst sind in den obengenannten Patentschriften ausführlich erläutert«,

im normalen Betrieb des Fahrzeugs bei der Tragflächen- oder der Verdrängungsfahrt wird Wasser kontinuierlich eingezogen und zum

nt lieb in zwei Druckstrahlen ausgestoßen,, Zusätzlich können die Dmckstrahlen zur Steuerung bzw_o zur Stützung der Steuerung bei dej Verrlrp.ngungsfahrt eingesetzt werden und werden parallel zueinander gehalten; ihre Richtung steuert das Steuerrad, wie im

folgenden ausführlicher beschrieben« In einigen Situationen und insbesondere bei der Verdrängungsfahrt mit geringer Geschwindigkeit; - bspwc beim An- und Ablegen — ist häufig eine seitliche >·( (Mini' des Fahrzeugs mit oder ohne Gierung erwünscht« Das Giev-ι; iff; '-ahrzeugs erreicht man mit den Druckstrahlen des Fahrzeugs

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auf die in Figo 2 gezeigte Weise, in der Vektoren die von den Druckstrahlen bewirkten Vortriebskräfte darstellen« Die Vektoren A und B in dieser Figur stellen die parallelen Vortriebskräfte der beiden Druckstrahlen dar, die unter einem gewünschten Winkel von der Mittellinie des Fahrzeugs weggelenkt werden.. Um das Fahrzeug zu gieren, ist einer der Druckstrahlen durch Inbetriebnahme dessen Schubumkehrers umgekehrt worden, wie mit der Richtung des Vektors A gezeigt. Wie einzusehen ist, treten, wenn man die Antriebskräfte in ihre Längs- und Querkomponenten aufteilt, gleiche und entgegengesetzte Längskräfte beiderseits der Mittellinie auf, die ein Kräftepaar bilden, das den Bezug des Fahrzeugs nach Backbord drückt; vergle Figo 2o Die Querkomponenten der Kräfte sind jedoch einander entgegengesetzt und fast gleich, so daß sich wenig oder kein seitlicher Schub ergibt und das Fahrzeug nur um seinen Schwerpunkt ohne wesentliche seitliche Bewegung dreht. Man hat Bugschubanordnungen in Kombination mit der Umkehr eines Druckatrahls in dem Versuch verwendet, seitliche Manovrierbarkeit zu gewinnen,.Wie abder oben ausgeführt, waren diese Versuche wegen der Grenzen des verfügbaren Schubs und der mangelnden Flexibilität der Manöver ohne Erfolg·

Nach der vorliegenden Erfindung lassen diese Schwierigkeiten sich überwinden, indem man die Druckstrahler von der Steuerung durch das Steuerrad,löst und sie so stellt, daß sich eine seitliche Kraft und ausreichende Manovrierbarkeit gemeinsam mit einer etwa erforderlichen Gierung leicht erreichen lassen. Wie in Fig. 3 gezeigt, erfolgt dies, indem man die Drucketreklen in entgegenge-

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setzte Richtungen bezüglich der Mittellinie bewegt, so daß sie aufgespreizt bzw. in divergierende Winkellagen gestellt werden, wie es die Vektoren A¹ und B¹ in Pig_e 3 zeigen, die wiederum die Vortriebskräfte der jeweiligen Druckstrahlen kennzeichnen· Wie ▼or, ist der Bachbordstrahl - vergl. den Vektor A¹ - umgekehrt worden; die Komponenten bei der Vortriebskräfte sind eingezeichnet«, Die Längskomponenten sind wiederum auf beiden Seiten der Mittellinie gleich und entgegengesetzt, so daß sich ein Wendemoment ergibt. Die seitlichen Komponenten verlaufen jedoch nun in die gleiche Richtung und addieren sich also«. Im Resultat tritt ein seitlicher Schub auf, der das Fahrzeug seitlich bewegt. Es ist also die Notwendigkeit einer Bugschubanordnung eliminiert, da ein erheblicher Seitenschub bereits von den Seitenkomponenten der Druckstrahlen selbst erzeugt wird« Die Gierung erzeugen die Längskomponenten der Vortriebskräfte, die ein Kräftepaar aufspannen, wobei die Größe und Richtung der Gierung sich mit der relativen Stärke der Längs- und Querkomponenten einstellen läßto Dies läßt sich mit dem Ablenkwinkel der Druckstrahlen und der Gevchwindigkeit der Antriebspumpen erreichen.

Diese Bedingungen sind im Diagramm der Fig. 4 weiter erläutert» Wie dort schaubildlich gezeigt und unten ausführlicher beschrieben, ist jeder Strahldüse eine Leiteinrichtung 28 und ein Schubumkehrer 29 zugeordnet. Die Leiteinrichtungen 28 sind im wesentlichen rohrförmige Kanäle, die sich winklig bewegen können, um die Richtung der Druckstrahlen zu ändern, die durch sie hindurchlaufen_o Die Schubumkehrer 29 sind bewegliche Schaufeln ("buckets"),

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mit denen der Strahlschub sich umkehren läßt» In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Umkehrer unabhängig gesteuert, die Leiteinrichtungen Jedoch gemeinsam in voreingestellte Stellungen gebracht. Während des normalen Tragflächenbetriebs mit hoher Geschwindigkeit werden die Leiteinrichtungen parallel zueinander und zur Mittellinie des Fahrzeugs gehalten., Die vertikal geschwenkte Vorderstrebe dient als Ruder und das Richtungssteuern erfolgt mittels dieses Ruders und anderer Steuerflächen vom Steuerrad her_o Bei der Verdrängungsfahrt mit geringerer Geschwindigkeit können die Leiteinrichtungen zur Steuerung vom Steuerrad auf der Brücke her benutzt werden, arbeiten aber immer noch parallel zueinander. Dabei giert man, indem man einen der Druckstrahlen umkehrt, wie oben erläutert» Um das Fahrzeug seitlich zu bewegen, muß im oder nahe am Mittelpunkt des seitlichen Widerstands eine seitliche Kraft aufgebracht werden« Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Kraft erzeugt, indem man die beiden Druckstrahlen auseinanderspreizt und einen von ihnen umkehrt, wie oben erläutert. Indem man den Winkel der Strahlen entsprechend einstellt, läßt die resultierende Kraft sich auch am richtigen Punkt angreifend aufbringen, damit nur eine Seitenbewegung erfolgt. Wenn auch ein gewisses Gieren gewünscht ist, muß die Kraft geringfügig vor oder hinter dem Mittelpunkt des Seitenwiderstands angreifen. Der Mittelpunkt des Seitenwiderstands kann als derjenige Punkt betrachtet werden, in dem die resultierende der Kräfte (Wasser, Wind, usw») angreift, die einer seitlichen Bewegung entgegenwirken,. Bringt man eine entgegengesetzt wirkende Kraft an diesem Punkt auf, bewegt das Fahrzeug sich also nur seitlich, ohne zu gieren» Der An-

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griffspunkt der resultierenden Lateralkraft bestimmt sich aus der Lage der Druckstrahlen und läßt sich genau einstellen, indem man den Winkel der Druckstrahlen entsprechend schwenkt. Auf diese Weise erhält man mit Leichtigkeit eine seitliche Bewegung ohne oder mit Gierung in beliebiger Richtung· Die Geschwindigkeit der Antriebspumpen bestimmt dabei die Höhe der "Kraft und damit die seitliche Geschwindigkeit und das Ausmaß, nicht aber die Richtung der Gierbewegung«

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind für die Leit- bzw» Ablenkanordnungen drei Torgewählte Stellungen vorgesehen. In der Stellung ji der Fig. 4 liegen die Leitelemente 28 unter Winkeln von 15° in entgegengesetzten Richtungen von der Mittellinie des Fahrzeugs. In dieser Lage und mit umgekehrten Backbordstrahl, wie gezeigt, giert das Fahrzeug so, daß der Bug sich in die Richtung der Seitenbewegung schwingt, d.h. nach Backbord. Die Lage £ wird normalerweise verwendet, wenn der Wind von einer Anlegestelle her, der das Fahrzeug sich nähert, auf dieses zu weht, oder unter ähnlichen Bedingungen, wenn das Fahrzeug gegen den Wind gehalten werden muß. Zn der zweiten Lage b_, liegen die Leitelemente unter Winkeln von 16° von der Richtung der Mittellinie; in dieser Lage erfolgt eine Seitenbewegung im wesentlichen ohne Gieren. Diese Lage benutzt man bei schwachem Wind, wenn nufr eine seitliche Bewegung erforderlich ist. In der dritten Lage c_ liegen die Leitelemente unter Winkeln von 21° von der Richtung der Mittellinie; in dieser Lage giert das Fahrzeug in die Richtung der Seitenbewegung, d.h. der Bug schwingt nach steuer-

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bord, wie in Fig» 4 gezeigte Diese Lage würde man bspw«, dann verwenden, wenn der Wind zur Anlegestelle gerichtet ist. Die Stärke und Geschwindigkeit der Gierung in den Lagen a. und C_- läßt sich einstellen, indem man die Geschwindigkeit der Antriebspumpen und damit die Stärke des Wendemoments variiert.

Die in der Figo 4- gezeigten speziellen Winkellagen sind natürlich nur zur Erläuterung angegeben und können sich je nach Fahrzeug und für unterschiedliche Konfigurationen ändern,, Bspw_o wird ein Tragflächenboot bei der Verdrängungsfahrt normalerweise mit abgesenkter Vordertragfläche und aufgeschwenkter Hintertragfläche betrieben«, Für andere Konfigurationen - bspw_o bei entweder abge— senkter oder aufgeschwenkter Vorder- und Hintertragfläche können kleinere oder größere Winkel erforderlich sein. Dies läßt sich in die Steuerung aufnehmen, indem man zusätzliche Vorwahllagen für die Leitelemente einbaut, die der Fahrzeugführer auswählen kann» In vielen Fällen kann es so erforderlich sein, für ein Leitelement fünf anstelle der drei Lagen vorzusehen, die hier zur Erläuterung angegeben sind«. In allen Fällen wird darunter auch eine Mittellage (entsprechend b in Fig. 4) sein, bei der die Gierung im wesentlichen gleich null ist„ Kleinere Winkel der Druckst rauen bewirken, daß der Bug zum umgekehrten Druckstrahl schwingt, während größere Winkel ein Gieren in die entgegengesetzte Richtung bewirken«. Die erforderliche oder erwünschte Anzahl von Winkelstellungen beiderseits der Mittellage läßt sich leicht vorsehen«, Es wäre natürlich auch möglich, die Winkel der Leitelemente von Hand einzustellen, aber dies ist unnötig; vor—

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zugsweise sieht man eine sinnvolle Anzahl von Voreinstelllagen vor; wie beschrieben; mit dieser Maßnahme läßt sich das Manövrieren des Fahrzeugs erheblich erleichtern.

Eine Leit- und Schubumkehranordnung 26 für einen Druckstrahl ist in Pig» 5 gezeigt. Wie einzusehen ist, ist diese Anordnung nur erläuternd ausgeführt; es kann hier jede geeignete Anordnung dieser allgemeinen Art eingesetzt werden« Eine solche Anordnung ist jedem der beiden Druckstrahler 24 zugeordnet. Wie in Figo 5 gezeigt, ist die Anordnung 26 auf einem kreisrunden Flansch 30 angeordnet, der mit der Strahldüse verbolzt ist. Das Leitelement 32 ist allgemein rohrförmig mit bspwo rechteckigem Querschnitt und liegt unmittelbar vor der Düse 24-, so daß der Druckstrahl durch das Leitelement hindurchverläuft· Das Leitelement 32 ist um eine vertikale Achse drehbar mit den Winkeln 33 auf dem Flansch 30 gelagert und läßt sich winklig um diese Achse mittels eines Hebelarms 34 schwenken, der oben am Leitelement befestigt ist.

Der Schubumkehrer 35 besteht aus einer Umkehrschaufel geeigneter Gestalt, die das äußere Ende des Leitelements 32 abdecken und umschließen kann. Wenn der Umkehrer sich in der Umkehrlage befindet, wird der Druckstrahl nach unten und dann nach hinten durch eine öffnung 36 am Boden der Schaufel umgelenkt, so daß die Richtung des Strahlschubs sich umkehrt. Der Umkehrer 35 ist um die gleiche Achse drehbar gelagert wie das Leitelement 32 und liegt normalerweise nach einer Seite weggeschwenkt (vergl. Figo 5)» so daß der Druekstrahl durch das Leitelement 32 hindurch nach hinten ohne Be-

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hinderung abgeht» Der Umkehrer 35 ist jedoch um die Vertikalachse mit einem an seinem oberen Ende angebrachten Arm 37 in die Umkehrlage schwenkbar. Die Lage des Leitelements 32 wird von einem Hydraulikzylinder 40 gesteuert, der bei 41 schwmnkbar auf einem ortsfesten Teil des Fahrzeugs angebracht ist und dessen einziehbare Kolbenstange 42 bei 43 schwenkbar an dem Kurbelarm 34 angeschlagen ist, der das Leitelement bewegte Der Umkehrer 35 wird mit einem Hydraulikzylinder 44 gesteuert, der schwenkbar bei 45 auf dem Kurbelarm sitzt und sich mit diesem bewegte Der Zylinder 44 hat eine einziehbare Kolbenstange 46, die mit dem Arm 37 verbunden ist, der den Umkehrer 35 betätigte

Die Zylinder 40, 44 werden hydraulisch betätigt, indem man öl oder eine anderes Druckmittel auf ein oder das andere Ende gibt, um die jeweilige Kolbenstange hin- und herzubewegen_o Die Zylinder werden durch geeignete Ventilanordnungen, diese ihrerseits elektrisch mittels der im folgenden zu beschreibenden Steuerung betätigt. Die Fig» 5 zeigt die normale Vorwärtsstellung der Anordnung, in der das Leitelement 32 den Druckstrahl zum Heck des lahrzeugs hin ausstößt und der Umkehrer 35 sich auf einer Seite außerhalb des Strahlweges befindet. Um den Strahlschub umzukehren, wird mit dem Zylinder 44 der Umkehrer um seine Vertikalachse in eine Lage geschwenkt, in der er den Auslaß des Leitelements 32 abdeckt, wie schematisiert in Figo 6 gezeigt_o In dieser Lage lenkt er den Druckstrahl nach unten und kehrt seine Richtung um, wobei das Wasser durch die öffnung 36 unten am Leitelement entweicht_o Auf diese Weise wird der Strahlschub umgekehrt.

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Die Winkellage des Leitelements 32 ist schematisiert in den Pig» 7 und 8 dargestellte Die Fig. 7 entspricht allgemein der in Figo 5 gezeigten Lage; dabei befindet das Leitelement sich in einer mit der Düse 24 im wesentlichen ausgerichteten Lage, der Umkehrer 35 seitlich außerhalb des Weges des Druckstrahls. Das Leitelement ist durch den Zylinder 40 winklig um seine Vertikalachse in bspw. die in Fig«, 8 gezeigte Lage bewegbar, in der die Richtung des Druckstrahls und damit der Vortriebskraft geändert sind. Infolge der Lagerung des Zylinders 4 auf dem Kurbelarm 34 bewegen der Zylinder 44 und der Umkehrer 35 sich mit dem Leitelement, so daß der Umkehrer außerhalb des Strömungswegs des Druckstrahls bleibt. Wenn der Strahlschub in beliebiger Lage des Leitelemeats umgekehrt werden soll, geschieht dies durch Betätigen des Zylinders 44, der den Umkehrer um seine Achse in die Umkehrlage bezüglich des Leitelements dreht. Das Leitelement und der Umkehrer lassen sich also unabhängig voneinander steuern und man kann das Leitdement in eine beliebige Winkellage zum Betrieb mit Vor- oder Rückschub drehen. Wie einzusehen ist, kann anstelle der hier zur Erläuterung ausgeführten speziellen Mechanik jede geeignete Leit- bzw. Ablenk- und Schubumkehranordnung eingesetzt werden.

Ein vereinfachtes Diagramm einer bevorzugten Steuerung ist in der Fig. 9 gezeigt«, Wie dort gezeigt und oben beschrieben, werden die Back- und Steuerbord-Leitelemente 32 und die Back- und Staierbord-Umkehrer 35 separat betrieben; jedes dieser Elemente weist seine eigne Steuerschaltung auf.

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Die beiden Leitelemente 32 weisen jeweils einen eigenen Stauerkreis auf, die beiden Kreise können - mit Ausnahme der unten angegebenen Unterschiede - identisch aufgebaut sein_o In jedem Fall ist ein Potentiometer 50 über eine Gleichspannungsquelle 51 gelegt; die Abgriffe 52 der beiden Potentiometer 50 sind miteinander auf geeignete Weise - bspw. über die mechanische Verbindung 53 - verkoppelt, wobei diese Verbindung mit dem Steuerrad54 verbunden isto Das Steuerrad 54 wird vom Fahrzeugführer betätigt und betätigt eine Stelleinrichtung beliebiger Art, die das Ruder und die anderen Steuerflächen des Fahrzeugs entsprechend den Befehlen vom Steuerrad her einstellte Die Leitelemente 32 werden ebenfalls vom Steuerrad während des normalen Betriebs des Fahrzeugs über die Verbindung 53 betätigte Wie oben erwähnt, wird jedes Leitelement 32 von einem Zylinder 40 unter Steuerung durch ein Ventialsystem 55 betätigt, das in beliebiger und geeigneter Weise ausgeführt sein kann und durch einen Elektromagneten 56 betätigt wird. Jedes Leitelement 32 ist mit einem mechanischen Wandler oder Stellungsgeber versehen, der mit der mechanischen Verbindung 57 zu einem beweglichen Kontakt 58 auf einem festen Widerstand 59 dargestellt ist, der über der Gleichspannungsquelle 51 liegt.

Ein Schalter 60 mit 4 Stellungen ist für jedes Leitelement vorgesehen und weist vier Kontakte auf«. Die Schalter können miteinander gekoppelt sein, wie bei 61 gezeigt, oder d»rch einen einzelnen Schalter mit zwei Kontaktsätzen ersetzt werden. Jeder Abgriff 52 ist an einen der Kontaktanschlüsse des jeweiligen Schalters 60 geführt; der Schalter führt zum Elektromagneten 56» der auch an

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den Kontakt-Abgriff 58 des Widerstands 59 gelegt isto Drei Festwiderstände 62, 63» 64 sind ebenfalls vorgesehen und liegen parallel über der GleLchspannungsquelle 51· Die Widersbände 62, 63, 64 steuern die Bewegung des Leitelements in eine von drei voreingestellten Lagen entsprechend den Lagen a± t> und c_ der Figo 4. Zu diesem Zweck ist für die Stellung ja der Widerstand 62 mit einem Abgriff an den zweiten Kontakt des Schalters 60, der Widerstand 63 für die Stellung b_ mit einem Abgriff an einen dritten Kontakt und der Widerstand 64 für die Stellung c_ mit einem Abgriff an den vierten Kontakt (verglo Fig. 4) gelegto

Im Betrieb dieser Steueranordnung wird, wenn der Schalter sich bspwo in der linken Stellung befindet, so daß der Abgriff 52 am Elektromagneten 56 liegt, die Spannung des Potentiometers 50 am Abgriff 52 der Spannung des Widerstands 59 am Kontakt 59 entgegengesetzt an den Elektromagneten 56 gelegt. Die Spannung über dem Elektromagneten 56 ist also die Differenz zwischen diesen beiden Spannungen; weicht sie von null ab, erregt sie den Elektromagneten, der das Ventil 55 betätigt. Dann bewegt der Zylinder das Leitelement 32 in eine oder die andere Richtung, und zwar abhängig von der Richtung der Spannung. Der Kontakt 58 des Wandlers 57 bewegt sich dabei entsprechend mit, bis er einen Punkt auf dem Widerstand 59 erreicht hat, in dem die Spannung die vom Potentiometer 50 ausgleicht ο An disem Punkt wird die Spannung über dem Elektromagneten 56 wieder Null und das Leitelement bleibt in dieser Lage stehen«. Wie ersichtlich, kann das Leitelement 32 bewegt werden, indem man den Kontakt 52 in eine Richtung oder die andere

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bewegt; diese Bewegung bewirkt eine entsprechende Bewegung des LeibeLemenbs, bis die Spannung am Kontakt 5H gleich der Spannung am Anschluß 52 ist.

Im normalen Vorwärtsbetrieb liegen die Schalter 60 an den linken Anschlüssen und beide bewegliche Kontakte 52 bewegen sich gemeinsam entsprechend ilen Bewegungen des Steuerrades 54. Die beiden Leiteleaiente 32 sind also elektrisch miteinander verkoppelt und werden parallel gehalten; weiterhin lassen sie sich gleichzeitig in eine andere Winkellage auslenken, wie oben beschrieben,, Kür das seitliche Manövrieren des Fahrzeugs v/erden die Schalter· ύθ in eine andere der drei Stellungen gelegt, die den Lagen _a, b_ und o_ der Figo 4 entsprechen. Dabei wurde die Steuerung der Leitelemente vom Steuerrad gelöst und laufen die Leitelemente in eine der voreingestellten festen Lagen, die von den Abgriffen auf den drei Festwiderständen 62, 63, 64 bestimmt werden_o Die Abgriffe auf diesen Widerständen sind so angeordnet, daß die Leitelemente in genau diejenigen Winkellagen gebracht werden, die erforderlich ist, um die gewünschte Bierrichtung und die Bewegung in entgegengesetzten Richtungen mit der gewünschten Winkelaufspreizung zu bewirken» Mit dem Schalter 60 kann man aLso die Leitelemente von der Bindung an das Steuerrad Lösen und sie in eine der vorgewählten Winkellagen bringeno Es ist einzusehen, daß sich auf fünf oder mehr Vorwahlstellungen vorsehen lassen, falls erforderlich, wie oben erläutert. Dies geschieht einfach durch zusätzliche Festwlderstäiidc mit entsprechenden öpaimungsabgrlffen^

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Die Umkehrer 35 werden unabhängig davon betrieben und lassen sich auf beliebige geeignete Weise steuern_o Die Figo 9 zeigt eine Umkehrst euerung der in den oben genannten Patentschriften ausführlich offenbarten Art· Jede der Umkehrer 35 wird mit einem Regler 66 betätigt, der auch die Geschwindigkeit der zugehörigen Antriebspumpe (vergl. 67) bestimmt. Ein Potentiometer 68 mit Abgriff 69 ist über die Gleichspannungsleitung 51 gelegt und der Kontakt 69 ist mechanisch mit dem Regler 66 verbunden, um von diesem bewegt zu werden«, Weiterhin liegt ein fester Widerstand über der Gleichspannungsquelle und weist einen beweglichen Kontakt 73 auf, der mechanisch - vergl«, 74· - mit dem Umkehrer 35 verbunden ist, um einen Stellungswandler für den Umkehrer auszubilden» Eine Ventilmechanik 75 beliebiger geeigneter Art ist vorgesehen, um den hydraulischen Zylinder 44 zu betätigen, der den Umkehrer 35 auf die oben beschriebene Art betreibt. Die Ventilmechanik 75 wird von einem Elektromagneten 76 betätigt, der zwischen dem beweglichen Abgriff 69 und dem beweglichen Abgriff 73 liegt, so daß der Elektromagnet 76 von der Spannungsdifferenz zwischenden Kontakten 69, 73 erregt wird. Bei einer Bewegung des Kontakts 69 durch den Regler 66 bewegt sich also der Umkehrer, bis der Kontakt 73 eine entsprechende Lage erreicht. Wie in den genannten Patentschriften ausführlicher dargestellt, ist die Anordnung des Potentiometers 68 und der Geschwindigkeitssteuerung 67 so getroffen, daß der Abgriff 69 sich im gesamten Mittelteil des Potentiometers 68 versetzen läßt, während die Geschwindigkeitssteuerung auf Leerlauf gestellt bleibt» Der Umkehrer 35 bewegt sich entsprechend von der Voll-Vorwärts-Stellung an einem Ende dieser Bewegung zur Voll-Rück-

würfcs-Stellunp; am anderen linde. Eine weitere Bewegung des Heglers über diese Rmkte hina\in bewirkt eine Geschwindigkeitszunahme der Antri ebspumpe, während ύοχ^ Umkehrer in der Vor- oder Rückwärtsloge bleibt;., Kino genau gleiche Steuerung ist für den anderen Umkehrer vorgesehen, so daß sie oich unabhängig voneinander auf jede gewünschte Lage oder Geschwindigkeit einstellen lassen,,

Es ist also einzusehen, dali ei no .'Steuerung angegeben worden ist, die ein wesentlich verbessertes :-e.itliches Manövrieren eines Wasserfahrzeuges mit StI¹C¹IhI antri eb erlaubte, Dies läßt sich leicht mit der oben genannten Steuerung erreichen, in der die Leitelemente beim normalen Betrieb zur Richtungssteuerung auf herkömm— liehe V/eise benutzt werden können,, "Kür das seitliche Manövrieren werden sie jedoch von dem Steuerrad gelöst und in eine einer Anzahl von voreingestellten Lagen gebracht, in denen die Leitelemente in entgegengesetzt.er Richtung in genau vorbestimmten Winkeln von der Hittelinie wc?g weisen» Wird dann einer der Druckstrahlen durch Betätigen der Umkehrschaufel umgekehrt, ergibt sich ein Seitenschub, der das Fahrzeug seitlich in die Richtung des umgekehrten Sti-sh.Is schwingt, und zwar mit oder ohne Gieren, wie vom Anstellwinkel der Strahlen bestimmt, und mit einer Giergeschwindigkeit und -stärke, die sich leicht mit der Relativgeschwindigkeit der Vortriebspumpen ei nrA öl len lassen,, Auf diese Weise erhält man eine sehr gute Manövrierfähigkeit, die mit herkömmlichen Bugscbubanordnungen nicht erreichbar ist und es ermöglicht, einen so starken Seitenschub, wie erforderlich, mit ausreichendem Gieren in jeder gewünschten Richtung zu erzeugen um das Fahrzeug

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un^er beliebigen Wind- oder Strömungsbedini^ungen manövrieren zu können«, Das System läßt sich mittels eines einfachen Zahlschalters gemeinsam mit den Keglern ohne spezielle Geräte oder unübliche Fertigkeiten leicht steuern» Eine wesentliche 7t;rbeüi;t;rung der rianovrierbarkeit und Leichtigkeit der Steuerung eines Fahrzeugs mit Wasserstrahlantrieb und speziell eines Tragflächenboots läßt sich so erreichen.

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Telegramm-Adresse:

Quadratur Berlin " Qnadratar Münch

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B 1187 Pat ent ansprüche

Steueranordnung für ein Wasserfahrzeug mit einem Antrieb mit zwei allgemein parallelen Wasserstrehlen, die zum Fahrzeugheck gerichtet sind und denen jeweils eine Leiteinrichtung zur Steuerung der Winkelrichtung des Strahls und eine Schubumkehreinrichtung zum Umkehren der Richtung des Strahls zugeordnet sind, gekennzeichnet durch eine erste Steuereinrichtung für die Leiteinrichtung, die normalerweise die Strahlen parallel zueinander hält und beide Leiteinrichtungen gemeinsam bewegt, um die Richtung der Strahlen gleichzeitig zu ändern, und auch Mittel aufweist, um die Leiteinrichtungen in entgegengesetzte, auseinanderweisende Richtungen zu bewegen, so daß die Strahlen unter gleichen Winkeln von der Mittellinie des Fahrzeugs divergieren, und durch eine zweite Steuereinrichtung, um die Schubumkehreinrichtungen unabhängig voneinander einzustellen, so daß der Schub eines <ler Strahlen umgekehrt werden kann, werden die Strahlen sich in der aus— einanderweisenden Lage befinden, um das Fahrzeug seitlich zu bewegen.
2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

ORIGINAL INSPECTED

die erste Steiiereinrichtung die Leiteinrichtungen in eine voreingestellte divergente Winkellage stellt»

Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinrichtung die Leiteinrichtungen in eine vorgewählte einer Vielzahl von voreingestellten divergenten Winkellagen stellt.

4-O Steueranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß es sich bei der Leiteinrichtung für jeden Druckstrahl um ein allgemein rohrfönniges Element handelt, durch das der Strahl hindurchströmt, wobei das Element um eine vertikale Achse bewegbar ist, um die Winkellage des Strahls mit der ersten Steuereinrichtung zu ändern.

5ο Steueranordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Steuerradeinrichtung zur Richtungssteuerung des Fahrzeugs, die eine Einrichtung enthält, um die rohrförmigen Leitelemente gemeinsam zu bewegen und so die Strahlen im wesentlichen parallel zu halten, wobei die erste Steuereinrichtung Mittel aufweist, um die Steuerung der Leitelemente durch die Steuerradeinrichtung zu unterbrechen und die Elemente in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen.

Steueranordnung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der jedem Strahl zugeordnete Schubumkehrer eine Umkehrschaufel aufweist, die um die gleiche

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vertikale Achse wie das Leitelement und mit und unabhängig von diesem zwischen einer Vorder- und einer Rückstellung bewegbar ist ο

7ο Steueranordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine unabhängige Steuereinrichtung für jede Umkehrschaufel, um die Umkehrschaufel zwischen der Vorder- und der Rücklage hin- und herzubewegen«,

8c Steueranordnung für Wasserfahrzeuge mit einem Wasserstrahlantrieb, die im wesentlichen wie oben unter Bezug auf die Zeichnungen ausgeführt und beschrieben aufgebaut ist und arbeitet.