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Anordnung zur Schuberzeugung
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schuberzeugung mit Gebläsescheiben,
die on einer Mantelung umgeben sind und eine Mehrzahl von an einer Nabe befestigten
Schaufeln enthalten.
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Anordnungen zur Schuberzeugung werden in erster Linie für Boote oder
Flugzeuge benötigt, um eine stationäre Fahrt zu ermögliegen bzw. einen Flug aufrechterhalten
zu können. Neben sich relativ langsam drehenden großen Propellern werden hierzu
vornehmlich Strahltriebwerke und in zunehmendem Maße auch ummantelte Propeller verwendet.
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Solche Anordnungen mit ummanteltem Propeller sind u. a.
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durch den Katalog "Flugzeuge '78" der Zeitschrift "Flug Revue" Nr.
13, Seite 29 und 73 ~)ekanntgeworden. Auf der Seite 29 des Katalogen ist eine ummantelte
Luftschraube gezeigt und auf Seite 73 oben links sind zwei in lange Mantelungen
integrierte Gebläsescheiben zu erkennen. Mit dieser zuletzt genannten Anordnung
mit einer Gebläsescheibe, die eine Mehrzahl an einer Nabe befestigter Schaufeln
enthält, befaßt sich die Erfindung.
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Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Anordnungen zur Schuberzeugung
mit der in einer Mantelung integrierten Gebläsescheibe in mehrfacher Hinsicht verbesserungsbedürftig
sind.
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Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Größe der Gebläsescheibe und
des sie umgebenden relativ langen Mantels, wobei beide Faktoren dazu führen, daß
die Schubanordnung insgesamt relativ große Abmessungen aufweist und auch ziemlich
schwer ist. Eine Anwendung bei kleinen Flugzeugen kann daher nicht in Betracht kommen.
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Auch erfordeitdie schwere Anordnung eine große Antriebsleistung, die
jedoch in keinem günstigen Verhältnis zur erzielten Schubleistung steht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe ugrunde, eine Anordnung zur Schuberzeugung
mit in einer Nantelung integrierter Geb äsescheibe zu optimieren, und zwar vor allem
hinsichtlich ihrer Al,.7lessungen, ihres Gewichts und auch hinsichtlich des erreichbaren
Wirkungsgrades.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zumindest einige der Schaufeln
in ihrem Inneren mit einem oder mehreren sich in radialer Richtung erstreckenden
Luftkanälen versehen sind, die von einer Lufteinlaßöffnung bis zum radialen Ende
der Schaufeln bzw. der Gebläsescheibe führen und Luft in den Spalt zwischen dem
Ende der Gebläsescheibe und der Innenseite des Mantels leiten, und daß der Mantel
an seiner vorderen Nase längs seines Umfangs einen Wirbelerzeuger trägt.
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Bei der erfindungsgemäßen Schubanordnung tritt die durch die Schaufeln
strömende Luft am äußeren Ende der jeweiligen Schaufel aus und führt dazu, daß der
Spalt zwischen dem Ende der Gebläsescheibe und dem Mantel abgedichtet wird. In dem
Spalt bildet sich dabei ein Luftpolster mit stabilisierender Wirkung, so daß es
möglich wird, den Mantel - im Gegensatz zu bekannten Schubsystemen - relativ leicht,
kurz und dünnwandig auszubilden.
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Dadurch läßt sich eine bedeutende Gewichtsersparnis erzielen.
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Im gleichen Sinne wirkt sich der Wirbelerzeuger aus, der das Abreißen
der Strömung an der Mantelnase im Standfall und bei geringer Vorwärtsgeschwindigkeit
vermeidet und es dadurch auch unter diesem Aspekt ermöglicht, den Mantel sehr dünn
und damit günstig für den Schnellflug auszubilden. Der Wirbelerzeuger ist dabei
zweckmäßig
als scharfkantiges gezacktes Blech ausgeführt und z.B.
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derart in tr&-ungsrichtung geneigt, daß er bei der Auslegungsgeschwindigkeit
nahezu in der Staulinie des Mantels liegt und somit nicht stört.
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Die Abdichtung des Spaltes zwischen den Enden der Gebläsescheibe
und dem Mantel hat aber auch noch den Vorteil einer erheblfchen Verbesserung des
Wirkungsgrades, mit der Folge, daß die erfindungsgemäße Schubanordnung mit kleinerem
Durchmesser gebaut und mit entsprechend höherer Drehzahl (etwa 6000 - 10 000 Upm)
betriebeii werden kann als bekannte Schubsysteme von vergleichbarer Leistung. Die
Spaltabdichtung verhindert nämlich, daß die Luft in den Endbereichen der Gebläsescheibe,
wo sie wegen der hohen Umfangsyeschwindigkeit der Gebläsescheibe am stärksten zur
Schuberzeugung beiträgt, abreißen oder die Endbereiche der Gebläsescheibe umströmen
kann und dadurch für die Schuberzeugung verloren geht. Im Zusammenhang damit steht
der weitere Vorteil, daß sich durch die Spaltabdichtung eine Lärmverminderung ergibt,
denn das Abreißen der Luft am Ende der Schaufeln erzeugt normalerweise den hauptsächlichen
Betriebslärm. Die erfindungsgemäße Anordnung ist daher auch besonders umweltfreundlich.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist die Nabe der Gebläsescheibe
entgegen den üblichen Ausführungen ohne eine spitze, vorragende Nase, sondern platt
ausgebildet und mit einer Lufteinlaßöffnung versehen, die mit den Luftkanälen in
den Schaufeln in Verbindung steht. Dadurch kann die im Nabenbereich anströmende
Luft durch die Nabe und die'hohl ausgebildeten Schaufeln hindurchströmen und das
Luftpolster im Spalt zwischen den Enden der Schaufeln und dem Mantel aufbauen, ohne
daß sich an der platten Nabe ein Auf stau der Luftanströmung ergibt. Die solcherart
aus
der anströmenden Luft entnommene Teilluftmcnoe geht zwar der Schub(rzeugung verloren,
aber da sie bei einer massiven Nabe nur in der Nähe des Nabenbereiches, also in
einem Bereich nur geringer Ulnfangsgcsc2hwindigkeit der Gebläsescheibe wirksam wetden
könnte, trägt sie ohnehin nicht nennenswert zur Schuberzeugung bei, und sie ist
jedenfalls in der Verwendung zur Spaltabdichtung wesentlich wirkungsvoller.
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Die Luft zur Spaltabdichtung kann alternativ oder zusätzlich aber
auch einem besonderen Druckluftaggregat entnommen sein.
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Das ergibt die Möglichkeit, die Luftströmung in dem Spalt unabhängig
von der Fluggeschwindigkeit eines Flugzeuges zu halten und den Bedarf entsprechend
zu regeln. Das Luftpolster im Spalt darf nämlich nicht zu schwach sein, andererseits
aber auch nicht zu stark, denn sonst wird es die Endbereiche der Gebläsescheibe
mit überdecken und dadurch die Leistung vermindern. Aus dem letztgenannten Grunde
kann es übrigens auch mitunter angezeigt sein, bei Entnahme der Luft aus der Anströmung
im Nabenbereich eine reqelbare Drossel in der Nabenffnung anzuordnen.
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Vorzugsweise ist der relativ dünne und leichte Mantel mit einem Leitsystem
versehen, welches als Entdraller des Schubstrahls dient und z.B. aus im Inneren
des Mantels angeordneten, radial von der Mantelwand zu einem Lagerkörper führenden
Stegen besteht, die in Richtung der Luftanströmung gesehen hinter den Gebläsescheiben
angebracht sind. Diese Stege, die zweckmäßig gegenläufig zu den Schaufeln gebogen
sind, tragen damit zugleich den Lagerkörper, der seinerseits zur Lagerung der Nabe
und auch zur Halterund eines Antriebsaggregats dient. Beispielsweise läßt sich ein
hochtouriger Motor direkt an den Lagerkörper anflanschen. Alternativ kann der Lagerkörper
aber auch ein Getriebe enthalten, wobei
der Antrieb dann über einen
abseits liegenden liOt-or erfolgt.
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Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird
die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in teilgeschnittener
und schematisieter Darstellung eine SeiSelransicht eines Ausführungsbeispiels der
erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 2 eine Vorderansicht und Fig. 3 einen Ausschnitt
der Nase des Mantels zur Darstellung der Wirbel er zeuger.
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Die zeichnerisch dargestellte Anordnung enthält eineGcbläsesclleibe1
mit mehreren, beispielsweise acht an einer Nabe 5 befestigen Schaufeln 3, die über
ein Getriebe 17 (vorteilhaft ein Winkelgetriebe) von einem Motor 13 angetrieben
ist. Das Getriebe 17 ist innerhalb der Nabe 5 angeordnet. Die Schaufeln 3 sind von
einem leichten, relativ kurzen und dünnen Mantel 2 umfaßt, der ein Leitsystem trägt,
welches zugleich als Entdraller des Schubstrahles dient. Das Leitsystem ist dabei
durch mehrere scher le Stege 8 gebildet, die sich radial von der Innenwand des Mantels
2 aus zu einem Lagerkörper 4 erstrecken und sowohl an dem Lagerkörper 4 als auch
am Mantel 2 befestigt sind. Die Stege 8, von denen in Fig. 2 der besseren übersichtlichkeit
wegen nur zwei dargestellt sind, sind zweckmäßig ähnlich den Schaufeln 3 schaufelartig
ausgebildet und gegenläufig zu den Schaufeln 3 gebogen, um eine besonders gute Entdrallwirkung
zu erzielen. Bei Verwendung
zweier Anordnungen zur Schuberzeugung,
deren Gebläsescheiben sich gegenläufig drehen, kann u.U aber auf eine entdrallende
Wirkung der Stege 8 verzichtet werden, sofern sichergestellt ist, daß die Abströmung
nicht in die Leitwerke des Flugzeugs gelangt. Wenn die erfindungsgemäße Anordnung
bei Booten verwendet wird, ist u.U. ein Entdraller ebenfalls nicht erforderlich.
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Der zentrisch innerhalb des Mantels 2 gehaltene Lagerkörper 4 nimmt
das Lager für die Nabe 5 auf und hält auch das Getriebe 17. Die Nabe 5 ist an ihrer
vorderen Seite platt ausgebildet, besitzt also nicht den üblichen vorragenden,sich
zuspitzenden Nabenkörper. Außerdem ist sie an ihrer vorderen Seite mit einer zentralen
Lufteinlaßöffnung 6 versehen, die mit sich in radialer Richtung innerhalb mindestens
einzelner, vorzugsweise aller Schaufeln 3 erstreckenden Luftkanälen 7 in Verbindung
steht. Durch den Pfeil 9 ist die Richtung der während des Betriebs die Anordnung
anströmenden Luft angedeutet. Im Nabenbereich gelangt diese Luft durch die Öffnung
6 und die Luftkanäle 7 hindurch - wie durch die Pfeile 14 angedeutet - in den Spalt
zwischen den Enden der Schaufeln 3 und dem Mantel 2. Dadurch wird dieser Spalt abgedichtet
und zugleich entsteht ein Luftpolster, das den leichten Mantel 2 stabilisiert. Weiterhin
wird auf diese Weise sichergestellt, daß sich die Luft nicht an der platten Nabe
5 aufstauen kann. Eine durch die Pfeile 19 angedeutete Teilluftmenge dient als Kühlluft
für das Getriebe 17.
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An seiner vorderen Nase enthält der Mantel 2 (vergl.
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Fig. 3) ein scharfkantiges gezacktes Blech 15 mit Erhöhungen 11 und
Vertiefungen 10, welches sich längs des gesamten Umfangs des
Mantels
2 erstreckt. Das Blech 15 bildet einen Wirbelerzeuger, durch den das Abreißen der
Strömung an der Mantelnase 16 im Standfall und bei geringer Vorwärtsgeschwindigkeit
vermieden wird.
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Dies unterstütztes, daß der Mantel sehr dünn und damit günstig für
den Schnellflug ausgebildet werden kann. Das Blech 15 ist zweckmäßig derart in Strömungsrichtung
geneigt, daß es bei der optimalen Auslegungsgeschwindigkeit nahezuin der Staulinie
des Mantels 2 liegt und somit nicht stört.
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Der Motor 13 befindet sich beim dargestellten Beispiel in der angedeuteten
Rumpfkontur 12 eines Flugzeuges F. Wenn es sich dabei um ein hilfsweise angetriebenes
Segelflugzeug handelt, ist die Schubanordnung um eine Achse drehbar gelagert (nicht
dargestellt), so daß die Gebläsescheibe 1 zusammen mit dem Mantel 2 während des
Segelfluges in die Rumpfkontur 12 eingeklappt werden kann. Natürlich ist aber auch,
insbesondere für Motorflugzeuge und Boote, jede Art einer starren Befestigung der
Schubanordnung möglich.
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Wenn auch bei dem dargestellten Beispiel Außenluft aus dem Nabenbereich
durch die Luftkanäle 7 der Schaufeln 3 strömt, so ist die Erfindung nicht darauf
beschränkt. Es ist auch möglich, die Luftströmung durch die Luftkanäle gesondert
mit einem eigens dafür vorgesehenen Aggregat zu erzeugen. Dadurch läßt sich erreichen,
daß die Luftströmung in den Luftkanälen unabhängig von der Fluggeschwindigkeit wird
bzw. daß sie im Bedarfsfall erhöht oder gedrosselt werden kann. Eine Drosselung
dieser Luftströmung ist im übrigen auch bei dem dargestellten Beispiel möglich,
beispielsweise mittels einer in die Nabenöffnung 6 eingebauten, regelbaren Blende.
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Im übrigen braucht der Antrieb nicht unbedingt über einen Motor 13
mit Winkelgetriebe 17 zu erfolgen. Vielmehr ist es oftmals zweckmäßiger, die hohe
Drehzahl der erfindungsgemäßen Schubanordnung dahingehend auszunutzen, daß die Nabe
5 unmittelbar als Rotor eines hochtourigen und möqlichst leisen Motors, z.B. eines
Hydraulikmotors oder einer Turbine ausgebildet bzw. direkt, ohne Getriebe, mit einem
hochtourigen, an den Lagerkörper 4 angeflanschten Motor verbunden ist. Im Falle
eines niedertourigen Motors hinyegen ist im allgemeinen eine übersetzung erforderlich,
so daß dann die Anordnung mit einem Winkelgetriebe zweckmäßiger ist.