DE3130479A1 - Treibflaechen-einheiten als schiffsantrieb zur verstaerkten ausnutzung der windenergie - Google Patents

Description

• Treibflächen-Einheiten
• als Schiffsantrieb zur verstärkten Ausnutzung der Windenergie.
• Geschichte 1. Segelschiffe sind seit Jahrtausenden bekannt. Die Vortriebskraft der verschiedenen Se@elformen ist rec@nerisch kaurn zu erfassen, da der "Vortriebsbeiwert" - entsrechend dem Auftriebsbeiwert in der Luftfahrt - bisher kaum ermittelt wurde. Da die üblichen Segel in der Hauptsache durch ihren Luftwiderstand wirken, gelten hier die aerodynamischen Gesetze nur bedint. Itr Widerstandsbeiwert wird zwischen 0,5 und 1,2 liegen. Bei seitlichen Winden muß dann die Kraft nach dem Parallelogramm der Kräfte zerlegt werden. Wobei ein Teil als Vortrieb und der andere als schädlicher Widerstand gerech net werden muß, der versucht das Schiff umzuwerfen. Segelschiffe benötigen eine recht große und gut ausgebildete Mannschaft, die ver@ hältnismäßig teuer ist bezogen auf die Transportleistung der Schif@ 2. Das Flettner-Rotorschiff, das in den zwanziger Jahren bekannt wurd@ hatte zwei etwa 16 m hohe Zylinder mit etwa 3 m Durchmesser, die m@ einem Hilfsmotor von 92 KW in Drehung versetzt wurden. Bei einem ca-Wert von 8 erreichte das Schiff ein Geschwindigkeit von etwa 22 km/h. Unbekannt blieb, weshal sich dieser Antrieb nicht durchsetzte.
• 3. Vor etwa 100 Jahren entdeckte Otto Lilient@al, daß eine gewölbte, starre Fläche bei schr @erin@em wi@erstand eine erhebliche Auftrie@ kraft erzeugte (ca = 1,3 und cw = 0,18). Das war der Beginn der Aer dynamik. Diesen Vorteil nutzte vor einigen Jahren der Südafri@aner Petrik 13atty aus . Er setzte eine Segelfl@gzeugfläche auf ein .riatamaran und erzielte mit diesem Gefährt eine Geschwindigkeit von run 58 km/h. Diese Flugzeugfläche wird einen ca- wert von 1,3 geh@@t ha ben; also die doppelte Leistung eines @e@els. Diese Fläche ha@ aber einen großen Nachteil, dennwenn der wind umschlägt, kann er w@nl di Fläche um 180° drehen, muß dann aber mit dem "Bug" nach hinte@ in d alten Richtung weiterfahren.
• Die Flugzeugindustrie hat@um die Auftriebskraft zu erhohen, eine ganze Zahl von Klappen und @ilfsflü el@ erprobt, die als Start-und Landehilfen bekannt sind. Darunter auch den Fowler-Flügel, der eine ca- Wert von 3,15 erreicht. Um diesen Vorteil auch in der Seefahrt ausnutzen zu können, habe ich die @reibflächen-Einheit entwickelt, die der Gegenstand der Erfindung ist.
• Beschreibung Die Treibflächen-Einheit (TFE) bostent aus der Treibfläche (1) und der Verstärkerfläche (2), die bis zu einem Winkel von 45° nach jeder Seite geklappt werden kann, wobei sich zwischen beiden ein genau definierter Spalt bildet, durch den soviel Luft aus dem @berdruckgebiet strömen kann, damit auf der Wölbung die Strömung nicht abreißt. Beide Flächen haben einen symmetrischen, luftschifförmigen Querschnitt (Profil), wobei die Breite der Treibfläche 3 mal so groß wie die Ver stärkerfläche ist. (Figur 1) Jede Fläche hat eine obere und eine untere Deckplatte.
• Die Deckplatten (3 und 4) der Treibfläche sind kräftiger ausgebildet und besitzen Ausfräsungen und eine Bohrung zur Aufnahme der Verstärkungsfläche.
• Die beiden Stellplatten (5 und 8) de@ Verstarkerfläche sind mit je einem Zapfen (6 und 9) versehen, der in der Bohrung der Deckplatte gelagert ist. An der gerundeten Seite der Stellplatten befindet sich ein Zahnsegment (7 und 10).(Figur 2) Um die Stellplatten schwenken zu können, befindet sich im hinteren Teil der Treibfläche eine Stellwelle (11) auf der zwei Zahnräder (12 und 13) aufgekeilt sind. die mit den Zahnsegmenten kämmen.
• Die Stellwelle kann von Hand oder anderweitig bewe t werden. Sie kann aber auch mit der Bewegung der Treibfläche gekoppelt werden.
• (Figur 2 und 3) Die Vortriebsfläche hat im aerodynamischen Mittelpunkt eine Langsbohrung, durch die der Mast (14) eines Schiffes (16) gesteckt wird.
• Die TFE sitzt drehbar auf einem Lager (1;) am Mast. Die Anstellung oder Veränderung des Anstellwi@ikels kann von Hand oder durch einen Stellmotor geschehen.
• Durch dies@ Anordnung, die Gegenstand des Patentes ist, wird erreicht, daß die Profilwölbun vergrößert wird un damit der Vortriebswert steigt. Um die volle Leistung zu erzielen, muß der Anstellwinkel, d.
• h. der Winkel, den die Mittellinie der Treibfläche mit der windrichtung bildet, muß 16° betragen und die Verstärkerfläche um 45° abgewinkelt sein.
• Die Bohrung für den Zapfen (9) liegt auf dem Schnittpunkt der beiden Schenkel des rechtwi@klig-gleichschenkligen Dreiecks, dessen Hypothenuse gleich zweimal die Spaltbreite ist. (Figut 3) Die Mitte der Hypothenuse liegt an der scharfen @ante der Treibflä@ Die Verstärkerfläche auf 45° geklappt, ergibt die Spaltbreite 0,025 mal der Treibflächenbreite.
• Mit der TFE kann wie mit einem Segelschiff gefahren werden, wobei die seitlichen Winde besser als beim Segel ausgenutzt werden könne Zur An- und Umstellung der TFE werden nur geringe Kräfte @en@tigt.
• Weiter kommt das Schiff nie in eine gefanrvolle Lage, weil alle grc zen Manöver über "Null" laufen, d.h. weil dann die TFE den geringsten Widerstand bieten, der nur 0,03 der maximalen Vortriebskraft ist. Sie machen das Schiff sturmsicher.
• Da die TFE auch mit kleineren Anstellwinkeln fanren können, ist das Schiff auch noch bei hohen Windstärken manövrierfähig.
• Wird ein negativer Anstellwinkel eingestellt, so tritt der Zustand den man bei Motorschiffen als "volle Fahrt zurück" bezeichnet.
• Vergleichsberechnung Zur Berechnung der Leistung werden fol@ende Größen verwendet: Fläche = 10 m2 , Windgeschwindigkeit = 9 m/@ek,und q.
• m v2 1 v2 v2 q = = = = 81 : 16 = 5 cv für Segel = 0,@ 2 8.2 16 Vortrieb = cv # F # q = kp cv für Flugzeugflügel = 1, cv für TFE = 3,1 Vortrieb für Segel = 0,6 # 10 # 5 = 30 kp Flugzeugf. 1,3 # 10 # 5 = @5 kp TFE 3,1 # 10 # 5 =155 kp.
• Die TFE erzielt etwa die zweieinhalbfache Leistung des Flugzeugflügels und etwa die fünfache eines Segels.
• Anlage 1 Seiten- und Draufsicht der TFE Anlage 2 Teilansichten der Steuerung.
• L e e r s e i t e

Claims (1)

1. Patentansprüche Eine Teibfläachen-Einheit, die als Segel für den Schifffahrtsbetrieb dienen als auch zur Stromerzeugung benutzt werden kann, besteht aus zwei Flächen mit symmetrischem, lufschiffförmigem querschnitt (Profil) deren Breite im Verhältnis 1 : 0,3 ist, wird dadurch gekennzeichnet, daß die kleiner sich nach beiden Seiten um 45° klappen läßt, und dabei durch eine besondere Anordnung zwischen beiden ein Spalt von 0,025 der größeren Flächenbreit bildet.