DE4001854A1

DE4001854A1 - Thrust generator with hollow shell body - which forms support surface profile in cross=section, with lug profile at edge

Info

Publication number: DE4001854A1
Application number: DE19904001854
Authority: DE
Inventors: Heinrich Halamicek
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-01-23
Filing date: 1990-01-23
Publication date: 1991-07-25

Abstract

The thrust generating has a hollow, dish-shaped body (1), on whose axis turns a rotor. Round the periphery is an outlet nozzle, from which discharge, generating thrust takes place. In cross-section, the body forms a profiled support surface, while the edge of the nozzle opening (3) forms a profiled lug this support surface. USE/ADVANTAGE - For vehicle drive, wind turbine etc., with high efficiency.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Schuberzeugung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for Thrust generation according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Vorrichtung geht aus "Product Engineering, 31. August 1970, Seite 32" hervor. Dabei sind das Laufrad und dessen Austrittsdüse an der gewölbten Außenseite des hohlschalenförmigen Körpers angeordnet. Die Strömung tritt durch die schmale umlaufende Austrittsdüse radial aus, wobei die gewölbte Schalenoberfläche bewirkt, daß sich die Strömung an der Schalenoberfläche anschmiegt und schließlich die Schale in axialer Richtung verläßt. Das Umlenken beruht also auf der besonderen Eigenschaft, daß sich die Strömung einer Oberfläche anpaßt. Eine derartige Vorrichtung zur Schuberzeugung besitzt gegenüber einem Propeller vor allem den Vorteil, daß keine Kavitation auftritt.Such a device is based on "Product Engineering, August 31, 1970, page 32 " are the impeller and its outlet nozzle on the curved outside of the hollow shell-shaped body arranged. The flow passes through the narrow one circumferential outlet nozzle radially, the curved Shell surface causes the flow on the Shell surface hugs and finally the shell leaves in the axial direction. The redirection is based on the special property that the current fits a surface. Such a device for Thrust generation is compared to a propeller all the advantage that no cavitation occurs.

Bei der bekannten Vorrichtung löst sich die Strömung jedoch größtenteils nach einer Umlenkung von wenigen Grad in axialer Richtung von der Außenseite des hohlschalenförmigen Körpers ab, insbesondere, wenn Strömungsstrahlen relativ großer Dicke mit variablen Strömungsgeschwindigkeiten zur Anwendung kommen.In the known device, the flow is released but mostly after a redirection of a few Degree in the axial direction from the outside of the hollow shell-shaped body, especially if Flow jets of relatively large thickness with variable Flow velocities are used.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Schuberzeugung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art mit hohem Wirkungsgrad bereitzustellen.The object of the invention is a device for Thrust generation in the preamble of claim 1 provide specified type with high efficiency.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung erreicht. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird also sowohl die Innenseite wie die Außenseite des hohlschalenförmigen Körpers angeströmt und der Querschnitt des hohlschalen förmigen Körpers als Tragflächenprofil ausgebildet ist. Dies hat zur Folge, daß an der Außenseite des hohlschalen förmigen Körpers, wie an der Oberseite eines Tragflächenprofils, ein Sog und an der Innenseite des hohlschalenförmigen Körpers, wie an der Unterseite eines Tragflächenprofils, ein Überdruck entsteht. Dieser Sog bzw. Überdruck führt entsprechend dem Auftrieb eines Tragflächenprofils zur Erzeugung eines Vortriebs.This is according to the invention by the in claim 1 marked device reached. In the device according to the invention is thus both Inside like the outside of the hollow bowl-shaped Body flowed and the cross section of the hollow shells shaped body is designed as a wing profile. This has the consequence that on the outside of the hollow shells shaped body, like on the top of a wing profile, a suction and on the inside of the hollow bowl-shaped Body, like on the underside of a wing profile, an overpressure arises. This suction or overpressure leads corresponding to the buoyancy of a wing profile Generation of propulsion.

Darüber hinaus wird die Schichtdicke der sich an die Oberflächen des hohlschalenförmigen Körpers anschmiegenden, in Axialrichtung umgelenkten Strömungsmenge und damit der Schub oder Vortrieb spürbar erhöht.In addition, the layer thickness is adapted to the Nestling surfaces of the hollow shell-shaped body, flow deflected in the axial direction and thus the thrust or propulsion increases noticeably.

Vorzugsweise ist die Breite der rundum laufenden Austritts düse kleiner als die größte Dicke des Tragflächenprofils ausgebildet, denn die Ablösungstendenz der Strömung wird dadurch besonders gering, so daß sich die Strömung an der Hinterkante des Tragflächenprofils vollständig anlegt. Damit wird eine weitere Erhöhung des Vortriebs sicher gestellt. Weiterhin ist es vorteilhaft, in dem hohlschalen förmigen Körper einen zur Rotationsachse konzentrischen, im letzten Drittel des Profils befindlichen schmalen Schlitz vorzusehen. Durch diesen Schlitz strömt das Strömungsmittel, also in der Regel Gase oder Flüssigkeiten, von der Innenseite, also der Druckseite des hohlschalenförmigen Körpers, zu dessen Außen- oder Saugseite. Durch diese Strömung zur Saug- oder Außenseite kann eine weitere Erhöhung des Vortriebs erreicht werden und wirkt einem Strömungsabriß entgegen.The width of the all-round outlet is preferred nozzle smaller than the greatest thickness of the wing profile trained, because the tendency of the flow to become detached thereby particularly low, so that the flow at the Fully creates the trailing edge of the wing profile. This ensures a further increase in propulsion posed. Furthermore, it is advantageous in the hollow shells shaped body concentric to the axis of rotation, narrow in the last third of the profile Slot. It flows through this slit Fluids, usually gases or liquids, from the inside, i.e. the Pressure side of the hollow bowl-shaped body, to the Outside or suction side. Through this flow to suction or The outside can further increase propulsion can be reached and counteracts a stall.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann aerodynamisch, also insbesondere mit einer Luftströmung, oder hydrodynamisch betrieben werden. Sie ist in vielfältiger Weise einsetzbar. So kann sie z. B. als Triebwerk zum Antrieb von Fahrzeugen oder als Windkraftmaschine verwendet werden.The device according to the invention can be aerodynamically, in particular with an air flow, or operated hydrodynamically. she is in can be used in a variety of ways. So it can e.g. B. as Engine for driving vehicles or as Wind turbine can be used.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung durch zwei Anwendungsbeispiele, nämlich einem Unterwasserfahrzeug für Taucher und einer Windkraftmaschine, näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention based on the drawing through two application examples, namely one Submersible for divers and one Wind turbine, explained in more detail. In the drawing shows

Fig. 1 ein Unterwasserfahrzeug für Taucher in perspektivischer Wiedergabe; FIG. 1 shows an underwater vehicle for divers in perspective playback;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1 in vergrößerter Wiedergabe; und FIG. 2 shows a cross section along the line II-II in FIG. 1 in an enlarged representation; and

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Windkraftmaschine in stark schematischer Wiedergabe. Fig. 3 is a plan view of a wind turbine in a highly schematic representation.

Gemäß Fig. 1 und 2 weist ein Unterwasserfahrzeug für Taucher einen schüssel- oder hohlschalenförmigen Körper 1 auf, der rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 2 ausgebildet ist.According to Fig. 1 and 2, an underwater vehicle for divers on a bowl- or hollow shell-like body 1, which is rotationally symmetrical to the rotation axis 2.

Der hohlschalenförmige Körper 1 weist in der Mitte, also im Boden der Schüssel eine zur Rotationsachse 2 konzentrische kreisförmige Öffnung 3 auf. Im Querschnitt entspricht der hohlschalenförmige Körper 1 einem Tragflächenprofil, mit einem dafür am günstigten = profil bedingt eingestellten Anstell-Winkel, dessen Profilnase 4 der Öffnung 3 zugewandt ist. Von der Profilnase 4 verläuft der hohlschalenförmige Körper 1 zunächst radial zur Rotationsachse 2 nach außen, um dann zu dem im Querschnitt keilförmigen, sich axial erstreckenden Profilende mit der Hinterkante 5 aufzulaufen.The hollow shell-shaped body 1 has a circular opening 3 concentric with the axis of rotation 2 in the middle, that is to say in the bottom of the bowl. In cross-section, the hollow-shell-shaped body 1 corresponds to an airfoil profile, with an angle of incidence set at the most favorable = profile, the profile nose 4 of which faces the opening 3 . From the profile nose 4 , the hollow-shell-shaped body 1 initially runs radially outward to the axis of rotation 2 , in order then to run up to the trailing edge 5 , which is wedge-shaped in cross-section and extends axially, with the rear edge 5 .

In der Öffnung 3 des hohlschalenförmigen Körpers 1 ist ein Laufrad 6 angeordnet. Das Laufrad 6 besteht aus zwei Scheiben 7 und 8, zwischen denen die Schaufeln 9, 10 des Laufrades 6 angeordnet sind. Die vordere Scheibe 7 weist in der Mitte eine zur Rotationsachse 2 konzentrische Einströmöffnung 11 auf, während sich von der hinteren Scheibe 7 eine rotations-parabolidförmig oder in anderer Weise strömungsgünstig ausgebildete Nase 12 in die Eintrittsöffnung 11 erstreckt.An impeller 6 is arranged in the opening 3 of the hollow shell-shaped body 1 . The impeller 6 consists of two disks 7 and 8 , between which the blades 9, 10 of the impeller 6 are arranged. The front disk 7 has an inflow opening 11 which is concentric with the axis of rotation 2 in the middle, while a rotating parabolic or otherwise aerodynamically designed nose 12 extends from the rear disk 7 into the inlet opening 11 .

An ihrem Umfang bilden die beiden Scheiben 7, 8 eine spaltförmige, umlaufende Austrittsdüse 12. Die Austrittsdüse 12 ist konzentrisch zur Rotationsachse 2 unmittelbar vor der Nase 4 des hohlschalenförmigen Körpers 1 angeordnet. Die Breite der Austrittsdüse 12, d. h. der Abstand der Scheiben 7, 8 an der Austrittsdüse 12 voneinander ist kleiner als die Dicke oder der Durchmesser der Nase 4.On its circumference, the two disks 7, 8 form a slot-shaped, circumferential outlet nozzle 12 . The outlet nozzle 12 is arranged concentrically to the axis of rotation 2 directly in front of the nose 4 of the hollow shell-shaped body 1 . The width of the outlet nozzle 12 , ie the distance between the disks 7, 8 at the outlet nozzle 12 from one another, is smaller than the thickness or the diameter of the nose 4 .

Das Laufrad 6 wird z. B. von einem Elektromotor angetrieben, der in einem Gehäuse 13 angeordnet ist, wobei die Laufradwelle 14 direkt oder über ein entsprechend bemessenes Getriebe mit dem Motor in Verbindung steht. Das Motorgehäuse 13 erstreckt sich von dem Inneren des hohlschalenförmigen Körpers 1 nach hinten und ist beiderseits mit Griffen 15 versehen, an denen sich der Taucher 16 festhalten kann. Das Motorgehäuse 13 ist über Stege 17, 18 an der Innenseite des Körpers 1 befestigt.The impeller 6 is z. B. driven by an electric motor, which is arranged in a housing 13 , wherein the impeller shaft 14 is connected directly or via a correspondingly dimensioned gear with the motor. The motor housing 13 extends from the inside of the hollow-shell-shaped body 1 to the rear and is provided on both sides with handles 15 to which the diver 16 can hold. The motor housing 13 is fastened to the inside of the body 1 via webs 17, 18 .

Wenn das Laufrad 6 durch den Motor im Gehäuse 13 in Umdrehung versetzt wird, wird über den Wassereintrittsstutzen 19, der sich von der vorderen Scheibe 7 des Laufrades 6 nach vorne erstreckt, d. h. über die Eintrittsöffnung 11 des Laufrades 6, Wasser angesaugt, das zwischen den Scheiben 7, 8 und durch die umlaufenden Schaufeln 9, 10 beschleunigt in Radialrichtung zu der umlaufenden Austrittsdüse 12 strömt.When the impeller 6 is rotated by the motor in the housing 13 , water is sucked in via the water inlet connector 19 , which extends from the front disk 7 of the impeller 6 to the front, that is to say via the inlet opening 11 of the impeller 6 Discs 7, 8 and through the rotating blades 9, 10 accelerate in the radial direction to the rotating outlet nozzle 12 flows.

Die aus der schmalen Austrittsdüse 12 austretende Strömung ist auf die Nase 4 des Tragflächenprofils gerichtet. Dadurch schmiegt sich die Strömung zum Teil an der Außenseite und zum Teil an der Innenseite des hohlschalenförmigen Körpers an, wie durch die Pfeile 20, 21 dargestellt, und verläßt den Körper 1 schließlich in axialer Richtung, wie durch den Pfeil 22 veranschaulicht, unter Erzeugung eines Schubs oder Vortriebs.The flow emerging from the narrow outlet nozzle 12 is directed towards the nose 4 of the airfoil profile. As a result, the flow nestles partly on the outside and partly on the inside of the hollow-shell-shaped body, as represented by the arrows 20, 21 , and finally leaves the body 1 in the axial direction, as illustrated by the arrow 22 , producing a Thrust or propulsion.

Durch die Ausbildung des hohlschalenförmigen Körpers 1 im Querschnitt als Tragflächenprofil wird an der Außen- oder Vorderseite des Körpers 1, wie an der Oberseite eines Tragflächenprofils, ein Sog, und an der Innenseite des hohlschalenförmigen Körpers 1, wie an der Unterseite eines Tragflächenprofils, ein Überdruck erzeugt, wodurch ein Vortrieb entsteht. Through the formation of the hollow-shell-shaped body 1 in cross section as a wing profile, an overpressure is created on the outside or front of the body 1 , such as on the top of a wing profile, and on the inside of the hollow-shell-shaped body 1 , such as on the underside of a wing profile generated, which creates a propulsion.

In dem hohlschalenförmigen Körper 1 ist ein zu dessen Rotationsachse 2 konzentrischer Schlitz 23 vorgesehen. Dadurch wird von der Innenseite des hohlschalenförmigen Körpers 1 entsprechend dem Pfeil 24 Strömung auf eine weitere Profilnase 25 an der radial äußeren Seite des Schlitzes 23 geleitet, wodurch ein Strömungsabriß am Ende des Profils verhindert wird.In the hollow shell-shaped body 1 , a slot 23 is provided which is concentric with its axis of rotation 2 . As a result, flow is directed from the inside of the hollow-shell-shaped body 1 according to the arrow 24 to a further profile lug 25 on the radially outer side of the slot 23 , which prevents a stall at the end of the profile.

Der hohlschalenförmige Körper 1 besteht vorzugsweise aus einem durchsichtigen, klaren Kunststoff, wie Polyacrylat. Er bildet damit für den Taucher 16 ein durchsichtiges Schutzschild und zugleich eine hydrodynamische, stark den Strömungswiderstand verringernde Verkleidung. Der Taucher 16 kann deshalb mit einer relativ hohen Geschwindigkeit von der Vorrichtung gezogen werden, und zwar ohne wesentliche, durch die Strömung verursachte Beeinträchtigung, wie beispielsweise durch Verrutschen der Taucherbrille.The hollow shell-shaped body 1 is preferably made of a transparent, clear plastic, such as polyacrylate. It thus forms a transparent protective shield for the diver 16 and at the same time a hydrodynamic covering which greatly reduces the flow resistance. The diver 16 can therefore be pulled from the device at a relatively high speed, and without any significant impairment caused by the current, such as slipping of the diving goggles.

Gemäß Fig. 3 sind bei einer ähnlich einem Schalenkreuzanemometer aufgebauten Windkraftmaschine um eine senkrechte Achse 26 sternförmig mehrere hohlschalenförmige Körper 27, 28 drehbar angeordnet.Referring to FIG. 3 are similar to a cup anemometer constructed at a wind power engine about a vertical axis 26 a plurality of star-shaped hollow shell-like bodies 27, 28 are arranged rotatably.

Jeder hohlschalenförmige Körper 27, 28 ist rotationssymmetrisch zur Rotationsachse 29 bzw. 30 ausgebildet. In der Mitte weist jeder Körper 27, 28 eine zu seiner Rotationsachse 29 bzw. 30 konzentrische, kreisförmige Öffnung 31, 32 auf. Die hohlschalenförmigen Körper 27, 28 sind entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 im Querschnitt als Tragflächenprofil ausgebildet. Each hollow shell-shaped body 27, 28 is rotationally symmetrical to the axis of rotation 29 and 30 , respectively. In the middle, each body 27, 28 has a circular opening 31, 32 that is concentric with its axis of rotation 29 and 30 , respectively. The hollow-shell-shaped bodies 27, 28 are designed in cross section in accordance with the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2 as an airfoil profile.

In jeder Öffnung 31, 32 ist ein Lauf- oder Gebläserad 33, 34 angeordnet, um dessen Umfang sich eine Austrittsdüse 35, 36 erstreckt, die auf die Profilnase des Körpers 27, 28 an der Öffnung 31, 32 gerichtet ist.A running or fan wheel 33, 34 is arranged in each opening 31, 32 , around the circumference of which an outlet nozzle 35, 36 extends, which is directed onto the profiled nose of the body 27, 28 at the opening 31, 32 .

Der Antrieb jedes Laufrades 33, 34 erfolgt durch ein Getriebe 37, 38, z. B. einen an der Achse 26 drehfest angeordneten Zahnkranz, in dem Ritzel kämmen, von dem Getriebe 37, 38 bzw. dem jeweiligen Ritzel angetriebene Wellen 39, 40, die beispielsweise über Kardangelenke 41 mit der Antriebswelle des Laufrades 33 bzw. 34 verbunden sind.Each impeller 33, 34 is driven by a gear 37, 38 , e.g. B. a sprocket arranged on the axis 26 in a rotationally fixed manner, meshing in the pinion, driven by the gear 37, 38 or the respective pinion shafts 39, 40 , which are connected, for example, via universal joints 41 to the drive shaft of the impeller 33 or 34 .

Wenn die Innenseite der hohlschalenförmigen Körper 27, 28 vom Wind angeströmt wird, werden sie, ähnlich einem Anemometer, um die Achse 26 in Rotation versetzt. Damit werden zugleich über die Getriebe 37, 38 die Wellen 39, 40 und die Kardangelenke 41 die Laufräder 33, 34 angetrieben. Dadurch wird über die Lufteintrittsöffnungen 42 der Laufräder 33, 34 Luft angesaugt, welche mit hoher Geschwindigkeit aus den Austrittsdüsen 35, 36 austritt. Der aus den Austrittsdüsen 35, 36 austretende Strömungsstrahl schmiegt sich teils an der Außenseite, teils an der Innenseite der hohlschalenförmigen, mit Tragflächenprofil geformten Körper 27, 28 an, und verläßt den Körper 27, 28 schließlich in der zur Rotationsachse 29, 30 axialer, also zur Umlaufbahn der Körper 27, 28 um die Achse 26 tangentialer Richtung. Auf diese Weise wird die natürliche Strömung in eine hohe Umlaufgeschwindigkeit der hohlschalenförmigen Körper 27, 28 umgesetzt, die zum Antrieb anderer Einrichtungen, also beispielsweise zur Umsetzung in elektrische Energie, herangezogen werden kann. When the inside of the hollow-shell-shaped bodies 27, 28 is blown against by the wind, they are set in rotation, like an anemometer, about the axis 26 . Thus, the shafts 39, 40 and the universal joints 41, the wheels 33, 34 are driven simultaneously via the gears 37, 38 . As a result, air is sucked in via the air inlet openings 42 of the impellers 33, 34 and exits the outlet nozzles 35, 36 at high speed. The flow jet emerging from the outlet nozzles 35, 36 nestles partly on the outside, partly on the inside of the hollow-shell-shaped body 27, 28 shaped with an airfoil profile, and finally leaves the body 27, 28 axially, that is to the axis of rotation 29, 30 to the orbit of the body 27, 28 about the axis 26 tangential direction. In this way, the natural flow is converted into a high rotational speed of the hollow-shell-shaped bodies 27, 28 , which can be used to drive other devices, for example to convert them into electrical energy.

Wesentlich bei der Erfindung ist, daß eine zur Rotationsachse des hohlschalenförmigen Körpers konzentrische Austrittsdüse vorgesehen ist, die eine Strömung erzeugt, die auf die Kante der konzentrischen Öffnung gerichtet ist, die der hohlschalenförmige Körper aufweist, also auf die Profilnase des Tragflächenprofils. Die Strömung braucht dabei nicht unbedingt von einem um die Rotationsachse des hohlschalenförmigen Körpers umlaufenden Laufrad erzeugt zu werden. Vielmehr können auch andere Einrichtungen vorgesehen sein, die eine aus der Austrittsdüse austretende Strömung erzeugen, z. B. Preßluft.It is essential in the invention that a for Axis of rotation of the hollow bowl-shaped body concentric outlet nozzle is provided, the one Flow generated on the edge of the concentric Opening is directed to the hollow bowl-shaped body has, so on the profile nose of the Wing profile. The current does not need necessarily from one around the axis of rotation of the hollow shell-shaped body rotating impeller to become. Rather, other facilities can be provided, one from the outlet nozzle generate emerging flow, e.g. B. compressed air.

Claims

1. Device for thrust generation with a hollow-shell-shaped body and an impeller rotating around the axis of rotation of the hollow-shell-shaped body, around the circumference of which an outlet nozzle extends, from which a flow applied to the hollow-shell-shaped body emerges with thrust generation, characterized in that the hollow-shell-shaped body ( 1 ; 27, 28 ) is designed in cross section as the wing profile and the edge of the opening ( 3; 31, 32 ) forms the profile nose of the wing profile.

2. Device according to claim 1, characterized in that the hollow shell-shaped body ( 1; 27, 28 ) has an opening ( 3; 31, 32 ) concentric with its axis of rotation ( 2; 29, 30 ) and the outlet nozzle ( 12; 35, 36 ) around the impeller ( 6; 33, 34 ) towards the edge of this opening ( 3; 31, 32 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the width of the outlet nozzle ( 12; 35, 36 ) is smaller than the thickness of the wing profile.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the hollow shell-shaped body ( 1; 27, 28 ) to the axis of rotation ( 2; 29, 30 ) concentric slot ( 23 ) is provided.