-
Reaktionsantrieb für Schiffe. Die Erfindung bezieht sich auf einen
Reaktionsantrieb für Schiffe mit aus Düsen austretenden Wasserstrahlen.
-
Es sind bereits derartige Reaktionsantriebe bekannt geworden, bei
denen das Wasser durch eine Reihe von Rohren am Bug des, Schiffes angesaugt und
durch Austrittsstutzen, die an der breitesten Stelle des Schiffes und unterhalb
der Wasserlinie liegen, hinausgedrückt wird. Dort besaßen die Austrittsstutzen aber
mit Bezug auf den über der Wasserlinie liegenden Teil der Außenhaut nur eine kleine
Querschnittfläche.
-
Gemäß der Erfindung haben die Strahlen, die aus den im Vorschiff an
der Außenhaut angeordneten Düsen austreten, eine große Höhe, aber geringe Breite
und stehen unter einem so geringen Winkel zur Außenhaut, daß sie nur an letzterer
entlang zur Wirkung kommen.. Hierdurch wird eine äußerst wirkungsvolle Vortriebskraft
für den Antrieb des Schiffes erzielt und eine Verkürzung der nutzbaren Wasserstrahlen
ermöglicht, derart, daß sich letztere dem in das Wasser eindringenden Teil des Schiffes
anpassen, :ohne die anfäng= liche Querschnittfläche und Geschwindigkeit zu ändern,
so daß die Reibung an der Außenhaut nach Möglichkeit verringert wird. Im besonderen
ist der Antrieb bei größeren Geschwindigkeiten wirtschaftlich und wirksam, zu deren
Erzielung bisher eine unverhältnismäßig große Kraft erforderlich war.
-
In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
veranschaulicht, und zwar ist Abb. i eine Draufsicht auf :einen Teil eines Schiffsrumpfes,
teilweise im Schnitt, nach der Linie i-i der Abb. z. Abb. z ist ein Schnitt nach
der Linie 2-a der Abb. i.
-
Abb.3 ist ein im vergrößerten Maßstab . dargestellter Schnitt nach
der Linie 3-3 der Abb. z.
-
Abb. q. ist eine Seitenansicht des Schiffsrumpfes. Mit B ist der Bug
.eines Schiffes bezeichnet. Der in das Wasser eintauchende Rumpfteil von
B bis M ist der in das Wasser eindringende Teil, und der Teil von
M bis zum Heck ist der Ablaufteil.
-
Wie aus den Abb. i, a und 3 hervorgeht, sind an der Außenhaut des
Schiffes Düsen i vorgesehen, die tief in das Wasser eintauchen und den Strahl nach
achtern richten. Der aus der Düse i austretende Strahl, der sich durch Verbreiterung
verlangsamt, ist durch die Linien a-a angedeutet. Dieser Strahl wird von scharf
umgrenzten Wasserwänden umgeben, so daß die Reibung, die Kohäsion und die Stoßwirkung
dahin wirken, Wasser aufzunehmen und fortzureißen, wie dies durch die Linien
c, c, c und b, b, b angedeutet ist. Das fortgerissene Wasser wird
durch eine Wasserzuströmung im rechten Winkel zu dem Stromstrahl ersetzt, wie dies
durch die kurzen Pfeile c, c und b; b angedeutet ist. Ein Strahl von leicht
erzielbarer hoher Geschwindigkeit wird das Wasser mit bedeutend größerer Geschwindigkeit
aushöhlen und fortreißen als durch eine durch die Gravitationsströmung erzeugte
Geschwindigkeit, so daß eine kräftige Saugwirkung auf die benachbarten Wasser- und
Rumpfflächen entsteht, die nicht außerhalb des Erzeugungsbereiches liegen. Diese
Drücke sind bestrebt, Oberflächenvertiefungen herzustellen, und wo diese sich um
den in das Wasser eintretenden Teil des
Schiffes entwickeln, sind
bestimmte Hohlräume W' (Abb. 4.) an oder in der Nähe der Stelle vorhanden, an der
sich sonst die Bugwelle befindet. Die Wasserfläche, die auf denjenigen Teil des
Rumpfes auftrifft, der vor den Düsen liegt, ist bestrebt, parallel zu dieser Fläche
in die Vertiefungen zu strömen.
-
Der Stromstrahl wird durch das Wasser verlangsamt und reißt das Wasser
mit, bis er aufhört, für die Wasseraushöhlung wirksam zu sein, und jenseits dieser
Stelle, die bei M in den Zeichnungen angedeutet ist, wird der Strahl, der durch
sein Beharrungsvermögen sich «eiterbewegt und dem ein Widerstand durch die stillstehenden
Wassermassen entgegengesetzt wird, natürlich das Bestreben haben, einen Unterwasserflächendruck
herzustellen, mit der Wirkung, daß der Strahl sich gewissermaßen »aufbäumt«.
-
Dieser Teil des Wasserstrahles entwickelt sich am Heck (Fläche L,
Abb. i), so daß er dort um das sich bewegende Schiff herum in die Unterdruckregionen
strömt, woselbst er eine Welle von bisher unbekannter Art erzeugt. Letztere kann
mit »Ablaufwelle;< bezeichnet werden und ist annähernd bei W" in der Abb. q.
angedeutet. In vielen Fällen wird dieser Teil des Wasserstrahles so verlaufen und
ein solches Volumen und eine derartige Geschwindigkeit haben, daß er den Raum, aus
dem sich das Schiff gerade bewegt hat, mehr als ausfüllt, so daß eine nach achtern
sich erstreckende Spur entsteht.
-
Der die Strömung erzeugende Teil des Strahles kann verkürzt werden
und seine Wirkungen auf Abmessungen des gewünschten Gebietes des Schiffsrumpfes
zusammengefaßt und begrenzt werden, indem man die seitliche Fläche des Stromstrahles
mit Bezug auf seinen Querschnitt erhöht.
-
Bei den in den Zeichnungen dargestellten Stromstrahlen wird diese
Flächenentwicklung in der (Abb. 2 und 3) dargestellten Art erreicht, in der die
Düsenöffnung als langer, schmaler Schlitz 6 ausgebildet ist, der annähernd parallel
zur Rumpffläche z verläuft. Beim Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Düsenöffnung
ungefähr über ein Drittel oder mehr derjenigen Fläche, die ungefähr in der Mitte
zwischen dem Kiel bei A' und der Wasseroberfläche W liegt. Hierdurch erhält man
einen Strahl, der durch erzeugte Strömung am oberen und unteren Teile die Wasseroberfläche
und den Kiel erreicht. In Verbindung mit einem anderen ähnlichen Strahl auf der
anderen Seite des Schiffes wird der Strahl den mittleren Schiffsteil mit einem nach
achtern abfließenden Wasserstrom vollständig umhüllen. Die Breite des Schlitzes
der Düse wird sorgfältig mit Bezug auf seine Länge bemessen, so daß der Strahl eine
solche Berührungsfläche mit dem außenliegenden Wasser besitzt, daß die Gesamtenergie,
die durch den Querschnitt und die Geschwindigkeit bestimmt wird, in dem gewünschten
Maße im Hochdruckgebiet nutzbar gemacht wird, bevor der Strahl das Ende des in das
Wasser eintretenden Schiffsteiles bei M erreicht. Das zugrunde liegende Prinzip
besteht darin, daß ein Strahl von gegebenem Querschnitt und bestimmter Geschwindigkeit
die Beringst mögliche Seitenfläche pro Längeneinheit und einen wasseraushöhlenden
Teil von größter Länge haben wird, wenn die Düse im Querschnitt kreisrund ist, so
daß der austretende Strahl zylindrisch ist. Wenn anderseits die Düsenöffnung ohne
wesentliche Änderung des Auslaßquerschnittes so ausgebildet wird, daß sie ungefähr
fünfzehnmal so breit und nur 1/.o so dick als vorher ist, so wird der Strahl eine
dünne Tafelform annehmen, die pro Längenfuß zehnmal so lang ist als die das Wasser
induzierende Fläche; und die induzierende Wirkung wird hierbei derart zusammengefaßt,
daß dasselbe Volumen von einem Gebiet, das nur 1/1o so lang ist, in 1110 der Zeit
entfernt werden wird. Dies ist von der größten Wichtigkeit, da die Wirkung zum Entfernen
der Trägheitsdrücke vollständig von einem schnellen Entfernen des Wassers im Vergleich
zu dem Betrage abhängt, in welchem das außenliegende Wasser mit Bezug auf. die Saugwirkung
oder die Unterdrücke, die durch die Wasserentfernung entstehen, abfließen kann.
-
Es hat sich herausgestellt,- daß unmittelbar an der Außenseite des
Stromstrahles eine flache oder dünne Schicht vorhanden ist, in der ein Druckunterschied
herrscht. Die Größe und das Vorhandensein des Druckes kann man an einer Skala ablesen,
die an einem Druckrohr angebracht ist. Es hat sich weiter durch Versuche herausgestellt,
daß diese negativen Drücke tatsächlich vorhanden sind und daß sie eine Saugwirkung
erzeugen, die erfindungsgemäß als vortreibender Faktor benutzt wird. Diese Saugwirkung
ist gewöhnlich auf beide Flächen des Wasserstrahles gleich groß. Wenn man aber die
am Bug austretenden Strahlen tafelförmig gestaltet und die Strahlen unter einem
richtigen, nach außen verlaufenden Winkel austreten läßt, der in Abb.3 ungefähr
W beträgt, so daß die nach hinten gerichteten Flächen innerhalb des Bereiches der
vorderen Flächen des in das Wasser eindringenden Teiles liegen, so wird die Saugwirkung
und die druckreduzierende Wirkung, welche durch die Innenfläche des Strahles erzeugt
wird (vgl. die Pfeile b, b) eine besondere Wirkung auf dis Schiffshaut haben,
während die Saugwirkungen
auf die vorderen Flächen des Strahles,
wie durch die Pfeile c, c angedeutet, eine vordere Resultante erzeugen die infolge
der Saugwirkung bei b, h auf die Schiffshaut als kräftig vortreibende Kraft
wirkt.
-
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung beruht nun darin, die entwickelte
Saugwirkung an der vorderen Fläche des Strahles auszugleichen und auf die Schiffshaut
wirken zu lassen, wenn die Strahlentafeln eine solche Breite und einen solchen Winkel
haben, daß ein wesentlicher Betrag des außenliegenden Wassers hinter die Strahlentafel
gezogen werden kann und einen Teil der hinzukommenden Strahlen bildet. Dies hat
den doppelten Vorteil, daß das wasseraushöhlende Vermögen an der Innenfläche des
Strahles nutzbar gemacht werden kann und daß ferner eine neutrale Wasserschicht
zwischen dem Wasserstrahl von hoher Geschwindigkeit und dem Schiffsrumpf eingeschaltet
wird, so daß die Reibungsverluste in hohem Maße vermindert werden und ein größerer
Teil der Stromenergie zur Bewegung des Wassers benutzt werden kann. Die zuzulassenden,
nach außen verlaufenden Winkel des Wasseraustrittes sind begrenzt, und die Einströmung
des Wassers in die innen dargebotene Fläche soll genügend beschränkt werden, um
sicherzugehen, daß der hinzukommende Stromstrahl zurückgebogen wird, so daß seine
geringere Geschwindigkeit und seine Innenfläche in Berührung mit der Schiffsfläche
ungefähr am mittleren Teil des Schiffes kommt. Der hinzukommende Strahl soll aber
nicht zu schnell zurückgebogen werden, da andernfalls die Reibungsverluste zu groß
werden.
-
Es ist zu bemerken, daß in Abb. 3 die Düse über die Außenfläche des
Schiffes hervorragt. Dies ist aber nicht von Wichtigkeit, sondern nur aus mechanischen
Gründen zweckmäßig. Die Düse wird daher den ersten Teil des Strahles von der Schiffshaut
ablenken, so daß die verengte Einströmung des außenliegenden Wassers in den Raum
zwischen dem Strahl und der Schiffswand mit einem geringen, nach außen verlaufenden
Winkel für den Strahl erleichtert wird. In dem Maße, in welchem die Schiffswand
durch die nach hinten abfließenden Strahlen eingehüllt wird, wird die Fläche gegen
Stoß und normale Reibung gegenüber dem Wasser geschützt, so daß der Hauptwiderstand
der Schiffsflächen nicht als Widerstand für die Fortbewegung des Schiffes in Erscheinung
tritt.
-
In den Abb. i, 2 und 3 ist die Außenhaut