-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein halbtauchendes Tragflügelwasserfahrzeug.
-
Beschreibung des Standes
der Technik:
-
Ein
gewöhnliches
Tragflügelwasserfahrzeug kann
durch Reduzierung des Wasserwiderstandes, indem es einen Wasseroberflächenfahrzeugkörper über die
Wasseroberfläche
anhebt und mit dem Wasseroberflächenfahrzeugkörper auf
dem Wasser gleitet, mit hoher Geschwindigkeit fahren.
-
Ein
halbtauchendes Wasserfahrzeug mit Tragflügeln ist in der US-Schrift 4981099 beschrieben.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Tragflügelwasserfahrzeug
mit einem neuen Antriebssystem zu schaffen, das den durch die Wellen verursachten
Widerstand beim Fahren enorm reduziert.
-
Um
die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, hat
ein halbtauchendes Tragflügelwasserfahrzeug den
folgenden Aufbau.
- (1) In einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das halbtauchende Tragflügelwasserfahrzeug
einen Fahrzeuggrundkörper,
der einen Wasseroberflächenfahrzeugkörper aufweist,
der über
der Wasseroberfläche
beim Fahren angeordnet ist, einen Unterwasserfahrzeugkörper, der
unter der Wasseroberfläche
angeordnet ist, und eine oder mehrere Streben, die den Wasseroberflächenfahrzeugkörper und
den Unterwasserfahrzeugkörper
vertikal verbinden. Der oben genannte Unterwasserfahrzeugkörper umfasst
eine Wasseransaugkammer, die im geöffneten Zustand Wasser an der
Vorderseite des Unterwasserfahrzeugkörpers ansaugt; einen Propeller
zum rückwärtigen Ausstoßen des
von der Wasseransaugkammer angesaugten Wassers; mindestens eine
Wasserspritzdüse,
die im geöffneten
Zustand das vom Propeller ausgestoßene Wasser rückwärtig herausspritzt;
mindestens einen Wasserleitungskanal, der sich vom Heck des Propellers
bis zur Wasserspritzdüse
erstreckt; und mindestens ein Paar Flügeln, die an beiden Seiten
des Unterwasserfahrzeugkörpers
herausragen.
- (2) In der oben genannten Ausführungsform (1) ist das Paar
Wasserspritzdüsen
vorzugsweise an beiden Seiten des Unterwasserfahrzeugkörpers geöffnet, und
die zwei Wasserleitungskanäle
erstrecken sich vorzugsweise in Richtung der jeweiligen Wasserspritzdüsen links-
und rechtsseitig.
- (3) In der oben genannten Ausführungsform (2) sind die Wasserspritzdüsen vorzugsweise
unter Flügeln
an den Seiten des Unterwasserfahrzeugkörpers angeordnet.
- (4) In einer der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (3) sind
die Wasseransaugkammern vorzugsweise derart geformt, dass der Querschnitt
der Wasseransaugkammer von der Öffnung
in Rückwärtsrichtung
allmählich
abnimmt.
- (5) In einer der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (4) ist
vorzugsweise ein drehbarer Hilfsflügel an einem hinteren Endabschnitt
des Flügels
befestigt.
- (6) In einer der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (5) wird
der Flügel
vorzugsweise durch einen Hauptflügel
und einen Querruder gebildet, die in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung angeordnet sind.
- (7) In einer der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (6) ist
vorzugsweise der Flügel
in etwa plattenförmig
ausgebildet, die oberen und unteren Seiten dieses Flügels stromlinienförmig ausgebildet,
und ein vorderer Endabschnitt dieses Flügels messerschneidenförmig ausgebildet.
- (8) In einer der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (7) ist
vorzugsweise die Strebe in etwa plattenförmig ausgebildet, und die vorderen
und hinteren Endabschnitte der Strebe sind messerschneidenförmig ausgebildet.
- (9) In einer der oben genannten Ausführungsformen (1) bis (8) kann
vorzugsweise eine vertikale Länge
der Strebe eingestellt werden.
- (10) In einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das halbtauchende Tragflügelwasserfahrzeug
Wasseransaugkammern, die im geöffneten
Zustand Wasser an der Vorderseite des Fahrzeugkörpers ansaugen; einen Propeller
zum rückwärtigen Ausstoßen des von
der Wasseransaugkammer angesaugten Wassers; eine Wasserspritzdüse, die
im geöffneten
Zustand an der hinteren Seite des Fahrzeugkörpers das vom Propeller ausgestoßene Wasser rückwärtig herausspritzt;
einen Wasserleitungskanal, der sich vom Heck des Propellers bis
zur Wasserspritzdüse
erstreckt; und mindestens ein Paar Flügeln, die an beiden Seiten
des Fahrzeugkörpers
herausragen.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
1 zeigt
eine schematische Seitendarstellung einer Ausführungsform eines halbtauchendes
Tragflügelwasserfahrzeuges
der vorliegenden Erfindung.
-
Jede
der 2A und 2B zeigen
eine schematische Seitendarstellung einer Ausführungsform eines Hauptflügels des
Tragflügelwasserfahrzeuges von 1.
-
3 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung A-A des Tragflügelwasserfahrzeuges
von 1.
-
4 zeigt
eine Frontansicht des Tragflügelwasserfahrzeuges
von 1.
-
5 zeigt
eine Unteransicht des Tragflügelwasserfahrzeuges
von 1, d.h. eine Unteransicht eines Unterwasserfahrzeugkörpers.
-
6 zeigt
eine Unteransicht einer anderen Ausführungsform des Unterwasserfahrzeugkörpers des
Tragflügelwasserfahrzeuges
der vorliegenden Erfindung, ähnlich
zu 5.
-
7 zeigt
eine Unteransicht einer weiteren Ausführungsform des Unterwasserfahrzeugkörpers des
Tragflügelwasserfahrzeuges
der vorliegenden Erfindung, ähnlich
zu 5
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben.
-
1 zeigt
eine schematische Seitendarstellung einer ersten Ausführungsform
eines Tragflügelwasserfahrzeuges
der vorliegenden Erfindung. Ein Fahrzeuggrundkörper des Tragflügelwasserfahrzeuges 10 umfasst
einen Wasseroberflächen-Fahrzeugkörper 20,
der beim Fahren oberhalb der Wasseroberfläche schwimmt, einen Unterwasser-Fahrzeugkörper 40,
der unterhalb der Wasseroberfläche eintaucht,
und eine Strebe 30, die den Wasseroberflächen-Fahrzeugkörper 20 und
den Unterwasser-Fahrzeugkörper 40 vertikal
verbindet. Ein Fahrerbereich, eine Kabine, usw. befinden sich in
dem Wasseroberflächen-Fahrzeugkörper 20,
und der Unterwasser-Fahrzeugkörper 40 hat
einen Aufbau für
die Erzeugung von Antriebsenergie. Im Tragflügelwasserfahrzeug 10 der
vorliegenden Erfindung sind der Wasseroberflächen-Fahrzeugkörper 20 und
der Unterwasser-Fahrzeugkörper 40 voneinander
getrennt, und der Unterwasser-Fahrzeugkörper 40 ist unterhalb
der Wasseroberfläche
angeordnet, das heißt beim
Fahren unter Wasser. Daher wird das Tragflügelwasserfahrzeug 10 der
vorliegenden Erfindung „ein
halbtauchendes Fahrzeug" genannt.
-
Ein
Paar Hauptflügel 42,
die in etwa plattenförmig
ausgebildet sind, und ein Paar Querruder 43 ragen an beiden
Seiten des Unterwasser-Fahrzeugkörpers 40 heraus.
Die Querruder 43 sind in der Regel kleiner als die Hauptflügel 42 und
sind hinter den Hauptflügeln 42 angeordnet.
Vorzugsweise werden obere und untere Flächen der Hauptflügel und
der Querruder stromlinienförmig
gebildet und ein vorderer Endabschnitt messerschneidenförmig geformt, um
den Wasserwiderstand zu reduzieren. Diese Elemente sorgen für die Gleichgewichtseinstellung
und stabilisieren das Tragflügelwasserfahrzeug 10.
Ein Steuerruder 45 ist an dem hinteren Bodenabschnitt des
Unterwasser-Fahrzeugkörpers 40 angeordnet und
steuert eine Richtung des Tragflügelwasserfahrzeuges 10.
Wie aus der oberen Beschreibung ersichtlich ist, ist es auch möglich, dass
die Hauptflügel und
die Querruder gleich groß sind
und die Querruder oberhalb oder unterhalb der Hauptflügel angeordnet
werden.
-
Der
Abstand zwischen dem Wasseroberflächen-Fahrzeugkörper 20 und
dem Unterwasser-Fahrzeugkörper 40 kann
durch Einstellen einer vertikalen Länge der Strebe 30 eingestellt
werden, die den Wasseroberflächen-Fahrzeugkörper 20 mit dem
getrennten Unterwasser-Fahrzeugkörper 40 verbindet.
Daher fährt
das Tragflügelwasserfahrzeug 10 durch
die vertikale Verstellung der Strebe gemäß einer Wassertiefe stabil
und sicher.
-
Weiterhin
sind ein Paar Wasserspritzdüsen 53 als
Austrittsöffnung
eines Wasserleitungskanals 52, der sich durch den Fahrzeugkörper erstreckt,
an beiden Seiten des Unterwasserfahrzeugkörpers 40 angeordnet.
Diese Wasserspritzdüsen 53 sind
vom Fahrzeugkörper
aus nach hinten geöffnet,
um Wasser mit hohem Druck herauszuspritzen, so dass Antriebskraft
des Tragflügelwasserfahrzeuges 10 bereitgestellt
wird. Die Wasserspritzdüsen 53 sind
vorzugsweise unterhalb der oberen Hauptflügeln 42 angeordnet.
Damit wird den Hauptflügeln 42 durch
die Ausstoßung
des Wassers mit hohem Druck Auftrieb gegeben.
-
2 zeigt
eine schematische Seitendarstellung des Hauptflügels 42. 2a zeigt ein bevorzugtes Beispiel eines
Hauptflügels 42,
bei dem der Hauptflügel 42 an
seinen oberen und unteren Seiten stromlinienförmig ausgebildet ist und sein
Inneres als Hohlraum ausgebildet ist. Der Auftrieb wird durch die Ausbildung
des Inneren als Hohlraum sicher gestellt. Da der Fahrzeugkörper groß dimensioniert
ist, ist es erforderlich, den Hohlraum so zu vergrößern, dass ein
großer
Auftrieb erreicht wird. Daher ist der Hauptflügel derart ausgebildet, dass
dieser in der Dicke und/oder Breite vergrößert wird, um die Erfordernisse zu
erfüllen.
Weiterhin kann der Hauptflügel 42 vollständig um
eine horizontale Achse 49 als Mittelpunkt gedreht werden.
Es ist damit möglich,
beim Fahren Stabilität
sicher zu stellen und eine Auftriebseinstellung und eine Geschwindigkeitseinstellung
vorzunehmen durch Änderung
des Winkels bezüglich
der horizontalen Linie durch Drehen des Hauptflügels 42. 2B zeigt eine weitere Ausführungsform
des Hauptflügels 42,
an dem ein Hilfsflügel 42a an
einem hinteren Endabschnitt des Hauptflügels 42 angebracht
ist. Der Hilfsflügel 42a kann
um eine Achse an einem hinteren Abschnitt des Hauptflügels 42 gedreht
werden. Ein ähnliche
Wirkung wie in dem Beispiel der 2A wird
durch diese Drehung erreicht. Vorzugsweise sind die oberen und unteren
Seiten des Hilfsflügels 42a stromlinienförmig ausgebildet, die
in einer Grundstellung durchgehend mit den entsprechenden stromlinienförmigen Seiten
des Hauptflügels 42 verbunden
sind, und der hintere Endabschnitt des Hilfsflügel 42a messerschneidenförmig ausgebildet,
damit der Wasserwiderstand reduziert wird. Einstellungen des Hauptflügels 42 von 2A und des Hilfsflügels 42a von 2B können manuell
und/oder automatisch gesteuert werden. Diese Steuerungen können aus
einem Lenkführerhaus
(einem Cockpit) vorgenommen werden. Das Querruder 43 kann
auch eine ähnliche
Struktur wie die des Hauptflügels 42 aufweisen.
-
3 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung A-A von 1. Vier
Streben 30, die den Unterwasser-Fahrzeugkörper 40 mit
dem Wasseroberflächen-Fahrzeugkörper verbinden,
sind im vorderen, hinteren, linken und rechten Bereich in dem gezeigten
Beispiel angeordnet. In anderen Beispielen können zwei Streben vorne und
hinten angeordnet sein und eine Strebe kann zentral angeordnet sein,
usw. Es wird bevorzugt, dass jede Strebe 30 vollständig in etwa
plattenförmig
ausgebildet ist, und ihre Seitenflächen stromlinienförmig ausgebildet
sind, und vordere und hintere Endabschnitte der Strebe 30 messerschneidenförmig ausgebildet
sind, um den Wellenwiderstand durch Durchtrennen der Wellen beim
Fahren zu reduzieren.
-
3 zeigt
ebene Formen des Hauptflügels 42 auf
beiden Seiten des Unterwasser-Fahrzeugkörpers 40, des Hilfsflügels 42a,
des Querruders 43 und des Hilfsflügels 43a. Diese Abschnitte
sind beispielhaft gezeigt. Es können zum
Beispiel die Hilfsflügel 42a, 43a auch
derart angeordnet werden, dass nur Abschnitte der Hilfsflügeln 42a, 43a stufenweise
von dem Unterwasser-Fahrzeugkörper 40 getrennt
werden. Der Hauptflügel 42 und
das Querruder 43 können
auch vollständig
drehbar sein wie in einem bevorzugten Beispiel, bei dem keine Hilfsflügel 42a, 43a,
wie in 2 dargestellt sind, angebracht sind. 4 zeigt
eine Frontansicht des Tragflügelwasserfahrzeuges 10 von 1.
Eine Wasseransaugkammer 51 erstreckt sich am vorderen geöffneten
Teilabschnitt des Unterwasser-Fahrzeugkörpers 40 von der Öffnung nach
hinten, und eine Seitenfläche
der Wasseransaugkammer 51 ist schräg und kegelförmig ausgebildet,
um den Querschnitt (ein schräger
Linienabschnitt) schrittweise zu reduzieren. Weiterhin ist ein Propeller 54 an
einem hinteren Abschnitt der Wasseransaugkammer 51 befestigt.
Der Propeller 54 stößt das von
der Wasseransaugkammer 51 angesaugte Wasser rückwärtig aus.
Da die Wasseransaugkammer 51 kegelförmig ausgebildet ist, wird
das an der Öffnung
angesaugte Wasser komprimiert, während
es innerhalb der Wasseransaugkammer 51 rückwärtig befördert wird.
Das komprimierte Wasser wird anschließend durch den Propeller 54 in
einem hoch verdichteten Zustand rückwärtig ausgestoßen. Dadurch
wird die Spritzkraft bzw. Antriebskraft erhöht. Wie in 4 gezeigt
ist, sind die Hauptflügel 42,
die an den beiden Seitenflächen
des Unterwasser-Fahrzeugkörpers 40 herausragen,
so eingestellt, dass die seitlichen Enden dieser Hauptflügeln 42 eine
Länge aufweisen,
die nicht über
die Seitenflächen
des Wasseroberflächen-Fahrzeugkörpers 20 hinausragen,
so dass die Hauptflügel 42 nicht
gegen eine Uferwand anstoßen,
wenn das Tragflügelwasserfahrzeug 10 das
Ufer erreicht. Das gleiche gilt auch für das Querruder 43.
-
5 zeigt
eine Unteransicht des Tragflügelwasserfahrzeuges 10 von 1,
d.h. eine Unteransicht eines Unterwasserfahrzeugkörpers 40.
Die breiten Pfeile in 5 zeigen in die Richtung des
in die Wasseransaugkammer 51 angesaugten Wassers bzw. in
die Richtung des von der Wasserspritzdüse 53 ausgestoßenen Wassers.
Der Propeller 54 wird durch eine geeignete Energiequelle 55 gedreht.
Die Ausstoßkraft
des Wassers bzw. die Antriebskraft kann durch die Drehzahlsteuerung
des Propellers eingestellt werden. Die Energiequelle 55 wird
mittels einer geeigneten Maschine wie eine Dampfturbine, eine Gasturbine,
usw. aufgebaut, um große
Leistungen erhalten zu können.
In
-
5 sind
der Propeller 54 und die Turbine 55 mit durchgehenden
Linien gezeichnet, um den Propeller 54 und die Turbine 55 deutlich
darzustellen, diese sind aber eigentlich innerhalb des Unterwasserfahrzeugkörpers 40 angeordnet
(diese sind in den folgenden Zeichnungen ähnlich angeordnet). Ein Wasserleitungskanal 52 erstreckt
sich rückwärtig an der
hinteren Seite des Propellers 54, wobei Wasser, das durch
den Propeller ausgestoßen
wird, mit hohem Druck rückwärtig durch
den Wasserleitungskanal 52 ausgestoßen wird. In dem gezeigten
Beispiel ist der Wasserleitungskanal 52 in zwei Kanäle links- und rechtsseitig
verzweigt, um das Wasser mit hohem Druck an jeder der beiden Seitenflächen des Unterwasserfahrzeugkörpers 40 auszustoßen.
-
6 zeigt
eine Unteransicht einer anderen Ausführungsform des Unterwasserfahrzeugkörpers 40 des
Tragflügelwasserfahrzeuges
der vorliegenden Erfindung, ähnlich
zu 5. In diesem Beispiel ist eine Seitenfläche der
Wasseransaugkammer 51 nicht kegelförmig ausgebildet, erstreckt
sich aber rückwärtig im
gleichen Bereich wie beschrieben.
-
6 zeigt
auch eine andere Ausführungsform
der ebenen Formen des Hauptflügels 42 und des
Querruders 43. Der Hauptflügel 42 und das Querruder 43 können in
verschiedene Formen ausgestaltet werden. Es ist nicht notwendig,
das Querruder entsprechend der Form des Hauptflügels 42 zu gestalten.
Zum Beispiel ist es nicht notwendig, das Querruder gleich zu gestalten,
wenn der Hauptflügel 42 derart
geformt ist, dass dieser sich mit einer beträchtlichen Länge in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung erstreckt.
-
7 zeigt
eine Unteransicht einer weiteren Ausführungsform des Unterwasserfahrzeugkörpers 40 des
Tragflügelwasserfahrzeuges
der vorliegenden Erfindung, ähnlich
zu 5. In diesem Beispiel ist nur ein Wasserleitungskanal 52,
der sich auf einer geraden Linie in Richtung der hinteren Seite
des Propellers 54 erstreckt, und eine Wasserspritzdüse 53, die
an der hinteren Seite des Unterwasserfahrzeugkörpers 40 geöffnet ist,
vorhanden. Im Vergleich mit dem Wasserleitungskanal 52 des
in 5 und 6 gezeigten Abzweigtyps, ist
der Wasserleitungskanal 52 in dieser Ausführungsform
einfach im Aufbau und wird bei einem kompakten Fahrzeug eingesetzt,
das keine hohe Antriebskräfte
benötigt.
-
Weiterhin
wird eine andere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung in Bezug auf 7 erläutert. Das
kompakte Fahrzeug kann auch mit einem Fahrzeugkörper versehen sein anstatt
einen Aufbau aufzuweisen, bei dem der Unterwasserfahrzeugkörper 40 und
der Wasseroberflächen-Fahrzeugkörper 20 voneinander
getrennt sind, wie in 1 gezeigt ist. In diesem Fall
ist eine Unteransicht eines solchen Fahrzeugkörpers ähnlich wie die in 7 gezeigte Unteransicht.
Die Wasseransaugkammer 51 ist nämlich an der vorderen Seite
im tieferen Halbabschnitt des Fahrzeugkörpers angeordnet, und die Wasserspritzdüse 53 ist
an der hinteren Seite im tieferen Halbabschnitt des Fahrzeugkörpers angeordnet.
Das von der Ansaugkammer angesaugte Wasser wird rückwärtig durch
den Propeller 54 ausgestoßen und wird von der Wasserspritzdüse 53 an
der hinteren Seite durch den Wasserleitungskanal 52 ausgestoßen. Die
Hauptflügel,
usw. ragen an den Seitenflächen
des Fahrzeugkörpers
im tieferen Halbabschnitt heraus. Das Cockpit und die Kabine sind
im oberen Halbabschnitt des Fahrzeugkörpers angeordnet.
-
In
dem in den 5 bis 7 gezeigten
Unterwasserfahrzeugkörper 40 sind
die Hilfsflügel 42a bzw. 43a in
dem Hauptflügel 42 bzw.
dem Querruder 43 dargestellt, der Hauptflügel 42 bzw.
das Querruder 43 kann aber auch vollständig drehbar ausgeführt sein
wie in einem bevorzugten Beispiel, bei dem keine Hilfsflügel 42a, 43a angeordnet
sind, wie in 2 dargestellt ist.
-
In
den oben gezeigten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung wird der durch die Wellen verursachte Widerstand
auf einen Zehntel im Vergleich zu gewöhnlichen Schiffen reduziert,
so dass eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 40 km/h und eine Höchstgeschwindigkeit
von 100 km/h (ungefähr 20
km/h bei gewöhnlichen
Schiffen) erreicht werden kann.
-
Wie
oben in den bevorzugten Ausführungsformen
des Tragflügelwasserfahrzeuges
vom halbtauchenden Typ erwähnt,
sind ein Wasseroberflächenfahrzeugkörper und
ein Unterwasserfahrzeugkörper
vorhanden, die durch eine Strebe verbunden sind, und das Tragflügelwasserfahrzeug
fährt durch das
Ansaugen von Wasser in der Wasseransaugkammer an einer vorderen
Seite des Unterwasserfahrzeugkörpers,
und durch das Ausstoßen
des Wassers mit hohem Druck an den beiden Seitenflächen des
Unterwasserfahrzeugkörpers
oder der hinteren Seite. Die Strebe, die den Wasseroberflächenfahrzeugkörper und
den Unterwasserfahrzeugkörper
verbindet, erfährt
den Wellenwiderstand beim Fahren, aber der durch die Wellen verursachte
Widerstand wird reduziert, da die Strebe eine messerförmige Kante
und eine stromlinienförmige
Seitenfläche
aufweist. Durch den an einer Seitenfläche des Unterwasserfahrzeugkörpers, usw.
angebrachten Hauptflügel
wird weiterhin der Wasserwiderstand auch reduziert und eine Gesamtstabilität auch sichergestellt.
-
Ein
Schwingen des Wasseroberflächenfahrzeugkörpers wird
durch Trennen des Wasseroberflächenfahrzeugkörpers von
dem Unterwasserfahrzeugkörper
reduziert. Weiterhin ist eine Antriebsenergiequelle wie eine Turbine,
usw. in dem Unterwasserfahrzeugkörper
vorhanden, wobei diese von dem Unterwasserfahrzeugkörper durch
die Strebe getrennt ist. Daher werden kaum Geräusche an den Wasseroberflächenfahrzeugkörper übertragen.
Somit wird eine angenehme Umgebung in dem Wasseroberflächenfahrzeugkörper geschaffen.