DE69620172T2

DE69620172T2 - Flüssigkeitsantriebssystem zur beschleunigung und richtungskontrolle eines fluidums

Info

Publication number: DE69620172T2
Application number: DE69620172T
Authority: DE
Inventors: William W. Jeswine
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2016-05-31
Also published as: CN1190938A; EP0830285A1; AU716930B2; CN1077059C; US5875627A; ES2171223T3; AU5961296A; WO1996040555A1; BR9608726A; NO975733L; SK166497A3; MX9709844A; NO975733D0; EP1155956A2; JPH11508206A; HK1041856A1; ATE215042T1; EP0830285B1; RO118067B1; EP1155956A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Flugzeuge, Schiffe, Luftkissenfahrzeuge und andere Fahrzeuge werden angetrieben durch Beschleunigen eines Fluids, um einen Schub bzw. Schubstrom zu erzeugen. Der Schub erzeugt eine Kraft, die das Fahrzeug in einer Richtung entgegengesetzt zur Richtung des Schubs antreibt. Herkömmliche Antriebssysteme beinhalten im Allgemeinen Propeller und Turbinen.
Propellerantriebssysteme werden vielfach in Verbindung mit Flugzeugen und Schiffen verwendet. Propeller sind jedoch relativ ineffizient, da ein bedeutender Prozentsatz des Fluids radial nach außen gerichtet ist, d. h., weg von der gewünschten Richtung des Vortriebs. Folglich vergeuden Propeller Energie an Fluid, das den Vortrieb lediglich geringfügig erhöht. Propeller unterliegen ferner der Kavitation, wenn diese im Wasser betrieben werden, wodurch deren Wirkungsgrad weiter reduziert wird. Ein weiteres Problem bei Propellern liegt darin, dass diese gefährlich sind und ernsthafte Verletzungen oder sogar den Tod von Personen oder Tieren zur Folge haben, wenn diese mit den rotierenden Propellern in Kontakt geraten. Schließlich sind Propeller äußerst laut, wodurch eine Belästigung der Öffentlichkeit in der Umgebung von Flugplätzen erzeugt wird.
Turbinen werden weithin verwendet, um Flugzeuge anzutreiben. Turbinen haben jedoch lediglich eine begrenzte Anwendung, da diese teuer und laut sind. Turbinen funktionieren ferner nicht in sehr dichten Fluiden, etwa in Wasser. Angesichts der Probleme mit Propellern und Turbinen wäre es wünschenswert, ein Antriebssystem zu schaffen, das effizient, sicher und leise und weithin anwendbar für Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge ist.
Ein alternatives Antriebssystem ist ein rotierender Zylinder. Frühere Erfindungen, die schnell rotierende Zylinder betreffen, waren im Wesentlichen auf die Anwendung von Zylindern in einem Fluidstrom gerichtet, um eine Kraft gemäß dem Magnus-Effekt zu erzeugen. Obwohl derartige Anwendungen eines sich schnell drehenden Zylinders nützlich zum Anheben sind, richten sich derartige Erfindungen nicht auf die Verwendung eines schnell drehenden Zylinders zur Erzeugung einer Vortriebskraft in einem statischen Fluid.
Rotierende Zylinder sind bis dato als ein Fluidantriebssystem nicht sehr verbreitet. Wenn ein Zylinder in einem Fluid in Drehung versetzt wird, verursacht die Reibung zwischen dem Zylinder und dem Fluid, dass ein Teil des Fluids in einer Schicht um den Zylinder mitgenommen wird. Konventionelle Antriebssysteme unter Verwendung rotierender Zylinder erzeugen nicht ausreichend Schubkraft, ohne dabei die physikalischen Abmessungen eines vorgegebenen Fahrzeuges, etwa die Spannweite (Flugzeuge) oder Breite (Boot und Autos) zu übersteigen. Somit sind bisher rotierende Zylinder nicht für die Benutzung in Anwendungen, die ein großes Bauvolumen erfordern, d. h., in Flugzeugen, Booten, Luftkissenfahrzeugen und anderen Fahrzeugen geeignet.
US-A-3140065 offenbart ein Hebe- und Steuersystem für ein Luftfahrzeug mit rotierenden Zylindern, die aus den Flügelspitzen eines Flugzeuges oder dem Rumpf des Flugzeuges hervorragen. Die Zylinder umfassen kontinuierliche dynamische Oberflächen zum Zirkulieren des Fluids, ein Mitnehmergebiet, in dem das Fluid zu der dynamischen Oberfläche geführt wird und anschließend Fluid in der Nähe der Oberfläche beschleunigt wird, um eine Schicht aus beschleunigtem Fluid zu erzeugen. Ein Motor ist funktionsmäßig mit den Zylindern zum Antreiben der Zylinder gekoppelt. Eine Mitnehmerschaufel mit großem Durchmesser ist benachbart zu jedem der Zylinder angeordnet, um das beschleunigte Fluid von den rotierenden Zylindern weg zu beschleunigen. Das im US-A-3140065 offenbarte System ist jedoch kein Vortriebssystem, sondern ein System zum Stabilisieren des Flugzeuges entsprechend dem Magnus-Effekt.
Ein Antriebssystem unter Verwendung rotierender Zylinder ist im US-Patent 2,985,406 von H.W. Bump gezeigt, das zwei rotierende Zylinder beschreibt, die als das Hebe- und Antriebsmittel für ein Flugzeug dienen. Die Zylinder sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und werden gegeneinander rotiert, so dass die Luft um die Zylinder strömt und an der Rückseite der Zylinder zusammengeführt wird. Die Luft wird anfänglich von dem Raumbereich zwischen den Zylindern mitgenommen und um die Außenseite der Zylinder gelenkt. Ohne Behinderung wäre die Richtung des beschleunigten Fluids im Raumbereich zwischen den Zylindern im Wesentlichen entgegengesetzt zur gewünschten Richtung des maximalen Vortriebs. Um das beschleunigte Fluid geeignet zu lenken, wird ein Ablenkelement am hinteren Bereich der Zylinder angeordnet, das die beschleunigte Luft von den Zylindern trennt und unter einem Winkel von 90º ablenkt, um diese in die gewünschte Richtung zu lenken.
Antriebssysteme mit rotierendem Zylinder besitzen viele Vorteile im Vergleich zu Propeller und Turbinen. Zunächst sind derartige Systeme relativ sicher im Vergleich zu Propeller, da diese keine Blätter bzw. Schaufelräder besitzen und diese eine Schicht aus nahezu reibungsfreier Fluidströmung in der Nähe des Zylinders erzeugen, die im Wesentlichen Objekte daran hindern, die Oberfläche der Zylinder tatsächlich zu berühren. Rotierende Zylinder sind ferner außergewöhnlich ruhig, und in gleicher Weise für den Betrieb in Luft oder Wasser anwendbar. Es wäre daher wünschenswert, ein effizientes und flexibles Antriebssystem unter Verwendung rasch drehender Zylinder oder eine andere Art einer kontinuierlichen dynamischen Oberfläche, etwa ein sich schnell drehender Riemen zum Beschleunigen und Lenken eines statischen Fluids zu entwickeln.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Antriebssystem entsprechend den Ansprüchen 1 und 22 gelöst.
In einer weiteren Ausführungsform besitzt ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mehrere Zylinder. Jeder Zylinder weist eine äußere Oberfläche auf, die durch das Fluid von einem Mitnehmergebiet zu einem Schubgebiet zum Erzeugen einer Schicht beschleunigten Fluids um jede äußere Oberfläche herum drehbar ist. Die Zylinder sind beabstandet, um eine Mitnehmerkonvergenzzone zwischen den Zylindern zu definieren, und die Zylinder werden nach innen zur Konvergenzzone gedreht, so dass das beschleunigte Fluid von jedem Zylinder durch die Konvergenzzone in eine gewünschte Schub- bzw. Schubstromrichtung strömt. Ein Motor ist funktionsmäßig an den Zylindern zum Antreiben der Zylinder mit hoher Geschwindigkeit angebracht. Mehrere bewegbare Schubseparatorplatten mit jeweils einer Führungskante und einer Schubfläche sind in der Nähe der Zylinder angeordnet, so dass jeder Zylinder mindestens eine entsprechende Separatorplatte aufweist, die in dessen Schubgebiet positioniert ist. Jede Separatorplatte ist in der Konvergenzzone positionierbar und mit Bezug zu dem entsprechenden Zylinder bewegbar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems mit schnell drehendem Zylinder.
Fig. 2A ist eine weitere Querschnittsansicht eines Fluidantriebssystems mit schnell drehendem Zylinder aus Fig. 1.
Fig. 2B ist eine weitere Querschnittsansicht eines Antriebssystem mit schnell drehendem Zylinder nach Fig. 1.
Fig. 3A ist eine isometrische Ansicht eines Fluidantriebssystems mit schnell drehendem Zylinder gemäß der Erfindung mit mehreren Separatorplatten.
Fig. 3B ist eine Querschnittsansicht des Antriebssystems aus Fig. 3A.
Fig. 4A ist ein sich schnell drehender Zylinder eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems, das in Verbindung mit Wasserfahrzeugen mit Vortrieb verwendet ist.
Fig. 4B ist der schnell drehende Zylinder aus Fig. 4A in neutraler Antriebsstellung.
Fig. 4C ist der schnell drehende Zylinder aus Fig. 4A in Rückwärtsfahrt.
Fig. 5A ist eine detaillierte Querschnittsansicht des schnell drehenden Zylinders aus Fig. 4A.
Fig. 5B ist eine detaillierte Querschnittsansicht des schnell drehenden Zylinders aus Fig. 4B.
Fig. 5C ist eine Querschnittsansicht des schnell drehenden Zylinders aus Fig. 4C.
Fig. 6A ist eine schematische Darstellung eines drehenden Zylinders und einer länglichen bewegbaren Separatorplatte eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems.
Fig. 6B ist eine schematische Darstellung eines rotierenden Zylinders und einer sich radial bewegbaren Separatorplatte eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems.
Fig. 6C ist eine schematische Ansicht eines rotierenden Zylinders und einer tangential bewegbaren Separatorplatte eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems.
Fig. 6D ist eine schematische Ansicht eines rotierenden Zylinders und einer rotierend bewegbaren Separatorplatte eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems.
Fig. 6E ist eine schematische Ansicht eines rotierenden Zylinders und einer angewinkelt bewegbaren Separatorplatte eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht eines Doppelzylinderfluidantriebssystems gemäß der Erfindung.
Fig. 8 ist eine Draufsicht im Aufriss eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems mit Doppelzylinder.
Fig. 9A ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fluiddoppelzylinderantriebssystems in Vorwärtsstellung.
Fig. 9B ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems mit zwei Zylindern in Rückwärtsstellung.
Fig. 9C ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems mit zwei Zylindern, das einen seitlichen Schub erzeugt.
Fig. 9D ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Fluidantriebssystems mit zwei Zylindern, das einen weiteren seitlichen Schub erzeugt.
Fig. 10 ist ein erfindungsgemäßes Fluidantriebssystem mit zwei Zylindern das zum Antreiben eines Wasserfahrzeugs dient.
Fig. 11A ist eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit mehreren Zylindern.
Fig. 11B ist eine isometrische Ansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Antriebssystems mit mehreren Zylindern.
Fig. 12 ist eine Querschnittsansicht des Antriebssystems mit mehreren Zylindern aus Fig. 11A.
Fig. 13 ist eine Draufsicht im Aufriss eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit mehreren Zylindern, das in einem Luftfahrzeug verwendet ist.
Fig. 14 ist eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit mehreren Zylindern mit bewegbaren Drehachsen.
Fig. 15 ist eine Draufsicht im Aufriss eines erfindungsgemäßen Antriebssystems mit mehreren Zylindern mit Rippen.
Fig. 16 ist eine Querschnittsansicht des Antriebssystem mit mehreren Zylindern aus Fig. 15.
fig. 17 ist eine Querschnittsansicht eines Antriebssystems gemäß der Erfindung, in der die dynamische Oberfläche ein bewegbarer Riemen ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Die Fig. 1-17 zeigen Fluidantriebssysteme gemäß der Erfindung zum Beschleunigen und richtungsmäßigen Steuern eines Fluids, um einen Schub zu erzeugen. Definitionsgemäß wird hierin der Begriff "Schub" verwendet, um einen Strom aus beschleunigtem Fluid in einer gegebenen Richtung zu bezeichnen, und "Heben bzw. Hub" wird verwendet, um einen im Allgemeinen vertikal gerichteten Schub zu bezeichnen. Es werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Teile in den diversen Figuren zu bezeichnen.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Fluidantriebssystems 10 mit einer kontinuierlichen dynamischen Oberfläche, die ein einzelner sich schnell drehender Zylinder 40 ist. Der Zylinder 40 besitzt eine äußere Oberfläche 41 und ist auf einer drehbaren Welle 42 befestigt. Wenn der Zylinder 40 rotiert, dreht sich ein beliebig gegebener Punkt auf der äußeren Oberfläche 41 kontinuierlich durch das Fluid von einem Mitnehmergebiet 44 zu einem Schubgebiet 46. Die Reibungsgrenzfläche zwischen der äußeren Oberfläche 41 und dem Fluid F erzeugt eine Schicht aus beschleunigtem Fluid 50 von einem am Beginn des Mitnehmergebiets 44 angeordnetem Punkt 42 zu einem Schubband 54, das am Ende des Schubgebiets 46 angeordnet ist. Die Dicke der Schicht 50 wächst radial nach außen von der äußeren Oberfläche 41 an, wenn diese sich durch die Mitnehmer- und Schubgebiete 44 und 46 vorwärtsbewegt. In der Schicht 50 ist ein Geschwindigkeitsgradient G vorhanden, so dass das Fluid in der Nähe der äußeren Oberfläche 51 sich schneller bewegt als das Fluid entlang dem äußeren Rand 50 an der gleichen radialen Position mit Bezug zu dem Zylinder 40.
Eine Separatorplatte 60 ist in dem Schubgebiet 46 angeordnet, um die Schicht aus beschleunigtem Fluid 50 von dem Zylinder 40 abzustreifen und diese in eine gewünschte Richtung zu lenken. Die Separatorplatte 60 weist eine Führungs- bzw. Anströmkante 62 auf, die nahe an der äußeren Oberfläche 41 des Zylinders 40 angeordnet ist, und eine Schubfläche 64, die benachbart zu der Führungskante 62 angeordnet ist. Die Schubfläche 64 ist vorzugsweise flach oder im Wesentlichen flach und ist so angeordnet, um sich im Wesentlichen tangential zu der äußeren Oberfläche 41 zu erstrecken. Durch Verwenden einer flachen oder im Wesentlichen flachen Schubfläche 64, die tangential zur äußeren Fläche 41 angeordnet ist, wird das beschleunigte Fluid effizient von der äußeren Oberfläche 41 mit einem minimalen Verlust an Energie abgestreift. Die im Wesentlichen flache tangentiale Fläche 64 reduziert den Energieverlust beim Abstreifen des beschleunigten Fluids von der Grenzschicht im Vergleich zu Blättern bzw. Schaufeln, die uneben oder nicht tangential sind, da die Schubfläche 64 lediglich die Rotationsenergie des Fluids reduziert; andere unebene oder nicht tangentiale Blätter neigen dazu, sowohl die Rotations- als auch lineare Energie des Fluids zu verringern. Die Separatorplatte 60 kann ferner eine Konturoberfläche 67 (gestrichelt gezeigt) unter der Oberfläche 64 aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine gekrümmte Innenfläche 66 mit einem Radius, der im Wesentlichen gleich dem der äußeren Oberfläche 41 ist, an der anderen Seite der Platte 60 neben der Führungskante angeordnet.
Eine Mitnehmerschaufel 81 ist um einen Teil des Zylinders 40 herum angeordnet, um mehr Fluid mit dem Zylinder in Berührung zu bringen und um zu vermeiden, dass beschleunigtes Fluid sich um die Separatorplatte 60 anordnet und zu dem Mitnehmergebiet 44 zurückkehrt. In einer Ausführungsform ist die Mitnehmerschaufel 81 ein Kurvenblatt 80, das mit dem abgewandten Ende der Separatorplatte 60 verbunden ist und sich um einen Teil des Zylinders 40 erstreckt. In einer weiteren Ausführungsform weist die Mitnehmerschaufel 81 mehrere Segmente einschließlich des Kurvenblattes 80 und ein äußeres Blatt 82 außerhalb des Kurvenblattes 80 auf. Das Kurvenblatt 80 und das äußere Blatt 82 überlappen einander entlang eines Gebiets 84, das sich im Wesentlichen parallel zur Drehachse des Zylinders 40 erstreckt. Führungselemente 86 sind an benachbarten Enden des Kurvenblattes 80 und des äußeren Blattes 82 zum Führen des Kurvenblattes 80 unter dem äußeren Blatt 82 angeordnet, wenn das Kurvenblatt 80 um den Zylinder 40 herum bewegt wird, wie dies durch den Pfeil A gezeigt ist.
Die Mitnehmerschaufel 81 verbessert deutlich die Schubabgabe des rotierenden Zylinders 40. Der durch den rotierenden Zylinder 40 erzeugte Schub bewirkt, dass das Fahrzeug, mit dem dieser verbunden ist, sich durch das Fluidmedium bewegt. Wenn sich das Fahrzeug bewegt, erzeugt es einen Fluss von Fluid über dem Zylinder 40. Folglich wird ein Magnus-Effekt über dem Zylinder 40 erzeugt, so dass eine Unterdruckzone an der Führungskante 62 und eine Überdruckzone in der Nähe der äußeren Oberfläche 41 in dem Mitnehmergebiet 44 erzeugt wird. Die Mitnehmerschaufel 81 nimmt den hohen Druck gegenüber dem Zylinder 40 auf, wodurch eine größere Reibung zwischen der äußeren Oberfläche 41 und dem Fluid hervorgerufen wird. Die Schicht aus beschleunigtem Fluid 50 wächst daher schneller und stärker an als ohne die Mitnehmerschaufel 81.
Im Betrieb bewegt sich die äußere Oberfläche 41 vorzugsweise mit einer äußerst hohen Geschwindigkeit. Abhängig von dem Radius des Zylinders 40 und der Art des Fluidmediums dreht sich der Zylinder 40 im Allgemeinen bei ungefähr 500-12000 Drehungen pro Minute in Wasser oder ungefähr 18000-100000 in Luft. Der Schutzbereich der Erfindung ist nicht auf die oben aufgeführten Drehgeschwindigkeiten eingeschränkt und es können andere Drehgeschwindigkeiten verwendet werden. Bei Anwendung in Wasser beträgt beispielsweise die Geschwindigkeit der äußeren Oberfläche 41 im Wesentlichen mehrere hundert Fuß pro Sekunde (d. h. 471.24 ft/s für einen Zylinder mit einem Radius von 6 Inch, der sich bei 9000 rpm (Umdrehungen pro Minute) bewegt). Die Reibung zwischen dem Fluidmedium und der äußeren Oberfläche 41 des Zylinders 40 bewirkt, dass die Schicht 50 mit hoher Geschwindigkeit in dem Mitnehmergebiet 44 anwächst. Wie durch die Fluidstrompfeile F gezeigt ist, verstärkt die Mitnehmerschaufel 81 das Anwachsen der Grenzschicht 50 im ganzen Mitnehmergebiet 44, wobei zusätzliches Fluid noch in die Schicht 50 in dem Schubgebiet mitaufgenommen wird. Die Geschwindigkeit der Schicht 50 ist eine Funktion der Geschwindigkeit der äußeren Oberfläche 71 des Zylinders und der Viskosität des Fluids. Das Fahrzeug wird mit einer gewünschten Geschwindigkeit und in eine gewünschte Richtung angetrieben, indem die Geschwindigkeit des Zylinders 40 und die tangentiale Position der Schubfläche 64 um die äußere Oberfläche 41 herum geändert wird.
Fig. 2A und 2B zeigen die Richtungssteuerung eines beschleunigten Fluids unter Verwendung eines einzelnen rotierenden Zylinders 40. Wie in Fig. 2A gezeigt ist, wird die Separatorplatte 60 radial um den Zylinder 40 gedreht, um den Schub 54 über die Schubfläche 64 zur rechten Seite des Zylinders zu lenken. Fig. 2B zeigt die Separatorplatte 60 radial um den Zylinder 40 herum angeordnet, so dass der Schub 54 zur linken Seite des Zylinders gerichtet ist.
Die Lage der Separatorplatte 60 mit Bezug zu dem Zylinder 40 beeinflusst ebenso die Größe und die Lage der Mitnehmer- und Schubgebiete 44 und 46. Das Mitnehmergebiet 44 beginnt rechts von dem Zylinder 40, wenn ein Schub (nach hinten) nach rechts erzeugt wird, wie in Fig. 2A gezeigt ist. Wenn der Schub nach links von dem Zylinder 40 gerichtet werden soll, wie in Fig. 2B gezeigt ist, beginnt das Mitnehmergebiet 44 links von dem Zylinder 40.
Fig. 3A und 3B zeigen einen rotierenden Zylinder 40, in dem die Separatorplatte in einem ersten Abschnitt 60a mit einer Führungskante 62a und einem zweiten Abschnitt 60b mit einer Führungskante 62b unterteilt ist. Die ersten und zweiten Abschnitte 60a und 60b sind entlang einer Grenze unterteilt, die im Wesentlichen senkrecht zur äußeren Oberfläche 41 ist. Die ersten und zweiten Abschnitte 60a und 60b sind ferner unabhängig um die äußere Oberfläche 41 positionierbar. Der erste Abschnitt 60a trennt das beschleunigte Fluid in der Schicht 50a von dem Zylinder 40 und lenkt dieses über die Schubfläche 64a, während der zweite Abschnitt 60b das beschleunigte Fluid in eine zweite Schicht 50b aufteilt und dieses über die Schubfläche 64b lenkt. In einer bevorzugter Ausführungsform besitzt der erste Abschnitt 60a ein erstes Kurvenblatt 80a, das am Ende seiner Schubfläche 64a angebracht ist, und der zweite Abschnitt 60b weist ein zweites Kurvenblatt 80b auf, das am Ende seiner Schubfläche 64b angebracht ist. Ebenso wie die ersten und zweiten Abschnitte 60a und 60b sind die Kurvenblätter 80a und 80b unabhängig voneinander um den Zylinder 40 herum positionierbar. Ein einzelnes äußeres Blatt 82 ist außerhalb der Kurvenblätter 80a und 80b angeordnet. Das äußere Blatt 82 erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen über die volle Länge des Zylinders 40. Durch Vorsehen unabhängig positionierbarer Abschnitte 60a und 60b kann das beschleunigte Fluid so aufgeteilt werden, dass der Schub 54a nach links von dem Zylinder 40 gelenkt wird, während der Schub 54b nach rechts von dem Zylinder 40 gelenkt wird, wie in Fig. 3A gezeigt ist. Umgekehrt können die ersten und zweiten Abschnitte 60a und 60b um den Zylinder 40 herum gedreht werden, so dass der Schub 54a nach rechts von dem Zylinder gerichtet ist, während der Schub 54b nach links gerichtet ist, wie in Fig. 3B gezeigt ist. Die Separatorplatten mit mehreren Abschnitten um einen einzelnen rotierenden Zylindern liefern eine verbesserte Richtungssteuerung eines Fahrzeugs.
Fig. 4A-4C zeigen eine Anwendung eines einzelnen sich schnell drehenden Zylinders 40 in einem Wasserfahrzeug 90 mit einer Unterseite 92, die sich zwischen einem Bug 94 und einem Heck 96 erstreckt. In einer Ausführungsform ist der sich schnell drehende Zylinder 40 horizontal über die Breite des Bootes 90 montiert, und die Mitnehmerschaufel 81 ist in der Unterseite 92 ausgebildet. Der rotierende Zylinder 40 ist vorzugsweise so positioniert, dass dessen unterste Oberfläche im Wesentlichen bündig zur Ebene ist, die durch die Unterseite 92 am Heck 96 definiert ist. Die Separatorplatte 60 ist teilweise in einer Tasche 97, die an der Unterseite 92 am Heck 96 angeordnet ist, positioniert. Die Separatorplatte 60 ist hin und herbewegbar zwischen einer eingreifenden oder abstreifenden Position, in der deren Führungskante 62 dicht an dem Zylinder 40 liegt und einer zurückgezogenen Position, in der diese in der Tasche 97 enthalten ist. In eine bevorzugten Ausführungsform bewegt sich die Separatorplatte 60 im Wesentlichen parallel zur Unterseite 92 und tangential zur Unterseite des rotierenden Zylinders 40. Eine Umlenkplatte bzw. Umkehrplatte 70 ist an der Vorderseite des rotierenden Zylinders 40 positioniert und winklig nach oben in Richtung des Hecks des Wasserfahrzeugs gerichtet. Die Umlenkplatte 70 ist mit einem Umkehrstab 71 verbunden, der durch eine Öffnung 98 zur Hin- und Herbewegung zwischen einer eingreifenden Position und einer zurückgezogenen Position hindurchgeführt ist.
Fig. 4A und 5A zeigen das Einzelzylinderantriebssystem in Vorwärtsstellung. Um einen Vorwärtsschub zu erzeugen, ist die Separatorplatte 60 in seiner eingreifenden Position angeordnet, und die Umlenkplatte 70 ist in ihrer zurückgezogenen Position gegenüber der Vorwärtsposition der Mitnehmerschaufel 81 angeordnet. Wenn der Zylinder 40 rotiert, wird das Fluid in dem Mitnehmergebiet beschleunigt und in Richtung der Separatorplatte nach hinten gelenkt, wie dies zuvor mit Bezug zu Fig. 1 erläutert ist. Wenn das beschleunigte Fluid 50 sich dem untersten Teil des rotierenden Zylinders 40 nähert, trennt die Führungskante 62 den Schub 54 von dem Zylinder 40 und die Schubfläche 64 lenkt den Schub 54 auf einen Vektor, der im Wesentlichen parallel zur Unterseite 92 ist.
Fig. 4B und 5B zeigen das Einzelzylinderantriebssystem in neutraler Stellung. Die Separatorplatte 60 und die Umlenkplatte 70 sind beide in ihren zurückgezogenen Positionen angeordnet. Die Separatorplatte 60 kann teilweise zurückgezogen sein, wie in Fig. 4B gezeigt ist, oder vollständig zurückgezogen sein, wie in Fig. 5B gezeigt ist. Es wird kein Schub erzeugt, wenn beide Platten in ihrer zurückgezogenen Position sind, da kein Teil des beschleunigten Fluids von dem Zylinder abgetrennt wird. Folglich heben sich die Kräfte des beschleunigten Fluids um den Zylinder 40 herum auf, wodurch sich in wirksamer Weise eine neutrale Antriebsstellung ergibt.
Fig. 4C und 5C zeigen das Einzelzylinderantriebssystem in Rückwärtsstellung. Die Separatorplatte 60 ist in die Tasche 97 zurückgezogen und die Umlenkplatte 70 ist in der eingreifenden Position, so dass deren Führungskante 72 in der Nähe der vorderen Seite des rotierenden Zylinders 40 angeordnet ist. Wenn der Zylinder 40 rotiert, wird das Fluid in die Mitnehmerschaufel auf der abgewandten Seite des Zylinders 40 mitgenommen und mit einem nach unten gerichteten Winkel zum Bug 94 mittels der Bugfläche 74 gelenkt.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) weist der in den Fig. 4A bis 4C und 5A bis 5C gezeigte rotierende Zylinder 40 eine Separatorplatte mit mehreren Abschnitten und eine Umlenkplatte mit mehreren Abschnitten auf. Die Kombination einer Separatorplatte und einer Umlenkplatte mit mehreren Abschnitten unterteilt den Fluidstrom um den Zylinder herum, so dass ein herkömmliches Doppelschraubenantriebssystem imitiert wird. Beispielsweise kann eine Linkskurve ausgeführt werden, indem die linke Separatorplatte und die linke Umlenkplatte in Rückwärtsstellung sind und die rechte Separatorplatte und die rechte Umlenkplatte in Vorwärtsstellung. Umgekehrt kann eine Rechtskurve ausgeführt werden, indem die linke Separator- und Umlenkplatte in Vorwärtsstellung sind und die rechte Separator- und Umlenkplatte in Rückwärtsstellung.
Fig. 6A bis 6E zeigen schematisch die Positionierbarkeit der Separatorplatte 60 um den Zylinder 40 herum. In Fig. 6A ist die Separatorplatte 60 entlang der Längsrichtung des Zylinders 40 im Wesentlichen parallel zu der Welle 42 positionierbar. Durch Einstellen der Längsposition der Separatorplatte 60 mit Bezug zu dem Zylinder 40 kann das beschleunigte Fluid selektiv von dem rotierenden Zylinder 40 abgetrennt werden, um ein Kraftmoment M&sub1; (Separatorplatte 60 links von der Mitte angeordnet) oder M&sub2; (Separatorplatte rechts von der Mitte angeordnet) zu erzeugen. Gemäß Fig. 6B ist die Separatorplatte 60 radial nach außen von und im Wesentlichen senkrecht zu der äußeren Oberfläche 41 positionierbar. Das radiale Positionieren der Separatorplatte 60 stellt die Menge des beschleunigten Fluids ein, das von dem Zylinder 40 abgetrennt wird. Die Separatorplatte 60 kann in ausreichender Weise radial nach außen von dem Zylinder 40 positioniert werden, so dass es die Schicht aus beschleunigtem Fluid ablöst, um die Erzeugung eines jeglichen Schubes zu vermeiden. In Fig. 6C ist die Separatorplatte entlang einer Tangente zur äußeren Oberfläche 41 angeordnet. Ebenso wie bei der radialen Positionierung, die in Fig. 6B gezeigt ist, reduziert die tangentiale Positionierung der Separatorplatte die Menge des beschleunigten Fluids, das von dem Zylinder 40 abgetrennt wird. Fig. 6D zeigt das drehbare Positionieren der Separatorplatte 60 um den Zylinder 40 herum, wie dies mit Bezug zu den Fig. 2A und 2B erläutert ist. In Fig. 6E ist die Führungskante 62 der Separatorplatte 60 winkelmäßig mit Bezug zu dem Zylinder 40 einstellbar. Ein erstes Ende 61 der Führungskante 62 ist von der äußeren Oberfläche 41 weg positioniert, während ein zweites Ende 63 der Führungskante 62 nahe nebeneinander liegend zu der äußeren Oberfläche 41 angeordnet ist. Durch Winkeleinstellung der Führungskante 62 mit Bezug zu dem Zylinder 40 können leichte Änderungen der Massenträgheit und der Richtung des Schubs erreicht werden, um die Fahrt des Fahrzeuges einzustellen oder dessen Geschwindigkeit zu justieren.
Fig. 7-14 zeigen eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, in der ein erfindungsgemäßes Antriebssystem mehrere rotierende Zylinder zum Erzeugen eines verstärkten Schubvektors oder mehrerer Schubvektoren umfasst. In Fig. 7 umfasst das Antriebssystem 100 einen ersten rotierenden Zylinder 40 und einen zweiten rotierenden Zylinder 140. Eine Separatorplatte 60 und ein Kurvenblatt 80 sind funktionsmäßig um den ersten Zylinder 40 herum angeordnet, wie dies mit Bezug zu den Fig. 1-6 erläutert ist. Eine Separatorplatte 160 und ein Kurvenblatt 180 sind in ähnlicher Weise um den zweiten rotierenden Zylinder 140 herum angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die zweite Separatorplatte 160 eine Führungskante 162, die nahe an der äußeren Oberfläche 141 der zweiten Rolle 140 angeordnet ist und eine im Wesentlichen flache Schubfläche 164 benachbart zu der Führungskante 162. Die Schubfläche 164 erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen tangential zu der äußeren Oberfläche 141 und ist drehbar um die äußere Oberfläche 141, so dass diese im Wesentlichen tangential zu der äußeren Oberfläche 141 über den gesamten Bewegungsbereich hinweg verbleibt. Die ersten und zweiten Zylinder 40 und 140 sind in beabstandeter Weise angeordnet, so dass die Separatorplatten 60 und 160 nebeneinander liegend in einer Mitnahmekonvergenzzone 148 angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zylinder 40 und 140 als ein gegenüberliegendes Paar ausgebildet, wobei die Antriebswellen 42 und 142 im Wesentlichen parallel zueinander sind. Die Separatorplatten 60 und 160 sind daher gegenüberliegend und im Wesentlichen parallel zueinander über die Konvergenzzone 148 hinweg angeordnet.
Während des Betriebs nimmt der erste Zylinder 40 von einem Punkt 52 eine Schicht beschleunigten Fluids 50 mit, die über die Schubfläche 64 in einer gewünschten Richtung als Schub 54 strömt. Der zweite Zylinder 141 nimmt in ähnlicher Weise aus einem Punkt 152 eine Schicht beschleunigten Fluids 150 mit, die über die Schubfläche 164 in einer gewünschten Richtung als Schub 154 strömt. Wenn sich die Schichten beschleunigten Fluids 50 und 150 in der Konvergenzzone 148 treffen, nehmen diese tendenziell mehr Fluid in den Schub mit auf als im Vergleich zu einzelnen rotierenden Zylinder, woraus ein verstärkter Schub 158 resultiert. Der verstärkte Schub 158 besitzt eine deutlich höhere Massenträgheit als die Summe der einzelnen Schübe 54 und 154 ohne Verstärkung. Die Massenträgheit des verstärkten Schubs 158 wird durch die Größe der Konvergenzzone 148 und die relative Position der Antriebswellen 42 und 142 beeinflusst. Es soll erwähnt werden, dass die Verstärkung der einzelnen Schübe 54 und 154 verringert ist, wenn die Konvergenzzone zu groß oder zu klein ist, oder wenn die Wellen 42 und 142 in unterschiedlichen horizontalen Ebenen angeordnet sind. In Anwendungen mit maximaler Schubverstärkung ist es daher wünschenswert, die Größe der Konvergenzzone 148 mit Bezug zum Radius der rotierenden Zylinder 40 und der Lage der drehenden Wellen 42 und 142 in einer gemeinsamen Ebene zu optimieren.
Die Drehrichtung der Zylinder ist ein wichtiger Aspekt der erfindungsgemäßen Mehrzylinderausführungsformen. Um einen maximalen Schub zum Antreiben eines Fahrzeuges in der Richtung V zu erzeugen, dreht sich der erste Zylinder 40 im Uhrzeigersinn und der zweite Zylinder 140 im Gegenuhrzeigersinn in Richtung der Konvergenzzone 148. Somit strömen die Schichten beschleunigten Fluids 50 und 150 von außen von den Zylindern durch die Konvergenzzone 148 zwischen den Zylindern und über die Schubseparatorplatten 60 und 160. Durch Drehen der Zylinder 40 und 140, so, dass die Schichten beschleunigten Fluids 50 und 150 durch die Konvergenzzone 148 zwischen den Zylindern strömen, wird die Strömung verstärkt, wie dies zuvor erläutert ist, und es wird keine Energie an den Ablenkplatten verloren, die den Strom mehr als tangential von den Zylindern ablenken.
Fig. 8 zeigt die Verbindung eines Antriebsmotors 20 und eines Drehstifts 181 mit einem Antriebssystem 100 mit zwei rotierenden Zylindern 40 und 140. Das Antriebssystem umfasst ein erstes Rad 21, ein zweites Rad 23 und ein drittes Rad 26. Das erste Rad 21 ist an der Antriebswelle des Motors 20 angebracht, und das zweite und das dritte Rad 23 und 26 sind an unterschiedlichen Drehwellen montiert. Das zweite Rad 23 umfasst ein Zahnrad 24, das mit einem Zahnrad 25, das an dem dritten Rad 26 befestigt ist, im Eingriff ist. Das Zahnrad 24 greift in das Zahnrad 25 ein, so dass die Drehung des zweiten Rades 23 in einer Richtung eine Drehung des dritten Rades 26 in der entgegengesetzten Richtung zur Folge hat. Ein viertes Rad 29 ist an der Welle 42 des ersten Zylinders 40 befestigt, und ein fünftes Rad 30 ist an der Welle 142 des zweiten Zylinders 140 befestigt. Ein erster Antriebsriemen 22 ist zwischen dem ersten Rad 21 und dem zweiten Rad 23 angeordnet, ein zweiter Antriebsriemen 27 ist zwischen dem dritten Rad 26 und dem vierten Rad 29 angeordnet, und ein dritter Antriebsriemen 28 ist zwischen dem zweiten Rad 23 und dem fünften Rad 30 angeordnet. Während des Betriebes dreht der Motor 20 das erste Rad 21, um den ersten Antriebsriemen 22 und das zweite Rad 23 anzutreiben. Das zweite Rad 23 treibt den dritten Riemen 28 und das dritte Rad 26 an. Der zweite Riemen 27 und der dritte Riemen 28 treiben die Rollen 40 und 140 an.
Der Antriebsmechanismus umfasst eine Klammer 85, die schwenkbar an der Welle 42 angeordnet ist und fest mit dem Kurvenblatt 80 an gegenüberliegenden Punkten 87 und 89 verbunden ist. Eine Klammer 185 ist in ähnlicher Weise an der Welle 142 angebracht und fest mit dem Kurvenblatt 180 an Punkten 187 und 189 befestigt. Ein Stab 181 ist schwenkbar an den Enden der Klammern 85 und 185 mittels Stiften 83 und 183 befestigt. Im Betrieb bewirkt eine axiale Bewegung des Stabes 181, dass die Klammem 85 und 185 sich um die Wellen 42 und 142 drehen. Wenn sich die Klammem 85 und 185 um die jeweiligen Wellen drehen, drehen sich die Separatorplatten 60 und 160 und die Kurvenblätter 80 und 180 um die Zylinder 40 und 140, um den Schub in eine gewünschte Richtung zu lenken.
Die Fig. 9A bis 9D zeigen eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, in der zwei rotierende Zylinder 40 und 140 unabhängig voneinander steuerbare Separatorplatten und Mitnehmerschaufeln aufweisen. In Fig. 9A sind die Separatorplatten 60 und 160 in der Konvergenzzone 148 so positioniert, wie dies mit Bezug zu Fig. 7 erläutert ist, um einen maximalen Schub in Vorwärtsrichtung zu erzeugen. Fig. 9B zeigt die Separatorplatten 60 und 160 an gegenüberliegenden Seiten der Zylinder 40 und 140 außerhalb der Konvergenzzone 148 liegend, um getrennte Schübe 54 und 154 in umgekehrter Richtung zu erzeugen. Die umgekehrten Schübe 54 und 154 sind nicht verstärkt, wie in Fig. 9A gezeigt ist, da die Schübe in der Konvergenzzone 148 nicht kombiniert sind, um das Mitnehmen des statischen Fluids in die Schichten aus beschleunigtem Fluid zu verbessern. Fig. 9C zeigt die Separatorplatten 60 und 160 um deren entsprechende Zylinder herum angeordnet, um einen seitlichen Schub in einer Richtung zu erzeugen, und Fig. 9D zeigt die Separatorplatten 60 und 160 so positioniert, um einen seitlichen Schub in der entgegengesetzten Richtung zu erzeugen.
Fig. 10 ist eine Seitenansicht, die eine Anwendung der Zweierdoppelzylinderantriebssysteme 100 zeigen, die an der Unterseite 192 eines Bootes 190 montiert sind. Die Antriebssysteme sind in dem Boot so montiert, dass deren Rotationsachsen sich vertikal von der Unterseite 192 nach unten erstrecken. Um maximalen Vortrieb zu erzeugen, werden die Separatorplatten der Zylinder in der in Fig. 9A gezeigten Weise angeordnet, um das Boot mit maximaler Kraft nach vorne zu treiben.
Fig. 11A zeigt ein Fluidantriebssystem 200 mit vier Zylindern 40, 140, 240 und 340. Die Zylinder sind Ende-an-Ende und im Wesentlichen senkrecht zu ihren benachbarten Zylindern angeordnet, um eine Konvergenzzone 248 mit rechteckiger Form zu bilden. Wie bei dem Doppelzylinderantriebssystem 100 ist die Drehrichtung der Zylinder ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung, um eine maximale Verstärkung des Fluidstroms zu erzielen, drehen sich die Zylinder nach innen in Richtung der Konvergenzzone 248, so dass das beschleunigte Fluid durch die Konvergenzzone 248 zwischen den Zylindern strömt und dann aus der Konvergenzzone heraus in einer gewünschten Richtung eines maximalen Schubs.
Jeder Zylinder besitzt zumindest eine entsprechende Separatorplatte, die in ihrem jeweiligen Schubgebiet angeordnet ist. In einer Ausführungsform besitzt der Zylinder 40 zwei Separatorplatten 60, der Zylinder 140 zwei Separatorplatten 160, der Zylinder 240 Separatorplatten 260 und der Zylinder 340 Separatorplatten 360. Jede Separatorplatte ist mit Bezug zu dem entsprechenden Zylinder so positionierbar, dass diese einzeln verbunden und unabhängig steuerbar sind. Wie in Fig. 11A gezeigt ist, können die Schubstromvektoren 54, 154, 254 und 354 von ihren entsprechenden Zylindern abgetrennt und in Richtung nach unten und außen von der Konvergenzzone 248 gelenkt werden. Die nach außen gerichteten Schübe 54,154, 254 und 354 fächern den gesamten Schub über eine große Fläche auf, wodurch eine bessere Steuerung für Landemanöver und eine Reduzierung der Konzentration des nach unten gespülten Fluids bereit gestellt wird. In Fig. 11 B sind die Schubstromvektoren 54, 154, 254 und 354 nach innen gerichtet, wodurch die Schubströme fokussiert werden, um das Fluidvolumen zu erhöhen, das in die Schichten beschleunigten Fluids mitgenommen wird. Beim Betrieb kann die in Fig. 11 gezeigte Mehrfachzylinderanordnung verwendet werden, um ein Fahrzeug, etwa ein Flugzeug oder ein Luftkissenfahrzeug, zu heben und anzutreiben.
Fig. 12 zeigt eine Querschnittsansicht des Vierzylinderantriebssystems 200. Um einen maximalen Hub zu erzeugen, werden die Schubflächen 60, 160, 260 und 360 so positioniert, um die Schübe 54, 154, 254 und 354 vertikal nach unten und tangential zu den innersten Oberflächen der Zylinder in der Konvergenzzone 248 zu richten. Um einen seitlichen Schub in Verbindung mit einem vertikalen Schub zu erzeugen, werden eine oder mehrere der Separatorplatten um ihre entsprechenden Zylinder gedreht, um die Schübe unter einem geeigneten Winkel seitwärts zu lenken, um den gewünschten seitlichen Schub zu erhalten.
Das Antriebssystem 200 liefert sowohl einen Hubstrom als auch einen seitlichen Schubstrom durch Kombinieren drei oder mehr rotierender Zylinder entsprechend einer Anordnung, in der zumindest zwei der Zylinder im Wesentlichen gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Durch Bereitstellen dreier oder mehrerer Zylinder können zumindest zwei der Zylinder vorgesehen sein, um den Seitenschubstrom zu liefern, während mindestens einer der Zylinder den seitlichen Schub bereitstellen kann. In einer Ausführungsform sind die Zylinder als gegenüberliegende Paare angeordnet, so dass die Zylinder in jedem Paar im Wesentlichen parallel zueinander sind. Die Anzahl und die Anordnung der Zylinder in einer derartigen Ausführungsform kann ohne Einschränkung vier Zylinder in rechteckiger Konfiguration, sechs Zylinder in einer hexagonalen Anordnung oder acht Zylinder in einer oktagonalen Anordnung mit einschließen. In einer weiteren Ausführungsform kann das Antriebssystem 200 drei Zylinder in U-Form oder dreieckiger Anordnung, fünf Zylinder in einer pentagonalen Anordnung oder eine beliebige Anzahl von Zylindern in geeigneter Anordnung umfassen.
Ein gyroskopischer Effekt oder Rolleigenschaften können einem Fahrzeug verliehen werden, indem die Geschwindigkeit der Zylinder 40, 140, 240 und 340 individuell verändert wird. Eine Linkskurve mit einer Rolle nach links kann ausgeführt werden, indem die Geschwindigkeit des Zylinders 40 reduziert und/oder die Geschwindigkeit des Zylinders 240 erhöht wird. Umgekehrt kann eine Rechtskurve mit einer Rolle nach rechts ausgeführt werden, indem die Geschwindigkeit des Zylinders 40 erhöht und/oder die Geschwindigkeit des Zylinders 240 gesenkt wird.
Das Antriebssystem 200 hält ferner einen ausnahmslosen Betrag an Hubströmung in einem relativ kleinen Gebiet bereit, und die Zylinder können in einfacher Weise in einem Fahrzeug aufgenommen werden. Fig. 13 zeigt das Antriebssystem 200 in einem Luftkissenfahrzeug oder einem Flugzeug 290. Anders als in herkömmlichen Drehflügeln, die aus langen mit Hebeln montierten Zylindern hergestellt sind, verwenden die Zylinder in dem Antriebssystem 200 eine Reihe kürzerer Zylinder, die an beiden Enden befestigt werden können. Durch Verwendung einer Anzahl an kurzen Zylindern kann das Antriebssystem 200 die gleiche Gesamtlänge der Zylinder mit deutlich geringeren Raumbereich aufweisen. Ferner benötigen die Zylinder in dem Antriebssystem 200 keine teuren und komplizierten Befestigungselemente im Vergleich zu den hebelbefestigten Rollen.
Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Mehrfachzylinder-Antriebssystems 300, in dem die Rotationsachsen der Zylinder bewegbar sind, um ein Antriebssystem zur Erzeugung eines erhöhten seitlichen Schubs und einer seitlichen Geschwindigkeit zu schaffen. Der erste Zylinder 40 kann angehoben werden, so dass seine Rotationsachse 42 über der normalen Position (gestrichelt gezeichnet) liegt. In ähnlicher Weise kann der dritte Zylinder 240 so angeordnet werden, dass seine Drehachse 242 unterhalb der normalen Position (gestrichelt gezeichnet) liegt. Durch Bewegen der Rotationsachsen können die Schübe 54 und 254 seitwärts gerichtet werden, ohne das Mitnehmen des Fluids für die Zylinder 140 und 340 zu stören.
Fig. 15 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Mehrfachzylinder-Antriebssystems 200 mit mehreren scheibenförmigen Rippen 168, die an der äußeren Oberfläche des Zylinders 40 angebracht sind. In ähnlicher Weise sind Rippen 168, 268 und 368 an den äußeren Oberflächen der Zylinder 140, 240 und 340 angebracht. Die Rippen sind senktecht zu der äußeren Oberfläche der Zylinder und parallel zur Strömung des beschleunigten Fluids angeordnet. Die Rippen vergrößern den Oberflächenbereich, der reibungsmäßig das Fluid kontaktiert, wodurch mehr Fluid in die Schichten beschleunigten Fluids mit aufgenommen wird, und die Geschwindigkeit des Fluids in derartigen Schichten erhöht wird. Wie am besten in Fig. 15 zu sehen ist, besitzt die Separatorplatte 60 mehrere Finger 65, die im Raumbereich zwischen jeder der Rippen 68 angeordnet sind. Die Finger der Separatorplatten trennen das beschleunigte Fluid von der äußeren Oberfläche der Zylinder und der Oberfläche der Rippen ab und lenken es entlang der Schubflächen der Separatorplatten, wie dies zuvor erläutert ist.
Die Erfindung berücksichtigt eine beliebige Art einer kontinuierlichen dynamischen Oberfläche und ist nicht auf rotierende Zylinder beschränkt. Fig. 17 zeigt eine weitere Art einer kontinuierlichen dynamischen Oberfläche, die ein Riemen 40' ist, der um mindestens zwei Rollen angeordnet ist. Der Riemen wird mit einer hohen linearen Geschwindigkeit von den zumindest zwei Rollen angetrieben, so dass ein Teil des Riemens durch das Fluid zirkuliert. Eine Separatorplatte 60 ist an einer der Rollen angeordnet, wo das beschleunigte Fluid von dem Riemen abzutrennen ist. Die Separatorplatte 60 kann im Wesentlichen tangential zu der Oberfläche des Riemens positioniert sein, um den Schub 54 längsweise von dem Riemen weg zu lenken, oder diese kann unter einem Winkel (gestrichelt gezeigt) angeordnet sein, um den Schub seitwärts zu dem Riemen zu lenken. Die Art der kontinuierlichen dynamischen Oberfläche (beispielsweise ein rotierender Zylinder oder ein sich schnell bewegender Riemen) beeinflusst im Wesentlichen die Prinzipien und Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, nicht. Somit ist die Erfindung nicht auf rotierende Zylinder eingeschränkt.
Die vorliegende Erfindung bietet einige Vorteile gegenüber herkömmlichen Antriebssystemen mit dynamischer Oberfläche. Erstens, durch Abtrennen des beschleunigten Fluids der dynamischen Oberfläche entlang eines Vektors, der tangentiell zur Oberfläche liegt, wird lediglich die Rotationsenergie des beschleunigten Fluids an die Separatorplatten als Verlust abgegeben. Durch im Wesentlichen flache Schubflächen benachbart zu der Führungskante minimiert die Erfindung ferner den Energieverlust, der ansonsten auftreten würde, wenn das beschleunigte Fluid von der dynamischen Oberfläche abgetrennt wird. Zweitens, im Falle von zwei oder mehr rotierenden Zylindern sind diese so positioniert, um eine Konvergenzzone zu erzeugen, die den Schub in einer gewünschten Richtung verstärkt, indem sich die Zylinder nach innen zu der Konvergenzzone drehen, so dass der Schub unbehindert zwischen den Zylindern in der gewünschten Richtung des Schubs strömt. Drittens, die Erfindung verwendet drei oder mehr rotierende Zylinder, um sowohl Hub- als auch Antriebsschubströme zu erzeugen.
Ferner ist es offensichtlich, dass, obwohl spezifische Ausführungsformen der Erfindung zum Zwecke der Illustration beschrieben worden sind, diverse Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Fluidumantriebssystem zum Beschleunigen und richtungsmässigen Steuern eines Fluidums mit:

einer kontinuierlichen dynamischen Oberfläche (41) zur Zirkulation durch das Fluidum von einem Mitführungsgebiet (44), in dem das Fluidum an die dynamische Oberfläche herangeführt und anschließend das Fluidum in der Nähe der Oberfläche beschleunigt wird, um eine Schicht aus beschleunigtem Fluidum (50) zu erzeugen, durch ein Schubgebiet (46), in dem das beschleunigte Fluidum von der dynamischen Oberfläche abgeführt wird;

einem Motor, der funktionsmäßig mit der dynamischen Oberfläche zum Antreiben der dynamischen Oberfläche verbunden ist; und

einer bewegbaren Separatorplatte mit einer Vorderkante zum Abstreifen des beschleunigten Fluidums in der Schicht von der dynamischen Oberfläche, mit einem dünnen Querschnittsprofil an der Vorderkante benachbart zu der kontinuierlichen dynmischen Oberfläche und mit einer im wesentlichen flachen Schubfläche benachbart zu der Vorderkante zum Lenken des beschleunigten Fluidums in einer gewünschten Richtung zur Erzeugung einer Schubströmung, wobei die Separatorplatte (60) in Bezug auf die dynamische Oberfläche so bewegbar ist, dass die Vorderkante im wesentlichen in der Nähe der dynamischen Oberfläche ist und die Schubfläche im wesentlichen tangential zu der dynamischen Oberfläche entlang einer ersten Tangente der dynamischen Oberfläche in einer ersten Position und entlang einer zweiten Tangente der dynamischen Oberfläche in einer zweiten Position liegt, wobei die Schubströmung in der ersten entlang einem ersten Vektor und in der zweiten Position entlang einem zweiten Vektor gelenkt wird.

2. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die kontinuierliche dynamische Oberfläche einen rotierbaren Zylinder (40) umfasst.

3. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, das einen bewegbaren Riemen (40'), der zwei Rollen umschließt, aufweist, wobei der Riemen von zumindest einer der Rollen angetrieben wird, und wobei zumindest ein Teil der Riemenoberfläche die kontinuierliche dynamische Oberfläche bildet.

4. Das Antriebssystem nach Anspruch 2, das ferner eine Mitnehmerschaufel (81) aufweist, die an dem Mitführungsgebiet angeordnet ist, um zusätzliches Fluidum zu dem Zylinder zu lenken.

5. Das Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei die Mitnehmerschaufel ein Kurvenblatt (80) aufweist, das an der Separatorplatte angebracht ist, wobei das Kurvenblatt sich um einen Teil des Zylinders von der Separatorplatte in Richtung des Mitführungsgebiets erstreckt.

6. Das Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei die Mitnehmerschaufel um den Zylinder drehbar ist.

7. Das Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei die Mitnehmerschaufel ferner mehrere Segmente mit einem Kurvenblatt und einem äußeren Blatt (82), das außerhalb des Kurvenblatts (80) positioniert ist, aufweist.

8. Das Antriebssystem nach Anspruch 7, wobei das Kurvenblatt und das andere Blatt einander entlang eines Gebiets überlappen, das sich im wesentlichen parallel zu der Drehachse des Zylinders erstreckt.

9. Das Antriebssystem nach Anspruch 7, wobei die Blätter mehrere Abschnitt aufweisen, die voneinander entlang einer Grenze getrennt sind, die im wesentlichen senkrecht zu der Drehachse des Zylinders verläuft.

10. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, das ferner zumindest eine oder mehrere Rippen (68) umfasst, die an der dynamischen Oberfläche angebracht sind, wobei die Rippe senkrecht zu der dynamischen Oberfläche und parallel zu der Strömung des beschleunigten Fluidums positioniert ist.

11. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Separatorplatte (60) zwischen einer Abstreifposition, in der die Vorderkante nahe an der dynamischen Oberfläche liegt, und einer entkuppelten Position, in der die Vorderkante von der dynamischen Oberfläche im wesentlichen aus der Schicht des beschleunigten Fluidums entfernt ist, einstellbar ist.

12. Das Antriebssystem nach Anspruch 11, wobei die Vorderkante ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei die Vorderkante im Winkel mit Bezug zu der dynamischen Oberfläche so einstellbar ist, dass eines der Enden in der Abstreifposition nahe neben der dynamischen Oberfläche und das andere Ende zumindest teilweise von der Oberfläche entfernt angeordnet ist.

13. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Separatorplatte mehrere Abschnitte aufweist, wobei jeder Abschnitt eine Vorderkante und eine Schubfläche aufweist, wobei die Abschnitte mit Bezug zu der dynamischen Oberfläche zum Lenken des beschleunigten Fluidums in mehrere Richtungen einzeln positionierbar sind.

14. Das Antriebssystem nach Anspruch 13, wobei die Vorderkante zwischen einer Abstreifposition, in der die Vorderkante nahe an der dynamischen Oberfläche liegt, und einer entfernten Position, in der die Vorderkante von der dynamischen Oberfläche entfernt und im wesentlichen außerhalb der Schicht des beschleunigten Fluidums liegt, einstellbar ist.

15. Das Antriebssystem nach Anspruch 13, wobei die Vorderkante ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei die Vorderkanten im Winkel mit Bezug zu der dynamischen Oberfläche so einstellbar sind, dass eines ihrer Enden in der Abstreifposition nahe neben der dynamischen Oberfläche und deren anders Ende zumindest teilweise von der Oberfläche zurückgezogen angeordnet ist.

16. Das Antriebssystem nach Anspruch 2, das ferner eine Umkehrströmungsseparatorplatte (70) aufweist, die in dem Mitführungsgebiet positioniert ist, wobei die Umkehrströmungsseparatorplatte zwischen einer einwirkenden Position und einer entfernten Position bewegbar ist, wobei die Umkehrströmungsplatte das beschleunigte Fluidum in der einwirkenden Position von der dynamischen Oberfläche abstreift und dieses in eine umgekehrte Richtung lenkt, und in der entfernten Position das beschleunigte Fluidum entkoppelt.

17. Das Antriebssystem nach Anspruch 2, das ferner mehrere Zylinder aufweist, wobei jeder Zylinder zumindest eine zugeordnete Separatorplatte aufweist, die in dessen Schubgebiet positioniert ist, wobei die Zylinder so voneinander beabstandet positioniert sind, das jede Separatorplatte neben einer weiteren Separatorplatte liegt.

18. Das Antriebssystem nach Anspruch 17, wobei die Zylinder als gegenüberliegende Paare ausgebildet sind, um eine Mitführungskonvergenzzone zwischen den Zylindern zu definieren, wobei jeder Zylinder im wesentlichen parallel zu dessen gegenüberliegendem Zylinder angeordnet ist, und wobei jede Separatorplatte in der Konvergenzzone gegenüber zu zumindest einer anderen Separatorplatte angeordnet ist.

99. Das Antriebssystem nach Anspruch 17, wobei jede Separatorplatte um ihren entsprechenden Zylinder herum positionierbar ist.

20. Das Antriebssystem nach Anspruch 17, wobei jede Separatorplatte mehrere Abschnitte aufweist, wobei jeder Abschnitt um dessen entsprechenden Zylinder herum positionierbar ist.

21. Das Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Geschwindigkeit der dynamischen Oberfläche variabel ist.

22. Fluidumantriebssystem zum Beschleunigen und richtungsmässigen Steuern eines Fluidums mit:

mehreren Zylindern (40,140), wobei jeder Zylinder eine äußere Fläche (41, 141) aufweist, die durch das Fluidum von einem Mitführungsgebiet (44, 144), in dem das Fluidum an die äußere Oberfläche herangeführt wird und anschließend das sich in der Nähe der äußeren Oberfläche befindliche Fluidum beschleunigt wird, um eine Schicht aus beschleunigtem Fluidum (50, 150) zu erzeugen, zu einem Schubgebiet, in dem das Fluidum von der äußeren Oberfläche abgeführt wird, drehbar ist, wobei die Zylinder so beabstandet sind, um eine Mitführungskonvergenzzone (148) zwischen den Zylindern zu definieren, und wobei die Zylinder in Richtung der Konvergenzzonen nach innen drehbar sind, so dass das beschleunigte Fluidum von jedem Zylinder durch die Konvergenzzone zwischen den Zylindern in einer gewünschten Schubrichtung strömt,

einem Motor (20), der zur Drehung der Zylinder mit diesen funktionsmäßig gekoppelt ist; und

mehreren Schubseparatorplatten (60,160) mit jeweils einer Vorderkante (62, 162) und einer Schubfläche (64, 164), wobei jeder Zylinder zumindest eine zugeordnete Separatorplatte aufweist, die in dessen Schubgebiet positioniert ist, und wobei jede Separatorplatte in der Konvergenzzone positionierbar und mit Bezug zu ihrem entsprechenden Zylinder bewegbar ist.

23. Das Fluidumantriebssystem nach Anspruch 22, wobei die Zylinder drei Zylinder aufweisen, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

24. Das Fluidumantriebssystem nach Anspruch 23, das ferner eine Mitnehmerschaufel (81, 181) umfasst, die an jeden Zylinder gekoppelt ist, wobei die Mitnehmerschaufel im wesentlichen gegenüberliegend zu der Mitführungskonvergenzzone angeordnet ist.

25. Das Fluidumantriebssystem nach Anspruch 22, wobei die Zylinder zumindest drei Zylinder umfassen.

26. Das Fluidumantriebssystem nach Anspruch 22, wobei die Geschwindigkeit jedes Zylinders variabel und unabhängig von den anderen Zylindern steuerbar ist.