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Schiffsantrieb durch Einführen von Luft zwischen Schiffswand und Wasser
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erhöhung der Schiffsgeschwindigkeit durch
Verminderung der beiden Hauptwiderstände, die sich der Fortbewegung entgegenstellen,
und zwar des Form- und des Reibungswiderstandes, durch Einführung von verdichteter
Luft.
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Die bisherigen, bei dem üblichen Propellerantrieb in dieser Richtung
gemachten Vorschläge haben sich nicht durchsetzen können, weil durch die im Wasser
in großer Menge enthaltene Luft die Vortriebskraft des Propellers stark herabgesetzt
wird, da die Schraube in einem Luft-Wasser-Gemisch arbeiten muß. Die zur Verminderung
der Widerstände .eingeführte Luft wurde bereits auch schon für den Vortrieb nutzbar
gemacht.
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Diese Versuche scheiterten jedoch an unzulänglichen Einrichtungen
und insbesondere an der außerordentlich schlechten Ausnutzung der Rückstoßenergie
der ausströmenden Luft.
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Strömt die Luft aus einer Öffnung des Schiffskörpers unter Wasser
dauernd aus, so bahnt sie sich einen Weg an die Wasseroberfläche und schafft so
einen Luftkanal, durch den dann die unter Wasser liegende Austrittsöffnung mit der
atmosphärischen Luft unmittelbar verbunden wird. Infolge des verhältnismäßig hohen
hydrostatischen
Druckes, unter dem die Luft stehen muß, um überhaupt
unter Wasser austreten zu können, wird sie nach Ansicht des Erfinders, sobald die
Verbindung mit der Wasseroberfläche durch den Luftkanal hergestellt ist, mit außerordentlich
hoher Geschwindigkeit in die freie Atmosphäre ausströmen, so daß der größte Teil
der zur Verdichtung der Luft aufgewandten Energie ohne Arbeitsleistung mit der lebendigen
Kraft der ausströmenden Luft verlorengeht. Es bleibt nur ein verhältnismäßig sehr
bescheidener Reaktionsdruck für den Vortrieb übrig. Sorgt man aber dafür, daß die
Luft nicht dauernd mit der Atmosphäre in Verbindung ist, sondern von ihr stets wieder
durch die das Schiff umströmenden Wassermassen abgeschlossen wird, die erst wieder
beschleunigt bzw. verdrängt werden müssen, ehe die Luft an die Wasseroberfläche
gelangt, so wird eine bedeutend bessere Ausnutzung der aufgewandten Energie erreicht.
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Läßt man die Luft z. B. am Boden eines flachgehenden Schiffes austreten,
so wird sie zunächst das Wasser am Schiffsboden verdrängen, in einer dünnen Schicht
nach rückwärts zu längs des schräg nach oben ansteigenden Hecks zur Wasseroberfläche
aufsteigen und hierbei in bekannter Weise einen gewissen Vortriebsdruck auf das
Schiff erzeugen. Dieser Druck kann aber, sobald sich die Luft den Weg in die freie
Atmosphäre gebahnt hat, nur sehr gering sein, da der überdruck zwischen Schiffswand
und Wasser über den hydrostatischen Druck, der allein für die Größe des Vortriebs
maßgebend ist, in diesem Fall nur sehr klein gehalten werden kann, wenn nicht, wie
oben erwähnt, außerordentliche Verluste durch die frei nach oben ausströmende Luft
eintreten sollen.
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Um das zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Luft unter einem periodisch
wechselnden Druck zur Ausströmung gebracht, so daß das Wasser am Boden oder auch
seitlich des Schiffes und am Heck bei Senkung auf den hydrostatischen Druck an die
Schiffswandungen stets wieder anströmen kann, um bei entsprechend ansteigendem Überdruck
wieder vom Schiff abgestoßen und nach rückwärts beschleunigt zu werden. Der pulsierende
Druck ermöglicht es, durch Ausnutzung des Beschleunigungswiderstandes des stets
wieder anströmenden Wassers einen wesentlich höheren Überdruck zwischen Schiffswand
und Wässer anzuwenden, als der hydrostatischen Höhe entspricht, und die Luft als
Antriebsmittel bedeutend besser auszunutzen als bei gleichmäßiger Strömung.
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Dabei ist anzustreben, eine möglichst große Wassermasse zu erfassen,
die von der Luft nach rückwärts getrieben wird, so wie das beim Propeller oder den
Schraubenrädern der Radschiffe der Fall ist, um einen möglichst guten Wirkungsgrad
der Propulsion zu erzielen.
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Wird als Beispiel ein flachgehendes Schiff (ein Schleppkahn) angenommen,
bei dem die Luft vorn unter den Schiffsboden eintritt, so wird einerseits der Reibungswiderstand
des Kahnes auf etwa 1/s herabgesetzt, da der größte Teil der Bodenfläche nicht mehr
vom Wasser berührt wird, andererseits steigt die Luft an dem schrägen Heck an die
Oberfläche empor und übt dabei durch den Auftrieb eine Vortriebskraft in Richtung
der Schiffsbewegung aus. Diese Vortriebskraft kann recht beträchtlich gehalten werden,
solange Wasser den direkten Austritt der Luft an die Oberfläche verhindert. Um diesen
Reaktionswiderstand des Wassers möglichst zu erhöhen, kann an dem schrägen Heckboden
etwas unter der Wasseroberfläche eine horizontale Verlängerungswand nach hinten
vorgesehen werden, so daß mit jedem Spiel (Ansteigen des Überdruckes) eine größere
Wassermasse vom Heckboden nach hinten abgedrängt werden muß, ehe die Luft frei nach
oben austreten kann.
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Die Wirtschaftlichkeit in der Ausnutzung des Treibmittels ergibt sich
aus der Tatsache, daß die Luft durch die infolge pulsierenden Druckes immer wieder
an die Schiffswandungen anströmenden Wassermassen verhindert wird, frei an der Oberfläche
auszuströmen.
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Es ist ohne weiteres möglich, durch Unterteilung des Raumes unter
dem Schiffsboden oder dem schräg nach hinten ansteigenden Heckboden durch eine öder
mehrere in der Schiffslängsrichtung angeordnete Wände die Zahl der Antriebsimpulse
zu vermehren und so zu schalten, daß ein durchaus befriedigender, gleichmäßiger
Vortrieb erreicht wird.
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Bei Schiffen mit größerer Geschwindigkeit und einem spitz nach hinten
zulaufenden Heck kann die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schiffes gegen das
Heck anströmende Wassermasse für den Vortrieb durch Druckluft ausgenutzt werden.
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Bei den schräg nach hinten zulaufenden Schiffswänden werden in diesem
Fall in einer oder verschiedener Tiefe unter dem Wasserspiegel liegende Öffnungen
angebracht, durch die die Luft periodisch unter pulsierendem, der Tiefenlage unter
Wasser angepaßtem Druck nach hinten ausströmt und so die anströmenden Wassermassen
entgegengesetzt der Fahrtrichtung beschleunigt.
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Um ein vorzeitiges Austreten der Luft nach oben zu verhindern und
große Wassermassen nach rückwärts, beschleunigen zu können, werden auch hier über
den Austrittsöffnungen horizontale Wände angebracht, die über das Heck hinaus verlängert
sind. Die unter dem Luftdruck stehenden Öffnungen in der Schiffswand können offen
oder durch selbsttätige Klappen um horizontale oder vertikale Achsen drehbar verschlossen
sein, die sich-bei Ansteigen des Luftdruckes öffnen, bei Senken durch das anströmende
Wasser schließen. Bei unterschiedlicher Tiefenlage der einzelnen öffnungen unter
Wasser ist jeweils ein der Tiefe angepaßter Druck anzuwenden.
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Durch die Luft, die zur Verminderung der Schiffsreibung und zum Vortrieb
am Boden bzw. am Heck eingeführt wird, wird der Sog am Heck und damit der Schiffswiderstand
herabgesetzt.
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Die Regelung des stetig wechselnden Druckes kann in einfachster Weise
durch periodisches
Drosseln an der Saugöffnung des Gebläses erfolgen
oder auch durch einen Druckregler, der durch einen besonderen von Hand oder automatisch
in seiner Geschwindigkeit einstellbaren Antrieb periodisch auf höheren oder niedrigeren
Druck eingestellt wird.
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Durch verschiedene,@Wahl der Richtung und des überdruckes, mit dem
die Luft am Schiffs- oder Heckboden ausströmt, ist es möglich, mehr oder weniger
große Wassermassen zu erfassen und vom Schiff nach rückwärts zu beschleunigen und
so die Vortriebskraft zu ändern.
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Daß durch Umkehr der Austrittsrichtung der Luft nach vorn die Wassermassen
nach vorn beschleunigt werden, so daß eine nach rückwärts gerichtete Antriebskraft
für die Rückwärtsfahrt entsteht, darf als bekannt vorausgesetzt werden, ebenso wie
die Vorschläge, durch entsprechende Steuerung des Luftaustritts die Bewegungsrichtung
des Schiffes zu beeinflussen, so daß ohne Ruder gefahren werden kann.
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Werden in Erweiterung dieser Vorschläge am Bug und am Heck seitliche
Öffnungen für den Austritt der Luft unter Wasser vorgesehen und läßt man durch diese
die Luft senkrecht zur Längsrichtung des Schiffes z. B. vorn nach der Backbord-,
hinten nach der Steuerbordseite austreten, so kann das Schiff auch auf der Stelle
jede Drehbewegung ausführen.