DE1506203C3 - Wasserfahrzeug mit zusätzlichem hydrodynamischem Auftrieb - Google Patents

Description

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geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges ein sich mit Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist

der Stütze fortbewegendes Druckfeld erzeugt, das die Pumpenanordnung an einem sich durch die

einen Auftrieb erfährt, der das Wasserfahrzeug an Stützen erstreckenden, mit mehreren Einlaßöffnun-

den Stützen aus dem Wasser hebt. gen an der Vorderseite der Stützen versehenen An-

Sowohl durch die untere gewölbte Stirnfläche der 5 saugekanal angeschlossen. Dadurch wird das AnStützen als auch durch die aus den Stützen auf- saugen des Wassers erleichtert und kann auf ein tretende Druckflüssigkeit wird bei der vorbestimmten weiteres Rohr zum Zuführen von Wasser zur Pumpe Fahrtgeschwindigkeit ein Druckfeld erzeugt, das sich verzichtet werden.

mit der Stütze fortbewegt und an der Wasserober- Ferner weist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfläche einen Schwall ausbildet, durch dessen Gewicht io findung die Pumpenanordnung eine Pumpe und im wesentlichen die an der Stütze angreifenden Auf- einen von der Pumpe gespeisten Druckbehälter auf, triebskräfte bestimmt sind. Bei der Ausführung mit der über eine Drosselöffnung mit dem zur Stütze der konkav gewölbten Stirnfläche der Stützen ver- führenden Kanal und über eine Leitung mit einer ändert sich die Auftriebskraft etwa mit dem Quadrat Drosselöffnung mit einem höher liegenden Reserveder Fahrtgeschwindigkeit, sofern der Angriffswinkel 15 tank verbunden ist. Dadurch wird der Austritt einer der Stütze nicht einstellbar ist, um den Auftrieb kon- zu großen Menge Druckflüssigkeit aus den Stützen stant zu halten. Bei der Ausführung mit der aus dem vermieden und der Wasserstand im Druckbehälter Kanal austretenden Druckflüssigkeit ist dagegen der stets annähernd auf einer erforderlichen Höhe geAuftrieb von der Fahrtgeschwindigkeit unabhängig, halten,
solange das Fahrzeug im ausgetauchten Zustand ist. 20 Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach-

Das Verhältnis von Auftrieb zu Widerstand der stehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert,

erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wesentlich größer Es zeigt

) als bei Tragflügelbooten. Ferner ist der Auftrieb F i g. 1 a eine schematische Darstellung eines an

nicht wie bei den Tragflügeln von dem Angriffs- einer Stütze erzeugten Druckfeldes,

winkel oder der Profilgebung der Tragflügel ab- 25 F i g. 1 b den Querschnitt einer vollwandigen

hängig. Die erfindungsgemäße Stütze hat außerdem Stütze längs der Linie 1 b-1 b in F i g. 1 a,

nur wenig oder keine Wirbelbildung an der Abreiß- F i g. 1 c eine Seitenansicht des unteren Endes der

kante, so daß die hieraus resultierenden Widerstände Stütze gemäß F i g. 1 a,

vernachlässigbar klein sind. Die mit der Stütze nach F i g. 2 eine Seitenansicht eines mit Stützen ver-

der Erfindung erzeugte senkrechte Auftriebs- 30 sehenen Wasserfahrzeuges,

komponente ist im wesentlichen unabhängig vom F i g. 3 eine Vorderansicht des in F i g. 2 darge-

Rollen des Fahrzeuges im Seegang, während bei stellten Wasserfahrzeuges,

Fahrzeugen mit Tragflügeln jedes Eintauchen den F i g. 4 einen Schnitt durch das untere Ende einer

Angriffswinkel der Tragflügel und damit den Auf- Stütze,

trieb verändert. Ein mit den erfindungsgemäßen 35 F i g. 5 eine Ansicht der Stütze gemäß F i g. 4 von

Stützen ausgerüstetes Fahrzeug hat einen hohen unten,

Transportwirkungsgrad (Eigengewicht X Fahrzeug- Fig. 6 einen Schnitt durch die Stütze gemäß der

geschwindigkeit: Antriebsleistung). Die erfindungs- Linie 6-6 in Fig. 4,

gemäßen Stützen weisen keine Kavitation auf, ihre F i g. 7 einen Schnitt durch das untere Ende einer

Arbeitsweise ist unabhängig vom Steuern des Fahr- 40 Stütze in einer abgewandelten Ausführungsform,

zeuges sowie unabhängig von durch Wellen ver- F i g. 8 eine Ansicht der Stütze gemäß F i g. 7 von

ursachte Fahrzeugbewegungen. unten,

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung F i g. 9 einen senkrechten Längsschnitt längs der

weist die Unterseite jeder Stütze um den ausmünden- Linie 9-9 in F i g. 7,

den Kanal herum eine ebene Stirnfläche auf. Die 45 Fig. 10 eine Vorderansicht einer aus zwei Stützen

Auftriebskräfte werden dann sowohl durch die aus und einem Tragflügelgitter gebildeten Strebe,

dem Kanal austretende Druckflüssigkeit als auch Fig. 11 eine Seitenansicht der Strebe gemäß

durch den von der Stirnfläche hervorgerufenen Druck Fig. 10,

erzeugt. Fig. 12 einen waagerechten Schnitt durch die

In weiterer vorteilhafter Ausbildung weist die 50 Strebe längs der Linie 12-12 in Fig. 11,

Unterseite jeder Stütze eine nach unten offene Fig. 13 einen senkrechten Längsschnitt längs der

Kammer auf, in die mehrere Kanäle münden und die Linie 13-13 in Fig. 12,

einen größeren Querschnitt als der Gesamtquer- Fig. 14 eine Seitenansicht eines mit den Stützen

schnitt der Kanäle aufweist. Diese Ausbildung ist und der auftriebserzeugenden Einrichtung versehe-

insbesondere dann geeignet, wenn in jeder Stütze 55 nen Wasserfahrzeuges in einer weiteren Ausführungs-

mehrere Kanäle vorgesehen sind. form,

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Fig. 15 eine Draufsicht auf ein Wasserfahrzeug

mehrere oder alle Stützen zur Änderung ihres Auf- gemäß Fig. 14,

triebs zur Senkrechten neigbar und zum Steuern des Fig. 16 einen Längsschnitt durch das untere Ende Wasserfahrzeuges um eine senkrechte Achse 60 einer Stütze in einer weiteren Ausführungsform,
schwenkbar. Parallel und quer zur Fahrtrichtung Fig. 17 eine schematische Darstellung der Druckschwenkbare und einstellbare Stützen sind bei flüssigkeit-Versorgungseinrichtung der Stützen.
Tragflügelbooten bekannt (deutsche Auslegeschrift Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein 1066 897). Damit kann der Angriffswinkel der Trag- Wasserfahrzeug von etwa 3,5 t Wasserverdrängung flügel verändert werden und können die Tragflügel 65 und 9 m Länge.

aus dem Wasser geschwenkt werden. Bei der Erfin- In den F i g. 1 a, 1 b, 1 c und 2 ist eine aus dem

dung bewirkt die Verstellung der Angriffswinkel eine Vollen gearbeitete stielförmige Stütze 10 dargestellt.

Veränderung der Schubkomponente der Stützen. Das obere Ende der Stütze 10 ist in der nachstehend

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beschriebenen Weise an dem Bootskörper 13 be- Bei einer Geschwindigkeit von 40 Knoten ist der

festigt. Aus F i g. 1 c ist ersichtlich, daß die Stirn- Wellenwiderstand der Stütze 10 so klein, daß der fläche 12 der Stütze 10 gewölbt ist, wobei der ge- Angriffswinkel infolge der Wellenbildung vernachsamte erforderliche Auftrieb von den Stützen an den lässigbar ist und deshalb praktisch alle geometrischen Stirnflächen 12 entwickelt wird, wenn durch den 5 Angriffswinkel an der Stirnfläche den effektiven AnSchiffsantrieb 14 dem Wasserfahrzeug eine be- griffswinkel darstellen. Die Stütze erzeugt keine stimmte Geschwindigkeit erteilt wird. In dem er- nacheilenden Strömungswirbel. Der praktische Wert läuterten Ausführungsbeispiel weist in F i g. 1 b die des Auftriebskoeffizienten für subkavitierende Trag-Stütze 10 einen tropfenförmigen Querschnitt mit flächen, die bei einer maximalen Geschwindigkeit gleichbleibender Längsabmessung und einen kon- io von etwa 40 Knoten arbeiten, liegt bei 0,3. Daraus stanten Wert des Schlankheitsverhältnisses von etwa ergibt sich, daß die stielförmigen Stützen gemäß der 1: 8 auf (Dicke zur Sehne gleich 1 Zoll: 8 Zoll), und Erfindung in sicherer Weise einen Koeffizienten von sie ist stromlinienförmig ausgebildet, so daß bei etwa 0,6 aufweisen können. Für die erforderliche hoher Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges keine gewölbte Stirnfläche 12, die einen solchen Auftriebs-Kavitation entsteht. 15 koeffizienten entwickelt, gilt 0,6/0,104, was eine In F i g. 1 a ist die normale Wasseroberfläche als Wölbung von 5,77° bedeutet. Es ist bekannt, daß gestrichelte Linie dargestellt. Der an der gewölbten der Winkel an jedem Ende der Stirnfläche 12 zwi-Stirnfläche 12 der sich bewegenden Stütze 10 er- sehen der Wölbungslinie und der Horizontalen das zeugte positive Druck hat radiale Stromlinien 18 zur Doppelte der Wölbung beträgt, so daß dieser Winkel Folge. Die Stromlinien 18 erstrecken sich zu der 20 in dem Ausführungsbeispiel 11,54° beträgt,
freien Oberfläche 20 und tragen somit zu der Bildung Der dynamische Druck des Wassers bei einer Geeines Schwalls 22 bei, der sich mit gleicher Ge- schwindigkeit von 40 Knoten beträgt 2,22kp/cm², schwindigkeit wie die Stütze 10 fortbewegt. Da sich und der Koeffizient 0,6 für die Stütze 10 ergibt einen die Stromlinien 18 in radialen Richtungen in einer positiven Druck von l,34kp/cm² über der Stirn-Halbkugel erstrecken, ist auch der Schwall 22 bis zur 25 fläche 12. Dieser Druck ist gleich dem statischen Wasseroberfläche ausgebildet. Die gestrichelten Wasserdruck in einer Tiefe von 13 m. Somit läßt Linien 24 sind Äquipotentiallinien und sind kon- sich durch eine mathematische Ableitung zeigen, daß zentrisch mit der punktförmig angenommenen durch die Stütze 10 eine ausreichende Auftriebskraft Druckquelle. Es ist ersichtlich, daß der Druck un- entwickelt wird, um das Boot aus dem Wasser zu ermittelbar unterhalb der Stirnfläche 12 verhältnis- 3° heben und in dieser Lage zu halten,
mäßig hoch ist und mit zunehmendem Abstand von Das in den F i g. 2 und 3 gezeigte Boot 30 weist der Stirnfläche 12 schnell absinkt. Darüber hinaus vier Vorsprünge 32 auf, an denen jeweils über ein ist der positive Druck unter der gewölbten Stirn- drehbares Gelenk 34 das obere Ende einer Strebe 35 fläche 12 omnidirektional und drückt gegen die befestigt ist. An der Unterseite jedes Vorsprungs 32 Stütze 10 und die große Wassermasse, die sich ober- 35 ist ein Anschlag 36 vorgesehen, der die Drehhalb der horizontalen Stromlinien 18 befindet. Theo- bewegung der Streben 35 begrenzt und diese in senkretisch ist es erforderlich, daß im Gleichgewichts- rechter Richtung hält, wenn das Boot sich aus dem zustand das Gewicht des Schwalls genau gleich groß Wasser erhebt. Werden die Streben nicht benutzt, dem durch die Stütze 10 entwickelten Auftrieb, aber z. B. in seichtem Wasser oder bei langsamer Geim Vorzeichen umgekehrt ist. Die Stromlinien und 4° schwindigkeit, so können sie durch nicht gezeigte die Druckverteilung sind in Fig. 1 a nur schematisch Mittel in die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte senkdargestellt, wobei angenommen ist, daß der Ur- rechte Lage geschwenkt werden,
sprungspunkt des positiven Druckes im Mittelpunkt Die Streben 35 bestehen jeweils aus inneren und der Stirnfläche liegt. Zusätzlich zum Auftrieb erfährt äußeren Stützen 10, wobei gemäß der Darstellung die Stütze 10 bei ihrer Bewegung noch einen Wider- 45 Fig. 12 die innenbordseitige Stütze der äußeren stand. Der Teil der von dem Antrieb des Bootes zur etwas vorangestellt ist. Ein Gitterwerk aus mehre-Überwindung dieses Widerstandes gelieferten Energie ren schmalen gewölbten Tragflügeln 38 verbindet die hält ebenfalls eine Strömung in Richtung zur Wasser- inneren und äußeren Stützen 10 miteinander. Sie oberfläche aufrecht, so daß der Schwall 22 aufrecht- sind unter einem Winkel von 45° gegen die Stützen erhalten wird und der Gleichgewichtsbedingung Ge- 5° geneigt und stoßen an den Stützen 10 aufeinander, nüge getan ist. Die Strömung zur Wasseroberfläche Die Sehne jedes Tragflügels 38 ist im wesentlichen ist gleich derjenigen Strömung, die von der Wasser- gleich der Sehne der Stützen 10, so daß jeder Tragoberfläche während konstanter Betriebsbedingungen flügel 38 leicht geneigt ist.

abgezogen wird, so daß auf diese Weise eine konti- Der von allen Tragflügeln entwickelte Gesamt-

nuierliche Energielieferung erforderlich ist, um den 55 auftrieb ist der eingetauchten Fläche der Tragflügel dauernden Energieverlust infolge der Wellenbildung proportional. Die Tragflügel 38 vermitteln durch ihre auszugleichen. Die Wellenbildung stellt einen konti- geneigte Anordnung dem Boot 13 eine statische nuierlichen Wasserentzug aus dem Schwall dar, da Stabilität und vermitteln gleichzeitig ein Dämpfungsder Sog Energieverlust in der Form von Wellen dar- moment gegen Rollen und Gieren,
stellt. Somit ist die Wellenbildung tatsächlich als 6° Bei dem hier erläuterten Wasserfahrzeug, das eine Widerstand aufzufassen, d. h., daß die Stütze 10 Geschwindigkeit von 40 Knoten aufweist, ist vorgeunter einem Angriffswinkel angeströmt wird. Dieser sehen, daß die Tragflügel 38 nur etwa 10 bis 20% Angriffswinkel ist bedingt durch den Umstand, daß des Gesamtauftriebs erzeugen, um eine ausreichende die normale von der Stütze entwickelte Kraft aus der Stabilität gegen das Rollen und Gieren zu liefern. Vektorsumme des Auftriebs, der eine senkrechte 65 Somit behindern die Tragflügel 38 nicht den Betrieb Kraft darstellt, und des wellenbildenden Wider- auf hoher See, da das Wasserfahrzeug von den stands, der eine horizontale Kraft darstellt, ge- Stützen infolge des von den Stützen 10 gelieferten bildet ist. Primärauftriebs auch dann getragen wird, wenn zu

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irgendeinem Zeitpunkt der von den Tragflügeln 38 52 sind mit einer Druckwasserquelle verbunden. Bei gelieferte Gesamtauftrieb ausfällt. dem Ausführungsbeispiel wird das Wasser auf einem

Die Tragflügel 38 sind unter einem Winkel von Druck von etwa 22,2 kp/cm² in der Kammer 58 geetwa 30° nach unten geneigt (s. Fig. 2), um irgend- halten, und dieser Druck ruft das in Fig. 1 b dargewelchen im Wasser befindlichen Hindernissen einen 5 stellte Druckfeld hervor. Es ist jedoch darauf hingeringeren Widerstand zu bieten. Andererseits könn- zuweisen, daß das Druckfeld gemäß Fig. 4 für den ten jedoch auch die Tragflügel 38 waagerecht ange- unmittelbaren Bereich des Randes 56 gilt,
ordnet sein. Der Druck von 22,2 kp/cm² in der Kammer 58

Die Stützen 10 bilden ferner einen Abschluß für bzw. am unteren Rand 56 ist frei wählbar und ist in die Tragflügel 38 und gewährleisten somit, daß sie io dem Ausführungsbeispiel so festgesetzt, daß der Aufim wesentlichen zweidimensional umströmt werden, triebskoeffizient der Stützen 50 etwa gleich 10 ist. d.h., daß sich keine Wirbel an der Tragfiügelvorder- Bei einer Geschwindigkeit von 40 Knoten beträgt der kante oder der Abreißkante ausbilden. Aus diesem dynamische Seewasserdruck 2,22 kp/cm². Es ist Grund wird bevorzugt, daß die Sehne jedes Trag- wesentlich, daß der Maximaldruck an der Unterseite flügels 38 über deren Spannweite konstant ist. Da 15 der Stütze 10, wie in den F i g. 1 bis 3 beschrieben, abreißende Wirbel nicht vorhanden sind, erzeugen den Staudruck der freien Strömung nicht überdie Tragflügel 38 nur einen induzierten Widerstand, schreiten kann. Doch kann der Maximaldruck der der von dem Wellenwiderstand der Tragflügel 38 unter Druck gesetzten Stützen gemäß der F i g. 4 herrührt, so daß deshalb der von den Tragflügeln 38 über dem Staudruck der freien Strömung liegen,
und den Stützen 10 erzeugte Gesamtwiderstand ver- 20 Der Druck von 22,2 kp/cm² wird ungeachtet der hältnismäßig klein ist. Schiffsgeschwindigkeit konstant gehalten, so daß bei

Wie aus Fig.3 ersichtlich ist, ist jede Strebe35 einer Reisegeschwindigkeit von 20 Knoten der von mit ihrem oberen Ende an einer drehbaren Welle 40 den Stützen 50 entwickelte Auftriebskoeffizient etwa befestigt, die sich durch den Anschlag 36 in ein auf 40 betragen würde.

der Innenbordseite der innenbordseitigen Stütze 10 25 Da die von den Stromlinien 18 beeinflußte große angeordnetes Motorgehäuse 42 erstreckt. Somit ist Wassermasse im Idealzustand eine Geschwindigkeit die Strebe 35 längsschiffs gegenüber der Senkrechten von Null hat, wenn sich die Stütze 50 mit Marschneigbar, und ihre Stirnfläche 12 kann verschiedene geschwindigkeit bewegt, greift der Druck auf der Angriffswinkel einnehmen. Mit steigender Geschwin- Unterseite der Stütze gegen eine sehr große Wasserdigkeit des Bootes 13 kann der Angriffswinkel ver- 30 masse an, und es wirken die außerordentlich großen ringert werden, um den von der Stütze 10 entwickel- Trägheitskräfte der von diesem hohen Druck erten Auftrieb konstant zu halten. zeugten Kraft entgegen. Auf diese Weise wird eine

Zunächst aber werden die Streben 35 so geneigt, Auftriebskraft in der Flüssigkeit in den Kanälen 52 daß die Stirnflächen 12 der Stützen 10 den maxi- entwickelt und auf die Stütze 50 übertragen. Obwohl malen Angriffswinkel einnehmen, so daß das Boot 35 auf die Flüssigkeit in den Kanälen von oben her ein 13 sich bei einer Geschwindigkeit, die erheblich großer Druck ausgeübt wird, ist doch die zur Unterunterhalb der maximalen Geschwindigkeit des seite 56 der Stütze 50 strömende Flüssigkeitsmenge Bootes liegt, auf den Stützen aus dem Wasser hebt. gering, und zwar infolge der großen Trägheitskräfte Sind die Streben 35 in dieser, der maximalen Winkel- der Masse des umgebenden Wassers,
lage, so erreicht und überschreitet das Boot 13 die 40 Durch Berechnung läßt sich nachweisen, daß die Anstauchgeschwindigkeit ohne Anstellen der Trag- unter Druck gesetzte Stütze 50 eine kleine Abtriebsflügel 38. Liefern die Stützen 10 einen ausreichenden geschwindigkeit an der Auftriebslinie und einen Auftrieb, so wird der Bootsrumpf 30 aus dem Wasser niedrigen Wellenwiderstand aufweist,
gehoben. Ist das Boot einmal oberhalb der An- In den Fig. 14 und 15 sind die Streben55, die

Stauchgeschwindigkeit, so werden die Streben 35 ge- 45 mit den unter Druck gesetzten Stützen 50 versehen dreht, um den Angriffswinkel der gewölbten Stirn- sind, ebenfalls an den Vorsprüngen 32 mittels der fläche zu verringern. Erreicht das Boot 13 die Gelenke 34 drehbar befestigt. Eine Pumpe 60 zum Marschgeschwindigkeit, so stellt sich ein konstanter Speisen eines Tanks 59 ist auf dem Boot angedynamischer Zustand ein. Das Rollen und Stampfen ordnet. Hydraulische Hochdruckleitungen 62 verdes Fahrzeuges 13 wird durch die Tragflügel 38 in 50 binden den Tank mit den oberen Enden der Kanäle der bereits beschriebenen Weise gedämpft. Das 52. Ein stromlinienförmiges Flüssigkeitseinlaßrohr 64 Steuern erfolgt durch ein Ruder. erstreckt sich unterhalb der Wasseroberfläche, so daß

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist Wasser durch die Öffnungen 65 am Boden des in den F i g. 4 bis 6 dargestellt und weist eine strom- Rohres 64 eintritt, nach oben durch den Kanal 66 linienförmige Stütze 50 auf, die mit einer konstanten 55 fließt und in die Pumpe 60 gelangt. Es läßt sich Sehne und einem konstanten Schlankheitsverhältnis rechnerisch nachweisen, daß die aus den Stützen 50 von Dicke zu Sehne von etwa 1: 8 versehen ist. Die austretende Flüssigkeitsmenge bei einer Geschwinkonstante Sehnenabmessung ist bevorzugt, um den digkeit des Bootes von 40 Knoten etwa 685 l/min Reibungswiderstand der Stützen minimal zu halten. beträgt, wobei alle Verluste einschließlich des Die Sehne muß jedoch nicht konstant sein. Die 60 Wellenwiderstandes berücksichtigt sind. Die Pumpe Stütze 50 ist mit einer Anzahl von Kanälen 52 ver- 60 kann eine Kolbenpumpe sein, die bei recht sehen, die sich senkrecht in Längsrichtung durch sie niedrigen Geschwindigkeiten arbeitet und deshalb erstrecken und unten an einer inneren waagerechten einen Wirkungsgrad von bis zu etwa 90 % aufweist. Fläche 54 (s. auch F i g. 6) enden. Die Innenwände Übliche Kreiselpumpen, die bekanntlich z. B.

57 sind leicht von der Fläche 54 zum unteren Rand 65 2700 l/min fördern, können ebenfalls verwendet wer-56 der Stütze 50 nach außen geneigt und bilden eine den.

unten offene Kammer 58, die mit allen Kanälen 52 Ein Ausführungsbeispiel der Pumpe und des

in Verbindung steht. Die oberen Enden der Kanäle Tanks ist in Fig. 17 schematisch dargestellt. Die

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Pumpe 60 saugt Seewasser in der beschriebenen Standes und unter der Voraussetzung, daß die

Weise an und liefert das Wasser unter hohem Druck Strebenoberfläche als glatt angesehen wird, der

in einen flüssigkeitsdichten Druckbehälter 92, der ein Reibungswiderstandskoeffizient einen Wert von

Volumen von etwa 3,8 1 hat. Ein Reservetank 59 mit 0,005, bezogen auf eine plane Flächenform, aufweist,

einem Volumen von etwa 571 ist außerdem auf dem 5 Dieser Koeffizient erzeugt einen Reibungswiderstand

Schiff vorgesehen und steht mit dem Boden des pro Strebe von 22 kg bei 40 Knoten. Der erforder-

Druckbehälters 92 über ein Rohr 96 und eine liehe waagerechte Schwenkwinkel der Streben 55 zur

Drosselöffnung 98 in Verbindung. Der Kanal 62 ver- Erzielung dieses Schubes beträgt 1,4°. Die Leistung

bindet eine andere Drosselöffnung 94 in dem Druck- des resultierenden Schubes beträgt etwa 5,96 PS pro

behälter 92 mit dem Ausströmkanal jeder Stütze 50. io Stütze. Somit beträgt die von dem Fahrzeug aufzu-

Wird die Pumpe 60 in Betrieb gesetzt, so wird bringende Leistung zur Überwindung des Reibungs-Wasser eingesaugt und unter Druck in den Behälter Widerstandes der vier Streben und des Wellenwider- 92 und in den Reservetank 59 gespeist. Die Luft- Standes nur 24,7 PS. Es läßt sich zeigen, daß das räume oberhalb des Wassers in den Behältern ver- Verhältnis des Auftriebes zum Widerstand der mitteln eine gewisse Dämpfung, so daß ein schneller 15 Streben allein, ausgenommen der Spritzwiderstand, Druckanstieg des Wassers die Behälterwände nicht gleich 39,0 ist.

beschädigt. Solange an der Unterseite der Stütze 50 Eine weitere Steuerungsmöglichkeit für das Boot infolge der großen umgebenden Wassermenge bei besteht darin, den von den Streben 55 in der oben der Vorwärtsfahrt des Bootes ein wesentlicher Rück- beschriebenen Weise erzeugten Schub zu verändern, druck wirkt, ist die relative Strömungsgeschwindig- 20 so daß die Streben an der einen Seite des Bootes keit durch die Drosselöffnung 94 in den Kanal 62 ge- einen größeren Schub als an der anderen Seite entring. Sollte jedoch der unwahrscheinliche Fall ein- wickeln. Die Schubdifferenz zwischen den beiden treten, daß die Unterseite der Stütze 50 den Wasser- Bootsseiten liefert ein Moment, das das Boot um die spiegel erreicht bzw. ist die Unterseite aus irgend- Gierachse zu drehen sucht. Die Tragflügel 38 dienen einem Grunde in einem Augenblick frei, so ver- 25 dazu, ein übermäßiges Neigen zu verhindern, wenn hindern die Drosselöffnungen 94 und 98 einen das Boot eine Wendung in der beschriebenen Weise Wasserschwall mit hoher Geschwindigkeit aus dem vollführt. Bei engen Wenden können jedoch Mittel Druckbehälter 92 und dem Reservetank 59. Auf vorgesehen werden, um den Druck an den Streben diese Weise wird eine plötzliche Druckverringerung 55, die auf der Außenseite des Schiffes während der im Druckbehälter 92 und der Stütze 50 vermieden, 30 Wende sind, im Verhältnis zu steigern. Die Trag- und es entsteht nur ein momentaner Auftriebsverlust, flügel 38 vermitteln eine konstante Dämpfung wähder die Stütze 50 schnell nach unten auf die Be- rend und nach der Wende.

triebshöhe bringt. Es ist ersichtlich, daß die Speisung Werden die Streben 55 aus dem Wasser in die

und der Druck des Reservetanks 59 dazu dienen, um senkrechte Lage verbracht, so schwimmt der Boots-

das Wasser im Druckbehälter 92 auf einem aus- 35 rumpf 30 im Wasser und wird von der Schraube 14

reichenden Pegel zu halten und um geringe Ver- vorangetrieben. Die Streben 55 werden dann in ihre

änderungen auf der Druckseite der Pumpe auszu- senkrechte, nach unten gerichtete Lage gedreht, die

gleichen. Pumpe 60 wird eingeschaltet und anschließend die

Die vorderen Vorsprünge 32 sind fest am Boots- Propeller-Leistung zur Erhöhung der Vorwärtsrumpf 30 befestigt (s. Fig. 15). Die rückwärtigen 40 geschwindigkeit des Bootes vergrößert. Reichen die Vorsprünge 33 sind jedoch mit ihren innenbord- Vorwärtsgeschwindigkeit und der Stützendruck aus, seitigen Enden drehbar um eine senkrechte Achse so liefern die Stützen 50 genügend Auftrieb, um den 68 angeordnet, so daß die Streben 55 in einer waage- Bootsrumpf 30 aus dem Wasser zu heben. Ist eine rechten Ebene drehbar sind. Am hinteren Vorsprung bestimmte Reisegeschwindigkeit erreicht, so werden 33 ist einstückig ein Ansatz 190 angeordnet, der 45 die Streben 55 um ihre waagerechte Achse leicht drehbar mit einer Betätigungsstange 192 mittels nach rückwärts geschwenkt und entwickeln Schub, eines Stiftes 194 verbunden ist. Die Winkelstellung während die Schraube 14 abgeschaltet werden kann der Betätigungsstange wird durch einen Steuer- oder aus dem Wasser herausgenommen wird. Der mechanismus 196 eingestellt, so daß das Boot ge- von den Streben 55 erzeugte Schub beschleunigt das steuert werden kann. Gewünschtenfalls können auch 50 Fahrzeug, bis mit den auftretenden Widerstandsdie vorderen Streben um eine vertikale Achse dreh- kräften ein Gleichgewicht erzielt ist.
bar angeordnet werden, so daß sie zum Steuern des Ist das Boot ausgetaucht, so stellt sich ein Gleich-Bootes verwendet werden können. gewicht zwischen dem Bootsgewicht und dem Ge-

Liegt das Boot mit seinem Rumpf im Wasser, so wicht des Wasserschwalls 22 in der bereits be-

können bekannte Antriebsmittel, wie z. B. eine 55 schriebenen Weise ein. Anschließend ist der von den

Schraube 14, zum Antrieb des Fahrzeuges Verwen- Streben 55 erzeugte Auftrieb unabhängig von der

dung finden. Ist das Boot jedoch ausgetaucht, so Bootsgeschwindigkeit und einzig von dem von der

können die Streben einen Vorwärtsschub ohne Hilfe Pumpe 60 gelieferten Druck abhängig,

der Schraube erzeugen, wenn die Streben 55 einige Die Ausflußgeschwindigkeit des Wassers aus der

Grad nach rückwärts um ihre waagerechte Achse 60 öffnung an der Unterseite der Stützen 50 hängt von

geschwenkt werden, so daß die resultierende Kraft dem Gesamtwiderstand des Bootes, multipliziert mit

eine waagerechte Schubkomponente aufweist. der Geschwindigkeit, ab. Die erforderliche Leistung

Obwohl diese Schubkomponente nicht groß ist, sei und die effektive Leistung sind fast gleich, da der

darauf hingewiesen, daß infolge des außerordentlich Wirkungsgrad des Antriebs in dem vorliegenden

kleinen Gesamtwiderstandes des Fahrzeuges die 65 Ausführungsbeispiel bei 20 Knoten etwa 99% be-

Schubkomponente eine ausreichende Reisegeschwin- trägt.

digkeit vermitteln kann. Es läßt sich zeigen, daß Bei 40 Knoten ist der Wellenwiderstand unwesent-

beim Vernachlässigen des Sprüh- bzw. Spritzwider- Hch und beträgt nur etwa 0,77 kp je Stütze in dem

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betrachteten Ausführungsbeispiel. Bei 15 Knoten ist das Ansaugen der Flüssigkeit durch den Einlaßkanal

jedoch der Wellenwiderstand wesentlich größer und 90 zur Pumpe60 erleichtert. In Fig. 14 wird also

beträgt 6,25 kp je Stütze. Der Reibungswiderstand das Flüssigkeitseinlaßrohr 64 fortgelassen, wenn die

bei 40 Knoten ist bei glatter Fläche 22,0 kp je Stütze, Stütze 80 für eine oder mehrere Streben 55 ver-

bei 15 Knoten jedoch nur 3,1 kp je Stütze. Eine Ge- 5 wendet wird.

schwindigkeit von 15 Knoten kann sowohl als Start- An der Unterseite der Stütze ist der Druck des ergeschwindigkeit als auch als Reisegeschwindigkeit zeugten Druckfeldes so hoch, daß der Staudruck der dienen, falls der Transport-Wirkungsgrad ent- Wellen für eine örtliche Durchdringung dieses Bescheidend ist. reiches hohen Druckes fast unwesentlich ist. Des-

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung io halb ist das Boot gegenüber Wellen fast unempfmd-

mit einem niedrigen Wellenwiderstand ist in den Hch, sofern ein wesentlicher Abschnitt der Streben

F i g. 7 bis 9 dargestellt und wird vorzugsweise für 55 unterhalb der Wasseroberfläche gehalten wird,

ein Boot mit einer Fahrtgeschwindigkeit von 15 Die Längenabmessungen der Streben 55 sind daher

Knoten vorgesehen. Die Stütze 70 dieses Aus- so zu wählen, daß zwischen der Wasseroberfläche

führungsbeispiels weist nur einen Kanal 76 auf, 15 und dem aufgerichteten Boot genügend freier Raum

dessen Wände 71 bis zur Unterseite 72 der Stütze 70 besteht.

senkrecht ausgebildet sind. Die Wände 71 weisen je- Schätzungsweise beträgt der Gesamtwiderstand

doch schmale abgerundete Kanten auf, so daß kein für die unter Druck gesetzten Stützen des in dem

Abreißen der Strömung auftritt. Die Unterseite 72 ist Ausführungsbeispiel beschriebenen Bootes bei 40

mit ebenen Stirnflächen 74 versehen. ao Knoten 124 kp, während der Gesamtwiderstand für

Der an den Stirnflächen 74 und auch der von dem ein Boot gleicher Größe mit bekannten Tragflügeln aus dem Kanal 76 vom austretenden Wasser ent- (vollständig untergetaucht) bei 40 Knoten 275 kp bewickelte Druck bietet eine bestimmte Auftriebskraft. trägt. Die Auftriebs-Widerstands-Verhältniszahlen Ist die Stirnfläche 74 nicht vorhanden, so würde der werden auf 28,6 bzw. 12,9 geschätzt. Darüber hinaus hohe Druck unter der Stütze 70 nur die Größe des 25 arbeitet die erfindungsgemäße Einrichtung im Gegen-Schwalls 22 vergrößern und somit nicht zu der Wirk- satz zu bekannten Booten bei 20 Knoten mit gutem samkeit der Stütze 70 beitragen. Da bei niedrigen Wirkungsgrad mit einem geschätzten Gesamtwider-Fahrtgeschwindigkeiten der Wellenwiderstand größer stand von 38,2 kp und einem Auftriebs-Widerstandsist, strömt eine unnötig große Flüssigkeitsmenge aus Verhältnis von 93,1. Um das Boot mit unter Druck den Stützen 50. Diese Erscheinung ist jedoch nun 30 gesetzten Stützen zu betreiben, beträgt die erforderteilweise durch den verringerten Querschnitt des liehe Leistung 33,7 PS bei 40 Knoten und 5,15 PS Kanals an der Unterseite der Stütze 70 gemäß F i g. 7 bei 20 Knoten. Demgegenüber beträgt die erforderaufgehoben. Nötigenfalls kann der Betriebsdruck im liehe Leistung zum Betreiben eines bekannten Trag-Kanal 76 gesteigert werden. flügelbootes bei 40 Knoten 74,6 PS. Beträgt der

Eine andere Stütze ist in Fig. 16 dargestellt. Die 35 Wirkungsgrad der Pumpe und des Drucksystems Stütze 80 weist mehrere Kanäle 82 auf, deren obere 0,89 für ein Boot mit unter Druck gesetzten Stützen, Enden mit dem Reservetank 59 und der Pumpe 60 so beträgt die erforderliche Wellenleistung bei 40 in Verbindung stehen und deren untere Enden in Knoten 37,8 PS und bei 20 Knoten 5,8 PS, dies im eine große Öffnung 84 münden, die durch die Vergleich zu einem Wirkungsgrad von 0,45 für beschrägen Wandungen 86 gebildet wird. Die Vorder- 40 kannte Tragflügelboote, bei denen für 40 Knoten die kante der Stütze 80 ist mit mehreren Wassereinlässen erforderliche Wellenleistung 165,8 PS beträgt. Es 88 versehen, die mit einem Einlaßkanal 90 in Ver- wird geschätzt, daß der Transportwirkungsgrad des bindung stehen. Der Einlaßkanal 90 erstreckt sich erfindungsgemäßen Bootes bei 40 Knoten 3,7 und nach oben durch die Stütze 80 und führt über nicht bei 20 Knoten 12,1 beträgt. Deshalb ist ein Aktionsgezeigte Rohrleitungen zur Pumpe 60. Es ist ersieht- 45 radius von 1000 bis 3000 nautischen Meilen mit dem lieh, daß die Vorwärtsgeschwindigkeit der Stütze 80 erfindungsgemäßen Boot erreichbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Wasserfahrzeug mit zusätzlichem hydrodynamischem Auftrieb, mit am Bootskörper unter die Wasseroberfläche eintauchenden senkrechten stromlinienförmigen Stützen, die am unteren Ende je eine auftriebserzeugende Einrichtung aufweisen, die den Bootskörper aus dem Wasser hebt, dadurch gekennzeichnet, daß die auftriebserzeugende Einrichtung eine Pumpenanordnung mit einem an der unteren Fläche jeder Stütze (50) ausmündenden Kanal (76) aufweist, durch den vorher angesaugtes Wasser unter Druck ausgestoßen wird und dabei ein Druckfeld bildet, das bei einer vorbestimmten Fahrtgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges einen Auftrieb erfährt, der das Wasserfahrzeug an den Stützen aus dem Wasser hebt.

2. Wasserfahrzeug mit zusätzlichem hydrodynamischem Auftrieb, mit am Bootskörper unter die Wasseroberfläche eintauchenden senkrechten stromlinienförmigen Stützen, die am unteren Ende je eine auftriebserzeugende Einrichtung aufweisen, die den Bootskörper aus dem Wasser hebt, dadurch gekennzeichnet, daß die auftriebserzeugende Einrichtung aus einer konkav gewölbten Stirnfläche (12) an der Unterseite der Stütze (5) besteht, die ab einer vorbestimmten Fahrtgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges ein sich mit der Stütze fortbewegendes Druckfeld erzeugt, das einen Auftrieb erfährt, der das Wasserfahrzeug an den Stützen aus dem V/asscr hebt.

3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite (72) jeder Stütze (70) um den ausmündenden Kanal (76) herum eine ebene Stirnfläche (74) aufweist.

4. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite jeder Stütze (SO) eine nach unten offene Kammer (58) aufweist, in die mehrere Kanäle (52) münden und die einen größeren Querschnitt als der Gesamtquerschnitt der Kanäle aufweist.

5. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder alle Stützen (50) zur Änderung ihres Auftriebs zur Senkrechten neigbar und zum Steuern des Wasserfahrzeuges um eine senkrechte Achse schwenkbar sind.

6. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenanordnung eine Pumpe (60) und einen von der Pumpe gespeisten Druckbehälter (92) aufweist, der über eine Drosselöffnung (94) mit dem zur Stütze (50) führenden Kanal und über eine Leitung (96) mit einer Drosselöffnung (98) mit einem höherliegenden Reservetank (59) verbunden ist.

7. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenanordnung an einem sich durch die Stützen erstreckenden, mit mehreren Einlaßöffnungen (88) an der Vorderseite der Stützen versehenen Ansaugekanal (90) angeschlossen ist.

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit zusätzlichem hydrodynamischem Auftrieb, mit am Bootskörper unter die Wasseroberfläche eintauchenden senkrechten stromlinienförmigen Stützen, die am unteren Ende je eine auftriebserzeugende Einrichtung aufweisen, die den Bootskörper aus dem Wasser hebt.

Bei den bekannten Wasserfahrzeugen mit zusätzlichem hydrodynamischem Auftrieb werden das

ίο Fahrzeug vollständig aus dem Wasser hebende Auftriebskräfte durch Tragflügel erzeugt. Bei diesen Fahrzeugen ist die Maximalgeschwindigkeit durch die von den Tragflügeln erzeugte Kavitation begrenzt. Die Fahrzeuge eignen sich nicht zum Betrieb in rauher See. Ferner ist der Leistungsbedarf zum Aufrichten des Fahrzeuges verhältnismäßig groß, so daß auch hierdurch die Fahrzeuggeschwindigkeit be-. grenzt ist. Dazu trägt noch ein verhältnismäßig großer Wellenwiderstand bei kleineren Geschwindigkeiten bei sowie der von den großen Flächen der Tragflügel herrührende Widerstand. Bei langen aufeinanderfolgenden Wellen (Dünung) können die Tragflügel auch bei höheren Geschwindigkeiten infolge des geometrischen Angriffswinkels ihre Auftriebseigenschaften zeitweise verlieren.

Es ist ferner ein Fahrzeug (Patentschrift 32188 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin) mit am unteren Ende unter die Wasseroberfläche eintauchenden Stützen bekannt, an denen Düsen in hydrodynamischer Form unter einem beistimmten Anstellwinkel befestigt sind, die in Bewegungsrichtung einen Vortrieb und senkrecht zur Bewegungsrichtung einen Auftrieb erzeugen. Diese Düsen arbeiten nach dem Prinzip eines Staustrahltriebwerkes, sie erzeugen jedoch kein Druckfeld.

Ferner ist es bekannt (französische Patentschrift 348 036), an unterhalb eines Bootskörpers befestigten Stützen gewölbte Gleitflächen anzuordnen, die den Bootskörper anheben, die sich unter Wasser bewegen oder auf der Wasseroberfläche gleiten.

Aus der britischen Patentschrift 814 173 (Fig. 3) und der Zeitschrift »The Motorboat and Yachting«, 1962, Mid May, S. 413 (Fig. 1), sind Einrichtungen zur Erzeugung eines zusätzlichen hydrodynamischen Auftriebs bei Wasserfahrzeugen bekannt, die an jeder Bordseite je aus einem zwischen einem Stützenpaar angeordneten Tragflügelgitter bestehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auftriebserzeugende Einrichtung für ein Wasserfahrzeug zu schaffen, das auf offener See eingesetzt werden soll, mit besserem Wirkungsgrad arbeitet und größere Entfernungen zurücklegen kann.

Gemäß einem ersten Bauprinzip der Erfindung wird die geschilderte Aufgabe bei einem Wasserfahrzeug der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst, daß die auftriebserzeugende Einrichtung eine Pumpenanordnung mit einem an der unteren Fläche jeder Stütze ausmündenden Kanal aufweist, durch den vorher angesaugtes Wasser unter Druck ausgestoßen wird und dabei ein Druckfeld bildet, das bei einer vorbestimmten Fahrtgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges einen Auftrieb erfährt, der das Wasserfahrzeug an den Stützen aus dem Wasser hebt.
Nach einem zweiten Bauprinzip der Erfindung erfolgt die Lösung der genannten Aufgabe dadurch, daß die auftriebserzeugende Einrichtung aus einer konkav gewölbten Stirnfläche an der Unterseite der Stütze besteht, die ab einer vorbestimmten Fahrt-