-
Vortriebsverbessernde Einrichtung an strömungsgünstig geformten rotationssymmetrischen
Fahrzeugkörpern Die Erfindung betrifft eine vortiebsverbessemde Einrichtung an strömungsgünstig
geformten rotationssymmetrischen Fahrzeugkörpern, deren Außenfläche eine Wirbelablösungszone
aufweist und bei denen die hintenliegenden und mit derLängs- oderSymmetrieachse
des Körpers gleichachsig angeordneten Vortriebsmittel von einem Düsenring umgeben
sind. Dabei soll ohne Modifizierung weder des Hauptspants noch der Bemannbarkeit
des Fahrzeugs dessen Geschwindigkeit bei gleichem Energieverbrauch erhöht oder die
Energiemenge, die notwendig ist, um es auf eine gegebene Geschwindigkeit zu bringen,
verringert werden.
-
Bekanntlich ist die Verteilung der theoretischen Drücke, die von einem
flüssigen oder gasförinigen Medium auf den umströmten rotationssymmetrischen Körper,
dessen Achse wenig oder nicht zur allgemeinen Strömungsrichtung geneigt ist, ausgeübt
werden, ausgehend vom vorderen Ende dieses Körpers, gekennzeichnet durch: a) eine
vordere Zone mit höherem dynamischem Druck als der statische Umgebungsdruck, entfernt
von dem Körper gemessen, dessen Höchstwert an der äußersten vorderen Spitze des
umströmten Körpers liegt und der bis auf einen Wert abnimmt, der gleich dem statischen
Umgebungsdruck ist, b) eine an die Zone a) anschließende Unterdruckzone,
in der der statische Druck über einen unter dem statischen Umgebungsdruck liegenden
Mindestwert geht, und deren Lage von der Form des umströmten Körpers abhängig ist,
wobei der Druck nach hinten wieder bis auf den Wert des statischen Umgebungsdruckes
(entfernt von dem Körper gemessen) ansteigt, c) eine hintere überdruckzone von viel
geringerer Intensität als die vordere überdruckzone a). Diese nach der Lehre der
nicht viskosen (ideal genannten) flüssigen oder gasförmigen Medien auf die Umströmung
des Körpers zurückzuführende theoretische Verteilung der Drücke wird durch das infolge
der Grenzflächenreibung entstehende Wirbelstromgebiet modifiziert. Diese Reibungskräfte
bilden eine Schicht von durch das Vorhandensein des umströmten Körpers verzögerten
Mediumteilchen, deren Turbulenz um so größer ist, je mehr man sich von der
Linie des höchsten, den umströmten Körper in der Zone b) umgebenden Unterdruckes
nach hinten entfernt. Die Dicke dieser Wirbelschicht nimmt nach hinten zu, und diese
Schicht widersetzt sich der Entstehung und der übertragung der nach der Strömungslehre
zu fordernden Überdrücke der dritten Zone. Daraus ergibt sich eine Verstärkung der
Wirbelschleppe, die man auf verschiedene Weise zu verringern versucht hat. So ist
beispielsweise vorgeschlagen worden, zwecks Vermeidung von Wirbelablösungen bei
der Umlenkung des durch einen Düsenring in die Schiffsschraube strömenden Wassers
die horizontalen Schnitte des Schiffsrumpfes unmittelbar über dem Düsenring um ein
größeres Stück bis hinter die Düsenaustrittsöffnung zu verlängern. Es ist auch bekannt,
zwei mit einem dazwischenliegenden Ringspalt angeordnete Düsenringe zu verwenden,
die mit einer Wellenschluckeranlage zusammenwirken, oder Staukörper hinter einer
Schiffsschraube anzuordnen. Jedoch ist es bisher nicht möglich gewesen, ein völlig
zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen.
-
Demgegenüber wird nun eine Einrichtung vorgeschlagen, die erfindungsgemäß
so konstruiert ist, daß ein den strömungsgünstig geformten rotationssymmetrischen
Fahrzeugkörper umgebender und zwischen dessen Wirbelablösungszone und den Hauptvortriebsmitteln
angeordneter zusätzlicher Düsenring von kleinerem Außendurchmesser als jenem des
die Hauptvortiebsmittel umgebenden Düsenringes mit seiner Innenwand und der ihr
gegenüberliegenden Außenwand des Körpers einen sich in an sich bekannter Weise nach
hinten erweiternden ringförmigen Kanal bildet.
Dabei kann nach der
Erfindung jeder der Düsenringe im Längsschnitt die Form eines Flugzeugtragflügelprofils
aufweisen ' dessen Saugseite in an sich bekannter Weise nach innen gekehrt
ist.
-
Außerdem kann nach einem weiteren Erfindungsgedanken die Strömung
durch den zwischen dem Fahrzeugkörper, und,# dem zusätzlichen Düsenring gebildeten
Kanal durch innerhalb des letzteren angeordnete und ihrerseits einen in Fahrtrichtung
wirkenden Schub erzeugende zusätzliche Mittel auf die Geschwindigkeit des außerhalb
dieses Düsenringes strömenden Strömungsmitiels beschleunigt werden.
-
Durch eine derartige Anordnung werden die überdrücke in der hinteren
Zone des Fahrzeugkörpers durch auf die Düsenringflächen verteilte und eine axiale,
nach vom gerichtete Komponente enthaltende Auftriebskräfte ersetzt.
-
Außerdem verursachen die genannten Auftriebskräfte allein wegen der
Tatsache, daß die Düsenringflächen in sich geschlossen sind, nur eine geringe oder
gar keine Verstärkung der Wirbelschleppe, und infolge der geringen Dicke der die
Leitflächen bildenden Düsenringe verursachen die Leitflächen nur unbedeutende Reibungsverluste,
Schließlich tragen die Düsenringe zur Längs- und Richtungsstabilisierung des Fahrzeugkörpers
bei.
-
Die Erfindung gestattet außerdem den Bau von mehrteiligen strömungsgünstig
geformten Fahrzeugkörpern, die einerseits einen Hauptkörper, dessen vorderer Abschnitt
zur Schaffung einer Laminarströmung über die größtmögliche Länge des Strömungskörpers
ausgebildet ist, und andererseits eine Einrichtung mit ringförnügen Leitkörpern,
wie vorstehend definiert, enthalten, die am hinteren Ende des Hauptkörpers angeordnet
ist, wodurch es, abgesehen von den der erfindungsgemäßen Einrichtung eigenen Vorteilen,
möglich is4 dem hinteren Ende des Hauptkörperseine viel kürzere Form zu geben, als
sie die üblichen strömungsgünstig geformten Fahrzeugkörper aufweisen, ohne dadurch
ein Abreißen der Stromfäden zu verursachen.
-
Die, Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsformen näher erläutert.
Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine Seitenansicht eines strömungsgünstig
geformten rotationssymmetrischen Fahrzeugkörpers in axialem Teilschnitt, auf dem
eine Einrichtung nach der Erfindung in einer sowohl auf Flugkörper als auch auf
Unterwasserfahrzeuge anwendbaren Ausführungsform angebracht ist, Fig. 2 eine besonders
auf ein Unterwasserfahrzeug anwendbare abgeänderte Ausführungsform der Einrichtung.nach
Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, Fig. 3 eine besonders auf Flugkörper
anwendbare weitere abgeänderte Ausführungsform der Einrichtung nach Fig.
1, ebenfalls in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 und 5 Querschnitte nach
den Linien IV-IV bzw. V-V in Fig. 1 und Fig. 6 und 7 Querschnitte
nach den Linien Vl-VI bzw. VII-VII in Fig. 2.
-
In Fig. 1 ist ein strömungsgünstig geformter rotationssymmetrischer
Fahrzeugkörper 1 dargestellt, der sowohl der Rumpf eines Flugzeuges als auch
eines Unterwassexfahrzeuges sein kann. Rings um das hintere Ende des Fahrzeugkörpers
1 sind zwei Düsenringe 2, 3 angebracht, die von vorn nach hinten stufenförmig
und teilweise übereinander angeordnet sind. Jeder dieser Düsenringe we,
: 1 st im Radialschnitt, wie in Fig. 1
gezeigt, die Form eines Flügelprofils
auf, dessen Saugseite sich auf der Innenseite des Düsenringes befindet. Außerdem
ist, wenn man einen lotrechten Mittellängsschnitt durch den Fahrzeugkörper
1 führt, die Tangente an das Profil des Fahrzeugkörpers 1 in der Nähe
der Anströmkante jedes Düsenringes gegenüber seiner Längsachse mehr geneigt als
die Sehne des Profils des Düsenringes oder, genauer gesagt, als dessen Nullauftriebsrichtung.
-
Die Düsenringe 2 und 3 sind mit Hilfe von profilierten Tragstützen
4 bzw. 5 (siehe auch Fig. 4 und 5),
die so angeordnet und eingerichtet
sind, daß sie möglichst wenig in den ringförmigen, zwischen den Düsenringen und
dem Fahrzeugkörper 1 enthaltenden Raum eindringen, auf dem hinteren Ende
des Fahrzeugkörpers starr angebracht.
-
Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Vortrieb des Rumpfkörpers
1 beispielsweise mit Hilfe einer Treibschraube 6 bewirkt, die im Inneren
des Düsenringes 3 angeordnet ist und in einer zur Längsachse des Fahrzeugkörpers
koaxialen Stromröhre arbeitet, die in Höhe der Anströnikante der Düsenringe in diese
eintritt und am hinteren Ende des Dü-
senringes 3 austritt. Die Seiten-
bzw. Höhenruder sind mit 7 und 8 bezeichnet.
-
Die Düsenringe 2, 3 als Leitkörper liegen also-in der Zone,
in der die Stromfäden abzureißen drohen. Sie verhindern dieses Abreißen und beseitigen
die sonst nach der Strömungslehre entstehenden Überdrücke und ersetzen diese durch
auf die Düsenringe als Leitkörper verteilte und eine axiale, nach vom gerichtete
Komponente enthaltende Auftriebskräfte. Der Zweck des kleinen Düsenringes 2 besteht
besonders in der Nachbeschleunigung der zwischen der äußeren Oberfläche des Fahrzeugkörpers
1 und dem kleinen Düsenring 2 enthaltenen Wirbelschicht. Diese Nachbeschleunigung
erfolgt durch die um den Düsenring entstehende Zirkulation, die mit einer Verlangsamung
der die äußere Oberfläche des Düsenringes umströmenden Mediumteilchen einhergeht.
-
Bei der Ausführungsforin nach Fig. 1 besteht das Vortriebsmittel
aus einer mehrflügeligen Schraube 6,
die im Innern des großen Düsenringes
3 umläuft, wobei dieser den Zweck einer Ummantelung für die Schraube, erfüllt.
Die Schraube wirkt auf die zwischen den Düsenringen als Leitkörper strömenden Mediumteilchen.
-
Dagegen bestehen bei den abgeänderten Ausführungsformen nach Fig.
2 und 3 die Vortriebsmittel aus einer mehrflügehgen Schraube 11 bzw.
12, wie in der Ausführungsform nach Fig. 1, und außerdem aus einem ihnen
vorgeschalteten und zu ihnen koaxial angeordneten Treibschaufeln tragenden Rotor
13 bzw. 14, der auf die in der Nähe der äußeren Oberfläche des Fahrzeugkörpers
1 vorbeiströmenden Mediumteilchen wirkt. Die Ausführungsforin nach Fig. 2
ist für Unterwasserfahrzeuge und die nach Fig. 3 für Flugkörper bestimmt.
-
Weiter kann man in an sich bekannter Weise nach Fig. 2 und
3 von den sie tragenden Düsenringen bis an die Oberfläche des hinteren Teiles
des Fahrzeugkörpers reichende ortsfeste radiale Leitkörper so anbringen, daß sie
die Wirbelbewegungen der Teilchen, auf die die Vortriebsmittel eingewirkt haben,
vor dem Wegschleudern dieser Teilchen am hinteren Ende der Düsenringe verringern.
Solche ortsfesten Leitkörper sind in Fig. 2 und 3 mit 15 und
18 bezeichnet.
-
Die für den Betrieb der Vortiebsnüttel notwendige Leistung kann von
einem im vorderen Teil des Fahrzeugkörpers
liegenden Motor geliefert
und mit mechanischen, hydromechanischen, pneumatischen oder elektrischen Mitteln
fernübertagen oder unmittelbar über eine geeignete Kraftmaschine zugeführt werden.