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Verfahren zum Betrieb eines Wasser-Staustrahltriebwerks für Wasserfahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wasser-Staustrahltriebwerks
für Wasserfahrzeuge, das einen röhrenförmigen, beiderseits offenen Körper mit einem
divergierenden und anschließenden konvergierenden Abschnitt aufweist und dem Druckgas
im Bereich höchsten Strömungsdruckes zufgeführt wird.
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Es ist bekannt, Wasserfahrzeuge mittels einer Flüssigkeitsdüse anzutrieben,
die einen beiderseits offenen Körper mit einem divergierenden und anschließend konvergierenden
Abschnitt darstellt. Hierbei wird die die Düse durchströmende Flüssigkeitsmenge
durch Druckgaszuführung an der Stelle höchsten Druckes unter Volumenvergrößerung
nach hinten beschleunigt, so daß eine nach vorn gerichtete Reaktionskraft entsteht,
die das Fahrzeug antreibt. Bei Zuführung von Gasen, die in der Flüssigkeit löslich
sind, tritt jedoch der Nachteil auf, daß infolge der Gaszuführung an der Stelle
höchsten Druckes einbeträchtlicher Gasanteil in Lösung geht und somit für die Beschleunigung
der Flüssigkeitsmenge wegfällt.
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Dieser Mange wird erfindungsgemäß behoben durch die Zuführung einer
zusätzlichen Druckgasmenge durch hintereinanderliegende Düsen mit gestaffeltem Druck
im Bereich des divergierenden Abschnittes, also stetig zunehmenden Wasserdruckes,
unter Anpassung des gestaffelten Gasdruckes der Teilmengen an den jeweiligen Druck
des Wassers an den Zuführungsstellen in dem Sinne, daß jeweils nur eine Sättigung
des in diesem Rohrabschnitt strömenden Wassers mit Druckgas erfolgt.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens ist der divergierende Teil von
ringförmigen Kammern umgeben, die jeweils mit getrennten Druckgasleitungen in Verbindung
stehen und enge, vorzugsweise auf den ganzen Umfang verteilte Durchtrittsöffnungen
aufweisen, die das Druckgas in den divergierenden Abschnitt treten lassen.
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Hierdurch erfolgt eine Sättigung des Wassers, so daß die an der Stelle
höchsten Druckes zugeführte Druckgasmenge ausschließlich der Beschleunigung der
durchströmenden Flüssigkeit dient. Im konvergierenden Abschnitt erfolgt wegen der
Druckabnahme ein teilweises Ausscheiden der in Lösung befindlichen Gasmenge, so
daß eine zusätzliche Volumenvergrößerung eintritt.
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Es ist schon eine Ausbildung bekannt, bei der ein Wasserfahrzeug durch
Einblasen von Druckluft durch mehrere hintereinanderliegende und nach hinten gerichtete
Düsen angetrieben wird. Dort handelt es sich jedoch um eine grundsätzlich andere
Bauform, da der Strömungskanal unten offen ist. Damit ist nicht die Grundlage für
die dem Erfindungsgegenstand zugrunde liegende Aufgabe gegeben.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es
zeigt F i g.1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Wasser-Staustrahltriebwerk
für Wasserfahrzeuge, F i g. 2 eine Ansicht von vorn, teilweise geschnitten, nach
der Linie II-11 der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie 111-III der
F i g. 1, F i g. 4 einen Ausschnitt aus der Triebwerkswandung mit einer Durchtrittsöffnung
in vergrößerter Darstellung, F i g. 5 ein Wasser-Staustrahltriebwerk, teilweise
geschnitten, mit gegenüber F i g. 1 geänderter Form der Durchtrittsöffnungen, F
i g. 6 eine Ansicht mit einem Schnitt nach der Linie V-VI der F i g. 5, F i g. 7
die Anordnung des erfindungsgemäßen Wasser-Staustrahltriebwerks an einem Boot, F
i g. 8 eine Ansicht von hinten auf F i g. 7.
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Ein Wasser-Staustrahltriebwerk 1, das einen röhrenförmigen,
beiderseits offenen Körper darstellt, weist einen Einlauf 2, einen divergierenden
Abschnitt 3 und einen anschließenden konvergierenden Abschnitt 4 auf, der
düsenförmig ausläuft. Mit 6 ist das Übergangsstück zwischen divergierendem
und konvergierendem Abschnitt bezeichnet. Das Wasser-Staustrahltriebwerk ist durch
einen hohlen Arm 7 mit Stromlinienquerschnitt mit einem Schiffskörper
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verbunden. Der hohle Arm 7 dient zur Aufnahme von Zuführungsleitungen
8 bis 11 für Druckgas, das dem den röhrenförmigen Körper durchströmenden
Wasser beigemischt wird. Zu diesem Zweck ist der divergierende Abschnitt 3 und das
Übergangsstück 6 von ringförmigen Kammern 12 bis 15 umgeben, die mit
den Leitungen 8 bis 11 in Verbindung stehen. Enge Durchtrittsöffnungen
16 gestatten den Übertritt
der in die Kammern 12,13 und 14
geförderten Teilgasmengen, deren Druck dem Druckanstieg in der strömenden Flüssigkeit
angepaßt ist. Die Hauptgasmenge, die zur Beschleunigung des Flüssigkeitsstromes
dient, gelangt über die Leitung 11, die Kammer 15 und verhältnismäßig große Durchtrittsöffnungen
17 in das Innere des röhrenförmigen Körpers. Gemäß F i g. 4 weisen die Durchtrittsöffnungen
einen kreisrunden Querschnitt auf. Gemäß F i g. 5 sind die Durchtrittsöffnungen
als schmale Schlitze 18 bzw. 19 ausgeführt. Das Triebwerk ist am hinteren Teil des
Bootes 21 angeordnet, das mit Wassertragflächen 26, 27 bzw. 28, 29 ausgerüstet ist.
Die Tragflächen sind an Streben 22, 23 bzw. 24, 25 befestigt, die am Bug und Heck
des Bootes angeordnet sind. Bei hoher Geschwindigkeit wird der Bootskörper über
die Wasseroberfläche angehoben. Die Steuerung des Bootes erfolgt mit Hilfe eines
am Düsenende 5 gelagerten Ruders 20.
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Die Wirkungsweise ist folgende: In den Triebwerkskörper 1 tritt bei
2 das Arbeitsmittel Wasser mit der Geschwindigkeit des Bootes ein. In dem divergierenden
Abschnitt 3 wird die Geschwindigkeit des Arbeitsmittels unter Erhöhung des statischen
Druckes vermindert. In diesem Abschnitt erolgt eine Zuführung von Druckgasteilmengen
aus den Kammern 12,1.3, 14, wobei der Druck in der jeweils nachfolgenden Kammer
entsprechend dem Anstieg des statischen Druckes erhöht ist. Hierbei erfolgt eine
Lösung von Gas im Wasser, so daß das Arbeitsmittel im übergangsstück 6, also an
der Stelle höchsten statischen Druckes, mit Gas gesättigt ist. An dieser Stelle
wird dem Arbeitsmittel ein Druckgas durch die Düsen 17 zugeführt, das sich nicht
mehr im Wasser löst und daher als Energieträger dient. Das Wasser wird beschleunigt,
wobei der statische Druck im konvergierenden Abschnitt 4 abnimmt. Dabei dehnt sich
das dem Wasser beigemischte Gas aus. Gleichzeitig beginnt infolge der Druckabsenkung
eine Entmischung des in Lösung befindlichen Gases. Das Wasser-Gas-Gemisch wird unter
ständiger Volumenzunahme bis zum Austrittsende beschleunigt. Die Geschwindigkeit
des Gemisches am Düsenende ist wesentlich größer als die Eintrittsgeschwindigkeit
des Wassers im Einlauf, so daß ein Schub erzeugt wird, der in Bewegungsrichtung
des Triebwerks wirksam ist.
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Die Anwendung der Erfindung an einem Unterwassertragflügelboot nach
F i g. 7 und 8 soll keinen Schutz genießen.