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Luftbaken-Anlage zum Tragen von Nutzlast Die Erfindung behandelt eine
Luftbaken-Anlage zum Tragen von Nutzlast mit einem Hubgerät und einem Nutzfahrzeug,
die zur Höhenregelung mit einem ausfahrbaren und einholbaren Ankerseil verbunden
sind.
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Von den bisher für diesen Zweck verwendeten Methoden ist bei einer
Anordnung auf turmartigen Gebäuden neben der beschränkten Bauhöhe auch ein erheblicher
Bauaufwand zu verzeichnen. Die zweite Methode verwendet Fesselballone als Hubgerät,
wobei unter anderen Nachteilen dieser Anlagen der Zeitaufwand für das Hochbringen
der Ballone, deren Witterungsempfindlichkeit und die Unmöglichkeit, die hochgebrachten
Ballone zu verfahren, zu nennen sind.
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Das dritte Verfahren benutzt als Hubgerät Flugkörper, Flugzeuge und
Luftschiffe, die abgesehen von dem großen Aufwand der Anlagen stark witterungsabhängig
und auch in ihrer Einsatzdauer beschränkt sind.
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Die Erfindung vermeidet die Nachteile der bisherigen Methoden und
schlägt eine Anlage zum Hochbringen von Nutzlasten vor, die geringen Aufwand erfordert,
die selbst mit hochgebrachter Nutzlast ortsbeweglich bleibt, die weitgehend unempfindlich
ist gegenüber Wind und Böen und daher auch noch einsetzbar bleibt, wenn die Witterung
ein bodennahes Fliegen bereits ausschließt, und deren Einsatzdauer unbeschränkt
ist.
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Für Anlagen mit anderer Zielsetzung ist bereits vorgeschlagen worden,
die Schwebeleistung eines Flugzeuges von einem auf dem Erdboden befindlichen Motor
durch mechanische Übertragungsmittel zu liefern. Außerdem sind Luftbahnen bekanntgeworden,
bei denen die zur Anlage gehörenden, mit Elektromotoren ausgestatteten Flugzeuge
über Stromabnehmer von Bodenleitungen mit Strom versorgt werden. Ferner sind Fesselballone
vorgeschlagen worden, die von Transportfahrzeugen aus eingesetzt werden. Weiterhin
ist eine selbstfahrende Winde zum Starten von Segelflugzeugen bekannt, bei der der
gleiche Motor sowohl zum Antrieb des Fahrzeuges als auch der Winde dient. Schließlich
sind in diesem Zusammenhang Flugzeuge mit ummantelten und durch Wärmekraftmaschinen
angetriebenen Luftschrauben zu benennen.
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Die Luftbaken-Anlage gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß als Hubgerät eine gefesselte, lotrecht aufsteigende Luftbake verwendet wird,
die durch eine ummantelte Luftschraube elektrisch angetrieben wird, wobei das Ankerseil
als Stromzuführung für den Elektromotor dient, und die
Stabilisierungseinrichtungen
aufweist, die in Wirkverbindung mit dem Transportfahrzeug stehen.
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Der fahrzeugfeste Anlagenteil umfaßt eine Wärmekraftmaschine, die
einen Teil ihrer Leistung an einen Stromerzeuger abgeben kann, ein an den Stromerzeuger
angeschlossenes vorzugsweise profiliertes Kabel, eine Kabeltrommel mit Haltebremse,
die durch die Wärmekraftmaschine angetrieben wird, sowie an sich bekannte Einrichtungen,
die im Zusammenwirken mit den Einrichtungen im Hubgerät dessen Stabilisierung während
des Hochbringens und Einholens sowie im hochgebrachten Zustand gewährleisten.
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Das Hubgerät besteht aus einer ummantelten Luftschraube, die von
einem über das Kabel mit Strom versorgten Elektromotor angetrieben wird. Die Ummantelung
sorgt, daß die Luftschraube in einer jederzeit gesunden Kanalströmung arbeitet und
damit unempfindlich gegen Wind und Windböen ist. Das Gerät ist ferner mit an sich
bekannten Stabilisierungseinrichtungen ausgestattet, wobei die eine Einrichtung
die Stabilisierung in der Lotrechten soweit sicherstellt, daß es nicht abkippt;
die andere Einrichtung stabilisiert das Gerät in bezug auf den fahrzeugfesten
Anlagenteil.
Die Schwebedauer der Nutzlast ist zeitlich unbeschränkt, sofern der Nachschub von
Treibstoff an die Wärmekraftmaschine sichergestellt wird. Die Ausführung des Hubgerätes
gestattet es auch, bei Sturm und böigem Wetter, die ein bodennahes Fliegen bereits
unmöglich machen, das Hubgerät in hochgebrachtem Zustand zu belassen und - da es
funktionell das gleiche ist, ob das Hubgerät bei starkem Wind gegenüber seinem stehenden
Fahrzeug stabilisiert bleibt oder ob das Hubgerät bei Windstille oder normalen Windstärken
gegenüber seinem fahrenden Fahrzeug stabilisiert wird -daß dieses Hubgerät auch
in der Lage ist, in hochgebrachtem Zustand seinem in Fahrt befindlichen Land- oder
See-Fahrzeug zu folgen.
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Zur Entlastung der Stabilisierung und zur Verkürzung der Wege der
Stellorgane ist das Hubgerät derart an das Kabel zu befestigen und mit an sich bekannten
Leitflächen so auszustatten, daß sich dieses bei seitlicher Ausströmung schräg gegen
die Lotrechte einstellt, so daß die sich damit ergebende, entgegengerichtete Horizontal-Komponente
des Hubgerätes etwa dessen aerodynamischen Widerstand kompensiert.
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Hochgebracht wird das Hubgerät nach Anlassen des Elektromotors durch
Lösen der Haltebremse der Kabelwinde. Nach Erreichen der Sollhöhe, die durch die
Länge des ausgefahrenen Kabels bedingt ist, wird das Hubgerät durch die Haltebremse
in dieser Höhe gehalten.
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Ausführungsbeispiele der Luftbakenanlage sind in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 und 2 die Anlage schematisch in Seiten-und Draufsicht, Fig. 3 und
4 in Seitenansicht zwei Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Befestigung des
Haltekabels am Hubgerät mit Einrichtungen zur Seitenstabilisierung durch Schrägstellung
des gesamten Hubgerätes, F F i g. 3 a und 3 b in Seitenansicht eine andere Ausführungsform
zur Erzielung der Seitenstabilität, Fig.5 und 6 in zwei verschiedenen Arbeitsstellungen
die Teile einer Vorrichtung zur Rollstabilisierung des Hubgerätes, F i g. 7 und
8 im Grundriß bzw. in einer geschnittenen Seitenansicht eine andere Ausführungsform
der Stabilisierung.
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Die Anlage weist ein Hubgerät auf, das im wesentlichen durch eine
Verkleidung 1 mit abgerundeter Vorderkante gebildet wird, die wenigstens eine und
vorzugsweise zwei gegenläufige Luftschraubenaa 2 b umgibt, die von einem Elektromotor
3 angetrieben werden, der von an der Verkleidung 1 befestigten Armen 4 getragen
wird. Die Verkleidung trägt eine Nutzlast, die in Fig. 1 schematisch durch Teil
5 dargestellt ist.
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Das Hubgerät ist mit einer Bodenkommandostelle durch ein Ankerseil
6 verbunden, dessen Länge durch eine Winde 7 geregelt werden kann, auf der das Ankerseil
aufgewickelt ist.
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Erfindungsgemäß wird (Fig. 1 und 2) als Bodenkommandostelle ein selbstfahrendes
Fahrzeug 8 benutzt, das das Hubgerät transportiert und dessen Motor 9 mit einem
elektrischen Stromerzeuger 13 gekuppelt werden kann, der in das Fahrzeug 8 eingebaut
ist und den Elektromotor 3 des Hubgeräts über eine elektrische Verbindung speist,
die zweckmäßig in das Ankerseil 6 der Bake eingebaut ist.
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Der Motor 9 dient auch für den Antrieb der Winde 7. Durch eine Bremse
16 wird die Windentrommel blockiert und somit das Hubgerät in der gewünschten Höhe
festgehalten.
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Durch die Seitenstabilisierung wird das Hubgerät praktisch über der
Bodenkommandostelle gehalten, und zwar unabhängig von der Richtung und der Geschwindigkeit
des Windes oder der Böen, denen das aufgestiegene Hubgerät ausgesetzt sein kann.
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Hierfür wird die Anlage durch eine bekannte Ortungsvorrichtung vervollständigt,
die jede seitliche Abwanderung des Hubgerätes gegenüber der gewünschten Stellung
(im allgemeinen die Lotrechte ihres Aufsteigepunktes) feststellt, sowie durch Einrichtungen,
die an dem Hubgerät in Abhängigkeit von der festgestellten Abwanderung eine Querkraft
erzeugen, die das Hubgerät so verschiebt, daß die Abwanderung wenigstens teilweise
ausgeglichen wird.
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Die Ortungsvorrichtung braucht weder sehr genau zu- sein, noch einen
bedeutenden Wirkungsradius zu haben, da die Benutzungshöhe des Hubgerätes im allgemeinen
ziemlich niedrig ist (größenordnungsmäßig einige hundert Meter).
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Zur Erzeugung der Berichtigungskraft für das Hubgerät nach einer
etwaigen Abwanderung werden Vorrichtungen verwendet, die diese Kraft unmittelbar
oder mittelbar aus dem an der abgerundeten Vorderkante der Verkleidung 1 vorhandenen
negativen Druckfeld holen.
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Zu diesem Zweck wird das gesamte Hubgerät nach der Seite gekippt,
nach der es zurückgeführt werden soll, wodurch die Axialkraft F geneigt wird, deren
HorizontalkomponenteH dann diese Berichtigungskraft bildet (Fig. 3 und 4).
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Die Kippbewegung kann durch Betätigung eines Ruders erzielt werden,
das einer Ruderanordnung angehört, die durch gleichmäßig auf den Umfang der Hinterkante
der Verkleidung 1 verteilte Klappen 21 gebildet wird.
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Das sich im Betrieb befindliche Hubgerät ist dann einem Kräftesystem
ausgesetzt, das durch die Kraft F, seinem Gewicht P und die von dem Ankerseil 6
ausgeübte Zugkraft T gebildet wird.
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Damit die Stabilisierung durch Kippen richtig erfolgen kann, sind
gewisse Maßnahmen hinsichtlich der Verbindung zwischen dem Ankerseil 6 und der Luftbake
zu treffen.
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Diese Verbindung wird zweckmäßig durch eine den Körper der Verkleidung
1 umgebende Kardananordnung 22 hergestellt, deren Mittelpunkt C auf der Achse des
Hubgerätes in einer Höhe liegt, die unter Berücksichtigung der Lage des Schwerpunkts
G und auch der Lage des Angriffspunkts der aerodynamischen Kräfte A bestimmt wird.
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So können die Punkte C, G und A zusammenfallen (Fig. 3), wenn die
die Verkleidung 1 durchströmende Luftmenge groß genug ist, um die Kippbewegung des
Hubgerätes zu dämpfen, da sonst infolge des Zusammenfallens der drei Punkte, G und
A eine Aufschaukelung dieser Bewegung infolge mangelhafter Dämpfung erfolgen kann.
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Es ist jedoch besser, wenn der Mittelpunkt C der Kardananordnung
zwischen dem Schwerpunkt G und dem Angriffspunkt A der aerodynamischen Kräfte liegt
(Fig. 4).
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Die Zurückverlegung der Angriffsstelle A der aerodynamischen Kräfte
in Richtung auf die Hinterkante der Verkleidung 1 kann dadurch erhalten werden,
daß
man der Verkleidung eine entsprechende Form gibt und sie gegebenenfalls hinten mit
festen Flächen 23 versieht.
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Bei einer derartigen Lage der Punkte G, C und A erzeugt der von dem
Ankerseil 6 ausgeübte Zug in bezug auf den Schwerpunkt 6 ein Moment mL, dessen Drehsinn
dem des Moments m2 der Resultierenden der von dem Seitenwind V herrührenden aerodynamischen
Kräfte F1 in bezug auf diesen Schwerpunkt entgegengesetzt ist, so daß sich diese
beiden Momente wenigstens in einem gewissen Maße das Gleichgewicht halten, was insbesondere
zur Stabilisierung des Hubgerätes in der Schräglage beiträgt, die ihr zur Erzeugung
der BerichtigungskraftH erteilt wurde.
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Die Stabilisierung der Hubgerätachse in der lotrechten Richtung zu
Beginn der Aufstiegsperiode wird einfach durch eine von einem Hilfsmotor angetriebene
Kreisel-Stabilisierungsvorrichtung vorgenommen.
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Eine Querkrafterzeugung zur Berichtigung der Abwanderung des Hubgerätes
kann auch dadurch erhalten werden, daß die von der sich drehenden Anordnung getragene
stabilisierte Plattform 47 (Fig. 7 und 8) an der Drehung durch ein kinematisches
System mit einer Kuppelstange 48 verhindert wird, die sie mit der Verkleidung 1
verbindet, die gegen Rollbewegungen stabilisiert ist.
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Bei dieser Lösung genügt es, den Rudern ein Stellsignal zu geben,
um die waagerechte Berichtigungskraft H ohne Schrägstellung irgendeines Teils des
Hubgerätes zu erzeugen.
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Bei dem Hubgerät ergibt eine geringe Strömungsgeschwindigkeit in
dem Tunnel für das Verhältnis der Schubkraft zur Antriebsleistung den günstigsten
Wert; sie erfordert jedoch für die Ruder 21 große Flächen.
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Um diesem Nachteil abzuhelfen, kann der Zug des Ankerseils benutzt
werden, um die wenig wirksam gewordenen Ruder durch eine mit Druckzylinder Ve (F
i g. 3 a) versehene Stellvorrichtung zu ersetzen. Das Hubgerät kann dadurch die
größte Schräglage in der Richtung des Windes V einnehmen, wobei diese Richtung durch
an der Gabel befestigte feste Flächen S bestimmt wird.
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Die Übertragung der Berichtigungsbefehle auf die Ruder des Hubgerätes
(entweder durch das Eingreifen der Bedienungsperson oder vorzugsweise durch selbsttätige
Steuerung), erfordert auf dem Hubgerät ein festes Bezugssystem. Da die Achse des
Hubgerätes nur kleine Schwingungen ausführt, die größenordnungsmäßig etwa + 100
um die Lotrechte betragen, braucht an Bord des Hubgerätes nur ein festes Bezugssystem,
das keine Drehbewegung um die Längsachse des Hubgerätes ausführt, vorgesehen zu
werden.
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Zur Dämpfung der Rollbewegung ist das Hubgerät mit Spoilern 32 versehen
(Fig. 5 und 6), die in den die Verkleidung 1 mit dem mittleren Rumpf verbindenden
beiden radialen Streben 4 untergebracht sind und auf der einen oder der anderen
Seite der Streben vortreten können.
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Diese Spoiler werden durch einen Stellmotor33 betätigt, der über
einen Verstärker und/oder ein Relais 34 durch einen Diskriminator 35 gesteuert wird.
Der Diskriminator unterscheidet nach Größe und Richtung zwischen den durch die zwei
Photozellen36a und 36b erzeugten Ströme. Die Photo-
zellen sind senkrecht zueinander
polarisiert und beiderseits der radialen Streben 4 auf Halbmessern angeordnet, die
mit den Streben einen Winkel von 450 bilden.
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Zur Erregung dieser Zellen dient ein axiales Bezugsstrahlenbündel
37, das parallel zu der durch die radialen Streben 4 gehenden lotrechten Ebene polarisiert
ist, die mit den Polarisationsebenen der beiden Zellen 36 a und 36b den gleichen
Winkel (450) bildet, wenn die Zellen symmetrische Stellungen zu dieser Ebene einnehmen
(F i g. 5).
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Wenn keine Rollbewegung vorhanden ist, besteht Gleichgewicht zwischen
den Strömen der beiden Photozellen, und die Spoiler 32 bleiben in der eingezogenen
Stellung. Tritt eine Rollbewegung auf (z. B. im Uhrzeigersinn), so wird die Zelle
36 a, die auf der Seite liegt, nach der sich die Verkleidung 1 zu drehen beginnt,
kräftiger, die andere Zelle 36 b weniger stark erregt. Dieser Erregungsunterschied
veranlaßt den Diskriminator 35 einen Befehl zu senden, der die Spoiler 32 betätigt,
wodurch ein schematisch durch einen Pfeil in Fig. 6 angegebenes, aerodynamisches
Moment erzeugt wird, das das Hubgerät in seine anfängliche Lage zurückführt.
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Damit eine etwaige Verdrehung des Ankerseiles 6 kein Rollmoment erzeugt,
wird das Ankerseil drehbar in dem Kardangelenk 38 (F i g. 4) befestigt, das Schleifbürsten
und Schleifringe zur Aufrechterhaltung der elektrischen Stromführung zwischen dem
Ankerseil 6 und dem Hubgerät trägt.