DE3033884C2

DE3033884C2 - Vortriebsanlage für ein Luftkissenfahrzeug

Info

Publication number: DE3033884C2
Application number: DE3033884A
Authority: DE
Inventors: Viktor E. Dudkin; Sergei K. Ivanov; Valery P. Donezk Peredery; Iosif A. Raskin
Original assignee: DO GPKEXI KOMPLEX MEKH SHAKHT
Current assignee: DO GPKEXI KOMPLEX MEKH SHAKHT
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1980-09-09
Publication date: 1983-10-20
Also published as: JPS5639956A; CA1182399A; JPS5817056B2; AU6108380A; GB2058222A; SE8006289L; FR2464863A1; GB2058222B; FR2464863B1; FI802741A7; FI66794C; DE3033884A1; SE444415B; AU531787B2; FI66794B; US4565491A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vortriebsanlage für ein Luftkissenfahrzeug mit einem Ringaufsatz, einem Axialgebläse mit im Ringaufsatz angebrachten Laufschaufeln, einer vor dem Ringaufsatz liegenden ringförmigen Vorklappe, einem Ringkanal, der zwischen dem Ringaufsatz und der ringförmigen Vorklappe gebildet ist und austrittsseitig mit verstellbaren Klappen zur Schubumkehr.

Aus der US-PS 34 47 741 ist eine derartige Vortriebsanlage bekannt. Diese zeigt eine Laufradgestaltung mit einem die Flügelenden verbindenden Ring, der seinerseits mit Schaufeln versehen ist und einen Sekundärventilator bildet.

Aus der DE-OS 19 23 862 ist ein Antriebsaggregat für Land-, Luft- und Wasserfahrzeuge bekannt, das aus einer angetriebenen ummantelten Luftschraube besteht, welche mit einer ringförmigen Vorklappe versehen ist, deren Ringkanal vor der Luftschraube in den Kanal des Ringaufsatzes einmündet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vortriebsanlage der eingangs erwähnten Gattung, unter Verwendung von einen hohen Schub liefernden stark angestellten Laufschaufeln, das gefährliche Abreißen des Luftstroms am Rand der Laufschaufeln bei Schließung der Klappen für den Umkehrschub sicher zu verhindern.

Dies wird bei einer Vortriebsanlage für ein Luftkissenfahrzeug mit einem Ringaufsatz, einem Axialgebläse mit im Ringaufsatz angebrachten Laufschaufeln, einer vor dem Ringaufsatz liegenden ringförmigen Vorklappe, einem Ringkanal, der zwischen dem Ringaufsatz und der ringförmigen Vorklappe gebildet ist und austrittsseitig mit verstellbaren Klappen zur Schubumkehr erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß bei Verwendung von unter großem Winkel (20 bis 40°) eingestellten Laufschaufeln im Ringkanal ein Schaufelgitter vorgesehen ist, das sich aus gebogenen Platten zusammensetzt, wobei jeweils der konkave Teil der Druckseite der Laufschaufeln zugewandt ist, und die Höhe des Ringkanals am Ausgang 5 bis 15% des Innendurchmessers des Ringaufsatzes beträgt

Eine solche Ausgestaltung der Vortriebsanlage gestattet es, den in den Umfangsquerschnitten der Laufschaufeln abgerissenen Luftstrom bei hohen aerodynamischen Belastungen abzuleiten. Hierbei hat der abgerissene Teil des Luftstroms eine erhebliche Drallgeschwindigkeit zur Rotationsseite der Laufschaufeln und wird vor den Laufschaufeln ausgestoßen. Beim

ίο Durchströmen des Schaufelgitters im Ringkanal wird der abgerissene Luftstrom in diesem Fall entdrallt und übt keine schädliche Wirkung im Sinne einer Verdrallung des Hauptteils des Luftstroms aus, der an den Eintrittsquerschnitt der ringförmigen Vorklappe ges langt Dadurch schreitet das Abreißen des Luftstroms an den Laufschaufeln nicht weiter und das Axialgebläse führt weiterhin eine große Luftmenge durch den Ringaufsatz hindurch stabil zu. Die angegebene Höhe des Ringkanals am Ausgang von 5 bis 15% des Innendurchmessers des Ringaufsatzes gestattet, wie Untersuchungen gezeigt haben, eine Erhöhung des Schubs z!'. erzielen.

Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt das Verhältnis des Außendurchmessers der ringförmigen Vorklappe zum Außendurchmesser des Ringaufsatzes 0,9 bis 1,1 und das Verhältnis des Ringaufsatzes 0,9 bis 1,1 und das Verhältnis des Innendurchmessers der ringförmigen Vorklappe zum Innendurchmesser des Ringaufsatzes 1,0 bis 1,1. Der Verhältniswert 0,9 des Außendurchmesserverhältnisses wird bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Luftkissenfahrzeugs empfohlen. In diesen Fa!! ist der aerodynamische Stirnwiderstand des Ringaufsatzes mit der ringförmigen Vorklappe minimal. In den Fällen, die den Einsatz des Luftkissenfahrzeugs mit niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten betreffen, kann das Verhältnis 1,1 genommen werden. Hierbei ist die Zunahme des Stirnwiderstandes gering und der von der Vortriebsanlage erzeugte Schub ist beträchtlich größer.

Bei im Bereich von 1,0 bis 1,1 liegendem Verhältnis des Innendurchmessers der Vorklappe zum Innendurchmesser des Ringaufsatzes wird die optimale axiale Länge der ringförmigen Vorklappe je nach dem gewählten Verhältnis ihres Außendurchmessers im Bereich von 0,9 bis 1,1 gewährleistet.

Man kann im inneren Durchgangsquerschnitt der ringförmigen Vorklappe verstellbare Leitschaufeln anbringen, was vorteilhaft ist, wenn das Axialgebläse nicht verstellbare Laufschaufeln besitzt. Hierbei kann die aerodynamische Belastung der Laufschaufeln durch Umlenken der Leitschaufeln verändert werden, die die Anströmwinkel des Luftstroms an die Laufschaufeln verändern lassen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 schematische Darstellung mit Vertikalschnitt der Vortriebsaniage für ein Luftkissenfahrzeug gemäß der Erfindung,

Fig.2 Vertikalschnitt des Ringaufsatzes mit einer ringförmigen Vorklappe,

in F i g. 3 Schnitt entlang der Linie III-III in F i g. 2,
F i g. 4 Schnitt entlang der Linie IV-IV in F i g. 3 und
F i g. 5 Ausführungsform einer Hub- und Vortriebsan-

lage mit ringförmiger Vorklappe im Vertikalschnitt.

Die Vortriebsaniage für ein Luftkissenfahrzeug enthält einen Ringaufsatz 1 (Fig. 1), der am Eingang mit einer ringförmigen Vorklappe 2 versehen Lt. Im

Eintrittsteil des Ringaufsatzes 1 ist ein Axialgebläse mit e:.)em Laufrad 3 angeordnet, das von einem Antriebssystem 4 in Drehung versetzt wird. Im Austrittsteil des Ringaufsatzes 1 befindet sich eine Schubdüse S, die mit verstellbaren Klappen 6 und Schaufeln 7 zur Schubumkehr ausgestattet ist. Die ringförmige Vorklappe 2 bildet zusammen mit dem Ringaufsatz 1 einen Ringkanal 8 (F i g. 1,2), der am Ausgang eine Höhe »a« hat. Hierbei liegt der Ausgang des Ringkanals 8 vor den Laufschaufeln ■£· des Axialgebläses, und im Ringkanal 8 ist ein Schaufeigitter 10 angebracht, das sich aus gebogenen Platten 11 (Fig.3) zusammensetzt, wobei jeweils ein konkaver Teil 12 der Druckseite 13 der Laufschaufeln 9 (Fig.3, 4) zugewandt ist Das im Ringkanal 8 angeordnete Schaufelgitter 10 (Fig. 1, 2) hat zwei Hauptfunktionen, die die Erhöhung der Arbeitsleistung des Axialgebläses mit dem Laufrad 3 bezwecken, wobei die Erhöhung der Arbeitsleistung zu einer entsprechenden Steigerung des von der Vortriebsanlage erzeugten Schubs führt

Die erste Funktion des Gitters 10 besteht darin, daß die Platten 11 (F i g. 3) des Gitters 10 den in den Kanal 8 (F i g. 2) gelangenden Strom entgegen der Drehrichtung der Laufschaufeln 9 verdrallen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Platten 11 (F i g. 3) einen konkaven Teil 12 aufweisen, der eine Ablenkung des in den Ringkanal 8 (F i g. 2) in Richtung des Pfeils 14 (F i g. 3) gelangenden Stroms entgegengesetzt zu der Drehrichtung 15 des Laufrades 3 gewährleistet. Diese Rechnung des Luftstromes bedingt, wie aus der Praxis bekannt, eine Erhöhung der aerodynamischen Belastung der Laufschaufeln 9. Im vorliegenden Fall führt dies zur Erhöhung der Luftstromgeschwindigkeit im Umfangsteil der Laufschaufeln 9, der in etwa von der Höhe »σ<< des Ringkanals 8 begrenzt ist, was wiederum zur Steigerung der Arbeitsleistung und dementsprechend zur Verstärkung des von der Vortriebsanlage gelieferten Schubs bei Vorwärtsfahrt des Luftkissenfahrzeugs beiträgt.

Die zweite Funktion des Gitters 10 besteht darin, daß es eine stabile Arbeit des Axialgebläses ohne Entstehung von Luftstromabreißen am Umfang der Laufschaufeln 9 bei erheblicher Zunahme des aerodynamischen Widerstandes im Luftweg der Schubdüse 5 gewährleistet, der bei Schubumkehr, bei Absperren der Schubdüse 5 durch Klappen 6 und Schaufeln 7 (Fi g. 1) eintritt. Bei diesen Betriebszuständen nimmt der Luftdruck in der Schubdüse 5 und dementsprechend hinter den Laufschaufeln 9 zu, und bei großen Einstellwinkeln α (Fig. 4) der Laufschaufeln 9 in einem Bereich von 20 bis 40° entsteht ein Luftstromabreißen am Umfang der Laufschaufeln 9. Der abgerissene Luftstrom hat, wie aus der Praxis bekannt, eine hohe Drallgeschwindigkeit in der Drehrichtung 15 (Fig.3) des Laufrades 3, und strömt im vorliegenden Fall in den Ringkanal 8 in Richtung des Pfeils 16 (F i g. 2,3). Jedoch wird der abgerissene Luftstrom dank dem Gitter 10 mit den gebogenen Platten 11 (Fig.3) entdrallt und tritt über den Ringaufsatz 1 (F i g. 2) hinaus, ohne eine schädliche Verdrallungswirkung auf den Hauptteil des Luftstroms auszuüben, der in den Eintrittsquerschnitt der ringförmigen Vorklappe 2 in einer Richtung des Pfeils 17 gelangt. Dadurch pflanzt sich das Abreißen des Luftstroms am Umfang der Laufschaufeln 9 nicht weiter fort, und das Axialgebläse setzt seine stabile Arbeit fort, indem es eine große Luftmenge der Schubdüse 5 zuführt, was zur Erhöhung des von der Vortriebsatilage erzeugten Schubs bei Rückwärtsfahrt des Luftkissenfahrzeugs beiträgt.

Somit gestattet es die Anwendung des Gitters 10 mit. den gebogenen Platten 11, ein Laufrad 3 mit großen im Bereich von 20 bis 40° liegenden Einstellwinkeln a: (F i g. 4) der Laufschaufeln 9 zu verwenden, wodurch das Axialgebläse im Ringaufsatz 1 (Fig. 1) mit der ringförmigen Vorklappe 2 einen Vonriebsschub erzeugt, der gegenüber der Leistung einer ähnlichen Vortriebsanlage ohne Einsatz der Gitter 10 um 15-25% größer ist In einer optimalen Ausführungsforrn kann die Höhe

ίο »a« des Ringkanals 8 am Ausgang von 5 bis 15% des Innendurchmessers Di des Ringaufsatzes 1 betragen. Die Höhe »a« des Ringkanals 8 kann eine Steigerung des von der Vortriebsanlage erzeugten Schubs hervorrufen. Mit größer werdendem »a«-Wert nimmt auch der Schub zu, da die Masse des verdrallten Luftstroms, die durch den Ringkanal 8 geleitet wird, dabei größer wird.

Das Verhältnis des Außendurchmessers D₂ der ringförmigen Vorklappe 2 zum Außendurchmesser D₃ des Ringaufsatzes 1 beträgt 0,9 bis 1,1. Diese Verhältnisse sind durch die Bewegungsgeschwindigkeit des Luftkissenfahrzeugs bedingt

Bei hoher Bewegungsgeschwindigkeit des Luftkissenfahrzeugs kann das Verhältnis D₂ZD₃ etwa gleich 0,9 angenommen werden, wobei der aerodynamische Stirnwiderstand des Ringaufsatzes 1 kleiner wird. Jedoch wird auch der von der Vortriebsanlage gelieferte Schub geringer Fahrtgeschwindigkeit mit einem Verhältnis D₂/Di von etwa 0,9 etwas geringer.

Bei geringer Fahrtgeschwindigkeit kann das Verhältnis D₂ID₃ bis auf 1,1 angesetzt werden, wobei der aerodynamische Stirnwiderstand des Ringaufsatzes 1 etwas größer wird, der erzeugte Schub aber beträchtlich zunimmt.

Das Verhältnis des Innendurchmessers D^ des ringförmigen Vorflügels 2 zum Innendurchmesser D, des Ringaufsatzes 1 wird vorzugsweise zwischen 1,0 bis 1,1 gewählt.

Bei diesem Verhältnis von D₄ zu D\ wird optimale axiale Länge der ringförmigen Vorklappe je nach dem angesetzten Verhältnis D2/D3 gewählt.

Für die Fälle, in denen das Laufrad 3 nichtverstellbare Laufschaufeln 9 zur Regelung der Arbeitsleistung des Axialgebläses und des dementsprechend erzeugten Schubs aufweist, können im inneren Durchgangsquerschnitt der ringförmigen Vorklappe 2 Leitschaufeln (F i g. 1, 4) angebracht sein, die aus einem feststehenden Flügel 18 und einer verstellbaren Wölbungsklappe 19 bestehen, die in eine Stellung 20 abgelenkt werden kann.

Die Arbeit der Vortriebsanlage für ein Luftkissenfahrzeug vollzieht sich wie folgt.

Das Antriebssystem 4 (F i g. 1) versetzt das Laufrad 3 des Axialgebläses in Drehung, wodurch die Luft in den mit einer ringförmigen Vorklappe 2 ausgestatteten Ringaufsatz 1 in Richtung der Pfeile 14 und 17 angesaugt wird, die Laufschaufeln 9 durchströmt, in die Schubdüse 5 gelangt und durch geöffnete Klappen 6 in Richtung des Pfeils 21 austritt, wobei sie einen Schub erzeugt, der das Luftkissenfahrzeug fortbewegt.

Zur Erzielung eines Umkehrschubs sperren die Klappen 6 den Querschnitt der Schubdüse 5 ab, und die Luft tritt durch die Umkehrschaufeln 7 nach außen aus, wodurch ein Umkehrschub entsteht. Hierbei nimmt der Luftdruck in der Schubdüse 5 und hinter den Laufschaufeln 9 zu, was die Entstehung von Luftstromabreißen an den Laufschaufeln 9 herbeiführt, das jedoch wie vorstehend beschrieben, durch die Wirkung des im Ringkanal 8 angebrachten Schaufelgitters 10 lokalisiert werden kann.

Dadurch kann sich kein Abreißen entwickeln und das Axialgebläse arbeitet stabil.

Wird es notwendig, die Schubgröße zu verändern, so können die Laufschaufeln 9 in eine Lage 22 (Fig.4) verstellt werden. Wenn das Laufrad 3 (F i g. 3) mit nichtverstellbaren Laufschaufeln 9 ausgeführt ist, so ist die Veränderung der Schubgröße mittels Wölbungsklappen (19) der Leitschaufeln 19 (F i g. 4) durch deren Ablenken in die Lage 20 erzielbar.

Jedoch wird in manchen Fällen, insbesondere bei Luftkissenfahrzeugen mit niedriger Tragfähigkeit, eine vereinigte Hub- und Vortriebsanlage mit einem vorstehend beschriebenen Ringaufsalz mit einer ringförmigen Vorklappe ausgestattet

Im folgenden wird nun eine Variante von vereinigter Hub- und Vortriebsanlage mit einem Ringaufsatz und einer ringförmigen Vorklappe erläutert.

In der vereinigten Hub- und Vortriebsanlage eines Luftkissenfahrzeugs, die ein Laufrad 3 (F i g. 5) enthält, das in einem Ringaufsatz 1 mit einer ringförmigen Vorklappe 2 und einem Schaufelgitter 10 angeordnet ist, das in einem Ringkanal 8 angebracht ist, wird der Luftstrom hinter den Laufschaufeln 9 getrennt und gelangt in einen äußeren Ringkanal 23, der mit einem Luftkissen 24 verbunden ist, und in eine Schubdüse 25, die mit einer Umkehr- und Steuervorrichtung 26 versehen ist. In diesem Fall kann der Druck hinter den Laufschaufeln 9 bei Veränderung des aerodynamischen Widerstandes in den Luftwegen des Ringkanals 23 und der Schubdüse 25 zunehmen, dank der Wirkung des Gitters 10 findet dabei kein Abreißen des Luftstroms an den Laufschaufeln statt, wie es bereits beschrieben wurde.

Im übrigen arbeitet die vereinigte Hub- und Vortriebsanlage hinsichtlich Steigerung des zu erzeugenden Schubs und stabiler Arbeit bei erhöhten aerodynamisehen Belastungen an den Laufschaufeln 9 genauso wie die vorstehend beschriebene Vortriebsanlage nach Fig. 1.

Somit wird durch die angeführten Varianten der Vortriebsanlage und der vereinigten Hub- und Vortriebsanlage mit einem Ringaufsatz 1, der mit einer ringförmigen Vorklappe 2 und einem Schaufelgitter 10 versehen ist, eine beträchtliche Steigerung des erzeugten Schubs gegenüber ähnlichen Anlagen bei gleichen Durchmessern der Laufräder des Axialgebläses ermöglicht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vortriebsanlage für ein Luftkissenfahrzeug mit einem Ringaufsatz, einem Axialgebläse mit im Ringaufsatz angebrachten Laufschaufeln, einer vor dem Ringaufsatz liegenden ringförmigen Vorklappe, einem Ringkanal, der zwischen dem Ringaufsatz und der ringförmigen Vorklappe gebildet ist und austrittsseitig mit verstellbaren Klappen zur Schubumkehr, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von unter großem Winkel (20 bis 40°) eingestellten Laufschaufeln im Ringkanal (8) ein Schaufelgitter (10) vorgesehen ist, das sich aus gebogenen Platten (11) zusammensetzt, wobei jeweils der konkave Teil (12) der Druckseite (13) der Laufschaufeln (9) zugewandt ist, und die Höhe (₀) des Ringkanals (8.) am Ausgang i bis 15% des Innendurchmessers des Ringaufsatzes (1) beträgt.

2. Vortriebsaniage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außendurchmessers der ringförmigen Vorklappe (2) zum Außendurchmesser des Ringaufsatzes (1) 0,9 bis 1,1 und das Verhältnis des Innendurchmessers der ringförmigen Vorklappe (2) zum Innendurchmesser des Ringaufsatzes (1) 1,0 bis 1,1 beträgt.