Beschreibung

Schub- und Tragkrafterzeuger

Außer bei Raketen und Ballons entsteht üblicherweise die tragende Kraft bei Fluggeräten durch die Erzeugung von Auftrieb, der in der Regel durch genügend schnell bewegte Tragflächen erzeugt wird, die beim Hubschrauber Rotorblätter heißen. Bei Gleitern dienen zur Auftriebserzeugung auch mit Schirm bezeichnete Flächen, die wie die Tragflächen über ein aerodynamisch wirkungsvolles Profil verfügen.

Da die Auftriebsflächen immer genügend starke Luftströmung erfordern, braucht man meistens entsprechend lange Start- und Landebahnen für Flugzeuge. Bei Hubschraubern steht der vorteilhaften Fähigkeit ortsfesten Schwebens die Begrenzung der Fluggeschwindigkeit entgegen, unter anderem verursacht durch die Anströmung der rückeilenden Rotorblätter.

Verfahren und Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ermöglichen senkrechtes Starten und Landen ohne Einschränkung der Fluggeschwindigkeit ( wie etwa bei Hubschraubern ), wobei der apparative Aufwand bei solchen Vorrichtungen wesentlich einfacher ausfällt als bei Helikoptern oder VTOL-Geräten wie z. B. einem HARRIER der britischen Royal Airforce.

Geräte nach Anspruch 1 bieten zudem den ökologischen Vorteil, daß sie die extreme Aufheizung der Abluft heutiger Triebwerke vermeiden. überdies erscheint mit Vorrichtungen gemäß Anspruch 1 auch eine Vereinfachung des Shuttle-Betriebs in der Raumfahrt möglich. Das mit dem Anspruch 1 definierte Antriebsverfahren eignet sich auch für maritime Zwecke, da es sich nicht auf Luft als alleiniges Arbeitsfluid beschränkt.

Das Verfahren wird in Verbindung mit der Bezugszeichenliste sowie den Beispielskizzen wie folgt beschrieben:

In Fig. 1 sind wie üblich die Energiemengen h über der Entropie s angedeutet mit den Linien konstanten Druckes, wobei P1 vorzugsweise dem Umgebungsdruck entspricht, der nach P2 zu P3 hin abnimmt. Ein Fluid (z. B. Luft ) gelangt aus dem Umgebungszustand 1 im Zentrum eines nahezu scheibenförmigen Rotors ähnlich wie bei einem Radialkompressor in die etwa radial verlaufenden Strömungskanäle 12 mit dem Zustand 2. Infolge der für Beschleunigung des Fluids ausgelegten Kanalquerschnitte erfährt das Fluid anders als im Radialkompressor eine mit einer Druckabsenkung einhergehende derartige Beschleunigung, daß beim Verlassen der düsenartigen Kanalöffnungen 13 an der Peripherie des Rotors es im Zustand 3 austritt und beim Eintritt in einen den Rotorrand umgebenden Ringspalt 18, 19 nach Art eines Saugstrahlapparates zusätzliches Fluid 28,32 aus der Umgebung ansaugt, um nach Durchlaufen eines daran anschließenden nahezu senkrecht zur Rotorebene gekrümmten ebenfalls ringförmig angeordneten Mischkanalbereiches 20 den Zustand 4 anzunehmen. Das derart homogenisierte Mischflufd erlangt beim Durchströmen des sich an den Mischbereich anschließenden ringförmigen Auslaßkanals 21 den Zustand 5 und erzeugt in Form eines rohrartigen Fluidstrahls den gewünschten axialen Schub. Einen Anhaftswert für einen möglichen Wirkungsgrad der Schuberzeugung liefert das Streckenverhältnis 6 / 7, ein Maß für die Erhöhung der Entropie im Prozeß liefert die Strecke 8.

Es folgt die Beschreibung einer beispielmäßigen Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , ebenfalls mit Bezugnahme auf die Zeichnungen und die Bezugszeichenliste:

Es zeigen: Fig. 1 Kreisprozeß des Verfahrens

Fig. 2 Seiten- u. Draufsicht vom Schub- u. Tragkrafterzeuger

Fig. 3 Radialschnitt C-C mit Achsenbereich mit Lagern, Freilaufschleif kupplung, Laderaum für Antrieb, Steuerung, Energievorrat etc. Fig. 4 partieller Schnitt A-A mit Steuerblatt und Stützrad Fig. 5 Schnitt B-B im Randbereich von Haube und Boden Fig. 6 Kanalverlauf und Strömung bei Kaskadierung Fig. 7 Ringspalte und gemeinsamer Auslaßkanal gegenläufiger

Rotoren Umschlossen von einer flachen horizontalen Haube 9 dreht sich um eine senkrecht zur Haubenebene an der Haube lösbar befestigten Achse 10 ein flacher, nahezu scheibenförmiger Rotor 11 mit radial angeordneten Strömungskanälen 12 , die anders als bei einem Radialverdichter ausgelegt sind zur Beschleunigung des in die inneren öffnungen der Kanäle eintretenden Fluids, welches in den sich zum Rande des Rotors hin entsprechend verengenden Kanälen beschleunigt wird bei sinkendem statischem Druck,

Die Strömungskanäle münden am äußeren Rand des Rotors in düsenartigen öffnungen 13 . Der Rand des Rotors dreht sich in einem ringförmigen Spalt, der aus einem oberen, an der Haube befestigten konkaven Rand 14 entsteht sowie einem unteren Rand mit konvexem Profil 15, den ein kreisförmiger, an der Achse lösbar befestigter, scheibeπartiger Boden 16 hält.

Beide Randflächen zusammen bilden einen nach unten offenen Ringkanal 17, der oberhalb und unterhalb des sich drehenden Rotorrandes einen oberen Ringspalt 18 und einen unteren Ringspalt 19 etwa gleicher Breite frei läßt, vergleichbar mit dem axialen Schnitt eines Saugstrahlapparates.

Das aus den öffnungen 13 des Rotors in den Mischbereich 20 des Ringkanals 17 strömende Fluid 30 kann sich mit dem gleichzeitig aus

den Ringspalten 18, 19 einströmenden Fluid mischen und verläßt durch den Auslaßbereich 21 des Ringkanals den Schuberzeuger als ein rohrförmiger Strahl, dessen axiale Schubkraft durch entsprechendes Verstellen der Ringspalte 18,19 sowie der Drehzahl des Rotors der jeweiligen Aufgabe angepaßt werden kann.

Eigenrotation des Schuberzeugers steuern Strömungsblätter 22 , die im Auslaßbereich des Riπgkanals um radiale, horizontale Achsen 23 einstellbar beweglich angeordnet sind. Sie ermöglichen auch horizontale translatorische Bewegungen mit dem Schuberzeuger .

Eventuell auftretende axiale Schwingungen der Ebene des Rotors 11 begrenzen auf dem scheibenartigen Boden angebrachte Stützrollen 24 , die so auf einem Kreis angeordnet sind, daß die Amplitude möglicher Schwingungen der Rotorebene begrenzt bleibt.

Der scheibenartige Boden 16 unter dem Rotor rastet in den Bereichen 25,26 der Strömungblätter 22 in den unteren Rand 26 der Haube form- und kraftschlüssig ein, Fig. 4, 5 und verhindert dadurch sein Verkanten oder Verdrehen relativ zur Achse 10 . Dadurch ist gewährleistet, daß die in der Mitte des Bodens unterhalb des Rotors im Ladebereich 37 angeordneten Antriebs- und Steuervorrichtungen sowie der Energievorrat dafür unbeeinträchtigt ihre Funktion erfüllen können.

Der Zustrom des Fluids erfolgt an der Oberseite der Haube. Dabei wird der obere Ringspalt 18 durch die untere Ringöffnung 27 der Haube mit der Teilmenge 28 versorgt und der untere Ringspalt 19 durch eine Teilmenge des Fluids, die durch die obere Einlaßöffnung 29 der Haube nach Abzweigen der Menge 30 für den Rotor durch den Rotornaben-

bereich 31 und dann unterhalb des Rotors zuströmt, wobei dieser Fluid- anteil 32 eventuelle Kühlung des Antriebs auch übernehmen kann.

Reibungsmindemde Axiallager nehmen die Axialkräfte des Rotors auf, ein unteres Lager 35 sowie ein oberes Lager 36, wobei gleich dicke Unterlegscheiben, ( jeweils eine untere 34 und zwei obere 33 ) eine Verstellung der Ringspalte 18, 19 ermöglichen.

Der Antrieb des Rotors erfolgt über einen Elektromotor mit Getriebe im Ladebereich 37 unterhalb des Rotors. Für das Abbremsen des Rotors ist eine Freilaufschleifkupplung 38 vorgesehen, auf die der axial geführte Rotor 11 aufgesetzt wird, bevor die Achse mit der Haube am oberen Achsenende 39 verbunden wird, so daß der Formschluß von Haube 9 und Scheibenboden 16 in den Bereichen 25, 26 der Steuerblätter 22 durch Aufsetzen der Haube entsteht.

Bezugszeichenliste:

h Enthalpie des Fluids p1 Umgebungsdruck p2,p3 Drücke niedriger als p1 mit p3 < p2 s Entropie des Fluids

1 Umgebungszustand

2 Eintrittszustand in Rotor

3 Austrittszustand aus Rotor

4 Zustand nach Mischung

5 Zustand im rohrartigen Strahl

6 Strahlgeschwindigkeitsenergie

7 Gesamte Prozessenergie

8 Entropiezunahme des Fluids

9 Haube

10 tragende Rotorachse

11 Rotor

12 radialer Strömungskanal

13 düsenartige öffnung

14 konkave Ringspaltfläche an Haube/ Boden

15 konvexe Ringspaltfläche an Boden

16 scheibenartiger Rotorboden

17 Ringkanal

18 oberer Ringspalt

19 unterer Ringspalt

20 Mischbereich für Fluid

21 Auslaßbereich mit kegelmantelseitenflächen

22 Strömungssteuerblatt

radiale, horizontale Blattachse

Stützrolle

Bodenbereich für Formschluß

Haubenbereich für Formschluß untere Einlaßöffnung in Haube obere Fluid-Teilmenge obere Einlaßöffnung in Haube

Fluid-Teilmenge für Rotor

Rotor Nabenbereich untere Fluid-Teilmenge obere Unterlegscheibe untere Unterlegscheibe unteres Axiallager oberes Axiaflager

Ladebereich im Boden

Freilauf -Schleifkupplung oberes Achsenende aufwärts gekrümmter Kanaleintritt oberer Ringspalt, konkav unterer Ringspalt, konvex gemeinsamer Auslaßkanal oberer Rotor unterer Rotor innerer Rotor äusserer Rotor