DE19538769A1 - Hybrid-Staustrahltriebwerk für den Unterwasserbetrieb - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antrieb für Wasserfahr­ zeuge, bei dem sich die Vortriebskraft als unmittelbare Reaktions­ kraft aus einer definiert beschleunigten Wassermenge ergibt.

Antriebe für Wasseroberflächenfahrzeuge im allgemeinen sowie U- Boote, Torpedos und sonstige Unterwasserfahrzeuge sind in mannig­ faltiger Form bekannt. Gemein ist diesen Antrieben, daß sie in der Regel eine Strömungsbeschleunigung des Wassers an rotierenden Flü­ geln erzeugen und den so erzeugten hydrodynamischen Auftrieb am Flügel im Sinne von Vortrieb nutzen.

Des weiteren sind Wasserfahrzeugantriebe in Form von Schaufelrä­ dern sowie deren Ableitungen und zu diesen verwandte Wassertrans­ portbänder in gekapselter Ausführung bekannt. Ihre Wirkweise be­ ruht darauf, daß nicht die Auftriebskomponente, sondern die Wider­ standskomponente an den Vorrichtungen, mit den das Wasser be­ schleunigt wird, zum Vortrieb genutzt wird.

Schließlich sind noch solche Unterwasserfahrzeugantriebe bekannt, bei denen eine Potentialdifferenz an einem Schiffsrumpf dazu ge­ nutzt werden soll, Wasserteilchen längs des Rumpfes zu beschleuni­ gen und so einen Vortrieb zu erhalten.

Der Nachteil der genannten Antriebe ist dabei darin zu sehen, daß ein vergleichsweise hoher mechanischer oder sonstiger Aufwand be­ trieben werden muß, daß diese Antriebe schwer sind und daß insbe­ sondere eine Wasserverunreinigung nicht ausgeschlossen werden kann.

Wünschenswert wäre zumindest in Sonderfällen ein leichter, unkom­ plizierter Antrieb, bei dem eine Wasserverunreinigung bereits durch die Tatsache ausgeschlossen ist, daß keine wasserverunreini­ genden Betriebs- und Hilfsstoffe zum Einsatz kommen.

Ein solcher Antrieb ist bei Einbezug von Akkumulatoren als Ener­ giespeicher für Elektromotoren nicht bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen leichten, unkomplizier­ ten Antrieb für Wasserfahrzeuge zu ermöglichen, bei dessen Verwen­ dung eine Wasserverunreinigung sicher ausgeschlossen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Hybrid-Staustrahl­ triebwerk bzw. einem Pulso-Triebwerk für den Unterwasserbetrieb gelöst.

Staustrahltriebwerke der Luftfahrt weisen keine rotierenden Teile auf und bestehen im wesentlichen aus einem Diffusor, einer Expan­ sionskammer und einem nachgeordneten Strömungsbeschleuniger nach dem Venturi-Prinzip. Die Wirkweise dieser Staustrahltriebwerke be­ ruht darauf, daß bei gegebenem hohen Staudruck des Mediums Luft am Eintritt und dessen Beaufschlagung mit Treibstoff das resultie­ rende Gemisch in der Expansionskammer gezündet und in Strömungs­ richtung beschleunigt werden kann.

Die Gerichtetheit der Gasbeschleunigung setzt dabei neben der be­ sonderen Form der Expansionskammer und einem nachgeordneten Strö­ mungsbeschleuniger immer einen hohen Staudruck im Eintritt der Vorrichtung - dem Diffusor - voraus. Das Staustrahltriebwerk ist somit nicht stationär zu betreiben und kann auch nicht zum Start eines Luftfahrzeuges eingesetzt werden.

Dieser Nachteil kann in der Luftfahrt dadurch ausgeglichen werden, daß die Zündung des Gasgemisches durch ein nach dem Diffusor ange­ ordnetes Flatterventil gepulst wird. Die Expansionskammer wird durch dieses Flatterventil bei Zündung des Gemisches durch den Expansionsdruck selbsttätig entgegen der Strömungsrichtung ge­ schlossen und der Beschleunigungsvorgang wird somit eindeutig ge­ richtet, ohne daß ein sehr hoher Staudruck im Diffusor vorliegen muß. Derartige Pulsotriebwerke können auch stationär betrieben werden, wenn die Reaktionskette mittels eingepreßter Luft durch den Diffusor in Gang gesetzt wird.

Charakteristisch ist für beide Triebwerksvarianten, daß ihre Effektivität mit zunehmender Relativbewegung durch das Medium Luft steigt - mithin bei hoher Fluggeschwindigkeit bzw. hohem Stau­ druck.

Für einen Unterwasserstaustrahlantrieb in erfindungsgemäßer Aus­ führung wird das oben genannte, bekannte Prinzip wie folgt wei­ terentwickelt:

Beschleunigungsmedium ist nicht Luft, sondern Wasser, dessen Dichte etwa 800 mal größer ist als die Dichte der Luft. Dement­ sprechend werden die erforderlichen hohen Staudrücke im Staustrahltriebwerk bereits bei wesentlich kleineren Relativbewe­ gungen des Triebwerks im Medium erreicht.

Der Vortrieb aus erzeugter Beschleunigung des Mediums Wasser fällt entsprechend dessen höherer Dichte größer aus.

Neu ist an der hier vorgelegten Erfindung, daß nicht das Strömungs­ medium mit Treibstoff versetzt und gezündet wird, sondern daß zur Erzeugung geeigneter Druckverhältnisse in der Expansionskammer entweder ein gasförmiges oder flüssiges Medium mit hohem Druck eingeleitet wird oder das das Medium Wasser durch intensive Anre­ gung mit energiereicher Strahlung - Schall und elektromagnetische Wellen - zur Verdampfung angeregt wird.

Im Falle des gepulsten Triebwerkes bewirkt dies, daß das in der Kammer vorliegende Medium Wasser gerichtet nach hinten durch die Beschleunigereinheit beschleunigt wird. Eine zusätzliche Pulsung des Druckmediums selbst - Wasser, Preßluft, erzeugter Wasserdampf - kann dann auch bei sehr geringen Staudrücken entsprechend gerin­ gen Vorwärtsgeschwindigkeiten des Triebwerkes im Wasser eine nie­ derfrequente, diskontinuierliche Beschleunigung des Mediums Wasser bewirken.

Die zeitgleich vorliegende Reaktionskraft sorgt dann für eine Be­ schleunigung des Triebwerkes und des mit diesem verbundenen Boots­ körpers.

Es sind somit drei mögliche Varianten zu unterscheiden, die von der Erfindung abgedeckt werden:

Kontinuierliche Beschleunigung im offenen Staustrahltriebwerk durch Erzeugung von Gasdruck in der Expansionskammer, gepulste Be­ schleunigung durch ein Flatterventil im Einlaßbereich des Triebwerkes sowie Pulsung des zugeleiteten oder erzeugten Druckme­ diums selbst in der Expansionskammer.

Das in der Zeichnung wiedergegebene Unterwasserstaustrahltriebwerk zeigt in schematischer, beispielhafter Ausführung ein Triebwerk mit Flatterventil im Einlaßbereich und mit gepulster Zuführung ei­ nes gasförmigen Druckmediums.

In einem Triebwerksmantel (8), gebildet aus einem Einlaß (1), ei­ ner Expansionskammer (2) und einem Strömungsbeschleuniger (3) be­ findet sich hinter dem Einlaß ein Flatterventil (5). Der Zustrom des Mediums Wasser wird hier beispielhaft durch einen Kegel (4) kanalisiert.

Die Reaktionswand der Expansionskammer weist ebenfalls beispiel­ haft einen Kegel (6) auf, der die Aufgabe hat, daß aus der Zulei­ tung (7) austretende Druckmedium im Eintrittsbereich der Kammer günstig zu verteilen, so daß das Flatterventil (5) schließt und die vollständige Wasserquantität in der Expansionskammer ausge­ trieben werden kann.

Die zusätzliche Pulsung des Druckmediums ist schematisch durch ein umlaufendes Kugelventil (10) in der Druckzuleitung (9) dargestellt, und wird im Beispiel dadurch bewirkt, daß ein Bypass (11) das Ku­ gelventil öffnend und schließend im Rotation versetzt. Andere Mög­ lichkeiten der Pulsung des Druckmediums durch andere Ventile oder auch durch Erzeugung von Druckstößen im Druckmedium sind im Sinne dieser Erfindung.

Claims (4)

1. Unterwasserstaustrahltriebwerk in offener oder gepulster Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Wasser im Triebwerk durch ein in die Expansionskammer geleitetes, gasförmiges Medium hohen Drucks beschleunigt wird.

2. Unterwasserstaustrahltriebwerk in offener oder gepulster Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Wasser im Triebwerk in der Expansionskammer durch Beaufschlagung mit energiereicher Strahlung in den gasförmigen Zustand zur Erzeugung hohen Expansionsdrucks überführt wird.

3. Unterwasserstaustrahltriebwerk in offener oder gepulster Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Wasser im Triebwerk zur Erzeugung eines hohen Expansionsdrucks in der Expansionskammer mit zugeführten flüssigen Druckmedien beaufschlagt wird.

4. Unterwasserstaustrahltriebwerk in offener oder gepulster Ausführung, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung des Druckes in der Expansionskammer nach den Möglichkeiten aus den Ansprüchen 1 bis 3 zusätzlich selbst gepulst ist.