DE1198145B

DE1198145B - Stroemungskoerper, insbesondere Quertriebsflaeche, mit durch Ausblasen von Stroemungsmittelstrahlen beeinflussbarer Zirkulation

Info

Publication number: DE1198145B
Application number: DEL30964A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Firth Cleveland Ltd
Current assignee: Firth Cleveland Ltd
Priority date: 1958-08-01
Filing date: 1958-08-01
Publication date: 1965-08-05
Also published as: GB934141A; GB933222A; GB933223A; BE581306A

Description

Strömungskörper, insbesondere Quertriebsfläche, mit durch Ausblasen von Strömungsmittelstrahlen beeinflußbarer Zirkulation Die Erfindung betrifft einen Strömungskörper, beispielsweise eine Quertriebsfläche, eine Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine, einen Fahrzeugrumpf od. dgl., welcher am abströmseitigen Ende seiner Oberfläche Düsen aufweist, durch die zur Erzeugung oder Änderung der Zirkulationsströmung um den Strömungskörper ein Strömungsmittel in Form von Strahlen austreten kann.
Es sind Tragflächen von Flugzeugen bekannt, längs deren Hinterkanten Klappen vierschwenkbar gelagert sind, welche mit den feststehenden Rändern der Tragfläche oben und unten je einen Spalt einschließen, durch welchen aus dem Inneren der Tragfläche zugeführtes Strömungsmittel in Form einer Strahlfläche austreten kann. Durch Verschwenken der Klappe wird sowohl die Weite wie auch die Richtung der Austrittsdüse und damit auch die Stärke und Richtung der Strahlfläche verändert. In zwei Grenzfällen kann durch Verschwenken der Klappe in ihre beiden Endstellungen entweder die obere oder die untere Düse gänzlich verschlossen werden. Die Strahlflächen dienen zur Verstärkung der Zirkulation um das Tragflächenprofil in einer oder in der entgegengesetzten Richtung.
An einem Strömungskörper treten unter Umständen große Kräfte auf, welche es vor allem bei verschwenk-. baren und die Strömung umlenkenden Teilen des Strömungskörpers nötig machen, dieselben sowohl außerordentlich stabil zu lagern als auch unter Umständen komplizierte Vorrichtungen vorzusehen, welche die zur Verschwenkung nötigen mechanischen Kräfte übertragen können. Die Erfindung stellt sich zur Aufgabe, einen allgemein verwendbaren Strömungskörper mit Einrichtungen zu schaffen, die eine weitgehende Beeinflussung der Zirkulation um den Strömungskörper zulassen, ohne einen gegen die Strömungskräfte zu vierschwenkenden Teil und komplizierte Einrichtungen zur Ausführung der Schwenkbewegung zu erfordern. Es soll dabei Zirkulationsströmung in der einen und/oder in der entgegengesetzten Richtung sowie in- verschiedener Stärke erzeugt werden können.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Strömungskörper, beispielsweise bei einer Quertriebsfläche, bei einer Lauf- oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine oder bei einem Luft- oder Wasserfahrzeugrumpf, aus dessen Innenraum durch mindestens zwei am abströmseitigen Ende seiner Oberfläche gelegene Düsen Strahlen zur Beeinflussung der Zirkulation um den Strömungskörper austreten können, dadurch, daß die Austrittsrichtungen der Düsen miteinander und mit der Hauptanströmrichtung jeweils feste, von Null verschiedene Winkel einschließen und Einrichtungen vorgesehen sind, welche den Impuls jedes Strahles zu ändern gestatten.
Im einfachsten Falle weist der Strömungskörper zwei Düsen auf, welche unabhängig voneinander mit Strömungsmedium gespeist werden können und welche jeweils eine Zirkulation um den Strömungskörper in entgegengesetzter Richtung anregen. Der Strömungskörper kann dabei ein symmetrisches Profil aufweisen, d. h. also, daß bei Anströmung des Strömungskörpers keine Zirkulation auftreten würde, wenn nicht aus einer der beiden Düsen ein Strömungsmittel in Form einer Strahlfläche austreten würde. Die Stärke der Zirkulation um den Strömungskörper kann durch Veränderung der Einspeisung in die Düsen beeinflußt werden. Dadurch ist ein Strömungskörper verwirklicht, bei welchem keine festen Teile, z. B. Klappen, gegen den Strömungsdruck verschwenkt werden müssen, um eine Änderung der Zirkulation zu bewirken. Zur Veränderung der Einspeisung in die festen Düsen kann eine beliebige, an sich bekannte Einrichtung dienen, welche den Druck vor jeder Düse zu ändern gestattet.
Die Erfindung gibt weiterhin einfache Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Strömungskörpers an, welche insbesondere die Ausbildung der Zuführungskanäle für die Düsen sowie der Düsen selbst betreffen. Es sind auch solche Lösungen der Erfindungsaufgabe eingeschlossen, welche nur der Veränderung der Zirkulationsstärke in einer Zirkulationsrichtung dienen. Die Düsen können beispielsweise aus mehreren Reihen von jeweils gleichgerichteten Düsen bestehen, wobei die unterschiedlichen Richtungen der einzelnen Reihen verschieden gerichtete Strahlflächen und damit eine verschieden große Beeinflussung der Zirkulationsströmung ergeben.
Weiter gibt die Erfindung vorteilhafte Anwendungen des erfindungsgemäßen Strömungskörpers an, beispielsweise als Rumpf eines Wasser- oder Luftfahrzeuges, wobei die erfindungsgemäßen Strahlklappen zur Steuerung des Fahrzeugs um seine Hochachse dienen können. Weitere Anwendungsgebiete der Erfindung sind feststehende oder umlaufende Schaufeln in Kreiselströmungsmaschinen. Werden beispielsweise erfindungsgemäße Strömungskörper als Kranz von drallerzeugenden Vorleitschaufeln in einer Axial-oder Radialströmungsmaschine eingesetzt, so kann durch verschieden starke Ausströmung aus den erfindungsgemäßen Düsen ohne die bisher bei derartigen Maschinen notwendige Verschwenkung der Vorleitschaufeln jeder beliebige Vordrall erzeugt werden. Bei der Verwendung erfindungsgemäßer Strömungskörper als Laufschaufeln beispielsweise in einerAxialströmungsmaschine ergibt sich die Möglichkeit einer Umkehrung der Förderrichtung der Maschine, indem durch entsprechend gerichtete und dosierte Strahlen Zirkulation um die Laufschaufeln in entgegengesetzten Richtungen erzeugt werden kann. Es bedarf dazu weder einer Umkehrung der Drehrichtung des Läufers noch einer Verstellung der Anstellwinkel der Laufschaufeln.
Eine Umkehrung der Förderrichtung ist bei einer Axialpumpe, welche die erfindungsgemäßen Strömungskörper als Laufschaufeln enthält, auch mit Umkehrung der Drehrichtung des Läufers, jedoch ohne Verstellung der Anstellwinkel der Laufschaufeln möglich, wenn an den entgegengesetzten Kanten der Laufschaufeln je eine erfindungsgemäße Düse bzw. Düsenreihe angeordnet ist, wobei bei einer bestimmten Drehrichtung des Läufexs eweils nur die an den Hinterkanten der Laufschaufeln gelegenen Düsen zu speisen sind.
Weiterhin kann ein erfindungsgemäßer Strömungskörper vorteilhaft als Schlingerruder eines Wasserfahrzeuges verwendet werden. Bei der Verwendung als Schlingerruder kann durch horizontal verlaufende erfindungsgemäße Düsen sowohl eine Auftriebskraft wie auch eine Abtriebskraft auf das Schlingerruder ausgeübt werden.
Bei allen geschilderten Anwendungen des Strömungskörpers entfallen bisher notwendige, komplizierte mechanische Verschwenkungs- und Kraftübertragungseinrichtungem An Hand der Figuren werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt B i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch ein symmetrisches Strömungsprofil mit einer erflndungsgemäßen Anordnung von Düsen, F i g. 2 einen senkrechten Teilschnitt durch ein weiteres Strömungsprofil mit der erfindungsgemäßen Anordnung von zwei Dilsenreihen, F i g. 3 einen Teilschnitt gemäß der Linie 111-11I In Fig.2, F i g. 4 einen waagerechten, schematischen Schnitt durch den Rumpf eines Wasser- bzw. Luftfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Anordnung zweier vertikaler I?äsen, P i g. 5 einen "alschnitt durch eine Axialpumpe mit der Anordnung eines erfindungsgemäßen Strömungskörpers als Vorleitschaufel, F i g. 6 einen Axialschnitt durch eine Axialpumpe mit der Anordnung erfindungsgemäßer Strömungskörper als Laufschaufeln, F i g. 7 eine teilweise Seitenansicht eines Schiffes mit der Anordnung erfindungsgemäßer Strömungskörper als Ruder, F i g. 8 eine Vorderansicht des in F i g. 7 dargestellten Schiffes.
Bei Anströmung des in F i g. 1 dargestellten symmetrischen Strömungsprofils in Richtung der Symmetrieachse würde keine Zirkulationsströmung entstehen. Durch BeaufschlagungderfestenAustrittsdüsen 10 bzw. 11 mit festen, durch die Pfeile 12 bzw. 13 gekennzeichneten Austrittsrichtungen entlang der Hinterkante des Strömungskörpers 15 durch ein Strömungsmittel kann jedoch in Richtung des Pfeiles 12 bzw. 13 je eine Strahlfläche erzeugt werden, die bei Anströmung des Profils eine Zirkulation in der einen oder anderen Richtung anregt. Der Strömungskörper 15 ist hohl ausgebildet und durch eine Trennwand 16 in zwei Kanäle 17 bzw. 18 aufgeteilt, deren jeder mit einer der Düsen 10 bzw. 11 in Verbindung steht und getrennt mit Strömungsmedium gespeist werden kann. Die dargestellte Anordnung ermöglicht eine Erzeugung von Zirkulation in beliebiger Richtung, wodurch dem Strömungskörper ein Auftrieb nach jeder seiner beiden Seiten erteilt werden kann. Durch Änderung der Strömungsmittelzufuhr in die beiden Kanäle 17 bzw.18 kann die Stärke der Zirkulationsströmung und damit des Auftriebs beeinflußt werden. Der Strömungskörper weist an sich keine schwenkbaren Teile oder Klappen auf. Es muß lediglich die Einspeisung in die beiden Kanäle gesteuert werden.
Das in den F i g. 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel dient zur Änderung der Zirkulationsstärke um eine Quertriebsfläche 21. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Zirkulationsströmung nicht ihrer Drehrichtung nach, sondern nur in ihrer Stärke beein$ußt. Das Ausführungsbeispiel enthält ebenfalls keinerlei verschwenkbare und mechanisch komplizierte Teile. Im Inneren des Strömungskörpers sind zwei Druckleitungen 22 bzw. 23 angeordnet, welche mit je einer Reihe von Kanälen 24 bzw. 25 in Verbindung stehen, die ihrerseits in Düsen 26 bzw. 27 an der Hinterkante des Strömungsköipers enden. Die Düsen 26 bzw. 27 wechseln einander entlang der Hinterkante ab. Ihre durch die Pfeile 28 bzw. 29 gekennzeichneten Austrittsrichtungen schließen miteinander einen Winkel 29 a ein. Die beiden Druckleitungen 22 bzw. 23 können unabhängig voneinander mit einem Strömungsmittel gespeist werden. Bei Speisung der Druckleitung 22 tritt eine nahezu geschlossene Strahlfläche gemäß dem Pfeil 28 aus den Düsen 26 aus. Entsprechend tritt eine Strahlfläche gemäß dem Pfeil 29 aus den Düsen 27 bei Speisung der Leitung 23 aus. Auf diese Weise ist eine Winkeländerung der Strahlfläche um den Winkel 29a ohne Verschwenkung einer Klappe oder eines anderen festen Teiles des Strömungskörpers ermöglicht.
In F i g. 4 ist das Heck eines Wasser- bzw. Luftfahrzeuges dargestellt, nahe dessen Ende zwei senkrecht verlaufende Austrittsdüsen 42 bzw. 43 angeordnet sind, welche unabhängig voneinander gespeist werden können. Bei gleich starker Strömungsmittelzufuhr zu den beiden Düsen wird in an sich bekannter Weise lediglich eine Verbesserung des Widerstandsbeiwertes des Fahrzeugrumpfes erzielt. Wird jedoch das Verhältnis der Strahlimpulse der beiden gemäß den Pfeilen 44 und 45 gerichteten Strahlen geändert, so läßt sich damit eine Steuerung um die Hochachse des Fahrzeugs erzielen. Diese Hochachssteuerung ist z. B. bei Hubschraubern und Unterwasserfahrzeugen vorteilhaft.
In F i g. 5 ist eine Axialpumpe dargestellt, welche aus einem Antriebsmotor 51 und einem Axialläufer 52 besteht und in einem Strömungskanal 53 angeordnet ist. Zur Vordrallerzeugung ist der Axialpumpe ein feststehender Kranz von Leitschaufeln 54 vorgeschaltet. Bei bekannten Axialpumpen sind zur Änderung des Vordralls vierschwenkbare Leitschaufelkränze vorgesehen. Die komplizierte Mechanik dieser vierschwenkbaren Leitschaufelkränze wird durch die Anwendung von erfindungsgemäßen Strömungskörpern vermieden, deren Düsen derart gespeist werden können, daß entweder gemäß dem Pfeil 55 oder gemäß dem Pfeil 56 aus allen Leitschaufeln gleichgerichtete Strahlflächen zur Erzeugung eines Vordralls in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung austreten können. Durch Veränderung des Strahlimpulses kann die Stärke des Vordralls gesteuert werden.
In F i g. 6 ist eine weitere Axialpumpe mit feststehendem Motor 61 und Axialläufer 62 dargestellt, wobei die Laufschaufeln 63 des sich in Richtung des Pfeiles 63 a drehenden Läufers 62 als erfindungsgemäße Strömungskörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ausgebildet sind. Je nach Ausblasung in Richtung des Pfeiles 64 oder des Pfeiles 65 entsteht eine Zirkulation um die Laufschaufeln in der einen oder in der entgegengesetzten Richtung, und die Axialpumpe fördert infolgedessen entweder in Richtung des Pfeiles 66 oder in Richtung des Pfeiles 67. Es erfolgt also eine Umkehrung der Förderrichtung ohne Verschwenkung von Leit- oder Laufschaufeln und ohne Änderung der Drehrichtung der Axialpumpe.
Die Anwendung eines -erfindungsgemäßen Strömungskörpers als Schlingerruder eines Schiffes ist in den F i g. 7 und 8 dargestellt. Nach beiden Seiten ragen aus dem Schiffsrumpf 81 Schlingerruder 85, welche ebenfalls die Strömungskörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 ausgebildet sind. Durch Erzeugung einer Strahlfläche an einer der beiden Düsen 86 bzw. 87, welche entlang der Hinterkante jedes Schlingerruders angeordnet sind, kann die Zirkulation in der einen oder entgegengesetzten Richtung angefacht und dadurch eine Auftriebskraft oder Abtriebskraft auf den .Schiffskörper ausgeübt werden. Auch hierbei werden die bei bekannten'*chlingerrudern stark belasteten mechanischen Einrichtungen zum Verschwenken derselben vermieden.

Claims

Patentansprüche: 1. Strömungskörper, beispielsweise Quertriebsfläche, Laufschaufel oder Leitschaufel einer Strömungsmaschine, Luft- oder Wasserfahrzeugrumpf, aus dessen Innenraum durch mindestens zwei am abströmseitigen Ende seiner Oberfläche gelegene Düsen Strahlen zur Beeinflussung der Zirkulation um den Strömungskörper austreten können, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsrichtungen der Düsen miteinander und mit der Hauptanströmrichtung jeweils feste, von Null verschiedene Winkel einschließen und Einrichtungen vorgesehen sind, welche den Impuls jedes Strahles zu ändern gestatten.
2. Strömungskörper nach Anspruch 1 mit symmetrischem Profil, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen zur Beeinflussung der Zirkulation mit entgegengesetzten Vorzeichen mit beiden Seiten der Symmetrieebene gleiche Winkel einschließen.
3. Als Quertriebsfläche ausgebildeter Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe hohl ausgebildet ist und eine Trennwand besitzt, die den hohlen Innenraum in zwei Kanäle aufteilt, deren jeder mit je einer von zwei vorzugsweise als Schlitz ausgebildeten, an der Hinterkante der Quertriebsfläche angeordneten Düsen verbunden ist (F i g. 1).
4. Als Quertriebsfläche ausgebildeter Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in je eine feste Richtung weisende Düsen bzw. Reihen von Düsen an der Hinterkante der Quertriebsfläche angeordnet sind und durch zwei Leitungen getrennt mit Strömungsmedium gespeist werden können (F i g. 2, 3).
5. .Strömungskörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen bzw. Düsenreihen zur Erzeugung verschieden starker Zirkulation gleicher Drehrichtung mit der gleichen Seite der Profilmittellinie verschiedene Winkel einschließen.
6. Als Rumpf eines Wasser- oder Luftfahrzeuges ausgebildeter Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Fahrzeuges um seine Hochachse symmetrisch zu seiner Längsachse verlaufende Düsenspalte angeordnet sind (F i g. 4).
7. Strömungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als symmetrische drallerzeugende Vorleitschaufel in einer Kreiselströmungsmaschine angeordnet ist (F i g. 5). B.
Strömungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als zur Umfangsrichtung symmetrische Laufschaufel in einer Kreiselströmungsmaschine mit bei gleicher Drehrichtung umkehrbarer Förderrichtung angeordnet ist (F i g. 6).
9. Strömungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er als Schlingerruder an einem Wasserfahrzeug angeordnet ist (F i g. 8, 9). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 586 010, 767 546, 952 395; deutsche Auslegeschrift Nr. 1013174; französische Patentschriften Nr. 971992, 1006 146, 1103 426, 1139 802; britische Patentschrift Nr. 578 837; USA.-Patentschriften Nr. 2 037 942, 2 568 812, 2694898.