DE19847729C2

DE19847729C2 - Transportfahrzeug, insbesondere Luftkissenfahrzeug und Verfahren zur Steuerung eines Luftkissenfahrzeuges

Info

Publication number: DE19847729C2
Application number: DE19847729A
Authority: DE
Inventors: Georg Triebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-10-16
Filing date: 1998-10-16
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2018-10-17
Also published as: US6302229B1; DE19847729A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Transportfahrzeug, bestehend aus einer Transport- und einer Antriebseinheit.

Die Bedeutung der hier angesprochenen Transportfahrzeuge umfaßt sowohl landgestützte Fahrzeuge, Luftfahrzeuge als auch sogenann te "Raumfahrzeuge". Es handelt sich demnach um ein universell nutzbares Transportmittel, das durch geringe Abwandlungen sowohl in gasförmigen Medien, aber auch außerhalb der Lufthülle, im Weltall betrieben werden kann.

Die bekannten Transportfahrzeuge sind auf den jeweiligen Ein satzzweck speziell abgestimmt, d. h. sie sind nicht universell einsetzbar. Die Verwendung von Turbinen in Luftfahrzeugen ist mit großer Geräuschentwicklung und hohen Brennstoffverbräuchen verbunden.

Außerdem sind komplizierte Steuerungsmechanismen für die Beherr schung des Flugzustandes sowohl innerhalb als auch außerhalb der Luftatmosphäre erforderlich. Es sind ebenfalls erhebliche Vor kehrungen zu treffen, um die Lagestabilität eines Transportfahr zeuges unter den jeweiligen Umwelteinflüssen aufrechtzuerhalten.

Aus der DE-OS 28 00 975 ist ein rotationsdynamisches Fluggerät in Form einer Kreisscheibe bekannt, wobei ein Tragkörper als um eine vertikale Achse umlauffähiger Kreisring ausgebildet ist. Am Umfang des Tragkörpers sind Austrittsöffnungen für Rückstoßein richtungen bzw. Triebwerke angeordnet. Das Flugprinzip entspricht dem "Diskus" oder einem Boomerang, wobei Richtungsände rungen durch die Verstellbarkeit der Düsen möglich sind.

Hierfür sind komplizierte Steuerungsmechanismen sowohl bei der Änderung des Flugzustandes innerhalb als auch außerhalb der Luftatmosphäre erforderlich. In der DE-OS 37 34 811 wurde daher vorgeschlagen, daß ein rotierender Kreisel verwendet wird um eine flugfähige Tragscheibe derart horizontal zu stabilisieren, daß die Tragflächen ohne seitliches Abkippen auf einem Luftpol ster schweben. Verschiedene Flugbewegungen werden dadurch er möglicht, daß der Kreisel an den Außenradien in geeigneter Weise verstellbare Turbinenschaufeln besitzt, welche die Aufgabe eines regelbaren Luftkompressors übernehmen. Die Eigendrehung der am Kreisel befestigten Flugzelle wird dadurch verhindert, daß be stimmte Luftausstoßdüsen entgegengesetzt zur Eigendrehbewegung wirksam sind. Für die Lagestabilität dieses Transportfahrzeuges sind aufwendige Regelungseinrichtungen erforderlich, mit denen auch die jeweiligen atmosphärischen Bedingungen berücksichtigt werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein universell einsetzbares Transportfahrzeug zu entwickeln, das in seinem Aufbau verhältnismäßig einfach ist, eine gegenüber Umweltein flüssen hohe Lagestabilität aufweist und das in umweltfreundli cher und energiegünstiger Weise betrieben werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Antriebseinheit des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges besteht im wesentlichen aus zueinander gegenläufig rotierenden Turbinenrädern einer Radialturbine, die an den äußeren, umfangs seitigen Enden der Turbinenräder Brennkammern aufweisen, die über fest installierte Leitungen aus dem Zentrum der Turbine mit den Antriebsmedien versorgt werden. Durch den relativ groß bemessenen Durchmesser der Turbinenräder entsteht im Betriebs zustand eine große Zentrifugalkraft, die für einen hohen Förder druck in den Leitungen sorgt. Durch spezielle Luftkanäle wird Luft radial nach außen gedrückt und in die Brennkammern einge leitet, wobei diese auch nach dem FAN-Prinzip zur Kühlwirkung der heißen Brenngase herangezogen werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbei spiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Transportfahr zeug;

Fig. 2 Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Transportfahr zeug;

Fig. 3 Prinzipbild über die Fortbewegung in horizontaler Richtung;

Fig. 4 Prinzipbild über eine Lenkbewegung in horizontaler Richtung;

Fig. 5 Prinzipbild über die Fortbewegung in vertikaler Rich tung;

Fig. 6 Prinzipbild über die kombinierte Bewegung in horizon taler und vertikaler Richtung;

Fig. 7 Prinzipbild über die kombinierte Bewegung in horizon taler und vertikaler Richtung eines Luft- oder Gaskis senfahrzeuges.

In den nachfolgenden Fig. 1-6 sind gleiche Teile mit glei chen Bezugszeichen versehen. Der Kernbereich des neuen Trans portfahrzeuges besteht aus einem Druckgehäuse 7, in dem zwei gegenläufig um eine gemeinsame Welle 11 rotierende Turbinenräder 8 angeordnet sind. Die beiden Turbinenräder 8 sind in Fig. 1 schraffiert dargestellt, wobei die Umlaufrichtung mit den beiden Pfeilen 17, 18 angegeben ist.

An den radial äußeren Enden der Turbinenräder 8 befinden sich fest angebracht Ausstrahldüsen 3 und Brennkammern 4, die zur Erzeugung eines Rückstoßeffektes heiße Verbrennungsgase in den Innenraum des Druckgehäuses 7 abgeben.

Die für die Verbrennung erforderliche Luft kann entweder über die als Hohlwelle ausgebildete Welle 11 und Luftkanäle 12 an gesaugt oder infolge der Fliehkraftwirkung über einen Oxidator tank 15 in die Brennkammer 4 gedrückt werden. Neben dem Oxida tortank 15 befindet sich noch ein Treibstofftank 16, wobei die Verbindung zu der Brennkammer 4 über schematisch dargestellte Leitungen 18 erfolgt.

Mit den gegenläufig rotierenden Turbinenrädern 8 wird nach dem Kreiselprinzip eine Lagestabilität erreicht, die unabhängig von dem das Transportfahrzeug umgebenden Medium ist. Bei einem als Landfahrzeug ausgebildeten Transportfahrzeug sind zweckmäßiger weise Füße 2 an der Unterseite des Druckgehäuses 7 angeordnet. Oberhalb des Druckgehäuses 7 ist schematisch ein Fahrgastraum 6 dargestellt, der aber auch in anderer Weise als Vielzweck-Trans porteinheit für Lasten, für Sende- und Empfangseinrichtungen oder für die Aufnahme von Waffen verwendet werden kann.

Fig. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch das erfindungsgemäße Transportfahrzeug, wobei das Turbinenrad 8 aus einer Vielzahl von speichenförmig angeordneten Turbinenblättern 12.1-12.10 besteht, die auf der als Hohlwelle ausgebildeten Welle 11 dreh bar gelagert sind. Aus dem Prinzipbild nach Fig. 2 ist erkenn bar, daß der Querschnitt der Turbinenblätter 12.1-12.10 in radialer Richtung von innen nach außen gesehen kontinuierlich zunimmt.

Die Leitungen 18 verbinden den Oxidatortank 15 und den Treib stofftank 16 mit der Brennkammer 4. Nach Zündung der Brenngase werden diese aus den Ausstrahldüsen 3 in tangentialer Richtung aus der Brennkammer 4 ausgestoßen, so daß sich nach dem Rück stoßprinzip die Turbinenräder gegeneinander (Darstellung Fig. 2) drehen. Die darüber bzw. darunter befindlichen Turbinenräder bewegen sich jeweils gegenläufig zueinander, so daß die Rück stoßkräfte sich gegenseitig aufheben (resultierende Kraft = Null).

Das Lenkverhalten des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges kann anhand der Fig. 3-6 näher erläutert werden. Hierbei geben die Pfeile 19 die Richtung der Austrittsgase an, während der Pfeil 20 die resultierende Vortriebsrichtung darstellt.

Zur Steuerung der Austrittsgase 19 sind die in den Fig. 1 und 2 angegebenen Luken 9 in entsprechender Weise geöffnet, bzw. geschlossen. Hierzu werden die in Fig. 2 schematisch darge stellten äußeren und inneren Gehäusesegemente 7a, 7b gegenein ander verschoben, so daß sich eine Austrittsöffnung für die in der Druckkammer aufgestauten Verbrennungsgase bildet. Durch entsprechende, nicht dargestellte Regelsysteme lassen sich die Lukenöffnungen so genau steuern, daß auch Lenkbewegungen in horizontaler Richtung möglich sind.

Hierzu werden gemäß Fig. 2 die Luken derart verstellt, daß die Austrittsgase 19a, 19b als rechtwinklig aufeinanderstehende Komponenten mit unterschiedlichem Volumenstrom (hier angedeutet durch die Anzahl der Pfeile) aus dem Druckgehäuse 7 austreten. Als resultierende verbleibt eine Kurvenbewegung in Richtung des gebogenen Pfeiles 21.

Zur Bewegung des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges in verti kaler Richtung sind gemäß Fig. 5 Austrittsgase 22, 23 aus dem Druckgehäuse 7 nach unten auszublasen. Als Resultierende ver bleibt eine Auftriebskraft 24, mit der das Transportfahrzeug vom Boden abhebt. Selbstverständlich können auch Neigungswinkel für die Auftriebskraft bzw. für das Druckgehäuse 7 eingestellt wer den, in dem entweder die Lage der Austrittsgase 22, bezogen auf den äußeren Rand des Druckgehäuses 7 oder das Gasvolumen der Austrittsgase verändert wird.

Wie in Fig. 6 dargestellt, lassen sich auch kombinierte Bewe gungen ausführen, wobei gleichzeitig an mehreren Seiten bzw. in der Bodenfläche des Druckgehäuses 7 Austrittsgase 19, 22, 23 ausgeblasen werden. Die Bewegungsrichtung des Druckgehäuses 7 ist durch die Pfeile 25, 26, 27 angegeben. Bei ausreichender Horizontalgeschwindigkeit erzeugt die halbkugelige Form des Druckgehäuses 7 eine Auftriebskraft ähnlich der eines Tragflü gels, so daß die Energie der vertikal austretenden Abgase auch für den horizontalen Vortrieb genutzt werden kann.

Für eine strömungsgünstige horizontale Bewegung ist der Boden des Druckgehäuses 7 eben oder - bevorzugt - nach innen gewölbt ausgebildet. Der halbrund nach innen gewölbte Boden ist in Fig. 6 gestrichelt dargestellt und bewirkt einen zusätzlichen Auf trieb bei hoher Horizontalgeschwindigkeit nach Art eines Flug zeug-Tragprofils.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß die Turbinenräder bei reinem Steig- und Sinkflug keine Spaltverluste aufweisen, wenn die Druckkammer 7 vollständig geschlossen ist. Die Radialturbine und die Brennkammern sind stets fest miteinander verbunden, wobei durch den großen Durchmesser der Turbinenräder 8 ein hoher Druck durch die entstehenden Zentrifugalkräfte in den Brenn kammern erzeugt wird. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die durch die Luftkanäle angesaugte Luft radial nach außen gedrückt und somit auch zur Kühlwirkung rund um die Brennkammern bei trägt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nicht an jedem Ende eines Turbinenblattes 12.1-12.10 eine Brennkammer 4 angeordnet. Dann wird durch die in den Turbinenblättern vorhan denen Luftkanälen 12 Luft in das Druckgehäuse transportiert. Durch geeignete Ausbildung der Austrittsdüsen kann eine Bypass- Wirkung erzeugt werden, die einen zusätzlichen Energiegewinn für den Auftrieb bzw. Vortrieb des erfindungsgemäßen Transportfahr zeuges bewirkt.

Es ist auch möglich, kleinere Einheiten des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges zu einer großen Transporteinheit zusammen zufassen. In diesem Fall läßt sich der Nutzraum zwischen den Antriebseinheiten beliebig gestalten, wodurch der Anwendungs bereich der Erfindung weiter vergrößert wird.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Transportfahr zeuges kann der Auftrieb, insbesondere in der Startphase, da durch vergrößert werden, daß an dem bodenseitigen Teil des Druckgehäuses 7 eine am Rand umlaufende Schürze angeordnet ist. Gemäß Fig. 7 sorgt die Schürze 28 für einen erhöhten Bodendruck der Austrittsgase 22, 23, so daß eine verstärkte Vertikalkompo nente als Reaktionskraft in Pfeilrichtung 25, 26 auftritt.

Die vorstehend beschriebenen Steuerungsmöglichkeiten von Luft kissenfahrzeugen können in gleicher Weise beim Betrieb des er findungsgemäßen Transportfahrzeuges mit anderen Medien, wie z. B. Gasen oder Flüssigkeiten genutzt werden. Beispielsweise läßt sich ein Gaskissenfahrzeug dadurch realisieren, daß anstelle der zentral angesaugten Luft die zentral angeordneten Gasbehälter, vorzugsweise an den Speichen der Turbinenräder 8, angeordnet sind, wobei die zur Verbrennung benötigten Gase auch als Re aktionsgase kurz vor dem eigentlichen Verbrennungsprozeß ge bildet werden können.

Je nach Betriebsweise - als in großen Höhen mit hoher Horizon talgeschwindigkeit fliegendes Transportmittel oder als mit rela tiv langsamer Horizontalgeschwindigkeit in Bodennähe agierendes Transportmittel - kann die Unterseite des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges entweder glatt oder - im Querschnitt gesehen - halbrund ausgebildet sein. Hierbei sind aerodynamische Effekte nutzbar, wie sie aus anderen Transportfahrzeugen (Schiff, Flug zeug, Pkw) bekannt sind.

Bezugszeichenliste

1

Schieber

2

Füße

3

Ausstrahldüsen

4

Brennkammer

5

Umgebungsluft

6

Fahrgastraum

7

Druckgehäuse, Druckkammer
7a, b Gehäusesegmente

8

Turbinenräder, Radialturbinenräder

9

Luke

10

Ausgleichsgetriebe

11

Welle, Hohlwelle

12

Luftkanäle

12.1-12.10

Turbinenblätter

13

Öffnungen

14

Tankbehälter

15

Oxidatortank

16

Treibstofftank

17

Umlaufrichtung dargestellt durch Pfeile

18

Leitungen

19

Austrittsgase dargestellt durch Pfeile

20

Vortriebsrichtung dargestellt durch Pfeile

21

gebogener Pfeil

22-23

Austrittsgase

24

Auftriebskraft

25-27

Pfeile (Bewegungsrichtung des Druckgehäuses)

28

Umlaufrichtung dargestellt durch Pfeile

29

Schürze

Claims

1. Transportfahrzeug, bestehend aus einer Transport- und einer Antriebseinheit, dadurch gekennzeichnet,
daß die Antriebseinheit ein Druckgehäuse (7) mit mehreren, auf einer gemeinsamen Welle (11) angeordneten und gegenläu fig rotierenden Radialturbinenrädern (8) einer Radialturbi ne umfaßt,
wobei an den radial außenliegenden Enden der Turbinenräder (8) Brennkammern (4) mit Ausstrahldüsen (3) fest angeordnet sind.

2. Transportfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Turbinenrädern (8) radiale Luftkanäle (12) aus gebildet sind.

3. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hohlwelle (11) sich Öffnungen (13) für die Druckleitung der Luft zu den Brennkammern (4) befinden.

4. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in den Turbinenblättern (12.1-12.10) Tankbe hälter (14) für die Versorgung der Brennkammern (4) mit Treibstoff angeordnet sind.

5. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Ausstrahldüsen (3) tangential am Turbinenrad (8) angeordnet sind.

6. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Austrahldüsen (3) austretenden Verbren nungsgase über am Druckgehäuse Boden angeordnete Schieber (1) oder seitlich angeordnete Luken (9) abgestrahlt werden.

7. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schieber (1) und die Luke (9) hinsichtlich des Gasdurchtrittsquerschnittes und des Gasabstrahlwinkels steuerbar sind.

8. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Turbinenrädern (8) mindestens ein Aus gleichsgetriebe (10) angeordnet ist.

9. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich oder unterhalb des Druckgehäuses (7) ausfahr bare bzw. hochklappbare Füße (2) angeordnet sind.

10. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenräder (8) als speichenförmig angeordnete Turbinenblätter (12.1-12.10) mit Luftkanälen ausgebildet sind, deren Querschnitte in radialer Richtung von innen nach außen kontinuierlich zunehmen.

11. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luke (9) für die Austrittsgase durch Verschieben von zwei konzentrisch angeordneten Gehäusesegmenten (7a, 7b) gebildet wird.

12. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in jedem Turbinenrad (8) mindestens ein Oxida tortank (15) und/oder ein Treibstofftank (16) angeordnet ist.

13. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Transportfahrzeugbodens im Querschnitt eben oder halbrund nach innen in das Druckgehäuse (7) ge wölbt ausgebildet ist.

14. Verfahren zur Steuerung eines Transportfahrzeuges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Brennstoffgemisch in die Brennkammern (4) eingelei tet und über die Hohlwelle (11) und die radialen Luftkanäle (12) Umgebungsluft (5) in die Brennkammern (4) angesaugt oder gedrückt wird,
daß das Brennstoff-Luftgemisch in den Brennkammern (4) gezündet und durch Rückstoß je ein Turbinenrad (8) in eine gegenläufige Bewegung gesetzt wird,
daß bei steigender Drehzahl der Turbinenräder (8) weitere Umgebungsluft (5) in die Brennkammern (4) gedrückt wird und gleichzeitig Treibstoff aus den Tankbehältern (14) in die Brennkammern (4) eingespritzt wird, bis der für die hori zontale oder vertikale Transportbewegung erforderliche Innendruck im Druckgehäuse (7) erreicht ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbrennungsgase im Druckgehäuse (7) sammeln und zur Vortriebs- oder Steuerbewegung in den drei Koordi natenachsen genutzt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Transportfahr zeuges in horizontaler Richtung am Druckgehäuse seitlich angeordnete Luken geöffnet oder geschlossen werden, wobei nach dem Reaktionsprinzip die im geöffneten Zustand aus der Luke (9) austretenden Gase eine in entgegengesetzter Rich tung wirkende Vortriebsrichtung erzeugen.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Transportfahrzeuges in vertikaler Richtung am Boden des Druckgehäuses (7) Schieber (1) geöff net oder geschlossen werden und daß nach dem Reaktions prinzip die auf den freien Öffnungsquerschnitt des Schie bers (1) wirkende Druckkraft eine entgegengesetzt wirkende Auftriebskraft erzeugt.