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Dokumentenidentifikation DE19847729A1 27.04.2000
Titel Transportfahrzeug, insbesondere Luftkissenfahrzeug und Verfahren zur Steuerung eines Luftkissenfahrzeuges
Anmelder Triebel, Georg, 53819 Neunkirchen-Seelscheid, DE
Erfinder Triebel, Georg, 53819 Neunkirchen-Seelscheid, DE
Vertreter Harwardt Neumann Patent- und Rechtsanwälte, 53721 Siegburg
DE-Anmeldedatum 16.10.1998
DE-Aktenzeichen 19847729
Offenlegungstag 27.04.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.2000
IPC-Hauptklasse B60V 1/15
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Transportfahrzeug, bestehend aus einer Transport- und einer Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit ein Druckgehäuse mit mehreren, auf einer gemeinsamen Welle angeordneten und gegenläufig rotierenden Radialturbinenrädern einer Radialturbine umfaßt. An den radial außenliegenden Enden der Turbinenräder sind Brennkammern mit Ausstrahldüsen fest angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Transportfahrzeuges.

Beschreibung[de]

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 sogenannte "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 Einsatzzweck 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 Beherrschung des Flugzustandes sowohl innerhalb als auch außerhalb der Luftatmosphäre erforderlich. Es sind ebenfalls erhebliche Vorkehrungen zu treffen, um die Lagestabilität eines Transportfahrzeuges 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 Rückstoßeinrichtungen bzw. Triebwerke angeordnet. Das Flugprinzip entspricht dem "Diskus" oder einem Boomerang, wobei Richtungsänderungen 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 Luftpolster schweben. Verschiedene Flugbewegungen werden dadurch ermöglicht, 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 bestimmte 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 Umwelteinflüssen hohe Lagestabilität aufweist und das in umweltfreundlicher 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, umfangsseitigen 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 Betriebszustand eine große Zentrifugalkraft, die für einen hohen Förderdruck in den Leitungen sorgt. Durch spezielle Luftkanäle wird Luft radial nach außen gedrückt und in die Brennkammern eingeleitet, wobei diese auch nach dem FAN-Prinzip zur Kühlwirkung der heißen Brenngase herangezogen werden kann.

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

Fig. 1 Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Transportfahrzeug;

Fig. 2 Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Transportfahrzeug;

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 Richtung;

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

Fig. 7 Prinzipbild über die kombinierte Bewegung in horizontaler und vertikaler Richtung eines Luft- oder Gaskissenfahrzeuges.

In den nachfolgenden Fig. 1-6 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Kernbereich des neuen Transportfahrzeuges 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 angesaugt oder infolge der Fliehkraftwirkung über einen Oxidatortank 15 in die Brennkammer 4 gedrückt werden. Neben dem Oxidatortank 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 zweckmäßigerweise 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-Transporteinheit 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 drehbar gelagert sind. Aus dem Prinzipbild nach Fig. 2 ist erkennbar, 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 Treibstofftank 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 Rückstoßprinzip die Turbinenräder gegeneinander (Darstellung Fig. 2) drehen. Die darüber bzw. darunter befindlichen Turbinenräder bewegen sich jeweils gegenläufig zueinander, so daß die Rückstoßkräfte 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 dargestellten äußeren und inneren Gehäusesegemente 7a, 7b gegeneinander 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 vertikaler Richtung sind gemäß Fig. 5 Austrittsgase 22, 23 aus dem Druckgehäuse 7 nach unten auszublasen. Als Resultierende verbleibt eine Auftriebskraft 24, mit der das Transportfahrzeug vom Boden abhebt. Selbstverständlich können auch Neigungswinkel für die Auftriebskraft bzw. für das Druckgehäuse 7 eingestellt werden, 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 Bewegungen 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 Tragflügels, 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 Auftrieb bei hoher Horizontalgeschwindigkeit nach Art eines Flugzeug-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 Brennkammern 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 beiträgt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist nicht an jedem Ende eines Turbinenblattes 12.1-12.10 eine Brennkammer 4angeordnet. Dann wird durch die in den Turbinenblättern vorhandenen 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 Transportfahrzeuges bewirkt.

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

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Transportfahrzeuges kann der Auftrieb, insbesondere in der Startphase, dadurch 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 Vertikalkomponente als Reaktionskraft in Pfeilrichtung 25, 26 auftritt.

Die vorstehend beschriebenen Steuerungsmöglichkeiten von Luftkissenfahrzeugen können in gleicher Weise beim Betrieb des erfindungsgemäßen 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 Reaktionsgase kurz vor dem eigentlichen Verbrennungsprozeß gebildet werden können.

Je nach Betriebsweise - als in großen Höhen mit hoher Horizontalgeschwindigkeit fliegendes Transportmittel oder als mit relativ 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, Flugzeug, 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


Anspruch[de]
  1. 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 gegenläufig rotierenden Radialturbinenrädern (8) einer Radialturbine umfaßt,

    wobei an den radial außenliegenden Enden der Turbinenräder (8) Brennkammern (4) mit Ausstrahldüsen (3) fest angeordnet sind.
  2. 2. Transportfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Turbinenrädern (8) radiale Luftkanäle (12) ausgebildet sind.
  3. 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. 4. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in den Turbinenblättern (12.1-12.10) Tankbehälter (14) für die Versorgung der Brennkammern (4) mit Treibstoff angeordnet sind.
  5. 5. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Ausstrahldüsen (3) tangential am Turbinenrad (8) angeordnet sind.
  6. 6. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Ausstrahldüsen (3) austretenden Verbrennungsgase über am Druckgehäuse Boden angeordnete Schieber (1) oder seitlich angeordnete Luken (9) abgestrahlt werden.
  7. 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. 8. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Turbinenrädern (8) mindestens ein Ausgleichsgetriebe (10) angeordnet ist.
  9. 9. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich oder unterhalb des Druckgehäuses (7) ausfahrbare bzw. hochklappbare Füße (2) angeordnet sind.
  10. 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. 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. 12. Transportfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an oder in jedem Turbinenrad (8) mindestens ein Oxidatortank (15) und/oder ein Treibstofftank (16) angeordnet ist.
  13. 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) gewölbt ausgebildet ist.
  14. 14. Verfahren zur Steuerung eines Transportfahrzeuges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

    daß ein Brennstoffgemisch in die Brennkammern (4) eingeleitet 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 horizontale oder vertikale Transportbewegung erforderliche Innendruck im Druckgehäuse (7) erreicht ist.
  15. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Verbrennungsgase im Druckgehäuse (7) sammeln und zur Vortriebs- oder Steuerbewegung in den drei Koordinatenachsen genutzt werden.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Bewegungsrichtung des Transportfahrzeuges 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 Richtung wirkende Vortriebsrichtung erzeugen.
  17. 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Transportfahrzeuges in vertikaler Richtung am Boden des Druckgehäuses (7) Schieber (1) geöffnet oder geschlossen werden und daß nach dem Reaktionsprinzip die auf den freien Öffnungsquerschnitt des Schiebers (1) wirkende Druckkraft eine entgegengesetzt wirkende Auftriebskraft erzeugt.






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