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Dokumentenidentifikation DE10331661B4 08.12.2005
Titel Bodeneffektfahrzeug mit den Tragflächen zugeordneten ausschwenkbaren Schwenkklappen
Anmelder Piotrowski, Pawel, 12043 Berlin, DE
Erfinder Piotrowski, Pawel, 12043 Berlin, DE
Vertreter Patentanwälte Scholz & Partner, 12159 Berlin
DE-Anmeldedatum 12.07.2003
DE-Aktenzeichen 10331661
Offenlegungstag 05.01.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.12.2005
IPC-Hauptklasse B60V 1/08
IPC-Nebenklasse B64C 3/54   B65G 7/06   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Bodeneffektfahrzeug mit einem Rumpf und diesem seitlich zugeordneten Tragflächen.

Bis heute gibt es zwei Verkehrsmittel für den interkontinentalen Transport, das Schiff und das Flugzeug. Per Schiff können große Frachtmengen relativ billig über sehr große Entfernungen transportiert werden, Schiffe sind aber sehr langsam und an Küsten und/oder ins Landesinnere führende ausreichend tiefe Wasserstraßen gebunden. Flugzeuge dagegen sind zwar sehr schnell und können von Wasserstraßen unabhängig auch ins Landesinnere vordringen, Lufttransport ist aber relativ teuer und es können nur vergleichsweise geringe Frachtmengen befördert werden.

Ferner existiert ein alternatives Verkehrsmittel, welches die Kombination zwischen Preis und Geschwindigkeit im Transport der Fracht idealisiert, der sog. Ekranoplan. Hierbei handelt es sich quasi um ein relativ großes Fluggerät, das allerdings nicht fliegt, sondern sich auf einem Luftkissen über ebenen Untergrund, beispielsweise eine Wasseroberfläche, bewegen kann. Es nutzt dabei den aerodynamischen Bodeneffekt aus. Ein solches Fahrzeug ist schnell und wirtschaftlich.

Ein Luftkissen ist quasi ein leicht gängiges Rad. Das Fahrzeug schwebt auf dem Luftkissen und benötigt zum Vortrieb im Vergleich zu einem mit Bodenreibung behafteten Fahrzeug nur eine relativ geringe Vortriebsenergie. Bei einem sog. Hovercraft zum Beispiel wird durch ein Gebläse ein Luftkissen erzeugt, auf dem das Fahrzeug schwebt und zum Vortrieb dienen Luftschrauben. Mit einem solchen Fahrzeug ist ein schneller und sicherer Fährbetrieb über Wasser bis zu einem mittleren Wellengang und in Grenzfällen auch über Land möglich.

Anstatt mit einem Gebläse lässt sich ein Luftkissen auch durch einen aerodynamischen Bodeneffekt erzeugen. Das Luftkissen wird dabei durch den sog. Bodeneffekt ersetzt. Anders als beim Hovercraft entsteht bei einem solchen Bodeneffektfahrzeug das Luftkissen durch die Relativbewegung einer Tragfläche in geringer Höhe über eine möglichst ebene Oberfläche. Durch die Stauluft bei einer Relativbewegung wird eine Art Luftkissen aufgebaut, das als Bodeneffekt bezeichnet wird. Dabei verstärkt sich der Auftrieb und der induzierte Widerstand verringert sich dramatisch. Der Bodeneffekt beginnt bei einer Flughöhe, die etwa die halbe Spannweite der Tragfläche unterschreitet.

Das Phänomen des Bodeneffekts ist seit den Anfängen der Fliegerei bekannt, wo beobachtet wurde, dass sich die aerodynamischen Verhältnisse in Bodennähe dramatisch verändern. Der Auftrieb wird vergrößert, der Auftriebsschwerpunkt wandert nach hinten aus und der Widerstand wird kleiner. Daraus resultiert eine Verbesserung der Gleitzahl bei einer Steigerung der Flugleistungen. Bereits Anfang der dreißiger Jahre wurde begonnen, diesen Bodeneffekt auf Transatlantikflügen auszunutzen.

Nachteilig ist, dass der Bodeneffekt nur in sehr geringen Flughöhen auftritt, nämlich in Höhen, die kleiner als die Hälfte der Flügelspannweite sind. Deshalb sind relativ große Spannweiten notwenig, um Hindernisse, beispielsweise Wellen, problemlos überwinden zu können. Zudem erfordert der Übergang zum Bodeneffektflug eine sehr hohe Überwindungsenergie.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Tragfläche für ein Bodeneffektfahrzeug der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der bei geringer Spannweite ein ausreichend großer und sicherer Bodeneffekt erzielt werden kann, der es dem Fahrzeug erlaubt, bei unterschiedlichen Fluggeschwindigkeiten im Bodeneffekt zu agieren.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Schwenkklappen an ihren der Schwenkachse gegenüberliegenden freien Enden eine Mehrzahl von Teilklappen aufweisen, die einstückig mit den freien Enden der Schwenkklappen verbunden sind. Bei einer anderen Ausführung ist es vorgesehen, dass die Tragflächenhinterkante und Tragflächenseitenkante der Tragfläche parabelförmig ausgebildet und mit einer Mehrzahl von festen, ein- und ausschwenkbaren Teilklappen versehen sind.

Durch diese Maßnahmen wird eine Tragfläche geschaffen, die bei geschlossenen Klappen einen hohen Auftrieb der Tragflächen bietet. Die Klappen erzeugen im hinteren Bereich eine Druckzone, die den Auftrieb verstärkt. Die stehende Luft wird von den Tragflächen erfasst und nach unten beschleunigt. Sie kann aber wegen der Bodennähe nicht entweichen und wird durch Endscheiben beziehungsweise Klappen gezwungen, nach hinten abzufließen.

Bei höheren Geschwindigkeiten und geschlossenen Klappen staut sich die Luft und erhöht so den aerodynamischen Widerstand, so dass die Tragfläche abgebremst wird. Der Druck wird größer, die Luft entweicht nicht nur nach hinten, sondern auch zu den Seiten. Gleichzeitig verringert sich der induzierte Widerstand, da sich aufgrund der Bodennähe keine zentrale Luftwirbelschleppe ausbilden kann. Der induzierte Widerstand und damit die Luftwirbel werden umso kleiner, je weiter die Klappen nach außen geschwenkt werden. Die Klappen verhindern dabei, dass die Luft um die Tragflächenseitenkante strömt. Dies wirkt sich zwar negativ auf die Stabilität aus, jedoch ist diese Klappenstellung für langsamen Anflug, Bremsflug oder für Steigflug gut geeignet.

Bei geöffneten Klappen bieten die Tragflächen im Vergleich zu normalen Tragflächen einen nur geringen Widerstand und eine optimale Seitenstabilität bei einem vergleichsweise hohen Auftrieb.

Die etwas vergrößerte Flügelfläche mit gewölbten Klappen, die in dieser Position wie Endscheiben wirken, hat eine positive Auswirkung auf das Flugverhalten. Der Grund für das gute Flugverhalten ergibt sich aus der Reduzierung des induzierten Widerstandes (Wirbelschleppe) und aus der Erzeugung eines Druckpolsters im unteren hinteren Bereich der Tragfläche.

Bei ausgestellten Klappen hat die Luft genügend Raum, um nach hinten abzufließen. Diese Einstellung ist für den schnellen Flug im Bodeneffekt besonders geeignet.

Außerdem ist bemerkenswert, dass sich der Auftrieb sowie der Gleitkoeffizient auch bei großem Bodenabstand zur Tragfläche kaum verändern. Da bei vollständig geöffneten Klappen die Messwerte vergleichbar mit denen einer normalen Tragfläche sind, ist diese Tragfläche auch für den Freiflug geeignet.

Da die Angriffswinkel der einzelnen Teilklappen unabhängig voneinander eingestellt werden können, können die oben beschriebenen Klappenpositionen auch durch entsprechende Ausfahrwinkel der Teilklappen eingestellt werden.

Das Flugverhalten im Bodeneffekt wird durch die erfindungsgemäßen Schwenkklappen-Tragflächen optimal ausgenutzt. Eine solche Tragfläche kann sowohl im Bodeneffektflug als auch im Freiflug besonders gut der individuellen Flugsituation angepasst werden. Dadurch wird ein wirtschaftliches Transportmittel zur Verfügung gestellt, das die Vorteile von Schiff und Flugzeug in einem alternativen Verkehrsmittel verknüpft.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt:

1 die schematische Draufsicht auf ein Bodeneffektfahrzeug, mit den Tragflächen zugeordneten Schwenkklappen, in halbgeöffneter Stellung;

2 die schematische Darstellung einer Tragfläche von unten, mit geschlossener Schwenkklappe;

3 die schematische Darstellung einer Tragfläche, von unten, mit geöffneter Schwenkklappe;

4 die schematische Darstellung der Überlappung der Teilklappen und dem dadurch erzielten Strömungsverlauf an einer Tragfläche;

5 das Konstruktionsprinzip der Schwenkklappen an einer Tragfläche in Detaildarstellung;

6 die schematische Darstellung einer Tragfläche mit parabelförmigen Tragflächenhinterkanten und mehreren, nämlich fünf, festen, ein- und ausfahrbaren Teilklappen;

7 die schematische Darstellung einer Tragfläche mit parabelförmigen Tragflächenhinterkanten und mehreren, nämlich sechs, festen, ein- und ausfahrbaren Teilklappen.

Das in der 1 schematisch dargestellte Bodeneffektfahrzeug 10 besteht im Wesentlichen aus einem längs verlaufenden, flugzeugähnlichen Rumpf 11 und zwei beiderseits des Rumpfes 11 angebrachten Tragflächen 12 und 12a sowie einem Leitwerk 13. Im Bereich der Tragflächenvorderkanten 14 sind an den Tragflächenunterseiten 16 Schwenkklappen 18 angebracht, die sowohl über die Tragflächenhinterkanten 15 als auch über die Tragflächenseitenkanten 17 hinaus überstehen.

Die Schwenkklappen 18 sind in Drehpunkten 19 relativ zu den Tragflächen 12/12a verschwenkbar und an ihren äußeren freien Enden 21 mit äußeren Teilklappen 20, mittleren Teilklappen 20a und inneren Teilklappen 20b versehen, wie dies in den 2 und 3 im Detail dargestellt ist.

Bei der in der 2 dargestellten geschlossenen Stellung ragt die äußere Teilklappe 20 über die Tragflächenhinterkante 15 hinaus, während die innere Teilklappe 20b etwa mit der Tragflächenseitenkante 17 abschließt.

Wie die 4 zeigt, sind die Teilklappen 20, 20a und 20b auf einem Kreisbogen angeordnet, so dass die anströmende Luft von Klappe zu Klappe überlappend weitergeleitet wird. Dabei stößt der äußere Endpunkt 30 der mittleren Teilklappe 20a gegen die Außenseite 29 der inneren Teilklappe 20b und der innere Endpunkt 31 der äußeren Teilklappe 20 an die Außenseite 32 der mittleren Teilklappe 20a. Dadurch entsteht eine nach innen, d.h. zum Rumpf 11 gerichtete Luftströmung 22. Der Angriffswinkel 23 zwischen der Luftströmung 22 und der Tragfläche 12/12a ist variabel.

Die Teilklappen 20, 20a und 20b können von der Unterseite 16 der Tragfläche 12/12a wegweisend unterschiedlich stark gewölbt sein.

Wie die 5 zeigt, wird zwischen einer durch den äußeren Endpunkt 25 der inneren Teilklappe 20b geführten Waagerechten 27 und einer entlang der Außenseite 33 der äußeren Teilklappe 20 verlaufenden Senkrechten 28 ein Innenwinkel 24 gebildet. Der Innenwinkel 24 ist vorzugsweise ein rechter Winkel. Der Innenwinkel 24 ist durch die Anzahl der jeweils vorgesehenen Teilklappen 20, 20a und 20b geteilt, wobei die Anzahl der Teilklappen variabel sein kann. Sie bilden Teilwinkel 35, die gleichgroß sind und sich im Schnittpunkt 34 der Waagerechten 27 und der Senkrechten 28 treffen.

Die Mittelsenkrechte 36 der inneren Teilklappe 20b und Mittelsenkrechte 36a der äußeren Teilklappe 20 treffen sich in dem Drehpunkt 19 der Schwenkklappe 18. Die Schwenkklappe 18 kann computergesteuert den jeweiligen Flugsituationen angepasst werden. Der Drehpunkt 19 kann dabei auf einer nicht dargestellten Schiene längs verschoben werden.

In der 6 ist eine Tragfläche 12b dargestellt, deren Tragflächenhinterkante 15a parabelförmig ausgebildet ist. Die parabelförmig ausgebildete Tragflächenhinterkante 15a und die ebenfalls parabelförmig ausgebildete Seitenkante 17a sind mit mehreren, nämlich hier mit fünf festen, ein- und ausfahrbaren Teilklappen 37 versehen.

Bei der in der 7 dargestellten Ausführung sind die parabelförmig ausgebildete Tragflächenhinterkante 15a und die ebenfalls parabelförmig ausgebildete Seitenkante 17a der Tragfläche 12b mit sechs festen, ein- und ausfahrbaren Teilklappen 37 versehen.

Die Teilklappen 37 sind individuell und einzeln ein- und ausfahrbar. Ein seitliches Verschwenken ist dabei nicht vorgesehen. Durch entsprechendes Ansteuern der Teilklappen 37 können alle Positionen und Einstellungen vorgenommen werden, die erforderlich sind, um das je nach Beladungszustand und Geschwindigkeit erforderliche Luftkissen aufbauen zu können. Diese Ausführung ist relativ wartungsarm und kann platzsparend bei entsprechender Konstruktion in die Tragflächen 12b integriert werden.


Anspruch[de]
  1. Bodeneffektfahrzeug mit einem Rumpf und diesem seitlich zugeordneten Tragflächen; den Tragflächen (12, 12a) in die Bereiche ihrer Tragflächenhinterkanten (15) und Tragflächenseitenkanten (17) ausschwenkbare Schwenkklappen (18) zugeordnet sind, die Schwenkklappen (18) um im Bereich der Tragflächenvorderkanten (14) vorgesehene, senkrecht zur Tragfläche (12, 12a) verlaufende Schwenkachsen (19) verschwenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkklappen (18) an ihren der Schwenkachse (19) gegenüberliegenden freien Enden (21) eine Mehrzahl von Teilklappen (20, 20a, 20b) aufweisen, die einstückig mit den freien Enden (21) der Schwenkklappen (18) verbunden sind.
  2. Bodeneffektfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilklappen (20, 20a, 20b) von der Tragfläche (12, 12a) weg gewölbt sind.
  3. Bodeneffektfahrzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungen der Teilklappen (20, 20a, 20b) eine unterschiedlich starke Krümmung aufweisen.
  4. Bodeneffektfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilklappen (20, 20a, 20b) unterschiedlich groß sind und unterschiedliche Angriffswinkel (23) zwischen der Tragflächenvorderkante (14) und der Luftströmung (22) aufweisen.
  5. Bodeneffektfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (19) im Schnittpunkt der Mittelsenkrechten (36, 36a) der äußeren Teilklappe (20) und der inneren Teilklappe (20b) liegt.
  6. Bodeneffektfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den äußeren Endpunkt (25) der inneren Teilklappe (20b) verlaufende Waagerechte (27) und die durch den äußeren Endpunkt (26) der äußeren Teilklappe (20) verlaufende Senkrechte (28) einen Innenwinkel (24) bilden, wobei der Innenwinkel (24) ein rechter Winkel ist.
  7. Bodeneffektfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwinkel (24) die Verlängerungen der Außenseiten (29, 32, 33) der Teilklappen (20, 20a, 20b) sich im Schnittpunkt (34) der Waagerechte (27) und der Senkrechte (28) treffen und den Innenwinkel (24) in gleichgroße Teilwinkel (35) teilen.
  8. Bodeneffektfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (19) der Schwenkklappe (18) verschiebbar ist.
  9. Bodeneffektfahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkklappen (18) in Abhängigkeit von der aktuellen Flugsituation von einem Steuerungsrechner pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektrisch verstellbar sind.
  10. Bodeneffektfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragflächenhinterkante (15a) und Tragflächenseitenkante (17a) der Tragfläche (12b) parabelförmig ausgebildet und mit einer Mehrzahl von festen, ein- und ausschwenkbaren Teilklappen (37) versehen sind.
  11. Bodeneffektfahrzeug nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragflächenhinterkante (15a) und Tragflächenseitenkante (17a) der Tragfläche (12b) parabelförmig ausgebildet und mit fünf festen, ein- und ausschwenkbaren Teilklappen (37) versehen sind.
  12. Bodeneffektfahrzeug nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragflächenhinterkante (15a) und Tragflächenseitenkante (17a) der Tragfläche (12b) parabelförmig ausgebildet und mit sechs festen, ein- und ausschwenkbaren Teilklappen (37) versehen sind.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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