Bodeneffektfahrzeug Ground effect vehicle
Die Erfindung betrifft ein Bodeneffektfahrzeug für den Trans¬ port von Gütern und/oder Personen, bestehend aus mindestens einem Rumpf, Bodeneffekttragflächen zur Erzeugung eines Boden¬ effekt-Luftkissens, einem Leitwerksträger mit einem Leitwerk, einer Antriebsvorrichtung mit mindestens einem Luftpropeller und Schwimmern zum Manövrieren im Wasser.The invention relates to a floor effect vehicle for the transport of goods and / or people, consisting of at least one fuselage, floor effect support surfaces for producing a floor effect air cushion, an empennage carrier with an empennage, a drive device with at least one air propeller and floats for maneuvering in Water.
Derartige Bodeneffektfahrzeuge sind unter den verschiedensten Bezeichnungen bekannt geworden und werden in der Regel als in Niedrigst-Flughöhen über Wasseroberflächen operierende Fahr¬ zeuge mit Schwimmern und Bodeneffekttragflächen ausgestattet, die im Bodeneffekt über Wasser- und Bodenflächen gleiten kön¬ nen. Bei derartigen Bodeneffektfahrzeugen ist es von entschei¬ dender Bedeutung, daß die im Wasser befindlichen Schwimmer schnellstmöglich aus dem Wasser herausgehoben werden, weil diese mit zunehmender Geschwindigkeit im Wasser einen extrem hohen Ernergieaufwand verursachen und damit die Startstrecke, die Startdauer und das Gewicht durch die erforderlich werden¬ den schwereren Antriebsmotoren sehr erheblich negativ beein- flussen.Such ground effect vehicles have become known under a wide variety of names and are generally equipped as floats and ground effect wings as vehicles operating at very low altitudes above water surfaces, which can glide over water and ground surfaces in the ground effect. With such ground effect vehicles, it is of crucial importance that the swimmers in the water are lifted out of the water as quickly as possible, because with increasing speed in the water they cause an extremely high energy expenditure and thus the starting distance, the starting time and the weight are required by them ¬ have a very significant negative impact on the heavier drive motors.
Ein solches Bodeneffektfahrzeug ist aus der DE-AS 18 33 311 bekannt geworden, bei dem seitlich des Rumpfes zwei Boden¬ effekttragflächen angeordnet sind, die am äußeren Ende mit Schwimmern versehen sind. Am hinteren Ende der Bodeneffekt¬ tragflächen sind weiterhin zwei Leitwerksträger angeordnet, die über ein Höhenleitwerk miteinander verbunden sind. Als Antriebsvorrichtung für den Flug unter Bodeneffektbedingungen
ist am Heck des Rumpfes ein motorbetriebener Schubpropeller vorgesehen. Weiterhin besitzt dieses Bodeneffektfahrzeug einen Zusatzantrieb für die einfache Wasserfahrt mit geringer Ge¬ schwindigkeit. Dieser Zusatzantrieb besteht aus einem eben- falls am Heck des Bodeneffektfahrzeuges angeordneten ein- und in die Betriebsstellung ausklappbaren Wasserpropeller (Schiffsschraube) .Such a floor effect vehicle has become known from DE-AS 18 33 311, in which two floor effect wings are arranged to the side of the fuselage, which are provided with floats at the outer end. At the rear end of the floor effect wings there are also two tail booms which are connected to one another by a horizontal tailplane. As a drive device for flight under ground effect conditions a motor-driven thrust propeller is provided at the stern of the fuselage. Furthermore, this floor effect vehicle has an additional drive for simple water travel at low speed. This additional drive consists of a water propeller (ship's propeller) which is also arranged at the rear of the floor effect vehicle and can be folded out into the operating position.
Weitere bekannte Varianten von Bodeneffektfahrzeugen gehen aus der Zeitschrift "Schiff & Hafen", Heft 9/1994, Seiten 148 bis 150 hervor. Diese Bodeneffektfahrzeuge bestehen ebenfalls aus einem Rumpf mit seitlichen Bodeneffekttragflächen und einer Leitwerksanordnung im hinteren Bereich. Der Antrieb erfolgt hier durch von Motoren angetriebene Luftpropeller die ggf. um- mantelt sind und möglichst weit oberhalb der Wasserlinie im vorderen oder hinteren Bereich des Bodeneffektfahrzeuges posi¬ tioniert sind.Further known variants of floor effect vehicles can be found in the magazine "Schiff & Hafen", issue 9/1994, pages 148 to 150. These floor effect vehicles also consist of a fuselage with side floor effect wings and a tail assembly in the rear area. The propulsion takes place here by air propellers which are driven by motors and which, if appropriate, are encased and are positioned as far as possible above the waterline in the front or rear area of the ground effect vehicle.
Derartige Bodeneffektfahrzeuge zeigen die bekannten Nachteile, die darin bestehen, daß einerseits eine beträchtliche Be¬ schleunigungsstrecke im Wasser benötigt wird, bis die Abhe¬ begeschwindigkeit erreicht ist, was einerseits durch die nöti¬ ge Triebwerksleistung ein höheres Gewicht durch die stärkeren Motoren und Lärm verursacht und andererseits einen beträcht- liehen Treibstoffverbrauch zur Folge hat. Weiterhin ist eine Änderung der Schwerpunktlage, die in der Hauptsache in Längs¬ richtung auftreten kann, bei solchen Bodeneffektfahrzeugen problematisch, da hierbei der Anstellwinkel der Bodeneffekt¬ tragflächen auf unerwünschte Weise verändert werden kann. Die Folge ist ein instabiles Verhalten, welches zwischen Start¬ phase und Horizontalflug immer wieder korrigiert werden muß.Such ground effect vehicles show the known disadvantages, which consist in that on the one hand a considerable acceleration distance in the water is required until the take-off speed is reached, which on the one hand causes a higher weight due to the necessary engine power due to the stronger engines and noise and on the other hand, it results in considerable fuel consumption. Furthermore, a change in the center of gravity, which can mainly occur in the longitudinal direction, is problematic in such floor effect vehicles, since the angle of attack of the floor effect wings can be changed in an undesirable manner. The result is unstable behavior, which must be corrected again and again between take-off phase and horizontal flight.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Boden¬ effektfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Bodeneffektfahrzeuges zu schaffen, bei dem die problematische Startphase im Wasser erheblich verkürzt wird und mit dem die Wendigkeit verbessert und eine Optimierung des Wirkungsgrades des Antriebes in der Startphase erreicht wird und vorwiegend
in Küstennähe wegen des lautlosen Betriebes ausschließlich mit dem Wasserantrieb manövriert werden kann und sowohl im Wasser, als auch in der Luft den bestem Wirkungsgrad erreicht.The object of the invention is therefore to create a floor effect vehicle and a method for operating such a floor effect vehicle, in which the problematic starting phase in the water is considerably shortened and with which the maneuverability is improved and the drive efficiency is optimized in the starting phase will and predominantly near the coast, because of the silent operation, it can only be maneuvered with the water drive and achieves the best efficiency both in water and in the air.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird bei einem Bodeneffektfahrzeug der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Rumpf zwischen Außenschwimmern mit einer ein Flaremodul bildenden Baugruppe, bestehend aus Bodeneffekttrag¬ flächen, Leitwerksträger mit Höhen- und Seitenleitwerk und Luftschraube, verbunden ist und daß die Antriebsvorrichtung zusätzlich mit mindestens einem Wasserantrieb versehen ist, der mindestens aus einer auf das Wasser einwirkenden Schiffs¬ schraube und/oder mindestens einem Wasserstrahlantrieb be¬ steht .The object on which the invention is based is achieved in a floor effect vehicle of the type mentioned at the outset in that the fuselage between the outer floats is connected to an assembly which forms a flare module, consisting of floor effect support surfaces, tail booms with vertical and vertical stabilizers and propeller, and in that the drive device is additionally provided is provided with at least one water drive, which consists of at least one propeller acting on the water and / or at least one water jet drive.
Durch diese Lösung wird ein leicht herzustellendes und einfach zu wartendes Bodeneffektfahrzeug geschaffen, welches im Wasser in Küstennähe sehr leise sowie äußerst wendig ist und bei dem eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades der Antriebsvor- richtung erreicht wird, wodurch eine erhebliche Einsparung an Treibstoff und eine wesentliche Verkürzung der problematischen Startphase im Wasser erreicht wird. Außerdem wird die Ξtart- phase zeitlich erheblich verkürzt. Ein weiterer Vorteil ist noch darin zu sehen, daß der sonst bei Bodeneffektfahrzeugen aus Sicherheitsgründen erforderliche, unmittelbar auf das Wasser einwirkende Notantrieb entfallen kann.This solution creates an easy-to-manufacture and easy-to-maintain ground-effect vehicle, which is very quiet and extremely manoeuvrable in the water near the coast and in which a significant increase in the efficiency of the drive device is achieved, as a result of which a considerable saving in fuel and a substantial reduction in time the problematic start phase in water is reached. In addition, the start phase is considerably shortened. Another advantage can be seen in the fact that the emergency drive, which is otherwise required for ground-effect vehicles for safety reasons and acts directly on the water, can be dispensed with.
Vorzugsweise ist dabei der Antriebsmotor der Antriebsvor¬ richtung während der Startphase vom Wasserantrieb auf den Luftpropeller umsteuerbar.Preferably, the drive motor of the drive device can be reversed from the water drive to the air propeller during the starting phase.
Der Wasserantrieb und der Luftpropeller können in allen Betriebszuständen alternativ mitlaufen.The water drive and the air propeller can alternatively run in all operating states.
Der auf das Wasser einwirkende Antrieb, bestehend aus Schiffs¬ schraube oder Wasserstrahlantrieb sollte einen Anteil an der installierten Gesamtleistung von mehr als 10 % aufweisen, so daß eine ausreichende Beschleunigung während der Wasserfahrt
und in der Startphase erreicht wird.The drive acting on the water, consisting of a propeller or water jet drive, should have a share of the installed total output of more than 10%, so that sufficient acceleration during water travel and is achieved in the starting phase.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Fahrzeug mit einer im Wasser wirkenden Lenkeinrichtung versehen, die entweder aus mindestens einem Ruder, oder aus dem Wasseran¬ trieb besteht, dessen Schraube oder Schubstrahl im wesentli¬ chen in einer zur Wasseroberfläche parallelen Ebene schwenkbar ist .In a further embodiment of the invention, the vehicle is provided with a steering device acting in the water, which consists either of at least one rudder or of the water drive, the screw or thrust jet of which can be pivoted essentially in a plane parallel to the water surface.
Zur Verringerung des Luftwiderstandes kann die Schraube des Wasserantriebes im abgeschalteten Zustand in den Rumpf ein¬ fahrbar sein. Zu diesem Zweck kann der Rumpf mit einer ver¬ schließbaren RumpfÖffnung versehen sein.To reduce the air resistance, the screw of the water drive can be moved into the fuselage when it is switched off. For this purpose, the fuselage can be provided with a closable fuselage opening.
Zur Reduzierung des Gesamtgewichtes des Fahrzeugs kann eine vergleichsweise kleine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen werden, wenn in der Startphase ein dafür besonders ausgelegter Turbo-Lader kurzzeitig eine erhebliche Leistungssteigerung ermöglicht, indem der Ladedruck kräftig erhöht wird, also ein Overboostbetrieb erfolgt. Die zusätzliche Leistung kann über den Luftpropeller und den Wasserantrieb in Schub umgesetzt werden. Der erhöhte Ladedruck kann so lange beibehalten wer¬ den, wie eine ausreichende Kühlung der Maschine gewährleistet ist. Auf diese Weise kann in den kritischen Phasen beim Start ohne größeren Mehraufwand eine erhebliche Leistungssteigerung erzielt werden.To reduce the overall weight of the vehicle, a comparatively small internal combustion engine can be provided if, in the start phase, a turbocharger specially designed for this allows a significant increase in performance for a short time by significantly increasing the boost pressure, i.e. overboost operation. The additional power can be converted into thrust via the air propeller and the water drive. The increased boost pressure can be maintained as long as sufficient cooling of the machine is ensured. In this way, a significant increase in performance can be achieved in the critical phases at the start without much additional effort.
Kritisch ist bei Bodeneffektfahrzeugen die Phase des Abwas- serns , da sich in diesem Zustand die Auftriebskräfte vom Was- ser auf die Luft verlagern. Sobald die Luftkräfte nicht exakt die gleiche Lage der Resultierenden aufweisen wie die Wasser¬ kräfte, würde ein Nickmoment so entstehen, das Fahrzeug entwe¬ der wieder vorwärts ins Wasser zurückfällt - was wegen des selbststabilisierenden Effektes unkritisch wäre - oder sich aufbäumt und steil nach oben steigt, einen sogenannten Pitch- up ausführt, was zu sehr gefährlichen Zuständen führt.
Durch die erfindungsgemäße Kombination des Wasser-/Luftantrie- bes wird diese Gefahr des Pitch-up minimiert, da der Wasser¬ antrieb ein positives Nickmoment erzeugt, also die Nase nach oben hebt, was beim Abwassern entfällt, so daß sich das Fahr- zeug nach dem Abheben stabilisiert, oder bei falschem Trimm¬ zustand oder bei falschen Steuerbewegungen ins Wasser zurück¬ fällt, jedoch nicht zum Pitch-up neigt.The phase of the wastewater is critical in the case of ground effect vehicles, since in this state the buoyancy forces shift from the water to the air. As soon as the air forces do not have exactly the same position of the resultant as the water forces, a pitching moment would arise so that the vehicle either falls forward again into the water - which would be uncritical due to the self-stabilizing effect - or rears up and rises steeply upwards carries out a so-called pitch-up, which leads to very dangerous conditions. The combination of the water / air drive according to the invention minimizes this risk of pitch-up, since the water drive generates a positive pitching moment, that is, lifts the nose upwards, which is not necessary when sewage is discharged, so that the vehicle loses itself stabilized when taking off, or falls back into the water in the wrong trim state or in the case of incorrect control movements, but does not tend to pitch up.
Die Rotationsachse der Tragfläche liegt beim Abheben deckungs- gleich auf der gerade gestalteten Flügelhinterkante, recht¬ winklig zur Längsachse, so daß das Luftkissen unter dem Tragwerk in der wichtigen Phase des Abwasserns bestmöglich nach hinten abgedichtet ist. Durch diese Bauweise kann während der Startphase ein maximaler Anstellwinkel mit größtmöglichem Auftrieb des Tragwerkes bei niedriger Abhebegeschwindigkeit erreicht werden. Bei nicht gerader, rechtwinkliger Auslegung oder anderer Lage der Hinterkante ist entweder eine maximale Abdichtung des Stauraumes oder ein maximaler Anstellwinkel des Tragwerkes, nicht jedoch beides gleichzeitig möglich.The axis of rotation of the wing lies congruently on the newly designed trailing edge of the wing, at right angles to the longitudinal axis, so that the air cushion under the structure is optimally sealed to the rear in the important phase of sewage. Thanks to this design, a maximum angle of attack with the greatest possible buoyancy of the structure at a low lift-off speed can be achieved during the starting phase. In the case of a non-straight, right-angled design or a different position of the rear edge, either a maximum sealing of the storage space or a maximum angle of attack of the supporting structure is possible, but not both at the same time.
Der Wasserantrieb sollte hinter der Rotationsachse (Hinterkan¬ te der Tragfläche) und so tief im Wasser liegen, daß die Schubwirkung des Wasserantriebes nur durch das Abwassern und nicht durch die Nickbewegung des Rumpfes abgebrochen wird.The water drive should be behind the axis of rotation (rear edge of the wing) and so deep in the water that the thrust effect of the water drive is interrupted only by the waste water and not by the pitching movement of the fuselage.
Ferner können am Rumpf in einem Abstand vor den Bodeneffekt¬ tragflächen kurze Canard-Flügel angeordnet sein. Diese dienen insbesondere zum wirkungvollen Steuern des Anstellwinkels, was durch den großen Hebelarm zur hinteren geraden Flügelkante, was der Rotationsachse entspricht, gegeben ist. Darüberhinaus können die Canard-Flügel die normale Höhenruderfunktion über¬ nehmen.Furthermore, short canard wings can be arranged on the fuselage at a distance from the floor effect wings. These are used in particular to effectively control the angle of attack, which is given by the large lever arm to the rear straight wing edge, which corresponds to the axis of rotation. In addition, the canard wings can take over the normal elevator function.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung wird wei- terhin durch ein Verfahren zum Betreiben eines Bodeneffekt¬ fahrzeuges gelöst, bei dem das Bodeneffektfahrzeug während der Startphase von mindestens einer auf das Wasser wirkenden Schiffsschraube oder einen Wasserstrahlantrieb angetrieben
wird und während der Flugphase ausschließlich vom Luftpropel¬ ler, der vom gleichen oder von einem separaten Motor an¬ getrieben werden kann. Der Wasserantrieb und der Luftantrieb können gemeinsam laufen, aber auch jeder für sich getrennt ab- und zugeschaltet werden.The object on which the invention is based is further achieved by a method for operating a ground effect vehicle, in which the ground effect vehicle is driven by at least one propeller acting on the water or a water jet drive during the starting phase is and during the flight phase exclusively by the air propeller, which can be driven by the same or by a separate motor. The water drive and the air drive can run together, but each can be switched on and off separately.
Die Leistungsverteilung zwischen der Luftschraube und dem Wasserantrieb kann auch während des Übergangs von der Start¬ phase in die Flugphase stufenlos geregelt werden.The power distribution between the propeller and the water drive can also be regulated continuously during the transition from the start phase to the flight phase.
Dadurch erfolgt der Abfall des Wasserschubes als auch der Zu¬ wachs an Luftantriebsschub stetig, so daß die sonst auftreten¬ den Probleme, die beim Verlassen des Wassers zu einer Änderung der Längsmomente und der damit einhergehenden Nickbewegung, Pitchdynamik bzw. zu Stabilitätseinbußen führen, λ'ermieden werden können. Die Umsteuerung des Antriebsschubes kann durch Blattverstcj.iung der Propeller und /oder der Schiffsschraube vorgenommen werden.As a result, the drop in water thrust and the increase in air drive thrust take place continuously, so that the otherwise occurring problems which lead to a change in the longitudinal moments when leaving the water and the associated pitching movement, pitch dynamics or loss of stability, λ ' can be avoided. The drive thrust can be reversed by adjusting the blades of the propeller and / or the propeller.
Die Umsteuerung der Leistungsverteilung kann auch in Abhängig¬ keit eines vom Medium Wasser abhängigen Parameters des Wasser¬ antriebs, wie beispielsweise der Drehzahl oder des Drehmomen¬ tes, der abgegebenen Leistung, der Betriebstemperatur, der Vorwärtsgeschwindigkeit in der Luft und/oder im Wasser oder einer Kombination dieser Parameter erfolgen, wobei eine Steuerungseinrichtung, wie beispielsweise eine elektronische Steuerungseinrichtung, während dem Übergang von der Startphase in die Flugphase, die Verteilung der Antriebsenergie umsteu¬ ert .The reversal of the power distribution can also be dependent on a parameter of the water drive which is dependent on the medium water, such as, for example, the speed or the torque, the output power, the operating temperature, the forward speed in the air and / or in water or one These parameters are combined, a control device, such as an electronic control device, redirecting the distribution of the drive energy during the transition from the start phase to the flight phase.
Bei der Verwendung von zwei oder mehr Rümpfen (Katamaran, Trimaran) kann die Steuerung des Bodeneffektfahrzeuges zweck¬ mäßig durch wechselseitige Veränderung der Schubkraft der Antriebsvorrichtungen erfolgen.When using two or more hulls (catamaran, trimaran), the control of the floor effect vehicle can expediently take place by mutually changing the thrust force of the drive devices.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bodenef¬ fektfahrzeuges mit einem Luftpropellerantrieb und einem auf das Wasser einwirkenden Schiffsschraubenan¬ trieb sowie zwei seitlichen Außenschwimmern;The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing: 1 shows a side view of a floor effect vehicle according to the invention with an air propeller drive and a propeller drive acting on the water and two lateral outer floats;
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Bodeneffektfahrzeug nach Fig. 1 mit einer hochgestellten Leitwerksanordnung;FIG. 2 shows a top view of the floor effect vehicle according to FIG. 1 with a raised tail assembly; FIG.
Fig. 3 die Rückansicht des Bodeneffektfahrzeuges nach Fig. 1;3 shows the rear view of the ground effect vehicle according to FIG. 1;
Fig. 4 eine perspektivische Unteransicht des Bodeneffektfahr¬ zeuges nach Fig. 1;FIG. 4 is a perspective bottom view of the floor effect vehicle according to FIG. 1;
Fig. 5 eine perspektivische Draufsicht auf das Bodeneffekt- fahrzeug nach Fig. 1;5 shows a perspective top view of the ground effect vehicle according to FIG. 1;
Fig. 6 eine Seitenansicht eines Bodeneffektfahrzeuges mit Bodeneffekttragflächen in Form eines Hochdeckers mit längs verlaufenden Schwimmern zur Aufnahme des Leit- werkes und des Luftschraubenantriebes;6 shows a side view of a floor effect vehicle with floor effect wings in the form of a high-wing aircraft with longitudinal floats for receiving the tail unit and the propeller drive;
Fig. 7 eine Draufsicht auf das Bodeneffektfahrzeug nach Fig. 6 ; undFIG. 7 shows a top view of the floor effect vehicle according to FIG. 6; and
Fig. 8 die Rückansicht des Bodeneffektfahrzeuges nach Fig. 6.8 shows the rear view of the ground effect vehicle according to FIG. 6.
Aus den Fig. 1 bis 5 geht ein erfindungsgemäßes Bodeneffekt¬ fahrzeug mit einem ummanteltem Luftpropellerantrieb 1 und einem auf das Wasser einwirkenden Antrieb mit einer Schiffs- schraube 2 sowie zwei seitlichen Außenschwimmern 3, 4 hervor. Zwischen den Außenschwimmern 3, 4 befindet sich eine Boden¬ effekttragfläche 5, an der mittig ein Rumpf 6 angeordnet ist. Am in Fahrtrichtung gesehen hinteren Ende des Rumpfes 6 ist ein Leitwerksträger 7 befestigt, dessen zwei Längsarme 8, 9 ein doppeltes Seitenleitwerk 10 und ein Höhenleitwerk 11 tra¬ gen. An dem Rumpf 6 sind in einem Abstand vor den Bodeneffekt¬ tragflächen 5 kurze Canard-Flügel 16 angeordnet, die eine besonders wirksame Steuerfunktion in der Startphase erlauben.
Die Drehachse beim Abwassern ist vorzugsweise die Flügelhin¬ terkante der Bodeneffektragflache 5, besonders dann, wenn diese rechtwinklig zur Längsachse angeordnet ist und so das Luftkissen unter dem Tragwerk in der wichtigen Phase des Ab- wassern bestmöglich nach hinten abdichtet. Damit kann während der Start- und Landephase ein maximaler Anstellwinkel mit größtmöglichem Auftrieb des Tragwerkes für eine möglichst niedrige Abhebegeschwindigkeit genutzt werden.1 to 5 show a ground effect vehicle according to the invention with a jacketed air propeller drive 1 and a drive acting on the water with a propeller 2 and two lateral outer floats 3, 4. Between the outer floats 3, 4 there is a floor effect wing 5 on which a hull 6 is arranged in the center. At the rear end of the fuselage 6, as seen in the direction of travel, a tail boom 7 is fastened, the two longitudinal arms 8, 9 of which bear a double vertical tail 10 and an elevator 11. On the fuselage 5, short canard wings 5 Wing 16 arranged, which allow a particularly effective control function in the start phase. The axis of rotation when wastewatering is preferably the wing rear edge of the floor effect supporting surface 5, particularly if this is arranged at right angles to the longitudinal axis and thus seals the air cushion under the supporting structure to the rear as best as possible in the important phase of the wastewatering. This means that a maximum angle of attack with the greatest possible buoyancy of the structure can be used during the take-off and landing phase for the lowest possible take-off speed.
Bei nicht rechtwinkliger Auslegung oder anderer Lage der Hin¬ terkante der Bodeneffekttragfläche 5 ist entweder eine maxi¬ male Abdichtung des Stauraumes oder ein maximaler Anstell¬ winkel des Tragwerkes, nicht jedoch beides gleichzeitig, mög¬ lich.In the case of a non-rectangular design or a different position of the rear edge of the floor effect supporting surface 5, either a maximum sealing of the storage space or a maximum setting angle of the supporting structure, but not both at the same time, is possible.
Der Antrieb des Luftpropellers 1 und der Schiffsschraube 2 er¬ folgt durch einen innerhalb des Rumpfes 6 angeordneten An¬ triebsmotor, beispielsweise über Zahnriemen, wobei dem An¬ triebsmotor ein Verteilergetriebe zugeordnet ist. Anstelle des Verteilergetriebes, oder zusätzlich, kann ein stufenloses Ge¬ triebe nachgeschaltet werden.The propeller 1 and the propeller 2 are driven by a drive motor arranged inside the fuselage 6, for example via toothed belts, a transfer case being assigned to the drive motor. Instead of, or in addition to, the transfer case, a continuously variable transmission can be connected downstream.
Zur Reduzierung des Gesamtgewichts des Fahrzeugs kann als Antriebsmotor eine vergleichsweise kleine Verbrennungskraft- maschine vorgesehen werden, wenn in der Startphase ein dafür besonders ausgelegter Turbo-Lader kurzzeitig eine erhebliche Leistungssteigerung ermöglicht, indem der Ladedruck kräftig erhöht wird, also ein Overboostbetrieb erfolgt. Die? zusätz¬ liche Leistung kann über den Luftpropeller 1 und die Schiffs- schraube 2 in Schub umgesetzt werden. Der erhöhte Ladedruck kann so lange beibehalten werden, wie eine ausreichende Küh¬ lung des Antriebsmotors gewährleistet ist. Auf diese Weise kann in den kritischen Phasen beim Start ohne größeren Mehr¬ aufwand eine erhebliche Leistungssteigerung erzielt werden.To reduce the overall weight of the vehicle, a comparatively small internal combustion engine can be provided as the drive motor if, in the start-up phase, a specially designed turbocharger enables a significant increase in performance for a short time by significantly increasing the boost pressure, ie overboost operation. The? additional power can be converted into thrust via the air propeller 1 and the propeller 2. The increased boost pressure can be maintained as long as adequate cooling of the drive motor is ensured. In this way, a significant increase in performance can be achieved in the critical phases at the start without major additional effort.
Die zusätzliche Leistung des Antriebsmotors im Overboost-Be- trieb, die zu einer Verdopplung der Gesamtleistung oder auch darüber hinaus führen kann, reicht aus, um für die Zeit des
Overboost-Betriebes den Luftpropeller 1 und die Schiffsschrau¬ be 2 aus der gleichen Quelle gleichzeitig zu betreiben, wobei eine ausgeglichene Leistungsbilanz erreicht wird.The additional power of the drive motor in overboost operation, which can lead to a doubling of the total power or even more, is sufficient for the time of Overboost operation to operate the air propeller 1 and the propeller 2 from the same source at the same time, a balanced power balance being achieved.
Bei Erreichen der Abhebegschwindigkeit verliert das Fahrzeug den Wasserkontakt und die Schiffsschraube befindet sich nun in der Luft, d.h. die Dichte des Strömungsmediums nimmt erheblich ab. Die Folge ist eine unausgeglichene Leistungsbilanz, die ein Übertouren des Motors zur Folge hätte, was jedoch vom normalen Motormanagement automatisch verhindert wird.When the take-off speed is reached, the vehicle loses water contact and the propeller is now in the air, i.e. the density of the flow medium decreases considerably. The result is an unbalanced power balance that would result in engine overturning, but this is automatically prevented by normal engine management.
Ein großer Vorteil dieser Auslegung liegt darin, daß sich ohne Blattverstellung und ohne zusätzliche Regelung nur durch ein abgestimmtes Motormanagement immer stabile Gleichgewichts- zustände selbsttätig einstellen. Zusätzlich kann eine Aus¬ führung auch so gefunden werden, daß nicht nur der Einfluß des Wasserantriebes, sondern zusätzlich auch die abnehmende Leistungsaufnahme des Luftantriebes bei steigender Geschwin¬ digkeit berücksichtigt wird, so daß der Luftpropeller ] in einer Stellung fixiert ist, die dem Schnellflug entspricht und im Stand bzw. bei niedrigen Geschwindigkeiten während der Startphase durch Überschußanteile des Overboost auf Drehzahl gebracht wird. In dieser Ausführung, die nur eine entsprechen¬ de Abstimmung der Auslegungsparameter erfordert, würde der Overboost beides ausgleichen, den Leistungsbedarf der Schiffs¬ schraube und den Zusatzleistungsbedarf des Luftpropellers durch den hohen Anstellwinkel der Propellerblätter. Im Reise¬ zustand würde damit die abgegebene Leistung des Motors redu¬ ziert, ohne daß eine Blattverstellung erfolgen muß.A great advantage of this design is that, without blade adjustment and without additional control, only stable engineered conditions are automatically achieved by a coordinated engine management system. In addition, an embodiment can also be found such that not only the influence of the water drive, but also the decreasing power consumption of the air drive with increasing speed is taken into account, so that the air propeller is fixed in a position which corresponds to the high-speed flight and is brought to speed in the state or at low speeds during the starting phase by excess portions of the overboost. In this embodiment, which only requires a corresponding adjustment of the design parameters, the overboost would compensate for both the power requirement of the propeller and the additional power requirement of the air propeller due to the high angle of attack of the propeller blades. In the travel state, the power output of the engine would thus be reduced without having to adjust the blade.
Außerdem ist der Luftpropeller 1 in einer bevorzugten Aus¬ führung durch eine Trennkupplung abschaltbar, so daß im Hafen beim Manövrierbetrieb kein Lärm und kein Propellerstrahl ent¬ steht und das Fahrzeug nur mit dem Wasserantrieb gefahren wird.In addition, in a preferred embodiment, the air propeller 1 can be switched off by means of a separating clutch, so that no noise and no propeller jet arises in the port during maneuvering operation and the vehicle is driven only by the water drive.
Aus den Fig. 6 bis 8 geht eine Variante des Bodeneffektfahr¬ zeuges hervor, bei der die Bodenefffekttragflachen 5 in Form
eines Hochdeckers angeordnet sind und längs verlaufende Außen¬ schwimmer 3, 4 zur Aufnahme des Leitwerksträgers 7 in Form verlängerter Schwimmer 3, 4 mit zwei Seitenleitwerken 8, 9 und einem diese miteinander verbindenden Höhenleitwerk 1] vorge¬ sehen sind. An jedem Seitenleitwerk 10 ist hier jeweils ein ummantelter Luftpropeller 1 angeordnet (Fan-Triebwerk). Zur Erhöhung der Schwimmstabilität kann am Ende der Bodeneffekt¬ tragfläche 5 noch jeweils ein zusätzlicher Schwimmer 12, 13 angeordnet sein.6 to 8 show a variant of the floor effect vehicle, in which the floor effect support surfaces 5 are in shape a high-wing aircraft are arranged and longitudinally running outer floats 3, 4 are provided for receiving the tail boom 7 in the form of elongated floats 3, 4 with two vertical stabilizers 8, 9 and a vertical stabilizer 1] connecting them. A jacketed air propeller 1 is arranged here on each vertical tail unit 10 (fan engine). To increase the swimming stability, an additional float 12, 13 can be arranged at the end of the floor effect wing 5.
Zwischen den Schwimmern 3, 4 ist hier der Rumpf 6 unter die Bodeneffekttragfläche 5 gehängt. Im Gegensatz zur ersten Va¬ riante ist in diesem Fall im Heckbereich jedes Schwimmers 3, 4 ein auf das Wasser einwirkender Antrieb mit jeweils einer Schiffsschraube 2 vorgesehen. Der Antrieb der Luftpropeller ] und der Schiffsschrauben 2 erfolgt hier durch jeweils einen nicht dargestellten Antriebsmotor innerhalb der Schwimmer 3, 4. Die Kraftübertragung vom jeweiligen Antriebsmotor auf den zugehörigen Luftpropeller 1 und die Schiffsschraube 2 kann beispielsweise über Zahnriemen erfolgen, wobei hinter dem An¬ triebsmotor zunächst ein Verteilergetriebe und zusätzlich hinter diesem mindestens ein stufenloses Getriebe angeordnet ist.Between the floats 3, 4, the hull 6 is suspended below the floor effect wing 5. In contrast to the first variant, in this case in the rear area of each float 3, 4 a drive acting on the water is provided, each with a propeller 2. The propeller] and the propellers 2 are driven here by a drive motor (not shown) within the floats 3, 4. The power transmission from the respective propulsion engine to the associated propeller 1 and propeller 2 can take place, for example, via toothed belts, behind the drive motor first a transfer case and additionally at least one continuously variable transmission is arranged behind it.
Zur weiteren Verbesserung der Flugeigenschaften im Bodeneffekt ist im vorderen Bereich der Schwimmer 3, 4 unmittelbar über der Wasseroberfläche noch eine zusätzliche Bodeneffektfläche 14 angeordnet.To further improve the flight properties in the ground effect, an additional ground effect surface 14 is arranged in the front area of the floats 3, 4 directly above the water surface.
Um eine Verringerung des Luftwiderstandes beim Flug im Boden¬ effekt zu erreichen, ist die Schiffsschraube 2 des Wasser¬ antriebes im abgeschalteten Zustand durch eine Rumpföffnung 15 in den Rumpf 6 einfahrbar. Außerdem kann dadurch einer mög¬ lichen Beschädigung der Schiffsschraube 2 beim Aufsetzen auf die Wasseroberfläche während der Wasserung vorgebeugt werden. Ersatzweise kann auch die Verstellung der Schraubenblätter benutzt werden. Bei der Verwendung eines Wasserstrahlantriebes sind diese Vorkehrungen entbehrlich.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bodeneffektfahr¬ zeuges ist es möglich, dieses auf eine besondere Weise zu steuern. Dazu wird das Bodeneffektfahrzeug während der Start¬ phase von mindestens einer auf das Wasser wirkenden Schiffs- schraube 2 als zusätzlichem Wasserantrieb angetrieben und wäh¬ rend der Flugphase ausschließlich vom Luftpropeller 1 der An¬ triebsvorrichtung. Während des Überganges von der Startphase in die Flugphase wird die Schiffsschraube abgeschaltet oder in LeerlaufStellung geschaltet und dem Luftpropeller 1 die volle Motorleistung der Antriebsvorrichtung zugeführt.In order to reduce the air resistance when flying in the ground effect, the propeller 2 of the water drive can be moved into the fuselage 6 through a fuselage opening 15 in the switched-off state. In addition, possible damage to the propeller 2 when it is placed on the water surface during the watering can thereby be prevented. Alternatively, the adjustment of the screw blades can be used. These precautions are not necessary when using a water jet drive. The inventive design of the floor effect vehicle makes it possible to control it in a special way. For this purpose, the ground effect vehicle is driven by at least one propeller 2 acting on the water as an additional water drive during the start phase and exclusively by the air propeller 1 of the drive device during the flight phase. During the transition from the start phase to the flight phase, the propeller is switched off or switched to the idle position and the air motor 1 is supplied with the full engine power of the drive device.
Bevorzugt kann die Leistungsverteilung zwischen dem Luftpro¬ peller 1 und der Schiffsschraube 2 während des Übergangs von der Startphase in die Flugphase kontinuierlich umgesteuert werden.The power distribution between the air propeller 1 and the propeller 2 can preferably be continuously reversed during the transition from the start phase to the flight phase.
Dadurch erfolgt der Abfall des Wasserschubes als auch der Zuwachs an Luftantriebsschub stetig, so daß die sonst auf¬ tretenden Probleme, die beim Verlassen deε Wassers zu einer Änderung der Längsmomente und der damit einhergehenden Nick¬ bewegung, Pitchdynamik bzw. zu Stabilitätseinbußen führen, vermieden werden. Die Umsteuerung des Antriebsschubes kann zusätzlich durch Blattverstellung der Luftpropeller 1 und der Schiffsschrauben 2, durch verstellbare Leitschaufeln und/oder auch ein stufenloses Getriebe hinter dem Verteilergetriebe vorgenommen werden.As a result, the drop in water thrust and the increase in air drive thrust take place continuously, so that the otherwise occurring problems which lead to a change in the longitudinal moments and the associated pitching movement, pitch dynamics or loss of stability when leaving the water are avoided . The drive thrust can also be reversed by means of blade adjustment of the air propeller 1 and the propellers 2, by means of adjustable guide vanes and / or a continuously variable transmission behind the transfer case.
Die Umsteuerung der Leistungsverteilung erfolgt bevorzugt in Abhängigkeit eines vom Medium Wasser abhängigen Parameters der Schiffsschraube 2 des Wasserantriebes , wie beispielsweise deren Drehzahl , des zur Schiffsschraube übertragenen Drehmo¬ mentes, der von der Schiffsschraube 2 des Wasserantriebes abgegebenen Leistung, der Betriebstemperatur, der Vorwärts¬ geschwindigkeit in der Luft und/oder im Wasser oder einer Kombination dieser Parameter. Als eine Steuerungseinrichtung hierfür kann beispielsweise eine elektronische Steuerungsein¬ richtung Verwendung finden, die die Verteilung der Antriebs¬ energie während dem Übergang von der Startphaεe in die Flug-
phase umsteuert .The power distribution is preferably reversed as a function of a parameter of the propeller 2 of the water drive dependent on the medium of water, such as its speed, the torque transmitted to the propeller, the power output by the propeller 2 of the water propulsion, the operating temperature and the forward speed in the air and / or in water or a combination of these parameters. An electronic control device, for example, can be used as a control device for this purpose, which controls the distribution of the drive energy during the transition from the starting phase to the flight. phase reversed.
Die Steuerung der Leistungsverteilung kann zusätzlich auch durch eine Maximierungsregelung auf den größten Wert im Ge- samtschub erfolgen.The power distribution can also be controlled by maximizing the maximum value in the overall overrun.
Es ist auch möglich, mehrere Rümpfe in Form eines Katamarans oder Trimarans vorzusehen. Entsprechend Fig. 7, 8 kann in diesem Fall jedem Rumpf 6 eine Antriebsvorrichtung zugeordnet sein. Die Steuerung des Bodeneffektfahrzeuges kann in diesem Fall durch wechselseitige Veränderung der Schubkraft der An¬ triebsvorrichtungen erfolgen.It is also possible to provide several hulls in the form of a catamaran or trimaran. 7, 8, a drive device can be assigned to each fuselage 6 in this case. In this case, the floor effect vehicle can be controlled by mutually changing the thrust of the drive devices.
Selbstverständlich können zwischen den Schwimmern 3 auch mehrere Rümpfe 6 nebeneinander angeordnet werden. Der Wasser¬ antrieb kann dabei auch zentral angeordnet sein und sowohl starr montiert, wie auch drehbar zur Manövrierung des Bootes im Wasser vorgesehen werden.
Of course, several hulls 6 can also be arranged side by side between the floats 3. The water drive can also be arranged centrally and both rigidly mounted and rotatably provided for maneuvering the boat in the water.
BodeneffektfahrzeugGround effect vehicle
BezugszeichenlisteReference list
1 Luftpropeller1 air propeller
2 Schiffsschraube 3 Außenschwimmer2 propeller 3 external float
4 Außenschwimmer4 outdoor swimmers
5 Bodeneffekttragfläche5 floor effect wing
6 Rumpf6 hull
7 Leitwerksträger 8 Längsarm7 tail boom 8 longitudinal arm
9 Längsarm9 longitudinal arm
10 Seitenleitwerk10 vertical tail
11 Höhenleitwerk11 horizontal stabilizer
12 Schwimmer 13 Schwimmer12 swimmers 13 swimmers
14 Bodeneffektfläche14 floor effect surface
15 Rumpföffnung15 fuselage opening
16 Canard-Flügel
16 canard wings