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Quertriebskörper, insbesondere zum Antrieb von Schiffen. Ein Körper
erleidet in einer gegen ihn strömenden Flüssigkeit, Luft u. dgl. einen Auftrieb,
also eine Kraft, quer zur Anströmrichtung, wenn er die Strömung ablenkt. Die Auftriebskraft
ist gleich dem Antrieb (Masse mal Geschwindigkeitskomponente in der Querrichtung)
für die Zeiteinheit. So kommt es, daß unsymmetrische Körper (Tragflügel) einen Auftrieb
geben. Eine Schicht des strömenden Mediums haftet auf der Körperoberfläche, verliert
dort durch Reibung einen Teil ihrer Geschwindigkeit, also ihrer Energie, ist daher
nicht mehr imstande, die Umwandlung von Geschwindigkeit in Druck hinter dem größten
Querschnitt des Körpers voll mitzumachen, löst sich daher dort ab und rollt sich
zu Wirbeln auf, die den Widerstand des Körpers in dem Medium ergeben. Die gebremste
Schicht nennt man Grenzschicht. Führt man der Grenzschicht irgendwie Energie zu,
so läßt sich die Ablösung hinausschieben, die Wirbelbildung und damit der Widerstand
vermindern. Wird die Energie einseitig zugeführt, so erhält man auch an symmetrischen
Körpern Auftrieb. Diese Energiezufuhr kann auf verschiedene Weise geschehen. Bekannt
ist neben Versuchsanordnungen zum Bewegen der Körperoberfläche eine Vorrichtung,
die einen ganzen angeblasenen Zylinder dreht, der Mägnus-Rotor oder die Windwalze.
Ferner hat man versucht, die Grenzschicht abzusaugen, also an Stelle der gebremsten
Teilchen andere mit ungeschwächter Geschwindigkeit an die Körperoberfläche heranzubringen.
Umgekehrt kann man auch durch Ausblasen von Luft aus Längsspalten ruhender Zylinder
deren Grenzschicht beschleunigen und damit an der Ablösung verhindern. Endlich ist
es bekannt, die Oberfläche der umlaufenden Windwalze aufzurauhen oder gar mit radialen
Schaufeln zu versehen; man hoffte hiermit die Rotorwirkung durch Erfassen größerer
Luftmassen zu verstärken, erzielte jedoch keinen erhöhten Nutzen, weil es genügt,
die Grenzschicht selbst zu erfassen. Diese Anordnungen sind"erwähnt, weil sie den
Übergang von der vielseitig bekannten Windwalze zur vorliegenden Erfindung bilden.
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Vorliegende Erfindung stellt einen ruhenden Zylinder dar, um den ein
einfaches System von radialen Blechstreifen oder eines Leistenkäfigs
rasch
herumbewegt wird. Durch den umlaufenden Leistenkäfig wird der gebremsten Grenzschicht
Energie zugeführt, so daß sie der ungebremsten Strömung im freien Raum ähnlich wird,
also die Grenzschicht wird beseitigt.
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Zur Veranschaulichung der Erfindung ist auf der beiliegenden Zeichnung
in Abb. z die Ansicht und in Abb.2 die Draufsicht eines feststehenden Quertriebskörpers
mit Stromlinien zur Darstellung gebracht. Beschreibung. Eine durch die Mitte des
ruhenden Zylinders r vertikal angeordnete Welle 2 bringt den außerhalb des ruhenden
Zylinders aus Stäben oder Leisten 3 und Ringen q. angefertigten _ Käfig in Pfeilrichtung
in eine rotierende Bewegung. Um eine Verdrehung des schnell umlaufenden Käfigs zu
vermeiden, kann er durch eine entsprechende Vorrichtung gleichzeitig unten unter
dem Zylinderboden und über dem Zylinderdeckel angetrieben werden. Die Stäbe oder
Leisten 3 können aus jedem geeigneten Material bestehen und auch eine runde, kantige
oder andere Form besitzen.
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Versetzt man den Käfig in eine schnell umlaufende Bewegung, die eine
größere Geschwindigkeit aufweisen muß als das anströmendeMedium, so wird die gebremste
Grenzschicht von den Stäben oder Leisten 3 derart erfaßt und mitgerissen, da,ß unmittelbar
um die ganze Zylinderoberfläche sowie noch in .einiger Entfernung außerhalb des
Käfigbereichs eine Zirkulationsströmung entsteht. Die Umlenkung des anströmenden
Mediums ist bei vorliegender Vorrichtung bedeutend größer als bei dem bekannten
Magnus-Rotor. Je größer nun die Umlenkung des anströmenden Mediums ist, desto stärker
wird der Auftrieb, also um so größer, je weniger der glatte Verlauf der Stromlinien
gestört wird, je mehr man sich also dem Idealfall der Potentialströmung nähert.
Der umlaufende Käfig gibt aber den ruhigsten Verlauf der Strömung, da hier infolge
Nichtvorhandenseins einer Grenzschicht auch nicht ihre Ablösung von der Zylinderoberfläche,
also keine Wirbelbildung stattfinden kann.
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Versuche mit dem ruhenden Zylinder und dem umlaufenden Käfig ohne
Endscheiben haben ergeben, daß der Auftrieb schon so groß ist wie bei einem gleich
großen Zylinder mit Endscheiben bei einem Verhältnis von 2 : r zum Zylinderdurchmesser.
Eine große Rolle spielt bei dem ruhenden Zylinder mit umlaufendem Käfig der Abstand
zwischen der inneren Kante eines einzelnen Stabes oder einer. Leiste 3 und der Zylinderoberfläche,
da ein zu kleiner Abstand einen Strömungswiderstand und ein zu großer Abstand einen
Strömungsverlust hervorrufen würde. Ferner spielt bei dem ruhenden Zylinder mit
umlaufendem Käfig die Anzahl der Stäbe oder Leisten 3 eine sehr große Rolle. Durch
Versuche wurde z. B. festgestellt, daß bei einem Zylinderdurchmesser von r2 cm der
stärkste Auftrieb mit zwei bis vier Stäben undbei derAnordnung von acht Stäben fast
garkein Auftrieb hervorgerufen wurde. Durch die Wahl kleiner Breiten der Stäbe oder
Leisten 3 wird der Reibungswiderstand, den sie hervorrufen, wesentlich verkleinert.
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Im allgemeinen entsteht der Auftrieb (Querkraft) dadurch, daß das
gegen den ruhenden Zylinder mit dem umlaufenden Käfig strömende Medium in der Drehrichtung
des Käfigs auf der einen Seite eine größere Geschwindigkeit erfährt, wodurch ein
Unterdruck (-) entsteht, während auf der anderen Seite des Zylinders durch den dem
anströmenden Medium entgegenrotierenden Käfig seine Geschwindigkeit verringert und
deshalb ein Überdruck (-@-) hervorgerufen wird.
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Die vorliegende Erfindung- eines ruhenden Zylinders mit.einem umlaufenden
Käfig stellt einen Quertriebkörper dar, bei dem viele Vorteile gegenüber den bekannten
Umlenkvorrichtungen zu verzeichnen sind: Beispielsweise kann man den inneren Raum
des Zylinders für Kajüten, Aussichtsturm u. dgl. verwenden. Der feststehende Zylinder
mit dem umlaufenden Käfig ist billiger und mechanisch einfacher gegenüber dem_ Magnus-Rotor
und den bekannten Sauge nd Blasanordnungen. Die im Innern des Magnus-Rotors hervorgerufenen
Reibungsverluste fallen beim feststehenden Zylinder fort. Das leichte Gewicht des
Käfigs verursacht nur ganz geringe Reibungsverluste, und zu seiner Lagerung genügen
schon kleine Kugellager. Der feststehende Zylinder mit dem umlaufenden Käfig stellt
daher einen großen wirtschaftlichen Fortschritt in konstruktiver Hinsicht und in
Ausnutzung der Wind- und Flüssigkeitsströmung dar.