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Die
Erfindung betrifft geteilte Ruder zum Steuern von Schiffen. Diese
Ruder setzen sich aus mehreren Teilen zusammen, die gelenkig scharnierartig
miteinander ver bunden sind und die als Halbschweberuder und als
Flossenruder bekannt sind. Mit der Erfindung soll der Wirkungsgrad
der genannten Ruder gegenüber
der üblichen
Konstruktion verbessert werden.
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Beim
Halbschweberuder ist der bewegliche Teil des Ruders, das Ruderblatt,
scharnierartig mit dem festen Teil des Ruders, dem Ruderhorn, verbunden.
Die Vorderseite des Ruderblatts ist bei allen bisherigen Konstruktionen
im Querschnitt kreisförmig und
die Drehachse läuft
durch den Mittelpunkt des Kreises. Die kreisförmige Vorderseite schwenkt
beim Drehen des Ruderblatts um einen Winkel φ auf einem Kreisbogen an der
Hinterseite des Ruderhorns vorbei, wobei der Abstand zwischen Ruderblatt
und Ruderhorn immer gleich bleibt. Die Hinterseite des Ruderhorns
kann eine von der Kreisform abweichende Kontur haben. Aus technischen
Gründen
darf der Abstand zwischen dem Ruderblatt und dem Ruderhorn, der
einen senkrechten in der Regel gewölbten Spalt im Scharnier bildet,
bei nicht oder um einem geringen Winkel φ gedrehten Ruder eine bestimmte Größe nicht
unterschreiten.
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Der
Spalt im Scharnier führt
mit zunehmendem Ruderwinkel φ zum
teilweisen Ausgleich der Druckunterschiede zwischen der Saugseite
und der Druckseite des Profils, d.h. zwischen beiden Seiten des
unter einem Winkel φ gedrehten
Ruders. Der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des gedrehten
Ruders ist hydrodynamisch bedingt und erzeugt die Querkraft am Ruder,
d. h. die Ruderwirkung. Der teilweise Ausgleich der unterschiedlichen Drücke auf
beiden Seiten des Ruders führt
zu einer Verringerung der Ruderkraft und damit der Ruderwirkung
am Schiff. Er nimmt mit größer werdendem
Ruderwinkel und damit größer werdendem
Druckunterschied zu.
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Erfindungsgemäß wird die
Vorderseite des Ruderblatts mit einer Kontur versehen. beispielsweise
einer Kegelschnittform, so daß bei
nicht gelegtem Ruder ein Spalt zwischen Ruderblatt und Ruderhorn in
vorgegebener nicht konstanter Breite entsteht. Das kann beispielsweise
eine ellipsenartige Form der Vorderseite der Kontur des Ruderblatts
oder auch die bekannte Kreisform sein.
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Gleichfalls
erfindungsgemäß werden
sowohl die Vorderseite des Ruderblatts als auch die Hinterseite
des Ruderhorns mit einer Kontur versehen, beispielsweise einer Kegelschnittform,
so daß bei
nicht gelegtem Ruder ein Spalt von etwa konstanter Breite zwischen
Ruderblatt und Ruderhorn in vorgegebener konstanter Breite entsteht.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin
bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Konturen die Drehachse
des Ruderblatts in der Symmetrieebene des Ruderprofils, vorzugsweise
auf der Symmetrieachse, verschoben und so gelegt, daß sich beim
Drehen des Ruders mit zunehmendem Winkel φ der Spalt an einer Stelle
oder mehreren Stellen des Umfangs verringert und bei einer bestimmten
Größe des Ruderwinkels φ0, einem vorgegebenen Wert, an einer oder
mehreren geometrisch bestimmten Stellen zu Null wird. Die Verschiebung
der Drehasche kann auch kontinuierlich mit zunehmendem Ruderwinkel erfolgen,
beispielsweise durch eine Exzenterlagerung. Bei dem speziellen Fall
der kreisförmigen
Kontur der Vorderseite des Ruderblatts allein oder der gemeinsamen
kreisförmigen
Konturen der Vorderseite des Ruderblatts und der Hinterseite des
Ruderhorns wird erfindungsgemäß die Drehachse
des Ruderblatts vom Mittelpunkt des Kreises um einen von der Abmessung
des Ruders und der Größe des vorgegebenen
Ruderwinkels φ0 abhängigen
Betrag zur Flügelhinterkante
hin verschoben. Damit ist die Drehasche nicht mehr der Mittelpunkt
des Kreises, der die Vorderkante des Ruderblatts bildet. Beim Anstellwinkel
null des Ruderblattes bleibt der durchgehende Spalt des Ruderscharniers
in erforderlicher Breite erhalten. Mit zunehmendem Ruderwinkel φ verringert
sich erfindungsgemäß durch
die veränderte
Achslage der Spalt und schließt
sich bei dem vorgegebenen Ruderwinkel φ0 an
der geometrisch bestimmten Stelle vollständig und verringert bzw. verhindert
damit den Druckausgleich zwischen Saugseite und Druckseite des Profils.
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Erfindungsgemäß kann die
Spaltabdichtung auch dadurch erreicht werden, daß die Konturen so gewählt werden
und die Drehachse so gelegt wird, daß bei dem vorgegebenen Ruderwinkel φ0 eine Annäherung der beiden Konturen
an einer geometrisch bestimmten Stelle bis auf ein vorgegebenes
Maß eintritt
und ein Kontakt und damit Verschluss an der Verengungsstelle durch
zusätzliche
abdichtende Kontakt- und Verschlusselemente erreicht wird.
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Beim
Flossenruder ist die Ruderflosse scharnierartig mit dem Ruderblatt
verbunden. Die Vorderseite der Ruderflosse ist bei allen bisherigen
Konstruktionen im Querschnitt kreisförmig und die Drehachse läuft durch
den Mittelpunkt des Kreises. Die kreisförmige Vorderseite schwenkt
beim Drehen der Ruderflosse um einen Winkel ψ auf einem Kreisbogen an der
Hinterseite des Ruderblatts vorbei, wobei der Abstand zwischen Ruderflosse
und Ruderblatt immer gleich bleibt. Aus technischen Gründen darf der
Abstand zwischen dem Ruderblatt und dem Ruderhorn, der einen senkrechten
in der Regel gewölbten
Spalt im Scharnier bildet, bei nicht oder um einen geringen Winkel ψ gedrehter
Ruderflosse eine bestimmte Größe nicht
unterschreiten.
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Der
Spalt im Scharniers führt
mit zunehmendem Ruderflossenwinkel ψ zum teilweisen Ausgleich der
Druckunterschiede zwischen der Saugseite und der Druckseite des
Profils, d.h. zwischen beiden Seiten der unter einem Winkel ψ gedrehten
Ruderflosse. Der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten des
Ruders bei gedrehter Ruderflosse ist hydrodynamisch bedingt und
erzeugt die Querktaft am Ruder, d.h. die Ruderflossenwirkung. Der
teilweise Ausgleich der unterschiedlichen Drücke auf beiden Seiten des Ruders
führt zu
einer Verringerung der Ruderflossenkraft und damit der Ruderwirkung
am Schiff. Er nimmt mit größer werdendem
Ruderflossenwinkel und damit größer werdendem
Druckunterschied zu.
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Erfindungsgemäß wird die
Vorderseite der Ruderflosse mit einer Kontur versehen, beispielsweise
einer Kegelschnittform, so daß bei
nicht gelegtem Ruder ein Spalt zwischen Ruderflosse und Ruderblatt
in vorgegebener nicht konstanter Breite entsteht. Das kann beispielsweise
eine ellipsenartige Form der Vorderseite der Kontur der Ruderflosse oder
auch die bekannte Kreisform sein.
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Gleichfalls
erfindungsgemäß werden
sowohl die Vorderseite der Ruderflosse als auch die Hinterseite
des Ruderblatts mit einer Kontur versehen, beispielsweise einer
Kegelschnittform, so daß bei
nicht gelegtem Ruder ein Spalt von etwa konstanter Breite zwischen
Ruderflosse und Ruderblatt in vorgegebener konstanter Breite entsteht.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin
bei der Anwendung der erfindungsgemäßen Konturen die Drehachse
der Ruderflosse in der Symmetrieebene des Ruderprofils, vorzugsweise
auf der Symmetrieachse verschoben und so gelegt, daß sich beim
Drehen der Ruderflosse mit zunehmendem Winkel ψ der Spalt an einer Stelle
oder mehreren Stellen des Umfangs verringert und bei einer bestimmten
Größe des Ruderwinkels ψ0, einem vorgegeben Wert, an einer oder mehreren
geometrisch bestimmten Stellen zu Null wird. Die Verschiebung der
Drehasche kann auch kontinuierlich mit zunehmendem Ruderwinkel erfolgen,
beispielsweise durch eine Exzenterlagerung.
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Bei
dem speziellen Fall der kreisförmigen Kontur
der Vorderseite der Ruderflosse allein oder der gemeinsamen kreisförmigen Konturen
der Vorderseite der Ruderflosse und der Hinterseite des Ruderblatts
wird erfindungsgemäß die Drehasche
der Ruderflosse vom Mittelpunkt des Kreises um einen von der Abmessung
der Ruderflosse und der Größe des vorgegebenen
Ruderflossenwinkels ψ0 abhängigen
Betrag zur Hinterkante der Ruderflosse hin verschoben. Damit ist
die Drehachse nicht mehr der Mittelpunkt des Kreises, der die Vorderkante
der Ruderflosse bildet. Beim Anstellwinkel Null der Ruderflosse bleibt
der durchgehende Spalt des Ruderflossenscharniers in erforderlicher
Breite erhalten. Mit zunehmenden Ruderwinkel ψ verringert sich erfindungsgemäß durch
die veränderte
Achslage der Spalt und schließt
sich bei dem vorgegebenen Ruderflossenwinkel ψ0 an
der geometrisch bestimmten Stelle vollständig und verringert bzw. verhindert
damit den Druckausgleich zwischen Saugseite und Druckseite des Profils.
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Erfindungsgemäß kann die
Spaltabdichtung auch dadurch erreicht werden, daß die Konturen so gewählt werden
und die Drehachse so gelegt wird, daß bei dem vorgegebenen Ruderflossenwinkel ψ0 eine Annäherung der beiden Konturen
an einer geometrisch bestimmten Stelle bis auf ein vorgegebenes Maß eintritt
und ein Kontakt und damit Verschluss an der Verengungsstelle durch
zusätzliche
abdichtende Kontakt- und Verschlusselemente erreicht wird.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung für
das geteilte Ruder wird an den Beispielen des Halbschweberuders
und des Flossenruders durch beigefügte Zeichnungen erläutert.
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1 zeigt
die Seitenansicht eines Halbschweberuders für Schiffe, bestehend aus dem
beweglichen Ruderteil, dem Ruderblatt (1), dem schiffsfesten
Ruderhorn (2), den Lagern des Ruderblatts (3) und
(4) und dem senkrechten Spalt (5) zwischen Ruderblatt
(1) und Ruderhorn (2).
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2 zeigt
einen Querschnitt des Ruders im Bereich des Ruderhorns mit dem Ruderblatt
(1) mit einer beispielhaften kreisförmigen Kontur der Vorderkante
(6), dem Ruderhorn (2) mit einer beispielhaften kreisförmigen Kontur
der Hinterkante (7), mit dem von den beiden Konturen gebildeten
kreisförmigen senkrechten
Spalt (5), der bei dem nicht gedrehten Ruderblatt eine
konstante vorgegebene Breite hat, und mit der Symmetrielinie (8)
des Ruderprofils.
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3 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt von 2 mit
dem Ruderblatt (1), dem Ruderhorn (2), dem beispielhaft
kreisförmig
gekrümmten
konstanten Spalt (5) zwischen Ruderblatt (1) und
Ruderhorn (2) bei nicht gedrehtem Ruderblatt (1),
die kreisförmigen
Konturen der Vorderkante (6) vom Ruderblatt (1)
und der Hinterkante (7) vom Ruderhorn (2), sowie
die Drehachse (0).
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3 zeigt
weiterhin die erfindungsgemäße Lage
der verschobenen Drehachse (0'), die auf der Symmetrielinie (8)
des Ruderquerschnitts um den Betrag a nach hinten zur Abströmkante des
Ruders in bezug auf den Kreismittelpunkt (0) der Konturen
von (6) und (7) verschoben ist. Unter einem Winkel α ist ein
Punkt (10) auf der Kontur von (6) des Ruderblatts (1)
angegeben. Unter einem Winkel (φ0 + α)
ist ein Punkt (11) auf der Kontur von (7) des
Ruderhorns angegeben. Strichpunktiert ist der Querschnitt des Ruderblatts
(1) nach einer Drehung um die Ruderachse (0') um einen Winkel φ bis zu
einem vorgegebenen Winkel φ0 dargestellt. Die Größe von a wird geometrisch so
gewählt,
daß bei
einem vorgegebenen Drehwinkel φ0 des Ruderblatts (1) der Punkt
(10) mit dem Punkt (11) als Schnittpunkt der beiden
Konturen von (6) und (7) zusammenfällt. Bei
diesem Winkel φ0 entsteht ein Verschluss, d.h. eine Abdichtung
des senkrechten Spaltes (5), an der Stelle (11)
auf der Kontur von (7) beim Winkel (φ0 + α) gegenüber der
Ausgangslage φ =
0. Weiterhin ergibt sich aus Zwischenstellungen der Drehung des
Ruderblatts (1) um den Winkel φ bis zum Winkel φ0 eine mit Anwachsen des Winkels φ zunehmende
Verengung des Spaltes (5) (nicht dargestellt).
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Der
Wert von a kann geometrisch auch so gewählt werden, daß der Punkt
(10) auf der Kontur von (6), der gegenüber der
Mittelachse (8) des nicht gedrehten Ruderblatts (1)
durch den Winkel α gegeben
ist, sich beim Drehen des Ruderblatts (1) um den Winkel φ0 der Kontur von (7) im Punkt (11)
beliebig in vorgegebener Größe annähert und
so eine Verengung des Spaltes (5) bildet. Dabei können an
der größten Verengung
Dichtelemente (12), (13) entsprechend 4 angeordnet
sein.
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4 zeigt
gleichfalls den vergrößerten Ausschnitt
von 2 und eine beispielhafte Anordnung ohne Verschieben
des Drehpunktes (0), bei der an einer Stelle auf der Kontur
von (6), beispielhaft eine Kreiskontur, des Ruderblatts
(1), vorzugsweise auf der Symmetrielinie (8) des
Profils, ein Dichtelement (13) mit einer Höhe kleiner
oder gleich der halben Breite des Spaltes (5) angeordnet
ist. Außerdem
sind auf der hinteren beispielhaft kreisförmigen Kontur von (7)
des Ruderhorns (2) zwei Dichtelemente (13) mit
einer Höhe
kleiner oder gleich der halben Breite des Spaltes (5) angeordnet, die
auf der Symmetrielinie (9) des Ruderblatts (1)
bei Drehung um den vorgegebenen Ruderwinkel φ0 liegen,
wobei sich diese Dichtelemente (13) bei Drehung des Ruderblatts
(1) um den vorgegebenen Winkel φ0 genau
gegenüber dem
Dichelement (12) auf dem Ruderblatt (1) befinden
und so eine Abdichtung des Spalts (5) herstellen. Nicht
dargestellt ist eine Anordnung der Dichtelemente (12) und
(13), die höher
sind als die halbe Spaltbreite, wobei die Dichtelemente (13)
unter einem etwas größeren Winkel
als der Winkel φ0 angeordnet sind, derart, daß bei Drehung
des Ruderblatts (1) bis zum vorgegebenen Winkel φ0 die Dichtelemente (12) und (13)
eine Dichtung bilden.
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Die
Erfindung für
das Flossenruder wird anhand der beigefügten Zeichnungen an einem Beispiel
erläutert.
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5 zeigt
die Seitenansicht eines Flossenruders für Schiffe, bestehend aus der
Ruderflosse (20), dem Ruderblatt (21), den Lagern
der Ruderflosse (22) und dem senkrechten Spalt (23)
zwischen Ruderflosse (20) und Ruderblatt (21).
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6 zeigt
einen Querschnitt des Flossenruders mit der Ruderflosse (20)
mit einer beispielhaften kreisförmigen
Kontur der Vorderkante (24), dem Ruderblatt (21)
mit einer beispielhaften kreisförmigen Kontur
der Hinterkante (25), dem von den beiden Konturen gebildeten
kreisförmigen
senkrechten Spalt (23), der bei der nicht gedrehten Ruderflosse
(21) eine konstante vorgegebene Breite hat und der Symmetrielinie
(30) des Profils.
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7 zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt von 6 mit
der Ruderflosse (20), dem Ruderblatt (21), dem
beispielhaft kreisförmig
gekrümmten
konstanten Spalt (23) zwischen der Ruderflosse (20)
und dem Ruderblatt (21) bei nicht gedrehter Ruderflosse (20),
die beispielhaft angegebenen kreisförmigen Konturen von Ruderflosse
(24) und Ruderblatt (25), sowie die Drehachse
(0).
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7 zeigt
weiterhin die erfindungsgemäße Lage
der verschobenen Drehachse (0'), die auf der Symmetrielinie (30)
des Ruderquerschnitts um den Betrag b nach hinten zur Abströmkante des
Ruders in bezug auf den Kreismittelpunkt (0) der Konturen
von (24) und (25) verschoben ist. Unter einem
Winkel β ist
ein Punkt (26) auf der Kontur von (24) der Ruderflosse
(20) angegeben. Unter einem Winkel (ψ0 + β) ist ein
Punkt (27) auf der Kontur von (25) des Ruderblatts
(21) angegeben. Strichpunktiert ist der Querschnitt der
Ruderflosse (20) nach einer Drehung um die Ruderflossenachse
(0') um
einen Winkel ψ bis
zu einem vorgegebenen Winkel ψ0 dargestellt. Die Größe von b wird geometrisch so
gewählt,
daß bei
einem vorgegebenen Drehwinkel ψ0 der Ruderflosse (20) der Punkt
(26) mit dem Punkt (27) als Schnittpunkt der beiden
Konturen von (24) und (25) zusammenfällt. Bei
diesem Winkel ψ0 entsteht ein Verschluss, d.h, eine Abdichtung
des senkrechten Spaltes (23), an der Stelle (27)
auf der Kontur von (25) beim Winkel (ψ0 + β) gegenüber der
Ausgangslage ψ =
0. Weiterhin ergibt sich aus Zwischenstellungen der Drehung der
Ruderflosse (20) bis zum Winkel ψ0 eine
mit Anwachsen des Winkels ψ zunehmende
Verengung des Spaltes (23) (nicht dargestellt).
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Der
Wert von b kann geometrisch auch so gewählt werden, daß der Punkt
(26) auf der Kontur von (24), der gegenüber der
Mittelasche (30) der nicht gedrehten Ruder flosse (20)
durch den Winkel β gegeben
ist, sich beim Drehen der Ruderflosse (20) um den Winkel ψ0 der Kontur von (25) im Punkt (27) beliebig
in vorgegebener Größe annähert und
so eine Verengung des Spaltes (23) bildet. Dabei können an der
größten Verengung
Dichtelemente entsprechend 8 angeordnet
sein.
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8 zeigt
gleichfalls einen vergrößerten Ausschnitt
von 6 und eine beispielhafte Ausführung ohne Verschieben des
Drehpunktes (0), bei der an einer Stelle auf der vorderen
Kontur von (24), beispielhaft eine Kreiskontur, der Ruderflosse
(20), vorzugsweise auf der Symmetrielinie (30)
des Profils, ein Dichtelement (28) mit einer Höhe kleiner
oder gleich der halben Breite des Spaltes (23) angeordnet ist.
Außerdem
sind auf der hinteren beispielhaft kreisförmigen Kontur von (25)
des Ruderblatts (21) zwei Dichtelemente (29) mit
einer Höhe
kleiner oder gleich der halben Breite des Spaltes (23)
angeordnet, die auf der Symmetrielinie (31) der Ruderflosse
(20) bei Drehung um den vorgegebenen Ruderflossenwinkel ψ0 liegen, wobei sich diese Dichtelemente
(29) bei Drehung der Ruderflosse (20) um den vorgegebenen Winkel ψ0 genau gegenüber dem Dichtelement (28) auf
der Ruderflosse (20) befinden und so eine Abdichtung des
Spalts (23) herstellen. Wicht dargestellt ist eine Anordnung
der Dichtelemente (28) und (29), die höher sind
als die halbe Spaltbreite, wobei die Dichtelemente (29)
unter einem etwas größeren Winkel
als der Winkel ψ0 angeordnet sind, derart, daß bei Drehung
der Ruderflosse (20) bis zum vorgegebenen Winkel ψ0 die Dichtelemente (28) und (29)
eine Dichtung bilden.
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- 0
- Drehpunkt
- 0'
- Verschobener
Drehpunkt
- 1
- Ruderblatt
- 2
- Ruderhorn
- 3
- Unteres
Ruderlager
- 4
- Oberes
Ruderlager
- 5
- Ruderspalt
- 6
- Kontur
Ruderblatt, vorn
- 7
- Kontur
Ruderblatt, hinten
- 8
- Symmetrieachse
Ruder
- 9
- Symmetrieachse
Ruder, geschwenkt
- 10
- Punkt
auf Kontur (6), bei Winkel α
- 11
- Punkt
auf Kontur (7), bei Winkel (φ0 + α)
- 12
- Dichtelement
auf Kontur (6) des Ruderblatts (1)
- 13
- Dichtelement
auf Kontur (7) des Ruderhorns (2)
- 20
- Ruderflosse
- 21
- Ruderblatt
- 22
- Ruderflossenlager
- 23
- Ruderflossenspalt
- 24
- Kontur
Ruderflosse, vorn
- 25
- Kontur
Ruderblatt, hinten
- 26
- Punkt
auf Kontur (24), bei Winkel β
- 27
- Punkt
auf Kontur (25), bei Winkel (ψ0 + β)
- 28
- Dichtelement
auf Kontur (24) der Ruderflosse (20)
- 29
- Dichtelement
auf Kontur (25) des Ruderblatts (21)
- 30
- Symmetrieachse
Ruderflosse
- 31
- Symmetrieachse
Ruderflosse, geschwenkt
- a
- Abstand
0 – 0' des Halbschweberuders
- b
- Abstand
0 – 0' des Flossenruders
- α
- Winkel
eines Konturpunktes auf der Kontur (6) des Ruderblatts
(1)
- β
- Winkel
eines Konturpunktes auf der Kontur (24) der Ruderflosse
(20)
- φ
- Drehwinkel
des Ruderblatts (1)
- φ0
- Vorgegebener
Ruderwinkel des Ruderblatts beim Halbschweberuder
- ψ
- Drehwinkel
der Ruderflosse (20)
- ψ0
- Vorgegebener
Ruderflossenwinkel beim Flossenruder