DE3202583A1 - Gummischlauchboot - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft oin Gummischlauchboot mit einem ausblasbaren flexiblen Schlauchkörper, der seine Endform und -steifigkeit durch Aufblasen mit Druckluft erhält.

Gummischlauchboote bestehen im wesentlichen aus einem U-förmigen Schlauchkörper mit relativ großem Durchmesser, dessen Schenkel durch einen Kiel·, ein Bodengitter und einen Querträger verbunden sind. Solch eine Konstruktion bietet die Möglichkeit, Personen an Bord aufzunehmen und einen Außenbordmotor anzubringen.

Solch eine Bootskonstruktion hat den Vorteil eines geringen Gewichts, der Zusammenfaltbarkeit für Transportzwecke, eines geringen Tiefgangs usw., jedoch haben solche Gummischlauchboote sehr geringe hydrodynamische Eigenschaften, die zu einer geringen Fahrtgeschwindigkeit und einem hohen Brennstoffverbrauch führen.

Um diese Nachteile wenigstens teilweise zu beseitigen wurden bereits verschiedene Arten von steifen Bootskörpern aus glasfaserverstärkten Kunststoffen oder ähnlichen Materialien vorgeschlagen, jedoch geht dadurch der Vorteil der leichten Demontier- und Montierbarkeit der Bauteile des Boots verloren.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Gummischlauchboot mit geringem hydrodynamischen Widerstand und daher verbessertem hydrodynamischen Wirkungsgrad zu schaffen.

Um dies zu erreichen, könnte das Boot unterhalb der Wasserlinie mit Tragflächen ähnlich einem Hochgeschwindig-

keits-Tragflächenboot versehen werden. 35

Berücksichtigt man jedoch, daß Gummischlauchboote Fahrzeuge mit einer vergleichsweise geringen Länge sind, die in kei-

nerlei Hinsicht mit einem Tragflächenboot vergleichbar sind, dann müssen besondere Maßnahmen ergriffen werden,damit die erforderliche Längsstabilität des Bootes und die Möglichkeit eines schnellen und kurzen Abhebens erzielt wird, d.h., eines.leichten und zweckmäßigen Überganges von der üblichen Betriebsart auf das Gleiten und umgekehrt.

Gelöst wird dieses- technische Problen gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

In der Praxis wurde festgestellt, daß der Anstellwinkel der V-förmigen Tragfläche in der Mitte Null sein und zu den beiden Enden hin ansteigen kann, um in deren Nähe einen Wert von etwa 10° und mehr zu erreichen.

Die Änderung des Anstellwinkels sollte größer sein, je kürzer das Boot und je kürzer der Abstand zwischen der vorderen und der hinteren V-förmigen Tragfläche ist.

Unter dem Anstellwinkel einer Tragfläche ist dabei der Winkel zu verstehen, der zwischen der Profilsehne eines Tragflächenquerschnittes und einer horrizontalen Bezugsachse gebildet ist, die in diesem Falle die Wasserlinie des Bootes ist.

Äußerst wichtig ist es dabei, daß die Außenform so angepaßt ist, daß die maximale Dicke an der Abströmkante auftritt und die Anströmkante den Krümmungsradius Null hat, was einer scharfen Ecke entspricht.

Übliche Tragflächen haben ihre maximale Dicke zwischen 1/3 und 1/2 der Profilsehne sowie eine abgerundete-Anströmkante, was für den vorliegenden Fall ungeeignet ^° wäre. Solche Außenformen würden zu dem Nachteil einer extrem häufigen Aeration während der Bewegung führen, d.h. zu einem Strömungsabriß an der Oberseite der Trag-

fläche, was zu einem Auftriebsverlust führt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Tragflächen normalerweise in einem Abstand von einigen Zentimetern von der freien Zwischenschicht zwischen Luft und Wasser wirken müssen.

Die abgerundete Anströmkante würde unvermeidbar zu Tang-, Algenfäden und dergl. an der Kante führen, was in kurzer Zeit eine Verringerung des hydrodynamischen Wirkungsgrades ^zur Folge hätte. Dagegen tritt aufgrund der gewählten .Außenform keine Aeration bzw. kein Strömungsabriß auf, und aufgrund der Form der Anströmkante werden Tang- und Algenfäden abgetrennt, so daß eine Selbstreinigung der Tragflächen sichergestellt ist. Die verwendete Tragflächenart hat außerdem Eigenschaften, die für den beabsichtigten Anwendungsfall günstig sind, nämlich ein Verhältnis des Auf.triebskoeffizienten zum Anstellwinkel, das etwas größer als bei üblichen Tragflächen ist, die eine abgerundete Anströmkante haben, was für die Längsstabilität des Bootes von Vorteil ist. Der Auftrieb einer sich im Wasser bewegenden Tragfläche wird in bekannter Weise durch die folgende Formel ausgedrückt:

. · P = cp χ f χ

2g

in der

P der Auftrieb
cp der Auftriebskoeffizient

j* die Wasserdichte

S die eingetauchte Oberfläche der Tragfläche V die translatorische Geschwindigkeit und

g die Schwerkraft ist.
35

Um dem Boot die notwendige Längsstabilität bei der gleichzeitigen Fähigkeit zu einem kurzen Abheben und damit einem

glatten Übergang von der üblichen Betriebsart zum Gleiten bei erhöhter Geschwindigkeit zu verleihen, ist es wesentlich einen maximalen Auftrieb bed niedrigen Geschwindigkeiten zu erreichen und, wenn die Geschwindigkeit zunimmt, das Produkt aus Auftriebskoeffizient und eingetauchter Oberfläche der Tragflächen zu verringern.

Die V-förmige Außenform der Tragflächen führt zu einer Abnahme der eingetauchten Oberfläche, die proportional dem Anheben des Bootes über die Wasserlinie ist. Im Falle von kurzen Fahrzeugen jedoch, wie sie hier in Rede stehen, hat sich die Abnahme der eingetauchten Tragflächenoberfläche, wenn das. Boot abhebt, für die Längsstabilität des Bootes und sein leichtes Abheben als ungünstig erwiesen. Insbes. wurde festgestellt, daß es bei einem kurzen Boot wesentlich ist, um die unerläßliche Längsstabilität des Bootes zu erreichen, auch auf den Auftriebskoeffizienten der Tragflächen einzuwirken.

Es konnte festgestellt werden, daß der beste und zuverlässigste Weg für dia Beeinflussung des Auftriebskoeffizienten darin besteht, den Anstellwinkel einer V-förmigen Tragfläche derart zu ändern, daß dieser von der Tragflächenmitte zu deren Enden hin zunimmt. Es ist rasch möglich, die minimale Geschwindigkeit zu erreichen, bei der der Tiefgang des Bootes und damit sein hydrodynamischwer Widerstand abnimmt, d. h., daß das Boot zu gleiten beginnt, selbst bei voller Last, ohne daß dadurch die Längsstabilität des Bootes beeinträchtigt wird.

Zur weiteren Verbesserung des Produktes cp χ S bei Geschwindigkeitszunahme können weitere Maßnahmen ergriffen

werden, die vorteilhaft sind.
35

Eine diesur zusätzlichen Maßnahmen kann darin bestehen, die V-förmigen Tragflächen derart zu formen, daß ihre

~- H —

Profilsehnenlänge ausgehend von den Tragflächenenden zu deren Mitte, die mit der Längsmittellinie des Bootes zusammenfällt, allmählich abnimmt. Hierdurch wird, wenn die Tragflächen vollkommen eingetaucht sind, eine große Auftriebsfläche erhalten, die ein Abheben bei geringer Geschwindigkeit begünstigt, während, wenn sich das Boot allmählich über- das Wasser abhebt, der größere Teil der . Tragflächen auftaucht und keinen hydrodynamischen Wider-· stand bietet, so daß eine hohe Geschwindigkeit erreicht werden kann.

Eine weitere zusätzliche Maßnahme kann darin bestehen, eine Klappe an der Abströmkante der Tragfläche anzubringen.

Solche eine Klappe kann steif sein und eine Breite haben, die von der Mitte zu den Enden hin zunimmt (hierbei kann eine Wirkung ähnlich der der zuvor beschriebenen zusatz- · liehen Maßnahme erzielt werden). Die Klappe kann auch flexibel sein, um ihren Anstellwinkel bei zunehmender Geschwindigkeit allmählich und fortschreitend zu verringern, indem die Wirkung des Druckanstieges an der Oberseite der Tragfläche und die Druckabnahme an deren Unterseite ausgenutzt wird. Diese Klappenart kann auch nur an den äußeren Teilen zu den Tragflächenonden hin angewandt werden. Die Elastizität der Klappe kamv durch unterschiedliche konstruktive Maßnahmen erreicht werden, so kann-z.B. eine Klappe aus Blech verwendet werden, die selbs-t flexibel und an der Abströmkante starr befestigt ist, oder eine Klappe, die an der Kante angelenkt ist und

durch Federn nachgiebig einstellbar ist, z.B. durch an den Enden befestigte Spiralfedern.

Eine weitere zusätzliche Maßnahme kann darin bestehen, daß die vordere Tragfläche mit dem Boot nicht starr verbunden ° ist, sondern die Möglichkeit der Änderung ihrer Lage besteht, insbesondere die Möglichkeit, um eine Querachse zu schwenken, die senkrecht zur Mittellängsebene des Bootes

verläuft. Hierdurch ist es möglich, den Anstellwinkel der Tragfläche zu ändern und einen Winkel zu erhalten, der beim Start größer ist und der danach allmählich mit einer Geschwindigkeitszunahme geringer wird. Diese Änderung der Lage der vorderen Tragfläche kann von dem Bootsführer von Hand eingestellt werden.

Die hintere Tragfläche kann außerdem durch eine zentrale vertikale Stütze mit stromlinienförmiger symmetrischer Außenform und scharfeckiger Anströmkante verstärkt werden. Solch eine Stütze hat außer der Verstärkung die Aufgabe, berücksichtigt man das höhere Gewicht am Heck des Bootes, die Richtungsstabilität des Bootes beim Navigieren während des Gleitens zu unterstützen.

Es wird daran erinnert, daß das Boot keine besonderen Änderungen erfordert, sondern lediglich entsprechende, vorzugsweise lösbare Beschläge zur raschen Montage und Demontage, um die Tragflächen mit dem Bootskörper zu verbinden. Die Notwendigkeit, einen Außenbordmotor mit ausreichend langer Antriebswelle oder höhenverstellbarer Anordnung vorzusehen, sollte ebenfalls berücksichtigt werden, um das Eintauchen der Antriebsschraube beim Gleiten sicherzustellen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 11 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

^C Fig. 1 eine Seitenansicht des Schlauchbootes,

Fig. 2 nd 3 vergrößerte Querschnitte längs der Linien H-II und IH-III der Fig. 1 ,

Fig. 4 eine Aufsicht des Bootes in Fig. 1,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in Fig. 3,

-ΙΟΙ

Fig. 6, 8 und 10 Aufsichten abgewandelter Tragflächen

und

5 Fig. 7, 9 und 11 Schnitte längs der Linien VlI-VII,

IX-IX und XI-XI in den Fig. 6, 8 und 10.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen ein Gummischlauchboot, das im wesentlichen aus einem flexiblen, mit Druckluft aufgeblasenen schlauchförmigen Körper 10 besteht, der einen großen Durchmesser hat und in Aufsicht U-förmig ausgebildet ist. Die beiden U-Schenkel 11, 12 sind bugseitig durch ein Bogenstück 13 verbunden und an den Heckenden spitz auslaufend.

Die Schenkel 11, 12 des Schlauchkörpers 10 sind durch eine teilweise flexible Konstruktion verbunden, die im wesentlichen aus einem Kiel 14, einem Bodengitter 15, einem gummierten Segeltuchboden 16 und einem Querträger 17 besteht. Diese Konstruktion ermöglicht es, Personen an Bord aufzunehmen und einen Außenbordmotor 18 anzubringen. Der Schaft 19 des Motors ist so lang, daß seine Antriebsschraube 20 während der Fahrt ständig ins Wasser eingetaucht ist.

Unter der Wasserlinie des Bootes befinden sich zwei Tragflächen 21 und 22, die V-förmig und quer zur Längsachse des Bootes angeordnet sind. Die Tragfläche 21 ist nahe dem Bug und die Tragfläche 22 nahe dem Heck angeordnet.

Jede der V-förmigen Tragflächen 21 und 22 hat einen Querschnitt mit einer spitzeckigen Anströmkante und ihrer größten Dicke in Übereinstimmung mit der Abströmkante, wie Fig. 5 für die vordere Tragfläche 21 zeigt. 30

Die Tragflächen 21 und 22 bestehen aus widerstandsfähigem Material wie Stahl, Aluminiumlegierungen, glasfaserverstärkten Kunststoffmaterialien und dergleichen.

Die hintere Tragfläche 22 ist durch zwei Streben 23, 24 mit zwei Längsholmen 25, 26 starr verbunden, die an der

Unterseite der Schenkel 11 und 12 des Schlauchkörpers 10 (Fig. 2) befestigt sind, während eine zentrale stromlinienförmige, symmetrische Stütze 27 mit scharfeckiger Anströmkante nicht nur als Verstärkungselement wirkt:, sondern auch die Richtungsstabilität bei Fahrt mit abgehobenem Bootskörper verbessert.

Die vordere Tragfläche 21 ist dagegen mit den^: Schenkeln 11 und 12 des Schlauchbootkörpers 10 so verbunden, daß eine begrenzte Drehung um eine Querachse ermöglicht wird, die senkrecht zur vertikalen Längsmittelebene: des Bootes verläuft. Wie die Fig. 3 und 5 zeigen, ist die Unterseite der Schenkel 11, 12 des Schlauchkörpers 10 mit den Längsholmen 25, 26 verbunden, von denen jeder einen Schwenkzapfen 3 0 bzw. 31 trägt, an denen ein Arm 32 bzw. 33 schwenkbar befestigt ist, der mit der vorderen Tragfläche 21 einstückig ausgebildet ist. Um eine begrenzte Drehung der Tragfläche 21 um die Achsen der Zapfen 30, 31 zu steuern, ist jedes Ende dieser Tragfläche an einer Verbindungsstange 34 befestigt, deren entferntes Ende mit einem Bügel 35 verbunden ist, dessen Länge durch einen Handgriff 36 (Fig. 1 und 4) geändert werden kann. Durch die zuvor beschriebene Drehung der Tragfläche 21 kann ihr Anstellwinkel relativ zum Boot geändert werden.

Die Tragflächen 21 und 22 können an ihren Endien Schwimmkörper 37 tragen, wie gezeigt ist.

^ Ein wichtiges Merkmal ist darin zu sehen, daß wenigstens die vordere, V-förmige Tragfläche 21 einen Anstellwinkel hat, der von der Tragflächenmitte aus, die mit der Längs-. mittelebene des Bootes zusammenfällt, zu deren Enden hin fortschreitend größer wird (Fig. 5). Der Anstellwinkel kann in der Mitte Null sein, während er an den Enden Werte von 10° bis 15° haben kann.

Hierdurch ergibt sich daß, wenn die Tragflächen vollständig eingetaucht sind, nicht nur, daß ihre tragende Fläche maximal ist, sondern auch, daß ihr Auftriebskoeffizient (der eine Funktion des Anstellwinkels ist) maximal ist, während, wenn das Boot allmählich angehoben wird und sich über das Wasser erhebt, wenn die Geschwindigkeit zunimmt, die tragende Fläche und der Auftriebskoeffizient allmählich abnehmen. Dieser Umstand erleichtert das Abheben bei geringer Geschwindigkeit, ohne daß jedoch die maximale Geschwindigkeit abnimmt, die bei einer bestimmten Nennleistung erreicht werden könnte, und verbessert außerdem die Längsstabilität des Bootes.

Obwohl die V-förmige Außenform der Tragflächen eine große tragende Fläche schafft, wenn die Tragflächen vollkommen eingetaucht sind, während diese Tragfläche abnimmt, wenn sich das Boot über den Wasserspiegel erhebt, so daß ein kurzes Abheben möglich ist, würde diese Wirkung allein nicht ausreichen, um auch die notwendige Längsstabilität zu erreichen. Dies wird durch die Möglichkeit der Änderung des Anstellwinkels und damit auch des Auftriebskoeffizienten der Tragflächen in dem Sinne erreicht, daß dieser Winkel abnimmt, wenn sich das Boot über den Wasserspiegel erhebt und die Tragflächen entsprechend auftauchen, so daß diese Wirkung sich zur Wirkung der gleichzeitigen Abnahme der tragenden Fläche dieser Tragflächen addiert.

Bei einigen anderen Ausführungsformen der V-förmigen Tragflächen können die erzielten Wirkungen noch weiter gefördert werden.

Eine dieser Ausführungsformen (Fig. 6 und 7) hat eine v-förmige Tragfläche 40, bei der nicht nur der Anstellwinkel von der Mitte zu den Enden hin fortschreitend größer wird, sondern es ist auch die Profilaehnu von einani

geeigneten Wert in der Mitte zu den Enden hin fortschreitend verkürzt. Hierdurch wird die tragende Flache der Tragfläche verringert, wenn sich das Boot über den Wasser-•5 spiegel hebt und die Tragfläche selbst auftaucht, und zwar nicht nur aufgrund der V-förmigen Außenform, sondern auch wegen der.fortschreitenden Verkürzung der Profilsehne.

Eine ähnliche Wirkung kann mit einer V-förmigen Tragfläche erzielt werden, die eine konstante Profilsehnenlänge und einen veränderbaren Anstellwinkel (wie die Tragflächen 21 und 22 in den Fig. 1 bis 5) hat, die aber zusätzlich an der Abströmkante eine starre Klappe hat, deren Breite von der Mitte zu den Enden hin zunimmt. Diese Ausführungsform ist in den Fig. 8 und 9 gezeigt, in denen die V-förmige Tragfläche mit 41 und die Klappe veränderbarer Breite mit 42 bezeichnet ist.

Eine weitere Ausführungsform (Fig. 10 und 11) hat an der Abströmkante einer V-förmigen Tragfläche 4 3 mit konstanter Profilsehne und veränderbarem Anstellwinkel eine elastische Klappe 4 4 für den bestimmten Anstellwinkel. Wenn die Geschwindigkeit zunimmt, wird der Anstellwinkel der elastischen Klappe 4 4 aufgrund der Richtwirkung des Druckes auf der Oberseite der Klappe und des negativen Druckes an der Unterseite allmählich geringer (wie·in Fig.-11 strichpunktiert gezeigt ist). Diese Art von Klappe kann über die gesamte Erstreckung der Tragflächen (wie gezeigt ist) oder auch nur an den Teilen nahe den Tragflächenenden angewandt werden.

Die Elastizität solch einer Klappe kann, wie zuvor erläutert, durch unterschiedliche Konstruktionen erreicht werden. Z.B. kann eine blattförmige Klappe vorgesehen ^° werden, die eine ausreichende Flexibilität hat und an der Abströmkante der Tragfläche (wie in den Fig. 10 und 11) starr befestigt ist, oder eine Klappe, die an der

Abströmkante der betreffenden Tragfläche angelenkt ist und deren Nachgiebigkeit durch Federn wie Schraubenfedern einstellbar ist, die an den Enden der angelenkten

Verbindungen befestigt sind.

Weitere Ausführungsformen, die auch unterschiedlich
kombinierbar sind, hängen von dem Einfluß des Produktes des Auftriebskoeffizienten und der eingetauchten Fläche der Tragflächen eines Gummischlauchbootes ab, und zwar in dem Sinne, daß dieses Produkt abnehmen muß, wenn die Geschwindigkeit erhöht wird, um die Längsstabilität des Bootes beim Übergang von der üblichen Fahrweise auf das Gleiten sicherzustellen, ebenso wie während des Gleitens, und um auch einen raschen und gleichmäßigen übergang von . der einen auf die andere Betriebsart zu ermöglichen.

Bei der Verbindung dor Tragflächen mit der Bootskonstruktion wurde nur eine der Möglichkeiten beschrieben, es sind jedoch auch andere Verbindungsarten möglich, vorzugsweise schnellwirkende Verbindungen, um einen zweckmäßigen und zuverlässigen Zusammenbau der Tragflächen und ihre Überholung zu ermöglichen, wenn das Boot für den Transport vorbereitet wird.

Der Außenbordmotor für das Boot kann, falls es unzweckmäßig ist, ihn mit einer übermäßig langen Antriebswelle zu versehen, auch höheneinstellbar montiert werden, um ihn beim übergang von der üblichen Betriebsart zum
Gleiten relativ zum Bootskörper abzusenken und unter

diesen Bedingungen ein völliges Eintauchen der Antriebsschraube sicherzustellen.

Claims (12)

Patentanwälte ...... Licht - Dr. Schmidt Hansmann - Herrmann .- :"; ■ ': ■ ; "; .-" Albert-Roßhaupter-Str. 65 8OOO München 70 Tel. (089)7603091 ~ I - EUROVINIL INDUSTRIES S.p.A. 27. Jan. 1982 Grosseto - Italien Vg/BCh 17085/17085a Gummischlauchboot Patentansprüche

1. Gummischlauchboot, bestehend aus einem U-förmigen Schlauchkörper, der durch Druckluft aufblasbar ist und einer teilflexiblen Konstruktion, die die beiden Schenkel des U-förmigen Schlauchkörpers verbindet, dadurch gekennzeichnet , daß unter dem U-förmigen Schlauchkörper (10) zwei V-förmige Tragflächen (21, 22) querverlaufend bezüglich der Längsmittellinie des Bootes angeordnet sind, daß sich die eine Tragfläche am Bugteil und die andere am Heckteil des Bootes befindet, daß jede Tragfläche einen Querschnitt mit einer scharfeckigen Anströmkante und einer maximalen Dicke entsprechend der Abströmkante hat, und daß wenigstens die vordere V-förmige Tragfläche (21) einen Anstellwinkel hat, der von der Mitte zu den beiden Enden der Tragfläche allmählich zunimmt.

2. Schlauchboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anstellwinkel der Tragfläche von Null in der Mitte auf einen Wert von 10° bis 15° an den Tragflächenenden ändert.

3. Schlauchboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die vordere Tragfläche

(21) um eine Achse quer zur Längsmittellinie des Bootes begrenzt verschwenkbar ist, und daß eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Lage dieser Tragfläche vorhanden ist.

4. Schlauchboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragflächen eine konstante Profilsehnenlänge haben.

5. Schlauchboot nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß die Profilsehrienlänge wenigstens einer Tragfläche von den Enden zur Mitte, die mit der Längsmittellinie des Bootes zusammenfällt, allmählich abnimmt.

6. Schlauchboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abströmkante wenigstens einer Tragfläche eine Klappe (42, 44) angeordnet ist.

7. Schlauchboot nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Klappe (42) steif ausgebildet ist.

8. Schlauchboot nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die steife Klappe (42) an der Abströmkante der Tragfläche (41) befestigt ist und eine Breite hat, die von der Mitte zu den Enden hin zunimmt.

9. Schlauchboot nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die steife Klappe an der Abströmkante der Tragfläche befestigt und durch

^OD eine federnde Einrichtung, die unter der Wirkung eines positiven und negativen Druckes an der Ober·- und Unterseite der Klappe nachgibt, unter einem bestimmten Anstell-

_ 3 wink-el gehalten ist.

10. Schlauchboot nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappe nur an den Enden der Tragfläche vorhanden ist.

11. Schlauchboot nach Anspruch"6, dadurch gekennzeichnet , daß die Klappe flexibel und starr an der Abströmkante der betreffenden Tragfläche befestigt ist.

12. Schlauchboot nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß· die flexible Klappe nur an den Enden der betreffenden Tragfläche vorhanden ist.