DE3215235C2

DE3215235C2 - Finne für Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE3215235C2
Application number: DE3215235A
Authority: DE
Inventors: Albert 7790 Meßkirch Reiter
Original assignee: Individual
Current assignee: REITER, ALBERT, 7790 MESSKIRCH, DE
Priority date: 1982-04-23
Filing date: 1982-04-23
Publication date: 1984-12-06
Also published as: EP0092785A2; EP0092785A3; DE3215235A1

Abstract

Wasserfahrzeuge weisen im allgemeinen am Heck eine Finne auf, die zur Erzielung der Richtungsstabilität notwendig ist. Bei relativ schnellen Wasserfahrzeugen, insbesondere bei Surfbrettern, wird die Finne jedoch durch die bei solchen Geschwindigkeiten herrschenden turbulenten Strömungsverhältnisse nahezu wirkungslos. Diese Wasserfahrzeuge, insbesondere die (Wind)Surfbretter brechen dann aus beziehungsweise es kommt zu dem gefürchteten "spin out". Um dies zu vermeiden, wird nach der Erfindung eine Finne vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch einen sich zum freien Ende hin ändernden Profilquerschnitt mit einem stetigen oder sprunghaften Übergang von einem schlanken widerstandsarmen symmetrischen Profil (10) beim Fahrzeugboden (1) und einem relativ hierzu dickeren Symmetrieprofil (11) mit hohem Auftriebsbeiwert am freien Ende.

Description

Die Erfindung betrifft eine in Form eines symmetrischen Tragflügels profilierte Finne für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Segelbretter, die zum Erzielen der Richtungsstabilität starr an der Wasserseite des Fahrzeugbodens angeordnet ist und deren Profilquerschnitte sich zum freien Ende hin ändern.

Eine derartige Finne ist beispielsweise aus der US-PS 44 416 bekannt.

Bei kleinen, langsamen Wasserfahrzeugen, wie auch noch bei manchen Segelbrettern, wird diese Finne aus einem entsprechend geformten Blechstück gebildet, das im allgemeinen an der Heckseite des Wasserfahrzeuges angeordnet ist. Die Überlegung bei der Anordnung derartiger Finnen war, daß die Strömungsverhältnisse unterhalb der kritischen Reynoldzahl die Anordnung einer derartigen, aus Blech geformten Finne günstiger erscheinen ließen als diejenige einer profilierten Finne. Dies trifft tatsächlich auch zu, wenn an der Wasserfahrzeug-Unterseite eine laminare Strömung vorherrscht Bei den meisten Wasserfahrzeugen ist die Strömung an der Heckseite des Fahrzeugbodens jedoch nicht mehr laminar, sondern deutlich turbulent Dies mag, neben der allgemeinen Geometrie des Fahrzeugbodens, auch noch von Verdichtungsstößen herrühren, die zudem den Begleiteffekt mit sich bringen, daß die Strömung nicht nur turbulent ist sondern daß sie auch Gasblasen mit sich führt wodurch die Wirkung der Finne ab einer gewissen Geschwindigkeit die durchaus noch unterhalb der kritischen Reynoldzahl liegen kann, mehr oder weis niger illusorisch wird. Die Richtungsstabilität des Wasserfahrzeuges ist dadurch ab einer bestimmten Geschwindigkeit nicht mähr gesichert beziehungsweise es kommt unter Umständen schlagartig zum Ausbrechen des Wasserfahrzeugs aus seiner zuvor eingehaltenen Richtung beziehungsweise zu dem gefürchteten »spin out«.

Dem versuchte man durch eine tragflügelähnliche Profilierung der Finne entgegenzuwirken, wie eingangs genannt Tatsächlich konnte dadurch dieser »spin out« in höhere Geschwindigkeitsbereiche verschoben, jedoch nicht unterbunden werden. Das schlagartige Ausbrechen des Wasserfahrzeuges wurde dadurch lediglich noch gefahrlicher.
Dr. die turbulente Strömung am Fahrzeugboden entsteht und auch am Fahrzeugboden entlanggeführt wird, lag es nahe, durch Anordnen von Grenzschichtzäunen den ins Wasser hineinragenden Teil vor dieser turbulenten Strömung zu schützen. Dies erbrachte zwar eine Verbesserung beziehungsweise eine nochmalige Ver-Schiebung des Ausbrechpunktes in einen höheren Geschwindigkeitsbereich, nicht aber die vollkommene Beseitigung des Effektes. Dies dürfte auch mit daran liegen, daß die zwar nunmehr profilierte Finne beibehalten und lediglich mit diesen Grenzschichtzäunen bestückt wurde. Der nunmehr möglicherweise in laminarer Strömung liegende Teil der Finne war damit viel zu klein, um noch deutlich wirksam werden zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine derartige Finne für Wasserfahrzeuge so auszubilden, daß sie mit Sicherheit auch in hohen Geschwindigkeitsbereichen, die Richtungsstabilität des Wasserfahrzeuges herbeiführt beziehungsweise den gefürchteten »spin out« verhindert.

Erreicht wird dies nach der Erfindung dadurch, daß

so sich die symmetrischen Profilquerschnitte mit einem stetigen oder sprunghaften Übergang von einem schlanken, widerstandsarmen Profil am Fahrzeugboden zu einem relativ hierzu dickeren Profil mit hohem Auftriebsbeiwert am freien Ende der Finne hin ändern.

Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme wird zweierlei erreicht:

1. Das widerstandsarme Profil beim Fahrzeugboden »schluckt« die turbulente Strömung entlang des Fahrzeugbodens und führt sie, ohne daß sich störende und damit widerstandserhöhende Wirkungen ergeben, nach hinten ab.

2. Im Bereich der mehr oder weniger laminaren Strömung unterhalb dieser am Fahrzeugboden entlang-

b5 führenden turbulenten Strömung liegt nunmehr der eigentliche Wirkungsbereich der Finne, der in erfindungsgemäßer Weise mit einem Profil mit hohem Auftriebsbeiwert ausgeführt und damit in der

Lage ist, dem Wasserfahrzeug eine hohe Richtungsstabilität zu verleihen. Da es sich um ein symmetrisches Profil handelt, weist dieses Profil bei Geradeausfahrt verhältnismäßig niedere Widerstandsbeiwerte auf. Versucht das Fahrzeug aus der Richtung zu wandern, so wird d^ Profil schräg angeströmt und entwickelt hierbei die erwünschten rückführenden Kräfte.

Diese Grundidee kann selbstverständlich noch weiter ausgebaut werden, wie in den Unteransprüchen angegeben, beispielsweise dadurch, daß die Verbindungslinie der Druckpunkte der Profile relativ zur Profiltiefe stetig oder sprunghaft zum freien Ende der Finne hin in Fahrtrichtung nach vorne verläuft und daß auch noch die turbulente Strömung von der laminaren Strömung durch einen oder auch durch mehrere Grenzschichtzäune getrennt wird.

Die Erfindung soll an Hand der schematischen Zeichnungen weiter erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine einfache schwertförmige Finne, F i g. 2 eine vorwärtsgepfeilte Finne,

F i g. 3 eine Finne mit zwei unterschiedlich gepfeilten Bereichen,

F i g. 4 eine nach vorne und nach hinten gepfeilte Finne mit einem Grenzschichtzaun,

F i g. 5 eine Finne ähnlich wie F i g. 4,

F i g. 6 eine Finne mit zwei voneinander unabhängigen Abschnitte und

F i g. 7 die praktische Ausführung einer Finne nach Fig. 6.

Am Boden 1 eines Wasserfahrzeuges, beispielsweise am Boden eines Segelbrettes und hier wiederum im allgemeinen am Heck dieses Fahrzeuges, dessen Fahrtrichtung 2 durch einen Pfeil dargestellt ist, ist zur Stabilisierung der Richtung dieses Fahrzeuges jeweils eine Finne 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 angeordnet. Diese Finne weist schwertartig vom Fahrzeugboden weg und ist tragflügelähnlich, symmetrisch, mit der Profilnase in Fahrtrichtung 2 zeigend profiliert

Nach der Erfindung ändern sich diese sich so ergebenden symmetrischen Profilquerschnitte mit einem stetigen oder sprunghaften Übergang von einem schlanken, widerstandsarmen Profil am Fahrzeugboden zu einem relativ hierzu dickeren Profil mit hohem Auftriebsbeiwert am freien Ende der Finne.

F i g. 1 zeigt eine schwertähnliche Finne 3, deren Vorderkante 15 entgegen der Fahrtrichtung 2 in einem stumpfen Winkel verläuft. Eine derartige Finne ist zweckmäßig in Gewässern, in denen mit Wasserpflanzen zu rechnen ist, da bei einer derartigen Ausführung die die Finne umschlingenden Wasserpflanzen nach unu-n/hinten wegtreiben können. Am Fahrzeugboden ist die Finne 3, wie dies aus dem rechts hiervon gezeigten Querschnitt ersichtlich ist, mit einem schlanken, keulenförmigen Profil 10 versehen, das zum freien Finnenende hin in ein relativ hierzu dickes symmetrisches Profil 11 mit hohem Auftriebsbeiwert übergeht. Das schlanke Profil 10 weist einen weit hinten liegenden Druckpunkt 12 auf, der sich nach und nach bis zum freien Finnenende hin nach vorne in den Nasenbereich verschiebt. Die Verbindungslinie 14 der Druckpunkte über die gesamte Finnenläng^ (gestrichelt eingezeichnet), ist insgesamt, obwohl die Finnennase in einem stumpfen, nach hinten geneigten Winkel zur Fahrtrichtung 2 verläuft, nach vorne geneigt. Dies hat den aus der Tragflügcltheorie bekannten Vorteil, daß diese Verbindungslinie 14 nach vorne gepfeilt ist, Ablösungen also zuerst am Fahrzeugboden 1 entstehen. Da dieser Bereich sowieso turbulent mit Einschluß von Gasblasen durchströmt wird, da aulierdem gerade in diesem Bereich mit Verdichtungsstöben zu rechnen ist, scheidet dieser gesamte Bereich in der Nähe des Fahrzeugbodens für die Wirkung der Fmne 3 aus. Der restliche Finnenbereich zum Finnenende hin jedoch wird praktisch laminar umströmt, wobei die laminare Strömung ein Profil 11 mit hohem Auftriebsbeiwert vorfindet, die Finne 3 also optimal wirken beziehungsweise dem Fahrzeug die gewünschte Richtungs-Stabilität verleihen kann. Durch die nach vorne geneigte Verbindungslinie 14 der Druckpunkte ist außerdem dafür gesorgt, daß die am Fahrzeugboden 1 anliegende turbulente, mit Gasblasen versetzte Strömung nicht der Finne 3 entlang nach unten wegwandert, sondern allenfalls Als Wirbelzopf in der Nähe des Fahrzeugbodens 1 der Finne 3 folgt.

Deutlicher noch ist dies bei der Finne 4 nach F i g. 2 der Fall, deren Vorderkante 16 ebenfalls in Fahrtrichtung 2 geneigt ist, mit einer dadurch entsprechend stärkeren Neigung der Verbindungslinie 17 der Druckpunkte zwischen den sich ständig verändernden Profilen 10, 11.

Eine Mischung zwischen diesen beiden Finnentypen nach den F i g. 1 und 2 stellt die F i g. 3 dar, bei der die Vorderkante 18, 19 der Finne 5 einen nach vorne geneigten Nasenbereich 18 und einen senkrechten Nasenbereich 19 aufweist Entsprechend verläuft auch die Verbindungslinie 20 der Druckpunkte der hier im Querschnitt gezeigten Profile 10, U, 21 in einem, etwa den

Nasenbereichen folgenden Winkel.

In F i g. 4 ist eine Finne 6 dargestellt mit zwei gleichbleibenden Abschnitten 22 und 23. Die beiden Abschnitte 22,23, wobei der bodennahe obere Abschnitt 22 wiederum ein schlankes, Widerstandsannes Profil 10 und der untere Abschnitt 23 ein relativ hierzu dickes Profil 11 mit hohem Auftriebsbeiwert aufweist, sind durch eine Platte 24, die als Grenzschichtzaun wirkt hydrodynamisch voneinander getrennt. Die den Profilen 10, 11 zugehörenden Verbindungslinien 25, 26 der Druckpunkte verlaufen bei dem bodennahen Profil 10 etwa im zweiten Drittel des Abschnitts 22, im unteren Abschnitt 23 etwa im vorderen Drittel.

Eine ähnliche Ausführung ist in F i g. 5 gezeigt. Hier können jedoch keine zwei Abschnitte 22,23 mit jeweils gleichbleibendem Profil unterschieden werden, sondern bei dieser Finne 7 geht das Profil von dem schlanken, widerstandsarmen Profil 10 über ein mittleres Profil 21 in das endständige, relativ hierzu dicke Profil 11 stetig über. Entsprechend verläuft auch die Verbindungslinie

so 27 der Druckpunkte bei diesem Profil, die ähnlich der Finnenform jedoch vom Fahrzeugboden weg stetig nach vorne verschoben verläuft. Bei dieser Finne 7 verläuft die Verbindungslinie 27 der Druckpunkte demnach im oberen bodennahen Drittel der Finne sehr stark nach vorne gepfeilt so daß die hier zu beobachtenden Ablösungen mit Sicherheit nicht in den unteren Finnenabschnitt wandern werden. Dieser untere Finnenabschnitt der zum Abweisen von Wasserpflanzen etc. nach hinten geneigt ist, wird damit laminar mit der bereits aufgezeigten Wirkung umströmt.

Extrem trifft dies für die Finnenkonstruktion nach F i g. 6 zu, wo wiederum zwei Abschnitte 22, 23 mit jeweils gleichbleibendem Profil 10, 11 zu unterscheiden sind, die auch wiederum durch eine Platte 24 als Grenz-

b5 schichtzaun voneinander getrennt sind. Bei dieser Finne 8 ist jedoch der untere Abschnitt 23 in Fahrtrichtung 2 nach vorne versetzt so daß unter gar keinen Umständen Ablösungen vom oberen Abschnitt 22 die laminare Um-

strömung des Abschnittes 23 stören können. Beachtenswert ist, daß die Verbindungslinien 25, 26 der Druckpunkte bei dieser Konstruktion außerordentlich deutlich in Fahrtrichtung 2 gegeneinander versetzt sind, so daß Ablösungen, die vom oberen Abschnitt 22 stammen, sollten sie je die Platte 24 überspringen, allenfalls noch zu einer Turbulenz hinter dem Abschnitt 23 führen, jedoch die laminare Umströmung dieses Abschnittes nicht mehr stören können. In F i g. 7 ist eine Finne 9 gezeigt, die eine praktische Ausführung der in F i g. 6 gezeigten Finne darstellt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

20

40 45 50 55 60 65

Claims

Patentansprüche:

1. In Form eines symmetrischen Tragflügels profilierte Finne für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Segelbretter, die zum Erzielen der Richtungsstabilität starr an der Wasserseite des Fahrzeugbodens angeordnet ist und deren Profilquerschnitte sich zum freien Ende hin ändern, dadurch gekennzeichnet, daß sich die symmetrischen Profilquerschnitte mit einem stetigen oder sprunghaften Übergang von einem schlanken, widerstandsarmen Profil (10) am Fahrzeugboden (1) zu einem relativ hierzu dickeren Profil (11) mit hohem Auftriebsbeiwert am freien Ende der Finne (3; 4;5; 6; 7; 8; 9) hin ändern.

2. Finne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (15) der Finne (3) entgegen der Fahrtrichtung (2) geneigt '.st

3. Finne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderkante (16; 18) der Finne (4; 5) in Fahrtrichtung vorgepfeilt ist

4. Finne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bodennahe, obere Abschnitt (22) der Finne (6) vorgepfeilt und der restliche, untere Abschnitt (23) der Finne (6) nach hinten geneigt ist

5. Finne nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am bodennahen, oberen Abschnitt der Finne (6; 8; 9) wenigstens eine etwa senkrecht zur Finnenlängserstreckung liegende, insbesondere die Finnenvorderkante umgreifende Platte (24) als Grenzschichtzaun angebracht ist.

6. Finne nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (24) den oberen (22) und den unteren (23) Abschnitt der Finne (6; 8) voneinander trennt

7. Finne nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Platte (24) getrennten Abschnitte (22, 23) der Finne (6; 8) jeweils ein gleichbleibendes Profil (10,11) aufweisen.

8. Finne nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der endseitige, untere Abschnitt (23) zum bodenseitigen, oberen Abschnitt (22) in Fahrtrichtung (2) nach vorn versetzt angeordnet ist.

9. Finne nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinie (14; 17; 20; 25; 26; 27) der Druckpunkte der Profile (10, 11) relativ zur Profiltiefe stetig oder sprunghaft zum freien Ende der Finne (3; 4; 5; 6; 7; 8) hin in Fahrtrichtung (2) nach vorne verläuft.