DE3320185C1 - Arrangement and method for producing a body shape which is transformed by flow and/or streamlined - Google Patents

Arrangement and method for producing a body shape which is transformed by flow and/or streamlined

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DE3320185C1
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Matthias 2000 Hamburg Rößler
Claus-Peter Prof. Dr.-Ing. Thomsen
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THOMSEN, CLAUS-PETER, PROF. DR.-ING., 2000 HAMBURG
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Abstract

In an arrangement and a method for producing a body shape which is transformed by flow and/or streamlined, it is provided that the model body used consists of a material which can be removed during a measurement operation and/or can change shape. In this case, a flowable medium is made to flow around the model body, and the data on power and function are recorded via a measurement arrangement in order to determine a streamline shape completely in a systematic way.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Erzeugung einer strömungsverwandciten und/oder strömungsgünstigen Körperform, wie eine Schiffskörperform, die ein strömungsfähiges Medium, mindestens einen zu dem Medium relativ bewegbaren, von ihm umströmten Körper und eine Meßanordnung zur Aufnahme von Leistungs- und Funktionsdaten umfaßt. The invention relates to an arrangement and a method for generating a flow-related and / or aerodynamic body shape, such as a ship's hull shape, which is a fluid medium, at least one body, which can be moved relative to the medium and around which it flows, and a measuring arrangement for recording performance and functional data.

Strömungsgünstige Formen lassen sich mit Vorteil bei vielen einem strömungsfähigen Medium ausgesetzten Bau-Konstruktionen verwenden, seien sie in der Strömung ortsfest oder bewegbar. Beispiele hierfür findet man im Hoch-, Landschafts- und Wasserbau, im Fahrzeugbau und im aero- und hydromechanischen Versuchswesen.Flow-favorable shapes can advantageously be exposed to a flowable medium in many cases Use building structures, be they stationary or movable in the current. Examples of this can be found one in structural engineering, landscaping and hydraulic engineering, in vehicle construction and in aero- and hydromechanical Experimentation.

Zur experimentellen Ermittlung günstiger Formen sind seit langem Anordnungen bekannt, bei denen Versuchskörper ebenfalls einem strömungsfähigen Medium ausgesetzt werden, wobei es nur auf die Relativbewegung zwischen Medium und Körper ankommt. Für derartige Versuche wird jedoch meistens nur eine geringe Anzahl von Modellen untersucht, um — bezogen auf den status quo — besonders befriedigende Formen zu finden. Eine größere Anzahl verschiedener Formen würde entsprechend hohe Kosten verursachen. Dabei sind Forischritie und Erfolg der Versuche vielfach vomFor the experimental determination of favorable shapes, arrangements have long been known in which test bodies can also be exposed to a flowable medium, whereby it is only due to the relative movement between the medium and the body. However, usually only a small one is required for such attempts Number of models examined in order to - based on the status quo - find particularly satisfactory forms Find. A larger number of different shapes would result in correspondingly high costs. Included Forischritie and success of the experiments are often of the

Zufall abhängig.Coincidence dependent.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit deren Hilfe Körper mit einer strömungsgünstigen Form kostengünstig und systematisch-vollständig sowie relativ einfach ermittelbar sind.The object of the invention is to provide an arrangement and a method of the type mentioned at the beginning create, with the help of which bodies with a flow-favorable shape cost-effectively and systematically and completely and are relatively easy to determine.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Körper direkt oder als Modellkörper aus einem während des Meßvorganges abtragbaren uud/oderAccording to the invention, this object is achieved in that the body consists of a direct or a model body and / or which can be removed during the measuring process

ι ο form veränderbaren Stoff mindestens teilweise besteht.ι ο shape changeable substance at least partially exists.

Um vorgegebene Räume bzw. Raumabmessungen besser zu berücksichtigen, wird vorgeschlagen* daß Teilbereiche des Körpers aus einem formbeständigen Material als Grundkörper ausgebildet und frei wählbare Teili weiche durch einen abtragbaren und/oder form veränderbaren Stoff gebildet sind.In order to better take into account given rooms or room dimensions, it is suggested * that partial areas of the body made of a dimensionally stable material formed as a base body and freely selectable parts soft are formed by a removable and / or shape changeable substance.

Bei vom Wasser umströmten Körpern ist vorgesehen, daß ein das umströmende Medium abtragbarer Stoff durch Polyäthylenglykol, Eis oder dergleichen gebildet istIn the case of bodies around which the water flows, provision is made for a substance that can be removed by the medium flowing around it is formed by polyethylene glycol, ice or the like

Hierbei ist es selbstverständlich, daß bei einem Lcsungsvorgang, wie beim Einsatz von Polyäthylenglykol, die Temperatur des umströmenden Mediums unterhalb des Schmelzbereiches des eingesetzten Materials liegt.It goes without saying that in the event of a solution, As with the use of polyethylene glycol, the temperature of the surrounding medium is below the melting range of the material used.

Wird Wasser als strömungsfähiges Medium eingesetzt, so soll der verwendete feste Stoff hydrophil sein, d. h. er soll O-H-Gruppen besitzen. Wird Benzol als strömungsfähiges Medium eingesetzt, so sol! der feste Stoff C-H-Gruppen besitzen. Bei einem Abschmelzvorgang, wie bei Eis, muß das Medium mindestens bei Schmelztemperatur liegen.If water is used as the flowable medium, the solid substance used should be hydrophilic, i.e. H. he should have O-H groups. If benzene is used as a fluid medium, so sol! the solid substance C-H groups own. In the case of a melting process, such as ice, the medium must be at least at the melting temperature lie.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung soll auf einfache Weise ermöglicht werden, daß durch die Strömung selbst die günstigste Form des ihr ausgesetzten Körpers ausgearbeitet wird, wobei eine vorgewählte, an sich bekannte Meßanordnung zur Ermittlung eines Gütemaßes, wie z. B. Nutzen und Aufwand, und ein in einer wirtschaftlichen, d.h. für die Erhebung der Meßreihe ausreichenden Zeitspanne ahtragkirsr Stoff für den dem Strömungsmedium ausgesetzten Körper vorgesehen ist.The arrangement according to the invention is intended to make it possible in a simple manner that the flow even the most favorable shape of the body exposed to it is worked out, with a preselected one known measuring arrangement for determining a quality measure such. B. Benefits and costs, and one in one economic, i.e. sufficient period of time for the collection of the series of measurements ahtragkirsr material for the the body exposed to the flow medium is provided.

So hat sich z. B. bei der Erzeugung von strömungsgünstigen Schiffsrümpfen eine Meßanordnung als vorteilhaft erwiesen, mit der das Verhältnis von befördertem Gewicht des schwimmenden Körpers multipliziert mit der Beförderungsgeschwindigkeit und dividiert durch die Antriebsleistung festgestellt werden kann.So has z. B. in the production of aerodynamically favorable hulls a measuring arrangement as advantageous proven by which the ratio of the weight carried by the floating body multiplied can be determined with the transport speed and divided by the drive power.

Hierbei spielt sich ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer strömungsgünstigen Körperform ab. daß in einer Meßreihe, bei der ein erster veränderbarer Körper von dem Strömungsmedium verändert bzw. abgetragen wird, mit einer vorgewählten Meßanordnung ein optimaler Wert, beispielsweise das genannte Gütemaß, ermittelt wird und danach in einer zweiten Meßreihe ein dem ersten Körper unter den gleichen Verfahrensbedingungen wie bei der ersten Meßreihe dem Strömungsmedium bis zum Erreichen des bei der ersten Meßreihe festgestellten Optimums ausgesetzt wird, wonach die Maße des nunmehr erzeugten KörpersA method according to the invention for generating a body shape that is favorable to flow is used here away. that in a series of measurements in which a first changeable body of the flow medium changes or is removed, with a preselected measuring arrangement an optimal value, for example the said one Quality measure, is determined and then in a second series of measurements one of the first body under the same Process conditions as in the first series of measurements the flow medium until it reaches the in the first series of measurements established optimum is exposed, after which the dimensions of the body now produced

bo festgestellt werden können.bo can be determined.

Die Erfindung ist nicht auf die Erzeugung strömungsgünstiger Schiffsformen beschränkt, sondern ganz allgemein im Bauwesen, besonders im Erd-, Hoch- und Wasserbau, aber auch im Fahrzeugbau, seinen es Luft-. Was-The invention is not limited to the production of aerodynamically favorable ship shapes, but rather in general in construction, especially in earthworks, structural engineering and hydraulic engineering, but also in vehicle construction, it is aerospace. What-

hr> scr- oder Landfahrzeuge oder Flugkörper, d. h. bei Bauteilen aller Art. die Strömungen von flüssigen oder gasförmigen Medien oder slrönningsfähigen Materie-Gemischen aiisgesel/.l sind, wozu beispielsweise auchh r > scr or land vehicles or missiles, ie for components of all kinds. the flows of liquid or gaseous media or mixtures of substances capable of flowing are aiisgesel / .l, including, for example, also

cünstlich anzulegende Erdformationen zählen können, inwendbar.be able to count artificially created earth formations, inevitable.

Als abgetragene Stoffe für die Erzeugung strömungs- »ünstig geformter Körper kommen vor allem solche in Frage:Above all, those are used as the removed substances for the production of bodies which are poorly shaped Question:

1. die sich im jeweiligen Strömungsmedium lösen,1. which dissolve in the respective flow medium,

2. die abschmelzen,2. the melt,

3. die sich mechanisch abtragen und/oder formveränderlich beeinflussen lassen.3. Which can be mechanically removed and / or influenced in a shape-changing manner.

Einen bekannten Oberbegriff der Stoffe ist nicht definierbar, da auch und gerade die Eigenschaften des Stoffes, der strömt (das Medium, das strömt), beteiligt ist. Das Zusammenwirken jeweils beider Komponenten muß berücksichtigt werden und kommt zum Einsatz.A well-known generic term for substances cannot be defined, since the properties of the substance, who flows (the medium that flows) is involved. The interaction of both components must be taken into account and is used.

Nach dem Herausnehmen des Körpers aus der Anordnung »ird die bisher im einzelnen unbekannte Form für den Nachbau in formbeständigen Materialien oder einer dem Versuchsmodell ähnlichen Nutzform vermessen. After the body has been removed from the arrangement, the form, hitherto unknown in detail, appears for the reproduction in dimensionally stable materials or a useful shape similar to the test model.

Mit einer erfindungsgemäßen Anordnung in einem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich bei Bau- oder Fahrzeugteilen das Verhältnis von Widerstand zu Verdrängungsvolumen oder von eingesetzter Leistung zu erreichtem Nutzen in technisch fortschrittlicher Weise verbessern. Es entstehen strömungsverwandelte Formen, die nach der Umwandlung aus einer ungünstigeren Ausgangsform den ihnen zugedachten Zweck besser erfüllen können, d. h. Einsparung von Antriebsenergie jedweder Form, Verminderung von schädlichen Schwingungen und Kavitation, geringere Störerscheinungen an Einbauten oder Haiterungen und weniger Störung der sie im Betrieb umgebenden Strömung.With an arrangement according to the invention in a method according to the invention can be used in construction or Vehicle parts the ratio of resistance to displacement or of the power used Improve the benefit achieved in a technically advanced manner. Flow-transformed forms are created, which, after being converted from a less favorable initial form, better serve their intended purpose can, d. H. Saving of drive energy of any form, reduction of harmful vibrations and cavitation, fewer disturbances to fixtures or fittings and less disturbance of the flow surrounding them in operation.

In der Zeichnung sind Ausführungbeispiele der Erfindung (aus dem Schiffsbauversuchswesen) näher erläutert. Es zeigtIn the drawing are exemplary embodiments of the invention (from the shipbuilding test system) explained in more detail. It shows

Fig. 1 ein Schema eines Versuchsaufbaus mit Meßeinrichtung in geschleppter Ausbildung vollgetaucht,1 shows a diagram of an experimental setup with a measuring device fully immersed in towed training,

Fig.2 ei·.. Schema ähnlich Fig. 1 mit eigenem Antrieb teilgetaucht,FIG. 2 a diagram similar to FIG. 1 with its own drive partially submerged,

Fig.3 bis 7 einen pontonartigen Strömungskörper aus Eis voll getaucht nach unterschiedlichen fortschreitenden Zeitabständen,3 to 7 a pontoon-like flow body fully immersed in ice after different progressive time intervals,

Fig.8 bis 12 einen pontonartigen Strömungskörper aus Polyäihylenglykol halbgetaucln in unterschiedlichen fortschreitenden Zeitabständen in Seitenansicht und teilweise in Frontansicht.8 to 12 a pontoon-like flow body from polyethylene glycol half-thawed at different progressive time intervals in side view and partly in front view.

Bei der dargestellten Anordnung ist ein Körper 1 als Modellkörper, der selbstverständlich teilweise vorgeformt sein kann, in einem Schleppkanal 2 angeordnet, der mit Wasser gefüllt isi. Der Körper 1 wird gemäß F i g. 1 in bekannter Weise über einen nicht näher dargestellten Antriebsarm durch das Wasser geschleppt, während in Fig.2 eine Anordnung mit einem Propulsionsantrieb 3 dargestellt ist. Die Anströmung während der Bewegungsphase ist durch Pfeile 4 gekennzeichnet.In the arrangement shown, a body 1 is a model body, which of course is partially preformed can be arranged in a towing channel 2 which is filled with water. The body 1 is according to F i g. 1 dragged through the water in a known manner via a drive arm not shown in detail, while in Figure 2 an arrangement with a propulsion drive 3 is shown. The flow during the movement phase is indicated by arrows 4.

Während der Bewegungsphase wird der Gesamtwiderstand und die jeweils vorhandene Masse des Körpers 1 durch schematisch dargestellte, zugeordnete Wiegesysteme 5 und 6 erfaßt. Selbstverständlich ist es auch möglich, diese Werte über Dehnungsmeßstreifen und Meßdruckdosen oder ähnliche Systeme in bekannter Weise zu erfassen.During the movement phase, the total resistance and the existing mass of the body are determined 1 detected by assigned weighing systems 5 and 6, shown schematically. Of course it is it is also possible to use strain gauges and measuring pressure cells or similar systems in known Way to grasp.

Für eine Auswertung ist in besonderen Fällen auch die Gesamtfläche des Körpers 1 von Bedeutung, die durch optische Meß.;',!steme bzw. Schallablastung durchführbar ist. Ferner ist bei eigenem Antrieb es erforderlich, die AntriebsJeitung über Dynamometersysteme zu erfassen.For an evaluation, the total area of the body 1 is also important in special cases, which is determined by optical measurements .; ', ! steme or sound absorption is feasible. In addition, with its own drive it is necessary to record the drive line using dynamometer systems.

Bei dieser Meßwerterfassung wird in den einzelner Achsen die Genauigkeit nicht durch das System in der jeweils anderen Achse beeinflußt. Bei der Erfassung der aktuellen Masse muß darauf geachtet werden, daß das Meßergebnis nicht durch Trimmkräfte gestört wird.With this data acquisition, the accuracy of the individual axes is not controlled by the system in the influences the other axis. When recording the current mass, it must be ensured that the Measurement result is not disturbed by trimming forces.

Um eine Erfassung der Körpermasse zu erleichtern, ist es zweckmäßig, daß sich die spezifischen GewichteIn order to make it easier to determine the body mass, it is advisable that the specific weights

ίο des Fluids, in diesem Fail des Wassers, und dem abtragbaren Stoff, unterscheiden.ίο of the fluid, in this case of the water, and the erosible Matter, distinguish.

Gemäß F i g. 3 bis 7 ist ein getauchter Strömungskörper aus Eis ohne die Meßeinrichtung dargestellt Die Anströmung ist mit dem Pfeil 4 gekennzeichnet Da es sich hierbei um einen Abschmelzvorgang handelt, muß das Wasser als strömungsfähiges Medium mindestens bei Schmelztemperatur des verwendeten Stoffes liegen. Dieses muß aber auch bei anderen Stoffen erfüllt werden, bei denen ein Abschmelzvorgang zum Abtragen des Stoffes durchgeführt wird.According to FIG. 3 to 7 a submerged flow body made of ice is shown without the measuring device The flow is marked with the arrow 4 Since this is a melting process, must the water as a fluid medium must be at least at the melting temperature of the substance used. However, this must also be met with other substances that require a melting process to remove them of the substance is carried out.

Während des Schleppvorganges v.id der Körper 1 entsprechend den Darstellungen durch dr-s Strömungsmedium Wasser verändert und dabei über die nicht näher dargestellten Meßanordnungen eine Auswertung vorgenommen, bis sich vom vorgegebenen Gebrauchszweck < ptimale Werte ergeben. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, in Form einer zweiten Meßreihe ein dem ersten Körper 1 in seiner Anfangsform und seinem Material gleicher zweiter Körper 1 unter den gleichen Verfahrensbedingungen wie bei der ersten Meßreihe dem strömungsfähigen Medium bis zum Erreichen des bei der ersten Meßreihe festgestellten optimalen Meßwertes auszusetzen.During the towing process v.id the body 1 according to the representations by dr-s flow medium Water changed and at the same time an evaluation via the measuring arrangements not shown in detail carried out until the given purpose results in <ptimal values. It has been found to be functional proved, in the form of a second series of measurements a the first body 1 in its initial form and its Material of the same second body 1 under the same process conditions as in the first series of measurements the flowable medium until the optimum measured value determined in the first series of measurements is reached suspend.

Bei der Ausführung gemäß F i g. 8 bis 12 ist ein Körper 1 aus Polyäthylenglykel halbgetaucht dargestellt. Hierbei ist das umströmende Medium Wasser und die Wasserlinie 7 sowie die Anströmung durcii Pfeile 4 gekennzeichnet. Da es sich hierbei um einen Lösungsvorgang handelt, ist es erforderlich, daß die Temperaturen unterhalb des Schmelzbereiches des eingesetzten PoIyäthvlenglykol liegen. Der Meßvorgang vollzieht sich in gleicher Weise, wie beim ersten Ausführungsbeispiel.In the execution according to FIG. 8 to 12 is one body 1 shown half-immersed from polyethylene glycol. The medium flowing around is water and the Waterline 7 as well as the inflow indicated by arrows 4. Since this is a solution process, it is necessary that the temperatures lie below the melting range of the polyethylene glycol used. The measuring process takes place in same way as in the first embodiment.

Es ist auch möglich, entsprechend den Erfordernissen einen Grundkörper aus einem formbeständigen Material auszubilden und nur Teilbereiche durch einen abtragbaren und/oder formveränderbaren Stoff auszubilden.It is also possible, according to the requirements, to have a base body made of a dimensionally stable material to train and to train only partial areas by a removable and / or shape-changeable substance.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Anordnung zur Erzeugung einer strömungsvcrwandelten und/oder strömungsgünstigen Körperform, wie eine Schiffskörperform, die ein strömungsfähiges Medium, mindestens einen zu dem Medium relativ bewegbaren, von ihm umströmten Korper und eine Meßanordnung zur Aufnahme von Leistungs- und Funktionsdaten umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper direkt oder als Modellkörper aus einem während des Meßvorganges abtragbaren und/oder formveränderbaren Stoff mindestens teilweise besteht1. Arrangement for generating a flow-modified and / or flow-favorable body shape, like a hull shape, which is a fluid medium, at least one to the medium relatively movable body around which it flows and a measuring arrangement for receiving power and functional data includes, thereby characterized in that the body directly or as a model body from one during the measuring process removeable and / or shape changeable material at least partially 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teilbereiche des Körpers aus einem formbeständigen Material als Grundkörper ausgebildet und frei wählbare Teilbereiche durch einen abtragbaren und/oder formveränderbaren Stoff gebildet sind.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that partial areas of the body from one dimensionally stable material formed as a base body and freely selectable sub-areas by a removeable and / or shape changeable substance are formed. 3. Anordnung nach Anspruch V oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein das umströmende Medium abtragbarer Stoff durch Polyäthylenglykol, Eis oder dergleichen gebildet ist.3. Arrangement according to claim V or 2, characterized characterized in that a substance that can be removed by the medium flowing around it is carried out by polyethylene glycol, ice or the like is formed. 4. Verfahren zur Erzeugung einer strömungsgünstigen Körperform mit einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Meßreihe, bei der ein erster veränderbarer Körper von dem Strömungsmedium verändert bzw. abgetragen wird, mit einer vorgewählten Meßanordnmg ein optimaler Wert ermittel wird und danach in einer zweiten Meßreihe ein dem ersten Körper in seiner Anfangstorm und seinem Material gleicher zweiter "Körper unter den gleichen Verfahrensbedingungen wie bei der ersten Meßreihe dem strömungsfähigen Medium bis zum Erreichen des bei der ersten Meßreihe festgestellten optimalen Meßwertes ausgesetzt wird.4. A method for generating a flow-favorable body shape with an arrangement according to a of claims 1 to 3, characterized in that in a first series of measurements, in which a first variable Body is changed or removed by the flow medium, with a preselected Meßanordnmg an optimal value is determined and then in a second series of measurements on the first body in its initial form and its material same second "body under the same process conditions as in the first series of measurements the flowable medium until the optimum determined in the first series of measurements is reached Measured value is suspended.
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DE19830730C1 (en) * 1998-07-09 2000-02-24 Bundesrep Deutschland Method of reducing drag for marine vessel propeller shaft bearing involves determining flow characteristics and forming stepped bearing shaft

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8327 Change in the person/name/address of the patent owner

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