DE3408532A1

DE3408532A1 - Vorrichtung zur verminderung des hydrodynamischen widerstandes von schiffskoerpern

Info

Publication number: DE3408532A1
Application number: DE19843408532
Authority: DE
Inventors: Ludolf von Dipl.-Ing. 1000 Berlin Walthausen
Original assignee: Walthausen ludolf Von dipl-Ing
Current assignee: Walthausen ludolf Von dipl-Ing
Priority date: 1984-03-06
Filing date: 1984-03-06
Publication date: 1985-09-19
Also published as: DE3408532C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verminderung
des hydrodynamischen Widerstandes von Schiffskörpern, insbesondere von Segelschiffen.
Der Schiffswiderstand im Wasser wird im wesentlichen durch die Form des Rumpfes bestimmt, wobei ein möglichst laminarer Fluß des Wassers über die Rumpfoberfläche unter weitestgehender Vermeidung von Wirbeln angestrebt wird.
Wirbel lassen sich jedoch insbesondere bei hohen Anstellwinkeln und stumpfen Abstromkanten von z.B. Flossen und Ruder nicht vermeiden. So ist eine Wirbelbildung am Ruder um so stärker ausgeprägt, je weiter das Ruder aus seiner Normallage geschwenkt wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß auf die eine Seite des Ruderblattes bedingt durch den Staudruck des Wassers ein zusätzlicher Druck beaufschlagt und auf die gegenüberliegende Seite ein relativer Unterdruck unter Wirbelbildung ausgebildet wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Wirbelbildung insbesondere an der Flosse und Ruder und damit den Widerstand zu verringern, so daß das Boot eine höhere Geschwindigkeit erreichen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in kennzeichnender Weise dadurch gelöst, daß die Abströmteile von Flossen und Ruder, aber auch Schwertern aus elastischem Werkstoff gefertigt sind.
Bei einem Ruder herkömmlicher starrer Ausführung tritt insbesondere bei hartem Ruderlegen und je nach Drehpunkt des Ruders, ob am Skeg angeschlagen oder freistehend, mindestens im hinteren Bereich des Ruders vermehrte Wirbelbildung und Widerstand auf. Materialbedingt ist die Hinterkante des Ruders relativ stumpf.
Bei einer elastischen Ausführungsform der Abströmkante des Ruders und verjüngter Ausführungsform zur hinteren Kante ergibt sich zum einen eine hydrodynamisch günstige, relativ scharfkantige Form geringen Widerstandes, und das elastische Ende vermag sich den beim Ruderlegen auftretenden Druckverhältnissen dergestalt anzupassen, daß eine Verformung in übereinstimmung mit dem beaufschlagten relativen Über- und Unterdruck erfolgt, wodurch eine Wirbelbildung weitestgehend hintenangehalten wird. Es findet also eine bessere Anpassung an die Strömung statt.
Als elastisches Material eignen sich entsprechende Kunststoffe, wie Gummi, Polyvinylchlorid, Polyester, Polykarbonate, Polyurethane usw., die in geeigneter Weise an dem Ruder, Flosse oder Schwert befestigt sind, wobei ein Aufkleben, Einnuten und dgl. vorgesehen sein kann.
Die Wahl und Dimensionierung des entsprechenden Kunststoffes hängt von den Elastizitätswerten und den schiffsbedingten Gegebenheiten ab, wobei eine Anpassung dahingehend erfolgen soll, daß zum einen eine hinreichende Elastizität und andererseits genügende Steifheit vorliegen muß, um die Strömungsverhältnisse in der geschilderten Weise unter weitestgehender Unterdrückung der Wirbelbildung zu erreichen.
Die strömungsgünstige Beeinflussung des unteren Flossenendes erfolgt zweckmäßiger Weise zum Vermeiden bzw. zur Verminderung der zopfartigen Wirbelbildung dadurch, daß eine strömungsgünstige Endscheibe aus dem elastischen Kunststoff an die Flosse angebracht wird. Eine derartige Endscheibe ist von den neuerdings angewandten und starr angebauten Endscheiben dadurch unterschieden in ihrer Funktionsweise, daß sich die elastische Endscheibe den Strömungsbedingungen auch bei Stampfbewegungen des Schiffes anpaßt und gleichzeitig das Umströmen der Flossenunterkante verhindert.
Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beispielsweise erläutert, in denen zeigen: Fig. 1a die Wirbelbildung auf der Leeseite eines starren Ruders; Fig. ib die Anpassung des elastischen Ruderendes bei Ruderlegung an die gegebenen Druckverhältnisse unter Vermeiden einer Wirbelbildung; Fig. 2 die Bewegungsphasen bei Hin- und Herbewegen des Ruders und die dabei auftretenden Deformationen der Ruderenden aus elastischem Kunststoff durch Wiggbewegung; Fig. 3a zeigt eine Flosse mit elastischer Ausbildung der unteren hinteren Kante in Queransicht; Fig. 3b zeigt eine Flosse mit elastischer Ausbildung der unteren hinteren Kante in Hinteransicht; Fig. 4 zeigt die elastische Ausbildung und seitliches Ausweichen des hinteren Teils des Ruders, z.B. beim Am-Wind-Segeln oder Legen des Ruders.
Wie anhand der Figuren 1 und 2 ersichtlich, führt das elastische Ruderende z.B. bei Kursänderungsmanövern zu einer Verringerung des hydrodynamischen Widerstandes gegenüber solchen Rudern, Flossen und Schwertern aus starren Werkstoffen.
Dies ist dadurch bedingt, daß sich erfindungsgemäß die Abströmkante in Folge ihrer Elastizität der Strömung besser anpaßt und die Wirbelbildung und somit der Widerstand gegenüber diesen Schiffsteilen üblicher Bauart verringert wird.
Durch die besonders scharfkantige hintere Ausführujgsform der elastischen Bauelemente ergibt sich eine weitere Verbesserung der Abströmvorgänge gegenüber stumpfen Enden wie bei den üblichen einschlägigen Bauteilen vorgesehen.
Eine zweckmäßige Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes besteht darin, daß nicht nur die hinteren Enden der entsprechenden Bauelemente aus elastischem Kunststoff gefertigt sind, sondern vielmehr die gesamten Bauteile, wobei dann durch entsprechenden Einbau von Stützkonstruktionen die in den verschiedenen Teilen erforderlichen mechanischen Festigkeitswerte wie Deformationsfähigkeit, Torsionsfähigkeit usw.
festgelegt werden. Für eine derartige Ausführungsform kann auch eine Fortbewegung durch Wriggen wesentlich effektiver als gegenüber starren Rudern gestaltet werden. Dieser Vorgang ist in seiner Kinetik in der Figur 2 dargestellt.
Unter Hinweis auf die Figuren 3a und 3b ist die Verringerung des Widerstandes bei der elastischen Ausbildung der Abströmkante der Flosse dadurch bedingt, daß diese sowohl bei Kursänderung als auch beim Am-Wind-Segeln einen Anstellwinkel zur Fahrtrichtung des Schiffes erhält, also praktisch wie bei dem Ruder eine Querkraft erzeugt wird und ebenso wie bei dem Ruder an der Hinterkante eine bessere Strömungsanpassung eintritt. Zusätzlich zu dieser durch dietVerwendung von elastischen Werkstoffen eintretenden Eigenschaft ist durch die besondere Ausbildung der Flossenunterkante, siehe hierzu insbesondere die Figur 3b, eine Verminderung des induzierten Widerstandes zu erwarten. Das Gleiche gilt auch für die Deformation der Ruderunterkante, siehe hierzu die Figur 4.
Zur Erläuterung der Funktionsweise kann man von folgenden Überlegungen ausgehen. Die Flosse ist wie das Ruder vergleichbar zum Tragflächenende eines Flugzeuges darstellbar, jedoch senkrecht angeordnet. Die zur Fahrtrichtung angestellte Flosse bzw. Ruder erzeugt also eine Querkraft, die vergleichbar zu dem Auftrieb eines Tragflügels ist; und zwar dadurch, daß auf der der Strömung angestellten Seite ein Druck und auf der anderen Seite ein Unterdruck bzw.
Sog entsteht. An der Unterdruckseite will sich beständig ein Druckausgleich herstellen, wodurch, wie im Schlepptank sichtbar gemacht, sich ein zopfartiger Wirbel bildet, der von der Flossenunterkante nachgeschleppt wird und einen entsprechenden Widerstand erzeugt.
Erfindungsgemäß wird dieser Widerstand nun dadurch verringert, daß die elastische Verlängerung automatisch von der Druckseite zu der Unterdruckseite bei entsprechender Belastung, also Am-Wind-Segeln bzw. Kursänderungen, ausweicht.
Dieser Vorgang ist vergleichbar zu dem Verhalten von z.B.
Raubvögeln beim Segelflug: die Flügelenden der Tiere sind dann bei gleichzeitiger Spreizung des Gefieders nach oben verformt, so daß also schon durch die Verringerung des Anstellwinkels kaum noch Druckausgleich stattfindet und sich so der Luftwiderstand verringert. Dieses Prinzip hat im übrigen in der Luftfahrt bei kleineren Flugzeugen Eingang gefunden, so daß an den Flügelenden entsprechende spreizende Streben angeordnet werden.

Claims

Vorrichtung zur Verminderung des hydrodynamischen Widerstandes von Schiffskörpern Patentansprüche 1. Vorrichtung zur Verminderung des hydrodynamischen Widerstandes von Schiffskörpern, insbesondere Segelschiffen, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß die Abströmteile von Ruder, Flossen und Schwertern aus elastischem Werkstoff gefertigt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Ruder, Flossen und Schwerter vollständig aus elastischem Werkstoff gefertigt und gegebenenfalls in Abhängigkeit von den örtlich erforderlichen Elastizitätswerten innenverstärkt sind.
3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n nz e i c h n e t , daß als elastische Werkstoffe Kunststoffe, wie Gummi und polykondensierte Kunststoffe angewandt und mechanisch wie durch Nieten, Schrauben usw. oder Verkleben oder direkt durch Anpolymerisieren befestigt sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g ek e n n z e i c h n e t , daß die Teile bezüglich ihrer Abmessungen und ihrer physikalischen Eigenschaften so bemessen werden, daß ein hydrodynamisch minimaler Widerstand erreicht wird.