DE3710691A1 - Oberflaechenbeschichtung fuer aerodynamisch wirksame teile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Oberflächenbeschichtung für aerodynamisch wirksame Teile.

Bei diesen aerodynamisch wirksamen Teilen kann es sich beispielsweise um Gestängeteile eines Hängegleiters han­ deln. Andere Anwendungen sind Flugzeugpropeller, Sturzhel­ me für Schifahrer oder Drachenflieger, Karrosserien von schnellfahrenden Fahrzeugen wie Bobs oder Rennwagen. Aero­ dynamisch wirksame Teile können jedoch auch Kleidungsstük­ ke von dem Fahrtwind ausgesetzten Personen, beispielsweise Schianzüge von Schirennläufern sein.

Zur Erzielung eines geringen aerodynamischen Widerstandes bemüht man sich, die Oberflächen von aerodynamisch wirksa­ men Teilen möglichst glatt auszuführen. Dadurch soll die Reibung zwischen den Teilen und der vorbeistreichenden Luft vermindert werden. Der aerodynamische Widerstand ei­ nes durch die Luft bewegten Teils ist jedoch weniger durch die Reibung zwischen der Oberfläche des Teils und der Luft bestimmt als durch den hinter dem Teil auftretenden Sog. Man versucht, diesen Sog durch geeignete Formgebung der Teile beispielsweise bei Karosserien von Kraftfahrzeugen zu vermindern und dadurch den Widerstandbeiwert zu verbes­ sern. Damit wird aber aus aerodynamischen Gründen eine be­ stimmte Form vorgegeben, die u.U. aus anderen, z.B. im Ge­ brauchszweck des Kraftfahrzeuges liegenden, Gründen gar nicht erwünscht ist. Es muß häufig ein Kompromiß zwischen Gebrauchszweck und Widerstandsbeiwert gefunden werden, der einer Optimierung des Widerstandsbeiwertes entgegensteht.

Bei vielen Anwendungen ist eine Verminderung des Sogs durch Formgebung gar nicht oder nur in begrenztem Maß mög­ lich. Ein Schirennläufer kann versuchen, eine aerodynami­ sch günstige Haltung einzunehmen. Es ist aber nicht mög­ lich, seine Form zu verändern. Auch bei vielen anderen aerodynamisch wirksamen Teile, z.B. dem Gestänge eines Hängegleiters, ist eine Verminderung des Sogs durch Form­ gebung schwierig oder unmöglich.

Ein weiteres Problem ist die Geräuscherzeugung. Ein mit großer Geschwindigkeit durch die Luft bewegtes Teil er­ zeugt Geräusche. Typisches Beispiel ist das Propellerge­ räusch eines Flugzeugs. Es ist wünschenswert, diese Ge­ räusche zu dämpfen. Dies ist durch die Formgebung der Tei­ le in den meisten Fällen nicht zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Strömungswi­ derstand und die Geräuscherzeugung bei aerodynamisch wirk­ samen Teilen zu vermindern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Oberflächen­ beschichtung mit einem Flor von kurzen Fasern gelöst, die von der Oberfläche des aerodynamisch wirksamen Teils vor­ stehen.

Nach der Erfindung wird somit statt einer glatten Oberflä­ che eine florartige Oberfläche mit einer Vielzahl von vor­ stehenden Fasern verwendet. Durch eine solche Oberflächen­ struktur wird die Strömung an die Oberfläche des aerodyna­ misch wirksamen Teils gebunden. Dadurch wird der hinter dem Teil gebildete Sogwinkel verringert. Das vermindert den auf den Teil wirkenden Sog und damit den Strömungswi­ derstand.

Es zeigt sich auch, daß auf diese Weise die Geräuschbil­ dung verringert werden kann. Diese Geräuschbildung ist vor allem darauf zurückzuführen, daß sich der hinter dem be­ wegten Teil ausbildende Unterdruck ausgleicht. Mit einer Verringerung des Sogwinkels wird auch dieser Druckaus­ gleichsvorgang reduziert und damit die Geräuschbildung.

Es gibt hierfür ein Beispiel in der Natur: Eine Eule weist am Umfang ihrer Federn eine Vielzahl kurzer Endfasern auf. Diese Endfasern wirken strömungsbindend im Sinne der vor­ liegenden Erfindung. Das ermöglicht der Eule einen fast geräuschlosen Flug.

Ausgestaltungen und Anwendungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher er­ läutert.

Fig. 1 zeigt schematisch den Querschnitt eines Hängeglei­ ter-Steuerbügels, der mit einer üblichen glatten Oberfläche nach dem Stand der Technik versehen ist, und veranschaulicht die Verteilung der an­ strömenden Luftmoleküle.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer strömungsbin­ denden Oberflächenbeschichtung des aerodynamisch wirksamen Teils.

Fig. 3 zeigt schematisch den Querschnitt eines Hängeglei­ ter-Steuerbügels ähnlich Fig. 1, wobei aber die Oberfläche dieses Hängegleiter-Steuerbügels mit einer Oberflächenbeschichtung nach Art von Fig. 2 versehen ist, und veranschaulicht die Verteilung der anströmenden Luftmoleküle unter dem Einfluß dieser Oberflächenbeschichtung.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Hängegleiter- Steuerbügel bezeich­ net. Der Hängegleiter- Steuerbügel 10 bewegt sich mit re­ lativ hoher Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 12. Die Oberfläche des Hängegleiter- Steuerbügels 10 ist dabei glatt, wie das nach dem Stand der Technik üblich ist. An­ strömende Luftmoleküle, die in der schematischen Darstel­ lung von Fig. 1 durch Punkte symbolisiert sind, prallen an dieser glatten Oberfläche ab. Es bildet sich dadurch vor dem Hängegleiter-Steuerbügel oder allgemeiner gesagt vor dem aerodynamisch wirksamen Teil 10 ein Staudruckbereich 14, während hinter dem Teil 10 ein Sogbereich 16 erzeugt wird. Dieser Sogbereich definiert einen Sogwinkel, der et­ wa durch die Linien 18, 20 gebildet ist. Wie aus Fig. 1 er­ sichtlich ist, sind dieser Sogbereich 16 und der Sogwinkel relativ groß. Die Druckdifferenz zwischen dem Staudruck vor dem Teil 10 und dem Sog hinter dem Teil 10 ist hier recht erheblich und wirkt auf den gesamten Querschnitt des Teils 10. Diese Druckdifferenz macht sich als Strömungswi­ derstand bemerkbar.

Es ist außerdem einzusehen, daß beim Druckausgleich in diesem relativ großen Sogbereich 16 ein entsprechend star­ kes Geräusch entsteht.

Diese Erscheinungen sollen durch die nachstehend beschrie­ bene Lösung reduziert werden.

In Fig. 2 ist mit 22 ein aerodynamisch wirksamer Teil be­ zeichnet, der etwa dem Teil 10 von Fig. 1 entspricht. Die­ ser aerodynamisch wirksame Teil 22 ist mit einer Kunst­ harzschicht 24 überzogen. In dieser Kunstharzschicht 24 sind Fasern 26 aus Kunststoff verankert. Diese Fasern sind dicht nebeneinander angeordnet und bilden einen dichten Flor, der etwa wie Samt aussieht und sich auch ähnlich an­ fühlt.

In Fig. 3 ist die Wirkung der Oberflächenbeschichtung von Fig. 2 auf einen Teil 22 schematisch dargestellt, der eben­ falls ein Hängegleiter-Steuerbügel sein kann. Ähnlich wie in Fig. 1 sind die anströmenden Luftmoleküle wieder durch Punkte symbolisiert.

Man erkennt, daß die anströmenden Luftmoleküle nicht von der Oberfläche abprallen sondern durch den Flor der Ober­ flächenbeschichtung an die Oberfläche des Teil 22 gebunden werden. Infolgedessen tritt ein wesentlich schmalerer Sog­ raum 28 auf. Dadurch wird der Sog im Sograum vermindert. Auch die Fläche, auf welcher des Sog an dem Teil 22 wirk­ sam wird, ist kleiner. Das vermindert auch den Strömungs­ widerstand.

Der verkleinerte Sograum führt auch zu einer entsprechen verminderten Geräuschbildung beim Druckausgleich, ein ähn­ licher Effekt, wie er bei der fast geräuschlos fliegenden Eule auftritt.

Es wird somit bei der beschriebenen Anordnung die schein­ bare Gefahr eines erhöhten Strömungswiderstandes infolge höherer Reibung zwischen Oberfläche des Teils 22 und der Luft in Kauf genommen. Dafür wird der Vorteil erreicht, daß der Sog hinter dem aerodynamisch wirksamen Teil dra­ stisch vermindert wird. Es ergibt sich dadurch überra­ schenderweise eine erhebliche Verminderung des Strömungs­ widerstandes. Die Verminderung des Strömungswiderstandes un d des Sogs wird dabei nicht durch die Formgebung des Teils erreicht sondern durch geeignete Wahl der Oberflä­ che. Dadurch kann eine Verminderung des Strömungswider­ standes auch dort erzielt werden, wo eine Formänderung nicht möglich ist oder nachteilig wäre.

Die beschriebene Oberflächenbeschichtung läßt sich daher in vielfältiger Weise zur Verminderung des Strömungswider­ standes und zur Geräuschdämpfung bei aerodynamisch wirksa­ men Teilen anwenden. Beispiele für die Anwendung der be­ schriebenen Oberflächenbeschichtung sind die Gestängeteile eines Hängegleiters, beispielsweise der schon oben erwähn­ te Hängegleiter-Steuerbügel aber auch die Eintrittskante der Tragflächen oder der Turm des Hängegleiters. Die Ver­ minderung des Strömungswiderstandes führt bei einem Hänge­ gleiter zu einer Verbesserung des Gleitflugwinkels. Die Verwendung der beschriebenen Oberflächenbeschichtung bei einem Flugzeugpropeller kann zu einer erheblichen Geräusch­ verminderung führen. Das ist insbesondere aus Gründen des Umweltschutzes sehr wichtig. Der beschichtete, aerodyna­ misch wirksame Teil kann ein Sturzhelm z.B. für Schifahrer oder Drachenflieger sein. Es können aber auch Schianzüge für Schirennläufer auf diese Weise beschichtet sein. Schließlich kann auch die Karosserie eines Fahrzeuges, beispielsweise eines Kraftfahrzeuges oder eines Bobs mit einer Oberflächenbeschichtung der beschriebenen Art verse­ hen sein. Die vorstehende Aufzählung gibt Anwendungsbei­ spiele, ist aber nicht erschöpfend.

Claims (6)

1. Oberflächenbeschichtung für aerodynamisch wirksame Teile, gekennzeichnet durch einen Flor von kurzen Fasern (26), die von der Oberfläche des aerodynamisch wirksamen Teils (22) vorstehen.

2. Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• a) der aerodynamisch wirksame Teil (22) mit einer Kunstharzschicht (24) überzogen ist und
• b) die Fasern (26) des Flors in der Kunstharzschicht (24) verankert sind.

3. Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die beschichteten aerodyna­ misch wirksamen Teile von Gestängeteilen eines Hänge­ gleiters gebildet sind.

4. Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der beschichtete aerodyna­ misch wirksame Teil ein Flugzeugpropeller ist.

5. Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der beschichtete aerodyna­ misch wirksame Teil ein Sturzhelm z. B. für Schifahrer oder Drachenflieger ist.

6. Oberflächenbeschichtung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der beschichtete, aerodyna­ misch wirksame Teil die Karrosserie eines Fahrzeugs ist.