DE4334496A1 - Laminarer Strömungskörper zur Steuerung von Wasserfahrzeugen - Google Patents

Laminarer Strömungskörper zur Steuerung von Wasserfahrzeugen

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Description

B Stand der Technik
Steuer- und Ruderanlagen zur Steuerung von Booten (Wasserfahrzeugen) um die Hochachse sind in den unterschiedlichsten Arten bekannt.
Jedoch in Form von Klappen, schwenkbaren Strömungskörpern mit einer Achse oder Zapfenlagern mit unterschiedlichen Bewegungs- bzw. Antriebs-Varianten und Drehpunkten. Jedoch ohne eine Dämpfungsfläche bzw. ohne eine Möglich­ keit, einen symmetrischen Strömungsprofilkörper in einen asymmetrischen Strömungsprofilkörper umwandeln zu können, bei Erzeugung des optimalen hydro-dynamischen Wirkungs­ grades und geringstem Strömungswiderstandes.
Bei Stabilisatoren zum Ausgleich um die Schiffs-Längsachse wird ebenfalls mit einem Klappensystem gearbeitet, das über vorzugsweise ein Kreiselsystem-Impuls gesteuert wird. Tragflügelboote werden durch eine hochempfindliche Hydrauliksteuerung um die Schiffs-Querachse über die Wasseroberfläche gehoben und gehalten.
Bei allen nach dem Stand der Technik bekannten Steuerungs­ systemen wird kein variabler in sich veränderbarer Strömungsprofilkörper verwendet.
C Figurenbeschreibung
Fig. 1 zeigt:
einen Schnitt durch den in sich variablen
Strömungskörper (symmetrisch) 2
mit der Dämpfungsfläche 3
der Deckfläche 3a
der strömungsgünstigen Stirnfläche 3c
der federartigen Deckfläche - Endspitzen 3b
der oberen Strömungskörper-Profilfläche 2a
der unteren Strömungskörper-Profilfläche 2b
der Verbindungsspitze 2c
und den angeformten Verbindungsspitzen- 2d Hälften
der Bewegungseinheit mit Welle, Lagern und Mitnehmern 4-4c
den Bewegungselementen wie Zahnradsegment, Zahnleiste und Zubehör 5-5d
dem Stützschaum bzw. Druckstützraum 6, 6a
Fig. 2 zeigt:
den in sich umgewandelten Strömungskörper in asymmetrischer Form 2
mit den Strömungskörper-Profilflächen 2a+2b
der Verbindungsspitze 2c
der Dämpfungsfläche mit Deckfläche 3, 3a
den federnden Deckflächen-Endspitzen 3b
der Stirnfläche 3c
der Bewegungseinheit 4-4c
den Bewegungselementen 5-5d
den Stützschaum 6
den Druckstützraum 6a
Fig. 3 zeigt:
die Deckfläche 3a, 3b, 3c
mit integrierter Strömungskörper-Profilfläche 2a
und angeformter halber Verbindungsspitze 2d
Fig. 4 zeigt:
den in sich variablen Strömungskörper mit der Deckfläche 3a
der integrierten Strömungskörper-Profilfläche 2a
der Dämpfungsfläche 3
der Strömungskörper-Profilfläche 2b
mit der aus 2 Hälften 2d gebildeten Verbin­ dungsspitze 2c
der formschlüssig anliegenden federartigen Deckflächen-Endspitze 3b
die Bewegungseinheit 4-4c
den Bewegungselementen 5, 5a, 5b
und der Zahnleiste 5c
den Stützschaum 6
den Druckstützraum 6a
Fig. 5 zeigt:
einen Schnitt durch den variablen Strömungskörper 2
der durch die programmierbare Verkürzung der Strömungskörper-Profilfläche 2b
in einen auftriebserzeugenden Strömungskörper umgeformt ist 2
mit Dämpfungsfläche 3
Deckfläche 3a
federartige Endspitze 3b
und Stirnfläche 3c
die Verbindungsspitze 2c
die Bewegungseinheit 4-4c
mit den Bewegungselementen 5-5c
dem Stützschaum 6
und dem Stützdruckraum 6a
Fig. 6 zeigt
einen Schnitt durch den variablen Strömungskörper 2
der durch die programmierbare Verlängerung der Strömungskörper-Profilfläche 2b
in einen abtrieberzeugenden Strömungskörper umgeformt wird 2
mit Dämpfungsfläche 3
Deckfläche 3a
federartige Endspitze 3b
Stirnfläche 3c
sowie der Verbindungsspitze 2c
die Bewegungseinheit 4-4c
die Bewegungselemente 5-5c
der Stützschaum 6
und der Druckstützraum 6a
Fig. 7-9 zeigt einige Anwendungsbeispiele des variablen, laminaren Strömungsprofils in Vorder-, Seiten- und Draufsicht an einem einem Bootskiel 7 oder einem Steckschwert 7a.
Fig. 7 zeigt:
das Strömungsprofil 2
die Dämpfungsfläche 3
die Deckfläche 3
die Profilflächen in ausgesteuerter Stellung 2a+2
der Bootskiel 7
und dem schematisch angedeuteten Bootsrumpf 8
den Verminderer des induzierten Widerstandes 2e
Fig. 8 zeigt:
die Seitenansicht des Strömungsprofils 1
in ausgesteuerter Form beim Ausgleich des Strömungsprofils 2
mit Dämpfungsfläche 3
den Strömungskörper-Profilflächen 2a+2b
der schematisch angedeuteten Bewegungseinheit 4-4c
und den Bewegungselementen 5-5c
Steckschwert 7a
der Bootskörper
Fig. 9 zeigt:
einen Schnitt durch den Kiel mit montiertem Krängungsausgleich 7
der gebildet ist aus der Dämpfungsfläche 3
mit der Deckschicht 3a-3d
mit anmontierten Strömungsprofilflächen 2a+2b
verbunden durch die Verbindungsspitze der Bewegungseinheit 2c (2d)
den Verminderer des induzierten Widerstandes 2e
mit den Bewegungselementen 5-5d
des Strömungsprofils 2
Fig. 10+11 zeigt ein Anwendungsbeispiel des in sich variablen, laminaren Strömungsprofils 2 in Seiten und Draufsicht
Fig. 12 zeigt die schematische Darstellung der laminaren Wasserströmung, mit der Wirkungsweise 2/3 Sog und 1/3 Druck, die bei dem hydro­ dynamischen Strömungsprofil bei geringstem Widerstand den optimalen Steuerdruck erzeugt.
D Beschreibung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein in sich variables, laminares Strömungsprofil 2, das durch eine torsionsstabile Dämpfungs­ fläche 3 mit einem formschlüssigen, angeformten bzw. montierten, variablen bis zum Optimum steuerbaren Strömungskörper 2 mit den beiden Strömungskörper-Profilflächen 2a+2b mit der Verbindungsspitze 2c bzw. den beiden Verbindungsspitzen-Hälften 2d gebildet wird, durch das die Steuerung von Wasserfahrzeugen um ihre Längs-, Quer- und Hoch-Achse sowie der Trimmungsausgleich zwischen Bug- und Hecklastigkeit sowie die Abdriftverminderung erfolgt, bei geringstem Fahrtverlust, unter Einsparung von Balast und Personal.
Die Dämpfungsfläche 3 ist vorzugsweise mit einer Deckfläche 3a mit federartigen Endspitzen 3b ausgeführt, die einen form­ schlüssigen Übergang zu den variablen Strömungskörper- Profilflächen 2a+2b ermöglichen bei wechselseitigen Profilveränderungen.
Die Deckfläche 3a kann vorzugsweise mit der Profilfläche 2a und der halben Verbindungsspitze 2d einstückig sein.
Die Dämpfungsfläche 3 ist torsionsstabil mit der Deckfläche 3a, 3b, 3c alternativ plus 2a+2d verbunden.
Die Oberflächenqualität der Deckfläche und der Profilflächen ist entsprechend der Anforderung aus Materialien ausgewählt bzw. gefertigt z. B. bei GFK, CFK mit Anti-Algen-Zusätzen oder Verschleißminderer, so daß die laminare Strömung über einen längeren Zeitraum ohne Reinigung gesichert ist.
Durch die Erfindung und das ausgeführte Grundsystem wird es ermöglicht, diesen in sich variablen Strömungskörper vorzugs­ weise für Wasserfahrzeuge als Steuerruder, zum Ausgleich der Krängung, als Kiel oder Schwert mit Doppelfunktion, zum Trimmen des Bootes oder Ausgleich zwischen Ft+Rt, oder Verminderung der Abdrift unter Einsparung von Balast und Personal zu verwenden.
Die Bewegungsabläufe werden durch die erforderliche Dimensionierung beeinflußt und optimal für den Einsatzzweck berechnet, auch der Einsatz von manueller, pneumatischer, hydraulischer, elektrischer oder elektronischer Betätigungs­ elemente wird nach dem Verwendungszweck ausgewählt.
Die Steuerungs-Bewegungseinheiten 4-4c sowie die Bewegungs­ elemente 5-5c in Form von Zahnrädern, Zahnradsegmenten, Zahnstangen, Hebel oder Zapfen sind vorzugsweise in der Dämpfungsfläche 3 integriert.
Durch die federartigen Endspitzen 3b wird der laminare Strömungsverlauf bei extrem schnellem Wechsel zwischen positiven und negativen Profilstellungen gesichert.
Durch die Kombination der Deckflächen 3a unter Einsparung ei­ ner federnden Endspitze 3b mit der Strömungskörper-Profil­ fläche 2a mit der angeformten Verbindungsspitzenhälfte 2d wird es möglich, in Verbindung mit der Material-Auswahl und -Dimensionierung einen durchlaufenden bzw. zu den Seiten ver­ änderbaren Anstellwinkel des Profils zu erzeugen.
Die Strömungskörper-Profilflächen 2a+2b sind im Eingriffs­ bereich der Bewegungselemente 5-5c mit zungenförmigen Gegenstücken versehen, die bei der Herstellung der Profil­ flächen 2a+2b mit eingeformt oder montiert werden.
Je nach Aufgabenstellung und Dimensionierung sind die Profil­ flächen 2a+2b mit biegeelastischen Verstärkungen versehen.
Die Verbindung der Profilflächen 2a+2b erfolgt vorzugsweise mittels eines durchgehenden Verbindungsteil 2c bzw. durch die Verbindung oder Verklebung der beiden halben Verbindungskeile 2d am Ende der Profilflächen 2a+2b. Durch diese keilförmige Verbindung ist es möglich, die Profilform bei der Veränderung strömungsgerecht zu erhalten ohne Verlust des gewünschten Auftriebswertes.
Durch den kein Wasser aufnehmenden Stützschaum 6 oder der gebildeten Druckstützraum 6a wird die Möglichkeit geschaffen, die Wandstärken der Profilflächen 2a+2b zu mindern ohne Deformation des Strömungskörpers bei schnellem Profilwechsel.

Claims (20)

1. Hydro-dynamisches bzw. aero-dynamisches, laminares Strömungsprofil, dadurch gekennzeichnet, daß es eine im Anstellwinkel A ver­ änderbare bzw. einstellbare, torsionsstabile Dämpfungsfläche 3 besitzt, die in Verbindung mit den Strömungskörper- Profilflächen 2a+2b und der Deckfläche 3a einen in sich variablen laminaren Strömungskörper 2 bildet, wobei die Deckfläche 3a eine vorzugsweise mit angeformte Strömungskörper-Profilfläche 2a aufweist, die Strömungskörper-Profilflächen 2a+2b sind durch die vor­ zugsweise angeformten Keilflächen 2d, oder ein keilförmiges Verbindungsteil 2c verbunden, durch die Bewegungseinheit 4-4c in Verbindung mit den Bewegungs­ elementen 5-5c, werden die Profilflächen 2a+2b in ihrer Profilform verändert, und aus einem symmetrischen Strömungskörper 2 ein asymmetrischer auf- bzw. abtriebserzeu­ gender Strömungskörper 2, in Form und Leistung vorprogrammiert gebildet wird, durch die Bewegungseinheit 4-4e, die vorzugsweise in der Dämpfungsfläche 3 montiert ist, welche manuell, Pneumatisch, hydraulisch, elektrisch oder mit E-Motor betätigt wird, und über Impulse, Kreiselsysteme, Schwingungseinheiten, Druck oder sonstige Mechanismen bzw. Elektronik vollautomatisch über die Bewegungselemente 5-5c in der Veränderung gesteuert wird, die Profilflächen 2a+2b sind in ihrer Wandstärke unter­ schiedlich dimensioniert und können wahlweise biegeelastische Verstärkungen aufweisen, an den Profilflächen 2a+2b sowie an den biegeelastischen Verstärkungen sind vorzugsweise die Mitnehmer der Bewegungselemente befestigt bzw. direkt angeformt, mittels der Bestätigung der Bewegungseinheit 4-4c in Verbindung mit den Bewegungselementen 5-5c wird aus dem symmetrischen Strömungskörperprofil ein asymmetrisches Strömungskörperprofil, das synchron, parallel oder gegenläufig gesteuert ist, im Innenraum der Strömungskörper Profilflächen 2a+2b befindet sich vorzugsweise ein Stützschaum 6 bzw. ein Druckstützraum 6a mit oder ohne Druck­ ausgleichs-Öffnungen 6b, daß die torsionsstabile Dämpfungs­ fläche 3 mit der Deckfläche 3a und den formschlüssigen feder­ artigen Deckflächen-Endspitzen 3b starr oder drehbar angeordnet ist und durch die Profilflächen 2a+2b durch die Bewegungseinheiten 4-4c in Verbindung mit den Bewegungs­ elementen 5-5c ein steuerbares Segel-Rigg bilden.
2. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfläche 3a vorzugsweise vorgeformt ist.
3. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfläche 3a mit der Strömungskörper-Profilfläche 2a bzw. 2b einstückig oder mehrstückig ausgeführt ist.
4. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1+3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deck­ fläche 3a federartige Endspitzen 3b aufweist.
5. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs­ körper-Profilflächen 2a+2b oder wahlweise die eine von beiden im Eingriffsbereich der Bewegungseinheit 5-5c zungenförmig mit den Eingriffselementen ausgeführt ist.
6. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskörper-Profilflächen 2a+2b durch eine keilförmige Verbindungsspitze 2c, die vorzugsweise aus zwei Halbkeilen 2d besteht, verbunden ist.
7. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsfläche 3 in Verbindung mit der Deckfläche 3a-3c eine torsionsstabile Einheit bildet.
8. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinheit 4-4c und die Bewegungselemente 4-5c vorzugsweise in der Dämpfungsfläche 3 dreh- und verschiebbar integriert sind.
9. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckflächen 2a+2b im Biegebereich unterschiedliche Wandstärken aufweisen.
10. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Deckflächen 2a+2b ein elastischer Stützschaum 6 eingesetzt ist, der kein Wasser und keine Feuchtigkeit aufnimmt, bzw. ein elastischer Stützdruckschaum 6a vorhanden ist.
11. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskörper-Profilflächen 2a+2b biegeelastische Verstärkungen besitzen.
12. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-8+10 dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungseinheit 5-5c, in die biegeelastischen Verstärkungen eingreifen.
13. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-12 dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsfläche 3 sowie der Strömungskörper 2 mit den Strömungskörper-Profilflächen durchgehend oder in 2 Profilhälften unterteilt ist.
14. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-13 dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskörper-Profilflächen 2a-2c synchron, parallel oder gegenläufig aussteuerbar sind.
15. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1+7 dadurch gekennzeichnet, daß die torsionsstabile Dämpfungsfläche 3 mit der Deckschicht 3a-3c einen Bootskiel 7 oder ein Steckschwert 7a bildet, an das die Strömungskörper-Profilflächen 2a-2d mit angeschlossen sind, und die Bewegungseinheit 4-4c sowie die Bewegungselemente 5-5c im Bootskiel 7 bzw. Steckschwert 7a integriert sind.
16. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-14 dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsprofil 1 unter oder seitlich an das nach Anspruch 15 ausgeführte Strömungskörper-Profil montiert ist.
17. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-16, dadurch gekennzeichnet , daß die torsionsstabile Dämpfungsfläche 3 einen veränderbaren bzw. einstellbaren Anstellwinkel zur theoretischen Wasserlinie aufweist.
18. Hydro-dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1-17 dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfläche 3-3d sowie Strömungskörper-Profilflächen 2a+2b+2c vorzugs­ weise aus biegeelastischen und meerwasserresistenten Materialien wie GFK, CFK oder anderen Kombinationen zwischen Polykondensaten, Polyadditiven, Polymeren mit Armierungs­ materialien bzw. Metallen z. B. V4A Blechen usw., gefertigt sind.
19. Dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 14, 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsfläche 3, mit ihrer Deckschicht 3a, den Deck­ flächen-Endspitzen 3b und dem Verbindungskeil 3c einen torsionsstabilen starren oder drehbaren Mast bilden, in dem die Profilflächen 2+2a ein variables Strömungsprofil bilden, das durch die Bewegungseinheit 4-4c und die Bewegungselemente 5-5d ein steuerbares Rigg bilden.
20. Dynamisches, laminares Strömungsprofil nach Anspruch 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 14, 18 und 19 dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsfläche 3-3c einen torsionsstabilen starren oder drehbaren, verstakten oder unverstakten Segelmast bildet.
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