DE60204797T2

DE60204797T2 - Vorrichtung zum leiten eines wasserstrahls und damit ausgerüstetes wasserfahrzeug

Info

Publication number: DE60204797T2
Application number: DE60204797T
Authority: DE
Inventors: Adrianus Huig Johannes De Lange
Original assignee: LANGE ADRIANUS JUIG JOHANNES DE
Current assignee: LANGE ADRIANUS JUIG JOHANNES DE
Priority date: 2001-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2022-11-22
Also published as: EP1448434A1; DE60204797D1; ATE298300T1; DK1448434T3; WO2003043879B1; NL1019407C1; AU2002343258A1; WO2003043879A1; EP1448434B9; EP1448434B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Leiten eines Wasserstrahls entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Im Allgemeinen betrifft die Erfindung das Problem, dass bei einer sog. Rumpfgeschwindigkeit und höheren Geschwindigkeiten Wasserfahrzeuge sich nach hinten neigen. Dies wird unter anderem durch hydrodynamische Kräfte unter dem vorderen Teil des Schiffs und durch die Verringerung der Tragekapazität am Heck verursacht. Dieser Effekt tritt insbesondere bei Schiffen auf, die einen U-förmigen Mittschiffsabschnitt mit V-förmigem vorderen und hinteren Körper aufweisen, jedoch sind Schiffe mit einem halbkreisförmigem Körper oder einem V-förmigen Körper ebenso diesem Problem ausgesetzt.
Aus dem Dokument US-A-4,487,152 ist ein Stabilisator bekannt, welcher an einem Außenbordmotor eines Schiffs angeordnet ist und welcher als eine Vorrichtung wie in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben, geformt ist. Der Stabilisator wird zur Überwindung des Problems genutzt, dass das Schiff beim Segeln sich nach hinten neigt. Jedoch hat es sich gezeigt, dass eine weitere Verbesserung noch notwendig ist.
Die Anwendung von sog. Trimmungs-Klappen am Heck von Schiffen ist im Stand der Technik bereits bekannt. Derartige Trimmungs-Klappen sind an dem Schiffskörper unterhalb der Wasseroberfläche befestigt. Derartige Trimmungs-Klappen sind als flache Platten geformt. Entsprechend ihrer Einfachheit kann der Winkel bei welchem diese Trimmungs-Klappen befestigt werden üblicherweise wie gewünscht angepasst werden. Der Winkel der Trimmungs-Klappe in Beziehung zum Schiffskörper kann entsprechend der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs angepasst werden. Es ist ein Gegenstand der Erfindung, ein verbessertes Wasserfahrzeug entsprechend der im Oberbegriff beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile nicht aufweist.
Insbesondere ist Gegenstand der Erfindung ein verbessertes Wasserfahrzeug mit einer derartigen Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die an einer permanenten Position in Relation zum Schiffskörper angebracht werden kann und die keine Anpassung des Winkels erfordert.
Um zumindest eine der oben genannten Ziele zu erreichen, stellt die Erfindung ein Wasserfahrzeug entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1 zur Verfügung. In dieser Hinsicht ist die Beziehung zwischen den Kräften, der die Vorrichtung durch den herannahenden Wasserstrahl ausgesetzt ist, derart, dass, falls die Neigung des Schiffskörpers sich erhöht, die Auftriebskraft erhöht wird. Konsequenterweise wird der Schiffskörper an die Position der Vorrichtung (d.h. das Heck) gezogen. Die Entwicklung dieses Verstellmechanismus ist derart gerichtet, dass das Wasserfahrzeug einen Winkel einnimmt, bei welchem ein gewünschter Längsabgleich des Wasserfahrzeugs garantiert werden kann, unabhängig von seiner Geschwindigkeit.
Ferner werden in den Ansprüchen 2 bis 7 bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Ein Wasserfahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung weist den Vorteil auf, dass es einen konstanten Längsabgleich unabhängig von der Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs aufweist.
Es hat sich gezeigt, dass es insbesondere für die obere Hauptfläche der Vorrichtung vorteilhaft ist im Wesentlichen konvex geformt zu sein und die untere Hauptfläche der Vorrichtung im Wesentlichen konkav ist. An der oberen Seite erzeugt das Wasser, das entlang der Vorrichtung fließt, einen Unterdruck und an der unteren Seite einen Überdruck, woraus ein vertikaler Auftrieb resultiert. Je mehr die Vorrichtung dazu tendiert zur Wasseroberflä che zu kommen oder falls die Position des Wasserfahrzeugs horizontaler wird, je niedriger wird der hydrodynamische Unterdruck an der unteren Seite der Vorrichtung. Andererseits falls das Wasserfahrzeug sich nach hinten neigt, wird der Unterdruck an der unteren Seite der Vorrichtung größer wie auch der Überdruck an der unteren Seite der Vorrichtung. Dies erhöht den vertikalen Auftrieb und hebt die Vorrichtung in Richtung Wasseroberfläche.
Sobald sich der Schiffskörper entsprechend der hydrodynamischen Kräfte unter dem vorderen Teil des Schiffs nach hinten neigt, ändert sich ebenso der Winkel des zum Körper und zur Vorrichtung herannahenden Wasserstrahls. In dieser Position ist der zur Vorrichtung herannahende Wasserstrahl vorwiegend an der Unterseite. Entsprechend der konkaven Form der Vorrichtung an der Unterseite wird der vordere Rand der Vorrichtung leicht unterhalb in Richtung des herannahenden Wasserstrahls gerichtet, woraus unter anderem ein laminarer herannahender Wasserstrahl entlang dem Profil resultiert. Die Tatsache, dass die hintere Seite der Vorrichtung nach unten gerichtet ist, wenn das Schiff sich nach hinten neigt und das Profil der Vorrichtung an der Unterseite konkav ist und an der oberen Seite konvex, bedingt dass der herannahende Wasserstrahl eine stark nach oben gerichtete Kraft auf die Vorrichtung ausübt (d.h. eine Kraft, die von der konvexen Oberfläche weg zeigt). Die Kombination einer konkaven Fläche und einer konvexen Fläche hat sich als sehr effektiv erwiesen, das Schiff in zahlreichen verschiedenen Positionen gerade zu halten, d.h. falls es sich bei einem größeren oder kleineren Grad nach hinten neigt. Überraschenderweise macht es dies notwendig die Vorrichtung derart am Schiff festzumachen, dass sie anpassbar ist.
Ein sehr überraschender Effekt ist, dass entlang des Schiffskörpers am Heck das Wellensystem viel ruhiger ist. Dies kann in hohem Maße den Seeschlag verringern (die divergierenden Wellen, die sich am Heck ausbilden), die üblicherweise gebildet werden. Dies trifft ebenso auf die transversalen Wellen zu. Für dieses unerwartete Resultat gibt es keine einfache Erklärung.
Das Resultat ist eine Verringerung des Wellenwiderstands, welcher einen positiven Effekt auf den Treibstoffverbrauch hat oder alternativ eine erhöhte Geschwindigkeit bei gleichem Treibstoffverbrauch verursachen kann, verglichen mit einem Wasserfahrzeug das nicht mit einer Vorrichtung entsprechend der Erfindung ausgerüstet ist.
Die Vorrichtung, die ein Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist, ist teilweise geeignet bei Wasserfahrzeugen, die einen V-förmigen hinteren Körper aufweisen, genutzt zu werden. Jedoch kann die Vorrichtung ebenso bei Wasserfahrzeugen genutzt werden, die ein weniger spitz zulaufendes Heck aufweisen.
Die Vorrichtung, die ein Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist, kann aus verschiedenen Materialien hergestellt werden. Zum Beispiel kann sie aus Plastik, optional verstärkt, hergestellt werden, das massiv oder hohl ausgebildet sein kann. Die Vorrichtung kann ebenso aus anderen Materialien, wie z.B. Metall hergestellt werden. Die Vorrichtung kann aus Naturmaterialien, wie z.B. Holz hergestellt werden.
Wie es in den Figuren gezeigt wird, kann die Vorrichtung, die einen Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist, aus zwei separaten Teilen bestehen, die am Heck an der Backbordseite und an der Steuerbordseite des Wasserfahrzeugs befestigt sind oder sie können einen Teil davon bilden. Die Vorrichtung kann ebenso aus einem oder mehreren Teilen hergestellt werden, z.B. aus zwei Teilen, in diesem Fall ist jeweils dasselbe Teil um das Heck oder an den Seiten des Hecks montiert.
Der Übergang von der Vorrichtung zum Körper wird vorzugsweise abgerundet und kann als Flansch ausgebildet sein, der zur gleichen Zeit als verbindende Fläche dient.
Die Vorrichtung kann durch Formpressen erzeugt werden. Jedoch ist eine spanabhebende Bearbeitung ebenso eine Möglichkeit zur Herstellung der Vorrichtung entsprechend der Erfindung. Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf eine Figur erläutert.
1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beidseitig spitz zulaufenden Wasserfahrzeugs mit der Vorrichtung entsprechend der Erfindung.
2 zeigt eine Längsansicht eines beidseitig spitz zulaufenden Wasserfahrzeugs entsprechend der 1.
3 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung, die einen Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist.
4 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, die einen Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist.
5 zeigt eine Schnittansicht von noch einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung.
6 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, die einen Teil des Wasserfahrzeugs entsprechend der Erfindung ist.
Im Folgenden wird die Vorrichtung mit dem Begriff „Flügel" gekennzeichnet. Dieser Begriff darf nicht als Begrenzung interpretiert werden.
1 zeigt ein Wasserfahrzeug 1, welches mit einem Flügel 2 ausgerüstet ist. Der Flügel 2 ist am Heck des Wasserfahrzeugs angebracht. Wie eindeutig in der 2 erkannt werden kann, ist der Flügel an einer Position unter der Wasseroberfläche 3 angebracht.
3 zeigt eine Schnittansicht des Profils des Flügels 2 entsprechend einer ersten Ausführungsform. Die Richtung des herannahenden Wasserstrahls auf den Flügel wird mit einem Pfeil 4 angedeutet. In dieser Ausführungsform ist die dem Strahl nahe Seite des Profils 2, der vordere Teil 5, sehr spitz zulaufend ausgebildet. Die hintere Seite 6 des Profils ist ebenso spitz zulaufend ausgebildet. 3 zeigt ebenso eine Basislinie 7, die die Ebene unter der vorderen Seite 5 und der hinteren Seite 6 andeutet. Wenn die Vorrichtung 2 an einem Wasserfahrzeug 1 wie in 3 gezeigt, angebracht ist, ist die Richtung des herannahenden Wasserstrahls zum Flügel 2 leicht von unten gerichtet. In der Praxis bedeutet das, dass wenn das Wasserfahrzeug in einer Normalposition im Wasser ist, sowohl die hintere Seite 6 des Flügels 2 als auch die vordere Seite 5 des Flügels 2 nach unten orientiert werden. Ebenso ist die hintere Seite 6 tiefer als die vordere Seite 5 positioniert.
4 zeigt eine besondere Ausführungsform eines Querschnitts eines Flügels entsprechend der Erfindung. Die obere Seite 8 des Flügels 2 ist konvex und die untere Seite 9 ist im Wesentlichen konkav ausgebildet. Dies erzeugt eine Kavität zwischen der Basislinie 7 und der unteren Seite 9 des Flügels. Bei einem Abstand „l" von der vorderen Seite 5 des Flügels 2, welcher eine totale Länge „L" aufweist, ändert sich die konkave Fläche der Unterseite des Flügels in eine konvexe Fläche. Wie gezeigt, ist diese Distanz l die Distanz von der vorderen Seite 5 des Flügels 2, bei der die Dicke d des Profils maximal ist, d_m. Die hintere Seite 6 der Vorrichtung 2 ist spitz zulaufend ausgebildet.
Entsprechend einer ersten bevorzugten Ausführungsform, liegt l im Bereich von 0,01·L bis 0,50·L, insbesondere von 0,05·L bis 0,4·L, und im Besonderen von 0,1·L bis 0,3·L, wobei L der zuvor besprochenen totalen Länge entspricht.
Die hintere Seite 6 des Flügels 2 muss im Wesentlichen nicht besonders abgerundet sein, sondern kann z.B. mehr oder weniger spitz zulaufend ausgebildet sein.
Eine einfache Ausführungsform der Vorrichtung entsprechend der Erfindung ist in 5 gezeigt, bei der dasselbe aus fünf Segmenten 10, 11, 12, 13, 14 zusammengesetzt ist. Jedes Segment 10, 11, 12, 13, 14 besteht im Wesentlichen aus einer flachen Platte. In der gezeigten Ausführungsform, weisen die Segmente 10, 11, 12, 13, 14 ungleiche Dimensionen auf. Jedoch ist es ebenso möglich dass jede der Segmente 10, 11, 12, 13, 14 mit derselben Form und Dimension ausgebildet ist. Der Winkel, an welchem die Segmente 10, 11, 12, 13, 14 aneinander befestigt werden, ist optional, so dass z.B. eine Form erhalten werden kann, die in gewissem Umfang mit der Form des Flügels entsprechend der 3 oder der 4 entspricht. Die Segmente können abnehmbar sein oder dauerhaft miteinander verbunden sein, und können anpassbar oder nicht anpassbar ausgebildet sein. Dies kann ebenso für die Variante in 6 gelten. 6 zeigt einen Flügel 20, welcher an seiner Unterseite im Wesentlichen der Basislinie 7 folgt, der aber mit einem Segment 19 ausgerüstet ist, das sich nach unten erstreckt, so dass die konkave untere Fläche ausgebildet wird.
Es ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsform, die in der Figur gezeigt ist und ausführlich in der Beschreibung erläutert wurde, begrenzt ist. Tatsächlich ist die Erfindung ausschließlich durch die angefügten Ansprüche begrenzt.

Claims

Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung zum Leiten eines Wasserstrahls, wobei die Vorrichtung eine im wesentlichen konvexe obere Hauptoberfläche und eine im wesentlichen konkave untere Hauptoberfläche aufweist und unterhalb der Wasseroberfläche befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung direkt am Heck des Wasserfahrzeuges befestigt ist.
Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Position benachbart dem vorderen Abschnitt der Vorrichtung die konkave Oberfläche sich in eine konvexe Oberfläche wandelt.
Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand am vorderen Abschnitt der Vorrichtung bezüglich der Wasseroberfläche/Wasserebene nach unten gerichtet ist.
Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Abschnitt der Vorrichtung bezüglich der Wasserebene nach unten gerichtet ist.
Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe Segmente umfasst, die hintereinander aneinandergefügt sind und zueinander derart mit einem Winkel angeordnet sind, dass die konkave untere Hauptoberfläche und die konvexe obere Hauptoberfläche gebildet werden.
Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am vorderen Abschnitt ein allmählicher Übergang zwischen den konkaven und der konvexen Hauptoberflächen entsteht.
Wasserfahrzeug mit einer Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine gesamte Länge L und entlang der Länge L eine variierende Dicke d aufweist, mit einer Dicke der Vorrichtung die maximal, d_m, bei einem Abstand l vom vorderen Abschnitt der Vorrichtung ist, mit l, das im Bereich von 0,01 × L bis 0,50 × L liegt, vorzugsweise von 0,05 × L bis 0,40 × L, und insbesondere vorzugsweise von 0,10 × L bis 0,30 × L.