DE665716C - Stromlinienfoermiges Balanceruder - Google Patents

Description

Die Erfahrung hat gezeigt, daß beim Anströmen eines Stromlinienkörpers ein wirbelfreies, anschmiegendes Umströmen desselben nur stattfindet, wenn die Anströmung mit der Profillängsachse gleichgerichtet ist oder mit ihr einen verhältnismäßig kleinen Winkel bildet. Bei größeren Ausschlägen des Stromlinienkörpers erfolgt das sogenannte Abreißen der Strömung. Der Strom läßt sich dann auf

'o der der Anströmung abgewendeten Seite des Profils dicht hinter dem Profilkopf von der Wand des Stromlinienkörpers ab, und es tritt auf dieser Rückseite eine heftige Wirbelbildung ein. Diese Erscheinung ist namentlich bei stromlinienförmigen Schiffsrudern sehr störend, weil sie eine erhebliche Verminderung der das Drehen des Schiffes bewirkenden Querkräfte und zugleich eine beträchtliche Vergrößerung des Strömungswiderstandes des Ruders zur Folge hat.

Es ist bekannt, daß diese unerwünschten Erscheinungen dadurch weitgehend unterdrückt werden können, daß man an der Stelle, wo die Strömung zum Abreißen neigt, durch einen sich düsenartig verengenden Spalt kräftig strömende Flüssigkeit tangential zur Wandung zuführt. Man erreicht dadurch, verglichen mit dem Atiströmen des Profilkörpers ohne zusätzliche Spaltströmung, bei größeren seitlichen Ausschlagwinkeln eine entsprechend größere Querkraft des betreffenden Stromlinienkörpers und verringert außerdem seinen Strömungswiderstand infolge der Unterdrückung der Wirbelbildung. Aus dieser Erkenntnis heraus hat man z. B. bei Tragflügeln

von Flugzeugen vor dem Hauptprofil ein schmales, festes oder bewegliches Vorprofil mit dazwischenliegendem Düsenspalt angeordnet. Die Verwendung von Vorprofilkörpern zur Unterdrückung von Ablösungs- 4» erscheinungen ist aber bisher praktisch nur bei Flugzeugtragflächen angewendet worden, d. h. also nur da, wo die Schräganströmung normalerweise immer nur von derselben Seite her erfolgt.

In Veröffentlichungen hat man auch schon den Vorschlag gemacht, bei symmetrisch gestalteten Flugzeugtragflügeln einen solchen Düsenspalt jeweils für die Ober- oder die Unterseite dadurch zu bilden, daß man vor der Mitte des Tragflächenkopfes einen kleineren, ebenfalls symmetrisch stromlinienförmigen Profilkörper schwenkbar anordnet und mit Anschlägen zur Ausschlagbegrenzung versieht. Dieser Körper soll durch die Strömung selbsttätig umgesteuert werden, so daß bei einer Anströmung schräg von oben eine Spaltwirkung an der Tragflächenunterseite und bei einer Anströmung schräg von unten an deren Oberseite wirksam werden soll. Der Wert einer solchen Einrichtung wird aber über ein theoretisches Interesse nicht hinausgehen, weil abgesehen davon, daß der schwenkbare Körper zufolge seiner Lage vor der Mitte des Profilkopfes störend im Strömungswege liegt, vor allem die Gefahr bestellt, daß das selbsttätige Einstellen des drehbaren Vorprofils in die richtige Lage durch vorübergehend auftretende und überwiegende Fremdstömungen (bei Flugzeugen z. B. zufolge von Böen und

bei Schiffsrudern zufolge des Sogs anderer Schiffe) leicht gestört wird. Außerdem würde die unerläßliche Beweglichkeit eines solchen,. Vorprofils bei einer Anwendung dieses Vor-' Schlages für Schiffsruder durch Muschela'n-: wuchs oder Festrosten unter Umständen gaii^,, aufgehoben werden. Diese bekannte Einricß-' tung würde also infolge ihrer Betriebsunsicherheit die Strömungsverhältnisse wahrschein-Hch eher ungünstig als günstig beeinflussen. Die Erfindung bezweckt, die an sich bekannte Beeinflussung von Strömungsvorgängen durch Spaltwirkung auch für die Steuerruder von Schiffen, bei denen das Profil abwechselnd von der einen und von der anderen Seite schräg angeströmt wird, in einer praktisch anwendbaren Form nutzbar zu machen; hierfür gibt es nämlich bis jetzt noch keine brauchbare Lösung. Dieser Zweck wird der Erfindung gemäß dadurch erreicht, daß zu beiden Seiten am Ruderkopf symmetrisch zu dessen Mittelebene zwei tragflächenartig gekrümmte Vorprofile mittels Rippen o. dgl. befestigt und so angeordnet sind, daß zwischen «5 deren Eintrittskanten eine weite öffnung verbleibt, die sich in zwei düsenartig enger werdende, am Ruderkopf entlang geführte Kanäle - gabelt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung in Gestalt eines im Querschnitt dargestellten Schiffsbalanceruders veranschaulicht. Vor dem Kopf des stromlinienförmigen Balanceruderkörpers a, der an einem Rudersteven b angelenkt ist, sind symmetrisch zur Mittellinie des Profils zu beiden Seiten tragflächenartige Vorprofile c, d angeordnet, die durch Rippen fest mit dem Ruderkörper α verbunden sind und auch zusammen mit diesem ein Stromlinienprofil bilden, so daß ihr Strömungswiderstand sehr gering ist. Die Zahl und Verteilung der Befestigungsrippen hängt von der Höhe des Ruders ab. Wie die Abbildung erkennen läßt, entsteht auf diese Weise zwischen dem vorderen Teil der Profile c, el ein Einströmkanal e, der sich zu beiden Seiten des Ruderkopfes gabelt, so daß dort Düsen /, g mit in der Strömungsrichtung stetig abnehmenden Querschnitten gebildet werden.

Wenn das Ruder sich in seiner Mittellage befindet, so daß die Anströmrichtung des Wassers im wesentlichen gleichgerichtet zur Längsachse des Ruderprofils ist und infolge gleicher Druckverhältnisse auf beiden Ruderseiten keine Steuerwirkung auftritt, würde·: die Strömung sich einem Stromlinienkörper auch ohne Anordnung von Vorprofilen weit-•gehend anschmiegen. In diesem Falle ist die Strömung in beiden Spaltdüsen f, g gleich stark. Diese Verhältnisse ändern sich bei kleinen Ruderausschlägen und dementsprechend geringen Druckunterschieden auf beiden Seiten des Ruderkörpers nur wenig.

Die besondere Wirkung der Vorprofile dagegen in vollem Umfange ein, sobald Ruder so weit nach der einen oder i Seite gelegt wird, daß das Wasser

ohne Ablenkung am Ruderkopf in den einen der beiden Düsenspalte hineinströmt, also z. B. bei Steuerbordlage χ-χ des Ruders in den Backbordspalt g. Dabei treten auf beiden Seiten des Ruderkörpers so erhebliche Druckunterschiede auf, daß das Ablösen der Strömung und eine Wirbelbildung auf der Unterdruckseite (Backbordseite) nur durch die infolge des erhöhten Druckgefälles im Spalt g auftretende, tangential zum Ruderkopf gerichtete lebhafte Strömung vermieden werden kann. Das Vorprofil c ist bei Steuerbordlage des Ruders unwirksam; da es aber in diesem Falle ganz oder doch teilweise in der vor dem Ruderkopf sich ausbildenden Stauzone liegt, stellt es wegen der in dieser Zone herrschenden geringen Strömungsgeschwindigkeit keinen merkbaren Wider- 8g stand dar. Auch in dem Spalt / findet wegen des geringen Druckgefälles zwischen dem Eintritts- und dem Austrittsquerschnitt nur eine ganz schwache Strömung statt. Auf dieser Überdruckseite stellen sich die Strömungs- go Verhältnisse demnach von selber so ein, als ob das Vorprofil c und der Spalt f gar nicht vorhanden wären. Wird das Ruder dagegen nach Backbord gelegt (Stellung y-y), so sind die Wirkungen der beiden Vorprofile auf die Strömungsverhältnisse am Ruderkörper und deren Einfluß auf das ganze Schiff umgekehrt; die das Ablösen und die Wirbel verhindernde Spaltströmung entsteht dann im Steuerbordspalt f.

Bei einem derartigen Stromlinienbalanceruder mit durch Vorprofile gebildeten Spaltdüsen wird also selbsttätig ein kräftiger Spaltstrom auf der jeweiligen Unterdruckseite wirksam, der die den Widerstand des Ruders in der Fahrtrichtung erhöhenden Wirbelungen unterdrückt. Dadurch wird bei jeder Ruderlage die durch den Druckunterschied auf den beiden Ruderseiten entstehende Querkraft in voller Größe für das Drehen des Schiffes nutzbar gemacht. Ein solches auch in seiner Herstellung einfaches Ruder arbeitet im Gegensatz zu dem Vorschlage eines einzigen, durch die Strömung einzustellenden 'Mittelvorprofils immer betriebssicher.

Die dem Erfindungsgegenstand zugeschriebenen Vorteile sind durch Versuche bestätigt worden, und zwar haben die vorgenommenen Messungen Auftriebsbeiwerte c_{a max} für Stromlinienspaltruder ergeben, die mit größer werdendem seitlichem Ruderausschlag bis zu einer für das Steuern ausreichenden

Grenze die entsprechenden Werte für gewöhnliche Ruder ohne Vorprofile immer mehr übertreffen. Das beruht auf der besseren Vermeidung der Ablösung und Wirbelung der Strömung auf der jeweiligen Unterdruckseite. Auch schon vor dem Ruderkopf wird der Schraubenstrom durch die Vorprofile wesentlich entwirbelt. Mit der Verringerung der Strömungswirbel wird gleichzeitig der Widerstand des Ruders in der Fahrtrichtung des Schiffes verringert.

Claims (1)

1. Patentanspruch:
   Stromlinienförmiges Balanceruder, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten am Ruderkopf symmetrisch zu dessen Mittelebene zwei tragflächenartig gekrümmte Vorprofile (c, d) mittels Rippen o. dgl. befestigt und so angeordnet sind, daß zwischen deren Eintrittskanten eine weite Öffnung verbleibt, die sich in zwei düsenartig enger werdende, am Ruderkopf entlang geführte Kanäle (/, g) gabelt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen