EP0502963B1

EP0502963B1 - Bootskörper

Info

Publication number: EP0502963B1
Application number: EP91900753A
Authority: EP
Inventors: Manfred Raab
Original assignee: ADVANCES MACHINES Corp AG
Current assignee: ADVANCES MACHINES Corp AG
Priority date: 1989-11-27
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1994-06-01
Anticipated expiration: 2010-11-27
Also published as: CA2069751C; BR9007873A; FI103568B1; NO178180C; AU644836B2; NO922093L; FI922394A; FI922394A0; JPH05504115A; DE59005965D1; FI103568B; ATE106338T1; US5499593A; KR0183951B1; WO1991008137A1; HU217260B; HUT66052A; CA2069751A1; HU9201654D0; NO922093D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Bootskörper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Bootskörper sind z.B. aus der DE-PS 30 22 966 bzw. FR-PS 515 361 bekannt; diese bekannten Bootskörper besitzen jedoch eine Reihe von Nachteilen. Durch die relativ starke Profilkrümmung bei dem Bootskörper gemäß der DE-PS im vorderen Profilbereich wird an dieser Stelle die Strömung um den Bootskörper beschleunigt, wodurch eine Unterdruckzone entsteht und der Bootskörper in diesem Bereich vom Wasser "angesaugt" wird. Man spricht dabei vom "umgekehrten Tragflügeleffekt" der auch dann auftritt, wenn es sich um die Unterseite eines Flugzeugtragflügels handelt. Durch die Reduzierung der Profilkrümmung im hinteren Profilbereich wird die Strömungsgeschwindigkeit in diesem Bereich gegenüber dem vorderen Profilbereich reduziert, wodurch eine Überdruckzone erzeugt wird, die das hintere Ende des Profils nach oben, also aus dem Wasser, drückt. Durch diese beiden Kräfte, die nach abwärts gerichtete Saugkraft im Profilvorderteil, und die nach aufwärts gerichtete Druckkraft im hinteren Teil, entsteht ein buglastiges Trimmoment, d.h. ein Moment um einen Punkt an einer Stelle zwischen den Angriffspunkten der Auftriebs- und Abtriebskraft, das geeignet ist, den Bug des Bootes nach unten, also abwärts zu drücken, das Boot somit kopflastig zu trimmen. Dieser kopflastige Trimmeffekt ist generell eine Funktion der Profilform sowie der Anströmgeschwindigkeit und des Anstellwinkels des Profiles bzw. der Profilsehne. Im Falle des Bootskörpers gemäß der DE-PS 30 22 966 ist der Anstellwinkel des Profiles für den Fall des stillstehenden, unbelasteten Bootes weitestgehend 0, sodaß der bisher beschriebene Effekt im wesentlichen als Funktion von Profilform und Anströmgeschwindigkeit angesehen werden kann. Der eben beschriebene, durch die Profilform des Bootskörpers begründete Effekt wird schließlich überlagert durch den Effekt einer schräg angeströmten Platte, wobei der Ausdruck "schräg angeströmte Platte " als Terminus Technicus zu verstehen ist.
Diese DE-PS 30 22 966 beschreibt einen Bootskörper, bei dem vorgesehen ist, daß das Heck des unbelasteten Bootes nicht unter die Horizontalebene des Wasserspiegels reicht bzw. die Unterseite des Bootskörpers nach hinten tangential zur Horizontalebene des Wasserspiegels ausläuft (also in diesen tangential einmündet), bzw. daß die Sehne ihre Lage parallel zum Wasserspiegel in der Horizontalebene, d.h. in der Ebene des Wasserspiegels, beibehält bzw. keinen größeren Anstellwinkel braucht, da größere Anstellwinkel zu größeren Widerständen führen würden. Ferner soll bei diesem Boot das Heck des unbelasteten Bootes nicht wesentlich unter die Horizontalebene des Wasserspiegels reichen und bedeutet, daß ein allenfalls vorhandenes aber nicht erwünschtes unwesentliches Einsinken des Hecks des unbelasteten Bootes aufgrund seines Gewichtes bzw. allfälliger Trimmungenauigkeiten möglich sein kann. Die Angabe, daß die Sehne im wesentlichen parallel zur Horizontalebene bzw. dem Wasserspiegel verläuft, bedeutet aber, daß bei dem Bootskörper gemäß der DE-PS 30 22 966 zwingend vorgesehen ist, daß die Sehne somit keinen Anstellwinkel zur Wasseroberfläche besitzt. Die vorliegende Erfindung betrifft dagegen einen Bootskörper, dessen heckseitiger Profilendpunkt in ausgetrimmtem Zustand zwingend unterhalb der Wasseroberfläche gelegen ist, und zwar in Abhängigkeit von dem gewählten Winkel zwischen der Sehne und dem Wasserspiegel; das Ausmaß des Eintauchens ist durch die Länge des Bootes und den Tangens des Winkels zwischen der Sehne und dem Wasserspiegel einfach zu errechnen.
Erhöht ein Wasserfahrzeug seine Geschwindigkeit, vergrößert sich seine Bugwelle. Wird die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges größer als die Wellenfortschrittgeschwindigkeit der Bugwelle des Wasserfahrzeuges, stellt sich der Bootskörper an, das heißt, er vertrimmt hecklastig; vereinfacht ausgedrückt, versucht das Schiff, auf seine eigene Bugwelle hinaufzufahren. Dadurch trimmt, wie bereits ausgeführt, der Bootskörper hecklastig, der Profilanstellwinkel ändert sich und dadurch ändert sich auch die Abtriebskraft des Profiles. Große Teile des Bootskörpers werden nicht mehr als "Profil", sondern als "ebene Platte" schräg angeströmt, wodurch sich im Vorschiff eine Auftriebskomponente ergibt, die dem buglastigen Trimmoment entgegenwirkt. Unter der Annahme, daß das Boot genügend Leistung aufbringen kann, erreicht das Boot einen Gleitzustand, der jedoch, im Vergleich zu konventionellen Gleitbootformen, infolge der Profilkrümmung im Vorschiff durch einen höheren Widerstand aufgrund einer höheren benetzten Oberfläche sowie eines größeren Formwiderstandes charakterisiert ist.
Des weiteren ist bei diesem bekannten Bootskörper die durch die Profilwölbung im vorderen Profilbereich hervorgerufene Saugkomponente infolge der horizontalen Profilanströmung so stark, daß ein Übergang in die Gleitphase wohl möglich ist, dabei jedoch deutlich mehr Energie absorbiert wird, als wenn, z.B. durch eine Reduktion der Profilwölbung und gleichzeitige Anstellung des Profiles, die Abtriebstendenzen im Vorschiffsbereich auf ein Maß reduziert werden, das erforderlich erscheint, eine zu starke Schräglage bzw. Neigung des Schiffs- bzw. Bootskörpers zu dem Zeitpunkt zu vermeiden, wo das Schiff oder Boot auf seine eigene Bugwelle auffährt, wie dies bei dem bekannten Rumpf der Fall ist.
Ähnliche Probleme ergeben sich bei dem Bootskörper gemäß der FR-PS 515 361, der im Verlauf des Längsschnittprofiles einen beträchtlichen, die Strömung längs des Bootskörpers nachteilig beeinflussenden Knick aufweist und als Knickspanter ausgebildet ist. Darüber hinaus ist der Winkel, den die Sehne mit der Wasseroberfläche einschließt zu gering, um ein optimales Angleiten und ein energiesparendes Gleiten zu ermöglichen.
Ein aus der DE-C 687 340 bekannter Bootskörper besitzt im Längsschnitt ein Profil, das einer Flugzeugtragflügelfläche ähnlich ist. Die Längsschnittlinien in den seitlichen Heckbereichen sind jedoch gerade; die Profillinie des Mittelschnittes läuft im wesentlichen in der Ebene des Wasserspiegels aus, sodaß von einer geneigten Sehne nicht gesprochen werden kann, sofern man die Abbildungen 1, 2 und 3 dieser Patentschrift betrachtet. Die Abbildungen 6, 7 und 8 dieser Patentschrift besitzen jedoch Gleitstufen und sind somit gattungsgemäß unterschiedlich, da Profile gemäß einer Flugzeugtragflügelfläche keine Gleitstufen besitzen. Darüber hinaus ist zu bemerken, daß der Profillängsschnitt und insbesondere auch der Mittelschnitt über weite Bereiche gerade verlaufen und somit bestenfalls die Annäherung an eine Krümmungen besitzende Flugzeugtragflügelfläche darstellen.
Ein aus der GB-PS 1 025 bekannter Bootskörper besitzt einen Längskörper mit zwei Gleitflächen , zu denen das Wasser von dem mittleren Rumpf hingeleitet wird. Die Mittellinie des Rumpfes besitzt über eine weite Strecke einen völlig geraden Verlauf, sodaß wieder nicht bzw. nur als Grenzfall von einem Krümmungen besitzenden, flugzeugtragflügelähnlichen Profil gesprochen werden kann; dieses Profil besitzt jedoch keinesfalls im Längsschnitt einen Wendepunkt, welcher bewirkt, daß das Vorschiff in Gleitfahrt leicht eingetaucht wird bzw. bewirkt, daß die Krümmung im Hinterschiff die Strömung verlangsamt und einen Druckanstieg im Hinterschiff bewirkt, welcher den Hinterteil des Rumpfes aus dem Wasser hebt; durch dieses Heben ergibt sich ein geringerer Fahrtwiderstand bzw. geringere Eintauchtiefe; durch diese Verringerung des Formwiderstandes bzw. Reibungswiderstandes wird das Boot schneller.
Bei keiner der beiden zuvor erwähnten bekannten Ausführungsformen verläßt die vom Vorschiff bewirkte querablaufende Verdrängungsströmung den Gleitrumpf seitlich frei und hydrodynamisch ungenutzt; bei beiden bekannten Ausführungsformen bewirkt die vom Vorschiff querablaufende Verdrängungsströmung ein Anströmen der Gleitflächen und beeinflußt die Fahrt des Bootes.
Bei beiden bekannten Bootstypen fällt auf, daß die Gleitflächen lange gerade Strecken bzw. Flächen besitzen; bei beiden Bootstypen liegt beim Gleiten das Prinzip der angeströmten flachen Platte zugrunde, welches Prinzip in der Beschreibungseinleitung abgehandelt wurde; dagegen liegt der Erfindung das Prinzip zugrunde, einen Bootskörper mit einer Unterseite, die zur Gänze als Gleitfläche ausgebildet ist, mit weniger Antriebskraft schneller voranzutreiben.
Schließlich ist aus "Navel Architecture of Planing Hulls" by Lindsay Lord, 1946, die Möglichkeit bekannt, den Widerstand eines Gleitbootes bzw. einer ebenen Gleitplatte zu errechnen, wobei speziell auf den Gleitwinkel eingegangen wird. In dieser Veröffentlichung wird der Gleitwinkel mit 2° als optimal dargestellt, über einem Winkel von 2° könnte der Wellenwiderstand ansteigen unter einem Winkel von 2° könnte die benetzte Oberfläche ansteigen. Dies ist aber allgemein gültig für alle Formen von Gleitbooten mit ebenen Gleitflächen, nicht jedoch für Gleitflächen, die das Profil einer Flugzeugtragfläche besitzen.
Prinzipielles Problem sämtlicher Gleitfahrzeuge ist es, das Heck während der Fahrt aus dem Wasser herausheben zu können; dies ist entweder durch formbedingten, dynamischen Auftrieb oder aber durch Auftriebshilfen wie z.B. Trimmklappen, side wedges etc., möglich.
Der aus der DE-PS bekannte Bootskörper ist insbesondere für Segeljollen- oder -jachten bestimmt, also Wasserfahrzeuge ohne maschinellen Hauptantrieb, und soll übliche, hecklastige Trimmlagen im Bereich schneller Verdrängerfahrt durch ein buglastiges Trimmoment kompensieren und dadurch den Formwiderstandsanteil, der in dieser Phase zwischen Verdränger- und Gleitfahrt naturgemäß sehr groß ist, reduzieren. Gleichzeitig sollen, speziell in dem genannten Geschwindigkeitsbereich, Formwiderstandserhöhungen durch einen allzu tief getauchten Spiegel reduziert werden. Unter diesem Gesichtspunkt, nämlich möglichst geringer Widerstand im Grenzgebiet zwischen Verdränger- und Gleitfahrt, ist diese bekannte Bootsform technisch sinnvoll.
Ziel der Erfindung ist die Erhöhung der Auftriebskomponente im Heck des Bootskörpers, insbesondere des dynamischen Auftriebs in schneller Gleitfahrt. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften soll der Energiebedarf für die schnelle Gleitfahrt herabgesetzt werden. Insbesondere hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, einen relativ kompromißlosen Gleitrumpf zu erstellen, mit dem der Übergang zwischen Verdränger- und Gleitfahrt zeitlich so kurz wie möglich und leistungsmäßig so wenig aufwendig wie möglich gestaltet werden kann.
Diese Ziele werden bei einem Bootskörper der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angeführten Merkmale erreicht.
Der erfindungsgemäße Bootskörper hat ein dem Profil einer Flugzeugtragfläche ähnliches Profil, das aus einem eindeutigen Linienzug ohne Knick- und Unstetigkeitsstellen besteht, dergestalt, daß an jedem Punkt des Profiles nur eine eindeutige Tangente an die Profilkurve möglich ist. Dabei ist der Scheitelpunkt des Profillängsschnittes bezogen auf den bugseitigen Endpunkt der Sehne des Profillängsschnittes in der vorderen Hälfte der gesamten Sehnenlänge gelegen und die Sehne bildet bei unbelastetem oder belastetem Bootskörper mit der durch den Wasserspiegel definierten Horizontalebene den Winkel α . Das Hinterschiff ist gleitflächenfrei; eigene oder ebene Gleitflächen sind am Bootskörper nicht vorgesehen; Luft unter den Bootskörper eintragende Gleitflächen werden somit vermieden. Die Gleiteigenschaften werden unterstützt, wenn das Vorschiff U-spantenförmig bzw. rundspantenförmig ausgebildet ist bzw. wenn das Vorschiff mit nach innen und oben gezogenen Spanten ausgebildet ist.
Der Winkel der Sehne mit dem Wasserspiegel kann entweder durch Trimmen des unbelasteten Bootes (Trimmgewichte, Ketten, Feetballast) oder durch entsprechende Beladung des Schiffes eingestellt werden. Ist der erwünschte Winkel durch Trimmen des unbelasteten Schiffes eingestellt, so sollte dieser durch die Beladung nicht bzw. nur innerhalb der angegebenen Grenzen verändert werden.
Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, daß das knickfreie Flugzeugprofil weitestgehend querströmungsfrei ausgebildet ist und die vom Vorschiff bewirkte, querablaufende Verdrängungsströmung den Schiffskörper seitlich frei und hydrodynamisch ungenutzt verläßt. Diese Ausbildung vermeidet, daß die vom Vorschiff erzeugte Strömung das Verhalten des Hinterschiffs nachteilig beeinflußt und die Gleiteigenschaften des Hinterschiffs optimal nutzbar sind, da der Auftrieb im Hinterschiff somit zumindest zum größten Teil durch die parallel zur Schiffslängsachse verlaufende Strömung bewirkt werden kann.
Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Profillängsschnitt einen in einem Abstand vom bugseitigen Profilendpunkt von mindestens 30%, vorzugsweise von mindestens 50%, insbesondere von mindestens 60% der gesamten Sehnenlänge gelegenen Wendepunkt besitzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Profillängsschnitt die Sehne zumindest einmal im Bereich der heckseitigen Hälfte der Sehne schneidet.
Durch die Profilkrümmung im vorderen Profilbereich wird an dieser Stelle die Strömung um den erfindungsgemäßen Bootskörper beschleunigt, wodurch eine Unterdruckzone entsteht, wodurch der Schiffsrumpf im gegenständlichen Bereich "angesaugt" wird. Durch die Reduzierung der Profilkrümmung im hinteren Profilbereich bzw. die Tunnelung im hinteren Profilbereich (dieser Terminus Technicus beschreibt die Unterwasserrumpfform, die dadurch entsteht, daß Vertikalschnitte durch den Schiffskörper parallel zur Rumpfmittenlängsachse als Tragflügelprofile mit Wendepunkt ausgebildet sind) wird die Strömungsgeschwindigkeit gegenüber dem vorderen Profilbereich reduziert, wodurch eine Überdruckzone erzeugt wird, die das hintere Ende des Profiles nach oben, also aus dem Wasser, drückt. Durch diese beiden Kräfte entsteht ein Trimmoment, das geeignet erscheint, das Wasserfahrzeug kopflastig zu vertrimmen.
Diesem Trimmoment entgegen wirken jedoch die Auftriebskräfte des "schräg angeströmten Körpers", als der sich der Schiffsrumpf infolge der bei Stillstand im unbelasteten bzw. fertig beladenem Zustand des Wasserfahrzeuges nach achtern angestellten, d.h. geneigten Sehne zumindest des Mittenlängsschnittprofiles darstellt. Diese Auftriebskräfte neutralisieren während der Gleitfahrt nicht nur das buglastige Trimmoment, sondern schaffen einen zusätzlichen, dynamischen Auftrieb im Vorschiff, sodaß, infolge des sich einstellenden, dynamischen, hecklastigen Trimmes, die benetzte Oberfläche des Wasserfahrzeuges auf ein Minimum reduziert wird; gleichzeitig reduziert sich durch die hecklastige Vertrimmung während der Gleitfahrt der Formwiderstand.
Zu bemerken ist, daß das erfindungsgemäße, einen Wendepunkt aufweisende Profil in einen heckseitigen Endpunkt ausläuft, der unterhalb der Wasseroberfläche gelegen ist. Der erfindungsgemäß vorgesenene statische Trimm (belastet oder unbelastet im Stillstand), d.h. die Neigung der Profilsehne des im Längsschnitt Flugzeugtragflügelflächenform besitzenden Bootskörpers gegenüber dem Wasserspiegel, der eine Hecklastigkeit des Bootskörpers im unbeladenen bzw. beladenen Zustand des Wasserfahrzeuges erzeugt, welcher Winkel insbesondere etwa 1,8° bis 2,2° beträgt, ist in der Schiffbautechnik als ein sehr bedeutender Winkel zu betrachten. Üblicherweise wird die Trimmlage eines schnellen Wasserfahrzeuges auf 100-stel Grad genau ausgemessen und Abweichungen von Zehntelgraden werden unter Zuhilfenahme komplizierter Trimmaßnahmen und Vermessungseinrichtungen bestimmt und ausgeglichen. In der Praxis besitzt der erfindungsgemäße Bootskörper eine auf Grund der Sehnenneigung bei unbelastetem und/oder belastetem Boot beträchtlich unter Wasser liegende Spiegelunterkante, wobei die Eintauchtiefe dem Tangens des Neigungswinkels, multipliziert mit der Sehnenlänge entspricht, ein Wert. welcher bei einem z.B. 5 m langen Schiff schon etwa 15 cm beträgt. Bekannte Flugzeugtragflügelform aufweisende Bootskörper weisen Trimmwerte auf, die sich von diesen erfindungsgemäßen Werten beträchtlich unterscheiden.
Beim erfindungsgemäßen Bootskörper ist die Auftriebskomponente im Heckbereich beachtlich, da der Längsprofilschnitt in diesem Bereich einen Wendepunkt hat und der Profillängsschnitt sogar die Sehne schneiden kann und oberhalb der Sehne verläuft, wodurch der Tunnelungseffekt wesentlich stärker und für den gewünschten Auftrieb im Hinterschiff effektiver wird. Gerade durch die Anstellung der Sehne des Profillängsschnittes gegenüber der Schwimmwasserlinie beim unbelasteten bzw. belasteten, stillstehenden Wasserfahrzeug wird im Fahrzustand im Heckbereich der dynamische Auftrieb beträchtlich verstärkt, wodurch sich im Hinblick auf die Gleiteigenschaften und auf den Energiebedarf ausgesprochen günstige Eigenschaften ergeben.
Erfindungsgemäß vorteilhafte Ausführungsformen sind der folgenden Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.
Im folgenden wird der erfindungsgemäße Bootskörper anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen Fig.1,2 und 3 verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Bootskörpern, Fig.4 bis 6 verschiedene Schnittansichten und Fig.7 und 8 Pfeilungsmöglichkeiten für den Bootskörper.
Fig.1 zeigt einen schematischen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Bootskörper 2. Der Bootskörper 2 besitzt in dem dargestellten Mittelschnitt ein Unterwasserprofil, das von einem gekrümmten Profilabschnitt, der allgemein mit 8 bezeichnet ist, gebildet ist. Vom hinteren Profilendpunkt 4 führt nach oben bis zum Wasserspiegel 3 ein Abschnitt 5′ des Spiegels 5. Die Profillinie 8 verlängert sich im Bugbereich vom vorderen Endpunkt 4′ des Unterwasserprofiles 8 allenfalls abgewickelt über den Wasserspiegel 3 hinaus in den Bugteil 2′ vorteilhaft in einer stetigen, ununterbrochenen Profillinie; im Heck verlängert sich der unter Wasser befindliche Abschnitt 5′ in die über dem Wasserspiegel 3 gelegene Hecklinie 5 vorteilhaft in Form eines geraden Überganges. Die Sehne 1 des Profils 8 verläuft vom bugseitigen Endpunkt 4′, d.h. dem vorderen Schnittpunkt des Profiles 8 mit dem Wasserspiegel 3, bis zum heckseitigen Endpunkt 4 der Profilsehne 1, die unterhalb des Wasserspiegels 3 gelegen ist und von der in einem Winkel α - (Fig.1,7) geneigt oder senkrecht zum Wasserspiegel verlaufenden Spiegellinie 5,5′ geschnitten wird. Die Sehne 1 schließt mit der Horizontalebene, die vom Wasserspiegel 3 gebildet wird, einen Winkel φ ein, der zwischen 1° bis 3°, vorzugsweise etwa 2°, beträgt. Bei unbelastetem Bootskörper 2 im Ruhezustand liegt somit die gesamte Sehne 1, insbesondere der Heckbereich bzw. der Endpunkt 4 der Sehne 1 bzw. des Profillängsschnittes 8 unterhalb des Wasserspiegels 3, während der bugseitige Endpunkt 4′ der Sehne 1 möglichst genau in der Wasseroberfläche liegt. Die strichlierte Linie 80 ergänzt das Profil 8 zu einem tragflügelähnlichen Profil.
Das in Fig.1 dargestellte Profil 8 verläuft vom bugseitigen Endpunkt 4′ gekrümmt bis zum Scheitelpunkt 9 mit dem größten Sehnenabstand Y max, nimmt dann ab bis zu einem Wendepunkt 6, der knapp unterhalb der Sehne 1 gelegen ist, schneidet die Sehne 1 in einem Scnnittpunkt 7, verläuft daraufhin mit einem Abschnitt 8′ oberhalb der Sehne 1 und läuft dann schneidend, d.h. nicht tangierend, in die Sehne 1 im Endpunkt 4 ein. Damit werden im Heckbereich des Bootskörpers 2 insbesondere durch die Krümmung des Profilabschnittes 8′ die gewünschten dynamischen Auftriebswerte erreicht.
Ein ähnliches Profil ist in Fig.3 dargestellt, bei dem die Profillinie 8 einen weiteren Schnittpunkt 7′ mit der Sehne 1 besitzt. Im Falle von zwei Schnittpunkten 7,7′ läuft der hintere Endbereich der Profillinie 8 von unten in den Endpunkt 4 schneidend zur Sehne 1 ein.
Fig.2 zeigt einen Profilverlauf, bei dem das Profil 8, ausgehend vom vorderen , in der Höhe des Wasserspiegels 3 liegenden Endpunkt 4′ sich vorerst zum Scheitelpunkt 9 verdickt, daraufhin abnimmt und einen Wendepunkt 6 aufweist, von dem aus bei gleichzeitiger, weiterer Profilabnahme das Profil schneidend, nicht tangierend in den heckseitigen Endpunkt 4 der Sehne 1 einläuft, in dem sich der Profilabschnitt 5′ anschließt.
Die Spiegelunterkante, welche, sofern sie waagrecht verläuft, in der Zeichnung mit dem Endpunkt 4 zusammenfällt, liegt bei unbelastetem Bootskörper 2 mit ihrer gesamten, quer zum Mittelschnitt verlaufenden Länge unter dem Wasserspiegel.
Vorteilhaft ist es, wie Fig.2 zeigt, wenn die Höhe Y des Profillängsschnittes 8 unterhalb der Sehne 1 zwischen dem heckseitigen Endpunkt 4 der Sehne 1 und einem Bereich von 20% - 40%, vorzugsweise 20% bis 30%, der Gesamtsehnenlänge gegenüber der Profilhöhe Y max im Scheitelpunkt 9 auf weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15% abgenommen ist und in den unterhalb der Horizontalebene 3 gelegenen Endpunkt 4 der Sehne 1 von unten schneidend einläuft. Damit wird ein ausgewogenes Trimmverhältnis bei der schnellen Gleitfahrt erreicht.
Allgemein ist es zweckmäßig, wenn der Scheitelpunkt 9 des Profillängsschnittes 8 bezogen auf den bugseitigen Endpunkt 4′ der Sehne 1 in einem Abstandsbereich von 20% bis 40%, insbesondere 25% bis 35%, der gesamten Sehnenlänge gelegen ist. Durch diese Maßnahme wird das sogenannte "Absaugen" des Bugbereiches des Bootskörpers in Grenzen gehalten und bei Fahrtbeginn ein ausgeglichenes Fahrverhalten erreicht. Hiebei ist es zweckmäßig, wenn die Höhe Y max des Profillängsschnittes 8 im Scheitelpunkt 9 weniger als 20%, vorzugsweise weniger als 15%, der Sehnenlänge beträgt.
Besonders zweckmäßige Werte für die Tunnelung liegen dann vor, wenn die Höhe des oberhalb der Sehne 1 verlaufenden Abschnittes 8′ des Längsschnittprofiles 8 bis zu 20%, vorzugsweise bis zu 15% , der Sehnenlänge beträgt.
Nach vorne ist das Längsschnittprofil der Unterseite des Bootskörpers 2 über die Horizontalebene 3 (Wasserspiegel) vorteilhaft mit unveränderter oder nur wenig veränderter Krümmung bis zu einem Punkt 24 fortgeführt. Der weitere Verlauf richtet sich nach der Gestalt des Buges, für den verschiedene Formen möglich sind.
Es ist möglich, Bootskörper zu erstellen, bei denen die Profilsehnenebene 42 (von nebeneinanderliegenden Sehnen 1 aufgespannte Ebene) nebeneinanderliegende Profillängsschnitte die Wasserlinien 3 in einem vorher festgelegten Winkel schneidet, was in Fig.4 und 5 dargestellt ist. Die linke Hälfte der Fig.4 zeigt einen lotrechten Querschnitt durch einen Bootskörper, bei welchem der erfindungsgemäße Profil- bzw. Sehnenverlauf des Bootskörpers 2 auf eine schmale, die lotrechte Längsmittelebene 38 aufnehmende Zone 40 beschränkt ist. Mithin gilt es nur für diese Zone 40, daß der vordere Endpunkt 4′ der Sehne 1 in der Horizontalebene 3 liegt; die Sehne 1 ist vorteilhafterweise aber noch immer im Winkel α zur Horizontalebene geneigt. Die in größerem Abstand von der Längsmittelebene 38 verlaufenden Längsprofile der Unterseite des Bootskörpers haben zwar dieselbe Gestalt wie das Längsschnittprofil in der Zone 40, doch haben sie verschiedene Höhenlagen. Ihre Sehnen liegen nämlich in den Flächen 42, die nach den Bootskörperseiten 44,46 hin ansteigen. Bei den Ausführungsformen, die rechts und links in Fig.4 gezeigt sind, stellen die Flächen 42 Ebenen dar. Die Bootskörperseiten können gerade Spanten 44, wie in Fig.4 links gezeigt, oder auch gebogene Spanten 46 haben, wie in Fig.4 rechts gezeigt.
In Fig.5 sind zwei Ausführungsformen dargestellt, bei denen die Flächen 42 nicht eben, sondern geknickt sind. Dabei bilden die Knicklinien 48 Gerade, die parallel zur lotrechten Längsmittelebene 38 des Bootskörpers verlaufen.
Weitere verwickelte, mehrfach geknickte Flächenanordnungen sind in Fig. 6 angegeben. Die dort wiedergegebenen Kennlinien stellen die Flächen 42 dar, in denen die jeweiligen Sehnen 1 der lotrechten Längsschnittprofile der Bootskörperunterseite liegen. Die Linie A ist zweimal geknickt, nämlich bei 48 und 50. Die Linie B ist ebenfalls zweimal geknickt und verläuft von der lotrechten Längsmittelebene 38 aus erst schwach und dann stärker aufwärts und außerhalb der Knicklinie 50 entweder aufwärts oder abwärts. Die Linie C zeigt eine Fläche 42, die von der lotrechten Längsmittelebene 38 aus zunächst schwach abwärts und außerhalb der Knicklinie 48 aufwärts verläuft. Die Linie D ähnelt der Linie C, hat aber eine zweite Knicklinie 50 und kann jenseits dieser Knicklinie drei verschiedene Richtungen einnehmen.
Auf der rechten Seite der Fig.6 sind Ausführungsformen gezeigt, bei der die Flächen 42, in den sich die Sehnen 1 der Profile der Bootsunterseite befinden, gekrümmt sind. Diese gekrümmten Flächen 42 haben gerade (vorteilhaft geneigte) Mantellinien, die parallel zur lotrechten Längsmittelebene 38 des Bootskörpers verlaufen. Die gekrümmten Flächen 42 sind der Einfachheit halber ohne Bezugnahme auf die Horizontalebene des Wasserspiegels 3 dargestellt.
Fig.7 zeigt eine Untersicht des in Fig.2 veranschaulichten Bootskörpers 2, dessen tragende Flächen nach hinten gepfeilt sind. Die lotrechte Längsmittelebene 38 des Bootskörpers fällt mit der Horizontalebene 3 zusammen und ist in Fig.7 als eine Gerade gezeichnet, unter der strichpunktiert der zugehörige Profillängsschnitt 8 und strichliert die im Winkel angestellte Sehne 1 eingezeichnet sind. Der Scheitelpunkt 9 befindet sich in der lotrechten Querebene 52 in einer Entfernung Y max von der Sehne 1.
In der Längsebene 54, die parallel zur Längsmittelebene 38 verläuft, hat die unter der Wasserspiegelebene liegende Unterseite des Bootskörpers einen kürzeren Profillängsschnitt 8 mit einer kürzeren Sehne 1 als der Profillängsschnitt in der Mittelebene 38; auch der Scheitelpunkt 9′ besitzt einen kleineren Höchstwert Y max, der sich in der Querebene 60 befindet, die weiter zum Heck gelegen ist, als die Querebene 52. Grund dafür ist, daß die bugseitigen Endpunkte 4′,4˝ der Profillinien 8 bzw. Sehnen 1 auf einer im Winkel 90°φ_v zur Mittelebene 38 geneigten Graden (Kurve) bzw. alternativ dazu in einer Ebene (gekrümmte Fläche) 74 liegen, sodaß außenliegende Profile im ähnlichen Maßstab verkleinert sind. In der lotrechten Längsebene 62, die sich parallel zur Längsebene 54 und zur Längsmittelebene 38 erstreckt, hat die unter der Wasserspiegelebene liegende Unterseite des Bootskörpers 2 ein noch kürzeres Profil 8 mit dem Scheitelpunkt 9˝,dessen Y max kleiner ist als das des Scheitelpunktes 9′. Der Scheitelpunkt 9˝ liegt in einer Querebene 66, die sich näher am Heck befindet als die Querebene 60. Die drei Scheitelpunkte 9,9′,9˝ liegen somit in einer lotrechten Ebene (gekrümmten Fläche) 51, die mit der Querebene 52 den Winkel φ einschließt. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß, ausgehend vom Profillängsschnitt 8 in der Mittelebene, nach außen zu folgende Profillängsschnitte 8 bzw. Sehnen 1 und/oder der Winkel α mit der Horizontalebene 3 von nach außen zu folgenden Profillinien unter Berücksichtigung der Gesetze der Ähnlichkeit verkürzt bzw. verkleinert sind. Auch wenn der Winkel der Sehne 1 nach außen hin abnehmen kann, erreicht er nicht den Wert 0°. Ein wichtiger Wert für die Pfeilung des Profils bzw. für die Ähnlichkeit sind die Winkel φ und φ_v , den die Flächen 51 und 74 mit Querebenen zur Bootslängsrichtung einschließen.
Über der Horizontalebene des Wasserspiegels 3 hat der Bootskörper 2 am Heck eine Rückseite 70, die zur lotrechten Längsmittelebene 38 im Winkel φ_H geneigt verlaufen kann, wie durch die beiden Winkel φ_H in Fig.7 angegeben ist.
Während bei der Ausführungsform der Fig.7 die Fläche 51 eine Ebene ist, besteht auch die Möglichkeit, sie geknickt bzw. gekrümmt verlaufen zu lassen. Das bedeutet, daß die Endpunkte 4′,4˝ bzw. die Scheitelpunkte 9,9′,9˝ eine geknickte bzw. gekrümmte Verbindungslinie haben. Haben die Profillinien in den Längsebenen (z.B. 38,54,62) dasselbe Verhältnis der Länge zur Dicke, und verringert sich die Länge ihrer Sehnen 1 mit zunehmendem Abstand von der Längsmittelebene 38, dann werden die absoluten Werte der Profil- bzw. der Sehnenlänge und der Scheiteldicke Y max zur Seite des Bootes hin kleiner. Somit kann, auch wenn die Sehnen 1 in derselben Horizontalebene liegen, der Bootsboden nach außen hin ansteigen. Diese Wirkung kann dadurch gesteigert werden, daß die Sehnen statt in der gleichen Höhenlage in den Ebenen 42 gemäß den Fig.4 und 6 angeordnet werden.
Bei der in Fig.8 gezeigten Gestalt des Bootskörpers 2 nehmen die Sehnenlängen der Profillinien der Bootskörperunterseite von innen nach außen bis auf Null im Punkt 4′′′ ab. Die vorderen Endpunkte der Profile liegen auf einer lotrechten Ebene 74, welche die Ebene 51 (mit den Scheitelpunkten) im Heck 70 im Punkt 4′′′ schneidet. Je weiter außen eines der lotrechten Längsschnittprofile liegt, umso geringer wird auch der Abstand des vorderen Endpunktes 4′, dieses Profiles von den Scheitelpunkten 9,9′, bis sie in dem Punkt 4′′′ zusammenfallen.
Erfindungsgemäß ist ein Winkel α von mehr als 1,3°. Nach oben ist lediglich aus Konstruktionsgründen eine Grenze gesetzt. Vorteilhaft sind Winkel α von 1,7° bis 3°. Winkel α von weniger als 1,3° zeigten sich als wenig vorteilhaft. Mit Winkeln zwischen 1,5° und 2,5° konnten sehr gute Ergebnisse erzielt werden.
Die erfindungsgemäßen Bootskörper werden vorteilhaft für motorgetriebene, schnelle Gleitfahrzeuge verwendet. Die Bootsrümpfe können für Fahrzeuge mit einem oder mehreren Rümpfen (Katamarane) eingesetzt werden.
Im folgenden wird eine allgemeine Formel für den erfindungsgemäßen Kurvenverlauf (f(x)) eines Profillängsschnittes angegeben:

wobei m eine gerade Zahl sein soll und die halbe Stützstellenanzahl angibt. Die Koeffizienten a_k laufen von K=1 bis m und die Koeffizienten b_k von K=1 bis m=1.
Unter Stützstellen werden die jeweiligen Abszissenwerte längs des Bootes verstanden, deren zugeordnete Ordinatenwerte empirisch ermittelt oder vorgegeben werden und somit den Kurvenverlauf bestimmen.

Claims

Bootskörper, für Schnelle Gleitfahrzeuge, dessen zur Gänze als Gleitfläche ausgebildete Unterseite mindestens in einem Längsschnitt durch bzw. parallel zur Mittelebene ein dem Profil einer Krümmungen besitzenden Flugzeugtragflügelunterfläche ähnliches Profil hat, wobei der Scheitelpunkt des Profillängsschnittes bezogen auf den bugseitigen Endpunkt der Sehne des Profillängsschnittes in der vorderen Hälfte der gesamten Sehnenlänge gelegen ist, wobei der heckseitige Profilendpunkt am unteren Endpunkt des Hecks bzw. Spiegels unter dem Wasserspiegel gelegen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehne (1) des knick- bzw. unstetigkeitsfreien bzw. strakenden Profillängsschnittes (8) bei belastetem und ausgetrimmten oder unbelastetem und ausgetrimmten Bootskörper (2) mit der durch den Wasserspiegel (3) definierten Horizontalebene einen Winkel (α) von 1,3° bis 4°, vorzugsweise von 1,5° bis 2,5°, insbesondere von 1,8° bis 2,2°, einschließt, daß der Profillängsschnitt (8) einen in einem Abstand vom bugseitigen Profilendpunkt (4′) von mindestens 30%, vorzugsweise von mindestens 50%, insbesondere von mindestens 60%, der gesamten Sehnenlänge zwischen dem Scheitelpunkt (9) und dem hinteren Profilendpunkt (4) gelegenen Wendepunkt (6) besitzt und daß die vom Vorschiff bewirkte, querablaufende Verdrängungsströmung, d.h. die Bugwelle, das Vorschiff seitlich frei und hydronamisch ungenutzt verläßt.
Bootskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profillängsschnitt (8) die Sehne (1) zumindest einmal im Bereich der heckseitigen Hälfte der Sehne (1) schneidet.
Bootskörper nach Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelunterkante bei unbelastetem Bootskörper (2) mit ihrer gesamten Länge unter dem Wasserspiegel (3) gelegen ist.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Profillängsschnittes (8) unterhalb der Sehne (1) in einem Bereich ausgehend vom heckseitigen Endpunkt (4) der Sehne (1) bis zu einem Bereich von 20% bis 40%, vorzugsweise 20% bis 30%, der Gesamtsehnenlänge gegenüber der Profilhöhe des Profillangsschnittes im Scheitelpunkt (9) auf weniger als 30 %, vorzugsweise auf weniger als 20 %, insbesondere auf weniger als 15 %, abgenommen ist und in den unterhalb des Wasserspiegels (3) gelegenen Endpunkt (4) der Sehne (1) von unten schneidend einläuft.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Sehne (1) des Profillängsschnittes (8) der lotrechten Längsmittelebene als auch einige, vorzugsweise alle, Sehnen von Profillangsschnitten in parallel zu dieser Ebene verlaufenden Ebenen zur durch den Wasserspiegel (3) gegebenen Horizontalebene im Winkel (α) geneigt verlaufen.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur die in der senkrechten Längsmittelebene oder dicht daneben befindlichen Sehnen des Längsschnittprofils (8) zur durch den Wasserspiegel (3) gegebenen Horizontalebene im Winkel (α) geneigt verlaufen.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnen von außerhalb der Längsmittelebene liegenden Profillängsschnitten in verschiedenen Höhenlagen in Flächen(A,B,C,D;42) liegen, die nach den Bootskörperseiten hin über die Horizontalebene (3) ansteigen, wobei die Flächen geknickt oder gekrümmt sind und die Knicklinien bzw. die Mantellinien parallel zur lotrechten Längsmittelebene (38) des Bootskörpers (2) verlaufende Gerade bilden.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bugseitigen Endpunkte (4′,4˝) und die Scheitelpunkte (9,9′,9˝) von in verschiedenen Abständen von der lotrechten Längsmittelebene (38) des Bootskörpers (2) verlaufenden Profillängsschnitten (54,62) jeweils auf einer geraden, geknickten oder gekrümmten Linie (51,74) liegen, die mit einer lotrechten Querebene des Bootskörpers (2) einen spitzen Winkel (φ,φ_v) einschließt.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheitelpunkt (9) des Profillängsschnittes (8) bezogen auf den bugseitigen Endpunkt (4′) der Sehne (1) in einem Bereich von 20 % bis 40 %, insbesondere 25 % bis 35 %, der gesamten Sehnenlänge gelegen ist.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Profillängsschnittes (8) im Scheitelpunkt (9) weniger als 25 %, vorzugsweise weniger als 20 %, insbesondere weniger als 15 %, der gesamten Sehnenlänge beträgt.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des oberhalb der Sehne (1) verlaufenden Abschnittes (8′) des Längsschnittprofiles (8) weniger als 20 %, vorzugsweise weniger als 15 %, der Höhe des Profillängsschnittes (8) im Scheitelpunkt (9) beträgt.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Profillängsschnitt (8) in den heckseitigen Endpunkt (4) der Sehne (1) von oben schneidend einläuft.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend vom Profillängsschnitt (8) in der Mittelebene (38) nach außen hin folgende Profillängsschnitte (8) bzw. Sehnen (1) und/oder der Winkel (α) von nach außen hin folgenden Profillängsschnitten unter Berücksichtung der Gesetze der Ähnlichkeit verkürzt bzw. verkleinert sind.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wendepunkt (6) des Profillängsschnittes (8) und der Schnittpunkt (6) des Profillängsschnittes (8) mit der Sehne (1) in einem gegenseitigen Abstand von weniger als 30%, vorzugsweise weniger als 15%, der gesamten Sehnenlänge gelegen sind oder gegebenenfalls im wesentlichen zusammenfallen.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die als knickfreie Flugzeugprofil unterseite ausgebildete Gleitfläche querströmungsfrei ausgebildet ist.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Bootskörper gleitstufenfrei ausgebildet ist.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Hinterschiff insbesondere in Schnitten parallel zur Mittellinie und senkrecht zur Wasserfläche frei von ebenen Gleitflächen ist.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschiff U-spantenförmig bzw. rundspantenförmig ausgebildet ist.
Bootskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorschiff mit nach innen und oben gezogenen Spanten ausgebildet ist.