EP0909703A2 - Ship's rudder - Google Patents
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- EP0909703A2 EP0909703A2 EP98250358A EP98250358A EP0909703A2 EP 0909703 A2 EP0909703 A2 EP 0909703A2 EP 98250358 A EP98250358 A EP 98250358A EP 98250358 A EP98250358 A EP 98250358A EP 0909703 A2 EP0909703 A2 EP 0909703A2
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- rudder
- blade
- outlet openings
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
- B63H25/06—Steering by rudders
- B63H25/38—Rudders
Definitions
- the invention relates to rudders for watercraft according to the preamble of claim 1.
- Rudders for watercraft are usually one vertical axis, which the rudder with the wheelhouse connecting and guided by a hull-proof coker Rudder shaft, swiveling to each side through the inflow of the aileron with a streamlined profile due to the screw or travel current of the watercraft a rudder pressure is created, which turns into an against the Directional resistance component and at a deflection of the rudder from the middle or Normal position in a direction transverse to the direction of travel control or effecting the control of the watercraft Split rudder force.
- the rudder force through the rudder pressure side facing the inflow and applied the rudder suction side facing away from the inflow, the rudder pressure side about a third of the rudder transverse force and the rudder suction side about two thirds of the Rudder force.
- a vortex-free flow onto the rudder only occurs then when the inflow is aligned with the longitudinal axis of the profile is or runs perpendicular to the rudder stock or forms a relatively small angle with it.
- the flow is interrupted on the rudder suction side just behind the profile head of the streamlined rudder and there is a strong on the rudder suction side Vortex formation.
- This has a significant reduction the rudder transverse force used to control the watercraft and a significant increase in drag of the rudder. For this reason such rudders only work up to a deflection from approx. 25 ° to 30 ° rudder position satisfactory.
- GB 2 021 062 A is designed as a so-called rotor rudder High-performance rudder known from a main rudder blade and a hinged fin rudder blade exists, which deflects independently of the main rudder blade can be.
- a curved rudder head is on the front edge of the rudder is cylindrical or cylindrical Rotor arranged on the suction side in the direction of Inflow is driven all round.
- the object of the present invention is to provide a rudder for watercraft without additional attachments or moving parts outside the rudder blade both the resistance component directed against the direction of travel to reduce the rudder as well as a rudder deflection maintain the effectiveness of the rudder suction side.
- the solution according to the invention creates one designed as a thruster High-performance rudder for watercraft, in which a suction side tear even with large rudder positions prevented and thus built up a maximum rowing power and its resistance component directed against the direction of travel both in the neutral middle position as is also minimal with all rudder deflections. This effect without additional attachments or moving parts achieved outside the rudder blade, so that the strength values of the rudder are not affected and no complex constructions are required.
- the effect of the thruster is comparable to that Effect of a pipe bend that affects the rudder blade incoming flow deflects on both sides and thus prevents a suction side tear in the event of a rudder deflection or with normal rudder surface resistance belittles.
- An advantageous embodiment of the invention Solution is characterized in that the outlet openings on the front third in the direction of travel of the watercraft of the rudder blade are arranged. Because the suction side tear occurs with growing rudder positions on this side, is an introduction of energy into this area of the rudder blade most effective on the respective rudder suction side, to achieve a large total rudder force and to continuously flow around the rudder suction side.
- the arrangement of further outlet openings distributed over the entire side surfaces of the rudder blade serves to prevent cavitation by blowing out the endangered Reduce or prevent spots on the rudder blade.
- this can also improve propulsion can be achieved by, for example, both sides of the rudder blade is blown out and thus Steam bubbles can be avoided.
- outlet openings in Direction of travel of the watercraft one behind the other and / or staggered with each other the outlet openings at least over part of the height of the rudder blade can be distributed.
- the outlet openings preferably consist of vertical slots extending to the direction of travel of the watercraft.
- the exit velocity of the medium be changed to the different conditions, such as rudder angle, speed, rudder blade profile and the like to take into account.
- the exit velocity of the medium the flow rate or the medium pressure can be varied.
- the outlet speed of the medium can both side surfaces of the rudder blade preferably independently can be controlled from each other.
- the The medium exits via the height of the rudder blade controllable.
- the exit of the medium on both side surfaces of the rudder blade in Asymmetrical with respect to the vertical axis of the rudder blade controllable taking into account the propeller twist the asymmetrical blowing out to a further improvement propulsion and avoidance or reduction of cavitation symptoms.
- the conveying device for the medium can optionally in Rudder blade or be arranged in the watercraft, whereby with an arrangement of the conveyor in the watercraft the medium is routed via a line, through which the Rudder blade connecting to the hull of the watercraft Rudder and / or for the management of the rudder is led through the koker serving the ship wall.
- the conveyor is arranged in the rudder blade is preferably the suction opening for the liquid medium arranged in the rudder blade itself, especially on the leading edge of the rudder blade at the level of the propeller shaft.
- Another advantageous embodiment of the invention Solution is characterized in that the leading edge of the Rudder blade consists of an anchor head that with the through the rudder body bounded by the side surfaces of the rudder blade is connectable and that the outlet openings between the End faces of the side surfaces and the side edges of the anchor head are trained.
- the anchor head to the rudder body can be the size of the Outlet openings in a simple and reproducible manner can be set.
- the rudder blade consists of a profiled rudder body and a domed rudder head and from the rudder head to one Trailing edge of the rudder blade converging side surfaces, so the outlet openings are preferred in the the area of the side surfaces adjacent to the rudder head.
- FIG 2 shows a side view and Figure 3 in one Front view in a schematic perspective view a rudder blade 1 of a thruster according to the invention.
- the Rudder blade 1 consists of a profile body with a Leading edge 11, which is profiled and spaced apart Side surfaces 12, 13 merges, which in turn to the rear edge 14 of the rudder blade 1 converge.
- the rudder blade 1 is connected to a rudder post 2, which by one, not shown, with the hull of the watercraft firmly connected koker is and in one Wheelhouse ends that with appropriate control facilities is provided for changing the rudder position.
- outlet openings 3 intended for a liquid and / or gaseous medium. These outlet openings 3 are preferably designed so that the medium is in the direction of travel, that is, from the leading edge 11 directed towards the rear edge 14, from the outlet openings 3 flows out.
- the outlet openings 3 can be designed differently as well as arranged in different configurations. For example, one of the top edge 15 of the rudder blade 1 to its lower edge 16 continuous gap in both side surfaces 12, 13 of the rudder blade 1 in the same Distance from the leading edge 11 possible.
- Another Embodiment can consist in that according to FIG Exit gaps in each side surface 12, 13 in the top and the lower half of the rudder and each one Medium line 41, 42 connected to a conveyor 5 are.
- the conveyor preferably consisting of a pump 5 is via a medium supply line 40 with a Inlet 4 connected through which the liquid in this case Medium sucked in and via the medium line 41, 42 to the Exit openings 3 is conveyed where it with a predetermined Exit speed from the exit openings 3 exit.
- the power supply of the conveyor 5 takes place via a cable 51, preferably by a Bore 20 in rudder post 2 or through the koker is.
- the distance of the outlet openings 3 from the leading edge 11 of the rudder blade 1 varies depending on the thrust load of the propeller. With this in mind, too several outlet openings at different distances arranged to the leading edge 11 of the rudder blade 1 and each via separate pipes with the conveyor 5 get connected.
- throttle valves in the individual medium lines 41, 42 can the pressure conditions and thus the exit speed of the liquid and / or gaseous medium in the different Outlet openings 31 to 34 fixed or variable become.
- Figure 4 shows a schematic perspective side view an alternative arrangement of the thruster according to the invention, where the conveyor is not in rudder blade 1, but outside the rudder blade, for example in Rudder engine room is arranged.
- the supply of the gaseous or liquid medium takes place, for example, via a Bore 20 in the rudder shaft 2 to a medium line 43, the is divided into a plurality of medium lines 44, 45 which lead to the Outlet openings 31 to 34 on the two side surfaces 12, 13 of the rudder blade 1 lead and, for example, in groups in outlet openings 31 to 34 in the upper and lower rudder half are summarized.
- Figure 4 shows the both to the outlet opening groups 31, 33 in the rudder surface 12 arranged above and below the rudder blade center Outlet openings 31 and 33 leading medium lines 44, 45.
- the air supply can in the arrangement according to Figure 4 from outside the rudder blade, for example from the Rowing machine room.
- the supply of the necessary Air to the outlet openings can also through the Rudder shaft 2 or the koker to the medium lines 44, 45 respectively.
- FIG. 5 shows in a cross section through the front part of a rudder blade 1 Anchor or rudder head 10, on which the rudder side surfaces Connect 12, 13. In the transition area from the rudder head 10 to the side surfaces 12, 13 become outlet openings 35, 36 formed by opening cylinders 61, 62 in via a connecting device 6 at a predetermined distance to be arranged to each other.
- the connecting device 6 consists of a bulkhead or one or more spacers that the setting of the exit gaps 35, 36 in both side surfaces 12, 13 of the rudder blade 1 serve.
- FIG. 6 shows a variant in which an adjusting device 7 the distance between the cylinders 61, 62 to each other through a variable-length connecting device 60 can be set. That way the cross section of the outlet openings 35, 36 varies and be adapted to the respective operating conditions. Depending on Rudder deflection can be on the port or starboard side Outlet openings 35, 36 are opened or closed and in the normal position of the rudder blade 1, both outlet openings can 35, 36 are opened to improve propulsion and to help prevent cavitation.
- Figure 7 shows a variant in which the exit column 35, 36 and the two side surfaces 12, 13 of the rudder blade 1 fixed using a special setting device can be.
- Exit cylinders 61, 62 are provided, which have a spacer 60 are connected.
- An anchor head 100 has a bore 101 for receiving a bolt 8 on, which can be connected to a bolt receptacle 102.
- Gap S between the anchor head 100 and the bolt receptacle 102 can be varied by means of the bolt 8 so that a different gap size for the exit gap 35, 36 is adjustable.
- the opening 101 in the anchor head 100 can after the fixed setting of the gap S, that is after installation of the anchor head are filled, so that an uninterrupted, smooth leading edge of the rudder blade 1 is given.
- Figure 8 illustrates in a diagram that with the invention Solution compared to conventional rowing or Benefits of high-performance rowing.
- FIG. 8 shows the course of the coefficients c l of the rudder transverse force (LIFT) and of the drag coefficient c d of the rudder longitudinal force (DRAG) as a function of the rudder deflection for different rudder types.
- c l and c d are the coefficients of the rudder lateral force and rudder longitudinal force, rho the rudder height, v the inflow velocity
- AR is the effective rudder area and the product v 2 * AR represents the dynamic pressure.
- the coefficients c l and c d shown for a normal rudder NR, a high-performance fin rudder FR, a rotor rudder RR and a jet rudder SRA illustrate the effectiveness of the solution according to the invention. While the rudder force coefficient c l for a normal rudder NR and a high-performance fin rudder FR reaches a maximum value of 1.0 or 1.6 with a rudder deflection of 25 ° or 28 ° and then drops exponentially due to the suction side tear, the rudder force coefficient c l shows for a rotor rudder RR an increase up to a maximum of 1.6 with a rudder deflection of approx. 50 ° and then a linear decrease.
- the rudder lateral force coefficient c l increases with a thruster SRA to a first maximum value of approx. 2.0 with a rudder deflection of approx. 30 ° with a further increase up to a second maximum of approx. 2.2 with a rudder deflection of approx. 45 ° to then drop linearly to a value of 1.0 with a rudder deflection of 70 °.
- This graph shows that in the main working area of a rudder with a rudder angle of 45 °, the thruster SRA generates a maximum lateral force component that is well above the maximum values of the conventional rudders.
- the rudder longitudinal force coefficient c d is entered for a normal rudder NR and a rotor rudder RR, the rudder longitudinal force coefficient increasing with increasing rudder position.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf Steuerruder für Wasserfahrzeuge
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to rudders for watercraft
according to the preamble of
Steuerruder für Wasserfahrzeuge sind üblicherweise um eine senkrechte Achse, dem das Steuerruder mit dem Ruderhaus verbindenden und durch einen rumpffesten Koker geführten Ruderschaft, nach jeder Seite schwenkbare Durch die Anströmung des mit einem Stromlinienprofil versehenen Querruders infolge des Schrauben- oder Fahrtstroms des Wasserfahrzeugs wird ein Ruderdruck bewirkt, der sich in eine gegen die Fahrtrichtung gerichtete Widerstandskomponente und bei einer Auslenkung des Steuerruders aus der Mittel- oder Normalstellung in eine quer zur Fahrtrichtung gerichtete, die Steuerung des Wasserfahrzeugs bewirkende Steuer- oder Ruderquerkraft aufteilt.Rudders for watercraft are usually one vertical axis, which the rudder with the wheelhouse connecting and guided by a hull-proof coker Rudder shaft, swiveling to each side through the inflow of the aileron with a streamlined profile due to the screw or travel current of the watercraft a rudder pressure is created, which turns into an against the Directional resistance component and at a deflection of the rudder from the middle or Normal position in a direction transverse to the direction of travel control or effecting the control of the watercraft Split rudder force.
Infolge des Profilkörpers des Steuerruders wird die Ruderkraft durch die der Anströmung zugewandte Ruderdruckseite und die der Anströmung abgewandte Rudersaugseite aufgebracht, wobei die Ruderdruckseite ca. ein Drittel der Ruderquerkraft und die Rudersaugseite ca. zwei Drittel der Ruderquerkraft erbringt.Due to the profile body of the rudder, the rudder force through the rudder pressure side facing the inflow and applied the rudder suction side facing away from the inflow, the rudder pressure side about a third of the rudder transverse force and the rudder suction side about two thirds of the Rudder force.
Ein wirbelfreies Anströmen des Steuerruders erfolgt nur dann, wenn die Anströmung mit der Profillängsachse gleichgerichtet ist bzw. senkrecht zum Ruderschaft verläuft oder mit dieser einen verhältnismäßig kleinen Winkel bildet. Bei größeren Ausschlägen des stromlinienförmigen Ruderkörpers erfolgt ein Abreißen der Strömung auf der Rudersaugseite dicht hinter dem Profilkopf des stromlinienförmigen Steuerruders und es tritt auf der Rudersaugseite eine starke Wirbelbildung ein. Diese hat eine erhebliche Verminderung der der Steuerung des Wasserfahrzeuges dienenden Ruderquerkraft und eine beträchtliche Vergrößerung des Strömungswiderstandes des Steuerruders zur Folge. Aus diesem Grunde arbeiten derartige Profilruder nur bis zu einer Auslenkung von ca. 25° bis 30° Ruderlage zufriedenstellend. Bei größeren Winkeln bricht die Ruderquerkraft ein, da die Rudersaugseite aufgrund des Saugseitenabrisses nicht mehr umströmt wird. A vortex-free flow onto the rudder only occurs then when the inflow is aligned with the longitudinal axis of the profile is or runs perpendicular to the rudder stock or forms a relatively small angle with it. At larger deflections of the streamlined rudder body the flow is interrupted on the rudder suction side just behind the profile head of the streamlined rudder and there is a strong on the rudder suction side Vortex formation. This has a significant reduction the rudder transverse force used to control the watercraft and a significant increase in drag of the rudder. For this reason such rudders only work up to a deflection from approx. 25 ° to 30 ° rudder position satisfactory. For larger ones The rudder lateral force drops due to the rudder suction side no longer flows around due to the suction side tear becomes.
Diese unerwünschten Erscheinungen können weitgehend dadurch unterdrückt werden, daß an der Stelle, wo die Strömung zum Abreißen neigt, durch einen sich düsenartig verengenden Spalt kräftig strömende Flüssigkeit tangential zur Wandung zugeführt wird. Dadurch wird verglichen mit der Anströmung des Profilkörpers ohne zusätzliche Spaltströmung bei größeren seitlichen Ruderlagen eine größere Querkraft erzielt und zudem wird der Strömungswiderstand des Ruderkörpers infolge der Unterdrückung der Wirbelbildung verringert.These undesirable phenomena can largely be caused by this be suppressed that at the point where the flow to the Tearing tends to be caused by a nozzle-like narrowing Splitting vigorously flowing liquid tangential to the wall is fed. This is compared to the inflow of the profile body without additional gap flow for larger ones lateral rudder positions achieved a greater lateral force and also the flow resistance of the rudder body reduced due to the suppression of vortex formation.
Eine derartige Anordnung ist aus der DE-PS 665 716 bekannt, bei der zu beiden Seiten des Ruderkopfes eines stromlinienförmigen Steuerruders symmetrisch zu dessen Mittelebene zwei tragflächenartig gekrümmte Vorprofile mittels Rippen oder dergleichen 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 gabelt.Such an arrangement is known from DE-PS 665 716, a streamlined one on either side of the rudder head Rudder rudder symmetrical to its median plane two wing-like curved pre-profiles by means of ribs or the like attached and arranged so that a wide opening remains between the leading edges thereof, which narrows in two in a nozzle-like manner Rudder head forked along channels.
Ebenfalls zur Vermeidung eines Saugseitenabrisses ist aus
der GB 2 021 062 A ein als sogenanntes Rotorruder ausgebildetes
Hochleistungsruder bekannt, das aus einem Hauptruderblatt
und einem an diesem angelenkten Flossenruderblatt
besteht, das unabhängig vom Hauptruderblatt ausgelenkt
werden kann. Anstelle eines gekrümmten Ruderkopfes ist an
der Vorderkante des Ruders ein zylindrischer oder walzenförmiger
Rotor angeordnet, der saugseitig in Richtung der
Anströmung umlaufend antreibbar ist. Mittels des Rotors
wird auch bei großen Ruderlagen Energie zur Rudersaugseite
geführt und dadurch der Saugseitenabriß vermieden. Auch bei
Ruderlagen bis 50° führt dies zu einer großen Rudergesamtquerkraft
und damit zu einer wirksamen Steuerung des Wasserfahrzeugs. Also to avoid a suction side tear is off
Nachteilig bei dieser Art eines Hochleistungsruders ist die Notwendigkeit, an der Vorderkante des Ruders, die eine extrem beanspruchte Stelle darstellt, einen konstruktiv aufwendigen Rotor mit dazugehörigem Antrieb zu installieren, der je nach Ruderlage und Schubbelastung des Schiffspropellers mit großen Drehzahlen in nur kurzen Zeitintervallen umgesteuert werden muß, um jeweils der Rudersaugseite Energie zuzuführen.This type of high-performance rudder is disadvantageous Need at the front edge of the rudder, the one extremely stressed position, a constructive to install complex rotor with associated drive, depending on the rudder position and thrust load on the ship's propeller at high speeds in only short time intervals must be reversed to the rudder suction side To supply energy.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Steuerruder für Wasserfahrzeuge ohne zusätzliche Anbauteile oder bewegliche Teile außerhalb des Ruderblattes sowohl die gegen die Fahrtrichtung gerichtete Widerstandskomponente des Steuerruders zu verringern als auch bei einem Ruderausschlag die Wirksamkeit der Rudersaugseite aufrechtzuerhalten.The object of the present invention is to provide a rudder for watercraft without additional attachments or moving parts outside the rudder blade both the resistance component directed against the direction of travel to reduce the rudder as well as a rudder deflection maintain the effectiveness of the rudder suction side.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of
Die erfindungsgemäße Lösung schafft ein als Strahlruder ausgebildetes Hochleistungs-Steuerruder für Wasserfahrzeuge, bei dem auch bei großen Ruderlagen ein Saugseitenabriß verhindert und damit eine maximale Ruderkraft aufgebaut wird, und dessen gegen die Fahrtrichtung gerichtete Widerstandskomponente sowohl in der neutralen Mittenlage als auch bei allen Ruderausschlägen minimal ist. Diese Wirkung wird ohne zusätzliche Anbauteile oder bewegliche Teile außerhalb des Ruderblattes erzielt, so daß die Festigkeitswerte des Steuerruders nicht beeinträchtigt werden und keine aufwendigen Konstruktionen erforderlich sind. The solution according to the invention creates one designed as a thruster High-performance rudder for watercraft, in which a suction side tear even with large rudder positions prevented and thus built up a maximum rowing power and its resistance component directed against the direction of travel both in the neutral middle position as is also minimal with all rudder deflections. This effect without additional attachments or moving parts achieved outside the rudder blade, so that the strength values of the rudder are not affected and no complex constructions are required.
Dabei ist die Wirkung des Strahlruders vergleichbar mit der Wirkung eines Rohrkrümmers, der die auf das Ruderblatt einwirkende Anströmung auf beide Seiten umlenkt und damit bei einem Ruderausschlag einen Saugseitenabriß verhindert bzw. bei Normallage des Ruders den Oberflächenwiderstand herabsetzt.The effect of the thruster is comparable to that Effect of a pipe bend that affects the rudder blade incoming flow deflects on both sides and thus prevents a suction side tear in the event of a rudder deflection or with normal rudder surface resistance belittles.
Zwar ist es aus der Flugzeugtechnik grundsätzlich bekannt,
bei Flugzeugtragflügeln energiereiche Luft in die Grenzschicht
einzublasen, um auf diese Weise eine Ablösung der
Grenzschicht zu verhindern, jedoch wird dieses Prinzip
entweder zur Erhöhung des Auftriebs oder zur Erzeugung von
Verstellkräften für ein Pendelruder genutzt. Eine derartige
Anordnung ist aus der DE 15 06 567 A1 bekannt, bei der
wahlweise in die auf der Oberseite oder Unterseite eines
Pendelruders verlaufende Strömung ein etwa quer zur Strömung
stehender Schleier eines flüssigen, gas- oder pulverförmigen
Steuermediums ausgeblasen wird. Das ausgeblasene
Medium wird dazu verwendet, die freie Strömung um das
Steuerruder zu beeinflussen und auf diese Weise die Verstellkräfte
für das Ruder zu erzeugen.Although it is basically known from aircraft technology,
in aircraft wings, high-energy air into the boundary layer
blow in, in this way a detachment of the
To prevent boundary layer, however, this principle
either to increase buoyancy or to generate
Adjustment forces used for a pendulum rudder. Such
Arrangement is known from
Aus der DE 30 10 431 A1 ist es bekannt, die Grenzschicht eines eingetauchten Strömungskörpers durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium zu beschleunigen oder abzulösen, um den Oberflächenreibungswiderstand zu verringern. Zu diesem Zweck wird über düsenartige Bohrungen in der äußeren Schiffswand eines Wasserfahrzeuges Druckgas in das Fahrwasser geleitet, so daß das durch die Düsen ausströmende Druckgas auf die den Oberflächenreibungswiderstand verursachende Grenzschicht stößt und diese zur Beschleunigung und Ablösung bringt. From DE 30 10 431 A1 it is known the boundary layer of an immersed flow body through a gaseous one accelerate or detach liquid medium in order to to reduce the surface friction resistance. To this Purpose is through nozzle-like holes in the outer Ship wall of a watercraft pressurized gas into the fairway directed so that the flowing out through the nozzles Compressed gas on the surface friction resistance Boundary layer strikes and this for acceleration and Detachment brings.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen am in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs vorderen Drittel des Ruderblattes angeordnet sind. Da der Saugseitenabriß bei wachsenden Ruderlagen an dieser Seite auftritt, ist ein Einbringen von Energie in diesen Bereich des Ruderblattes auf der jeweiligen Rudersaugseite am wirkungsvollsten, um eine große Rudergesamtquerkraft zu erzielen und die Rudersaugseite fortlaufend zu umströmen.An advantageous embodiment of the invention Solution is characterized in that the outlet openings on the front third in the direction of travel of the watercraft of the rudder blade are arranged. Because the suction side tear occurs with growing rudder positions on this side, is an introduction of energy into this area of the rudder blade most effective on the respective rudder suction side, to achieve a large total rudder force and to continuously flow around the rudder suction side.
Die Anordnung weiterer Austrittsöffnungen verteilt über die gesamten Seitenflächen des Ruderblattes dient dazu, Kavitationserscheinungen durch Ausblasen an den gefährdeten Stellen am Ruderblatt zu verringern bzw. zu verhindern. Neben der Kavitationssicherheit kann damit auch eine Propulsionsverbesserung erzielt werden, indem beispielsweise an beiden Seiten des Ruderblattes ausgeblasen wird und damit Dampfblasen vermieden werden.The arrangement of further outlet openings distributed over the entire side surfaces of the rudder blade serves to prevent cavitation by blowing out the endangered Reduce or prevent spots on the rudder blade. In addition to cavitation safety, this can also improve propulsion can be achieved by, for example, both sides of the rudder blade is blown out and thus Steam bubbles can be avoided.
Vorteilhafterweise werden mehrere Austrittsöffnungen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs hintereinander und/oder versetzt zueinander angeordnet, wobei die Austrittsöffnungen zumindest über einen Teil der Höhe des Ruderblattes verteilt angeordnet werden können.Advantageously, several outlet openings in Direction of travel of the watercraft one behind the other and / or staggered with each other, the outlet openings at least over part of the height of the rudder blade can be distributed.
Vorzugsweise bestehen die Austrittsöffnungen aus senkrecht zur Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs verlaufenden Schlitzen.The outlet openings preferably consist of vertical slots extending to the direction of travel of the watercraft.
Durch Veränderung des Querschnitts der Austrittsöffnungen kann bei gleichbleibendem Druck des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums verändert werden, um den unterschiedlichen Bedingungen, wie Ruderlage, Fahrtgeschwindigkeit, Profil des Ruderblattes und dergleichen, Rechnung zu tragen. Alternativ hierzu kann die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums durch Veränderung der Fördermenge bzw. des Mediumdrucks variiert werden.By changing the cross section of the outlet openings can with constant pressure of the liquid and / or gaseous medium the exit velocity of the medium be changed to the different conditions, such as rudder angle, speed, rudder blade profile and the like to take into account. Alternatively can change the exit velocity of the medium the flow rate or the medium pressure can be varied.
Durch individuelle Verbindung der über den Ruderkopf verteilt angeordneten Austrittsöffnungen mit einer Fördereinrichtung für das Medium sowie durch individuelle oder gruppenweise Steuerung der Querschnitte der Austrittsöffnungen kann die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums auf beiden Seitenflächen des Ruderblattes vorzugsweise unabhängig voneinander gesteuert werden. Insbesondere ist der Austritt des Mediums über die Höhe des Ruderblattes unterschiedlich steuerbar.By individual connection which is distributed over the rudder head arranged outlet openings with a conveyor for the medium as well as by individual or Group control of the cross-sections of the outlet openings the outlet speed of the medium can both side surfaces of the rudder blade preferably independently can be controlled from each other. In particular, the The medium exits via the height of the rudder blade controllable.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Austritt des Mediums an beiden Seitenflächen des Ruderblattes in Bezug auf die Hochachse des Ruderblattes asymmetrisch steuerbar, wodurch unter Berücksichtigung des Propellerdralls das asymmetrische Ausblasen zu einer weiteren Verbesserung der Propulsion und der Vermeidung bzw. Verringerung von Kavitationserscheinungen führt.According to a further feature of the invention, the exit of the medium on both side surfaces of the rudder blade in Asymmetrical with respect to the vertical axis of the rudder blade controllable, taking into account the propeller twist the asymmetrical blowing out to a further improvement propulsion and avoidance or reduction of cavitation symptoms.
Die Fördereinrichtung für das Medium kann wahlweise im Ruderblatt oder im Wasserfahrzeug angeordnet werden, wobei bei einer Anordnung der Fördereinrichtung im Wasserfahrzeug das Medium über eine Leitung geführt wird, die über den das Ruderblatt mit dem Rumpf des Wasserfahrzeugs verbindenden Ruderschaft und/oder den zur Führung des Ruderschaftes durch die Schiffswand dienenden Koker geführt ist. The conveying device for the medium can optionally in Rudder blade or be arranged in the watercraft, whereby with an arrangement of the conveyor in the watercraft the medium is routed via a line, through which the Rudder blade connecting to the hull of the watercraft Rudder and / or for the management of the rudder is led through the koker serving the ship wall.
Bei einer Anordnung der Fördereinrichtung im Ruderblatt wird vorzugsweise die Ansaugöffnung für das flüssige Medium im Ruderblatt selbst angeordnet, insbesondere an der Vorkante des Ruderblattes in Höhe der Propellerwelle.If the conveyor is arranged in the rudder blade is preferably the suction opening for the liquid medium arranged in the rudder blade itself, especially on the leading edge of the rudder blade at the level of the propeller shaft.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkante des Ruderblattes aus einem Ankerkopf besteht, der mit dem durch die Seitenflächen des Ruderblattes begrenzten Ruderkörper verbindbar ist und daß die Austrittsöffnungen zwischen den Stirnseiten der Seitenflächen und den Seitenkanten des Ankerkopfes ausgebildet sind. Durch Verändern des Abstandes des Ankerkopfes zum Ruderkörper kann die Größe der Austrittsöffnungen in einfacher und reproduzierbarer Weise eingestellt werden.Another advantageous embodiment of the invention Solution is characterized in that the leading edge of the Rudder blade consists of an anchor head that with the through the rudder body bounded by the side surfaces of the rudder blade is connectable and that the outlet openings between the End faces of the side surfaces and the side edges of the anchor head are trained. By changing the distance the anchor head to the rudder body can be the size of the Outlet openings in a simple and reproducible manner can be set.
Besteht das Ruderblatt aus einem profilierten Ruderkörper und einem gewölbten Ruderkopf sowie vom Ruderkopf zu einer Hinterkante des Ruderblattes zusammenlaufenden Seitenflächen, so werden die Austrittsöffnungen bevorzugt in dem an dem Ruderkopf angrenzenden Bereich der Seitenflächen angeordnet.The rudder blade consists of a profiled rudder body and a domed rudder head and from the rudder head to one Trailing edge of the rudder blade converging side surfaces, so the outlet openings are preferred in the the area of the side surfaces adjacent to the rudder head.
Bei einem als Hochleistungs-Flossenruder ausgebildeten Steuerruder mit einem an der Hinterkante eines Hauptruderblattes angelenkten Flossenruderblatt können im in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs vorderen Drittel des Hauptruderblattes Austrittsöffnungen für ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium angeordnet werden. Zusätzlich können in dem an die Anlenkung des Flossenruderblattes am Hauptruderblatt anschließenden vorderen Drittel des Flossenruderblattes Austrittsöffnungen für ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium angeordnet werden. With a trained as a high-performance fin rudder Rudder with one on the rear edge of a main rudder blade hinged fin rudder blade can in the direction of travel of the watercraft front third of the main rudder blade Outlet openings for a liquid and / or gaseous medium can be arranged. In addition, in to the linkage of the fin rudder blade to the main rudder blade subsequent front third of the fin rudder blade Outlet openings for a liquid and / or gaseous Medium can be arranged.
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke weiter erläutert werden. Es zeigen:
- Figur 1 -
- eine schematische Darstellung mehrerer konventioneller Steuerruder sowie des erfindungsgemäßen Strahlruders bei unterschiedlichen Ruderlagen sowie die dazugehörigen Strömungsverhältnisse und Ruderquerkräfte;
- Figur 2 -
- eine schematisch-perspektivische Seitenansicht eines Steuerruders mit Austrittsöffnungen für ein flüssiges Medium;
- Figur 3 -
- eine schematisch-perspektivische Frontansicht
des Steuerruders gemäß
Figur 2; - Figur 4 -
- eine schematisch-perspektivische Seitenansicht eines Steuerruders mit Austrittsöffnungen für ein gasförmiges Medium;
- Figur 5 -
- einen Querschnitt durch den Ruderkopf gemäß den
Figuren 2 bis 4 mit fest einstellbaren Austrittsöffnungen; - Figur 6 -
- einen Querschnitt durch den Ruderkopf gemäß
Figur 5 mit verstellbaren Austrittsöffnungen; - Figur 7 -
- einen Querschnitt durch den vorderen Teil eines Steuerruders mit einem Ankerkopf zur Einstellung der Größe der Austrittsöffnungen und
- Figur 8 -
- ein Diagramm mit dem Verlauf der Ruderquerkraft und des Ruderwiderstandes in Abhängigkeit von der Ruderlage bei einem Normalruder, einem Hochleistungs-Flossenruder, einem Rotorruder und einem erfindungsgemäßen Strahlruder.
- Figure 1 -
- is a schematic representation of several conventional rudders and the thruster according to the invention with different rudder positions and the associated flow conditions and rudder transverse forces;
- Figure 2 -
- a schematic perspective side view of a rudder with outlet openings for a liquid medium;
- Figure 3 -
- a schematic perspective front view of the rudder according to Figure 2;
- Figure 4 -
- a schematic perspective side view of a rudder with outlet openings for a gaseous medium;
- Figure 5 -
- a cross-section through the rudder head according to Figures 2 to 4 with fixedly adjustable outlet openings;
- Figure 6 -
- a cross section through the rudder head according to Figure 5 with adjustable outlet openings;
- Figure 7 -
- a cross section through the front part of a rudder with an anchor head for adjusting the size of the outlet openings and
- Figure 8 -
- a diagram with the course of the rudder transverse force and the rudder resistance as a function of the rudder position with a normal rudder, a high-performance fin rudder, a rotor rudder and a thruster according to the invention.
Der in den Figuren 1a bis 1d dargestellte Strömungsverlauf bei unterschiedlichen Rudertypen und unterschiedlichen Ruderlagen sowie den daraus resultierenden Ruderquerkräften auf der Rudersaugseite und der Ruderdruckseite verdeutlicht die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Strahlruders, insbesondere bei großen Winkeln gegenüber der Normallage. Bei Ruderlagen unter 25° wird gemäß Figur 1a das Normalruder NR sowohl auf der Ruderdruckseite als auch auf der Rudersaugseite gleichmäßig umströmt, so daß eine wirksame Ruderquerkraft aufgebaut wird, die sich zu einem Drittel aus der Ruderquerkraft RKD auf der Ruderdruckseite und zu zwei Dritteln aus der Ruderquerkraft RKS auf der Rudersaugseite zusammensetzt.The flow profile shown in FIGS. 1a to 1d with different rudder types and different Rudder positions and the resulting rudder transverse forces clarified on the rudder suction side and the rudder pressure side the effectiveness of the thruster according to the invention, in particular at large angles compared to the normal position. At Rudder positions below 25 ° are the normal rudder NR according to Figure 1a both on the rudder pressure side and on the The rudder suction side flows evenly, so that an effective Rudder lateral force is built up, which is one third from the rudder lateral force RKD on the rudder pressure side and to two thirds from the rudder lateral force RKS on the rudder suction side put together.
Bei einer in Figur 1b dargestellten Ruderlage von mehr als 25° bricht die Ruderquerkraft auf der Rudersaugseite ein, da die Rudersaugseite infolge des Saugseitenabrisses nicht mehr umströmt wird.With a rudder position shown in FIG. 1b of more than The rudder transverse force drops by 25 ° on the rudder suction side, since the rudder suction side is not due to the suction side tear flows around more.
Gemäß Figur 1c treten die gleichen Verhältnisse auch bei einem Hochleistungs-Flossenruder auf, wenn Ruderlagen mit einem Winkel von mehr als 25° eingestellt werden. Auch in diesem Fall reißt die Saugseitenströmung beim Flossenruder FR ab und die Ruderquerkraft wird ausschließlich durch die auf der Ruderdruckseite erbrachte Ruderquerkraft RKD aufgebracht, die aber gemäß der schematischen Darstellung in Figur 1a nur ca. ein Drittel der für die Steuerung wirksamen Ruderquerkraft ausmacht.According to Figure 1c, the same conditions also occur a high performance fin rudder when using rudder positions an angle of more than 25 °. Also in In this case, the suction side flow breaks at the fin rudder FR from and the rudder transverse force is exclusively by the rudder lateral force RKD on the rudder pressure side applied, but according to the schematic representation in Figure 1a only about a third of that for control effective rudder transverse force.
In Figur 1d sind die Strömungsverhältnisse bei einem erfindungsgemäßen Strahlruder und einem Ruderausschlag von mehr als 25° dargestellt. Infolge der Ausströmung eines flüssigen und/oder gasförmigen Mediums auf der Rudersaugseite wird ein Saugseitenabriß vermieden und die wirksame Ruderquerkraft setzt sich wie bei kleinen Ruderlagen von weniger als 25° zu einem Drittel aus der auf der Ruderdruckseite erbrachten Ruderquerkraft und zu zwei Dritteln aus der auf der Rudersaugseite erbrachten Ruderquerkraft zusammen.In Figure 1d, the flow conditions in an inventive Thruster and a rudder deflection of more shown as 25 °. As a result of the outflow of a liquid and / or gaseous medium on the rudder suction side a suction side tear is avoided and the effective rudder transverse force as with small rudder positions of less than 25 ° to a third from that on the rudder pressure side rudder force and two thirds from the the rudder suction side together.
Figur 2 zeigt in einer Seitenansicht und Figur 3 in einer
Frontansicht in schematisch-perspektivischer Darstellung
ein Ruderblatt 1 eines erfindungsgemäßen Strahlruders. Das
Ruderblatt 1 besteht aus einem Profilkörper mit einer
Vorkante 11, die in Profilierte und voneinander beabstandete
Seitenflächen 12, 13 übergeht, die wiederum zur Hinterkante
14 des Ruderblattes 1 zusammenlaufen. Das Ruderblatt
1 ist mit einem Ruderschaft 2 verbunden, der durch
einen nicht näher dargestellten, mit dem Rumpf des Wasserfahrzeugs
fest verbundenen Koker geführt ist und in einem
Ruderhaus endet, das mit entsprechenden Steuereinrichtungen
zur Veränderung der Ruderlage versehen ist.Figure 2 shows a side view and Figure 3 in one
Front view in a schematic perspective view
a
In den an die Vorkante 11 angrenzenden Bereichen der Seitenflächen
12, 13 des Ruderblattes 1 sind Austrittsöffnungen 3
für ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium vorgesehen.
Diese Austrittsöffnungen 3 sind vorzugsweise so gestaltet,
daß das Medium in Fahrtrichtung, das heißt von der Vorkante
11 zur Hinterkante 14 gerichtet, aus den Austrittsöffnungen
3 ausströmt.In the areas of the side faces adjoining the leading
Die Austrittsöffnungen 3 können unterschiedlich gestaltet
sowie in unterschiedlicher Konfiguration angeordnet werden.
So ist beispielsweise ein von der Oberkante 15 des Ruderblattes
1 bis zu dessen Unterkante 16 durchgehender Spalt
in beiden Seitenflächen 12, 13 des Ruderblattes 1 im gleichen
Abstand von der Vorkante 11 möglich. Eine andere
Ausgestaltung kann darin bestehen, daß gemäß Figur 2
Austrittsspalte in jeder Seitenfläche 12, 13 in der oberen
und unteren Ruderhälfte angeordnet und über jeweils eine
Mediumleitung 41, 42 mit einer Fördereinrichtung 5 verbunden
sind.The outlet openings 3 can be designed differently
as well as arranged in different configurations.
For example, one of the
Die vorzugsweise aus einer Pumpe bestehende Fördereinrichtung
5 ist über eine Medium-Zufuhrleitung 40 mit einem
Einlaß 4 verbunden, durch den das in diesem Falle flüssige
Medium angesaugt und über die Mediumleitung 41, 42 zu den
Austrittsöffnungen 3 befördert wird, wo es mit vorgegebener
Austrittsgeschwindigkeit aus den Austrittsöffnungen 3
austritt. Die Stromversorgung der Fördereinrichtung 5
erfolgt über ein Kabel 51, das vorzugsweise durch eine
Bohrung 20 im Ruderschaft 2 bzw. durch den Koker geführt
ist.The conveyor, preferably consisting of a
Alternativ zur Anordnung einer Ansaugöffnung 4 in Höhe der
Propellerwelle an der Vorkante 11 des Ruderblattes 1 ist
eine Zufuhr eines flüssigen Mediums auf der Oberkante 15,
der Unterkante 16 oder an beiden Seitenflächen 12, 13 des
Ruderblattes 1 möglich. As an alternative to arranging a
Anstelle durchgehender Spalte sind auch mehrere einzelne,
hintereinander und/oder versetzt zueinander angeordnete
Spalte vorsehbar. Die hintereinander und/oder versetzt
zueinander angeordneten Spalte 31, 32, 33, 34 sind analog
zu der Anordnung gemäß Figur 2 gruppenweise in der oberen
und unteren Ruderhälfte zu beiden Seiten der Vorkante 11
zusammengefaßt und ermöglichen somit eine individuelle
Steuerung des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums.Instead of a continuous column there are also several individual
one behind the other and / or staggered
Column predictable. The one behind the other and / or offset
Der Abstand der Austrittsöffnungen 3 von der Vorkante 11
des Ruderblattes 1 variiert je nach Abhängigkeit der Schubbelastung
des Propellers. In diesem Sinne können auch
mehrere Austrittsöffnungen in unterschiedlichen Abständen
zur Vorkante 11 des Ruderblattes 1 angeordnet und jeweils
über getrennte Rohrleitungen mit der Fördereinrichtung 5
verbunden werden. Durch die Anordnung von Drosselklappen in
den einzelnen Mediumleitungen 41, 42 können die Druckverhältnisse
und damit die Austrittsgeschwindigkeit des
flüssigen und/ oder gasförmigen Mediums in den verschiedenen
Austrittsöffnungen 31 bis 34 fest oder variabel eingestellt
werden.The distance of the outlet openings 3 from the leading
Weiterhin besteht die Möglichkeit, die in unterschiedlichen
Abständen zur Vorkante 11 des Ruderblattes 1 angeordneten
Austrittsöffnungen 3 durch einzelne Fördereinrichtungen
anzusteuern, deren Druckseite individuell steuerbar ist.
Damit kann in Abhängigkeit von der Ruderlage und des Ruderausschlags
zur Backbordseite oder Steuerbordseite in die
jeweilige Saugseite des Ruderblattes 1 über die
Austrittsöffnungen 3 das flüssige und/oder gasförmige
Medium mit einer vorgebbaren oder variablen Austrittsgeschwindigkeit
ausgeblasen werden, um auf diese Weise wirksam
einen Saugseitenabriß zu vermeiden. There is also the possibility that in different
Distances to the leading
In der Normallage des Steuerruders können durch Ausblasen des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums Kavitationserscheinungen vermieden bzw. verringert werden, das heißt durch Bildung eines gasförmigen oder flüssigen Schleiers in der Außenhaut des Steuerruders wird der Oberflächenwiderstand vermindert und damit die Widerstandskomponente des Ruders herabgesetzt. In gleicher Weise kann eine Propulsionsverbesserung durch Ausblasen an beiden Seiten des Steuerruders erzielt werden.In the normal position of the rudder can blow out of the liquid and / or gaseous medium cavitation phenomena be avoided or reduced, that is by forming a gaseous or liquid haze in the outer skin of the rudder becomes the surface resistance reduced and thus the resistance component of the Rudder lowered. In the same way, a propulsion improvement by blowing out on both sides of the rudder be achieved.
Durch asymmetrisches Ausblasen des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums auf der oberen und unteren Hälfte des Steuerruders, beispielsweise durch Ausblasen des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums auf der oberen Steuerbordseite und der unteren Backbordseite des Steuerruders kann unter Berücksichtigung des Propellerdralls eine weitere Verbesserung der Propulsion und der Kavitationssicherheit bei Verringerung des Widerstandswerts des Steuerruders erzielt werden.By asymmetrically blowing out the liquid and / or gaseous medium on the upper and lower half of the Rudder, for example by blowing out the liquid and / or gaseous medium on the upper starboard side and the lower port side of the rudder can be under Considering the propeller twist another improvement propulsion and cavitation security Reduced drag on the rudder become.
Figur 4 zeigt in schematisch-perspektivischer Seitenansicht
eine alternative Anordnung des erfindungsgemäßen Strahlruders,
bei der die Fördereinrichtung nicht im Ruderblatt 1,
sondern außerhalb des Ruderblattes, beispielsweise im
Rudermaschinenraum, angeordnet ist. Die Zufuhr des gasförmigen
oder flüssigen Mediums erfolgt beispielsweise über eine
Bohrung 20 im Ruderschaft 2 zu einer Mediumleitung 43, die
sich in mehrere Mediumleitungen 44, 45 aufteilt, die zu den
Austrittsöffnungen 31 bis 34 auf den beiden Seitenflächen
12, 13 des Ruderblattes 1 führen und beispeilsweise gruppenweise
in Austrittsöffnungen 31 bis 34 in der oberen und
unteren Ruderhälfte zusammengefaßt sind. Figur 4 zeigt die
beiden zu den Austrittsöffnungsgruppen 31, 33 in der Ruderfläche
12 oberhalb und unterhalb der Ruderblattmitte angeordneten
Austrittsöffnungen 31 und 33 führenden Mediumleitungen
44, 45.Figure 4 shows a schematic perspective side view
an alternative arrangement of the thruster according to the invention,
where the conveyor is not in
Bei Verwendung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise
Luft, kann in der Anordnung gemäß Figur 4 die Luftzuführung
von außerhalb des Ruderblattes, beispielsweise aus dem
Rudermaschinenraum, erfolgen. Die Zufuhr der notwendigen
Luft zu den Austrittsöffnungen kann ebenfalls durch den
Ruderschaft 2 bzw. den Koker zu den Mediumleitungen 44, 45
erfolgen.When using a gaseous medium, for example
Air, the air supply can in the arrangement according to Figure 4
from outside the rudder blade, for example from the
Rowing machine room. The supply of the necessary
Air to the outlet openings can also through the
Neben einer Veränderung der Austrittsgeschwindigkeit des
flüssigen und/oder gasförmigen Mediums durch Veränderung
der Fördermenge ist eine veränderbare Einstellung der
Austrittsöffnungen möglich. Figur 5 zeigt in einem Querschnitt
durch den vorderen Teil eines Ruderblattes 1 einen
Anker- oder Ruderkopf 10, an den sich die Ruderseitenflächen
12, 13 anschließen. In dem Übergangsbereich vom Ruderkopf
10 zu den Seitenflächen 12, 13 werden Austrittsöffnungen
35, 36 dadurch gebildet, daß Öffnungszylinder 61, 62 in
über eine Verbindungseinrichtung 6 in vorgegebenem Abstand
zueinander angeordnet werden.In addition to a change in the exit speed of the
liquid and / or gaseous medium by change
the delivery rate is a changeable setting of the
Outlet openings possible. Figure 5 shows in a cross section
through the front part of a
Infolge der an die Austrittsöffnungen 35, 36 angrenzenden
Profilierung des Ruderkopfes 10 in Verbindung mit der Zylinderoberfläche
kann das Medium in der durch Pfeile angedeuteten
Richtung in den Öffnungsbereich eintreten und aus den
Austrittsöffnungen 35, 36 in der Weise austreten, daß die
Strömung sich an die Seitenflächen 12, 13 anlegt. Im einfachsten
Fall besteht die Verbindungseinrichtung 6 aus
einem Schott bzw. einem oder mehreren Distanzstücken, die
der Einstellung der Austrittsspalte 35, 36 in beiden Seitenflächen
12, 13 des Ruderblattes 1 dienen.As a result of those adjacent to the
Figur 6 zeigt demgegenüber eine Variante, bei der mittels
einer Einstellvorrichtung 7 der Abstand der Zylinder 61, 62
zueinander durch eine längenveränderliche Verbindungseinrichtung
60 eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann
der Querschnitt der Austrittsöffnungen 35, 36 variiert und
den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden. Je nach
Ruderausschlag können die Backbord- oder Steuerbordseite
Austrittsöffnungen 35, 36 geöffnet bzw. geschlossen werden
und in der Normallage des Ruderblattes 1 können beide Austrittsöffnungen
35, 36 geöffnet werden, um zur Propulsionsverbesserung
und Kavitationsvermeidung beizutragen.In contrast, FIG. 6 shows a variant in which
an adjusting device 7 the distance between the
Figur 7 zeigt eine Variante, bei der die Austrittsspalte
35, 36 und die beiden Seitenflächen 12, 13 des. Ruderblattes
1 mittels einer speziellen Einstellvorrichtung fest eingestellt
werden können. In dieser Ausführungsform sind ebenfalls
Austrittszylinder 61, 62 vorgesehen, die über ein Distanzelement
60 miteinander verbunden sind. Ein Ankerkopf
100 weist eine Bohrung 101 zur Aufnahme eines Bolzens 8
auf, der mit einer Bolzenaufnahme 102 verbindbar ist. Der
Spalt S zwischen dem Ankerkopf 100 und der Bolzenaufnahme
102 kann mittels des Bolzens 8 so variiert werden, daß
eine unterschiedliche Spaltgröße für die Austrittsspalte
35, 36 einstellbar ist. Die Öffnung 101 im Ankerkopf 100
kann nach der festen Einstellung des Spaltes S, das heißt
nach der Montage des Ankerkopfes verspachtelt werden, so
daß eine ununterbrochene, glatte Vorkante des Ruderblattes
1 gegeben ist. Figure 7 shows a variant in which the
Neben den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten zur Veränderung bzw. Einstellung der Austrittsgeschwindigkeit des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums sowie zur Einstellung und Veränderung des Austrittsquerschnitts sind weitere Varianten möglich. So können beispielsweise mehrere Austrittsspalte in Längsrichtung des Ruders hintereinander mit Einrichtungen gemäß den Figuren 5 bis 7 vorgesehen werden. Auch eine Kombination der Veränderung der Austrittsgeschwindigkeit des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums durch Veränderung des Pumpendrucks und eine Veränderung des Austrittsquerschnitts liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Dabei kann durch die Verwendung verschiedener Pumpen für die gruppenweise zusammengefaßten Austrittsöffnungen eine individuelle Steuerung über die gesamte Oberfläche der Ruderseitenflächen 12, 13 vorgesehen werden. Durch eine verteilte Anordnung von Austrittsöffnungen über die Ruderseitenflächen ist insbesondere eine Verringerung bzw. Vermeidung von Kavitationserscheinungen am Ruderblatt durch Ausblasen an den gefährdeten Stellen am Steuerruder möglich.In addition to the options for change described above or setting the exit speed of the liquid and / or gaseous medium and for adjustment and changes in the outlet cross section are further Variants possible. For example, several exit gaps in the longitudinal direction of the rudder one behind the other Devices according to Figures 5 to 7 are provided. Also a combination of changing the exit speed of the liquid and / or gaseous medium Change in pump pressure and a change in Outlet cross section is within the scope of the present Invention. You can do this by using different Pumps for the grouped outlet openings individual control over the entire surface the rudder side surfaces 12, 13 are provided. By a distributed arrangement of outlet openings over the Rudder side surfaces is in particular a reduction or Avoidance of cavitation on the rudder blade It is possible to blow out at the endangered places on the rudder.
Figur 8 verdeutlicht in einem Diagramm die mit der erfindungsgemäßen Lösung gegenüber konventionellen Rudern bzw. Hochleistungsrudern erzielbaren Vorteile.Figure 8 illustrates in a diagram that with the invention Solution compared to conventional rowing or Benefits of high-performance rowing.
Figur 8 zeigt den Verlauf der Koeffizienten cl der Ruderquerkraft
(LIFT) sowie des Widerstandskoeffizienten cd der
Ruderlängskraft (DRAG) in Abhängigkeit vom Ruderausschlag
für verschiedene Rudertypen. Die Ruderquerkraft ergibt sich
zu:
Die dargestellten Koeffizienten cl und cd für ein Normalruder NR, ein Hochleistungs-Flossenruder FR, ein Rotorruder RR und ein Strahlruder SRA verdeutlichen die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Lösung. Während der Ruderquerkraftkoeffizient cl für ein Normalruder NR und ein Hochleistungs-Flossenruder FR einen Maximalwert von 1,0 bzw. 1,6 bei einem Ruderausschlag von 25° bzw. 28° erzielt und dann infolge des Saugseitenabrisses expotentiell abfällt, zeigt der Ruderquerkraftkoeffizient cl für ein Rotorruder RR einen Anstieg bis zu einem Maximum von 1,6 bei einem Ruderausschlag von ca. 50° und daran anschließend einen linearen Abfall.The coefficients c l and c d shown for a normal rudder NR, a high-performance fin rudder FR, a rotor rudder RR and a jet rudder SRA illustrate the effectiveness of the solution according to the invention. While the rudder force coefficient c l for a normal rudder NR and a high-performance fin rudder FR reaches a maximum value of 1.0 or 1.6 with a rudder deflection of 25 ° or 28 ° and then drops exponentially due to the suction side tear, the rudder force coefficient c l shows for a rotor rudder RR an increase up to a maximum of 1.6 with a rudder deflection of approx. 50 ° and then a linear decrease.
Demgegenüber steigt der Ruderquerkraftkoeffizient cl bei einem Strahlruder SRA auf einen ersten Maximalwert von ca. 2,0 bei einem Ruderausschlag von ca. 30° mit weiterem Anstieg bis zu einem zweiten Maximum von ca. 2,2 bei einem Ruderausschlag von ca. 45° an, um dann linear auf einen Wert von 1,0 bei einem Ruderausschlag von 70° abzufallen. Diese Kurvendarstellung verdeutlicht, daß in dem hauptsächlichen Arbeitsbereich eines Steuerruders von 45° Ruderlage das Strahlruder SRA eine maximale Querkraftkomponente erzeugt, die deutlich über den Maximalwerten der konventionellen Ruder liegt. In contrast, the rudder lateral force coefficient c l increases with a thruster SRA to a first maximum value of approx. 2.0 with a rudder deflection of approx. 30 ° with a further increase up to a second maximum of approx. 2.2 with a rudder deflection of approx. 45 ° to then drop linearly to a value of 1.0 with a rudder deflection of 70 °. This graph shows that in the main working area of a rudder with a rudder angle of 45 °, the thruster SRA generates a maximum lateral force component that is well above the maximum values of the conventional rudders.
Im Vergleich hierzu ist der Ruderlängskraftkoeffizient cd für ein Normalruder NR und ein Rotorruder RR eingetragen, wobei sich der Ruderlängskraftkoeffizient mit steigender Ruderlage ansteigt.In comparison to this, the rudder longitudinal force coefficient c d is entered for a normal rudder NR and a rotor rudder RR, the rudder longitudinal force coefficient increasing with increasing rudder position.
Claims (22)
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Seitenflächen (12, 13) des Ruderblattes (1) Austrittsöffnungen (3; 31 bis 36) für ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium angeordnet sind.Rudder for watercraft with a rudder blade, which has a leading edge or rudder head and adjoining, spaced-apart side surfaces,
characterized by
that outlet openings (3; 31 to 36) for a liquid and / or gaseous medium are arranged in the side surfaces (12, 13) of the rudder blade (1).
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