EP1878651A2

EP1878651A2 - Light hydrofoil

Info

Publication number: EP1878651A2
Application number: EP07013462A
Authority: EP
Inventors: Udo Gehrer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-13
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2008-01-16
Also published as: DE102006032626B4; DE102006032626A1; EP1878651A3

Abstract

The hydrofoil craft (1) has a drive for driving the hydrofoil craft on a water surface (4, 19, 23) in a driving direction (2). A carrying surface (10) produces a buoyant force that lifts the hydrofoil craft in a vertical direction during driving of the hydrofoil craft in the driving direction on the water surface. The carrying surface exhibits a constant thickness in the driving direction, and a rear edge that backwardly limits the carrying surface in the driving direction and is adjustable against a flowing edge in the vertical direction.

Description

Die Erfindung betrifft ein leichtes Tragflächenboot mit mindestens einem Auftriebskörper, der ein antriebsloses Treiben des Tragflächenboots auf einer Wasserfläche ermöglicht, mit einem Antrieb, mittels dessen das Tragflächenboot auf der Wasserfläche in einer Fahrtrichtung antreibbar ist und mit mindestens einer Tragfläche, die bei einer Fahrt des Tragflächenboots in der Fahrtrichtung auf der Wasserfläche eine das Tragflächenboot in einer Vertikalen anhebende Auftriebskraft erzeugt, wobei ausgehend von einer die Tragfläche in der Fahrtrichtung vorn begrenzenden Anströmkante entlang der Tragfläche strömendes Wasser relativ zu dem Tragflächenboot nach unten abgelenkt wird.The invention relates to a light hydrofoil with at least one buoyancy body, which allows an unpowered driving of the hydrofoil on a water surface, with a drive by means of which the hydrofoil is drivable on the water surface in a direction of travel and at least one bearing surface, which during a journey of the hydrofoil in the direction of travel on the water surface, a hydrofoil lifting the hydrofoil in a vertical direction is generated, wherein water is deflected relative to the hydrofoil, starting from a wing in the direction of travel of the leading edge limiting along the air flowing downwards relative to the hydrofoil.

Leichte Tragflächenboote im vorgenannten Sinne sind im Wesentlichen zum Transport von einer oder zwei Personen und deren Gepäck oder entsprechenden Lasten geeignete Wasserfahrzeuge. Allgemein bekannt sind solche leichten Tragflächenboote als ein- oder zweisitzige Sport- und Freizeitgeräte, die über Schiffsschrauben, Luftpropeller oder Paddel durch Muskelkraft (muskelkraft-betriebene Fahrzeuge, HPV) oder über Segel durch Windkraft angetrieben werden. Die Tragflächen der bekannten leichten Tragflächenboote weisen eine gewölbte Oberseite und eine nahezu ebene Unterseite auf und werden auch als "Tragflügel" bezeichnet.Light hydrofoils in the aforementioned sense are essentially for the transport of one or two persons and their luggage or corresponding loads suitable watercraft. Such light hydrofoils are generally known as one- or two-seat sports and leisure equipment which are propelled by ship's propellers, air propellers or paddles by muscle power (muscular-powered vehicles, HPV) or by sails through wind power. The wings of the known light hydrofoils have a domed top and a nearly flat bottom and are also referred to as "wings".

Die bekannten leichten Tragflächenboote weisen entweder mindestens einen Bootsrumpf oder Auftriebskörper (so genannte "Schwimmer") auf, die ein antriebsloses Treiben auf einer Wasserfläche ermöglichen. In der Startphase entsteht an den unter der Wasserfläche liegenden Tragflächen eine hydrodynamische Auftriebskraft, die das Fahrzeug mit zunehmender Geschwindigkeit so weit anhebt, dass der Bootsrumpf oder die Auftriebskörper teilweise oder vollständig aus dem Wasser gehoben werden. Hierdurch sinkt der Strömungswiderstand so erheblich, dass das Tragflächenboot nach dem "Abheben" weiter beschleunigt werden kann.The known light hydrofoils either have at least one boat hull or buoyancy bodies (so-called "floats"), which allow an unpowered drift on a water surface. In the takeoff phase, hydrodynamic lift forces are created on the wings below the water surface, which raises the vehicle with increasing speed to such an extent that the hull or buoyancy bodies are partially or completely lifted out of the water. As a result, the flow resistance decreases so significantly that the hydrofoil can be further accelerated after the "take off".

Wie in Luft steigen auch in Wasser Strömungswiderstand und Auftrieb proportional mit der Dichte des Fluids, mit der jeweiligen Bezugsfläche und quadratisch mit der Geschwindigkeit. Tragflächen für Tragflächenboote sind daher einerseits - wegen des höheren spezifischen Gewicht von Wasser - bei gleichen Auftriebswerten deutlich kleiner als Tragflächen für Luftfahrzeuge. Die Größe der Tragfläche stellt andererseits - wie im Luftfahrzeugbau - einen Kompromiss dar, der die verfügbare Antriebsleistung und die gewünschte Höchstgeschwindigkeit berücksichtigen muss: Eine vorgegebene Antriebsleistung definiert über die vor dem Abheben im Wasser erreichbare Geschwindigkeit und die hierdurch entstehende Auftriebskraft die minimale Größe der Tragfläche, letztere beschränkt ihrerseits über ihren Strömungswiderstand die Höchstgeschwindigkeit nach dem Abheben.As in air flow resistance and buoyancy also increase in water proportionally with the density of the fluid, with the respective reference surface and quadratically with the velocity. Wings for hydrofoils are therefore on the one hand - because of the higher specific gravity of water - at the same lift values significantly smaller than wings for aircraft. The size of the wing on the other hand - as in Aircraft construction - a compromise that must take into account the available drive power and the desired maximum speed: A predetermined drive power defines the minimum size of the wing via the achievable in the water before takeoff in the water and the buoyancy force, the latter limited in turn on their flow resistance to the maximum speed the take off.

Die bekannten Tragflächenboote weisen zumeist, während eine Tragfläche kurz hinter dem Schwerpunkt die Hauptlast trägt, vorn einen kleineren Steuerflügel auf, der den vorderen Bereich des Tragflächenboots mittels einer Abtasteinrichtung nach dem Abheben auf nahezu konstanter Höhe über der Wasserfläche hält. Mit der Fahrtgeschwindigkeit des Tragflächenboots steigt die an der Tragfläche entstehende Auftriebskraft, die Tragfläche wird - weil die dem Auftrieb entgegen wirkende Gewichtskraft konstant bleibt - weiter aus dem Wasser gehoben und das Tragflächenboot insgesamt um den Steuerflügel als Drehpunkt in Fahrtrichtung leicht nach vom gekippt.The known hydrofoils usually have, while an airfoil carries the main load shortly behind the center of gravity, in front of a smaller control wing, which holds the front portion of the hydrofoil by means of a scanning device after lifting at a nearly constant height above the water surface. With the speed of the hydrofoil rising buoyancy force on the wing, the wing is - because the buoyancy counteracting weight force remains constant - further lifted out of the water and the hydrofoil tilted slightly to the control wing as a fulcrum in the direction of travel slightly from.

Durch das Kippen des Tragflächenboots wird zugleich der Anstellwinkel der Tragfläche zur Wasserfläche, also auch zur auftriebsrelevanten Strömungsrichtung flacher und der Auftrieb der Tragfläche entsprechend verringert. Bei konstanter Masse des Tragflächenboots stellt sich so für jede Fahrtgeschwindigkeit ein Gleichgewichtszustand mit einem charakteristischen Anstellwinkel der Tragfläche und der sich hieraus konstruktiv zwangsläufig ergebenden Höhe unter der Wasserfläche ein.By tilting the hydrofoil at the same time the angle of attack of the wing to the water surface, including the buoyancy-relevant flow direction is flatter and the buoyancy of the wing is reduced accordingly. With a constant mass of the hydrofoil, an equilibrium state with a characteristic angle of attack of the airfoil and the height resulting therefrom from below the water surface thus arises for each cruising speed.

Die Verringerung des Anstellwinkels der Tragfläche gegenüber der Strömungsrichtung erreicht mit weiter zunehmender Geschwindigkeit einen Punkt, ab dem die Unterseite der Tragfläche beginnt, Abtriebskräfte zu erzeugen, die durch nochmals größeren Auftrieb der Tragflächenoberseite ausgeglichen werden müssen. Spätestens ab dieser Geschwindigkeit beginnt die so genannte Gleitzahl, das Verhältnis zwischen Auftrieb und Strömungswiderstand der Tragfläche, ungünstige Werte anzunehmen. Verschiedene nahe liegende konstruktive Konzepte, der unerwünschten Verringerung des Anstellwinkels mit steigender Geschwindigkeit zu begegnen, weisen an anderer Stelle schwer wiegende Nachteile auf:The reduction of the angle of attack of the support surface with respect to the flow direction reaches with increasing speed a point from which the underside of the support surface begins to produce output forces that must be compensated by even greater buoyancy of the wing top. At least from this speed begins the so-called glide ratio, the ratio between buoyancy and flow resistance of the wing to accept unfavorable values. Various obvious constructive concepts of counteracting the undesirable reduction of the angle of attack with increasing speed have serious drawbacks elsewhere:

Tragflügelanordnungen mit mehreren Flügeln, die mit zunehmender Geschwindigkeit der Reihe nach aus dem Wasser gehoben werden produzieren beim Erreichen der Wasseroberfläche einen hohen Strömungswiderstand. Bogen- oder V-förmig gekrümmte Flügel, deren obere Flügelenden mit zunehmender Fahrtgeschwindigkeit kontinuierlich aus dem Wasser aufsteigen, weisen wegen Luftansaugung an den Randbereichen ihrer Oberseite einen ungünstigen Wirkungsgrad auf. Tragflügel, deren Länge quer zur Fahrtrichtung durch einen teleskopartigen Aufbau verändert werden können, sind konstruktiv sehr aufwändig und die Verkürzung führt wiederum zu schlechteren Wirkungsgraden. Die anschaulich nahe liegende aktive Verstellung des Anstellwinkels des Tragflügels am Tragflächenboot wirkt letztlich nicht auf den Anstellwinkel, der sich zwischen Tragflügel und Strömungsrichtung abhängig von der Geschwindigkeit einstellt (sondern lediglich auf die Höhe des Tragflügels unter der Wasserfläche).Multi-wing airfoil assemblies, which are lifted out of the water sequentially with increasing velocity, produce high flow resistance upon reaching the water surface. Arched or V-shaped curved wings, whose upper wing ends ascend continuously with increasing speed from the water, have due to air intake at the edge regions of their top on an unfavorable efficiency. Airfoils whose length can be changed transversely to the direction of travel by a telescopic structure, are structurally very complex and the shortening in turn leads to poorer efficiencies. The vividly obvious active adjustment of the angle of attack of the hydrofoil on the hydrofoil ultimately does not affect the angle of attack that occurs between the wing and the flow direction depending on the speed (but only on the height of the wing under the water surface).

DE 102 37 918 A1 offenbart eine Tragfläche mit Flügelprofil und mehreren in Strömungsbeziehungsweise Fahrtrichtung hinter einander angeordneten und unter einander gelenkig verbundenen Segmenten. Durch die Verstellung der Segmente kann die Krümmung der Tragfläche angepasst und die Hinterkante der Tragfläche gegenüber der Anströmkante in der Vertikalen verstellt werden. Die vorgeschlagene Tragfläche soll gegenüber den bekannten starren Tragflächen abhängig von der Fahrtgeschwindigkeit die Optimierung des Profils hinsichtlich Auftrieb und Widerstand ermöglichen. Auch diese Lösung ist konstruktiv sehr aufwändig und vermeidet darüber hinaus - wie die vorgenannten Ansätze - nicht die ungünstigen Gleitzahlen oberhalb einer definierten Grenzgeschwindigkeit. DE 102 37 918 A1 discloses a wing with airfoil and several arranged in flow relationship or direction of travel behind each other and articulated under each other connected segments. By adjusting the segments, the curvature of the wing can be adjusted and the trailing edge of the wing can be adjusted relative to the leading edge in the vertical. The proposed wing is to allow over the known rigid wings depending on the driving speed optimization of the profile in terms of buoyancy and resistance. This solution is structurally very complex and also avoids - like the aforementioned approaches - not the unfavorable glide numbers above a defined limit speed.

task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anpassung der Tragfläche an die Geschwindigkeit eines leichten Tragflächenboots zu ermöglichen.The invention has for its object to allow adjustment of the wing to the speed of a light hydrofoil.

solution

Ausgehend von den bekannten Tragflächenbooten wird nach der Erfindung vorgeschlagen, dass die Tragfläche in der Fahrtrichtung eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist und dass eine die Tragfläche in der Fahrtrichtung hinten begrenzende Hinterkante gegenüber der Anströmkante in der Vertikalen verstellbar ist.Starting from the known hydrofoils is proposed according to the invention that the support surface in the direction of travel has a substantially constant thickness and that a rear edge bounding the supporting surface in the direction of travel is adjustable in the vertical direction with respect to the leading edge.

Die Erfindung löst die anhand der aus dem Stand der Technik bekannten Probleme nahe liegende Aufgabe, zur deren Überwindung eine Tragfläche aktiv an die Geschwindigkeit anpassen zu können. Die zur Lösung dieser Aufgabe aus der Strömungsdynamik von Luft- und Wasserfahrzeugen bekannten Ansätze, insbesondere teleskopier- und/oder schwenkbare Tragflügel sind für leichte Tragflächenboote aufgrund ihrer konstruktiven Komplexität - und der damit zwangsläufig verbundenen Baugröße und/oder Kleinteiligkeit sowie der Notwendigkeit aufwändiger Lagerungen - ungeeignet.The invention solves the obvious from the prior art known problems, to overcome an active wing to be able to adapt to the speed of overcoming them. The approaches to solving this problem from the dynamics of air and water vehicles approaches, especially telescoping and / or pivoting wings are for light hydrofoils due to their structural complexity - and thus inevitably associated size and / or small scale and the need complex bearings - unsuitable ,

Die Erfindung weicht daher zunächst von dem an den bekannten leichten Tragflächenbooten durchgängig eingesetzten Stand der Technik der Tragfläche mit in etwa tropfenförmig profilierten Querschnitt ab und schlägt stattdessen eine Tragfläche mit in der Fahrtrichtung im Wesentlichen konstanter Dicke vor, die also im Wesentlichen kein Profil aufweist. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Tragflügeln, die bei Anströmung vor allem durch die stark gekrümmte Oberseite Auftrieb erzeugen, entsteht an der Tragfläche des erfindungsgemäßen Tragflächenboots erst durch eine Anstellung gegenüber der Strömungsrichtung eine Auftriebskraft.The invention therefore deviates initially from the prior art of the known lightweight hydrofoils consistently employed the wing with approximately drop-shaped profiled cross-section and suggests instead a wing with in the direction of travel substantially constant thickness, which thus has substantially no profile. In contrast to the known from the prior art airfoils, which generate buoyancy above all by the strongly curved top in flow, is formed on the support surface of the hydrofoil according to the invention only by a position relative to the flow direction, a buoyancy force.

Der - im Stand der Technik bestimmende - Anteil des Auftriebs der gekrümmten Oberseite des Tragflügels ist bei der Tragfläche des erfindungsgemäßen Tragflächenboots in vollem Umfang abhängig von der Anstellung der Tragfläche gegenüber der Strömungsrichtung und kann daher mit der Anstellung der Tragfläche auf einen beliebig kleinen Wert vermindert werden. Der Strömungswiderstand, der mit steigender Fahrtgeschwindigkeit bei Verwendung von Tragflügeln unvermeidbar mit deren Quadrat ansteigt, kann mit der Tragfläche des erfindungsgemäßen Tragflächenboots - durch entsprechende Verminderung des Anstellwinkels - bis auf einen minimalen Wert gesenkt werden.The - determined in the prior art - proportion of the buoyancy of the curved top of the wing is in the wing of the wing according to the invention fully dependent on the employment of the wing over the flow direction and can therefore be reduced to an arbitrarily small value with the employment of the wing , The flow resistance, which increases inevitably with their square with increasing travel speed when using wings, can be reduced with the wing of the hydrofoil according to the invention - by reducing the angle of attack - to a minimum value.

Diese Einstellung des Anstellwinkels der Tragfläche wird nach der Erfindung durch vertikales Verstellen einer die Tragfläche in der Fahrtrichtung hinten begrenzenden Hinterkante gegenüber der vorderen Anströmkante ermöglicht. Zum Start des erfindungsgemäßen Tragflächenboots und um ein möglichst frühzeitiges Abheben zu ermöglichen wird die Tragfläche stark und für höhere Geschwindigkeiten schwächer angestellt.This adjustment of the angle of attack of the support surface is made possible according to the invention by vertically adjusting a rear edge delimiting the support surface in the direction of travel from the front leading edge. To start the hydrofoil according to the invention and to a possible early lifting off allow the wing is made strong and slower for higher speeds.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tragflächenboots ist die Tragfläche im Wesentlichen ein Blech, also ein plattenförmiges Stahlbauteil. Die Verwendung eines Blechs ermöglicht die Ausführung einer Tragfläche mit geringer Dicke - also geringem Strömungswiderstand - bei hoher mechanischer Belastbarkeit, guter Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und einfacher und damit kostengünstiger Fertigung. Alternativ kann die Tragfläche eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots auch ein plattenförmiges Bauteil beispielsweise aus Holz, aus Fiberglas oder aus einem faserverstärkten Kunststoff sein.In a preferred embodiment of the hydrofoil according to the invention, the support surface is essentially a metal sheet, that is to say a plate-shaped steel component. The use of a sheet allows the execution of a wing with a small thickness - ie low flow resistance - with high mechanical strength, good resistance to environmental influences and simple and thus cost-effective production. Alternatively, the support surface of a hydrofoil according to the invention may also be a plate-shaped component, for example of wood, of fiberglass or of a fiber-reinforced plastic.

Besonders bevorzugt ist die Tragfläche eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots zum Verstellen der Hinterkante gegenüber der Anströmkante verbiegbar. So können konstruktiv aufwändige und (zumal unter Wasser) verschleißanfällige Scharniere weitgehend vermieden werden. Für geringe Geschwindigkeiten wird die Tragfläche zumindest über einem Teil der Breite, also zwischen Anström- und Hinterkante stark und für höhere Geschwindigkeiten schwächer gekrümmt. Während sich das Verbiegen der Tragfläche insbesondere bei Verwendung eines Stahlblechs nachgerade anbietet, kann eine alternative Tragfläche aus einem starreren Material segmentweise knickbar - ähnlich dem aus der DE 102 37 918 A1 bekannten Prinzip - ausgebildet werden. Anstelle durch Scharniere mit in Buchsen rotierbaren Bolzen werden die starren Segmente einer solchen alternativen Tragfläche bevorzugt durch elastische Elemente, beispielsweise durch geklebte Elastomerelemente oder durch genietete federnde Blechstreifen verbunden.Particularly preferably, the support surface of a hydrofoil according to the invention for adjusting the trailing edge against the leading edge is bendable. So structurally complex and (especially under water) wear-prone hinges can be largely avoided. For low speeds, the wing is at least over a portion of the width, ie between the leading and trailing edges strong and curved weaker for higher speeds. While the bending of the wing, in particular when using a steel sheet offers itself, an alternative wing of a more rigid material segmentally kinkable - similar to that from DE 102 37 918 A1 known principle - be formed. Instead of hinges with bolts rotatable in bushings, the rigid segments of such an alternative support surface are preferably connected by elastic elements, for example by glued elastomer elements or by riveted resilient metal strips.

Die Anströmkante einer Tragfläche eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots ist vorzugsweise mit dem Tragflächenboot unbeweglich verbunden. Über eine solche feste Verbindung, beispielsweise durch Schweißen, Löten, Kleben, Nieten oder Schrauben sind die an der Tragfläche entstehenden Auftriebskräfte besonders gut in das Tragflächenboot einleitbar. Insbesondere bei Verwendung einer alternativen Tragfläche aus starrem Material kann diese auch gelenkig oder auch - zur Niveauregulierung - vertikal verschiebbar mit dem Tragflächenboot verbunden sein.The leading edge of a support surface of a hydrofoil according to the invention is preferably immovably connected to the hydrofoil. About such a firm connection, for example by welding, soldering, gluing, riveting or screws, the buoyancy forces arising on the wing are particularly well introduced into the hydrofoil. In particular, when using an alternative support surface made of rigid material, this may also be articulated or - for level control - be connected vertically displaceable with the hydrofoil.

Die Hinterkante einer Tragfläche eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots ist vorteilhafter Weise in einem Winkelbereich zwischen minimal 0 und maximal 15 Winkelgrad gegenüber der Fahrtrichtung nach unten verstellbar. Bei hoher Fahrtgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Tragflächenboots wird die dessen Gewicht tragende Auftriebskraft bereits mit einer Anstellung der Tragfläche nahe 0 Winkelgrad, beispielsweise bei 3 Winkelgrad erreicht. Eine Anstellung von mehr als 15 Winkelgrad für den Startvorgang würde mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu Strömungsabrissen führen.The trailing edge of a wing of a hydrofoil according to the invention is advantageously adjustable in an angular range between a minimum of 0 and a maximum of 15 angular degrees with respect to the direction of travel downward. At high cruising speed of the hydrofoil according to the invention, the buoyancy force carrying its weight is already reached with an adjustment of the airfoil near 0 angle degree, for example at 3 angular degrees. An employment of more than 15 angular degrees for the starting process would lead with high probability to stalls.

Die Hinterkante einer Tragfläche eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots kann zudem derart federnd, insbesondere auch gedämpft verstellbar sein, dass Stöße in der Vertikalen im Wesentlichen abgefangen werden. So wird mit der Laufruhe des erfindungsgemäßen Tragflächenboots nicht nur der Fahrkomfort, sondern auch die Stabilität in unruhigen, beispielsweise in strömenden Gewässern erhöht.The trailing edge of a support surface of a hydrofoil according to the invention can also be so resilient, in particular also damped adjustable, that impacts in the vertical are essentially intercepted. Thus, with the smoothness of the hydrofoil according to the invention not only the ride comfort, but also the stability in troubled, for example, in flowing waters increases.

In einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots ist die Anströmkante der Tragfläche versteift. So kann die mechanische Festigkeit der Tragfläche an dieser besonders stark beanspruchten Stelle erhöht werden. In einer fertigungstechnisch besonders einfachen Variante ist - bei Verwendung eines Blechs - die Anströmkante umgebogen.In an advantageous embodiment of a hydrofoil according to the invention, the leading edge of the wing is stiffened. Thus, the mechanical strength of the wing can be increased at this particularly heavily stressed place. In a manufacturing technology particularly simple variant - when using a sheet - the leading edge is bent.

Eine solche Versteifung weist weiterhin bevorzugt in der Fahrtrichtung ein Flügelprofil auf, wobei insbesondere die Unterseite horizontal, also parallel zur Strömungsrichtung und die Oberseite ausgehend von der Anströmkante in Strömungsrichtung zunächst konvex und anschließend konkav gewölbt ist. Diese Ausführungsform hat neben der höheren Stabilität noch den Vorteil, dass die Strömung des Wassers bei Störungen der Lage des Tragflächenboots im Wasser, wie sie beispielsweise durch Wellen ausgelöst werden können, nicht so leicht abreißt wie bei einer gerade verlaufenden Oberseite. Eine solche strömungsgünstig geformte Versteifung kann bevorzugt derart ausgelegt werden, dass sie eine ergänzende Auftriebskraft erzeugt, die auch bei einer Höchstgeschwindigkeit des Tragflächenboots die durch die Tragfläche erzeugte Auftriebskraft unterschreitet.Such a stiffening furthermore preferably has a wing profile in the direction of travel, with the underside in particular being curved convexly and then concavely, starting from the leading edge in the direction of flow, horizontally, ie parallel to the flow direction and the upper side. This embodiment, in addition to the higher stability still has the advantage that the flow of water in disturbances of the position of the hydrofoil in the water, as they can be triggered, for example, by waves, not as easily demolished as in a straight top. Such aerodynamically shaped stiffening can preferably be designed such that it generates a supplementary buoyancy force that falls below the buoyancy force generated by the wing even at a maximum speed of the hydrofoil.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Tragfläche eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots in der Fahrtrichtung seitlich mittels im Wesentlichen in der Vertikalen ausgerichteten Wangen begrenzt. So wird der Bildung von Randwirbeln und den damit verbundenen Energieverlusten derart entgegengewirkt, dass über die gesamte Flügelbreite eine etwa konstante Auftriebskraft entsteht.In a particularly advantageous embodiment, the support surface of a hydrofoil according to the invention in the direction of travel is bounded laterally by means of cheeks oriented essentially in the vertical direction. This is how the formation of marginal vortices and the associated energy losses counteracted in such a way that over the entire wing width, an approximately constant buoyancy force.

Bevorzugt erfolgt der Antrieb eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots durch Muskelkraft, insbesondere mittels eines Pedalantriebs. Der Pedalantrieb ist konstruktiv besonders einfach und ermöglicht zudem eine sehr gleichmäßige Einleitung der Antriebskraft. Alternativ kann auch die Lenkung eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots mit den Füßen und der Antrieb über manuell betätigte Elemente erfolgen. Weiterhin alternativ kann ein erfindungsgemäßes leichtes Tragflächenboot - auch unterstützend - mittels eines Verbrennungs- oder Elektromotors, insbesondere auch solarelektrisch, durch Segel oder durch Lenkdrachen angetrieben werden.Preferably, the drive of a hydrofoil according to the invention by muscle power, in particular by means of a pedal drive. The pedal drive is structurally very simple and also allows a very uniform introduction of the driving force. Alternatively, the steering of a hydrofoil according to the invention with the feet and the drive can be done via manually operated elements. Further alternatively, a lightweight hydrofoil according to the invention - also supportive - by means of a combustion or electric motor, in particular solar electric, are driven by sails or stunt kites.

Der Antrieb eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots weist vorzugsweise eine Schiffsschraube auf. Eine Schiffsschraube ermöglicht bei geringer Baugröße die Einleitung großer Vortriebskräfte. Insbesondere zur Verwendung eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots in sehr flachen Gewässern kann der Antrieb alternativ auch einen Luftpropeller aufweisen.The drive of a hydrofoil according to the invention preferably has a ship's propeller. A propeller allows for small size, the introduction of large propulsive forces. In particular, for use of a hydrofoil according to the invention in very shallow waters, the drive may alternatively also have an air propeller.

In allen Fällen würde das Tragflächenboot vom einstellbaren Auftrieb der Tragfläche profitieren und dadurch selbst bei geringer Antriebsleistung höhere Geschwindigkeiten erreichen können als andere Systeme. Es ist ebenfalls denkbar, mit einem erfindungsgemäßen Tragflächenboot von einer Welle angetrieben zu werden, da sich vor der Welle eine Art Hang aus Wasser befindet, der wie von einem Surfer mit einem erfindungsgemäßen Tragflächenboot befahren werden kann.In all cases, the hydrofoil would benefit from the adjustable buoyancy of the wing, allowing it to reach higher speeds than other systems, even with low propulsion power. It is also conceivable to be driven by a wave with a hydrofoil according to the invention, since there is a kind of slope of water in front of the shaft, which can be traveled by a surfer with a hydrofoil according to the invention.

embodiment

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen

Fig. 1: eine Seitenansicht,
Fig. 2: eine Draufsicht,
Fig. 3: im Detail eine Verstellmechanismus für eine Tragfläche,
Fig. 4: im Detail diese Tragfläche und
Fig. 5: eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Tragflächenboots.

The invention will be explained below with reference to an embodiment. Show it

Fig. 1: a side view,
Fig. 2: a top view,
Fig. 3: in detail an adjustment mechanism for a wing,
Fig. 4: in detail this wing and
Fig. 5: a front view of a hydrofoil according to the invention.

Das in den Zeichnungsfiguren gezeigte erfindungsgemäße Tragflächenboot 1 weist zwei in Fahrtrichtung 2 seitlich angeordnete Auftriebskörper 3, so genannte "Schwimmer" aus Styropor auf, die mit nicht dargestellten Aluminiumblechen versteift sind und ihm ein antriebsloses Treiben auf einer Wasserfläche (ohne Fahrt) 4 ermöglichen. Der Antrieb des Tragflächenboots 1 in der Fahrtrichtung 2 erfolgt durch Muskelkraft über einen Pedalantrieb 5, einen um 90 ° verschränkten Riementrieb 6 und eine gebogene Antriebswelle 7 mittels einer Schiffsschraube 8.The hydrofoil 1 of the invention shown in the drawing figures has two laterally arranged in the direction of travel 2 buoyancy body 3, so-called "float" made of polystyrene, which are stiffened with aluminum plates, not shown, and allow him to drive a drift on a water surface (without drive) 4. The drive of the hydrofoil 1 in the direction of travel 2 is carried out by muscle power via a pedal drive 5, an entangled by 90 ° belt drive 6 and a curved drive shaft 7 by means of a ship's propeller eighth

Das Tragflächenboot 1 weist eine in Fahrtrichtung 2 kurz hinter einem Schalensitz 9 für einen (nicht dargestellten) Fahrer angeordnete Tragfläche 10 aus einem federharten Stahlblech und in Fahrtrichtung 2 vorn einen Steuerflügel 11 mit einer Abtasteinrichtung 12, dem so genannten "Titscher" auf. (Der Steuerflügel 11 und die Abtasteinrichtung 12 sind in Figur 2 vereinfachend nicht dargestellt.)The hydrofoil 1 has a in the direction of travel 2 just behind a bucket seat 9 for a (not shown) driver arranged wing 10 of a spring-hard steel and in the direction of travel 2 forward a control wing 11 with a scanning device 12, the so-called "Titscher" on. (The control wing 11 and the scanning device 12 are not shown in simplified form in FIG. 2.)

Die Antriebswelle 7 ist ein Edelstahldraht mit 8 mm Durchmesser. Die Antriebswelle 7 ist an einer Strebe 13 unmittelbar vor der Schiffsschraube 8 und in einem an der Tragfläche 10 angebrachten teflonierten Gleitlager 14 axial beweglich gelagert. Die Schubkräfte der Schiffsschraube 8 werden über die Antriebswelle 7 und ein Kugellager 15 in einem Riemenkasten 16 abgestützt, in der auch der Riementrieb 6 verläuft.The drive shaft 7 is a stainless steel wire with 8 mm diameter. The drive shaft 7 is axially movably mounted on a strut 13 immediately in front of the propeller 8 and in a mounted on the support surface 10 Teflon slide bearing 14. The thrust forces of the propeller 8 are supported via the drive shaft 7 and a ball bearing 15 in a belt chest 16 in which the belt drive 6 runs.

Während der Stand der Technik ausschließlich die Verwendung gerader Antriebswellen - mit entweder schräg nach unten antreibender Schiffsschraube 8 oder mit einem zusätzlichen Getriebe im Wasser - kennt, weist das erfindungsgemäße Tragflächenboot 1 eine elastisch gebogene und zugleich torsionssteife Antriebswelle 7 auf. Die Antriebswelle 7 weist unter Wasser im Bereich der Schiffsschraube 8 eine nahezu horizontale Lage auf, verlässt jedoch in einer Aufwärtskrümmung mit zunehmendem Abstand von der Schiffschraube 8 nach einer gewissen Strecke das Wasser.While the prior art exclusively the use of straight drive shafts - with either obliquely down driving marine propeller 8 or with an additional gear in the water - knows, the hydrofoil 1 according to the invention on an elastically curved and at the same time torsionally rigid drive shaft 7. The drive shaft 7 has a nearly horizontal position under water in the area of the propeller 8, but leaves the water in an upward curvature with increasing distance from the propeller 8 after a certain distance.

Der im Wasser befindliche Teil der Antriebswelle 7 weist eine sehr flache Lage und einen entsprechend geringen Strömungswiderstand auf. Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile - die Verminderung des Wirkungsgrads des Antriebs durch schräge Anstellung der Schiffsschraube 8 einerseits oder die Erhöhung des Strömungswiderstands durch zusätzliche Einbauten im Wasser andererseits - werden mit dem Tragflächenboot 1 wirksam vermieden.The located in the water part of the drive shaft 7 has a very flat position and a correspondingly low flow resistance. The known from the prior art disadvantages - the reduction of the efficiency of the drive by oblique employment of the propeller 8 on the one hand or the increase of the flow resistance through additional installations in the water on the other hand - are effectively avoided with the hydrofoil 1.

Beim Start des Tragflächenboots 1 entsteht bereits durch die zunächst geringe Strömung an dem Steuerflügel 11 eine Auftriebskraft, die den vorderen Bereich 17 des Tragflächenboots 1 in der Vertikalen 18 anhebt. Die hierdurch entstehende nach hinten geneigte Lage des Tragflächenboots 1 ist in Figur 1 durch die Wasserfläche (beim Start) 19 angedeutet.At the start of the hydrofoil 1, a buoyancy force which raises the front region 17 of the hydrofoil 1 in the vertical 18 already arises due to the initially low flow on the control wing 11. The resulting rearwardly inclined position of the hydrofoil 1 is indicated in FIG. 1 by the water surface (at the start) 19.

Die Auftriebskörper 3 weisen eine glatte, ebene Unterseite 20 auf und wirken so beim Start wie Wasserski. Mit zunehmender Geschwindigkeit entsteht auch an der Tragfläche 10 eine Auftriebskraft, die schließlich das Tragflächenboot 1 um etwa 30 cm an- und aus dem Wasser hebt. Das strömende Wasser wird hierbei ausgehend von der Anströmkante 21 entlang der Tragfläche 10 zu der Hinterkante 22 nach unten umgelenkt. Die so entstehende Lage des Tragflächenboots 1 ist in Figur 1 durch die Wasserfläche (bei Fahrt) 23 dargestellt.The buoyancy bodies 3 have a smooth, flat underside 20 and thus act at the start like water skiing. As the speed increases, a buoyancy force is also created on the wing 10, which finally lifts the hydrofoil 1 by about 30 cm and lifts it out of the water. The flowing water is thereby deflected starting from the leading edge 21 along the support surface 10 to the trailing edge 22 downwards. The resulting position of the hydrofoil 1 is shown in Figure 1 by the water surface (when driving) 23.

An der Anströmkante 21 der Tragfläche 10 ist das Stahlblech zu einer Versteifung 24 umgebogen, die ein Flügelprofil 25 aufweist. Die Versteifung 24 ist an der Unterseite 26 flach und somit parallel zur Strömungsrichtung 27, und an der Oberseite 28 in Strömungsrichtung 27 gewölbt. Das Tragflächenboot 1 weist zwei im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Wangen 29 auf, die die Tragfläche 10 quer zur Fahrtrichtung 2 begrenzen. Da die Wangen 29 bis etwa eine Handbreit unterhalb der Tragfläche 10 reichen, ist das Tragflächenboot 1 auf diesen und dem Steuerflügel 11 auf dem (nicht dargestellten) festen Boden abstellbar.At the leading edge 21 of the support surface 10, the steel sheet is bent to a stiffener 24 having a wing profile 25. The stiffener 24 is flat at the bottom 26 and thus curved parallel to the flow direction 27, and at the top 28 in the flow direction 27. The hydrofoil 1 has two substantially vertically oriented cheeks 29, which limit the support surface 10 transversely to the direction of travel 2. Since the cheeks 29 extend to about a hand's breadth below the support surface 10, the hydrofoil 1 can be lowered onto the latter and the control wing 11 on the solid floor (not shown).

Die Versteifung 24 an der Anströmkante 21 der Tragfläche 10 ist mit den Wangen 29 verschweißt und so mit dem Tragflächenboot 1 insgesamt unbeweglich verbunden. Die Hinterkante 22 ist gegenüber der Anströmkante 21 durch Verbiegen der Tragfläche 10 mittels einer Verstellstrebe 30 aus Aluminium in der Vertikalen 18 verstellbar.The stiffener 24 at the leading edge 21 of the support surface 10 is welded to the cheeks 29 and thus connected to the hydrofoil 1 total immovable. The trailing edge 22 is adjustable relative to the leading edge 21 by bending the support surface 10 by means of a Verstellstrebe 30 made of aluminum in the vertical 18.

Das untere Ende 31 der Verstellstrebe 30 ist in einem an der Tragfläche 10 verschweißten Lagerblock 32 beweglich gelagert, ihr oberes Ende 33 ist mittels einer Kulissenführung 34 vom Fahrer des Tragflächenboots 1 manuell in Fahrtrichtung 2 verschiebbar. In einer im Wesentlichen senkrechten Startposition 35 der Verstellstrebe 30 drückt diese die Hinterkante 22 der Tragfläche 10 nach unten, in einer leicht nach vorn geneigten Fahrtposition 36 der Verstellstrebe 30 liegt die Tragfläche 10 nahezu waagrecht. Durch Verlagerung der Verstellstrebe 30 ist der Anstellwinkel 37 der Tragfläche 10 gegenüber der Fahrtrichtung 2 in einem Winkelbereich 38 zwischen 0 und 15 Winkelgrad einstellbar.The lower end 31 of the Verstellstrebe 30 is movably mounted in a welded to the support surface 10 bearing block 32, its upper end 33 is manually displaceable by means of a slide guide 34 by the driver of the hydrofoil 1 in the direction of travel 2. In a substantially vertical starting position 35 of the Verstellstrebe 30 this pushes the trailing edge 22 of the support surface 10 down, in a slightly forward inclined driving position 36 of Verstellstrebe 30, the support surface 10 is almost horizontal. By Displacement of the adjusting strut 30, the angle of attack 37 of the support surface 10 relative to the direction of travel 2 in an angular range 38 between 0 and 15 angular degrees adjustable.

Die Form der Tragfläche 10 beginnt - wie insbesondere die Detailansicht gemäß Figur 4 deutlich zeigt - mit einem ersten Bereich 39, der das anströmende Wasser zu keiner Richtungsänderung zwingt, weil er keine Krümmung und keine Winkelabweichung zur Strömungsrichtung 27 aufweist (Anströmbereich). Im darauf folgenden Bereich 40 beginnt eine Krümmung, die zunehmend nach unten weist. Die sich ergebende Krümmung zwingt das Wasser über und unter dem Flügel zu einer beschleunigten Abwärtsbewegung. Die diesem Zwang entgegenwirkende Massenträgheit des Wassers erzeugt die Auftriebskraft. Als Folge ergibt sich an der Oberseite des Flügels ein Unterdruck und an der Unterseite des Flügels ein Überdruck. Die Flächenintegrale dieser Drücke ergeben ebenfalls die Größe der Auftriebskraft. Die Biegelinie des Flügels nimmt dabei, bei in Fahrtrichtung 2 betrachteter ausreichender Flügellänge, einen so harmonischen Verlauf, dass bis hin zu starken Krümmungen von hier beispielhaft 15 Winkelgrad die Strömung nicht abreißt.The shape of the support surface 10 begins - as the detail view clearly shows in FIG. 4 - with a first region 39, which does not force the inflowing water to change direction because it has no curvature and no angular deviation from the flow direction 27 (inflow region). In the following area 40 begins a curvature, which increasingly points downwards. The resulting curvature forces the water above and below the wing to accelerate downward movement. The inertia of the water counteracting this compulsion generates the buoyancy force. As a result, there is a negative pressure at the top of the wing and an overpressure at the bottom of the wing. The surface integrals of these pressures also give the size of the buoyancy force. The bending line of the wing takes, when considered sufficient in the direction of travel 2 sufficient wing length, a so harmonious course that up to strong curvatures of here by way of example 15 angle degree does not break the flow.

Das Tragflächenboot 1 weist über alles eine Länge 41 von etwa 2,5 m, eine Höhe 42 von etwa 115 cm und eine Breite 43 von 80 cm auf und ist als Freizeit- und Sportgerät für eine Person ausgelegt. Zur Verminderung des Luftwiderstands ist der Lenker 44 für die Steuerung des Tragflächenboots 1 vorn oberhalb - nicht wie aus dem Stand der Technik bekannt unterhalb oder seitlich - des Schalensitzes 9 angebracht. Insgesamt ist, wie insbesondere die Vorderansicht gemäß Figur 5 verdeutlicht, die Antriebs- und Tragflächenkonstruktion des Tragflächenboots 1 auch im Wasser sehr strömungsgünstig gestaltet: Nach dem Abheben des Tragflächenboots 1 befinden sich unterhalb der Wasserfläche 23 nur noch "scharfe" Strukturen, die der Strömung nur sehr geringen Widerstand mehr bieten.The hydrofoil 1 has over all a length 41 of about 2.5 m, a height 42 of about 115 cm and a width 43 of 80 cm and is designed as a leisure and sports equipment for a person. To reduce the air resistance of the handlebar 44 for the control of the hydrofoil 1 front above - not known from the prior art below or laterally - the bucket seat 9 is mounted. Overall, as illustrated in particular the front view of Figure 5, the drive and wing construction of the hydrofoil 1 in the water very streamlined: After lifting the hydrofoil 1 are located below the water surface 23 only "sharp" structures, the flow only offer very little resistance more.

Um Strömungsabrisse zu vermeiden, sind diejenigen Kanten 45 des Steuerflügels 11 und der Wangen 29 , die die Wasserfläche 23 durchdringen, unterhalb der Wasserfläche 23 mit kleinen Einschnitten 46 versehen, die das Ansaugen von Luft über diese hinaus verhindern. Bei nicht optimaler Umströmung oder schräger Anströmung der Vorderkanten von Strukturen die vom Bereich über der Wasseroberfläche in den Bereich unter der Wasserfläche 23 führen, entstehen nämlich Zonen mit so starkem Unterdruck, dass Luft bis tief in das Wasser hinein gesaugt wird.In order to avoid stalls, those edges 45 of the control wing 11 and the cheeks 29, which penetrate the water surface 23, are provided below the water surface 23 with small cuts 46, which prevent the suction of air beyond this. In the case of a non-optimal flow or oblique flow of the leading edges of structures extending from the area above the water surface into the area below the surface Water surface 23 cause, namely zones with so much negative pressure that air is sucked deep into the water.

Einerseits kann durch diesen Effekt der Strömungswiderstand der Hinterkanten solcher Strukturen gezielt reduziert werden, andererseits kann diese Luft, wenn sie beispielsweise auf die Oberseite der Tragfläche 10 gelangt, zum Strömungsabriss und damit zum Zusammenbrechen des Auftriebs führen. Bei diesem Vorgang handelt es sich nicht um die oftmals vermutete Kavitation sondern um das Füllen von Unterdruckbereichen mit Luft. Unterbrechungen oder Versetzungen der Vorder- und/oder Hinterkanten solcher Strukturen - wie bei den hier beispielhaft dargestellten Einschnitten 46 - wirken diesem Effekt entgegen, weil die Luft nicht entgegen der Strömungsrichtung 27 entlang einer Kante 45 angesaugt werden kann.On the one hand, by this effect, the flow resistance of the trailing edges of such structures can be selectively reduced, on the other hand, this air, for example, when it reaches the top of the support surface 10, lead to stall and thus to the collapse of the buoyancy. This process is not the often suspected cavitation, but the filling of negative pressure areas with air. Interruptions or dislocations of the front and / or rear edges of such structures - as in the cuts 46 exemplified here - counteract this effect, because the air can not be sucked in against the direction of flow 27 along an edge 45.

In den Figuren sind

1: Tragflächenboot
2: Fahrtrichtung
3: Auftriebskörper
4: Wasserfläche (ohne Fahrt)
5: Pedalantrieb
6: Riementrieb
7: Antriebswelle
8: Schiffsschraube
9: Schalensitz
10: Tragfläche
11: Steuerflügel
12: Abtasteinrichtung
13: Strebe
14: Gleitlager
15: Kugellager
16: Riemenkasten
17: Bereich
18: Vertikale
19: Wasserfläche (beim Start)
20: Unterseite
21: Anströmkante
22: Hinterkante
23: Wasserfläche (bei Fahrt)
24: Versteifung
25: Flügelprofil
26: Unterseite
27: Strömungsrichtung
28: Oberseite
29: Wange
30: Verstellstrebe
31: Ende
32: Lagerblock
33: Ende
34: Kulissenführung
35: Startposition
36: Fahrtposition
37: Anstellwinkel
38: Winkelbereich
39: Bereich
40: Bereich
41: Länge
42: Höhe
43: Breite
44: Lenker
45: Kante
46: Einschnitt

In the figures are

1: hydrofoil
2: direction of travel
3: buoyancy
4: Water surface (without drive)
5: Cycle
6: belt drive
7: drive shaft
8th: propeller
9: bucket seat
10: wing
11: control wing
12: scanning
13: strut
14: bearings
15: ball-bearing
16: belt box
17: Area
18: vertical
19: Water surface (at start)
20: bottom
21: leading edge
22: trailing edge
23: Water surface (when driving)
24: stiffening
25: airfoil
26: bottom
27: flow direction
28: top
29: cheek
30: Verstellstrebe
31: The End
32: bearing block
33: The End
34: link guide
35: starting position
36: driving position
37: angle of attack
38: angle range
39: Area
40: Area
41: length
42: height
43: width
44: handlebars
45: edge
46: incision

Claims

A light hydrofoil (1) having at least one buoyancy body (3) which enables the hydrofoil (1) to drive on a water surface (4, 19, 23), with a drive by means of which the hydrofoil (1) is placed on the water surface (4 , 19, 23) in a direction of travel (2) is drivable and with at least one support surface (10), the at a drive of the hydrofoil (1) in the direction of travel (2) on the water surface (4, 19, 23) a hydrofoil (1) in a vertical (18) lifting buoyant force generated, starting from a the wing (10) in the direction of travel (2) from the leading edge leading edge (21) along the support surface (10) flowing water relative to the hydrofoil (1) after is deflected down, characterized in that the supporting surface (10) in the direction of travel (2) has a substantially constant thickness and that the rear edge (22) delimiting the rear side (22) in the direction of travel (2) in the direction of travel (2) r leading edge (21) in the vertical (18) is adjustable.

A hydrofoil (1) according to the preceding claim, characterized in that the support surface (10) is essentially a sheet metal.

Wing (1) according to the preceding claim, characterized in that the support surface (10) for adjusting the trailing edge (22) relative to the leading edge (21) is bendable.

A hydrofoil (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the support surface (10) with the leading edge (21) to the hydrofoil (1) is immovably connected.

A hydrofoil (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the trailing edge (22) in an angular range between a minimum of 0 and a maximum of 15 angular degrees with respect to the direction of travel (2) is downwardly adjustable.

A hydrofoil according to one of the preceding claims, characterized in that the trailing edge is so resilient, in particular also damped adjustable that shocks in the vertical (18) are substantially intercepted.

Hydrofoil (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the leading edge (21) is stiffened.

A hydrofoil (1) according to claim 2 and the preceding claim, characterized in that the leading edge (21) is bent over.

Hydrofoil (1) according to one of claims 5 or 6, characterized in that the stiffener (24) in the direction of travel (2) has a wing profile (25).

A hydrofoil (1) according to the preceding claim, characterized in that the stiffener (24) generates an additional buoyancy force which, even at a maximum speed of the hydrofoil (1), falls below the buoyancy force generated by the aerofoil (10).

A hydrofoil (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the support surface (10) in the direction of travel (2) laterally by means of substantially in the vertical (18) aligned cheeks (29) is limited.

A hydrofoil (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the drive by muscle power, in particular by means of a pedal drive (5).

A hydrofoil (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that the drive has a ship's propeller (8).