EP2287071A2 - Tragflügel für Wasserfahrzeuge - Google Patents

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EP2287071A2
EP2287071A2 EP10172836A EP10172836A EP2287071A2 EP 2287071 A2 EP2287071 A2 EP 2287071A2 EP 10172836 A EP10172836 A EP 10172836A EP 10172836 A EP10172836 A EP 10172836A EP 2287071 A2 EP2287071 A2 EP 2287071A2
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EP
European Patent Office
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projection
wing
projection body
airfoil
bodies
Prior art date
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EP10172836A
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English (en)
French (fr)
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EP2287071A3 (de
EP2287071B1 (de
Inventor
Henning Kuhlmann
Thomas Falz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Becker Marine Systems GmbH and Co KG
Original Assignee
Becker Marine Systems GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP2287071A2 publication Critical patent/EP2287071A2/de
Publication of EP2287071A3 publication Critical patent/EP2287071A3/de
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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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/16—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving additional lift from hydrodynamic forces
    • B63B1/24—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving additional lift from hydrodynamic forces of hydrofoil type
    • B63B1/248—Shape, hydrodynamic features, construction of the foil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00—Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/14—Hull parts
    • B63B3/38—Keels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B39/00—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude
    • B63B39/06—Equipment to decrease pitch, roll, or like unwanted vessel movements; Apparatus for indicating vessel attitude to decrease vessel movements by using foils acting on ambient water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B41/00—Drop keels, e.g. centre boards or side boards ; Collapsible keels, or the like, e.g. telescopically; Longitudinally split hinged keels

Definitions

  • the invention relates to a wing, in particular a rudder, for watercraft, especially ships, with an end bar.
  • Airfoils are used in the present context in vessels used or built-body, which generate buoyancy in fluid mechanics view.
  • hydrofoils are rudders, keels, hydrofoils on hydrofoils, stabilizer fins or other fin-like bodies of watercraft.
  • the wing of the invention is particularly suitable for use as a rudder, wherein the use of one of the aforementioned body or other wing-like body is readily possible.
  • Known wings usually have a direction of flow associated with or aligned in the direction of navigation vehicle nose strip and one of these opposite end bar. Between the leading edge and the end strip side surfaces or side walls of the wing are arranged.
  • the upper end portion of the wing is normally fixed, or rotatable in the case of a rudder, connected to the vessel body, whereas the opposite lower end is normally formed as a free end. In rowing, however, it is also known that these can also be stored at the lower end (for example, when stored in the Stevensohle rudders).
  • the wing body is flowed around in use in a watercraft by the water in the direction of the leading edge of the leading edge.
  • the flow or the flow velocity and the geometric shape of the wing or the end bar of the wing may come behind the wing or at the end bar to vortex shedding in the flow direction, the frequency is characterized by the Strouhal number.
  • the vortexes often arise on either side of the body around which they are flowing, their directions of rotation being opposite to one another. The flow between them runs in the direction of the body around which flows in the opposite direction to the outer flow.
  • This drag-like vortex system consisting of counter-rotating vortices, which forms on the body around which it flows and is driven away by the flow and finally dissipated, is also known as the Kármán vortex street.
  • This phenomenon is particularly noticeable in oars, as they are exposed to the relatively fast propeller flow of a marine propeller.
  • rudders in particular tend to form Karmann vortex streets which have a relatively wide end bar.
  • the Strouhal number and thus the separation frequency of the individual vortices is particularly high, whereby Kármán-vortex streets can arise or are particularly pronounced.
  • Fig. 4 shows the formation of a Kármán vortex street in a known from the prior art wing 200.
  • the wing 200 from the Fig. 4 is a fishtail rudder in which the cross-sectional profile widened towards the end bar 201 again.
  • the end bar 201 runs concavely between the two end regions 2021 a, 2021 b of the side surfaces 202a, 202b.
  • the course of the (propeller) flow is represented by a multitude of arrows. It can be seen that the flow is substantially laminar along the side surfaces 202a, 202b.
  • eddies 210 detach from the flow both in the upper region of the end strip 201 and in its lower region.
  • a counterclockwise rotating vortex 210 In the upper area of the end bar 201 or directly behind the side surface end point 2021 a, a counterclockwise rotating vortex 210 has formed. Downstream therefrom, there is another, counterclockwise, namely clockwise, rotating vortex 210b, which has formed on the lower side surface 202b or directly behind it. Downstream there is another counterclockwise rotating slowly dissipating vortex 210c, also from the upper side surface 202a.
  • the vortexes 210a, 210b, 210c together form the vortex system of the so-called Kármán vortex street.
  • the pressure drops significantly in relation to the flow surrounding the Kármánsche vortex street.
  • the formation of the Kármán vortex streets reduces the efficiency of an airfoil or, in the case of oars, reduces the rudder force. Also increases the wing or rudder resistance. On the other hand, the lateral force of a rudder is reduced and it can cause vibrations on the wing. The latter is the case in particular if the frequency of detachment of the vortices essentially corresponds to the natural frequency of the wing body.
  • a projection body is a basically arbitrarily shaped body which protrudes from the end strip of the wing. Since the end bar normally extends in a cross-sectional view substantially transversely to the wing longitudinal direction, the projection body is generally, at least roughly, in the downstream direction. That is, the at least one projection body protrudes from the rear end strip substantially in the longitudinal direction of the wing and / or in the ship's longitudinal direction.
  • the end bar is normally a wing closing surface, which may be rectilinear, concave, convex or otherwise running.
  • the Endologicaln Schl is usually flattened in the invention wings and does not run about point o. The like.
  • the end bar is normally formed continuously from bottom to top or from side to side and therefore forms a single, continuous surface.
  • the protrusion body now protrudes from this surface, which results in reducing the likelihood of detachment of a vertebra. This can reduce the probability of the occurrence of a Kármán vortex street.
  • the effectiveness of the at least one projection body depends on various factors, for example the number of projection bodies, the geometric design, as well as the exact arrangement.
  • the at least one projection body is therefore a body which does not belong to the end strip surface per se, but is arranged thereon and protrudes therefrom.
  • a boss body is in this sense, therefore, no slight bulge out of the Endancen face out z.
  • the at least one projection body is therefore not formed out of the wing, or not formed as a recess or recess from the wing.
  • the projection body can be made of metal, in particular of steel, for example, and by means of welding or other suitable fastening methods or means to be connected to the end bar.
  • the at least one projection body is designed as a rigid, non-flexible or non-elastic body, since this ensures that the flow behavior of the wing, in particular with regard to vortex formation, remains the same.
  • the provision of the at least one boss body reduces the likelihood of a Kármán vortex street occurring on a wing and thereby improves the wing resistance and thus fuel efficiency.
  • the risk of damage to the wing or the vessel body is reduced by vibrations.
  • the at least one projection body is arranged on the end strip, this also does not reduce the effective inflow surface of the wing and, since it is outside the inflow area and thus outside the main flow, cavitations by detachment of the flow do not trigger. Accordingly, the provision of a flow body by a relatively low structural complexity and without weakening the cross section of the actual wing in fluidic terms, the beneficial effect of reducing the vortex formation in the end bar can be achieved.
  • the process of vortex formation is disturbed or impeded, as a result of which a much more stable or laminar flow pattern arises in the flow direction behind the wing.
  • the at least one projection body is provided in particular exclusively on the end strip and not on other areas of the wing.
  • the at least one projection body is expediently designed such that it does not cover the entire width. Rather, it advantageously protrudes only from a partial area with respect to the Endologicalnbreite. This ensures that a blockage of the vortex flow is achieved. If the at least one projection body cover the entire width of the end strip, the projection body could act fluidically as a pure extension of the wing and replace the unwanted, opposing vertebrae on both sides of the projection body.
  • the at least one projection body extends over at least 50% of the length of the end strip, preferably at least 75%, more preferably substantially over the entire length of the end strip.
  • the term "length of the end bar" is to be understood in the present context, the distance between the upper and lower end of the wing in the end bar.
  • the end bar usually runs over the entire height of the wing. Therefore, it is expedient that the at least one projection body extends over as large as possible a region of the end strip, so that the vortex formation is reduced or disturbed as widely as possible in relation to the height of the wing.
  • the at least one projection body may expediently consist of a single body whose length corresponds to the length of the end strip and which is fastened to the end strip. Basically it would be However, it is also possible for the at least one projection body to be composed of a plurality of partial bodies.
  • the at least one projection body may be of arbitrary design with respect to a cross-sectional view. Often, however, it will be expedient that, in a cross-sectional view of the wing, the at least one projection body extends substantially parallel to a center line of the wing or along the center line. In this respect, the at least one projection body is preferably rectilinear in cross section. In corresponding tests, it has been shown that such an alignment of the at least one projection body can achieve a particularly good disturbance of vortex formation or a particularly favorable flow pattern. In particular, when arranged along the center line at least one projection body a particularly even disturbance of the vortex formation is achieved on both sides of the wing.
  • the flow of the at least one projection body in the cross-sectional consideration refers to the course between endologicaln wornem and free end of the at least one projection body.
  • the at least one projection body extends substantially parallel to the longitudinal axis of the wing.
  • the longitudinal axis is that axis which extends from the upper wing end to the lower wing end. In rowing, the longitudinal axis will often also be the rudder axis of rotation.
  • the at least one projection body may extend substantially parallel to the outer edges of the end strip. The outer edges of the end bar become common also be aligned parallel to the longitudinal axis of the wing. This results in a uniform flow pattern.
  • the at least one projection body extends parallel to the longitudinal axis and over the entire length of the end strip. This results in a particularly even flow pattern.
  • the at least one projection body protrudes substantially at right angles or orthogonally from the surface of the end strip.
  • the right angle is formed between the end bar and the axis along the width of the wing (transverse axis). If the end strip surface is flat, in the case of a plurality of projection bodies, the projection bodies are arranged correspondingly parallel to one another. As a result, the uniformity of the flow in the flow direction behind the wing is further improved.
  • the at least one projection body can each be aligned orthogonally relative to that end strip section to which it is adjacent.
  • the width of the projection body d. H. its distance between end bar and its free end, at least half the width of the end bar. Tests have shown that with such dimensions of the at least one projection body particularly good results with respect to the reduction of vortex formation can be achieved.
  • At least two projection bodies are provided, it is expedient to arrange the two projection bodies spaced from one another and / or parallel to one another.
  • the spaced arrangement of the at least two projection body further complicates the vortex formation, since now two independently projecting objects block the vortex flow.
  • the parallel alignment of the two projection bodies in turn improves the evenness of the flow pattern.
  • one of the protrusion bodies is arranged substantially centrally on the end bar, and an even number of protrusion bodies are arranged on each side of the centrally arranged protrusion body.
  • the center line of the wing in the cross-sectional view expediently forms the line of symmetry.
  • the individual projection bodies are arranged spaced from one another and / or parallel to one another.
  • the centrally arranged projection body has the largest width, that is, the maximum width. h., Has the largest distance between end bar and free end.
  • two equal projection body may be arranged in a central region.
  • the width of the other projection bodies can advantageously decrease continuously in the outward direction, so that the outermost projection bodies have the smallest width.
  • the training is provided symmetrically in this case, d. h., The mirror image arranged protrusion body pairs each have a same width. As a result, a gradual blocking of the vortex flow is achieved from the outside inwards.
  • the distances between the individual projection bodies can in principle be different or be the same. Which arrangement is the most favorable in terms of flow technology depends in each case on the circumstances of the individual case, in particular the geometry and width of the end strip, the flow velocity, the precise formation of the projection bodies, etc.
  • the at least one projection body is plate-shaped or designed as a rib projecting from the end strip, and / or with a rectangular cross-section.
  • the rib is expediently made of a plate, for example a steel plate o. The like., Which is fastened with an end face on the end bar. If the plate is elongated, in particular running over a large part or over the entirety of the length of the end strip, the rib or plate is preferably to be arranged or fastened to the end strip with a longitudinal end face. With such a design results in a strip-shaped arrangement of the rib. If several ribs are provided, it is expedient to arrange them parallel to one another and parallel to the longitudinal axis of the wing. Instead of a plate, the ribs could be slightly rounded in their free end or tapering towards its free end o. The like. Be formed. The rib is expediently continuous, or the rectangular cross section is expediently constant over the entire projection body.
  • the at least one projection body is provided in the case of a wing designed as a fishtail or Schilling® rudder, in which the profile is in a cross-sectional view from one of the end strip opposite arranged nose strip in the direction of the end bar to a central area out, which is the widest Site of the airfoil profile, widened, from the central region to a rear area, which forms the narrowest point of the airfoil, tapered and widened from the rear to the end bar, in particular dovetailed again, the end bar preferably rectilinear, convex or concave is trained. Due to the Relative width of the end bar in comparison to other airfoils occur in the above-described airfoils particularly frequently on vortices. In this respect, the provision of the at least one projection body in such profiles is particularly expedient.
  • the at least one projection body is preferably formed as a monolithic body, d. H. In particular, it has no perforations, recesses, o. The like. On. Furthermore, the at least one projection body preferably has a constant cross section.
  • Fig. 1 shows a perspective view of a wing 100.
  • the wing 100 of a rudder with fishtail or Schilling® profile formed.
  • the rudder comprises a nose strip 10 and an end bar 20. Between the nose strip 10 and the end bar 20, the side surface 11 extends at the upper end 12 and at the lower end 13 of the wing 100 each a cover plate 14 is provided. Since the present wing 100 is a rudder with fishtail profile, the end portion 15 of the rudder widens from a narrowest point of the rudder forming rear portion 16 to the end bar 20.
  • On the end bar 20 are a total of five plate-shaped ribs formed protrusion body 30 is provided, each extending from an upper end 12 to the lower end 13 and are arranged parallel to each other.
  • the middle rib 30a has the largest width.
  • two further ribs 30b, 30c are respectively arranged, wherein the width of these ribs decreases towards the outside.
  • the plate-shaped ribs 30a, 30b, 30c are fixed with their longitudinal end faces on the end bar 20, which is rectilinear or as a flat surface.
  • the ribs 30a, 30b, 30c abut with their transverse end faces on the end plates 14 and are also attached to these.
  • the outer ribs 30c have the shortest width and are offset from the outer edge 21 of the end bar 20 only slightly inward.
  • the plate-shaped ribs 30a, 30b, 30c project in each case substantially perpendicularly from the end bar surface and extend parallel to the outer edge 21 of the end bar 20 or to the longitudinal axis of the wing 100.
  • Fig. 2A shows a plan view of the end portion 15 of the wing of the Fig. 1 , It can be seen that the center of the rib 30a has the largest width b1 and the outer ribs 30c have the smallest width b3, whereas the ribs 30b arranged between the ribs 30a and 30c have a mean width b2. Further, the distances between the ribs 30c and 30b (a2) and the ribs 30b and 30a (a1) are different, wherein the distance a1 is greater than a2. The exact dimensioning of the widths and distances can each be matched to an optimal vortex reduction effect with respect to the respective geometry of the end bar or the ribs 30.
  • the rib 30a extends along the center line 17, whereas the ribs 30b and 30c extend parallel to the center line 17.
  • the centerline 17 also forms the symmetry axis for the fin arrangement.
  • the Fig. 2B to 2E show further examples of embodiments of the end portion 15 of the invention wings 100. So is in the Fig. 2B a central rib 30a arranged along the center line 17 is provided. Furthermore, two further, each arranged on the outside and the same width ribs 30c are provided. The ribs 30c are arranged symmetrically with respect to the center line 17. At the three-rib training from the Fig. 2B the end bar 20 is concave in plan view and cross-sectional view. In the Fig. 2C the end bar 20, however, formed rectilinear, or the end bar 20 forms a flat surface. Further, only a single rib 30 a is provided, which is arranged along the center line 17. In the Fig.
  • FIG. 2D is the end bar 20 in a plan view and cross-sectional view, similar to the Fig. 2B , concave running formed.
  • a middle rib 30a extending along the center line 17 and two outer ribs 30c are provided.
  • the two outer ribs 30c are not parallel to the center line 17 and the middle rib 30a, respectively, but extend at an angle thereto. In particular, they run away from the inside in the direction of the end bar.
  • the Fig. 2E five ribs are also provided, wherein the end bar 20 is formed in a plan view and cross-sectional view convex.
  • the central rib 30a which again has the largest width, runs along the center line 17.
  • the two outer ribs 30c have the smallest width.
  • the ribs 30b and 30c are not arranged parallel to the center line 17 or to the rib 30a, but are each at an angle of approximately 90 ° from the convex shaped end bar 20, so that from the end bar 20 to the free end of the ribs 30a 30b, 30c forms an outwardly extending arrangement of the ribs. All in the Fig. 2A to 2E shown ribs 30a, 30b, 30c are formed as plates.
  • Fig. 3 shows a plan view of an end portion 15 of an airfoil 100 according to the invention.
  • the end bar 20 is formed in a straight plan view and cross-sectional view.
  • the five ribs 30a, 30b, 30c projecting from the end bar 20 are substantially in accordance with the arrangement Fig. 2A arranged and formed, wherein in the illustration shown in FIG Fig. 3 Unlike Fig. 2A the distance between the ribs 30c and 30b is greater than that between the ribs 30b and 30a.
  • the flow pattern is represented by the plurality of arrows.
  • a swirl 40 which is made to rotate counterclockwise.
  • the vortex formation in the spaces between the individual ribs due to the blocking by the ribs 30a, 30b, 30c can not take place.
  • a laminar flow pattern arises over the entire width of the wing 100.
  • only a single vortex 40 is produced, thus suppressing the formation of a Kármán vortex street, each formed by pairs of counter-rotating vertebrae.

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Abstract

Um einen Tragflügel (100), insbesondere Ruder, für Wasserfahrzeuge, insbesondere Schiffe, mit einer Endleiste (20), anzugeben, bei dem die negativen Effekte der Wirbelbildung in Strömungsrichtung hinter dem Tragflügel bzw. der Kármánschen-Wirbelstraßen reduziert werden, ist ein Vorsprungskörper (30) zur Reduzierung der Wirbelbildung an der Endleiste (20) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Tragflügel, insbesondere ein Ruder, für Wasserfahrzeuge, insbesondere Schiffe, mit einer Endleiste.
  • Tragflügel sind im vorliegenden Zusammenhang bei Wasserfahrzeugen eingesetzte bzw. eingebaute Körper, die in strömungsmechanischer Sicht Auftrieb erzeugen. Beispiele für Tragflügel sind Ruder, Kiele, Tragflügelkufen bei Tragflügelbooten, Stabilisatorflossen oder sonstige flossenartige Körper von Wasserfahrzeugen. Der erfindungsgemäße Tragflügel ist insbesondere zum Einsatz als Ruder geeignet, wobei auch der Einsatz als eines der vorgenannten Körper bzw. eines sonstigen tragflügelartigen Körpers ohne Weiteres möglich ist.
  • Bekannte Tragflügel weisen normalerweise eine einer Strömungsrichtung zugeordneten bzw. in Wasserfahrzeugfahrtrichtung ausgerichtete Nasenleiste und eine dieser gegenüberliegende Endleiste auf. Zwischen Nasenleiste und Endleiste sind Seitenflächen bzw. Seitenwandungen des Tragflügels angeordnet. Der obere Endbereich des Tragflügels ist normalerweise fest, bzw. im Falle eines Ruders drehbar, mit dem Wasserfahrzeugkörper verbunden, wohingegen das gegenüberliegende untere Ende normalerweise als freies Ende ausgebildet ist. Bei Rudern ist jedoch auch bekannt, dass diese am unteren Ende ebenfalls gelagert sein können (beispielsweise bei in der Stevensohle gelagerten Rudern).
  • Der Tragflügelkörper wird im Einsatz bei einem Wasserfahrzeug vom Wasser in Richtung von der Nasenleiste zur Endleiste hin umströmt. In Abhängigkeit der Reynoldszahl, der Strömung bzw. der Strömungsgeschwindigkeit und der geometrischen Form des Tragflügels bzw. der Endleiste des Tragflügels kann es in Strömungsrichtung hinter dem Tragflügel bzw. an dessen Endleiste zu Wirbelablösungen kommen, deren Frequenz durch die Strouhal-Zahl charakterisiert ist. Die Wirbel entstehen häufig jeweils zu beiden Seiten des umströmten Körpers, wobei ihre Drehsinne entgegengesetzt zueinander verlaufen. Die Strömung zwischen ihnen verläuft in Richtung zum umströmten Körper gegenläufig zur äußeren Strömung. Dieses schleppenartige Wirbelsystem aus jeweils gegenläufigen Wirbeln, das sich am umströmten Körper bildet und von der Strömung fortgetrieben und schließlich dissipiert wird, ist auch als sogenannte Kármánsche-Wirbelstraße bekannt. Dieses Phänomen tritt insbesondere bei Rudern auf, da diese der relativ schnellen Propellerströmung eines Schiffspropellers ausgesetzt sind. Des Weiteren neigen insbesondere solche Ruder zur Bildung von Kármánschen-Wirbelstraßen, die eine relativ breite Endleiste aufweisen. Dies sind insbesondere Ruder mit einem Fishtail- oder auch Schilling®-Profil, bei denen sich der Endbereich des Ruderblattes in Strömungsrichtung betrachtet zur Endleiste hin, insbesondere schwalbenschwanzartig, verbreitert. Bei derartigen Geometrien ist die Strouhal-Zahl und damit die Ablösefrequenz der einzelnen Wirbel besonders hoch, wodurch Kármánsche-Wirbelstraßen entstehen können bzw. besonders ausgeprägt vorhanden sind.
  • Fig. 4 zeigt die Ausbildung einer Kármánschen-Wirbelstraße bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Tragflügel 200. Der Tragflügel 200 aus der Fig. 4 ist ein Fishtail-Ruder, bei dem sich das Querschnittsprofil zur Endleiste 201 hin wieder verbreitert. Der Übersichtlichkeit halber ist nur der Endbereich des Tragflügels 200 dargestellt. Die Endleiste 201 verläuft konkav zwischen den beiden Endbereichen 2021 a, 2021 b der Seitenflächen 202a, 202b. Der Verlauf der (Propeller-)Strömung ist durch eine Vielzahl von Pfeilen dargestellt. Es ist erkennbar, dass die Strömung im Wesentlichen laminar an den Seitenflächen 202a, 202b entlangläuft. Passiert die Strömung die Endbereiche 2021a, 2021b der Seitenflächen 202a, 202b, lösen sich sowohl im oberen Bereich der Endleiste 201 als auch in deren unterem Bereich Wirbel 210 von der Strömung ab. Im oberen Bereich der Endleiste 201 bzw. direkt hinter dem Seitenflächenendpunkt 2021 a hat sich ein gegen den Uhrzeigersinn drehender Wirbel 210 ausgebildet. In Strömungsrichtung schräg darunter ist ein weiterer, gegenläufig, nämlich mit dem Uhrzeigersinn drehender Wirbel 210b vorhanden, der sich an der unteren Seitenfläche 202b bzw. direkt dahinter gebildet hat. Stromabwärts ist ein weiterer gegen den Uhrzeigersinn drehender, sich langsam dissipierender Wirbel 210c vorhanden, der ebenfalls von der oberen Seitenfläche 202a stammt. Die Wirbel 210a, 210b, 210c bilden zusammen das Wirbelsystem der sogenannten Kármánschen-Wirbelstraße. Im Bereich der Wirbel bzw. zwischen den Wirbeln sinkt der Druck gegenüber der die Kármánsche-Wirbelstraße umgebenden Strömung deutlich ab.
  • Durch die Ausbildung der Kármánschen-Wirbelstraßen wird zum einen der Wirkungsgrad eines Tragflügels reduziert bzw. im Fall von Rudern die Ruderkraft verringert. Auch erhöht sich der Tragflügel- bzw. Ruderwiderstand. Zum anderen wird die Seitenkraft eines Ruders verringert und es kann zu Vibrationen am Tragflügel kommen. Letzteres ist insbesondere der Fall, wenn die Ablösefrequenz der Wirbel im Wesentlichen der Eigenfrequenz des Tragflügelkörpers entspricht.
  • Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tragflügel anzugeben, bei dem die negativen Effekte der Wirbelbildung in Strömungsrichtung hinter dem Tragflügel bzw. der Kármánschen-Wirbelstraßen reduziert werden.
  • Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einem Tragflügel mit den Merkmalen des Anspruches 1.
  • Kernidee der Erfindung ist es, einen Vorsprungskörper an der Endleiste vorzusehen, durch den die Wirbelbildung reduziert wird. Ein Vorsprungskörper ist im vorliegenden Zusammenhang ein grundsätzlich beliebig gestalteter Körper, der von der Endleiste des Tragflügels vorsteht bzw. vorspringt. Da die Endleiste normalerweise in einer Querschnittsbetrachtung im Wesentlichen quer zur Tragflügellängsrichtung verläuft, steht der Vorsprungskörper im Allgemeinen, zumindest grob, in stromabwärtiger Richtung vor. Das heißt, der mindestens eine Vorsprungskörper steht von der hinteren Endleiste im Wesentlichen in Längsrichtung des Tragflügels und/oder in Schiffslängsrichtung vor.
  • Die Endleiste ist normalerweise eine den Tragflügel abschließende Fläche, die geradlinig, konkav, konvex oder sonstwie verlaufend ausgebildet sein kann. Somit ist der Endleistenbereich bei erfindungsgemäßen Tragflügeln normalerweise abgeflacht und läuft nicht etwa spitz zu o. dgl. Ferner ist die Endleiste normalerweise durchgängig von unten nach oben bzw. von Seite zu Seite ausgebildet und bildet daher eine einzige, durchgehende Fläche. Der Vorsprungskörper steht nun von dieser Fläche vor, was dazu führt, dass die Wahrscheinlichkeit der Ablösung eines Wirbels verringert wird. Hierdurch kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Kármánschen-Wirbelstraße reduziert werden. Die Wirksamkeit des mindestens einen Vorsprungskörpers hängt von verschiedenen Faktoren, beispielsweise der Anzahl der Vorsprungskörper, der geometrischen Ausgestaltung, sowie der genauen Anordnung ab.
  • Bei dem mindestens einen Vorsprungskörper handelt es sich also um einen Körper, der an sich nicht zur Endleistenfläche gehört, jedoch an dieser angeordnet ist und von dieser vorsteht. Ein Vorsprungskörper ist in diesem Sinne also keine leichte Ausbuchtung aus der Endleistenfläche heraus z. B. konvex verlaufende Endleiste o. dgl., sondern ein im Wesentlichen eigenständiger Körper, der jedoch zweckmäßigerweise fest mit der Endleiste bzw. der Endleistenfläche zu verbinden ist. Der mindestens eine Vorsprungskörper ist daher nicht aus dem Tragflügel herausgeformt, oder auch nicht als Vertiefung oder Ausnehmung aus dem Tragflügel ausgebildet. Entsprechend kann der Vorsprungskörper beispielsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl, hergestellt sein und mittels Verschweißung oder sonstiger geeigneter Befestigungsmethoden bzw. -mittel mit der Endleiste verbunden sein. Durch das Vorstehen eines Körpers aus der Endleistenfläche heraus wird insbesondere vermieden, dass sich zu beiden Seiten des Tragflügels gegenläufige Wirbelpaare bilden, die die Voraussetzung für die Ausbildung einer Kármánschen-Wirbelstraße sind. Ferner ist es bevorzugt, dass der mindestens eine Vorsprungskörper als starrer, nichtflexibler bzw. nicht-elastischer Körper ausgebildet ist, da hierdurch sichergestellt ist, dass das Strömungsverhalten des Tragflügels, insbesondere hinsichtlich der Wirbelbildung, gleich bleibt.
  • Durch die Vorsehung des mindestens einen Vorsprungskörpers wird die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Kármánschen-Wirbelstraße bei einem Tragflügel reduziert und dadurch der Tragflügelwiderstand und somit auch die Treibstoffeffizienz verbessert. Darüber hinaus wird die Gefahr von Beschädigungen des Tragflügels bzw. des Wasserfahrzeugkörpers durch Vibrationen verringert. Da der mindestens eine Vorsprungskörper an der Endleiste angeordnet ist, verringert dieser auch nicht die wirksame Anströmfläche des Tragflügels und kann, da er sich außerhalb der Anströmfläche und somit außerhalb der Hauptströmung befindet, Kavitationen durch ein Ablösen der Strömung nicht auslösen. Entsprechend kann durch die Vorsehung eines Strömungskörpers durch einen relativ geringen baulichen Aufwand und ohne eine Schwächung des Querschnittes des eigentlichen Tragflügels in strömungstechnischer Hinsicht die vorteilhafte Wirkung der Reduzierung der Wirbelbildung im Bereich der Endleiste erreicht werden. Durch den erfindungsgemäßen mindestens einen Vorsprungskörper wird der Vorgang der Wirbelbildung gestört bzw. behindert, wodurch ein sehr viel stabileres bzw. laminareres Strömungsbild in Strömungsrichtung hinter dem Tragflügel betrachtet entsteht. Der mindestens eine Vorsprungskörper ist insbesondere ausschließlich an der Endleiste und nicht an anderen Bereichen des Tragflügels vorgesehen.
  • In Bezug auf die Breite der Endleiste ist der mindestens eine Vorsprungskörper zweckmäßigerweise derart ausgebildet, dass er nicht die gesamte Breite abdeckt. Vielmehr springt er vorteilhafterweise nur aus einem Teilbereich in Bezug auf die Endleistenbreite hervor. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Blockierung der Wirbelströmung erreicht wird. Würde der mindestens eine Vorsprungskörper die gesamte Breite der Endleiste abdecken, könnte der Vorsprungskörper strömungstechnisch als reiner Fortsatz des Tragflügels wirken und sich die ungewünschten, gegenläufigen Wirbel zu beiden Seiten des Vorsprungskörpers ablösen.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Um eine möglichst weitgehende Reduzierung der Wirbelbildung zu erreichen, ist es in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der mindestens eine Vorsprungskörper über mindestens 50 % der Länge der Endleiste, bevorzugt mindestens 75 %, besonders bevorzugt im Wesentlichen über die Gesamtlänge der Endleiste verläuft. Mit dem Begriff "Länge der Endleiste" ist im vorliegenden Zusammenhang der Abstand zwischen oberem und unterem Ende des Tragflügels im Bereich der Endleiste zu verstehen. Die Endleiste verläuft normalerweise über die gesamte Höhe des Tragflügels. Daher ist es zweckmäßig, dass der mindestens eine Vorsprungskörper über einen möglichst großen Bereich der Endleiste verläuft, so dass in Bezug auf die Höhe des Tragflügels möglichst weitläufig die Wirbelbildung reduziert bzw. gestört wird. Besonders zweckmäßig ist der Verlauf des mindestens einen Vorsprungskörpers von einem Endleistenende zum anderen, da somit eine Störung der Wirbelbildung über die gesamte Höhe des Tragflügels hinweg sichergestellt ist. Der mindestens eine Vorsprungskörper kann dabei zweckmäßigerweise aus einem einzigen Körper bestehen, dessen Länge der Länge der Endleiste entspricht und der an der Endleiste befestigt wird. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, dass sich der mindestens eine Vorsprungskörper aus mehreren Teilkörpern zusammensetzt.
  • Grundsätzlich kann der mindestens eine Vorsprungskörper in Bezug auf eine Querschnittsbetrachtung beliebig verlaufend ausgebildet sein. Häufig wird es jedoch zweckmäßig sein, dass in einer Querschnittsbetrachtung des Tragflügels der mindestens eine Vorsprungskörper im Wesentlichen parallel zu einer Mittellinie des Tragflügels oder entlang der Mittellinie verläuft. Insofern verläuft der mindestens eine Vorsprungskörper im Querschnitt vorzugsweise geradlinig. In entsprechenden Tests hat es sich gezeigt, dass durch eine derartige Ausrichtung des mindestens einen Vorsprungskörpers eine besonders gute Störung der Wirbelbildung bzw. ein besonders günstiges Strömungsbild erreicht werden kann. Insbesondere bei einem entlang der Mittellinie angeordneten mindestens einen Vorsprungskörper wird eine besonders ebenmäßige Störung der Wirbelbildung auf beiden Seiten des Tragflügels erreicht. Wenn mehrere Vorsprungskörper vorgesehen sind, sind vorzugsweise alle Vorsprungskörper parallel zur Mittellinie verlaufend ausgebildet. Allerdings ist es auch möglich, dass einzelne Vorsprungskörper von dieser Ausrichtung abweichen. Dies kann insbesondere bei bogenförmig bzw. bei konkav oder konvex verlaufender Endleiste angezeigt sein. Bei der vorliegenden Ausführungsform bezieht sich der Vorlauf des mindestens einen Vorsprungkörpers in der Querschnittsbetrachtung auf den Verlauf zwischen endleistenseitigem und freiem Ende des mindestens einen Vorsprungskörpers.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass der mindestens eine Vorsprungskörper im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Tragflügels verläuft. Die Längsachse ist dabei diejenige Achse, die vom oberen Tragflügelende zum unteren Tragflügelende verläuft. Bei Rudern wird die Längsachse häufig auch die Ruderdrehachse sein. Auch kann der mindestens eine Vorsprungskörper im Wesentlichen parallel zu den Außenkanten der Endleiste verlaufen. Die Außenkanten der Endleiste werden dabei häufig ebenfalls parallel zur Längsachse des Tragflügels ausgerichtet sein. Auf diese Weise ergibt sich ein ebenmäßiges Strömungsbild. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der mindestens eine Vorsprungskörper parallel zur Längsachse und über die gesamte Länge der Endleiste verläuft. Hierdurch ergibt sich ein besonders ebenmäßiges Strömungsbild.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung springt der mindestens eine Vorsprungskörper im Wesentlichen rechtwinklig bzw. orthogonal von der Oberfläche der Endleiste vor. Der rechte Winkel wird dabei zwischen der Endleiste und der Achse entlang der Breite des Tragflügels (Querachse) gebildet. Ist die Endleistenoberfläche eben, sind im Falle von mehreren Vorsprungskörpern die Vorsprungskörper entsprechend parallel zueinander angeordnet. Hierdurch wird die Ebenmäßigkeit der Strömung in Strömungsrichtung hinter dem Tragflügel weiter verbessert. Bei bogenförmig bzw. nicht geradlinig verlaufenden Endleisten kann der mindestens eine Vorsprungskörper jeweils in Bezug auf denjenigen Endleistenabschnitt, an den er angrenzt, orthogonal ausgerichtet sein.
  • Bevorzugterweise entspricht die Breite des Vorsprungskörpers, d. h. sein Abstand zwischen Endleiste und seinem freien Ende, mindestens der Hälfte der Breite der Endleiste. Tests haben ergeben, dass bei derartigen Dimensionierungen des mindestens einen Vorsprungskörpers besonders gute Ergebnisse bezüglich der Reduzierung der Wirbelbildung erreicht werden können.
  • Sind mindestens zwei Vorsprungskörper vorgesehen ist es zweckmäßig, die beiden Vorsprungskörper beabstandet zueinander und/oder parallel verlaufend zueinander anzuordnen. Durch die beabstandete Anordnung der mindestens zwei Vorsprungskörper wird die Wirbelbildung weiter erschwert, da nunmehr zwei unabhängig voneinander vorstehende Objekte die Wirbelströmung blockieren. Die parallele Ausrichtung der beiden Vorsprungskörper verbessert wiederum die Ebenmäßigkeit des Strömungsbildes.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gilt die Formel: Anzahl der Vorsprungskörper = 2n+1, wobei "n" eine natürliche Zahl, einschließlich 0, ist. Besonders bevorzugt ist n = 2, d. h. die Anzahl der Vorsprungskörper ist 5. Ferner ist in einer Querschnittsbetrachtung einer der Vorsprungskörper im Wesentlichen mittig an der Endleiste angeordnet und eine gerade Anzahl von Vorsprungskörpern ist zu jeder Seite des mittig angeordneten Vorsprungskörpers angeordnet. Besonders bevorzugt ergibt sich eine symmetrische Anordnung, wobei die Mittellinie des Tragflügels in der Querschnittsbetrachtung zweckmäßigerweise die Symmetrielinie bildet. Vorteilhafterweise sind die einzelnen Vorsprungskörper beabstandet zueinander und/oder parallel zueinander verlaufend angeordnet. Tests haben ergeben, dass sich durch eine derartige, gleichmäßig verteilte und insbesondere symmetrische Ausbildung, insbesondere bei 5 Vorsprungskörpern, eine besonders gute Wirkung in Bezug auf die Reduzierung der Wirbelbildung einstellt. Ferner ist es bei dieser Ausführungsform bevorzugt, dass der mittig angeordnete Vorsprungskörper die größte Breite, d. h., den größten Abstand zwischen Endleiste und freiem Ende aufweist. Gegebenenfalls können auch zwei gleich große Vorsprungskörper in einem mittleren Bereich angeordnet sein. Des Weiteren kann die Breite der anderen Vorsprungskörper vorteilhafterweise nach außen hin fortlaufend abnehmen, so dass die am weitesten außenliegenden Vorsprungskörper die geringste Breite aufweisen. Zweckmäßigerweise ist auch hierbei die Ausbildung symmetrisch vorgesehen, d. h., die spiegelbildlich angeordneten Vorsprungskörperpaare weisen jeweils eine gleiche Breite auf. Hierdurch wird von außen nach innen ein graduelles Blockieren der Wirbelströmung erreicht.
  • Wenn mehrere Vorsprungskörper vorgesehen sind, können die Abstände zwischen den einzelnen Vorsprungskörpern grundsätzlich unterschiedlich oder gleich ausgebildet sein. Welche Anordnung strömungstechnisch am günstigsten ist, hängt jeweils von den Umständen des Einzelfalles, insbesondere der Geometrie und Breite der Endleiste, der Strömungsgeschwindigkeit, der genauen Ausbildung der Vorsprungskörper, etc., ab.
  • Besonders bevorzugt ist der mindestens eine Vorsprungskörper plattenförmig bzw. als von der Endleiste vorspringende Rippe, und/oder mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet. Die Rippe besteht zweckmäßigerweise aus einer Platte, beispielsweise einer Stahlplatte o. dgl., die mit einer Stirnseite an der Endleiste befestigt wird. Ist die Platte länglich, insbesondere über einen Großteil oder über die Gesamtheit der Länge der Endleiste verlaufend ausgebildet, ist die Rippe bzw. Platte bevorzugterweise mit einer Längsstirnseite an der Endleiste anzuordnen bzw. zu befestigen. Bei einer derartigen Ausbildung ergibt sich eine streifenförmige Anordnung der Rippe. Sind mehrere Rippen vorgesehen, ist es zweckmäßig, diese parallel zueinander und parallel zur Längsachse des Tragflügels anzuordnen. Statt als Platte könnten die Rippen auch in ihrem freien Endbereich leicht abgerundet oder sich zu ihrem freien Ende hin verjüngend o. dgl. ausgebildet sein. Die Rippe ist zweckmäßig durchgehend ausgebildet, bzw. der rechteckige Querschnitt ist zweckmäßig über den gesamten Vorsprungskörper hinweg konstant.
  • Besonders zweckmäßig wird der mindestens eine Vorsprungskörper bei einem als Fishtail- oder Schilling®-Ruder ausgebildeten Tragflügel vorgesehen, bei dem sich das Profil in einer Querschnittsbetrachtung von einer der Endleiste gegenüberliegend angeordneten Nasenleiste in Richtung der Endleiste bis zu einem mittleren Bereich hin, welcher die breiteste Stelle des Tragflügelprofils bildet, verbreitert, vom mittleren Bereich bis zu einem hinteren Bereich hin, welcher die schmalste Stelle des Tragflügelprofils bildet, verjüngt und vom hinteren Bereich bis hin zur Endleiste, insbesondere schwalbenschwanzartig, wieder verbreitert, wobei die Endleiste bevorzugt geradlinig, konvex oder konkav ausgebildet ist. Aufgrund der relativen Breite der Endleiste im Vergleich zu anderen Tragflügelprofilen treten bei den vorstehend beschriebenen Tragflügelprofilen besonders häufig Wirbelbildungen auf. Insofern ist die Vorsehung des mindestens einen Vorsprungskörpers bei derartigen Profilen besonders zweckmäßig.
  • Ferner ist der mindestens eine Vorsprungskörper bevorzugt als monolithischer Körper ausgebildet, d. h. er weist insbesondere keine Durchbrechungen, Ausnehmungen, o. dgl. auf. Weiterhin weist der mindestens eine Vorsprungskörper bevorzugt einen konstanten Querschnitt auf.
  • Nachstehend wird die Erfindung in der Zeichnung anhand verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Ansicht eines Tragflügels mit Endleiste und Vorsprungskörpern,
    Fig. 1A
    eine Detailansicht des oberen Endbereiches der Endleiste des Tragflügels aus der Fig. 1,
    Fig. 2A-2E
    Draufsichten von Endbereichen von Tragflügeln mit ver- schieden ausgebildeten Endleisten und unterschiedlich an- geordneten bzw. ausgebildeten Vorsprungskörper(n),
    Fig. 3
    eine Draufsicht auf den Endbereich eines Tragflügels mit von der Endleiste vorspringenden Vorsprungskörpern mit einge- zeichnetem Strömungsverlauf, und
    Fig. 4
    einen Endbereich eines Tragflügels aus dem Stand der Technik mit eingezeichnetem Strömungsverlauf.
  • Bei den im Folgenden beschriebenen, verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Tragflügels 100. Im vorliegenden Fall wird der Tragflügel 100 von einem Ruder mit Fishtail- bzw. Schilling®-Profil gebildet. Das Ruder umfasst eine Nasenleiste 10 sowie eine Endleiste 20. Zwischen Nasenleiste 10 und Endleiste 20 verläuft die Seitenfläche 11. Am oberen Ende 12 sowie auch am unteren Ende 13 des Tragflügels 100 ist jeweils ein Abschlussblech 14 vorgesehen. Da es sich beim vorliegenden Tragflügel 100 um ein Ruder mit Fishtail-Profil handelt, verbreitert sich der Endbereich 15 des Ruders von einem die schmalste Stelle des Ruders bildenden hinteren Bereich 16 bis hin zur Endleiste 20. An der Endleiste 20 sind insgesamt fünf als plattenförmige Rippen ausgebildete Vorsprungskörper 30 vorgesehen, die jeweils von einem oberen Ende 12 bis zum unteren Ende 13 verlaufen und parallel zueinander angeordnet sind.
  • Wie aus der Detailansicht aus Fig. 1A erkennbar ist, weist die mittlere Rippe 30a die größte Breite auf. Zu beiden Seiten der mittleren Rippe 30a sind jeweils zwei weitere Rippen 30b, 30c angeordnet, wobei die Breite dieser Rippen nach außen hin abnimmt. Die plattenförmigen Rippen 30a, 30b, 30c sind mit ihren Längsstirnseiten an der Endleiste 20, die geradlinig bzw. als ebene Fläche ausgebildet ist, befestigt. Ebenso liegen die Rippen 30a, 30b, 30c mit ihren querseitigen Stirnflächen an den Abschlussblechen 14 an und sind an diesen ebenfalls befestigt. Die äußeren Rippen 30c weisen die kürzeste Breite auf und sind gegenüber der Außenkante 21 der Endleiste 20 nur geringfügig nach innen versetzt. Die plattenförmigen Rippen 30a, 30b, 30c stehen jeweils im Wesentlichen senkrecht von der Endleistenfläche vor und verlaufen parallel zur Außenkante 21 der Endleiste 20 bzw. zur Längsachse des Tragflügels 100.
  • Fig. 2A zeigt eine Draufsicht auf den Endbereich 15 des Tragflügels aus der Fig. 1. Es ist erkennbar, dass die Mitte der Rippe 30a die größte Breite b1 und die äußeren Rippen 30c die kleinste Breite b3 aufweisen, wohingegen die zwischen den Rippen 30a und 30c angeordneten Rippen 30b eine mittlere Breite b2 aufweisen. Ferner sind die Abstände zwischen den Rippen 30c und 30b (a2) und den Rippen 30b und 30a (a1) unterschiedlich, wobei der Abstand a1 größer ist als a2. Die genaue Dimensionierung der Breiten und Abstände kann jeweils auf eine optimale Wirbelreduzierungswirkung in Bezug auf die jeweilige Geometrie der Endleiste bzw. der Rippen 30 abgestimmt werden. Die Rippe 30a verläuft entlang der Mittellinie 17, wohingegen die Rippen 30b und 30c parallel zur Mittellinie 17 verlaufen. Die Mittellinie 17 bildet ebenfalls die Symmetrieachse für die Rippenanordnung.
  • Die Fig. 2B bis 2E zeigen weitere Beispiele von Ausgestaltungen des Endbereiches 15 von erfindungsgemäßen Tragflügeln 100. So ist bei der Fig. 2B eine mittige, entlang der Mittellinie 17 angeordnete Rippe 30a vorgesehen. Ferner sind zwei weitere, jeweils außen angeordnete und gleich breit ausgebildete Rippen 30c vorgesehen. Die Rippen 30c sind in Bezug auf die Mittellinie 17 symmetrisch angeordnet. Bei der Drei-RippenAusbildung aus der Fig. 2B ist die Endleiste 20 in einer Draufsicht bzw. Querschnittsansicht konkav verlaufend ausgebildet. Bei der Fig. 2C ist die Endleiste 20 dagegen geradlinig verlaufend ausgebildet, bzw. die Endleiste 20 bildet eine ebene Fläche. Ferner ist nur eine einzige Rippe 30a vorgesehen, die entlang der Mittellinie 17 angeordnet ist. Bei der Fig. 2D ist die Endleiste 20 in einer Draufsicht bzw. Querschnittsansicht, ähnlich wie bei der Fig. 2B, konkav verlaufend ausgebildet. Ebenfalls sind eine mittlere Rippe 30a, die entlang der Mittellinie 17 verläuft, sowie zwei außenliegende Rippen 30c vorgesehen. Im Unterschied zu der Fig. 2B, bei der alle drei Rippen parallel ausgerichtet sind, ebenso wie bei der Fig. 2A, sind die beiden äußeren Rippen 30c nicht parallel zur Mittellinie 17 bzw. zur mittleren Rippe 30a ausgebildet, sondern verlaufen in einem Winkel dazu. Insbesondere verlaufen Sie in Richtung von der Endleiste weg von außen nach innen. Bei der Fig. 2E sind ebenfalls fünf Rippen vorgesehen, wobei die Endleiste 20 in einer Draufsicht bzw. Querschnittsansicht konvex verlaufend ausgebildet ist. Die mittlere Rippe 30a, die wiederum die größte Breite aufweist, verläuft entlang der Mittellinie 17. Die beiden äußeren Rippen 30c weisen die geringste Breite auf. Die jeweils rechts und links der Mittellinie 17 angeordneten Rippen 30b, 30c sind entlang der Mittellinie 17 symmetrisch zueinander angeordnet. Im Unterschied zu der Darstellung aus der Fig. 2A sind die Rippen 30b und 30c nicht parallel zur Mittellinie 17 bzw. zur Rippe 30a angeordnet, sondern stehen jeweils in einem Winkel von ca. 90° von der konvex geformten Endleiste 20 ab, so dass sich von der Endleiste 20 zum freien Ende der Rippen 30a, 30b, 30c hin betrachtet eine nach außen verlaufende Anordnung der Rippen bildet. Sämtliche in den Fig. 2A bis 2E gezeigten Rippen 30a, 30b, 30c sind als Platten ausgebildet.
  • Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Endbereich 15 eines erfindungsgemäßen Tragflügels 100. Die Endleiste 20 ist in einer Draufsicht bzw. Querschnittsbetrachtung geradlinig ausgebildet. Die fünf von der Endleiste 20 vorstehenden Rippen 30a, 30b, 30c sind im Wesentlichen gemäß der Anordnung aus Fig. 2A angeordnet und ausgebildet, wobei bei der gezeigten Darstellung in Fig. 3 anders als bei Fig. 2A der Abstand zwischen den Rippen 30c und 30b größer ist als derjenige zwischen den Rippen 30b und 30a. Der Strömungsverlauf ist durch die Vielzahl der eingezeichneten Pfeile dargestellt. So stellt sich mit der erfindungsgemäßen Tragflügelausbildung im Bereich der Seitenwände 11 stromabwärts vom Tragflügel 100 ein im Wesentlichen laminares Strömungsbild ein. Zwischen der oberen Rippe 30b und der mittleren Rippe 30a bildet sich ein Wirbel 40, der gegen den Urzeigersinn drehend ausgebildet ist. Darüber hinaus ist erkennbar, wie die Wirbelbildung in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Rippen aufgrund der Blockierung durch die Rippen 30a, 30b, 30c nicht stattfinden kann. In Strömungsrichtung bereits kurz hinter dem Wirbel 40 stellt sich auf der gesamten Breite des Tragflügels 100 ein laminares Strömungsbild ein. Ferner wird nur ein einziger Wirbel 40 produziert und somit das Ausbilden einer Kármánschen-Wirbelstraße, die jeweils durch Paare von gegenläufig rotierenden Wirbeln gebildet wird, unterdrückt.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Tragflügel
    10
    Nasenleiste
    11
    Seitenfläche
    12
    oberes Ende
    13
    unteres Ende
    14
    Abschlussblech
    15
    Endbereich
    16
    hinterer Bereich
    17
    Mittellinie
    20
    Endleiste
    21
    Außenkante
    200
    Tragflügel (Stand der Technik)
    201
    Endleiste
    202a, 202b
    Seitenflächen
    2021 a, 2021 b
    Seitenflächenendpunkte
    210
    Wirbel
    30
    Vorsprungskörper
    40
    Wirbel

Claims (14)

  1. Tragflügel (100), insbesondere Ruder, für Wasserfahrzeuge, insbesondere Schiffe, mit einer Endleiste (20),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens ein Vorsprungskörper (30) zur Reduzierung der Wirbelbildung an der Endleiste (20) angeordnet ist.
  2. Tragflügel gemäß Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Vorsprungskörper (30) über mindestens 50 % der Länge der Endleiste (20), bevorzugt über mindestens 75 %, besonders bevorzugt im Wesentlichen über die gesamte Länge der Endleiste (20), verläuft.
  3. Tragflügel gemäß Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in einer Querschnittsbetrachtung des Tragflügels (100) der mindestens eine Vorsprungskörper (30) im Wesentlichen parallel zu einer Mittellinie (17) des Tragflügels (100) oder entlang der Mittellinie (17) verläuft.
  4. Tragflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Vorsprungskörper (30) im Wesentlichen parallel zur Längsachse des Tragflügels (100) verläuft.
  5. Tragflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Vorsprungskörper (30) im Wesentlichen orthogonal von der Oberfläche der Endleiste (20) vorspringt.
  6. Tragflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Breite des Vorsprungskörpers (30) mindestens der Hälfte der Breite der Endleiste (20) entspricht.
  7. Tragflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens zwei Vorsprungskörper (30) vorgesehen sind, wobei die Vorsprungskörper (30) beabstandet und/oder parallel verlaufend zueinander angeordnet sind.
  8. Tragflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Anzahl der Vorsprungskörper (30) 2n+1, insbesondere 5, beträgt und in einer Querschnittsbetrachtung ein Vorsprungkörper (30a) im Wesentlichen mittig an der Endleiste (20) angeordnet ist und eine gerade Anzahl von Vorsprungskörpern (30b, 30c) zu jeder Seite des mittig angeordneten Vorsprungskörpers (30a), insbesondere symmetrisch, angeordnet sind.
  9. Tragflügel gemäß Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mittig angeordnete Vorsprungskörper (30a) die größte Breite aufweist und ggf. die Breite der anderen Vorsprungskörper (30b, 30c) nach außen hin fortlaufend abnimmt.
  10. Tragflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Anzahl von Vorsprungskörpern (30) vorgesehen ist, wobei die Abstände zwischen den einzelnen Vorsprungskörpern (30) gleich oder unterschiedlich sind.
  11. Tragflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der mindestens eine Vorsprungskörper (30) plattenförmig und/oder als von der Endleiste (20) vorspringende Rippe, ausgebildet ist.
  12. Tragflügel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich das Profil des Tragflügels (100) in einer Querschnittsbetrachtung von einer der Endleiste (20) gegenüberliegend angeordneten Nasenleiste (10) in Richtung der Endleiste (20) bis zu einem mittleren Bereich hin, welcher die breiteste Stelle des Tragflügelprofils bildet, verbreitert, vom mittleren Bereich bis zu einem hinteren Bereich (16) hin, welcher die schmalste Stelle des Tragflügelprofils bildet, verjüngt, und vom hinteren Bereich (16) bis hin zur Endleiste (20), insbesondere schwalbenschwanzartig, wieder verbreitert.
  13. Tragflügel gemäß Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Endleiste (20) geradlinig, konvex oder konkav verläuft.
  14. Wasserfahrzeug, insbesondere Schiff,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es einen Tragflügel (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
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