DE102020106224A1 - Aquadynamischeres Wasserfahrzeug mit fortschrittlicherer Rumpfanordnung - Google Patents

Aquadynamischeres Wasserfahrzeug mit fortschrittlicherer Rumpfanordnung Download PDF

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Abstract

Eine zumindest abschnittsweise Ringflügelflosse (RF), die mit Abstand (D) zum Schiffsrumpf (R) an diesem befestigt ist und diesen Schiffsrumpf (R) zumindest abschnittsweise umgebend in einem Bereich angeordnet ist, indem sich der Wassermassenstrom bei Fahrt in Bewegungsrichtung (FR) im Rahmen des Stromlinienfeldes durch die Verdrängungs- und Richtungswirkung des Schiffsrumpfes (R) zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Bewegungsrichtung (FR) bewegt, und diese Ringflügelflosse (RF) unter lokaler Anströmung (A) dieses von der Bewegungsrichtung (FR) richtungsverschiedenen Wassermassenstroms eine resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, die eine in Bewegungsrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) enthält so, dass die in Bewegungsrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) auf den Schiffsrumpf (R) entgegen seiner Widerstandskraft (W) vortriebswirksam wirkt.

Description

  • Dem Stand der Technik sind schnellfahrende Tragflügelboote bekannt, die über eine Tragflügelanordnung verfügen. Diese Tragflügelanordnungen sind dafür bestimmt, den Schiffsrumpf bei schneller Fahrt aus dem Wasser zu heben so, dass dieser nicht mehr dem Reibungswiderstand des Wassers ausgesetzt ist, sondern sich bei deutlich reduzierter Reibung im Fluid Luft bewegt.
  • Auf diese Weise ist es für das Schiff möglich eine deutlich höhere Geschwindigkeit zu erreichen, die bei vorgegebener Antriebsleistung bis zu doppelt so hoch sein kann, wie die maximale Geschwindigkeit im eingetauchten Zustand des Rumpfes.
  • Die Tragflügeleinrichtungen sind dazu so ausgeführt, dass sie im Fluid Wasser eine vertikal nach oben gerichtete Auftriebskraft erzeugen, die so groß ist, dass sie das ganze Schiff entgegen seiner Gewichtskraft soweit anheben können, so, dass der Schiffsrumpf aus dem Wasser ragt und nur noch der untere Teil der auftriebserzeugenden Tragflügelanordnungen während der Fahrt vom Fluid Wasser umspült wird.
  • Da der gesamte Schiffsrumpf mit seiner vollen Eintauchtiefe dazu aus dem Wasser gehoben werden muss, sind die Tragflügelanordnungen mit einem deutlichen Abstand zum Rumpfboden des Schiffsrumpfes in vertikaler Richtung nach unten vertieft installiert, wobei dieser vertikale Abstand vom Schiffsrumpf im Allgemeinen mindestens der maximalen Eintauchtiefe, also mindestens dem Tiefgang des Schiffes, entspricht.
  • Von ihrem horizontalen Abstand sind diese Tragflügeleinrichtungen also einem weitem Abstand zur Außenhaut des Schiffes installiert, der groß genug ist, um diese Tragflügelanordnungen von der maßgeblichen Richtwirkung des Strömungsbildes, das durch die Wirkung des im Wasser eingetauchten Rumpfes entsteht, insgesamt fernzuhalten.
  • Von ihrem horizontalen Abstand sind diese Tragflügeleinrichtungen bezügliche ihrer Breitenausdehnung ebenfalls in einem bestimmten Abstand zur Außenhaut des Schiffes installiert, um diese Tragflügelanordnungen von der Wirkung des Strömungsbildes des Strömungseinflußes des Rumpfes insgesamt fernzuhalten.
  • Insbesondere die in Betriebsrichtung des Schiffes vorderen Tragflügelanordnungen sind des Weiteren oft in einer großzügigen V-Form ausgeführt, die im Anwendungsfall deutlich größer als die Breite des Schiffrumpfes ausgeführt ist und einen sehr großen Abstand davon hat. Dafür gibt es zwei maßgebliche Gründe.
  • Zum Einem kann sich das Schiff so auch bei Querlage um die Längsachse gegenüber dem Wasser abstützen. Zum Anderen ermöglicht diese V-Form dem Schiff auch bei unruhigem Gewässer mit hohem Wellengang eine dynamische Stabilität nachhaltig zu bewahren, weil die V-Form der Tragflügelanordnung dazu geeignet ist, das Schiff während schneller Fahrt dynamisch bei einer Rollbewegung hinsichtlich seiner Längsachse in eine Neutallage zurück zu führen.
  • Eine weitere Tragflügelanordnung hat die Form einer vertikal umgedrehten T-Anordnung, wobei auch hier der tragende Tragflächenabschnitt einen entsprechend großen Abstand zum Schiffsrumpf aufweist so, dass bei Fahrt der Schiffsrumpf komplett frei vom Wasser sein kann Kennzeichen dieser Tragflügeleinrichtungen ist es dabei, bei ausreichend schneller Bewegung des Schiffes durch das Fluid Wasser eine vertikale Auftriebskraft zu erzeugen, die ausreichend groß ist, um das Eigengewicht des ganzen Schiffes aus dem Wasser zu befördern und andererseits dieses Eigengewicht fortan bei der Fahrt zu tragen.
  • Dem Stand der Technik nach sind des Weiteren gerade bei größeren Schiffen Stabilisierungsflossen bekannt, die vom Schiffsrumpf wie Ruder radial nach außen weisend an diesem angebracht sind und am Schiff während der Fahrt die Bewegung, und insbesondere Rollbewegung des Schiffes zu dämpfen vermögen. Diese Flossen können dabei aus dem Schiffsrumpf ausfahrbar gestaltet sein, um bei Bedarf in Betrieb genommen werden zu werden.
  • Des Weiteren können diese Flossen aktiv und passiv arbeiten. Sind diese für den aktiven Betrieb vorgesehen, so verfügen sie zumeist über verstellbare Klappen an deren Hinterkante oder sind direkt in ihrem Einstellwinkel dynamisch regelbar im Hinblick auf die Steuervorgabe, die man um die Rollachse erreichen möchte.
  • Für Schiffe ist es generell wichtig, einen niedrigen Widerstand bei der Fahrt durch das Wasser zu erreichen. Auf diese Weise kann der Antriebsbedarf für das Schiff klein gehalten werden.
  • Ein niedriger notwendiger Antriebsbedarf führt wiederum zu einem gleichfalls niedrigem Treibstoff- und Energieverbrauch des Schiffes für eine bestimmte Transportaufgabe. Dies resultiert in vorteilhaft niedrigen Betriebskosten für das Schiff.
  • Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, den Widerstand des Schiffrumpfes während der Fahrt durch das Wasser zu senken, um vorteilhaft geringere Energieverbräuche, Umweltauswirkungen und natürlich auch Betriebskosten für das Schiff zu erreichen.
  • Auch bei Flugzeugen ist eine gute Aerodynamik für die Leistungsfähigkeit und für die grundsätzliche Funktionsfähigkeit von maßgeblicher Bedeutung. und auch hier besteht ein wichtiges Auslegungsziel darin den Luftwiderstand des Flugzeuges im Betrieb möglichst klein zu halten. In der Luftfahrt sind Winglets bekannt, deren Wirkung an dieser Stelle ausführlich erklärt wird.
  • Bekanntermaßen sind bei einem Flächenflugzeug die Tragflächen bestimmungsgemäß notwendig, um im Flug eine Druck- und Auftriebsverteilung im Fluid zu induzieren, die allgemein hin als Auftriebskraft verstanden wird und das Flugzeug im Flug zu tragen vermag. Dazu erzeugt die Tragflächenanordnung unter Relativgeschwindigkeit zum Fluid einen Unterdruck auf ihrer Oberseite und einen Überdruck auf ihrer Unterseite, in dessen Folge die Tragfläche als dynamischer Auftriebskörper eine vertikale Kraft nach oben erfährt, die als Auftrieb Wirkung entfaltet. Durch die gegensätzliche Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Tragfläche besteht jedoch im Fluid von Natur her das Bestreben, insbesondere an den äußeren Tragflächenenden einen Druckausgleich herbeizuführen.
  • Dieser Druckausgleich kann in einem bestimmten Maße durch sogenannte Winglets an den Tragflächenenden verhindert werden, die in gewisser Weise wie ein Zaun begrenzend am Tragflächenrand einwirken und den Druckausgleich erschweren.
  • Dennoch ist über die Tragflächenenden, auch im Falle von Winglets, nach wie vor ein nennenswerter Druckausgleich vorhanden, der auf der Oberseite der Tragfläche zu einer nennenswerten Geschwindigkeit- Strömungskomponente in Spannweitenrichtung zur Flächenwurzel bzw. zum Rumpf hin führt. Überlagert man diese Strömungskomponente mit der Anströmung des Flugzeuges, also im Wesentlichen mit der Fluggeschwindigkeit, so ergibt sich im Bereich der Tragflächenenden eine resultierende Anströmung d.h ein resultierender Anströmungsvektor, der zur Flugrichtung hin des Flugzeuges schräg, das heißt in einem Winkel zur Flugrichtung, erfolgt.
  • Das Winglet ist nun auf eine weitere besondere Weise dazu geeignet, diese Besonderheit der Schräganströmung in Bezug zur Flugrichtung an den Tragflächenenden vorteilhaft zu nutzen, um den Strömungswiderstand des Flugzeuges nachhaltig zu reduzieren.
  • Das Winglet ist dazu in seinem Aufbau wie ein kleiner Tragflügel entsprechend so gestaltet, dass es durch Anstellung in Bezug zur lokalen und hier schrägen Anströmung, durch geeignete Profilierung mit einem Tragflügelprofil oder auch durch Zusammenwirkung dieser Maßnahmen geeignet ist, eine strömungsbedingte Strömungskraft zu erzeugen, die gemäß den Grundsätzen der Auftriebserzeugung zunächst einmal rechtwinklig zur lokalen Anströmung gerichtet ist.
  • Da das Winglet allerdings ebenso wenig wie eine Tragfläche vollständig ideal - noch reibungsfrei arbeitet ,entfaltet sich im selben Zuge eine Widerstandskraft des Winglets, die grundsätzlich in dieselbe Richtung wie die Anströmung gerichtet ist und aus Bestandteilen von Reibungs- Druck und auftriebsbedingtem Widerstand besteht. In Zusammenwirkung der beiden Kraftkomponenten Auftrieb- und Eigenwiderstandskraft des Wingelts entsteht letztendlich eine Luftkraftresultierende, die nun etwas mehr als 90° auf der lokalen Anströmung des Winglets steht. Da das Winglet aber im Bereich der Tragflächenenden nennenswert schräg zur Flugrichtung angeströmt wird, kann es ebenfalls durch Schrägplazierung an den Tragflächenenden so ausgerichtet werden, dass die Luftkraftresultierende des Wingelts eine Kraftkomponente in Flugrichtung erzeugt. Diese Kraftkomponente wirkt damit in Flugrichtung schubwirksam und sorgt dafür, dass der Gesamtwiderstand des Flugzeuges herabgesetzt werden kann.
  • Winglets bilden somit eine spezielle erweiternde Ausformung der Tragflächenenden dar, die ohne nennenswerten Spannweitenzusatz die effektive Streckung des Flugzeuges zu erhöhen verhelfen und den Widerstand herabsetzen.
  • Die Winglets nutzen dabei die spezielle Schräganströmung zur Flugrichtung an den Tragflächenenden aus, um damit eine schubwirksame und widerstandsverringernde Kraftkomponente in Flugrichtung zu erzeugen, die die Leistung des Luftfahrzeuges im Betrieb nennesswert zu verbessern vermag.
  • Winglets setzen dabei dem Stand der Technik nach am Flügel an, um den Widerstand des Flugzeuges vorteilhaft zu verringern.
  • Generell verfügen Wasserfahrzeuge, zumeist als Bestandteil ihrer Architektur und Konfiguration, über eine Rumpfanordnung R, die die bedarfsweise Unterbringung von Nutzlast, Treibstoff, Fracht, technischen Einrichtungen, Antrieb und Waffen etc. und deren Transport ermöglicht und den notwenigen Auftrieb des Wasserfahrzeuges durch Verdrängung von Wasser bereitstellt. Gerade aus diesem Grund ist die Rumpfanordnung R meist unverzichtbar.
  • In seiner geometrischen Ausprägung weist die Rumpfanordnung ein gewisses Volumen auf.
  • Ein Rumpfanordnung R eines Wasserfahrzeuges bewegt sich während der Fahrt relativ zum Fluid Wasser. In dessen Zuge wird die Rumpfananordnung im Betrieb vom Fluid Wasser unter Geschwindigkeit umspült.
  • In dessen Folge übt die Rumpfanordnung mit ihrem Volumen als Verdrängungskörper eine Verdrängungswirkung auf das umgebende Fluid Wasser aus.
  • Unter anderem führt dies dazu, dass die Rumpfanordnung als Stromkörper unter Bewegung im Fluid einen Strömungswiderstand erfährt. Dieser Strömungswiderstand der Rumpfanordnung setzt sich dabei aus verschiedenen Widerstandsarten z.B. Reibungswiderstand, Form- bzw. Druckwiderstand, Wellenwiderstand etc. zusammen und ist bei Wasserfahrzeugen und Unterwasserfahrzeugen - als spezielle Form und Ausprägung des Wasserfahrzeuges- in seiner Gesamtheit nicht unerheblich und von daher leistungsrelevant.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe den Strömungswiderstand der Rumpfanordnung eines Wasserfahrzeuges herabzusetzen und ein Wasserfahrzeug zu schaffen, dass sich durch eine bisher unbekannte Bauart und durch eine vorteilhaft verbesserte Strömungsbeschaffenheit auszeichnet.
  • In seiner Funktion stellt eine Rumpfanordnung bestimmungsgemäß im Allgemeinen ein bestimmtes notwendiges Volumen zur Verfügung, was beispielsweise genutzt werden kann zur bedarfsweisen Zuladung von Nutzlast in Form von Passagieren, Piloten, Fracht, Treibstoff, Einrichtungen für den Antrieb, Technik und etc., das aber auch für Strukturbauteile genutzt wird, die die strukturelle Integrität des Wasserfahrzeuges gewährleisten. Bei Unterwasserfahrzeugen ist der Rumpf zudem als Druckkörper ausgeführt.
  • Grundsätzlich verfügt die Rumpfanordnung zudem als Körper geometrisch über eine Oberfläche, welche den Volumenkörper zum Fluid hin entsprechend abgrenzt. Diese Oberfläche stellt zugleich den Kontakt zum Fluid dar und ist somit auch Gegenstand des Reibungsgeschehens bei Bewegung der Rumpfanordnung innerhalb des Fluids.
  • Ein Schiffsrumpf als Beispiel einer Rumpfanordnung R eines Wasserfahrzeuges bewegt sich während der Fahrt relativ zum Fluid Wasser. In dessen Zuge wird er im Betrieb vom Fluid Wasser unter Geschwindigkeit umspült.
  • In dessen Folge übt der Rumpf mit seinem Volumen als Verdrängungskörper eine Verdrängungswirkung auf das umgebende Fluid Wasser aus.
  • Aus diesem Grund ist es bekannt, den Rumpfkörper des Wasserfahrzeuges strömungsmäßig besonders strömungsgünstig auszuformen, um einen geringen Strömungswiderstand des Rumpfkörpers zu erreichen.
  • Bei der Formgestaltung ist gerade die Anfangs- und Endsektion des Rumpfkörpers besonders wichtig.
  • So hat es sich strömungstechnisch bewährt, diese Anfangssektion der Rumpfanordnung im Raum nicht einfach stumpf mit einer Stirnfläche in etwa senkrechter Ausprägung geometrisch zu eröffnen, sondern vielmehr ist das Volumen über eine bestimmte Längserstreckung im Raum hin allmählich - zum Beispiel mit einer kontinuierlich zunehmenden stetig wachsenden Querschnittsflächenverteilung des Rumpfkörpers - in Längsrichtung zu eröffnen, um einen niedrigen Strömungswiderstand durch eine geeignete Formgebung zu erreichen. Oft erinnert diese Anfangssektion des Rumpfes an eine kegel-ähnliche Form, die in bekannter Weise technisch zu einem niedrigen Strömungswiderstand führt. Auch die Endsektion ist diesbezüglich von ihrer Formgebung speziell ausgeprägt, ist in der Länge mehr ausgezogen und erinnert oft auchan eine kegelähnliche Form. Diese Formgebung bei der Rumpfanordnung insgesamt führt auch in der Seiten- und Draufsicht der Rumpfanordnung im Allgemeinen zur einer stetig stromlinienförmigen begrenzenden Kontur charakteristischer Ausprägung, wobei der Konturenverlauf so ausgeformt ist, dass das Fluid in Längsrichtung der Rumpfformgebung gut und möglichst ohne Ablösung und Kavitation für einen geringen Widerstand folgen kann.
  • Der Konturenverlauf der Rumpfanordnung in der Seitenansicht und der Draufsicht ergibt sich somit aus den Anforderungen der Strömungstechnik und ist diesbezüglich meist stetig und stromlinienförmig ausgeprägt. Des Weiteren orientiert sich die Formgebung von ihren Bedürfnisse auch an den weiteren Anforderungen des Rumpfes. So ist entsprechend geeigneten Raum für die Unterbringung von Nutzlast zur Verfügung zu stellen, und der Rumpfkörper hat für die Transportaufgabe genügend Auftrieb zu erbringen und ist so ausgeformt, dass er eine bestimmte Geschwindigkeit erreichen kann.
  • Die eingangs beschriebene Volumenform des Strömungskörpers im Raum bringt es mit sich, dass zumindest in der erwähnten Anfangssektion und auch in der Endsektion der Rumpfanordnung abschnittsweise Oberflächenelemente der Rumpfanordnung existieren müssen, die weil sie als Anfangs- und Endsektion das Volumens des Rumpfkörpers im Raum geometrisch eröffnen bzw. abschließen, grundsätzliche geometrisch eine gewisse Neigung unterschiedlicher Ausprägung - gemessen zur Bewegungsrichtung bzw. Vorzugsbetriebsrichtung aufweisen. Da die Gesamtanströmungsrichtung jedenfalls in etwa der Bewegungsrichtung entspricht, ist diese Neigung diverser Abschnitte der Oberfläche zumindest in der Anfangs- und in der Endsektion der Rumpfanordnung ebenso auch zur anfänglichen Anströmungsrichtung der Rumpfanordnung grundsätzlich existent wie augenfällig.
  • Unter Geschwindigkeit wird die Rumpfanordnung mit ihrem Konturenverlauf durch das Fluid umströmt. Dabei bildet sich ein Stromlinienfeld aus, dass bei der Umströmung durch den Rumpfkörper im Fluid induziert wird und von der Form des Rumpfkörpers vorgegeben wird. Die Rumpfanordnung als Volumenkörper übt eine Verdrängungswirkung auf das Fluid aus und prägt diesem in seiner Umgebung ein Stromlinienfeld einer bestimmten Form auf. Das Stromlinenbild besteht aus Stromlinien. Die Stromlinien kennzeichnen hierbei die örtliche Abfolge der Richtung der Geschwindigkeit von Wasserpartikel, die an der Umströmung des Rumpfkörpers teilnehmen. Die Stromlinien orientieren sich dabei abschnittsweise an dem Konturenverlauf, also an der Form und dem Formverlauf der Rumpfanordnung. Die Formgebung des Rumpfes hat also maßgeblichen Einfluss auf die Form und Richtung desjenigen Stromlinienfeldes im Fluid, was den Rumpfkörper umgibt.
  • Die Stromlinien zeigen hierbei definitionsgemäß an, welche Richtung lokal der Wasserstrom an einer bestimmten Stelle einnimmt und wie diese Richtung sich im Längsverlauf bei weiterer Umströmung des Rumpfkörpers ändert.
  • Der Volumenkörper der Rumpfanordnung muss wie beschrieben zumindest abschnittsweise Bereiche aufweisen, in denen Oberflächenabschnitte der Rumpfanordnung insgesamt eine Neigung zur Bewegungsrichtung aufweisen. Anders ausgedrückt weist an diesen Stellen der Normalenvektor dieser Oberflächenabschnitte einen Winkel zur Bewegungsrichtungauf, der unterschiedlich zu 90° ist. Je nach Formgebung der Rumpfanordnung kann der Winkel dieser Oberflächenelemente zur Flugrichtung gerade in der Anfangssektion des Rumpfes Winkel beispielsweise nennenswerte Winkel von abschnittsweise 30°, 20° und 13°oder 5° aufweisen.
  • Bei der Umströmung der Rumpfanordnung orientieren sich auch die Stromlinien, wie beschrieben, an der Formgebung des Rumpfes, was dazu führt, dass auch diese zumindest abschnittsweise eine Richtung aufweisen, die örtlich nennenswert von der Bewegungsrichtung unterschiedlich sind.
  • Die Stromlinien wiederum weisen die örtliche Geschwindigkeitsrichtung des Wassermassenstromes aus. Demnach weist auch der Wassermassenstrom zumindest ortsweise bei der Umströmung der Rumpfanordnung eine Richtung auf, die nennenswert verschieden ist von der Bewegungsrichtung.
  • Erfindungsgemäß wird jetzt in einen solchen Bereich ein Flügelabschnitt eingebracht, der von dem Wassermassenstrom so angeströmt wird, dass die Anströmung nennenswert verschieden zur Bewegungsrichtung ist.
  • Gemäß eines ersten Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die folgenden Möglichkeiten:
    • Eine zumindest abschnittsweise halbgeschlossene Ringflügelflosse RFF, die mit Abstand D zum Schiffsrumpf R an diesem befestigt ist und diesen Schiffsrumpf R zumindest abschnittsweise umgebend in einem Bereich angeordnet ist, indem sich der Wassermassenstrom bei Fahrt im Rahmen des Stromlinienfeldes durch die Verdrängungs- und Richtungswirkung des Schiffsrumpfes R zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Bewegungsrichtung FR bewegt, und diese Ringflügelflosse RF unter lokaler Anströmung A dieses von der Bewegungsrichtung FR richtungsverschiedenen Wassermassenstroms eine resultierende Strömungskraft SK erzeugen kann, die eine in Bewegungsrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR enthält so, dass die in Bewegungsrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf den Schiffsrumpf R entgegen seiner Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
  • Eine zumindest abschnittsweise Ringflügelflosse RFF, die mit Abstand D zum Bugwulst BW eines Schiffsrumpfs R angeordnet ist und diese am Schiffsrumpf R befestigt ist und diesen Bugwulst BW zumindest abschnittsweise umgebend in einem Bereich angeordnet ist, indem sich der Wassermassenstrom bei Fahrt im Rahmen des Stromlinienfeldes durch die Verdrängungs- und Richtungswirkung des Bugwulsts BW des Schiffsrumpfes R zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Bewegungsrichtung FR bewegt, und diese Ringflügelflosse RF unter lokaler Anströmung A dieses von der Bewegungsrichtung FR richtungsverschiedenen Wassermassenstroms eine resultierende Strömungskraft SK erzeugen kann, die eine in Bewegungsrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR enthält so, dass die in Bewegungsrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf den Schiffsrumpf R entgegen der Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
  • Mindestens eine Schiffsrumpfanordnung RA, diese mit einer Oberfläche O, welche die Schiffsrumpfanordnung RA hin zum Wasser abgrenzt, wobei die Schiffsrumpfanordnung RA bei Fahrt unter Relativbewegung zum Wasser auf das Fluid eine Verdrängungswirkung ausübt und damit dem Wasser in seiner Umgebung ein richtungsgebendes Stromlinienfeld mit lokal verschiedenen Richtungen aufprägt, wobei sich die lokalen Richtungen des Stromlinienfeldes wiederum an dem Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Schiffsrumpfanordnung RA mit orientieren.
    wobei:
    • in das Stromlinienfeld, das durch die Schiffsrumpfanordnung RA auf das Fluid in seiner Umgebung bei Fahrt durch das Wasser induziert wird, in einem ausgezeichneten Bereich, in dem zumindest die lokale Anströmung A, auch bedingt durch den Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Schiffsrumpfanordnung RA, abschnittsweise richtungsverschieden zur Bewegungsrichtung FR ist, mindestens ein Flügelflossenabschnittes RF eingebracht ist und vom Wasser angeströmt wird, welcher
      • • an der Schiffsrumpfanordnung RA befestigt ist, und
      • • eine Quererstreckung in Form einer Spannweite S aufweist, und
      • • dieser Flügelflossenabschnitte RF zumindest in Richtung seiner Spannweite S im Verlauf zumindest abschnittsweise dem Verlauf der Kontur der Oberfläche O der Schiffsrumpfanordnung RA nach entsprechend gekrümmt umgibt
      • • über einen Großteil seiner Spannweite S ein Abstand D zur Oberfläche O der Schiffsrumpfanordnung RA besteht so, dass er sowohl auf seiner Unterseite US - als auch auf seiner Oberseite OS vom Wasser bei Fahrt umströmt werden kann so,
      dass dieser Flügelflossenabschnitt RF unter lokaler Anströmung A dieses von der Bewegungsrichtung FR richtungsverschiedenen Wassermassenstroms, eine solche resultierende Strömungskraft SK erzeugen kann, die von ihrer Wirkrichtung in Bewegungsrichtung FR geneigt ist und damit eine in Bewegungsrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR enthält so, dass die in Bewegungsrichtung FR wirksame Kraftkomponente VOR auf die Schiffsrumpfanordnung RA entgegen seiner Widerstandskraft W vortriebswirksam wirkt.
  • Ein Wasserfahrzeug WF mit mindestens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-4.
  • Ein Unterwasserfahrzeug UWF mit mindestens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-5.
  • Ein Torpedo TP mit mindestens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-6, wobei der Schiffsrumpf R durch die Rumpfanordnung RA bzw. durch den Verdrängungskörper des Torpedos TP gebildet wird.
  • Verwendung einer Schiffsrumpfanordnung RA mit wenigstens einem Schiffsrumpf R oder eines Wasserfahrzeuges WF oder Unterwasserfahrzeuges UWF oder Torpedos TP nach wenigstens einem der Ansprüche 1-7.
  • Erzeugung von Vortrieb VT durch zumindest einen eine Rumpfanordnung RA zumindest abschnittsweise umgebenden und an ihr angebundenen Flügelflossenabschnittes RF durch Anströmung dieses mindestens einen Flügelflossenabschnittes RF bei Fahrt durch das Wasser mit einer von der Bewegungsrichtung FR richtungsverschiedenen lokalen Anströmung A durch das insbesondere von der Rumpfanordnung RA im Wasser induzierte richtungsgebendes Stromlinienfeld.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens eine Flosse zumindest anteilig beheizbar ausgeführt, um auch Fahrten in vereisungsgefährdeten Gewässern zu ermöglichen.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens ein Flügelabschnitt selektiv in seiner Ausrichtung zum anströmenden Wasserstrom im Einstellwinkel verstellbar ausgeführt so, dass der Abstand D z.B. von der Position der größten Dicke an der Flosse zur Oberfläche der Rumpfanordnung Variabel ist.
  • In einer Weiteren Ausführungsform sind die Flossen in der Anströmung einen Nullauftriebswinkel (Nullkraftwinkel) verfahrbar, sie können zumindest anteilig in den Rumpf eingefahren werden oder an den Rumpf selektiv angeklappt oder angefaltet werden, so dass sich ein Effekt auf ihre Wirkung ergibt oder sie selektiv disaktiviert werden können.
  • Die Beschreibung wird noch ergänzt ...
  • Weitere Zeichnungen folgen...
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen folgt ...
  • Ausführliche Beschreibungen der Zeichnungen folgt...
  • Bezugszeichenliste folgt ...

Claims (11)

  1. Eine zumindest abschnittsweise Ringflügelflosse (RF), die mit Abstand (D) zum Schiffsrumpf (R) an diesem befestigt ist und diesen Schiffsrumpf (R) zumindest abschnittsweise umgebend in einem Bereich angeordnet ist, indem sich der Wassermassenstrom bei Fahrt in Bewegungsrichtung (FR) im Rahmen des Stromlinienfeldes durch die Verdrängungs- und Richtungswirkung des Schiffsrumpfes (R) zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Bewegungsrichtung (FR) bewegt, und diese Ringflügelflosse (RF) unter lokaler Anströmung (A) dieses von der Bewegungsrichtung (FR) richtungsverschiedenen Wassermassenstroms eine resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, die eine in Bewegungsrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) enthält so, dass die in Bewegungsrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) auf den Schiffsrumpf (R) entgegen seiner Widerstandskraft (W) vortriebswirksam wirkt.
  2. Eine zumindest abschnittsweise Ringflügelflosse (RFF), die mit Abstand (D) zum Bugwulst (BW) eines Schiffsrumpfs (R) angeordnet ist, und diese am Schiffsrumpf (R) befestigt ist und an diesem Bugwulst (BW) zumindest abschnittsweise umgebend in einem Bereich angeordnet ist, indem sich der Wassermassenstrom bei Fahrt in Bewegungsrichtung (FR) im Rahmen des Stromlinienfeldes durch die Verdrängungs- und Richtungswirkung des Bugwulsts (BW) und des Schiffsrumpfes (R) zumindest abschnittsweise richtungsverschieden zur Bewegungsrichtung (FR) bewegt, und diese Ringflügelflosse (RFF) unter lokaler Anströmung (A) dieses von der Bewegungsrichtung (FR) richtungsverschiedenen Wassermassenstroms eine resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, die eine in Bewegungsrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) enthält so, dass die in Bewegungsrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) auf den Schiffsrumpf (R) entgegen der Widerstandskraft (W) vortriebswirksam wirkt.
  3. Mindestens eine Schiffsrumpfanordnung (RA), diese mit einer Oberfläche (O), welche die Schiffsrumpfanordnung (RA) hin zum Wasser abgrenzt, wobei die Schiffsrumpfanordnung (RA) bei Fahrt in Bewegungsrichtung (FR) unter Relativbewegung zum Wasser auf das Fluid eine Verdrängungswirkung ausübt und damit dem Wasser in seiner Umgebung ein richtungsgebendes Stromlinienfeld mit lokal verschiedenen Richtungen aufprägt, wobei sich die lokalen Richtungen des Stromlinienfeldes wiederum an dem Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Schiffsrumpfsanordnung (RA) mit orientieren. wobei: in das Stromlinienfeld, das durch die Schiffsrumpfanordnung (RA) auf das Fluid in seiner Umgebung bei Fahrt durch das Wasser induziert wird, in einem ausgezeichneten Bereich, in dem zumindest die lokale Anströmung (A), auch bedingt durch den Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Schiffsrumpfanordnung (RA), abschnittsweise richtungsverschieden zur Bewegungsrichtung (FR) ist, mindestens ein Flügelflossenabschnittes (RF) eingebracht ist und vom Wasser angeströmt wird, welcher • an der Schiffsrumpfanordnung (RA) befestigt ist, und • eine Quererstreckung in Form einer Spannweite (S) aufweist, und • dieser Flügelflossenabschnitte (RF) zumindest in Richtung seiner Spannweite (S) im Verlauf zumindest abschnittsweise dem Verlauf der Kontur der Oberfläche (O) der Schiffsrumpfanordnung (RA) nach entsprechend umgibt • über einen Großteil seiner Spannweite (S) ein Abstand (D) zur Oberfläche (O) der Schiffsrumpfanordnung (RA) besteht so, dass er sowohl auf seiner Unterseite (US) - als auch auf seiner Oberseite (OS) vom Wasser bei Fahrt umströmt werden kann so, dass dieser Flügelflossenabschnitt (RF) unter lokaler Anströmung (A) dieses von der Bewegungsrichtung (FR) richtungsverschiedenen Wassermassenstroms, eine solche resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, die von ihrer Wirkrichtung in Bewegungsrichtung (FR) geneigt ist und damit eine in Bewegungsrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) enthält so, dass die in Bewegungsrichtung (FR) wirksame Kraftkomponente (VOR) auf die Schiffsrumpfanordnung (RA) entgegen seiner Widerstandskraft (W) vortriebswirksam wirkt.
  4. Wenigstens eine Schiffsrumpfanordnung (R) für ein Wasserfahrzeug (WF) oder Unterwasserfahrzeug (UWF), diese mit einer Außenhaut als Oberfläche (O), welche diese Schiffsrumpfanordnung (R) zu dem Fluid Wasser abgrenzt, und bei Fahrt als Begrenzung dem Fluid ein zumindest abschnittsweise von der Fahrtrichtung (FR) richtungsverschiedenes Stromlinienfeld aufprägt, wobei diese Schiffsrumpfanordnung (R) mindestens eine zumindest abschnittsweise ausgeführte weitere Haut hat, welche die Schiffsrumpfanordnung (R) zumindest abschnittsweise radial umgibt, jedoch von beiden Seiten, das heißt auf ihrer Oberseite (OS) und auf ihrer Unterseite (US), Bei Fahrt vom Fluid umspült werden kann, und so aerodynamisch ausgestaltet ist, dass diese bei Fahrt in Fahrtrichtung (FR) eine resultierende Strömungskraft (SK) erzeugen kann, die eine vortriebswirksame Kraftkomponente (VOR) in Fahrtrichtung (FR) mit umfasst, welche auf diese wenigstens eine Schiffsrumpfanordnung (R) übertragen werden kann.
  5. Eine Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-4, wobei wenigstens eine Flosse im Betrieb im Abstand (D) zur Oberfläche (O) selektiv verstellbar ausgeführt ist.
  6. Eine Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-5, wobei mindestens eine Flosse zumindest anteilig beheizbar ausgeführt ist.
  7. Eine Rumpfanordnung (RA) mit mindestens einem Schiffsrumpf (R), wobei die Rumpfanordnung mindestens eine Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-6 mit umfasst.
  8. Ein Wasserfahrzeug (WF) oder Unterwasserfahrzeug (UWF) mit mindestens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-7.
  9. Ein Torpedo (TP) mit mindestens einer Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-8, wobei der Schiffsrumpf (R) durch die Rumpfanordnung (RA) als der Verdrängungskörper des Torpedos (TP) gebildet wird.
  10. Verwendung einer Flosse, einer Schiffsrumpfanordnung (RA), eines Schiffsrumpf (R), eines Wasserfahrzeuges (WF), eines Unterwasserfahrzeuges (UWF) oder Torpedos (TP) nach wenigstens einem der Ansprüche 1-9.
  11. Erzeugung von Vortrieb (VT) zur Abschwächung des Widerstandes (W) eines Fahrzeuges, welches sich in eine Bewegungsrichtung (FR) bewegt, durch zumindest einen, mindestens einen Verdrängungskörpers des Fahrzeuges zumindest abschnittsweise umgebenden und an ihr angebundenen Flügelflossenabschnittes (RF), durch Anströmung dieses mindestens einen Flügelflossenabschnittes (RF) bei Bewegung durch ein Fluid mit einer von der Bewegungsrichtung (FR) richtungsverschiedenen lokalen Anströmung (A), die durch das insbesondere von mindestens einem Verdrängungkörpers des Fahrzeuges im Fluid induzierte richtungsgebende Stromlinienfeld aufgeprägt wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102023114046A1 (de) 2022-05-29 2023-12-14 Malte SCHWARZE Fluiddynamisches Element zur Widerstandsabschwächung

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