DE4406214B4

DE4406214B4 - Rumpfverbesserung zur Stabilisierung von Wirbeln

Info

Publication number: DE4406214B4
Application number: DE4406214A
Authority: DE
Inventors: Iriarte D Jose Javier Doria
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2014-02-26
Also published as: ES2064261R; ES2064261A2; DE4406214A1; ES2064261B1; US5449136A

Abstract

Festkörper (1), der sich relativ zu einem ihn umströmenden Fluid in einer Bewegungsrichtung (2) bewegt, wobei der Festkörper (1) einen Rumpf hat, der ein hinteres stumpfes Ende aufweist, das die Rückseite (3) des Festkörpers (1) bildet, wobei die Rückseite (3) mit einer Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine umlaufende Vertiefung (10) umfasst, die entlang der Innenseite einer den gesamten Umriss der Rückseite (3) kontinuierlich umgebenden Kante (9), an der eine Strömungsschicht (4) des strömenden Fluids vom Rumpf abreißt, verläuft und in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung (2) eine Ringform aufweist, um in der Vertiefung (10) einen Wirbel (5) aufzunehmen, der in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung (2) eine der Ringform der Vertiefung (10) entsprechende Ringform aufweist, und um ein durch die Schleppkraft der abgerissenen Strömungsschicht (4) bewirktes Ablösen des Wirbels (5) von der Rückseite (3) des Festkörpers (1) zu erschweren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Festkörper, der sich relativ zu einem ihn umströmenden Fluid in einer Bewegungsrichtung bewegt, wobei der Festkörper einen Rumpf hat, der ein hinteres stumpfes Ende aufweist, das die Rückseite des Festkörpers bildet, wobei die Rückseite mit einer Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln versehen ist.
ZWECK DER ERFINDUNG
Die Anwendungsgebiete können sehr verschieden sein und gehen von der Luftfahrt über die Schiffahrt bis zum Automobilbau einschließlich aller technischen Probleme, bei denen ein Festkörper von einem beliebigen Fluid mit einer relativen Bewegung umströmt wird.
VORGESCHICHTE DER ERFINDUNG
Der Antragsteller selbst ist Inhaber des Patents mit der Nummer ES 2011680 A6 .
Aus theoretischer Sicht sollte auf folgendes hingewiesen werden:
PARADOXON VON D'ALEMBERT
Ein Zylinder bewegt sich in einem idealen Fluid ohne jeden Widerstand.
Als ideales Fluid wird ein Fluid angenommen, dessen Viskosität "0" ist. Wasser oder Luft aber, die die zwei technisch interessantesten Fluide sind und BEIDE EINE SEHR GERINGE VISKOSITÄT haben, würden einem sich bewegenden Zylinder in Wirklichkeit EINEN HOHEN WIDERSTAND bieten.
THEORIE VON PRANDTL
Prandt1 berücksichtigte das Paradoxon von D'Alembert und die zwei sich daraus ergebenden Konzepte in bezug auf die Strömungstechnik:

– Die Grenzschicht
– Das Ablösen der Grenzschicht

Bereits 1904 hat Prandt1 bei seinen ersten Arbeiten mit der "Grenzschicht" diese Schicht künstlich VERÄNDERT. Diese Veränderung erreichte er mit verschiedenen Methoden, Ein allgemeiner Überblick über den heutigen Stand der Forschung in diesem Thema ist in dem Werk enthalten: BOUNDARY LAYER ÄND FLOW CONTROL, herausgegeben von: G.V. Lachmann.

DIE KARMANSCHEN WIRBEL

Die Beobachtung bezieht sich auf das, was am hinteren Teil eines wenig stromlinienförmigen Körpers geschieht, der sich in einem Fluid bewegt, oder wenn es sich um einen statischen Körper handelt, der von einem strömenden Fluid umgeben ist.

Von Karman vermerkte, daß sich die genannten Wirbel ablösen und eine Spur hinterlassen. Diese Spur ist als "Karmansche Wirbelstraße" bekannt.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung hat Rumpfverbesserungen zur Erreichung der Stabilisierung von Wirbeln zum Gegenstand, wobei folgendes erreicht werden soll:

– Verbesserung der strömungsdynamischen Bedingungen eines von einem Fluid umströmten Körpers.
– Zu diesem Zweck wird der betreffende Körper mit einem kurzen hinteren Rumpf oder einem stumpfen Rumpf versehen.
– Der Rumpf wird derart konstruiert, daß Schleppeffekte und Schwingungen, die durch die von der Oberfläche des betreffenden Körpers abgelöste Strömung entstehen, weitgehendst vermieden werden.

In letzter Instanz wird schließlich eine bestimmte Anordnung des RUMPFES gefordert, mit der der gewünschte Zweck anhand von Naturgesetzen erreicht wird.

THEORETISCHE GRUNDLAGEN

Für die praktische Gestaltung der für den verbesserten Rumpf anwendbaren Konstruktion werden anhand von theoretischen Grundlagen eine Reihe von Schritten gemacht.

Bereits in dem Erfindungspatent ES 2011680 A6 in Spanien wurden Möglichkeiten analysiert, um folgendes zu erreichen:

– Verringerung der Schleppkraft
– sowie Möglichkeiten, die durch das Ablösen des Fluids verursachten Schwingungen zu verringern.

Gegenwärtig hält man es für normal, daß es ein Ablösen der Strömungsschicht gibt und der Grund dafür der ist, daß es keine Fluide "OHNE VISKOSITÄT" gibt. Das Fluid "OHNE VISKOSITÄT" existiert nicht.

Ebenfalls wird akzeptiert, daß in der "GRENZSCHICHT" Wirkungen und Phänomene erzeugt werden, die für das Ablösen der Strömungsschicht von der Festkörperoberfläche verantwortlich sind; diese Phänomene würden nicht auftreten, wenn die Viskosität "0" wäre.

Folglich ist dieses ABLÖSEN die Ursache der AERODYNAMISCHEN SCHLEPPWIRKUNG.

Wir leugnen unsererseits nicht, daß die Viskosität diesen schädlichen Einfluß ausübt, aber wir fügen noch hinzu: DAS ABLÖSEN IST UNVERMEIDLICH, selbst bei einem Fluid, das idealerweise inkompressibel ist und KEINE VISKOSITÄT hat, wenn der Körper UNGEEIGNET STROMLINIENFÖRMIG IST.

Ein nicht stromlinienförmiger, wenig stromlinienförmiger oder ungenügend stromlinienförmiger Festkörper verursacht deshalb selbst in einem idealen Fluid unweigerlich das Ablösen des Fluids.

Die vorhergehenden Ausführungen bringen uns zu Schlußfolgerungen, die die Grundlage für die Auslegung des VERBESSERTEN RUMPFES darstellen.

– Unsere Schlußfolgerung lautet:

Wenn man versucht, daß das Fluid am Festkörper haften bleibt und das Ablösen der Strömungsschicht vermieden wird, erhält man als praktisches Ergebnis nicht immer eine Verringerung der Schleppwirkung.

Diese Schlußfolgerung begründen wir wie folgt: Das aerodynamische Ablösen ist auf ein Übermaß an Wölbungen (sehr kleine Radien) im Körper zurückzuführen.

Bei großen Wölbungen (kleine Radien) entstehen am hinteren Rumpf hohe Zentrifugalkräfte (niedrige Drücke und hohe Geschwindigkeiten) und das führt notgedrungen zu einer starken Vergrößerung der Sektion der Strömungsschicht; dadurch erhöht sich der Durchsatz von Masse und auf diese Weise wird das Gesetz der Kontinuität nicht erfüllt, weil die Beständigkeit oder die Dauer des Massendurchsatzes nicht gehalten werden kann.

Wir sind uns bewußt, daß es nicht immer möglich ist, die Wölbungen in der Auslegung eines Rumpfes abzuschwächen, und auch nicht immer möglich ist, einen längeren Rumpf zu konstruieren, weil das die Merkmale des Feststoffes in bezug auf seine konkrete Verwendung verhindern.

Aus diesem Grunde konzentriert sich die Anwendung dieser Erfindung auf diejenigen Fälle, in denen ein stumpfer Abbruch des theoretischen Rumpfes möglich ist und damit versucht wird, daß die unweigerlich abgelöste Strömung dem Festkörper den geringsten dynamischen Schaden zufügt. Damit führen wir ein Konzept praktischer Art ein: den RUMPF FÜR DIE ABGELÖSTE STRÖMUNG.

Bis hierher wurde die Existenz eines weiteren Phänomens vernachlässigt, das in der vorliegenden Studie aber nicht außer Acht gelassen werden darf: Das Vorhandensein von Wirbeln, die Turbulenzen verursachen.

Die Definition einer Turbulenz ist nicht einfach. Eine Turbulenz wird häufig als ein unregelmäßiger Strom innerhalb eines Hauptstroms definiert. Zwar ist das eine sehr deskriptive Definition, aber wir fragen uns, wie diese einzelnen Ströme in einem idealen Fluid aussehen.

In diesem Sinne halten wir die folgende Definition für besser:
Eine Turbulenz ist das, was von einer Teilströmung eines Fluids verursacht wird, die im Vergleich zu dem gleichförmigen Strom, in dem sie eingeschlossen ist, eine hohe kinetische Energie besitzt, wobei auf der die beiden Massen trennenden Fläche keine Diskontinuität des Drucks herrscht.

Die Begründung dieser Definition stützt sich darauf, daß wenn es möglich ist, daß ein Festkörper in einem idealen Fluid über seine eigene kinetische Energie verfügt, ohne daß sich dieses Fluid energetisch verändert, DANN IST ES AUCH MÖGLICH, daß es eine strömende Masse mit ihrer eigenen kinetischen Energie in einer anderen Masse des stationären Fluids gibt.

Unter dieser Voraussetzung muß man logischerweise folgendes denken: Damit die energieaufgeladene Masse ohne jede Strömung mit dem Rest des Fluids eingeschlossen bleibt, MUSS AUF BEIDEN IN KONTAKT STEHENDEN SEITEN EINE TRENNUNG MIT IDENTISCHEM DRUCK VORHANDEN SEIN.

Das läßt vermuten, daß darin eine identische Geschwindigkeit oder ein REIBUNGSLOSES Gleiten in eingeschlossenen Kernen herrscht.

Nach dieser Definition der Turbulenz kommen wir zur Realität des Phänomens und können sagen, daß das bei den Versuchen beobachtete Ergebnis richtig ist.

Wird ein wenig stromlinienförmiger Festkörper vom Strom eines Fluids umströmt, dann entstehen am hinteren Teil dieses Festkörpers Wirbel, die bereits VON KARMAN beschrieben hat, und die eine Folgeerscheinung des Ablösens dieser Wirbel sind, und dieses Ablösen hiterläßt eine Spur, die als Karmansche Wirbelstraße bekannt ist.

Diese Beobachtung wird schematisch in Bild 1 dargestellt.

1 Ist ein Umlaufkörper, der als Beispiel dient und im Bild mit einem beliebigen Querschnitt gemäß (A-A) von Bild 4 dargestellt ist. Dieser Körper bewegt sich (2) in einem Strom und ist nur schwach stromlinienförmig, was anhand der Oberfläche (3) gezeigt wird.

4 Ist die abgelöste Strömung, die mit konstantem Druck strömt, sobald sich der Körper (1) nach (2) bewegt.

5 Ist eine anfänglich eingeschlossene Strömung, die aber in Wirklichkeit nicht so bleibt, weil Reibungskräfte vorhanden sind, die von (4) und durch die Viskosität des Fluids verursacht werden. Diese anfänglich eingeschlossene Strömung führt eine Drehbewegung aus, die genau der Bewegung entspricht, die den Wirbel hervorruft. Dieses Bild zeigt also die Bildung des Wirbels; ein Wirbel, der danach abgelöst wird. Dieses Ablösen verursacht dann die bereits erwähnte Turbulenz in der Zone (6).

Vertieft man jedoch die dargelegte Theorie, muß eine weitere Beobachtung erwähnt werden, die in Bild 2 dargestellt ist.

Dieser Wirbel (5) hat die Bildung eines inneren Kerns (8) verursacht, der ebenfalls eingeschlossen ist. Geht man davon aus, daß die Darstellung auf diesem Bild ein einfacher Schnitt ist und dieser Schnitt einer von vielen ist, den man vom hinteren Teil des Festkörpers machen kann, hat man in Wirklichkeit den Schnitt eines Wirbels, der als Ganzes eine ringförmige Figur ist, die wie folgt definiert werden kann:

– Eine ringförmige Figur, von der unter (5) ein Querschnitt dargestellt wird.
– In ihrem Innern befindet sich ein eingschlossener Kern des Fluids (8) als gleichförmige Strömung mit einem Druck, der geringer als der äußere Druck ist.
– Dieses eingeschlossene Fluid (8) bildet wiederum eine weitere ringförmige Figur.
– Zwischen den beiden ringförmigen (5) und (8) bewegt sich das Fluid (7) im Kreis.

Dieses in Bild 1 und 2 dargestellte Phänomen gilt für jeden Festkörper (1), bei dem ein Ablösen gemäß (4) stattfindet. Es wurde festgehalten, daß innerhalb der Kerne (5) einzelne Wirbel (7) mit einem niedrigeren Druck als die übrigen äußeren Strömungen entstehen, (ein ähnliches Phänomen wie bei der atmosphärischen Bildung eines Sturms) und diese Kerne verursachen wiederum weitere Querströmungen, die sich ebenfalls ringförmig schließen können. Die erzeugten Kerne (7) wachsen, vergrößern ihren Durchmesser bis sie zu den Kernen (5) werden, verformen durch ihr Anwachsen die Oberfläche der Ablösungsschichten (4) und erzeugen auf diese Weise neue aerodynamische Schichten, die ihr Ablösen ermöglichen. Auf diese Weise entstehen die bekannten und sichtbaren erratischen (wandelnden) Turbulenzen, die unter bestimmten Umständen als Karmansche Wirbelstraße bekannt sind und sich gerade durch ihre Alternanz auszeichnen. Diese Alternanz ist durch eine Art "Fahneneffekt" verursacht, wonach durch das Ablösen einer Masse auf der einen Seite die andere Schicht durch den Saugeffekt verformt wird und dadurch der Ablösevorgang wechselseitig erfolgt.

Anzumerken ist, daß gleichzeitig mit dem Anwachsen dieser Kerne (5) weitere innere Kerne (7) entstehen, denen Masse zugeführt wird und die sich schraubenförmig um den eingeschlossenen Kern (8) bewegen. Nachdem bereits auf die Bildung der genannten Wirbel und den dafür verantwortlichen Vorgang hingewiesen wurde, sind wir der Meinung, daß sie folgende dynamische Eigenschaften auf den Festkörper ausüben:

– Im Schema von Bild 1 und 2 sehen wir, daß diese Wirbel (5) anfänglich auf dem Festkörper (1) auf der Rumpfoerfläche (3) aufliegen und darauf einen Druck ausüben.

Masse und Energie wird ihnen von der abgelösten Strömung zugeführt (4). Dabei wird eine hohe Bewegung von der abgelösten Schicht (4) auf die eingeschlossenen Kerne (5) übertragen.

– Neue innere Kerne (7) entstehen und wachsen ebenfalls.
– Sie kollidieren und werden von der Schleppkraft der abgelösten Strömung (4) mitgerissen und verändern auf ungünstige Weise die Drücke in verschiedenen Zonen, selbst in den vorderen Zonen des Festkörpers.
– Diese rhythmischen Veränderungen, ausgelöst durch die aufeinanderfolgenden Aufprall- und Ablösevorgänge, verursachen die Schwingungen, die auch der Festkörper spürt.
– Bei der Zunahme ihres Durchmessers wachsen die Kerne (7) koaxial um den Kern (8), der sich in einer stationären Strömung befindet.

Die vorliegende Erfindung geht von einem Festkörper aus, der sich relativ zu einem ihn umströmenden Fluid in einer Bewegungsrichtung bewegt und folglich von einem Fluid, insbesondere von Luft oder Wasser, umströmt wird. Der Festkörper weist ein hinteres, stumpfes Ende auf, welches die Rückseite des Festkörpers bildet und dem strömenden Fluid abgewandt ist.

Der Nachteil eines derartig geformten Rumpfes ist, dass hinter dem Festkörper unweigerlich Wirbel entstehen, die durch die Schleppkraft der an der hinteren Strömungsabrisskante oder -kanten abgerissenen Strömungsschicht von der Rückseite des Festkörpers abgelöst werden, so dass an der Stelle unmittelbar ein neuer Wirbel erzeugt wird. Auf diese Weise entstehen hinter dem Festkörper sogenannte Wirbelstraßen, die sich in ungünstiger Weise auf die Drücke um den Festkörper herum bis hin zu den vorderen Zonen des Festkörpers auswirken. Außerdem entstehen unerwünschte Schwingungen, die im gesamten Festkörper zu spüren sind.

Aus der US 4,455,045 ist ein Festkörper, nämlich die Karosserie eines Fahrzeugs, mit einem Rumpf beschrieben, der ein hinteres stumpfes Ende aufweist, welches die Rückseite des Festkörpers bildet. Um die Straßenlage des Fahrzeugs zu verbessern und den Auftrieb zu verringern, ist ferner eine Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln vorgesehen. Die Einrichtung umfasst eine Vielzahl an länglichen Vertiefungen die sich über Teile des hinteren stumpfen Endes erstrecken, aber auch gleichzeitig seitlich am Fahrzeug oder unter dem Fahrzeug verlaufen. Diese schlitzförmigen Vertiefungen sollen spiralförmige Wirbelspuren erzeugen, die in bestimmte, aerodynamisch günstige Richtungen geleitet werden.

Ein Ablösen von Wirbeln und die Bildung von Wirbelstraßen, die sich in ungünstiger weise auf die Drücke um den Festkörper herum auswirken sowie unerwünschte Schwingungen können dadurch aber kaum reduziert werden. Im Gegenteil, hier werden die Wirbel sogar absichtlich so beeinflusst, dass sie sich zwingend ablösen.

Weitere Möglichkeiten zur Beeinflussung von Wirbeln, insbesondere bei Tragflächen eines Flugzeugs, werden in der GB 2 129 908 A , in der US 2,899,150 , in der FR 825,134 sowie in der DE 2 033 995 A beschrieben. Dabei sind zur Beeinflussung der Wirbel Vertiefungen oder Hohlräume in der Ober- bzw. Unterseite, an der das die Wirbel bildende Medium seitlich entlang strömt, gebildet, wobei die jeweiligen Öffnungen senkrecht zur Strömungsrichtung weisen. Ein Stabilisierungseffekt tritt bei den Wirbeln aufgrund dieser Maßnahmen aber kaum oder zumindest nur in unzureichendem Maße auf.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Rumpf, also die äußere Hülle des Festkörpers, derart weiterzubilden, dass bei den Wirbeln ein Ablösen verhindert wird und ein verbesserter Stabilisierungseffekt erreicht wird.

Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Festkörper, der sich relativ zu einem ihn umströmenden Fluid in einer Bewegungsrichtung bewegt, wobei der Festkörper einen Rumpf hat, der ein hinteres stumpfes Ende aufweist, das die Rückseite des Festkörpers bildet, wobei die Rückseite mit einer Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln versehen ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einrichtung eine umlaufende Vertiefung umfasst, die entlang der Innenseite der den gesamten Umriss der Rückseite kontinuierlich umgebenden Kante, an der eine Strömungsschicht des strömenden Fluids vom Rumpf abreißt, verläuft und in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung eine Ringform aufweist, um in der Vertiefung einen Wirbel aufzunehmen, der in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung eine der Ringform der Vertiefung entsprechende Ringform aufweist, und um ein durch die Schleppkraft der abgerissenen Strömungsschicht bewirktes Ablösen des Wirbels von der Rückseite des Festkörpers zu erschweren.

Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Festkörper, der sich relativ zu einem ihn umströmenden Fluid in einer Bewegungsrichtung bewegt, wobei der Festkörper einen Rumpf hat, der ein hinteres stumpfes Ende aufweist, das die Rückseite des Festkörpers bildet, wobei die Rückseite mit einer Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln versehen ist, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Festkörper in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung eine längliche Form hat, wobei die Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln zwei längliche, aneinanderliegende Vertiefungen aufweist, die jeweils entlang der Innenseite der den Umriss der Rückseite umgebenden Kante verlaufen, an der eine Strömungsschicht des strömenden Fluids vom Rumpf abreißt, um in jeder der beiden Vertiefungen jeweils einen Wirbel aufzunehmen, wobei die beiden Wirbel in einem Schnitt längs zur Bewegungsrichtung eine jeweils gegenläufige Drehrichtung haben, und um ein durch die Schleppkraft der abgerissenen Strömungsschicht bewirktes Ablösen der Wirbel von der Rückseite des Festkörpers zu erschweren.

Nach der Beschreibung der theoretischen Grundlagen der Erfindung und Aufzeichnung der Ergebnisse unserer Forschung soll nun die vorhergehende Beschreibung für die Konstruktion eines VERBESSERTEN RUMPFES genutzt werden, UM BEI DEN WIRBELN EINEN STABILISIERUNGSEFFEKT ZU ERREICHEN.

Die Verwendung des Rumpfes kann sehr variabel sein und hängt vom Objekt ab, für den er verwendet wird.

Für den in der vorliegenden Erfindung definierten Rumpf ist folgendes erforderlich (siehe Bild 3 und 4):

– Das Vorhandensein einer KANTE (9), die in irgendeiner Weise kontinuierlich den gesamten Umriß des Rumpfes umgibt, einschließlich des möglichen Wegfalls von Seitenverbindungen, wenn es sich um einen länglichen Rumpf handelt.
– Unmittelbar am Inneren dieser KANTE (9) ist eine ANLIEGENDE VERTIEFUNG vorgesehen, die als Ganzes eine KONTINUIERLICHE UND IN SICH GESCHLOSSENE VERTIEFUNG ist und sich an die Form der KANTE (9) anpaßt.
– Zweck dieser VERTIEFUNG (10) ist es, das eingeschlossene Fluid (5) aufzunehmen und soweit wie möglich zu vermeiden, daß sich dieses eingeschlossene Fluid (5) ablöst und mit Energie und Masse aufgeladen wird.
– Die VERTIEFUNG (10) muß deshalb weit sein und darf keine Nasen und Rauhigkeiten aufweisen, um die freie Drehbewegung des eingeschlossenen Kerns (5) nicht zu beeinflussen.
– Die Rundung ist einem Kreisbogen sehr ähnlich, allerdings mit einer großen Ausdehung, damit eine tiefe Aushöhlung entsteht, die den sich drehenden Kern aufnehmen und zurückhalten kann.
– Wenn die Form des Körpers, der mit diesem Rumpf versehen wird, eine mehr oder weniger längliche Form (11) erfordert, wie in Bild 5 dargestellt, ergibt sich im inneren Teil zwischen den Vertiefungen (10) eine Verrippung (13), die in jeder Rumpfsektion das bereits festgestellte Prinzip vervollständigt.
– Durch diese weite Aufnahme oder Vertiefung (10) und den Umstand, daß die KANTEN (9) oder (12), je nach Rumpfform, den gesamten Rumpf umriß umgeben, wird eine KONTROLLE UND EINE DYNAMISCHE NUTZUNG in der gesamten ANWENDUNGSZONE erreicht, insbesondere in der Zone, in der der Ablösevorgang (4) erfolgt, da der EINGESCHLOSSENE KERN (5) mit höchster Effektivität zurückgehalten wird.
– Selbst bei extrem verlängerten Körpern wie zum Beispiel dem Flügel eines Flugzeugs könnten die Seitenverbindungen der VERTIEFUNGEN (10) weggelassen werden und trotz diesem Wegfall würde die gleiche günstige Wirkung erzielt, sofern im restlichen Flügelprofil die ZWEI VERTIEFUNGEN (10) über die ganze Rumpflänge beibehalten werden, die die EINGESCHLOSSENEN KERNE (5) aufnehmen und zurückhalten.

Folgende Vorteile werden erzielt (siehe Bild 3):

– Man erreicht eine Trennung zwischen der Schicht (4) des abgelösten Fluids und der einzuschließenden Masse (5); diese Trennung wird derart erzielt, daß die Übertragung der Masse und Energie von der äußeren Schicht (4) auf die eingeschlossene Masse (5) merklich zurückgeht.
– Aus diesem Grunde verringert sich die Abgabe der kinetischen Energie der strömenden Masse (4) an der äußeren Fläche des Festkörpers (1) und dadurch VERRINGERT sich die Schleppkraft.
– Das Ablösen der eingeschlossenen Massen (5) an der im Windschatten liegenden Fläche des Festkörpers (1) nimmt ab und die Schwingungen werden auf diese Weise vermieden.
– Mit dieser Formgebung erreicht man, daß die eingeschlossene strömende Masse (5) in einer weiten Auffangzone (10) zwischen dem Festkörper (1) und der äußeren Zone der möglichen Turbulenzen (6) aufgenommen wird. Dadurch wird eine merkliche Dämpfung ihrer Wirkung auf den Festkörper erzielt und auf jeden Fall durch den stabilen Sitz in den Vertiefungen (10) das Problem heftiger Ablösevorgänge vom Festkörper (1) ferngehalten.
– Jede gleitende Strömung, die auf einen Teil der konkaven Fläche (10) auftrifft, übt einen positiven Zentrifugaldruck aus, weil sie auf jeden Fall die Wirkung des durch das Ablösen verursachten strömungsdynamischen Schleppvorgangs verringert.
– Aufgrund der vorhergehenden Ausführungen erreicht man eine Verringerung der aerodynamischen Schleppkräfte und weniger Schwingungen werden erzeugt.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Als Ergänzung der vorliegenden Beschreibung und zum besseren Verständnis der Merkmale der Erfindung wird dieser Beschreibung ein Satz Zeichnungen beigefügt, die Bestandteil dieser Beschreibung sind und ohne Einschränkung zur Veranschaulichung folgendes darstellen:
Bild 1 stellt schematisch dar, was in einem Schnitt eines Festkörpers (1), der ein Umlaufkörper ist, geschieht. In diesem Schnitt ist (3) die hintere Fläche des Festkörpers, die ein Beispiel für einen stumpfen Rumpf ist. Mit (2) wird die angenommene Fortbewegung des Festkörpers (1) innerhalb eines Fluids gekennzeichnet. Man sieht die Bildung von zwei Äblösezonen (4) und als Folge davon die Bildung von Wirbeln (5), die sich an den stumpfen Rumpf (3) anlehnen. In diesem Bild ist (6) die hintere Zone, in der sich die Turbulenzen bilden.
Bild 2 ist praktisch das gleiche Bild wie vorher. Es zeigt die Bildung eines eingeschlossenen Fluidkerns (8) und die einzelnen Wirbel (7), die sich zwischen (5) und (8) bewegen.
Bild 3 zeigt die praktische Lösung für die Gestaltung eines Rumpfes in geeigneter Form, um die angestrebten Vorteile erzielen zu können. Von geringster Bedeutung ist dabei, ob die Rumpfgestaltung am Körper (1) selbst erfolgt, oder ob ein Aufsatz verwendet wird, um den erwünschten Effekt zu erzielen.
Bild 4 ist eine Vorderansicht und zeigt, wo der Rumpf angebracht wurde. Bei dieser Ansicht wird von der Annahme ausgegangen, daß der Festkörper (1) ein Umlaufkörper ist. In diesem Bild ist der Querschnitt (A-A) angegeben, der den Bildern 1, 2 oder 3 zugrundeliegt.
Bild 5 ist eine Vorderansicht der Stelle, an der der Rumpf angebracht ist. Sie soll als Beispiel veranschaulichen, daß die Aufnahmen oder Vertiefungen (10) eine kontinuierliche Vertiefung, allerdings in länglicher Form ergeben. Wenn diese Figur noch länger wäre, wie das zum Beispiel bei der Vorderansicht eines Fluqgzeugflügels der Fall sein könnte, dann könnte die kontinuierliche Vertiefung (10) an ihren äußersten Enden unterbrochen werden und es würden nur zwei Vertiefungen, die durch eine mittlere Rippe (13) getrennt sind, bleiben, die aber den gleichen Querschnitt wie (A-A) haben.
Das sind alles einfache Beispiele für die Verwendung der Erfindung in der Praxis, die sowohl zur Erläuterung der für den NEUEM RUMPF angewandten Theorie als auch für eine angenommene tatsächliche Anwendung der daraus abgeleiteten Gesetze dienen. Sie schränken in keiner Weise den Inhalt der Patentansprüche ein. Wie erwähnt, kann die Erfindung in vielfältiger Weise in die Praxis umgesetzt werden:

– Durch die Ausformung der Vertiefungen (10) am Festkörper selbst.
– Durch die Herstellung von Zusatzteilen mit Vertiefungen, die auf dem Festkörper entsprechend angebracht werden.
– Statt einer kontinuierlichen und in sich geschlossenen Vertiefung (10) kann auch eine Vertiefung eingesetzt werden, die in einigen Fällen an den Seiten unterbrochen sein könnte.

Im folgenden sind nochmals beispielhaft bevorzugte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aufgeführt:

1 – Fester Umlaufkörper wie in Bild 4 dargestellt.
2 – Es wird davon ausgegangen, daß sich der Festkörper (1) mit einem Schnitt (A-A) wie in Bild 1, 2 oder 3 innerhalb eines Fluids in Richtung (2) bewegt. Unter dieser Voraussetzung wurden die Phänomene geprüft.
3 – Der hintere Teil des Festkörpers (1) ist nur wenig stromlinienförmig.
4 – Die abgelöste Strömung strömt mit konstantem Druck, wenn sich der Festkörper (1) innerhalb eines Fluids in Richtung (2) bewegt.
5 – Eingeschlossene Strömung. Als Ganzes gesehen besitzt sie eine Ringform, die sich in Bild 1 und 2 an die Rumpfoberfläche (3) anlehnt. Bei der in Bild 3 gezeigten praktischen Anwendung der Gesetze wird diese Strömung in den Vertiefungen (10) eingeschlossen. Diese Vertiefungen sind die Rumpfverbesserung, die Gegenstand dieses Patents ist.
6 – Hinterer Teil, der hinter der Bewegung des Festkörpers (1) liegt und in dem die Turbulenzen entstehen.
7 – Wirbel, die zwischen den Kernen (5) und dem inneren Kern (8) entstehen.
8 – Das im Innern des Wirbels (5) eingeschlossene Fluid, dessen Druck niedriger als der äußere Druck ist.
9 – Die Kante, die in irgendeiner weise den ganzen Rumpfumriß kontinuierlich umgibt. Unmittelbar an dieser Kante beginnt die Vertiefung (10), die den Wirbel (5) zurückhalten soll.
10 – Weite Vertiefungen, die zur Aufnahme der Wirbel (5) dienen und aufgrund ihrer Kontinuität ein Teil für die Aufnahme ringförmiger Figuren bilden können.
11 – Ein möglicher Körper, der kein Umlaufkörper ist, sondern eine mehr oder weniger längliche Form hat. Als Beispiel für die mögliche Anwendung der Erfindung
12 – Die Kante mit den gleichen Merkmalen wie unter (9), die ebenfalls den gesamten Rumpfumriß umgibt.
13 – Trennrippe zwischen den Vertiefungen (10) bei stark länglichen Körpern (11).

Claims

Festkörper (1), der sich relativ zu einem ihn umströmenden Fluid in einer Bewegungsrichtung (2) bewegt, wobei der Festkörper (1) einen Rumpf hat, der ein hinteres stumpfes Ende aufweist, das die Rückseite (3) des Festkörpers (1) bildet, wobei die Rückseite (3) mit einer Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine umlaufende Vertiefung (10) umfasst, die entlang der Innenseite einer den gesamten Umriss der Rückseite (3) kontinuierlich umgebenden Kante (9), an der eine Strömungsschicht (4) des strömenden Fluids vom Rumpf abreißt, verläuft und in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung (2) eine Ringform aufweist, um in der Vertiefung (10) einen Wirbel (5) aufzunehmen, der in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung (2) eine der Ringform der Vertiefung (10) entsprechende Ringform aufweist, und um ein durch die Schleppkraft der abgerissenen Strömungsschicht (4) bewirktes Ablösen des Wirbels (5) von der Rückseite (3) des Festkörpers (1) zu erschweren.
Festkörper (1), der sich relativ zu einem ihn umströmenden Fluid in einer Bewegungsrichtung (2) bewegt, wobei der Festkörper (1) einen Rumpf hat, der ein hinteres stumpfes Ende aufweist, das die Rückseite (3) des Festkörpers (1) bildet, wobei die Rückseite (3) mit einer Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Festkörper (1) in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung (2) eine längliche Form hat, wobei die Einrichtung zur Stabilisierung von Wirbeln (5) zwei längliche, aneinanderliegende Vertiefungen (10) aufweist, die jeweils entlang der Innenseite einer den Umriss der Rückseite (3) umgebenden Kante (12) verlaufen, an der eine Strömungsschicht (4) des strömenden Fluids vom Rumpf abreißt, um in jeder der beiden Vertiefungen (10) jeweils einen Wirbel (5) aufzunehmen, wobei die beiden Wirbel (5) in einem Schnitt längs zur Bewegungsrichtung (2) eine jeweils gegenläufige Drehrichtung haben, und um ein durch die Schleppkraft der abgerissenen Strömungsschicht (4) bewirktes Ablösen der Wirbel (5) von der Rückseite (3) des Festkörpers (1) zu erschweren.
Festkörper (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kante (12) den gesamten Umriss der Rückseite (3) kontinuierlich umgibt.
Festkörper (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei aneinanderliegenden Vertiefungen (10) durch eine schmale Rippe (13) getrennt sind und diese Vertiefungen (10) im wesentlichen die gesamte Rückseite (3) des Festkörpers (1) einnehmen.
Festkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen (10) in einem Schnitt längs zur Bewegungsrichtung (2) kreisbogenförmig ausgebildet sind, wobei die Oberfläche der Vertiefungen (10) keine Nasen und Rauhigkeiten aufweist, damit die freie Drehbewegung des jeweiligen Wirbels (5) nicht beeinflusst wird.