DE616750C - Boot mit Wassertragflaechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Boot oder einen bootsähnlichen Schwimmkörper mit im Abstand vom Bootsboden gehalterten, zu diesem quergerichteten schmalen Wassertragflächen, die aus derart gegeneinander geneigten oder gekrümmten Flächenteilen bestehen, daß die resultierende dynamische Auftriebskraft die Bootssymmetrieebene oberhalb der Gewichtsschwerpunktachse schneidet, wobei bei Anwendung querschiffs durchlaufender, bei Verlassen der statischen Schwimmlage bis über die Wasseroberfläche reichender Tragflächen diese derart geknickt oder gekrümmt sind, daß für alle vorkommenden Lagen des Bootes in Fahrt sämtliche jeweils im Wasser befindlichen Flügelteile von einem kleinsten Kreis mit oberhalb der Gewichtsschwerpunktachse liegendem Mittelpunkt umschlossen sind.
Die Erfindung umschließt ferner die Anwendung von von den Tragflügelenden nach innen verlaufenden Tragflächenteilen.

Wasserfahrzeuge mit am Bootskörper befestigten Wassertragflächen sind an sich bekannt. Auch solche Konstruktionen von WassertragfLächen sind bekannt, die das Boot bei Verlassen der statischen Schwimmlage im stabilen Gleichgewicht zu tragen vermögen, bei denen also die resultierende dynamische Auftriebskraft der Wassertragflächen die Symmetrieebene oberhalb der Gewichtsschwerpunktachse des Bootes schneidet.

Der eigentliche Zweck derartiger Wassertragflächen, den Bewegungswiderstand des Wasserfahrzeuges zu vermindern, wird jedoch bei den bisher bekannten Konstruktionen — soweit es sich um stabile Wassertragflächen handelt — nur teilweise erreicht. Der Grund liegt hauptsächlich darin, daß bei den bisher vorgeschlagenen Konstruktionen für stabile Wassertragflächen diese Tragflächen mit ihren Ouerenden innerhalb des Wassers endigen. Hierdurch tritt ein besonderer Widerstand, der sogenannte induzierte Widerstand, auf. Je nach der Auftriebszahl und dem Seitenverhältnis der Wassertragfläche wird in vielen Fällen durch diesen induzierten Widerstand der Gesamtwiderstand der Tragfläche mehr als verdoppelt. Abgesehen hiervon wird durch das mit dem induzierten Widerstand im Zusammenhang stehende Umströmen der Ouerenden der Tragfläche das Entstehen von Kavitation begünstigt. Bei großen Geschwindigkeiten des Bootes sind somit eine weitere Zunahme des Widerstandes und eine beträchtliche Abnähme des Auftriebes bedingt. ,

Demgegenüber stellt die erfindungsgemäße Wassertragfläche eine wesentliche Verbesserung dar, da weder ein induzierter Widerstand noch eine mit dem Umströmen der Tragflächenenden im Zusammenhang stehende Kavitation eintreten kann. Die erfindungsgemäße Wassertragfläche besitzt keine freien Ouerenden innerhalb des Wassers, da die Tragfläche beim. Verlassen der statischen Schwimmlage des Bootes, d. h. wenn der Bootskörper vollständig aus dem Wasser gehoben ist, die Wasseroberfläche durchschneidet, in dieser Lage also bis über die Wasseroberfläche reicht.

Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, daß die unter dem Bootskörper angeordnete Tragfläche querschiffs durchlaufend ist und bei Verlassen der statischen Schwimmlage, d. h. für den Fall, daß der Bootskörper vollständig aus dem Wasser gehoben ist, bis über die Wasseroberfläche reicht, und ferner den Bootskörper — bezüglich seiner Längsachse durch den Schwerpunkt — in stabiler ίο Weise zu tragen vermag. Diese letztere besonders wichtige Eigenschaft ist bei Wassertragflächen nach der Erfindung dann vorhanden, wenn für alle normalen Lagen des Bootes in Fahrt sämtliche jeweils im Wasser befindlichen Tragflächenteile von einem kleinsten Kreise mit oberhalb der Gewichtsschwerpunktachse liegendem Mittelpunkt umschlossen sind.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise und schematisch dargestellt, und es bedeuten

Abb. ι Seitenansicht eines Bootskörpers in Ruhe mit zwei hintereinander angeordneten ei findungsgemäßen Wassertragflächen, Abb. 2 Seitenansicht eines Bootskörpers gemäß Abb. ι in Fahrt,

Abb. 3 Rückansicht gemäß Abb. 1, . Abb. 4 Rückansicht gemäß Abb. 2, Abb. 5 Ansicht des Querschnitts nach der Linie A-A gemäß Abb. 1 mit schematischer Andeutung der Änderung des Anstellwinkels des hinteren Wassertragflügels entsprechend Abb. 2,

Abb. 6 verschiedene Wassertragflügelquerschnitte, und zwar

Abb. 6 e zweckmäßige Form des Wassertragflügelquerschnittes längs der Linie B-B gemäß. Abb. 3,

Abb. 6 f Ouerschnittsform längs der Linie C-C gemäß Abb. 3 (an Stelle der Form gemäß Abb. 6e anwendbar),

Abb. 6 g und 6 h zwei weitere Ouerschnittsformen,

Abb. 7 Schaubild für die Wirkungslinie derjenigen Auftriebskraft, die von dem im Wasser befindlichen Teil des Wassertragflügels bei seiner Bewegung durch das Wasser hervorgerufen wird, für den Fall, daß der Bootskörper unter dem Einfluß einer äußeren Kraft im Uhrzeigersinn um seine Längsachse gedreht worden ist,

Abb. 8 Schaubild entsprechend der Abb. 7 bei einer Drehung des Bootskörpers um seine Längsachse im Gegenuhrzeigersinn, Abb. 9 Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wassertrag· flügels, der aus zusammenhängenden unter bestimmten Winkeln zueinander angeordneten Teilen besteht,

Abb. 10 Ansicht einer weiteren, erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Abb. Ii Seitenansicht einer Ausführungsform mit nur einem erfindungsgemäßen Wassertragflügel, wobei der am Heck befindliche Wassertragflügel nur der Stabilität des Bootes um seine Querachse dient, Abb. 12 Rückansicht gemäß Abb. 11, Abb. 13 Schema entsprechend Abb. 9.

An dem Bootskörper a des Wasserfahrzeuges sind die Wassertragflügel b und c befestigt. Je nach der Länge und dem Gewicht der Boote können mehrere Tragflügel verwendet werden, wobei jedoch wenigstens ein Wassertragflügel gemäß der Erfindung entsprechend konstruiert sein muß, wie beispiels- T$ weise in Abb. ir und 12 dargestellt. Der hintere Wassertragflügel ist gemäß der in den Zeichnungen gewählten Ausführungsform drehbar an dem Bootskörper befestigt. Diese Maßnahme ist jedoch nicht notwendig, vielmehr kann auch der hintere Wassertragflügel in ähnlicher Weise wie der vordere Wassertragflügel direkt an dem Bootskörper befestigt werden (vgl. Abb. 2) ader indirekt dadurch, daß der Wassertragflügel beispielsweise an dem vertikalen Teil eines Außenbordmotors angebracht ist.

Die Wassertragflügel gemäß der Erfindung besitzen vorzugsweise einen unteren Teil b, der unter dem Boden des Bootskörpers und ■zu diesem quergerichtet angeordnet ist, und der mit den oberen einwärts gerichteten Teilen c ein Ganzes bildet. Die oberen Teile c sind .an dem Bootskörper befestigt. Diese Teile c sind gleichfalls Auftrieb erzeugend. Ihre Anbringung ist jedoch nicht unbedingt notwendig; in vielen Fällen genügt es, daß nur .der untere Teil b erfindungsgemäß ausgeführt und in irgendeiner Weise am Bootskörper befestigt ist.

Aus Festigkeitsgründen können eine oder mehrere Streben η zwischen dem unteren Teil b und dem Bootskörper vorgesehen sein (entsprechend Abb. 10), um eine zu starke Durchbiegung des unteren Teiles b durch die Auftriebskräfte zu vermeiden. Werden derartige Unterstützungsstreben nicht vorgesehen, so muß natürlich der Rechnung für die Formgebung der Flügel unter Berücksichtigung der dynamischen Kräfte zwecks Erreichung der erforderlichen Stabilitätseigenschaften die unter der Wirkung der Wasserkräfte sich ausbildende Form des Wassertragflügels zugrunde gelegt werden.

Der Querschnitt des Konstruktionsteiles η kann jede geeignete Form haben, vorzugsweise wie in Abb. 6g gezeigt. Das Element c kann den gleichen oder einen ähnlichen Querschnitt haben wie denjenigen des Teiles b. Vorteilhaft ist aber die Wahl einer etwas größeren Dicke, um, abgesehen von Festigieitsgründen, möglichst große Auftriebs-

kräfte zu" erhalten, wenn das Boot eine noch verhältnismäßig geringe Geschwindigkeit besitzt.

Beim Beginne der Bewegung des Bootes verursachen sowohl die oberen Wassertragflächenelemente c, als auch das untere Element b nach oben gerichtete Auftriebskräfte, deren Resultierende den Bootskörper aus dem Wasser zu heben beginnt. Mit zunehmender

ίο Geschwindigkeit des Bootes nehmen auch die Auftriebskräfte zu, so daß der Bootskörper mehr und mehr und schließlich vollständig aus dem Wasser gehoben wird, und eine Lage einnimmt, wie sie im wesentlichen in Abb. 2 gezeigt ist. In dieser Lage ist nach Versuchsergebnissen der Schiffswiderstand nur noch ein Bruchteil von demjenigen Widerstand, der sich ergeben würde, wenn das gleiche Boot mit gleicher Geschwindigkeit, jedoch ohne Wassertragflächen in üblicher Weise, durch das Wasser sich bewegen oder nach Art der Gleitboote über die Wasseroberfläche gleiten würde.

Um die Stabilität von mit Wassertragflügeln versehenen Wasserfahrzeugen für den Fall zu gewährleisten, daß der Bootskörper vollständig aus dem Wasser gehoben ist, müssen von den durch das Wasser sich bewegenden Wassertragflügeln Kräfte hervorgebracht werden, die den Bootskörper wieder in seine ursprüngliche Lage bringen, wenn er durch irgendwelche äußeren Kräfte aus dieser Lage herausgebracht wird.

Es wird daher im folgenden dargelegt, w^rie die Stabilität hinsichtlich der durch den Schwerpunkt des Bootes gehenden Längsachse durch die erfindungsgemäß konstruierten Wassertragflügel erhalten wird. Hierbei ist zu beachten, daß im wesentlichen nur die im Wasser befindlichen Teile des Wassertragflügels zur. Erzeugung der Auftriebskraft beitragen, während der sich durch die Luft bewegende Teil des Wassertragflügels für die Erzeugung des Auftriebes praktisch nicht in Frage kommt.

Die Mittellinie des Bootskörpers α ist durch die Linie l-l angedeutet, während die durch den Schwerpunkt des bemannten Bootes gehende Längsachse mit 0 bezeichnet ist.

Es ist nun, um die Stabilität um diese Längsachse zu gewährleisten, von Bedeutung, daß der Krümmungsradius des unteren Wassertragflügelelementes b größer ist als der Abstand dieses Wassertragflügelelementes von der Längsachse 0. Dadurch wird bewirkt, daß der im Wasser befindliche Teil des Wassertragflügels bei seiner Bewegung durch das Wasser eine Auftriebskraft hervorbringt, deren Wirkungslinie die Mittellinie l-l in Punkten schneidet, die oberhalb von 0 liegen, wenn das Boot sich um seine durch den Schwerpunkt gehende Längsachse 0 drehen sollte. Hat das Boot z.B. das Bestreben, sich um seine Schwerpunktachse ο im Uhrzeigersinne zu drehen und dabei die in Abb. 7 angedeutete Lage angenommen, so wird die mit r bezeichnete Wirkungslinie der durch den benetzten Teil des Wassertragflügels hervorgerufenen Auftriebskraft die Mittellinie l-l oberhalb der Achse 0 im Punkte p schneiden und dabei ein Moment im Gegenuhrzeigersinne hervorrufen. Dieses Moment wirkt aber demjenigen Moment entgegen, das den Bootskörper im Uhrzeigersinne um die. Schwerpunktachse 0 gedreht hat, wodurch also ein Aufrichten des Bootes in seine ursprüngliche Lage bewirkt wird. Sollte das Boot durch irgendwelche äußeren Kräfte um seine Achse 0 im Gegenuhrzeigersinn gedreht und dadurch in die durch Abb. 8 angedeutete Lage gebracht worden sein, so schneidet die Wirkungslinie r derjenigen Kraft, die von dem im Wasser befindlichen Teile des Wassertragflügels hervorgerufen -wird, die Mittellinie /-/ ebenfalls oberhalb der Achse im Punkte p. In diesem Falle wird jedoch ein Moment im Uhrzeigersinne hervorgebracht, und dadurch gleichfalls das Boot wieder in seine ursprüngliche Lage gebracht.

Für den Fall, daß der Bootskörper durch irgendwelche Kräfte so weit um seine Schwerpunktachse gedreht worden ist, daß der eine der oberen Teile c des Wassertragflügels in das Wasser eintritt, so wird durch diesen Teil eine nach oben gerichtete Kraft hervorgebracht, die mit dazu beiträgt, das Boot wieder in seine ursprüngliche Lage zu bringen.

Hieraus folgt, daß erfindungsgemäß konstruierte Wassertragflügel nicht nur den Bootskörper aus dem Wasser zu heben vermögen, und zwar unter Vermeidung eines induzierten Widerstandes, sondern daß auch die Stabilität von Booten, die mit solchen Wassertragflügeln ausgerüstet sind, gewährleistet ist.

Der Wassertragflügel b braucht nicht gleichförmig gekrümmt zu sein. Eine abgeänderte Ausführungsform ist in den Abb. 9 und 13 dargestellt. Auch hierbei besteht der Wasser tragflügel aus einem unteren Flügelelement b und oberen Flügelelementen c. Das untere Element b besteht aus .den zusammenhängenden Teilen m, v und w, wobei der Teil ν unter dem Boden des Bootskörpers und zu ihm quergerichtet angeordnet ist, während die Teile u und w unter einem Winkel zum Teil υ angeordnet und nach oben und zugleich auswärts gerichtet sind und mit den äußeren Enden der oberen Teile c ein Ganzes bilden.

Hinsichtlich der Stabilität ist unter Hinweis auf das Beispiel nach Abb. 13 noch zu bemerken, daß die im Wasser befindlichen

Teile U₁ ν und w wesentlich in einem Kreise k liegen müssen, dessen Mittelpunkte oberhalb der Achse durch den Schwerpunkt liegt. Diese Bedingung muß für jede normale Lage des mehr oder weniger über die. Wasseroberfläche gehobenen Bootskörpers erfüllt sein. Bei Innehaltung dieser Voraussetzung läßt sich leicht die Stabilität eines Wassertragflügels dieser Form nachweisen,
ίο Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß Abb. io besteht der Wassertragflügel aus einem unteren Flügelelement b, das in die oberen Flügelelemente c mittels der gebogenen Endteile d übergeht.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Boot oder bootsähnlicher Schwimm-

   . körper: mit im Abstand vom Bootsboden gehalterten, zu diesem quergerichteten schmalen Wassertragflächen, die aus derart gegeneinander geneigten oder gekrümmten Flächenteilen bestehen, daß die resultierende dynamische Auftriebskraft die Bootssymmetrieebene oberhalb der Gewichtsschwerpunktachse schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung querschiffs durchlaufender, bei Verlassen der statischen Schwimmlage bis über die Wasseroberfläche reichender Tragflächen diese derart geknickt oder gekrümmt sind, daß für alle vorkommenden Lagen des Bootes in Fahrt sämtliche jeweils im Wasser befindlichen Flügelteile von einem kleinsten Kreis mit oberhalb der Gewichtsschwerpunktachse liegendem Mittelpunkt umschlossen sind.
2. 2. Schwimmkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung von von den Tragflügelenden nach innen verlaufenden Tragflächenteilen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen