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Gleitbootkörper Die Erfindung betrifft einen Gleitbootkörper, dessen
im wesentlichen gesamte Bodenfläche eine Mehrzahl sich nach rückwärts erstreckende,
durch nach außen weisende, verhältnismäßig scharfe Stufen gegeneinander abgegrenzte
Gleitflächen aufweist, die symmetrisch beiderseits der Kiellinie angeordnet sind
und deren Stufen jeweils Linien gleichen Druckes bei einem bestimmten Betriebszustand
folgen, d. h. daß sie vom Bug zum Heck konvergieren.
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Ein bekannter Schiffsboden sieht eine Mehrzahl von nach hinten gerichteten
Stufen vor, die sich rechtwinklig zur Kiellinie erstrecken und etwa in der Mitte
des Schiffes beginnen. Diese Schiffsbodenausbildung entspricht nicht dem Gattungsbegriff
der Erfindung und gibt, wie noch ersichtlich werden wird, keinerlei Hinweise, erfindungsgemäß
zu handeln.
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Es ist ferner bekannt, einen Schiffsrumpf mit einer im Abstand davon
angeordneten äußeren, mit Durchgangsöffnungen versehenen Wand zu versehen, die zusammen
mit dem Schiffsrumpf einen Schmiermittelbehälter bildet. Die Außenseite der Behälterwand
ist mit sich schuppenartig überlappenden, gewellten Platten belegt, durch deren
Wellungen das Schmiermittel austreten soll, um die Reibung zwischen dem Schiffskörper
und dem Wasser herabzusetzen. Auch diese Ausbildung des Schiffsbodens ist nicht
geeignet, dem Fachmann Hinweise zum erfindungsgemäßen Handeln zu geben.
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Diese beiden bekannten Ausbildungen von Schiffsrümpfen sind nur zur
Vervollständigung des Standes der Technik erwähnt. Sie haben jedoch, wie dies noch
klar ersichtlich werden wird, nichts mit dem Erfindungsgegenstand gemeinsam.
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Die Technik eines teilweise oder vollständig als Gleitboot wirkenden
Bootskörpers ist bereits hoch entwickelt. Ursprünglich wurde angenommen, daß man
bei einer glatten Form des Bootskörpers die höchste Geschwindigkeit und die geringste
Reibung zwischen dem Bootskörper und dem Wasser erzielen würde. Daher waren die
meisten Konstrukteure bestrebt, aus den verschiedenen möglichen Bootskörperformen
diejenige mit dem höchsten Wirkungsgrad auszuwählen. Als eine Bootskörperform mit
dem höchsten Wirkungsgrad entwickelt worden war, stellte es sich jedoch heraus,
daß der Reibungskoeffizient zwischen dem Bootskörper und dem Wasser immer noch verhältnismäßig
hoch war, und man unternahm Versuche, um den Reibungskoeffizienten herabzusetzen.
Durch die Entwicklung einer überlappungskonstruktion, wie sie in dem USA.-Patent
1935 622 beschrieben ist, wurde ein Fortschritt bezüglich der Herabsetzung
des Reibungskoeffizienten erzielt, und zwar dadurch, daß Lufträume zwischen dem
Bootskörper und dem Wasser vorgesehen wurden. Diese Lufträume haben die Tendenz,
die Strömung des Wassers gegen den Bootskörper zu unterteilen, wodurch .eine erhebliche
Beeinflussung der Strömungsmittelgrenzschicht erzielt wird, die gegen andere Teile
des Strömungsmittels strömt. In den USA.-Patenten 2 039 585 und 2 038 586 ist die
Anwendung der überlappungskonstruktion beschrieben, wobei die sich überlappenden
Flächen gewinkelt sind. Dies beruht auf der Erkenntnis, daß sich ein Druckverlauf
ausbildet und daß Versuche unternommen werden müssen, um dessen Wirkung auszuschalten.
Durch das USA.-Patent 2 423 860, von dem die Erfindung ausgeht, wurde die Technik
dann dadurch um einen Schritt weiterentwickelt, daß eine überlappungskonstuktion
vorgesehen wurde, bei der die überlappungen unter bestimmten Winkeln angeordnet
waren, was auf einer Berücksichtigung des Druckverlaufs hindeutet. Hierbei war jede
überlappung mit einer Anzahl von scharf ausgeprägten Stufen versehen, welche die
Aufgabe haben sollten, den Druckverlauf zu unterbrechen und den Reibungskoeffizienten
herabzusetzen. Keine dieser Konstruktionen führte jedoch zu vollständig befriedigenden
Ergebnissen bezüglich der Erzielung einer möglichst hohen Geschwindigkeit bei einem
maximalen Gesamtgewicht des Bootes und einer minimalen Antriebsleistung.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung besteht darin,
einen Gleitbootkörper zu schaffen, bei dem zur Erhöhung des Wirkungsgrades die Bedeutung
des Druckverlaufs des Wassers berücksichtigt ist, wobei dieser günstige Wirkungsgrad
sowohl
hinsichtlich der Fahreigenschaften als auch der Manövrierfähigkeit bei verhältnismäßig
hohen Geschwindigkeiten noch wesentlich verbessert werden soll.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jede der Gleitflächen
aus einer Mehrzahl von Flächenabschnitten zusammengesetzt ist, die nach hinten weisende,
sich im wesentlichen rechtwinklig zu :den Linien gleichen Druckes, d. h. spitzwinklig
zur Kiellinie über .die ganze Breite der Gleitflächen erstreckende Querstufen bilden.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Bootsbodens mit der Vielzahl
von einzelnen Flächen werden unzählige Luftbläschen zwischen dem Bootskörper und
dem Wasser gebildet, so daß die Grenzschicht zwischen ihnen unterbrochen wird, was
in unvorhersehbarer Weise zu den weit überlegenen Eigenschaften des erfindungsgemäß
ausgebildeten Gleitbootkörpers geführt hat.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht ein weiteres Merkmal
der Erfindung darin, daß die Querstufen benachbarter Gleitflächen versetzt zueinander
angeordnet sind.
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Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Winkel, die die Richtung
der Querstufen mit der Kiellinie bilden, vom Bug zum Heck progressiv größer werden
und am Heck sich einem rechten Winkel nähern.
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Zweckmäßig betragen die Winkel der Querstufen zur Kiellinie nächst
dem Bug etwa 45 bis 80° und nahe dem Heck etwa 60 bis 89°.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Länge der
durch zwei Querstufen begrenzten Fläche erheblich geringer als die halbe im Bereich
der entsprechenden Querstufe gemessenen Breite der Schwimmwasserlinie ist.
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Hierbei ist vorgesehen, daß die Höhe der Querstufen 5 mm und die Höhe
der Längsstufen 10 mm nicht überschreitet.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig.1 zeigt in einer Unteransicht die Anwendung der erfindungsgemäßen
Stufen bei einem in bekannter Weise ausgebildeten Gleitbootkörper, der für den Betrieb
bei mittlerer Belastung konstruiert ist; Fig. 2 ist ein Querschnitt längs der Linie
2-2 in Fig.1; Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Bootskörpers nach Fig. 1; Fig.4
ist eine perspektivische Darstellung einer einzigen, sich in der Längsrichtung erstreckenden
Gleitfläche derjenigen Art, welche beim Aufbau eines erfindungsgemäßen Bootskörpers
verwendet wird; es sei jedoch bemerkt, daß man auch andere ; Mittel zum Aufbau des
erfindungsgemäßen Bootskörperbodens verwenden kann; Fig.5 zeigt in schematischer
Darstellung typische Druckverläufe, wie sie sich unter einem Bootskörper mit glatter
Unterseite bei Gleitgeschwindigkeiten einstellen; Fig. 6 ist eine perspektivische
Darstellung des Bootskörpers nach Fig. 1; Fig.7 ist ein perspektivisch gezeichneter
Teilschnitt des Bootskörpers nach Fig.1 und 6.
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Aus den Zeichnungen ist ersichtlich, daß der Bootskörper 10 eine Rückwand
13 sowie Seitenwände 11 und 12 besitzt, welch letztere zu einem Kiel 16
hin
konvergieren. Die Unterseite dieses Bootskörpers wird durch einen Gleitboden gebildet,
der als überlappungskonstruktion ausgeführt ist und sich in der Längsrichtung erstreckende
Gleitflächen 14 aufweist, die vom vorderen Teil des Bootskörpers 10 aus zur Unterkante
der Rückwand 13 verlaufen. An der Unterseite jeder der sich überlappenden, sich
in der Längsrichtung erstreckenden Gleitflächen 14 sind jeweils mehrere Stufen 15
ausgebildet, die nach hinten gerichtet sind und entweder spitz zulaufen oder rechtwinklig
geformt sind. Jede dieser Stufen verläuft unter einem spitzen Winkel zu einer Senkrechten
zur Kiellinie 16. Dieser Winkel verringert sich von einem Maximum nahe dem Vorderteil
des Bootskörpers zu einem Minimum in der Nähe der Rückwand 13. Im Idealfalle erstrecken
sich die Stufen jeweils rechtwinklig zu den Druckverlaufslinien 17, die in Fig.
5 für eine bestimmte Bootskörperform bei einer bestimmten Geschwindigkeit wiedergegeben
sind.
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Es sei bemerkt, daß es sich bei Fig.5 um eine grundsätzliche Darstellung
einer bestimmten Gruppe von Druckverteilungslinien handelt, die unter bestimmten
Bedingungen auftreten. Allgemein gesprochen, ergeben sich jedoch bei allen teilweise
oder vollständig durch ein Strömungsmittel gleitenden Bootskörpern ähnliche Druckverteilungslinien,
wobei allerdings andere Winkel auftreten können, die für jede bestimmte Bootskörperform
und verschiedene Bedingungen durch Versuche ermittelt werden müssen. Wie schon erwähnt,
erstrecken sich die Stufen 15 im Idealfalle rechtwinklig zu den Druckverlaufslinien
17, die sich bei einem gegebenen Bootskörper unter bestimmten Bedingungen ausbilden.
Da diese Bedingungen jedoch in Abhängigkeit von der Antriebsleitung, d. h. der Fahrgeschwindigkeit
und der Gewichtsbelastung und der Verteilung derselben im Bootskörper in weiten
Grenzen variieren, kann man in der Praxis bestenfalls eine Annäherung an diesen
rechtwinkligen Verlauf der Stufen gegenüber den Druckverteilungslinienerzielen.
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Wie aus Fig. 7 :ersichtlich, brauchen die Stufen 15 keine große Tiefe
zu erhalten, d. h., sie brauchen nur so tief zu sein, daß sie die aus Wasser bestehende
Grenzschicht an dem sich durch das Wasser bewegenden Bootskörper unterbrechen. Vorzugsweise
sind die Stufen genügend tief ausgebildet, um ein Zerreißen der Grenzschicht zu
bewirken und somit die Druckverteilungslinien zu unterbrechen, jedoch nicht so tief,
daß an ihnen ein übermäßig hoher, nach hinten wirkender Widerstand auftritt. Mit
anderen Worten, wenn man Stufen von zu großer Tiefe vorsieht, kann sich die normale
Strömung derart umkehren, daß der durch die Stufe erzeugte Hohlraum wieder gefüllt
wird, so daß ein Widerstand entsteht, durch den die Geschwindigkeit des Bootskörpers
herabgesetzt wird.
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Zwar zeigen Fig. 2 und 4 die gemäß der Erfindung bevorzugte Konstruktion
eines Bootskörpers, d. h. eine überlappungskonstruktion, die sich aus einer Anzahl
von sich in der Längsrichtung erstreckenden Gleitflächen 14 zusammensetzt, welche
Stufen 15 aufweisen, doch sei bemerkt, daß sich die gleichen Ergebnisse auch mit
Hilfe anderer Verfahren erzielen lassen. Beispielsweise kann man auf einen in bekannter
Weise ausgebildeten Bootskörper mit glatter Unterseite ein Kunststoffmaterial in
einer solchen Weise auflegen, daß eine große Zahl von Stufen entsteht, welche die
Druckverlaufslinien unter dem
richtigen Winkel schneiden; ferner
ist es möglich, auf den Boden des Bootskörpers Metallblech derart aufzubringen,
daß unter dem richtigen Winkel verlaufende Stufen entstehen. Für den Fachmann ergeben
sich noch weitere Möglichkeiten, den Boden des Bootskörpers gemäß .der Erfindung
auszubilden.
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Zwar wird es vorgezogen, die erfindungsgemäßen Stufen so anzuordnen,
daß sie die Druckverlaufslinien rechtwinklig schneiden, doch sei bemerkt, daß sich
ideale Bedingungen, wenn überhaupt, so nur selten erzielen lassen und daß man daher
die Stufen unter solchen Winkeln anordnen muß, daß sie sich unter den meisten Bedingungen
rechtwinklig zu den Druckverlaufslinien erstrecken. Die Druckverteilung kann leicht
dadurch ermittelt werden, daß man die Austrittswellen einer bestimmten Bootskörperform
bei einer bestimmten Geschwindigkeit und bei bestimmten Werten der Antriebsleistung
und des Gewichtsfaktors beobachtet. Die Stufen werden dann so ausgebildet, daß sie
die Druckverlaufslinien unter rechten Winkeln schneiden. Diese Winkel werden nahe
dem vorderen Ende des Bootsköprers zwischen 45 und 80° und nahe dem hinteren Ende
des Bootskörpers zwischen 60 und 89° variieren, und sie richten sich natürlich nach
der jeweiligen Gestalt des Bootskörpers und den Betriebsbedingungen.
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Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird im folgenden
ein Ausführungsbeispiel beschrieben, wozu jedoch bemerkt sei, daß sich die Erfindung
nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Es wurde ein Gleitbootkörper mit einer Länge von etwa 4,90 m mit einer
Rückwand, einem Kiel und zwei Seitenwänden aus Sperrholz gebaut, bei dem sich die
Seitenwände von der Rückwand zu einer Vereinigungsstelle am Bug erstreckten. Ferner
war ein Satz von in der Längsrichtung verlaufenden Gleitflächen vorgesehen, die
jeweils vier bis fünf Stufen aufwiesn, wobei der Winkel zwischen jeder Stufe und
der Kiellinie kleiner war als ein rechter Winkel und wobei sich dieser Winkel nahe
dem hinteren Ende des Bootskörpers einem rechten Winkel stärker näherte als nahe
dem vorderen Ende. Die Tiefe jeder Stufe betrug zwischen etwa 3,2 und etwa 4,8 mm,
und die Stufen erstreckten sich im wesentlichen über die ganze Breite der Gleitfläche.
Zwischen dem Kiel und jeder Seitenwand des Bootskörpers wurde jeweils ein Satz von
sieben dieser Flächen so angeordnet, daß jede Fläche die nächste Fläche derart überlappte,
daß ein Stufe mit einer Tiefe von etwa 9,5 mm vorhanden war.
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Das so aufgebaute Boot zeigte eine höhere Geschwindigkeit je Einheit
der Antriebsleistung und des Gewichts im Vergleich zu einem ähnlichen Bootskörper
mit einer glatten Gleitfläche, ferner eine kleinere Reibungsberührungsfläche, eine
geringere Wirkung der Oberflächenspannung, d. h. einen niedrigeren Reibungswiderstand
infolge der auf die Oberflächenspannung zurückzuführenden Adhäsion, ruhigere Gleiteigenschaften,
die auf die größere Luftmenge unterhalb des Bootskörpers zurückzuführen waren, eine
gute Manövrierfähigkeit sowie einen erhöhten scheinbaren Auftrieb. Außerdem wurde
der Anstellwinkel des Bootskörpers gegenüber der Wasserfläche dadurch verkleinert,
daß eine Entlüftung und Entlastung der einem Unterdruck ausgesetzten Bereiche erfolgt,
und es ließ sich mit geringerer Antriebsleistung eine höhere Geschwindigkeit erreichen.
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Zwar wurde die Erfindung vorstehend insbesondere bezüglich ihrer Anwendung
bei Gleitbootkörpern beschrieben, doch sei bemerkt, daß eine Anwendbarkeit der Erfindung
auch bei Booten, Schiffen, Kähnen, Pontons, Flugbootkörpern usw. gegeben ist, d.
h. bei jedem Körper, der durch ein Strömungsmittel hindurchbewegt werden muß, wobei
sich ein bestimmter Druckverlauf einstellt und sich eine Grenzschicht ausbildet.
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Es sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
die verschiedensten Abänderungen und Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich
der Erfindung zu verlassen.