DE19746711A1

DE19746711A1 - Steuerruder für Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE19746711A1
Application number: DE19746711A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Barkemeyer
Original assignee: BARKEMEYER SCHIFFSTECHNIK GmbH
Current assignee: BARKEMEYER SCHIFFSTECHNIK GmbH
Priority date: 1997-10-16
Filing date: 1997-10-16
Publication date: 1999-04-22
Also published as: NO984812D0; DE59808597D1; EP0909703A2; EP0909703A3; EP0909703B1; NO984812L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Steuerruder für Wasserfahr zeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Steuerruder für Wasserfahrzeuge sind üblicherweise um eine senkrechte Achse, dem das Steuerruder mit dem Ruderhaus verbindenden und durch einen rumpffesten Koker geführten Ruderschaft, nach jeder Seite schwenkbar. Durch die Anströ mung des mit einem Stromlinienprofil versehenen Querruders infolge des Schrauben- oder Fahrtstroms des Wasserfahrzeugs wird ein Ruderdruck bewirkt, der sich in eine gegen die Fahrtrichtung gerichtete Widerstandskomponente und bei einer Auslenkung des Steuerruders aus der Mittel- oder Normalstellung in eine quer zur Fahrtrichtung gerichtete, die Steuerung des Wasserfahrzeugs bewirkende Steuer- oder Ruderquerkraft aufteilt.

Infolge des Profilkörpers des Steuerruders wird die Ruder kraft durch die der Anströmung zugewandte Ruderdruckseite und die der Anströmung abgewandte Rudersaugseite aufge bracht, wobei die Ruderdruckseite ca. ein Drittel der Ruder querkraft und die Rudersaugseite ca. zwei Drittel der Ruderquerkraft erbringt.

Ein wirbelfreies Anströmen des Steuerruders erfolgt nur dann, wenn die Anströmung mit der Profillängsachse gleichge richtet ist bzw. senkrecht zum Ruderschaft verläuft oder mit dieser einen verhältnismäßig kleinen Winkel bildet. Bei größeren Ausschlägen des stromlinienförmigen Ruderkörpers erfolgt ein Abreißen der Strömung auf der Rudersaugseite dicht hinter dem Profilkopf des stromlinienförmigen Steuer ruders und es tritt auf der Rudersaugseite eine starke Wirbelbildung ein. Diese hat eine erhebliche Verminderung der der Steuerung des Wasserfahrzeuges dienenden Ruderquer kraft und eine beträchtliche Vergrößerung des Strömungswi derstandes des Steuerruders zur Folge. Aus diesem Grunde arbeiten derartige Profilruder nur bis zu einer Auslenkung von ca. 25° bis 30° Ruderlage zufriedenstellend. Bei größe ren Winkeln bricht die Ruderquerkraft ein, da die Ruder saugseite aufgrund des Saugseitenabrisses nicht mehr um strömt wird.

Diese unerwünschten Erscheinungen können weitgehend dadurch unterdrückt werden, daß an der Stelle, wo die Strömung zum Abreißen neigt, durch einen sich düsenartig verengenden Spalt kräftig strömende Flüssigkeit tangential zur Wandung zugeführt wird. Dadurch wird verglichen mit der Anströmung des Profilkörpers ohne zusätzliche Spaltströmung bei größe ren seitlichen Ruderlagen eine größere Querkraft erzielt und zudem wird der Strömungswiderstand des Ruderkörpers infolge der Unterdrückung der Wirbelbildung verringert.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-PS 6 65 716 bekannt, bei der zu beiden Seiten des Ruderkopfes eines stromlinien förmigen Steuerruders symmetrisch zu dessen Mittelebene zwei tragflächenartig gekrümmte Vorprofile mittels Rippen oder dergleichen befestigt und so angeordnet sind, daß zwischen deren Eintrittskanten eine weite Öffnung ver bleibt, die sich in zwei düsenartig enger werdende, am Ruderkopf entlang geführte Kanäle gabelt.

Ebenfalls zur Vermeidung eines Saugseitenabrisses ist aus der GB 2 021 062 A ein als sogenanntes Rotorruder ausgebil detes Hochleistungsruder bekannt, das aus einem Hauptruder blatt und einem an diesem angelenkten Flossenruderblatt besteht, das unabhängig vom Hauptruderblatt ausgelenkt werden kann. Anstelle eines gekrümmten Ruderkopfes ist an der Vorderkante des Ruders ein zylindrischer oder walzenför miger Rotor angeordnet, der saugseitig in Richtung der Anströmung umlaufend antreibbar ist. Mittels des Rotors wird auch bei großen Ruderlagen Energie zur Rudersaugseite geführt und dadurch der Saugseitenabriß vermieden. Auch bei Ruderlagen bis 50° führt dies zu einer großen Rudergesamt querkraft und damit zu einer wirksamen Steuerung des Wasser fahrzeugs.

Nachteilig bei dieser Art eines Hochleistungsruders ist die Notwendigkeit, an der Vorderkante des Ruders, die eine extrem beanspruchte Stelle darstellt, einen konstruktiv aufwendigen Rotor mit dazugehörigem Antrieb zu installie ren, der je nach Ruderlage und Schubbelastung des Schiffs propellers mit großen Drehzahlen in nur kurzen Zeitinterval len umgesteuert werden muß, um jeweils der Rudersaugseite Energie zuzuführen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Steuer ruder für Wasserfahrzeuge ohne zusätzliche Anbauteile oder bewegliche Teile außerhalb des Ruderblattes sowohl die gegen die Fahrtrichtung gerichtete Widerstandskomponente des Steuerruders zu verringern als auch bei einem Ruderaus schlag die Wirksamkeit der Rudersaugseite aufrechtzuerhal ten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung schafft ein als Strahlruder aus gebildetes Hochleistungs-Steuerruder für Wasserfahrzeuge, bei dem auch bei großen Ruderlagen ein Saugseitenabriß verhindert und damit eine maximale Ruderkraft aufgebaut wird, und dessen gegen die Fahrtrichtung gerichtete Wider standskomponente sowohl in der neutralen Mittenlage als auch bei allen Ruderausschlägen minimal ist. Diese Wirkung wird ohne zusätzliche Anbauteile oder bewegliche Teile außerhalb des Ruderblattes erzielt, so daß die Festigkeits werte des Steuerruders nicht beeinträchtigt werden und keine aufwendigen Konstruktionen erforderlich sind.

Dabei ist die Wirkung des Strahlruders vergleichbar mit der Wirkung eines Rohrkrümmers, der die auf das Ruderblatt einwirkende Anströmung auf beide Seiten umlenkt und damit bei einem Ruderausschlag einen Saugseitenabriß verhindert bzw. bei Normallage des Ruders den Oberflächenwiderstand herabsetzt.

Zwar ist es aus der Flugzeugtechnik grundsätzlich bekannt, bei Flugzeugtragflügeln energiereiche Luft in die Grenz schicht einzublasen, um auf diese Weise eine Ablösung der Grenzschicht zu verhindern, jedoch wird dieses Prinzip entweder zur Erhöhung des Auftriebs oder zur Erzeugung von Verstellkräften für ein Pendelruder genutzt. Eine derartige Anordnung ist aus der DE 15 06 567 A1 bekannt, bei der wahlweise in die auf der Oberseite oder Unterseite eines Pendelruders verlaufende Strömung ein etwa quer zur Strö mung stehender Schleier eines flüssigen, gas- oder pulver förmigen Steuermediums ausgeblasen wird. Das ausgeblasene Medium wird dazu verwendet, die freie Strömung um das Steuerruder zu beeinflussen und auf diese Weise die Ver stellkräfte für das Ruder zu erzeugen.

Aus der DE 30 10 431 A1 ist es bekannt, die Grenzschicht eines eingetauchten Strömungskörpers durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium zu beschleunigen oder abzulösen, um den Oberflächenreibungswiderstand zu verringern. Zu diesem Zweck wird über düsenartige Bohrungen in der äußeren Schiffswand eines Wasserfahrzeuges Druckgas in das Fahrwas ser geleitet, so daß das durch die Düsen ausströmende Druckgas auf die den Oberflächenreibungswiderstand verursa chende Grenzschicht stößt und diese zur Beschleunigung und Ablösung bringt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnun gen am in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs vorderen Drit tel des Ruderblattes angeordnet sind. Da der Saugseiten abriß bei wachsenden Ruderlagen an dieser Seite auftritt, ist ein Einbringen von Energie in diesen Bereich des Ruder blattes auf der jeweiligen Rudersaugseite am wirkungsvoll sten, um eine große Rudergesamtquerkraft zu erzielen und die Rudersaugseite fortlaufend zu umströmen.

Die Anordnung weiterer Austrittsöffnungen verteilt über die gesamten Seitenflächen des Ruderblattes dient dazu, Kavita tionserscheinungen durch Ausblasen an den gefährdeten Stellen am Ruderblatt zu verringern bzw. zu verhindern. Neben der Kavitationssicherheit kann damit auch eine Propul sionsverbesserung erzielt werden, indem beispielsweise an beiden Seiten des Ruderblattes ausgeblasen wird und damit Dampfblasen vermieden werden.

Vorteilhafterweise werden mehrere Austrittsöffnungen in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs hintereinander und/oder versetzt zueinander angeordnet, wobei die Austrittsöffnun gen zumindest über einen Teil der Höhe des Ruderblattes verteilt angeordnet werden können.

Vorzugsweise bestehen die Austrittsöffnungen aus senkrecht zur Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs verlaufenden Schlit zen.

Durch Veränderung des Querschnitts der Austrittsöffnungen kann bei gleichbleibendem Druck des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums die Austrittsgeschwindigkeit des Medi ums verändert werden, um den unterschiedlichen Bedingungen, wie Ruderlage, Fahrtgeschwindigkeit, Profil des Ruderblat tes und dergleichen, Rechnung zu tragen. Alternativ hierzu kann die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums durch Verände rung der Fördermenge bzw. des Mediumdrucks variiert werden.

Durch individuelle Verbindung der über den Ruderkopf ver teilt angeordneten Austrittsöffnungen mit einer Förderein richtung für das Medium sowie durch individuelle oder gruppenweise Steuerung der Querschnitte der Austrittsöffnun gen kann die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums auf beiden Seitenflächen des Ruderblattes vorzugsweise unabhän gig voneinander gesteuert werden. Insbesondere ist der Austritt des Mediums über die Höhe des Ruderblattes unter schiedlich steuerbar.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Austritt des Mediums an beiden Seitenflächen des Ruderblattes in Bezug auf die Hochachse des Ruderblattes asymmetrisch steuerbar, wodurch unter Berücksichtigung des Propeller dralls das asymmetrische Ausblasen zu einer weiteren Verbes serung der Propulsion und der Vermeidung bzw. Verringerung von Kavitationserscheinungen führt.

Die Fördereinrichtung für das Medium kann wahlweise im Ruderblatt oder im Wasserfahrzeug angeordnet werden, wobei bei einer Anordnung der Fördereinrichtung im Wasserfahrzeug das Medium über eine Leitung geführt wird, die über den das Ruderblatt mit dem Rumpf des Wasserfahrzeugs verbindenden Ruderschaft und/oder den zur Führung des Ruderschaftes durch die Schiffswand dienenden Koker geführt ist.

Bei einer Anordnung der Fördereinrichtung im Ruderblatt wird vorzugsweise die Ansaugöffnung für das flüssige Medium im Ruderblatt selbst angeordnet, insbesondere an der Vorkan te des Ruderblattes in Höhe der Propellerwelle.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemä ßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkante des Ruderblattes aus einem Ankerkopf besteht, der mit dem durch die Seitenflächen des Ruderblattes begrenzten Ruderkörper verbindbar ist und daß die Austrittsöffnungen zwischen den Stirnseiten der Seitenflächen und den Seitenkanten des An kerkopfes ausgebildet sind. Durch Verändern des Abstan des des Ankerkopfes zum Ruderkörper kann die Größe der Austrittsöffnungen in einfacher und reproduzierbarer Weise eingestellt werden.

Besteht das Ruderblatt aus einem profilierten Ruderkörper und einem gewölbten Ruderkopf sowie vom Ruderkopf zu einer Hinterkante des Ruderblattes zusammenlaufenden Seitenflä chen, so werden die Austrittsöffnungen bevorzugt in dem an dem Ruderkopf angrenzenden Bereich der Seitenflächen ange ordnet.

Bei einem als Hochleistungs-Flossenruder ausgebildeten Steuerruder mit einem an der Hinterkante eines Hauptruder blattes angelenkten Flossenruderblatt können im in Fahrt richtung des Wasserfahrzeugs vorderen Drittel des Hauptru derblattes Austrittsöffnungen für ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium angeordnet werden. Zusätzlich können in dem an die Anlenkung des Flossenruderblattes am Hauptruder blatt anschließenden vorderen Drittel des Flossenruderblat tes Austrittsöffnungen für ein flüssiges und/oder gasförmi ges Medium angeordnet werden.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei spielen soll der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke weiter erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung mehrerer konventio neller Steuerruder sowie des erfindungsgemäßen Strahlruders bei unterschiedlichen Ruderlagen sowie die dazugehörigen Strömungsverhältnisse und Ruderquerkräfte;

Fig. 2 eine schematisch-perspektivische Seitenansicht eines Steuerruders mit Austrittsöffnungen für ein flüssiges Medium;

Fig. 3 eine schematisch-perspektivische Frontansicht des Steuerruders gemäß Fig. 2;

Fig. 4 eine schematisch-perspektivische Seitenansicht eines Steuerruders mit Austrittsöffnungen für ein gasförmiges Medium;

Fig. 5 einen Querschnitt durch den Ruderkopf gemäß den Fig. 2 bis 4 mit fest einstellbaren Austritts öffnungen;

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Ruderkopf gemäß Fig. 5 mit verstellbaren Austrittsöffnungen;

Fig. 7 einen Querschnitt durch den vorderen Teil eines Steuerruders mit einem Ankerkopf zur Einstellung der Größe der Austrittsöffnungen und

Fig. 8 ein Diagramm mit dem Verlauf der Ruderquerkraft und des Ruderwiderstandes in Abhängigkeit von der Ruderlage bei einem Normalruder, einem Hochleistungs-Flossenruder, einem Rotorruder und einem erfindungsgemäßen Strahlruder.

Der in den Fig. 1a bis 1d dargestellte Strömungsverlauf bei unterschiedlichen Rudertypen und unterschiedlichen Ruderlagen sowie den daraus resultierenden Ruderquerkräften auf der Rudersaugseite und der Ruderdruckseite verdeutlicht die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Strahlruders, insbe sondere bei großen Winkeln gegenüber der Normallage. Bei Ruderlagen unter 25° wird gemäß Fig. 1a das Normalruder NR sowohl auf der Ruderdruckseite als auch auf der Rudersaugseite gleichmäßig umströmt, so daß eine wirksame Ruderquerkraft aufgebaut wird, die sich zu einem Drittel aus der Ruderquerkraft RKD auf der Ruderdruckseite und zu zwei Dritteln aus der Ruderquerkraft RKS auf der Ruder saugseite zusammensetzt.

Bei einer in Fig. 1b dargestellten Ruderlage von mehr als 25° bricht die Ruderquerkraft auf der Rudersaugseite ein, da die Rudersaugseite infolge des Saugseitenabrisses nicht mehr umströmt wird.

Gemäß Fig. 1c treten die gleichen Verhältnisse auch bei einem Hochleistungs-Flossenruder auf, wenn Ruderlagen mit einem Winkel von mehr als 25° eingestellt werden. Auch in diesem Fall reißt die Saugseitenströmung beim Flossenru der FR ab und die Ruderquerkraft wird ausschließlich durch die auf der Ruderdruckseite erbrachte Ruderquerkraft RKD aufgebracht, die aber gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 1a nur ca. ein Drittel der für die Steuerung wirksamen Ruderquerkraft ausmacht.

In Fig. 1d sind die Strömungsverhältnisse bei einem erfin dungsgemäßen Strahlruder und einem Ruderausschlag von mehr als 25° dargestellt. Infolge der Ausströmung eines flüssi gen und/oder gasförmigen Mediums auf der Rudersaugseite wird ein Saugseitenabriß vermieden und die wirksame Ruder querkraft setzt sich wie bei kleinen Ruderlagen von weniger als 25° zu einem Drittel aus der auf der Ruderdruckseite erbrachten Ruderquerkraft und zu zwei Dritteln aus der auf der Rudersaugseite erbrachten Ruderquerkraft zusammen.

Fig. 2 zeigt in einer Seitenansicht und Fig. 3 in einer Frontansicht in schematisch-perspektivischer Darstellung ein Ruderblatt 1 eines erfindungsgemäßen Strahlruders. Das Ruderblatt 1 besteht aus einem Profilkörper mit einer Vorkante 11, die in profilierte und voneinander beabstande te Seitenflächen 12, 13 übergeht, die wiederum zur Hinter kante 14 des Ruderblattes 1 zusammenlaufen. Das Ruder blatt 1 ist mit einem Ruderschaft 2 verbunden, der durch einen nicht näher dargestellten, mit dem Rumpf des Wasser fahrzeugs fest verbundenen Koker geführt ist und in einem Ruderhaus endet, das mit entsprechenden Steuereinrichtungen zur Veränderung der Ruderlage versehen ist.

In den an die Vorkante 11 angrenzenden Bereichen der Seiten flächen 12, 13 des Ruderblattes 1 sind Austrittsöffnungen 3 für ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium vorgesehen. Diese Austrittsöffnungen 3 sind vorzugsweise so gestaltet, daß das Medium in Fahrtrichtung, das heißt von der Vorkan te 11 zur Hinterkante 14 gerichtet, aus den Austrittsöffnun gen 3 ausströmt.

Die Austrittsöffnungen 3 können unterschiedlich gestaltet sowie in unterschiedlicher Konfiguration angeordnet werden. So ist beispielsweise ein von der Oberkante 15 des Ruder blattes 1 bis zu dessen Unterkante 16 durchgehender Spalt in beiden Seitenflächen 12, 13 des Ruderblattes 1 im glei chen Abstand von der Vorkante 11 möglich. Eine andere Ausgestaltung kann darin bestehen, daß gemäß Fig. 2 Austrittsspalte in jeder Seitenfläche 12, 13 in der oberen und unteren Ruderhälfte angeordnet und über jeweils eine Mediumleitung 41, 42 mit einer Fördereinrichtung 5 verbun den sind.

Die vorzugsweise aus einer Pumpe bestehende Fördereinrich tung 5 ist über eine Medium-Zufuhrleitung 40 mit einem Einlaß 4 verbunden, durch den das in diesem Falle flüssige Medium angesaugt und über die Mediumleitung 41, 42 zu den Austrittsöffnungen 3 befördert wird, wo es mit vorgegebener Austrittsgeschwindigkeit aus den Austrittsöffnungen 3 austritt. Die Stromversorgung der Fördereinrichtung 5 erfolgt über ein Kabel 51, das vorzugsweise durch eine Bohrung 20 im Ruderschaft 2 bzw. durch den Koker geführt ist.

Alternativ zur Anordnung einer Ansaugöffnung 4 in Höhe der Propellerwelle an der Vorkante 11 des Ruderblattes 1 ist eine Zufuhr eines flüssigen Mediums auf der Oberkante 15, der Unterkante 16 oder an beiden Seitenflächen 12, 13 des Ruderblattes 1 möglich.

Anstelle durchgehender Spalte sind auch mehrere einzelne, hintereinander und/oder versetzt zueinander angeordnete Spalte vorsehbar. Die hintereinander und/oder versetzt zueinander angeordneten Spalte 31, 32, 33, 34 sind analog zu der Anordnung gemäß Fig. 2 gruppenweise in der oberen und unteren Ruderhälfte zu beiden Seiten der Vorkante 11 zusammengefaßt und ermöglichen somit eine individuelle Steuerung des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums.

Der Abstand der Austrittsöffnungen 3 von der Vorkante 11 des Ruderblattes 1 variiert je nach Abhängigkeit der Schub belastung des Propellers. In diesem Sinne können auch mehrere Austrittsöffnungen in unterschiedlichen Abständen zur Vorkante 11 des Ruderblattes 1 angeordnet und jeweils über getrennte Rohrleitungen mit der Fördereinrichtung 5 verbunden werden. Durch die Anordnung von Drosselklappen in den einzelnen Mediumleitungen 41, 42 können die Druckver hältnisse und damit die Austrittsgeschwindigkeit des flüssigen und/ oder gasförmigen Mediums in den verschiede nen Austrittsöffnungen 31 bis 34 fest oder variabel einge stellt werden.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, die in unterschiedlichen Abständen zur Vorkante 11 des Ruderblattes 1 angeordneten Austrittsöffnungen 3 durch einzelne Fördereinrichtungen anzusteuern, deren Druckseite individuell steuerbar ist. Damit kann in Abhängigkeit von der Ruderlage und des Ruder ausschlags zur Backbordseite oder Steuerbordseite in die jeweilige Saugseite des Ruderblattes 1 über die Austrittsöffnungen 3 das flüssige und/oder gasförmige Medium mit einer vorgebbaren oder variablen Austrittsge schwindigkeit ausgeblasen werden, um auf diese Weise wirk sam einen Saugseitenabriß zu vermeiden.

In der Normallage des Steuerruders können durch Ausblasen des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums Kavitationser scheinungen vermieden bzw. verringert werden, das heißt durch Bildung eines gasförmigen oder flüssigen Schleiers in der Außenhaut des Steuerruders wird der Oberflächenwider stand vermindert und damit die Widerstandskomponente des Ruders herabgesetzt. In gleicher Weise kann eine Propul sionsverbesserung durch Ausblasen an beiden Seiten des Steu erruders erzielt werden.

Durch asymmetrisches Ausblasen des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums auf der oberen und unteren Hälfte des Steuerruders, beispielsweise durch Ausblasen des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums auf der oberen Steuerbordseite und der unteren Backbordseite des Steuerruders kann unter Berücksichtigung des Propellerdralls eine weitere Verbesse rung der Propulsion und der Kavitationssicherheit bei Verringerung des Widerstandswerts des Steuerruders erzielt werden.

Fig. 4 zeigt in schematisch-perspektivischer Seitenansicht eine alternative Anordnung des erfindungsgemäßen Strahlru ders, bei der die Fördereinrichtung nicht im Ruderblatt 1, sondern außerhalb des Ruderblattes, beispielsweise im Rudermaschinenraum, angeordnet ist. Die Zufuhr des gasförmi gen oder flüssigen Mediums erfolgt beispielsweise über eine Bohrung 20 im Ruderschaft 2 zu einer Mediumleitung 43, die sich in mehrere Mediumleitungen 44, 45 aufteilt, die zu den Austrittsöffnungen 31 bis 34 auf den beiden Seitenflächen 12, 13 des Ruderblattes 1 führen und beispielsweise gruppen weise in Austrittsöffnungen 31 bis 34 in der oberen und unteren Ruderhälfte zusammengefaßt sind. Fig. 4 zeigt die beiden zu den Austrittsöffnungsgruppen 31, 33 in der Ruder fläche 12 oberhalb und unterhalb der Ruderblattmitte ange ordneten Austrittsöffnungen 31 und 33 führenden Mediumlei tungen 44, 45.

Bei Verwendung eines gasförmigen Mediums, beispielsweise Luft, kann in der Anordnung gemäß Fig. 4 die Luftzuführung von außerhalb des Ruderblattes, beispielsweise aus dem Rudermaschinenraum, erfolgen. Die Zufuhr der notwendigen Luft zu den Austrittsöffnungen kann ebenfalls durch den Ruderschaft 2 bzw. den Koker zu den Mediumleitungen 44, 45 erfolgen.

Neben einer Veränderung der Austrittsgeschwindigkeit des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums durch Veränderung der Fördermenge ist eine veränderbare Einstellung der Austrittsöffnungen möglich. Fig. 5 zeigt in einem Quer schnitt durch den vorderen Teil eines Ruderblattes 1 einen Anker- oder Ruderkopf 10, an den sich die Ruderseitenflä chen 12, 13 anschließen. In dem Übergangsbereich vom Ruder kopf 10 zu den Seitenflächen 12, 13 werden Austrittsöffnun gen 35, 36 dadurch gebildet, daß Öffnungszylinder 61, 62 in über eine Verbindungseinrichtung 6 in vorgegebenem Abstand zueinander angeordnet werden.

Infolge der an die Austrittsöffnungen 35, 36 angrenzenden Profilierung des Ruderkopfes 10 in Verbindung mit der Zylin deroberfläche kann das Medium in der durch Pfeile angedeute ten Richtung in den Öffnungsbereich eintreten und aus den Austrittsöffnungen 35, 36 in der Weise austreten, daß die Strömung sich an die Seitenflächen 12, 13 anlegt. Im ein fachsten Fall besteht die Verbindungseinrichtung 6 aus einem Schott bzw. einem oder mehreren Distanzstücken, die der Einstellung der Austrittsspalte 35, 36 in beiden Seiten flächen 12, 13 des Ruderblattes 1 dienen.

Fig. 6 zeigt demgegenüber eine Variante, bei der mittels einer Einstellvorrichtung 7 der Abstand der Zylinder 61, 62 zueinander durch eine längenveränderliche Verbindungsein richtung 60 eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann der Querschnitt der Austrittsöffnungen 35, 36 variiert und den jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden. Je nach Ruderausschlag können die Backbord- oder Steuerbordseite Austrittsöffnungen 35, 36 geöffnet bzw. geschlossen werden und in der Normallage des Ruderblattes 1 können beide Aus trittsöffnungen 35, 36 geöffnet werden, um zur Propulsions verbesserung und Kavitationsvermeidung beizutragen.

Fig. 7 zeigt eine Variante, bei der die Austrittsspalte 35, 36 und die beiden Seitenflächen 12, 13 des Ruderblat tes 1 mittels einer speziellen Einstellvorrichtung fest ein gestellt werden können. In dieser Ausführungsform sind eben falls Austrittszylinder 61, 62 vorgesehen, die über ein Di stanzelement 60 miteinander verbunden sind. Ein Ankerkopf 100 weist eine Bohrung 101 zur Aufnahme eines Bolzens 8 auf, der mit einer Bolzenaufnahme 102 verbindbar ist. Der Spalt S zwischen dem Ankerkopf 100 und der Bolzenaufnah me 102 kann mittels des Bolzens 8 so variiert werden, daß eine unterschiedliche Spaltgröße für die Austrittsspalte 35, 36 einstellbar ist. Die Öffnung 101 im Ankerkopf 100 kann nach der festen Einstellung des Spaltes S, das heißt nach der Montage des Ankerkopfes verspachtelt werden, so daß eine ununterbrochene, glatte Vorkante des Ruderblat tes 1 gegeben ist.

Neben den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten zur Verän derung bzw. Einstellung der Austrittsgeschwindigkeit des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums sowie zur Einstel lung und Veränderung des Austrittsquerschnitts sind weitere Varianten möglich. So können beispielsweise mehrere Aus trittsspalte in Längsrichtung des Ruders hintereinander mit Einrichtungen gemäß den Fig. 5 bis 7 vorgesehen werden. Auch eine Kombination der Veränderung der Austrittsgeschwin digkeit des flüssigen und/oder gasförmigen Mediums durch Veränderung des Pumpendrucks und eine Veränderung des Austrittsquerschnitts liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Dabei kann durch die Verwendung verschiedener Pumpen für die gruppenweise zusammengefaßten Austrittsöff nungen eine individuelle Steuerung über die gesamte Oberflä che der Ruderseitenflächen 12, 13 vorgesehen werden. Durch eine verteilte Anordnung von Austrittsöffnungen über die Ruderseitenflächen ist insbesondere eine Verringerung bzw. Vermeidung von Kavitationserscheinungen am Ruderblatt durch Ausblasen an den gefährdeten Stellen am Steuerruder mög lich.

Fig. 8 verdeutlicht in einem Diagramm die mit der erfin dungsgemäßen Lösung gegenüber konventionellen Rudern bzw. Hochleistungsrudern erzielbaren Vorteile.

Fig. 8 zeigt den Verlauf der Koeffizienten c_l der Ruder querkraft (LIFT) sowie des Widerstandskoeffizienten c_d der Ruderlängskraft (DRAG) in Abhängigkeit vom Ruderausschlag für verschiedene Rudertypen. Die Ruderquerkraft ergibt sich zu:

LIFT = c_l.rho/2.v.AR

und die Ruderlängskraft zu:

DRAG = c_d.rho/2.v.AR

wobei c_l und c_d die Koeffizienten der Ruderquerkraft bzw. Ruderlängskraft sind, rho die Ruderhöhe, v die Anströmge schwindigkeit, AR die wirksame Ruderfläche ist und das Produkt v².AR den Staudruck repräsentiert.

Die dargestellten Koeffizienten c_l und c_d für ein Normalru der NR, ein Hochleistungs-Flossenruder FR, ein Rotorru der RR und ein Strahlruder SRA verdeutlichen die Wirksam keit der erfindungsgemäßen Lösung. Während der Ruderquer kraftkoeffizient c_l für ein Normalruder NR und ein Hochlei stungs-Flossenruder FR einen Maximalwert von 1,0 bzw. 1,6 bei einem Ruderausschlag von 25° bzw. 28° erzielt und dann infolge des Saugseitenabrisses expotentiell abfällt, zeigt der Ruderquerkraftkoeffizient c_l für ein Rotorruder RR einen Anstieg bis zu einem Maximum von 1,6 bei einem Ruder ausschlag von ca. 50° und daran anschließend einen linearen Abfall.

Demgegenüber steigt der Ruderquerkraftkoeffizient c₁ bei einem Strahlruder SRA auf einen ersten Maximalwert von ca. 2,0 bei einem Ruderausschlag von ca. 30° mit weiterem Anstieg bis zu einem zweiten Maximum von ca. 2,2 bei einem Ruderausschlag von ca. 45° an, um dann linear auf einen Wert von 1,0 bei einem Ruderausschlag von 70° abzufallen. Diese Kurvendarstellung verdeutlicht, daß in dem hauptsäch lichen Arbeitsbereich eines Steuerruders von 45° Ruderlage das Strahlruder SRA eine maximale Querkraftkomponente erzeugt, die deutlich über den Maximalwerten der konventio nellen Ruder liegt.

Im Vergleich hierzu ist der Ruderlängskraftkoeffizient c_d für ein Normalruder NR und ein Rotorruder RR eingetragen, wobei sich der Ruderlängskraftkoeffizient mit steigender Ruderlage ansteigt.

Claims

1. Steuerruder für Wasserfahrzeuge mit einem Ruderblatt, das eine Vorkante oder Ruderkopf und daran anschließen de, voneinander beabstandete Seitenflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Seitenflächen (12, 13) des Ruderblattes (1) Austrittsöffnungen (3; 31 bis 36) für ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium angeordnet sind.

2. Steuerruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (3; 31 bis 36) am in Fahrt richtung des Wasserfahrzeugs vorderen Drittel des Ruderblattes (1) angeordnet sind.

3. Steuerruder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Austrittsöffnungen (3; 31 bis 36) über die Seitenflächen (12, 13) des Ruderblattes (1) verteilt angeordnet sind.

4. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aus trittsöffnungen (3; 31 bis 36) in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs hintereinander und/oder versetzt zuein ander angeordnet sind.

5. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aus trittsöffnungen (3; 31 bis 36) zumindest über einen Teil der Höhe des Ruderblattes (1) verteilt angeordnet sind.

6. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöff nungen (3; 31 bis 36) aus senkrecht zur Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs verlaufenden Schlitzen bestehen.

7. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Austrittsöffnungen (3; 31 bis 36) veränderbar ist.

8. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsge schwindigkeit des Mediums veränderbar ist.

9. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Austrittsöffnungen (3; 31 bis 36) und/oder die Austrittsgeschwindigkeit des Mediums auf beiden Seiten flächen (12, 13) des Ruderblattes (1) unabhängig vonein ander steuerbar sind.

10. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt des Mediums über die Höhe des Ruderblattes (1) unter schiedlich steuerbar ist.

11. Steuerruder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt des Mediums an beiden Seitenflächen (12, 13) des Ruderblattes (1) in bezug auf die Hochach se des Ruderblattes (1) asymmetrisch steuerbar ist.

12. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsge schwindigkeit des Mediums mittels einer Fördereinrich tung (5) veränderbar ist.

13. Steuerruder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (5) im Ruderblatt (1) ange ordnet ist.

14. Steuerruder nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördereinrichtung (5) im Wasserfahrzeug ange ordnet ist und das Medium über eine Leitung (20) geführt ist, die über den das Ruderblatt (1) mit dem Rumpf des Wasserfahrzeugs verbindenden Ruderschaft (2) und/oder Koker geführt ist.

15. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöff nung (4) für ein flüssiges Medium im Ruderblatt (1) an geordnet ist.

16. Steuerruder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnung (4) an der Vorkante (11) des Ru derblattes (1), vorzugsweise in Höhe der Propellerwel le angeordnet ist.

17. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöff nung für ein gasförmiges Medium im oder am Rumpf des Wasserfahrzeugs angeordnet ist.

18. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkante (11) des Ruderblattes (1) aus einem Ankerkopf (10, 100) besteht, der mit dem durch die Seitenflächen (12, 13) des Ruderblattes (1) begrenzten Ruderkörper ver bindbar ist und daß die Austrittsöffnungen (3; 31 bis 36) zwischen den Stirnseiten der Seitenflächen (12, 13) und den Seitenkanten des Ankerkopfes (10, 100) aus gebildet sind.

19. Steuerruder nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Austrittsöffnungen (3; 31 bis 36) durch Verändern des Abstandes des Ankerkopfes (10, 100) zum Ruderkörper einstellbar ist.

20. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ruderblatt (1) aus einem profilierten Ruderkörper und einem gewölbten Ruderkopf sowie vom Ruderkopf zu einer Hinterkante (14) des Ruderblattes (1) zusammenlaufen den Seitenflächen (12, 13) besteht und daß die Au strittsöffnungen (3; 31 bis 36) in dem an dem Ruder kopf angrenzenden Bereich der Seitenflächen (12, 13) vorgesehen sind.

21. Steuerruder nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerruder aus einem Hochleistungs-Flossenruder mit einem an der Hinterkante eines Hauptruderblattes angelenkten Flos senruderblatt besteht und daß im in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeugs vorderen Drittel des Hauptruderblattes Austrittsöffnungen für ein flüssiges und/oder gasförmi ges Medium angeordnet sind.

22. Steuerruder nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in dem an die Anlenkung des Flossenruderblattes am Hauptruderblatt anschließenden vorderen Drittel des Flossenruderblattes Austrittsöffnungen für ein flüssi ges und/oder gasförmiges Medium angeordnet sind.