Die Erfindung bezeichnet ein Bodeneffektsegel und betrifft einen textilen Tragflügel (Segel für Segelfahrzeuge, insbesondere Segeljollen und Yachten), der bei Halb- und Amwindkursen zusätzlich zum Hauptsegel in einem flachen Winkel zur Wasseroberfläche gefahren wird und dazu dient, vertikale Auftriebskräfte zu generieren.
Das Bodeneffektsegel ist ein bauchiges, asymmetrisch dreieckiges Vorsegel, das aus relativ leichtem Segeltuch hergestellt wird und sich für Amwindkurse und Halbwindkurse eignet.
Inhaltsverzeichnis
1. Traktat über die Beiträge zu den ”Transactions in Bionic Patents”
2. Technische Beschreibung
2.1 Bodeneffekt nutzendes Vorsegel für Segelboote in Differentialbauweise
3. Stand der Technik und der Wissenschaft
3.1 Biologie. Fliegende Fische
3.2 Fluggeräte
3.3 Helikopter
3.4 CAT-Jollen
3.5 Vorsegel, Spinnaker, Gennaker
3.6 Bodeneffektsegeln
4. Problembeschreibung
5. Problemlösung
6. Erzielbare Vorteile
7. Aufbau, bauliche Ausführung und Wirkungsweise
7.1 Wirkungsweise
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und technischen Umsetzung eines bionisch inspirierten Bodeneffektsegels für Segeljollen und Yachten, um die aerodynamische Effizienz durch die gezielte Reduktion von induzierten Randwirbeln zu steigern.
- Grundlagen des physikalischen Bodeneffekts in Natur und Technik
- Analyse biologischer Vorbilder, insbesondere fliegender Fische
- Übertragung aerodynamischer Prinzipien auf Segelfahrzeuge
- Technische Konstruktion und Wirkungsweise des Bodeneffektsegels
- Evaluierung von Vorteilen für die Performance von Segelsystemen
Auszug aus dem Buch
Stand der Technik und der Wissenschaft.
Die theoretischen Grundlagen des Bodeneffekts sind die des endlichen, Auftrieb erzeugenden Tragflügels. Der Bodeneffekt ist ein physikalisches Phänomen, das aus der Minderung des induzierten, weil auftriebbedingten, Widerstands der Randkantenumströmung eines fluidmechanisch wirksamen Strömungskörpers resultiert. In Bodennähe verändern sich die aerodynamischen Verhältnisse von Tragflächen. Der Auftrieb wird vergrößert, der Auftriebsschwerpunkt wandert nach hinten und der Luftwiderstand wird kleiner. Wenn es gelingt, den auftriebsbedingten Widerstand zu vermeiden, können Tragflächen mit hohen Wirkungsgraden realisiert werden.
Segelflugzeuge können im Bodeneffekt unter geringerem Höhenverlust eine wesentlich weitere Strecke als die dem Gleitwinkel entsprechende zurücklegen. Faustregel: Der Bodeneffekt tritt auf, wenn die Flughöhe gleich oder kleiner als die halbe Flügelspannweite des Tragflügels ist [www-4].
Bei biologischen Fliegern wurde das bodennahe Gleiten und auch der Kraftflug dicht über der Wasseroberfläche schon vor geraumer Zeit beobachtet und beschrieben. Übertragungen der Naturbeobachtungen in künstliche, technische Flugsysteme erfolgten zunächst durch Prof. Dr. A. M. Lippisch in den 60er Jahren. Wieselberger, Assistent von Prof. Prandtl in Göttingen, hatte bereits 1920/21 eine Theorie der Bodeneffekte an Tragflügeln veröffentlicht. Sie beruhte auf der Annahme, dass der induzierte Widerstand bei Annäherung eines Tragflügels an den Boden vermutlich kleiner wird. Praktische Versuche mit kleinem Bodenabstand und großer Flügeltiefe haben damals nicht stattgefunden. Der Finne Kaairo hatte 1932 ein Patent auf die Nutzung des den Bodeneffektes an einem Schlittenfahrzeug erhalten. Es lag nur in finnischer Sprache vor und lange Zeit unbekannt.
Zusammenfassung der Kapitel
Traktat über die Beiträge zu den ”Transactions in Bionic Patents”: Einführung in die Zielsetzung der Schriftenreihe, die aktuelle Forschungsthemen der Bionik und deren patentrelevante Umsetzung dokumentiert.
Technische Beschreibung: Spezifikation des Bodeneffektsegels als textiles Tragflächenelement zur Erzeugung vertikaler Auftriebskräfte bei Segelfahrzeugen.
Stand der Technik und der Wissenschaft: Herleitung der physikalischen Grundlagen des Bodeneffekts unter Berücksichtigung biologischer Vorbilder und bisheriger aerodynamischer Flugsysteme.
Problembeschreibung: Darlegung der Schwierigkeit, die Vorteile des Bodeneffekts von Segelsurfboards auf klassische Segeljollen und Yachten zu übertragen.
Problemlösung: Vorstellung der erfinderischen Lösung mittels eines am Rumpf und Mast/Baum angeschlagenen Bodeneffektsegels.
Erzielbare Vorteile: Erläuterung der Widerstandsminderung durch das aufrichtende Moment und die Störung des Randwirbels.
Aufbau, bauliche Ausführung und Wirkungsweise: Detaillierte technische Beschreibung der Komponenten, Montagepunkte und der fluidmechanischen Funktion des Segels.
Schlüsselwörter
Bionik, Bodeneffekt, Segelboote, Aerodynamik, induzierter Widerstand, Tragflügel, Segelforschung, Randwirbel, Differentialbauweise, Hydrodynamik, Patent, Fluidmechanik, Segelrigg.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der technischen Entwicklung eines bionisch inspirierten Bodeneffektsegels, das die aerodynamischen Eigenschaften von Segelbooten durch die gezielte Nutzung des Bodeneffekts optimieren soll.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die zentralen Themen umfassen die physikalischen Grundlagen des Bodeneffekts, biologische Inspirationsquellen wie fliegende Fische, moderne Aerodynamik im Segelsport und die patentrechtliche Dokumentation einer technischen Neuerung.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das primäre Ziel ist es, eine Vorrichtung zu beschreiben, die den in der Natur vorkommenden Bodeneffekt für Segeljollen und Yachten nutzbar macht, um den induzierten Widerstand zu senken und die Performance zu verbessern.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zur Anwendung?
Es wird ein bionischer Ansatz gewählt, der Naturbeobachtungen (Biologie) mit physikalischen Erkenntnissen der Strömungslehre kombiniert und in eine technische Konstruktion überführt.
Was ist Gegenstand des Hauptteils?
Der Hauptteil analysiert den Stand der Technik, beschreibt die konstruktiven Herausforderungen bei der Anwendung des Bodeneffekts auf Segelsysteme und detailliert die Lösung sowie die bauliche Ausführung des entwickelten Bodeneffektsegels.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren das Dokument?
Wichtige Begriffe sind Bionik, Bodeneffekt, Segelboote, Aerodynamik, induzierter Widerstand, Randwirbel und Differentialbauweise.
Wie unterscheidet sich das Bodeneffektsegel von herkömmlichen Segeln?
Im Gegensatz zu Standardvorsegeln ist das Bodeneffektsegel spezifisch dafür konstruiert, sich in Fahrt nahe der Wasseroberfläche zu wölben und so vertikale Auftriebskräfte zur Widerstandsminderung zu erzeugen.
Welche Rolle spielt die Spiere bei dieser Erfindung?
Die Spiere fungiert als Druckstabsystem, das das Segeltuch ausbaumt und mechanisch vermittelt, dass das Segel bis in die Nähe der Wasseroberfläche hinabwölbt, um den Bodeneffekt zu aktivieren.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Autor:in), 2013, Transactions in Bionic Patents: Bodeneffekt nutzendes Vorsegel für Segelboote, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/231071
