Die Erfindung betrifft ein Rigg für Segelsurfbretter, bestehend aus einer textilen Tragflügelmembran und einem Führ- und Befestigungstragwerk. Das Rigg nutzt den so genannten Wirbelspuleneffekt. Das Grundprinzip der Segelgeometrie ist dem so genannten "Krabbescheren-Rigg" nachempfunden.
Inhaltsverzeichnis
1. Stand der Technik, Historische Betrachtung und Neuheit.
2. Stand der Wissenschaft
2.1 Stand der Wissenschaft, Wirbelspulenphänomenologie.
2.2 Stand der Wissenschaft, Biologie und Technik.
3. Problembeschreibung.
4. Problemlösung
5. Erzielbare Vorteile
6. Aufbau, bauliche Ausführung und Wirkungsweise
7. Wirkungsweise
Zielsetzung und Themen
Die vorliegende Arbeit stellt ein neuartiges Rigg für Segelsurfbretter vor, das den physikalischen Wirbelspuleneffekt nutzt, um die aerodynamische Effizienz zu steigern und gleichzeitig die Handhabung für Sportler zu erleichtern, indem das bewährte Krabbescheren-Prinzip auf das Surfen übertragen wird.
- Bionische Optimierung von Segelriggs
- Physikalische Grundlagen des Wirbelspuleneffekts
- Historische Analyse von Krabbenscherensegeln
- Konstruktive Umsetzung der Tragflügelmembran
- Steigerung der Effizienz durch Randwirbelminderung
Auszug aus dem Buch
Stand der Wissenschaft, Wirbelspulenphänomenologie.
Nach der Tragflügeltheorie hängt die Auftriebskraft einer umströmten Tragfläche alleine von der Zirkulation ab [Kutta-Jankowski]. Überlagern sich an einem Strömungskörper (bei einer zweidimensionalen Modellvorstellung in der Profilebene des Strömungskörpers) ein translatorisches und ein rotatorisches Strömungsfeld, kommt es infolge der Zirkulation um diesen Körper zu Verzögerung der Strömung auf der einen und zu einer Beschleunigung der Strömung auf der anderen Seite. Nach der Bernoullischen Gleichung führt die Beschleunigung zu einer Druckminderung, die Verzögerung zu einer Druckerhöhung, was im Falle eines Tragflügels als Auftriebskraft spürbar wird. Für einen angeströmten, endlichen Tragflügel ist die Auftriebskraft elliptisch über den Auftrieb erzeugenden Körper verteilt. Infolge des Druckgradienten kommt es am materiellen Ende der Tragfläche zu einer Umströmung der Tragflächenkante. Im Nachlauf der Kantenumströmung bildet sich nun ein kompakter Wirbel aus, der als durch den Druckgradienten induzierter Randwirbel in der Literatur beschrieben wird.
Der induzierte Randwirbel bindet einen erheblichen Anteil der zur Erzeugung der Auftriebkräfte des Systems aufgebrachten Energie. Der Wirbelzopf im Nachlauf einer Auftrieb erzeugenden Tragfläche ist sehr stabil. In Strömungsuntersuchungen am Windkanal aber auch durch numerische Strömungssimulationsrechnungen kann das Umströmungs-gebaren an den Enden Auftrieb erzeugender Strömungskörper sichtbar gemacht werden. Jeder durch das Auftriebsgebaren einer Tragflügelfläche induzierter Wirbelzopf ist idealer Weise hinsichtlich seiner Geschwindigkeitsverteilung in seinem Querschnitt kompakt und bildet ein graduelles rotatorisches Fernfeld aus. Existieren zwei oder mehr kompakte Wirbelzöpfe gleicher Drehrichtung und ähnlicher, in einem günstigen Fall, gleicher Intensität, beginnen die Wirbelzöpfe im Nachlauf ihres Entstehungsortes um ein gemeinsames Zentrum zu rotieren. Ein schraubenartiges Wirbelspulengebilde entsteht.
Zusammenfassung der Kapitel
Stand der Technik, Historische Betrachtung und Neuheit.: Dieses Kapitel beleuchtet die Ursprünge des Krabbenscherensegels in Polynesien und setzt es in den Kontext rezenter Forschung sowie der erfinderischen Neuheit.
Stand der Wissenschaft: Hier werden die aerodynamischen Grundlagen dargelegt, insbesondere die Wirbelspulenphänomenologie und deren Vorkommen in der Natur bei landsegelnden Vögeln.
Problembeschreibung.: Das Kapitel analysiert, warum das bekannte Krabbescheren-Prinzip bislang nicht ohne Weiteres auf Segelsurfbretter übertragbar war.
Problemlösung: Es wird das erfindungsgemäße Rigg vorgestellt, das eine textile Tragflügelmembran mit einem Führ- und Befestigungstragwerk kombiniert.
Erzielbare Vorteile: Der Fokus liegt auf der vorteilhaften Druckpunktlage im oberen Drittel und der einfachen Handhabung auch für ungeübte Sportler.
Aufbau, bauliche Ausführung und Wirkungsweise: Das Kapitel beschreibt die technischen Hauptkomponenten wie Mastenbasis, Segelführbaum und die textile Tragflügelmembran.
Wirkungsweise: Abschließend wird erklärt, wie das System im Fahrbetrieb die induzierten Randwirbel nutzt, um die Gesamteffizienz zu steigern.
Schlüsselwörter
Bionik, Wirbelspuleneffekt, Krabbenscherensegel, Segelsurfbrett, Tragflügelmembran, Aerodynamik, induzierter Widerstand, Randwirbel, Segeltechnik, Strömungslehre, Patentrecht, Konstruktion, Auftriebskraft, Fluidmechanik, Rigg.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Publikation?
Die Arbeit behandelt die Entwicklung eines bionisch inspirierten Riggs für Segelsurfbretter, das auf dem sogenannten Wirbelspuleneffekt basiert.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die zentralen Themen umfassen die physikalischen Grundlagen der Aerodynamik, die bionische Adaption natürlicher Flügelstrukturen sowie die technische Konstruktion von Segelkomponenten.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, die Effizienz von Surf-Riggs durch die Übertragung des historischen Krabbenscheren-Prinzips und die Nutzung des Wirbelspuleneffekts zu steigern.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es wird eine Kombination aus Literaturrecherche zum Stand der Technik und der theoretischen Herleitung fluiddynamischer Prinzipien angewendet, um eine neuartige, patentierbare Vorrichtung zu begründen.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Herleitung der Wirbelspulenphänomenologie, die Problemstellung der Übertragbarkeit auf Surfboards und die konkrete technische Ausgestaltung der Erfindung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Bionik, Wirbelspuleneffekt, Krabbenscherensegel, Aerodynamik, Auftriebskraft und Segelsurfbrett.
Warum ist das "Krabbescheren-Rigg" bisher kaum bei Surfboards verbreitet?
Bisher basierte die wissenschaftliche Argumentation zur Wirksamkeit fast ausschließlich auf der Deltaflügel-Phänomenologie, was die Anwendung auf die speziellen Konstruktionseigenschaften von Surf-Riggs erschwerte.
Welchen Vorteil bietet die Platzierung des aerodynamischen Druckpunkts?
Durch die Konfiguration im oberen Drittel der Tragflächengeometrie ergeben sich erhebliche Vorteile bei der Ausnutzung der aerodynamischen Kräfte bei gleichzeitig gutmütigem Handling.
Welche Rolle spielt der "Gabelwinkel" bei der Konstruktion?
Der Gabelwinkel bestimmt die mechanische Vorspannung, den Typ und den Schlankheitsgrad der Gesamtkonstruktion und kann je nach Einsatzbereich variiert werden.
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- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Author), 2013, Transactions in Bionic Patents, Vol. 007: Wirbelspuleneffekt nutzendes Rigg für Segelsurfbretter, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/262861
