Wie funktioniert ein Hydrofoil bzw. Tragflügel? (Nicht das Ding für Z oder AB)

[wolfischmidt]

Das Prinzip greift auch beim Verdränger, hat mir ein Bekannter erklärt, der dies hier einmal vor Jahren vorgetragen hat und dann ausgelacht wurde.

Mein Bekannter hat mir erklärt, dass sich der Auftrieb über die laminare Strömung an der Oberseite des gekrümmten Profils ergibt, wobei bei den Kräften ein Verhältnis von 5 zu 1 besteht. Das wiederum bedeutet, dass im Verhältnis zum Anströmwiderstand ein Fünffaches an Auftrieb entsteht.

Beim Verdränger müssen natürlich die Profile deutlich größer gewählt werden, weil der Auftrieb im Quadrat zur Geschwindigkeit steigt.

Die Größenänderung ergibt sich über die unterschiedlichen Dichten der Medien Luft und Wasser.

Was aber machbar ist, seht Ihr selbst.

Mit den nötigen Veränderungen kann man mal eben 2 und mehr Tonnen anheben.

Das ist auch nicht neu, das geben die bekannten physikalischen Gesetze her.

Damit ist auch beim Verdränger der herkömmlichen Art die Rumpfgeschwindigkeit, die mit 4,5 x der Wurzel aus der Konstruktionswasserlänge (grundsätzlich) definiert ist, nicht mehr das Ende der Fahnenstange im Verdrängerbereich erreicht, was die erzielbare Geschwindigkeit anbelangt, wenn der Rumpf entsprechend modifiziert wird.

Dieser Vortrag ist aber nicht auf meinem Mist gewachsen. Das habe ich mir von meinem Bekannten erklären lassen, der hier einmal Mitglied war, der Bootsbaumeister ist, um ihn hier sachkundig einstellen zu können.

MfG Wolfi

[Mork]

Zitat von kpn-hornblower

Wellen scheinen aber ein Problem zu sein, so wird zb. bei der *Falcon-M* angegeben:
Wave height of safe navigation, 1,25 m

Naja... Bei einem Gleiter gleicher Größe ist man bei 1,25 aber schon lange runter vom Gas und wühlt sich in Verdrängerfahrt
durch die Wellen.
Also ein Vorteil.

und die Frage aller Fragen )) Schpart man Sprit damit ?
die Angaben über die Hydrofoil « A L F A - 4 0 » mit mindestens 2x250 PS
und 15 t ein Verbrauch von 1,5 L/Km im Cruising mode 65 Kmh hören sich jedenfalls nicht schlecht an.

Wenn ich, unter 10 Tonnen und bissl über 12m, 65 km/h fahre, sind die Motoren an der Leistungsgrenze und schlucken 2x 65
Liter pro Stunde, geben dabei aber 2x315 PS ab. Der Streckenverbrauch wäre also 2l/km.

33% Mehrverbrauch bei einem um wiederum ~33% leichteren Schiff sprechen ebenfalls eine sehr deutliche Sprache finde ich.

[Mork]

Zitat von simon-2

Hallo,

ein V-förmiger, halbgetauchter Flügel bringt "von Natur aus" Querstabilität in Fahrt (wenn eine Seite weiter eintaucht, ist mehr Tragfläche im Wasser --> mehr Auftrieb), ist aber weniger effizient als ein komplett getauchter.
Für komplett getauchte braucht man irgendeine Form von Regelung:
-der Surfer über Gewichtsverlagerung
-die Militärschiffe über verstellbare Klappen

Längsstabilität muss man auch in den Griff bekommen; die "Surface Follower" hattest du ja schon angesprochen, kann man natürlich auch elektronisch lösen (Aktoren vorausgesetzt).

Von Ray Vellinga (von dem einige Youtube-Vids verlinkt sind) gibt es auch ein Buch zum Thema; mE ganz gut um die Grundlagen zu verstehen (viele gute Skizzen); wer ein "echtes Fachbuch" sucht, wird aber leider enttäuscht.

Ah ja! Die Sache mit dem "taucht mehr ein -> ergo mehr Auftrieb -> taucht also wieder aus -> Boot wieder gerade"
leuchtet ein - Danke!

Den Surface Follower, den verstehe ich bei glatten Bedingungen sehr gut. Ist mal Welle von 0,5m oder mehr, kapiere
ich das Ding gar nicht mehr.
Der macht doch dann einen Springbock aus dem Boot?

Hier wäre eine Ultraschallregelung wohl pfiffiger, einmal senkrecht nach unten (also das "Ententeichsoll"), einmal 3m
voraus und einmal 6m voraus - und aus diesen drei Werten einen Mittelwert abbilden und danach rechnen.
Verstellung dann mittels Linearaktuator, elektrisch oder hydraulisch.

Wenn man die Dinger vorne verbaut, kann man sie doch hinten auch gleich verbauen, hier wäre wohl ein Gyrosensor
das Mittel der Wahl.

Dürfte dann auch gleich einen Antiwankeffekt in den Kurven ergeben

[Mork]

Zitat von wolfischmidt

Damit ist auch beim Verdränger der herkömmlichen Art die Rumpfgeschwindigkeit, die mit 4,5 x der Wurzel aus der Konstruktionswasserlänge (grundsätzlich) definiert ist, nicht mehr das Ende der Fahnenstange im Verdrängerbereich erreicht, was die erzielbare Geschwindigkeit anbelangt, wenn der Rumpf entsprechend modifiziert wird.

Das bedeutet zu Ende gedacht, dass man einen schicken, stabilen Verdrängerrumpf für Langsamfahrten konstruieren kann,
diesen bei Bedarf aber dann mittels ausfahrbarer Foils auch fliegen lassen kann - die Rumpfform ist ja völlig einerlei, solange
sie das Wasser nicht berührt sondern darüber fliegt.

Das wäre dann die eierlegende Wollmilchsau unter den Freizeitbooten: Stabil und sparsam in Verdrängerfahrt geradeaus,
kein Gieren, kein Geeiere - und bei Bedarf schneller und zeitgleich sparsamer als der klassische Gleiter.

Auch die Designer bekämen viel freiere Hand, da es prinzipiell egal ist, ob ich ein Fischerboot, einen Trawler oder einen
Offshoreflitzer fliegen lasse.

Ich finde das nach wie vor sauspannend.

Darf ich raten: Dein Bekannter (*hüstel*) heißt Walter?

[Mork]

Hier ein russischer Rohbau - da vorne wird gar nichts bewegt und Profil haben die Dinger auch keins.
Hier geht es wohl nur um den Anstellwinkel, das Boot also quasi Wasserski fahren zu lassen.

Ist natürlich nicht so elegant wie ein ganz getauchter und spritzt viel mehr, dafür sollte eine ausfahrbare Konstruktion relativ leicht zu bewältigen sein:

[Mork]

Hier die obige Schale fertig in Fahrt im Video:

https://youtu.be/0GNphpaL440

Eckdaten: 8,5m lang, 190 PS, Vmax 80 km/h, 2,3t Gewicht.

Respektabel!

[Volga70]

https://www.boote-forum.de/newreply....eply&p=4030419

Hier ist ein Video vom aktuellen Booten drin. Wie ich finde sehr interessant.
Die Tragflügel funktionieren grundsätzlich wie Flugzeugflügel. Auftrieb durch gewölbte Oberfläche.
In Langsamfahrt ziemlich kursstabil und im Hafen daher am Besten mit Bugstrahlruder zu bewegen.
Zum Gewicht kann ich noch nichts sagen, da meins noch nicht fertig ist. Aber Original sind die Boote mit 70 PS motorisiert gewesen und erreichen 70km/h. Flugfahrt geht ab etwa 20 los. Größere Motoriserungen machen nur als Reserve und für mehr Dampf unten rum Sinn. Bei höheren Geschwindigkeiten setzt dann Kavitation ein und das Boot wird instabil.

Unter: http://www.volga-hydrofoil.net/phpBB3/viewforum.php?f=1

Gibt es ein Forum zum Thema und auch weitere links.

[Mork]

Ich sinniere gerade darüber, weswegen hydraulisch ausfahrbare Flügel, welche sich eingezogen harmonisch ins
Rumpfbild integrieren, so abenteuerlich sein sollen.

Selbst wenn in "Flügelfahrt" nur ein überschaubarer Geschwindigkeitsbereich zur Verfügung stehen sollte und
eine Vmax den Spaß beendet, wäre es hinsichtlich der Streckeneffizienz, gerade auf Urlaubstörn, immer noch
eine höchst willkommene Funktion.

Dadurch, dass die Foils ausfahrbar wären, bliebe dem Skipper zum rumspinnen ja immer noch die normale Gleit-
fahrt, eben wenn die Flügel eingezogen sind.
Mag durchaus sein, dass eine solche Konstruktion dann evtl. die Höchstgeschwindigkeit unter Einsatz aller Leis-
tungsreserven in normaler Gleitfahrt erreicht, allerdings dann mit dem üblichen Gleiterverbrauch, sagen wir 70km/h
mit 2,5l/km.

Beim Foilen wäre konstruktionsbedingt bei 60km/h Schluss, die allerdings mit einem Streckenverbrauch von 1l/km.
Zum Beispiel.

Ich glaub ich muss da mal ein Modell basteln...

[kpn-hornblower]

ja ein/ausfahrbar wäre sicher die Eleganteste Lösung.
würde aber einiges an Platz IM Boot benötigen, und dürfte Konstruktiev schwierig sein.
es muss ja alles Wasserdicht sein.

ein zb. 10t Verdränger damit zum Fliegen bringen wäre mal was

bin auf dein Modell gespannt
Ich passe...das kann ich nich ))

[Brummer]

Moin,

das 20$ Buch von weiter oben erklärt das alles recht gut.
Auch wenn hier mit Pfunden und Füssen gerechnet wird.

Die Finnen haben auch gerade was Fertig bekommen.

https://www.youtube.com/watch?v=SU8_umFFv-w


Torsten

[Mork]

Sehr schön!!

Sieht auch alles starr aus.

Hier aus Schweden, "self stabilzed" - der surface follwer ist halt echt hässlich,
aber da findet sich was.

https://www.youtube.com/watch?v=x8H0h0j9PNs

[Brummer]

Nee,

das ist nicht starrrrrrr

https://www.youtube.com/watch?v=abMJ99wtu1Y

[Mork]

Mit "starr" meinte ich ungeregelt, also keine Flapverstellung oder so

[Brummer]

Moin,

vollgetauchte Flügel müssen immer irgent wie gesteuert werden.
Sonst funktioniert das nicht !
Schau dir mal die anderen Videos von Candela und Ray Vellinga an.


Torsten

[Mork]

Hier eine Fähre mit vollgetauchten Flügeln:



Eckdaten:
37x8m, 30t, 250 Pax, 4.600kw, 43kn

[Spüli]

Moin!
Die Marke Candela hat im Sommer wohl die Auslieferung begonnen.

https://youtu.be/B9lGhwyVF6U

Ich finde es interessant, wie die Foils wohl per Software verstellt werden. Das Ding scheint auch recht leise und sparsam zu sein (0,85kWh/sm).

[Oldskipper]

Im Regelfall braucht es keine Regulierung. Je näher das Foil der Wasseroberfläche kommt, destso weniger Auftrieb hat es. Das ist nicht der statische Auftrieb durch Volumen, sondern der dynamische Auftrieb durch das Profil nimmt ab. Wenn weniger Wasser über der Tragfläche ist, kann das Wasser nach oben entweichen und der Unterdruck an der Oberseite der Tragfläche nimmt ab. Wenn die Profile richtig dimensioniert sind, stabilisiert sich das Ganze von selbst. V förmige Flächen tauchen immer weiter auf, bis sich der Auftrieb nicht mehr durch Geschwindigkeitssteigerung erhöht. Es gab auch Systeme mit mehreren Flächen übereinander. Kommt die oberste an die Luft, ist der Auftrieb weg. Bei hohen Geschwindigkeiten wird Wasser ganz schön stabil. Deshalb fahren die Boote auch so ruhig. Die sind quasi einbetoniert.

[B4-Skipper]

Sowas gab es sogar in der DDR für den Delphin 110, nannte sich allerdings (altdeutsch) Tragflächenboot.



Gruß Lutz

[Bootfan Dieter]

Zitat von kpn-hornblower

ja ein/ausfahrbar wäre sicher die Eleganteste Lösung.
würde aber einiges an Platz IM Boot benötigen, und dürfte Konstruktiev schwierig sein.
es muss ja alles Wasserdicht sein.

Das muss nicht alles wasserdicht sein, vorstellbar wären Flügel, die unten am Rumpf (Außen) mittels eines Gelenks schwenkbar angebracht sind und von einem Hydrauliksystem oder einer ähnlichen mechanischen Vorrichtung, das sich oberhalb der Wasserlinie befindet nach Wunsch aus- und eingefahren werden könnten.

Nachteile:

Wird wohl ziemlich teuer sein, so ein System, schließlich müssen da einige Newtons bewegt werden, je nach Bootsgröße und man bräuchte dafür einen extra-Antrieb, ein simpler E-Motor, gespeist aus der Bordbatterie wäre wohl zu schwach dimensioniert.

Dann würde sich der Strömungswiderstand des Rumpfes bei eingefahrenen Flügeln erheblich verschlechtern, man bräuchte für Kanal- und sonstige Schleichfahrten viel mehr Kraftstoff.

Zu allem Überfluss bekommt man Einschränkungen im ohnehin meist zu knappen Raumangebot im Bootsinneren durch die vorhandenen Systeme, die ja irgendwo montiert sein müssen.

Letztlich wird das aber am Preis scheitern, der dafür aufgerufen werden muss, dann steht man vor die Wahl: Entweder das oder ein viel größeres Boot mit stärkerem Motor und viel mehr nutzbarem Innenraum zum gleichen Preis und mit weniger Wartungsaufwand und Ausfallrisiko.

Ich denke mal nahezu 99% aller Interessenten werden für so ein System kein Geld ausgeben können oder wollen, wenn das Geld vorhanden ist, würde das wohl eher in eine größeres oder luxuriöseres Boot investiert.


Dass alle starren Systeme zwar billiger und wartungsärmer sind, ist auch kein Trost, denn so ein Boot, auch ein nur kleines, wäre nicht mehr slipbar, sondern müsste gekrant werden und alle Gewässer mit auch nur zeitweiligen Untiefen oder sowieso geringer nutzbarer Wassertiefe wären Tabu.

Ergo:
Nur nutzbar überall dort, wo es keine Geschwindigkeitslimits gibt, was Flachwassergewässer und Kanäle sowie die meisten Flüsse schon mal ausschließt.
Und für die offene See sind die kleinen Boote, von denen wir hier ja vornehmlich reden, sowieso nur bedingt bei sehr gutem Wetter einsetzbar, denn auch Tragflächenboote haben wellengangsbedingte Grenzen, irgendwann ist dann auch Schluss mit dem Fliegen übers Wasser, wenn der Bug in die nächste Welle eintaucht, weil sie eben über einen Meter erreicht, was auf der offenen See eher der Normalfall ist.

Also zwar technisch interessant und für diverse Spezialfälle durchaus sinnvoll, für die breite Masse der Freizeitboote jedoch eben nicht.


Bootfan Dieter

[Woody]

Eines der größeren Probleme dürfte auch sein, dass bei einem Stecker (die nächste Welle ist etwas zu hoch) die Geschwindigkeit (sehr) abrupt von der Foiling-Geschwindigkeit auf die Rumpfgeschwindigkeit sinkt. Bei Segelyachten wird der Effekt mit "gegen die Wand fahren" beschrieben, da der Speed mal eben um bis zu 30 Knoten sinkt.
Alternativ werden Segelyachten inzwischen so gebaut, dass das Schiff "durch die Welle hindurch" fährt - dabei sinkt die Geschwindigkeit nicht so extrem, dafür fegt eine Wasserwand mit der aktuellen Bootsgeschwindigkeit über Deck - siehe das Boot, mit dem Frau Thunberg nach New York gebracht wurde.
Gruß,

Jörg