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Selbstbauer von neuen Booten und solche die es werden wollen.

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  #101  
Alt 29.10.2018, 22:34
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Moin zusammen,

ich habe dieses Jahr ein paar Erfahrungen mit Hydrofoils gemacht. Das wäre an sich ein Thema für einem neuen Thread, aber ich kann hier ja auch mal was dazu schreiben.
Mein selbstgebauter Motor-Katamaran ist 5,50m lang und 2,50 breit. Er wiegt gesamt 250kg und hat einen 20 PS SUZUKI-Außenborder. Höchstgeschwindigkeit: 34 km/h.

Der sollte nun vorn abheben - hinten geht ja nicht, weil der Propeller im Wasser bleiben muss. Viel gerechnet und konstruiert und dann gebaut.

Dass man den / die Flügel verstellen muss, war klar. ich wählte drei Möglichkeiten:
1.) teileweise Schrägstellung der äußeren Flügel
2.) Leiterfoil (zwei übereinander)
3.) Verstellbarkeit mittels Aktuatoren (2 Stk. Trimmklappen-Aktuatoren von LENCO).

Der Boot fuhr, hob sich aus dem Wasser, aber wurde nicht schneller. Bei Wellen hat die Wankbewegung des Bootes dazu geführt, dass die Anstellwinkel der Hydrofoils sich auch verändert haben (Klar), so dass die Wankbewegungen sich sehr verstärkt haben. Das war so schnell auch mit den Aktuatoren nicht auszugleichen. Zudem erzeugte das Foil (Position bitte Fotos ansehen) eine Welle durch den Sog, der an der Oberseite des Flügels entsteht. Diese Welle reichte bei höherer Geschwindigkeit so weit achtern, dass die Schraube nicht mehr im Wasser war.

Das ist ein schwieriges Geschäft mit den Hydrofoils, weil der Anstellwinkel bereits bei geringer Änderung erheblichen Auftriebveränderungen erzeugt und ein Nachstellen so schnell (per Hand) nicht möglich ist. Das müsste so wie bei Autos mit Elektronik geregelt werden, die in Sekundenbruchteilen arbeitet. Man wird das Problem bei kurzen Boot und Welle wohl nicht anders lösen können. Darum sollten die Boote lang sein.

Ich werde wohl noch etwas experimentieren, aber es scheint ja auch so zu sein, dass der Katamaran schon vergleichsweise schnell ist - auch ohne Hydrofoils - und die Geschwindigkeit sich nicht wesentlich steigern lässt. sicher auch ein Grund wird sein, das das Heck im Wasser bleiben muss.

Gruß Wolf
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  #102  
Alt 30.10.2018, 12:20
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Zitat:
Zitat von Joh-Thaler-Boot Beitrag anzeigen
Hallo Günter,

ich will die Foils bauen. In klassisch GFK mit Epoxi. Die Negativ Form hab ich schon dafür

ich bin am tüfteln und überlegen wie ich die Foils im Bereich "vorne" befestige. Bei meinem Boot nicht im Bug, eher im Bereich dort wo ich auch bereits die Struktur verstärkt hatte für mein Solardach.
AAAber, der Rest, ………. außen anbinden ? Durchbruch durch den Rumpf? Aus/Einklappbar oder Aus/Einfahrbar.

Was mir dabei aber noch fehlt ist die "Momentenrechnung" (Krafteinleitung je Betriebszustand) an den Befestigungspunkten. Die kann ich erst fertigstellen wenn ich weiß wo und wie die Foils befestigt werden.

Also weiter denken und die kleinen Neuronen in meinem Kopf auf die Reise schicken

Georg
Hallo Georg,

ich habe da auch viel drüber nachgedacht, weil so ein Boot ja auch schon mal auf dem Trockenen steht. Je kleiner es ist, desto öfter wird das der Fall sein.
Mein Foil lässt sich mit den Aktuatoren soweit nach oben fahren, dass man das Boot problemlos auf den Strand ziehen kann.
Diese Verstellung muss andererseits in der Lage sein, die Kräfte während der Fahrt aufzunehmen. Die beiden Lenco Aktuatoren konnten zusammen 680 KG stemmen, was auch mit einem Hebel von 1:5,6 gut geklappt hat. Die Konstruktion ist so, dass nur der Widerstand gehalten werden muss - nicht der Auftrieb.

Gruß
Wolf
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  #103  
Alt 30.10.2018, 12:48
René René ist offline
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Und ich dachte immer, ich sei der Verrückte.

Auf so ein "Gerät" würdest du mich nicht rauf bekommen. Das ist reiner Purismus. Wenns da einen vorne runter haut und unten durch wurstelt, sieht der bestimmt auch ganz lecker aus.

Sind an den Stühlen Gurte dran? Ich seh auch nix für die Füsse zum abstellen.

Krankes Teil.

Gruß René
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Alles hat ein Ende, nur die.....

Der Weg ist das Ziel - NEIN - Die gute Stimmung beim Genuss des Weges ist das Ziel! (geklaut hier im BF)
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  #104  
Alt 30.10.2018, 14:29
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Standard weniger ist leichter

Hallo Rene,

das Teil ist unglaublich stabil. Normalerweise hat es vorn ein Netz (siehe Foto). In der Welle bleibt es absolut ruhig - für ein 5,50 m Boot, weil es einfach hindurch fährt. Die beiden Passagiere außen werden dann allerdings nass. Man muss sich daran gewöhnen. Ab 70 cm Welle ist es eine Art Höllenfahrt - mach höllisch Spaß. Wir fahren damit auch Wakebord! Ein Fun-Boot mit dem wir auch schon mal ein paar Kilometer weit (zur übernächsten Strandbar...) fahren. . Reichweite mit zwei 12 Liter Tanks (alles in den Schwimmern verbaut) 120 -150km.

Gurte gib es nicht - man braucht sie nicht. Und die Füße kann man auf das Netz stellen.

Gruß

Wolf
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  #105  
Alt 06.11.2018, 21:25
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mal ein paar Zahlen für den, den es interessiert. Alles ohne Gewähr...
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  #106  
Alt 07.11.2018, 13:25
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Hallo Wolf,

sind das nicht die Daten die wir beide schon mal ausgetauscht hatten?
Wenn ja, kann ich sagen, dass das "Tool" recht einfach zu bedienen ist. Und es lässt sich auch eine erste Näherung erarbeiten mit dem Ziel aufzuzeigen was es gibt, was möglich ist.
Was mir aber gefehlt hatte war die weiteren Berechnungen hinsichtlich Auftrieb Ca, Wiederstand Cw und auch das Momentenverhalten des Profils in umströmter Umgebung, abhängig von der Geschwindigkeit und Anstellwinkel (Anströmwinkel)

Denn diese Daten braucht es schon um das Gesamtsystem "Boot" (oder auch Flugzeug) richtig auszulegen.
Das ist auch mein einziger Kritikpunkt bei der Betrachtung vom "Hydrofoil-Buch-Profi". Es fehlt in den ganzen rechnerischen Darstellungen und Überlegungen die Ausführung wie ein einzelner Foil auf das gesamtsystem Boot wirkt. Bzw. im Umkehrschluss fehlt eine Anwendung wie das Gesamtsystem BOOT mit dem Foil richtig umzugehen ist.

Ich weiß aus eigener Berufspraxis aus dem Flugzeugbau, dass immer das GESAMTE FLUGZEUG betrachtet werden muss, damit die Kiste fliegt. Nur der Flügel alleine im Flugzeug fliegt nicht. (Aussnahmen wie "Lifting Body, oder Nurflügler zählen hier nicht. Denn die verfolgen eine ganz andere Systematik des Auftriebs)

Generell sollte bedacht werden, dass ein Foil bei einem Boot ne tolle Sache ist. Es unglaublich die Performance verbessern kann. Aber so einfach und trivial ist die Sache leider auch nicht.

Aber, wie heißt schon der Spruch:
"Alle sagen das geht nicht, bis einer kam der das nicht wusste und einfach gemacht hat"

Ich bastel jedenfalls an meinen Foils langsam und Schritt für Schritt weiter..... solange bis ich weiß es geht oder es geht nicht

Gruß
Georg
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!! Nicht quatschen, machen !!
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  #107  
Alt 07.11.2018, 14:39
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Zitat:
Zitat von Appiano Beitrag anzeigen
mal ein paar Zahlen für den, den es interessiert. Alles ohne Gewähr...

Danke, aber in der ersten Grafik kann ich keine Zahlen und Daten lesen, weil es zu klein abgebildet wird (natürlich habe ich es mit Klick vergrößert). Die Grafiken 2 und 3 sind für mich knapp lesbar.


Die Bilder sind ja in der Größe limitiert für das Hochladen hier, aber wenn du vom breiten Rand möglichst viel abschneiden würdest, wären die Zahlen relativ größer.
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  #108  
Alt 07.11.2018, 21:35
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Standard Foil und Boot

Hallo Georg,

ich weiß nicht mehr welche Tabelle damals Stand der Dinge war. Ich weiß allerdings heute, dass Du völlig recht hast, wenn Du sagst, dass das gesamte Boot betrachtet werden muss. Aber wie man das rechnet weiß ich nicht.
Ich denke, dass eine Reihe von Ungereimtheiten dazu geführt haben, dass bei meinem Experiment nicht alles nach Plan lief. Ich zähle mal ein paar auf:

1.) Auftrieb hinten schaffen, weil beim "Anheben vorn" das Heck automatisch absackt
2.) Einstellungsmöglichkeiten der Foils sind ausreichend, aber die Einstellung ist per Hand (geht zu schnell) nicht möglich
3.) die Nickbewegungen des Bootes beeinflussen den Anstellwinkel des Foils so sehr, dass sich dessen Anstellwinkel ständig ändert und damit auch der Auftrieb
4.) Durch den zusätzlichen Widerstand des Folis wird das Boot träge - Die Geschwindigkeitsreduzierung beim Start war nicht das Problem
5.) Die vom Foil erzeute Welle beeinflusst bei höherer Geschwindigkeit die Umströmung des mittigen Außenborders (zieht Luft)


Dass das trotzdem noch funktionierte, ist schon erstaunlich, aber der Erfolg (höhere Geschwindigkeit) stelle sich nur ganz kurz ein und brach dann schnell zusammen.

Ich würde, wenn es geht, irgendwelche "Beinchen" weglassen und das Foil so ausbilden, dass nichts außer ihm im Wasser ist (das Boot natürlich noch); Foils (außer denen, die ich am Motor habe) auch noch im Heckbereich anbringen; den Motor nicht in den Wellenbereich setzen etc..


Ob dann ein Anstellwinkel, der unveränderlich ist, gefunden werden kann um eine konstante Höhe zu erreichen, ist fraglich. Aber mit dem hinteren Foil könnte das gelingen. Etwas Verstellung (so ne Art Trimm) ist ja mittels Aktuatoren möglich.

Günter,

ich habe die Tabellen kleiner gemacht. Aber Du siehst die Formeln nicht, die dahinterstehen!

Gruß Wolf
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  #109  
Alt 07.11.2018, 23:49
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Zitat:
Zitat von Appiano Beitrag anzeigen
[...]
Günter,

ich habe die Tabellen kleiner gemacht. Aber Du siehst die Formeln nicht, die dahinterstehen!

Gruß Wolf
Danke, Wolf.

Nun, die meisten Formeln erschließen sich aus der Sache. Nicht ganz klar ist mir "p Medium Wasser Gewicht" mit 1035. Geht es um die Wasserdichte, weil du ja rho/2 einsetzen musst? Meerwasser, kalt?

Interessant finde ich, dass du den Drag des Foils aus dem c(D)-Wert und der auf die Chord-Ebene projizierten Foil-Fläche berechnest, was ich für richtig halte. In anderen Zusammenhängen würde man um den Strömungswiderstand zu berechnen, ja die Frontalfläche einsetzen, also die projizierte Fläche des Foils auf eine zum Chord senkrechte Ebene.
(Vellinga scheint mir da nicht sauber zu trennen und ich frage mich, ob sein Beispiel auf Seite 50 mit dem NACA 0033 richtig gerechnet ist. Ich habe gerade heute lange suchen müssen, bis ich bei andern Autoren (Saunders, Abbot und v. Doenhoff und Hoerner) fündig geworden bin.)

Geändert von Heimfried (08.11.2018 um 00:29 Uhr)
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Alt 08.11.2018, 13:56
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Hallo Günter,

das Wassergewicht resultiert aus Meerwasser im Mittelmeer, das etwas salziger ist als z.B. im Atlantik und deshalb mit 1.035kg/cbm gerechnet wird. Spielt aber an sich keine Rolle. Da kann man getrost auch 1.000 eintragen.

Ja der Wasserwiderstand. Ich hab e mich auch gewundert, dass die Fläche, die sich definitiv mit Anstellwinkel vergrößert, unberücksichtigt bleibt, denn der cw-Wert ist ein Beiwert, den man normalerweise mit der Fläche multiplizieren muss. Ob das alles in dem schlechteren cw- Wert enthalten sein kann, glaube ich nicht. Bei z.B. 10° AOA vergrößert sich die Fläche um fast 100%. Ich würde, wenn es knapp ist, die zusätzliche Fläche mit berücksichtigen. Bei mir war "Luft" nach oben, weil die Aktuatoren das locker gepackt haben.

Der Strömungswiderstand setzt sich aus zwei Faktoren zusammen: 1.) dem Druck auf die "Spitze" und der Reibungswiderstand, den das Wasser beim Berühren des Körpers hat. Der bleibt immer gleich - das ist klar, aber der Druck auf die "Spitze" wird größer, weil man genaugenommen zur "Spitze" auch noch die Unterseite des Flügels nehmen muss, weil sie direkt im Strom liegt - wenn auch günstig aufgrund der "Schräglage".

Unter s-Plate findet sich bei Vellinga die "frontal surface area". Er hat das wohl berücksichtigt, aber wie das weiter verwendet wird erschließt sich für mich aktuell nicht.


Gruß

Wolf
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  #111  
Alt 08.11.2018, 21:22
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Ich schreibe mal auf, wie sich mir inzwischen die Sache darstellt, nachdem ich diverse Veröffentlichungen dazu gelesen habe.

Ich nenne mal einige, damit ich auf Quellen verweisen kann:
Ira H. Abbott, Albert E. von Doenhoff: Theory of Wing Sections, 1959
Sighard F. Hoerner: Fluid Dynamic Drag, 1965
Harold E. Saunders: Hydrodynamics in Ship Design, 1957
Ray Vellinga: Hydrofoils. Design Build Fly. 2009
(Die ersten drei kann man aus den Netz herunterladen.)



Zitat:
Zitat von Appiano Beitrag anzeigen
[...]
Ja der Wasserwiderstand. Ich habe mich auch gewundert, dass die Fläche, die sich definitiv mit Anstellwinkel vergrößert, unberücksichtigt bleibt, denn der cw-Wert ist ein Beiwert, den man normalerweise mit der Fläche multiplizieren muss. Ob das alles in dem schlechteren cw- Wert enthalten sein kann, glaube ich nicht. Bei z.B. 10° AOA vergrößert sich die Fläche um fast 100%. Ich würde, wenn es knapp ist, die zusätzliche Fläche mit berücksichtigen. Bei mir war "Luft" nach oben, weil die Aktuatoren das locker gepackt haben.
[...]
Wenn der Strömungswiderstand eines Körpers berechnet werden soll, wird im Normalfall in die Formel als Fläche natürlich die Frontalfläche des Körpers eingesetzt, also diejenige, die das strömende Fluid "sieht". Es gibt aber Fälle, in denen eine Abweichung von diesem Prinzip sehr praktisch ist, z. B. bei Foils. Vellinga z. B. führt u.a. das Profil NACA 4412 an. Da sagt schon der Name, dass die maximale Dicke (t) des Profils 12% der Chordlänge c beträgt. Anders ausgedrückt, bei einem gegebenen Tragflächenstück mit konstantem c und der Breite b ist die Fläche, die für den Lift anzusetzen ist, A(Lift) = c * b, die Fläche, die normalerweise für den Drag anzusetzen wäre, A(Drag) = t * b. Da wir wissen, dass t 12 % von c ist, ist auch A(Drag) 12 % von A(Lift). Wenn ich also den Widerstandsbeiwert c(w), den ich, wie das normal wäre, mit Bezug auf A(Drag) ermittelt habe, mit 0,12 multipliziere, habe ich einen anderen Widerstandsbeiwert, den ich mal c(Drag) nenne. c(Drag), multipliziert mit A(Lift), also der "eigentlich unzutreffenden, größeren Fläche, die ich für die Ermittlung des Lifts verwende, ergibt (natürlich nach weiterer Multiplikation mit rho/2 * v²) aber genau den richtigen Drag.

Solche speziellen Koeffizienten, die sich auf eine eigentlich "falsche" Fläche beziehen, können natürlich nur verwendet werden, wenn die "falsche" und die "richtige" Fläche in einem festen und bekannten Verhältnis stehen. Das ist aber bei Foil Sections der Fall.

Darauf gekommen bin ich, weil der Drag in den Berechnungen, die ich angestellt habe, so gering war, dass ich die Werte nicht glauben mochte. Daraufhin bin ich in der Fachliteratur auf die Suche gegangen. Zuerst habe ich bei Saunders (s.o., Kap. 40, Seite 5) folgendes gefunden:
"When devising, calculating, and using specific resistance terms, it is most important that the reference length, area, or volume be carefully understood and defined. For example, in the expression for the lift coefficient of a hydrofoil or a rudder, Cl = L/(0.5pAU^2), the area A is that of the projected or lift-producing area. In other words, it is the area of the planform or the lateral area of the blade bounded by the profile, as projected on the plane of the base chords. In the expression for hydrofoil drag coefficient, Cd = D/{0.5pAU^), the area A usually remains the projected area as before, notwithstanding that this area is projected on a plane Iying generally at right angles to the direction in which the drag force is exerted. In the expression for the specific friction-resistance coefficient of either rudder or hydrofoil, where tangential forces are involved, Cf = Rf/(0.5pSU^2). Here S is the superficial or wetted area of both sides of the rudder blade or hydrofoil."

Er sagt also, frei übersetzt: Bezüge auf "andere Flächen" werden je nachdem verwendet, pass also auf, bevor du rechnest.

Die nächste Fundstelle war Abbott (s.o., Seite 3); dort ist eine Grafik abgebildet, die die Koeffizienten von Lift und Drag als überlegerte Kurven zeigt als Dritte Kurve ist das Verhältnis von Lift und Drag gezeigt und es lässt sich ablesen, dass die Grafik nur stimmt, wenn zum Berechnen von Lift und Drag die gleiche Fläche angesetzt wurde. Also darf man davon ausgehen, dass der Dragkoeffizient im Falle von Foils sich in der Regel auf die horizontale Projektion der Fläche bezieht.


Zitat:
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[...]
Der Strömungswiderstand setzt sich aus zwei Faktoren zusammen: 1.) dem Druck auf die "Spitze" und der Reibungswiderstand, den das Wasser beim Berühren des Körpers hat. Der bleibt immer gleich - das ist klar, aber der Druck auf die "Spitze" wird größer, weil man genaugenommen zur "Spitze" auch noch die Unterseite des Flügels nehmen muss, weil sie direkt im Strom liegt - wenn auch günstig aufgrund der "Schräglage".
[...]

Wenn ich dich nicht missverstehe, sind 2 Faktoren recht wenig. Vellinga nennt z. B. 6 verschiedene Ursachen für Drag. Der genannte Reibungswiderstand müsste als Bezugsgröße Fläche ja eigentlich die gesamte umströmte Oberfläche A(O) verwenden, also die Summe aus Ober- und Unterseite. Da wäre schon die horizontale Projektion falsch, die weniger als die Hälfte der A(O) ausmacht (und erst recht die Frontalfläche). Aber diese 6 verschiedenen physikalischen Ursachen für Strömungswiderstände kann man offensichtlich ausreichend genau mit einer umfassenden Formel beschreiben und alle Abweichungen werden über den Beiwert abgefangen. Was die mit dem Angriffswinkel AOA sich faktisch verändernden Flächenprojektionen angeht, bin ich auch der Meinung, dass diese vom Beiwert c(Drag) aufgefangen werden. Da jedes Tragflächenprofil seine Projektion auf eine Horizontalebene (ungestörte Wasseroberfläche) auf seine ganz eigene Weise verändert, gibt es keine Funktion, die für alle Foils z. B. sagen könnte, AOA 10° bedeutet 95% der Fläche usw. Also muss man das aus rein praktischen Gründen (Handhabbarkeit der Rechenprozesse) in den Beiwert einbeziehen. (Es gab damals, als die umfangreichen Vermessungen von Tragflächenprofilen erfolgten, noch keine Computer, sondern Rechenschieber.)


Zitat:
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[...]
Unter s-Plate findet sich bei Vellinga die "frontal surface area". Er hat das wohl berücksichtigt, aber wie das weiter verwendet wird erschließt sich für mich aktuell nicht.
[...]
Vellinga hat das nach meiner Einschätzung entweder selbst nicht richtig verstanden oder er findet es nicht wichtig genug, das genauer zu erklären oder es schien ihm zu heikel, ein solch schwer verdauliches Thema in seinem Buch näher zu erläutern. Er hätte das allerdings mit den banalen Satz, "aus praktischen Gründen werden sind die Beiwerte für den Drag so angegeben, dass sie mit der gleichen Fläche multipliziert werden, mit der auch der Lift errechnet wird", erschlagen können.

Das Beispiel auf Seite 50 halte ich für falsch. Ich habe allerdings bei einer Web-Recherche keine Daten zu NACA 0033 gefunden, gehe aber aus Vergleichen mit NACA 0012 davon aus, dass der von ihm genannte c(Drag) von 0,04 sich nicht auf die Stirnfläche bezieht, sondern auf die Horizontalprojektion, wie bei NACA-Profilen wohl üblich.


(Naja, ob das jemand liest? Nun habe ich es aber schon geschrieben und es war viel Arbeit, also ab ins Forum damit, vielleicht schaue ich ja selbst mal nach in ein paar Jahren.)

Geändert von Heimfried (09.11.2018 um 11:47 Uhr) Grund: Halbsatz angefügt zur Erläuterung
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Alt 08.11.2018, 22:45
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Hallo Günter,hast Du für "Hydrofoils an Katamaranfähren" ein Beispiel?
[...]
Moin Wolf,

ich konnta ja spontan keine Beispiele nennen. Aber in den letzten Tagen habe ich eine Projekt-Übersicht über die Boote und Schiffe, an denen Dr. Hoppe beteiligt war und da sind auch einige Fähren aufgeführt:

http://www.hysucraft.com/pastprojects.aspx
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Alt 09.11.2018, 15:22
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Hallo Günter,

erst einmal danke für die vielen Beispiele. Da muss ja was dran sein, wenn Hysucat soviele Boote mit Foils ausgerüstet hat.

Noch mal zum Thema Strömungswiderstand. Die zwei Faktoren sind nicht nur zwei Zahlen, mit den man rechen muss oder kann. Ich vergleiche mit einem PKW: Der hat einen Rollwiderstand und einen Luftwiderstand. Natürlich gibt es innerhalb des Motors und Getriebes sowie Antriebsstrang weiter Reibungswiderstände. Um da etwas zu rechnen bedarf es diverser Zahlen um Echtwerte oder Annäherungswerte zu erhalten. Das habe ich gemeint: zwei physikalisch unterschiedlich wirkende Kräfte, die sich wiederum aus vielen weiteren Faktoren berechnen lassen..

Ich glaube aber, dass der etwas schlechtere CW-bei z.B. einem AOA von 8° nicht den zusätzlichen Widerstand für mehr Fläche beinhaltet. Wenn man schon von der Optimalform abweicht, was beim Anstellen des Foils der Fall ist, wird der cw-Wert schlechter, aber eben auch die Oberfläche, die sich dem Wasser entgegenstell, größer. Ggf. muss man für schräge Flächen differenziert rechnen (z.B. Cosinus-wert), weil der Anstrom weniger behindert wird bei Schrägstellung. Der Reibungswiderstand wird - wenn man es genau nimmt - ähnlich schwierig zu berechnen sein. Die Formeln sind alle ungenau - es kann nicht anders sein.

Auf dem Bild mit dem Querschnitt meines Folis (FX 77 - W-121) habe ich den Umfang komplett berücksichtigt und den hydraulischen Durchmesser errechnet. Für die Reynoldszahlen ist das wichtig. Die verändern sich durch die Geschwindigkeit und sollten bestimmte Werte nicht über- oder unterschreiten. Ob man das bei der Drag-Berechnung berücksichtigen muss, weiß nicht. Ich weiß nur: ist die Zahl zu groß oder zu klein zeigt das, dass es zu Verwirbelungen und zum Abriss der Strömung kommen kann. Mit der Winkelstellung scheint das nichts zu tun zu haben. Da kann es auch Verwirbelungen und einen Abriss je nach Schrägstellung geben.

Wenn sich dann - egal wie gerechnet - z.B. 30 kg Drag ergibt, muss man das erst einmal auswerten. Was bedeutet 30 kg? Ist das die Kraft, die man braucht um 30kg hochzuheben? Das wäre ja für einen kleinen Bootsmotor schon ne ganze Menge.
Ich bin einfach davon ausgegangen, dass der Motor das schafft - hat er auch. Einen 70kg Wakeboard.-Fahrer aus dem Wasser zu ziehen kosten auch nicht weniger Kraft.

Man wird das ausprobieren müssen und dann anpassen.

Gruß

Wolf
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[...]
Wenn sich dann - egal wie gerechnet - z.B. 30 kg Drag ergibt, muss man das erst einmal auswerten. Was bedeutet 30 kg? Ist das die Kraft, die man braucht um 30kg hochzuheben?

[...]

Das kann man eindeutig mit ja beantworten. Der Widerstand ist physikalisch gesehen eine Kraft und wenn man im SI-System arbeitet, wird die in Newton (N) gemessen. Da aber die meisten Leute sich unter einer Kraft von 294 N nicht so recht etwas vorstellen können, wird in populärwissenschaftlichen Darstellungen oft auf die Masseneinheit Kilogramm ausgewichen. In deiner Tabelle hast du ja das Ergebnis für den Lift auch zunächst in Newton ermittelt und dann durch die Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s^2 geteilt und als Masse dargestellt. Beim Lift ist das natürlich näherliegend, weil man ja den Lift mit der Masse des Bootes vergleichen will, die getragen werden soll.


(Die Amerikaner sind da etwas anstregend, sie haben nicht nur (zusammen mit Myanmar als letztes Land der Welt) so verkorkste Einheiten wie lb, long ton, short ton, sondern trennen auch begrifflich nicht sauber zwischen Masse und Gewichtskraft. Ich rede jetzt von Ingenieuren, Wissenschaftlern und ähnlichen Leuten, die es aufgrund ihrer Fachkenntnisse besser wissen müssten.)
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Alt 09.11.2018, 16:41
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Zitat:
Zitat von Appiano Beitrag anzeigen
[...]
Ich glaube aber, dass der etwas schlechtere CW-bei z.B. einem AOA von 8° nicht den zusätzlichen Widerstand für mehr Fläche beinhaltet.

[...]

Doch, da bin ich inzwischen ganz sicher, da ich noch weitere Quellen gefunden habe (Wikipedia-Inhalte sind nicht über Zweifel erhaben, aber sie sagen das Gleiche, wie die Autoren, die ich gestern ausgewertet habe):

"Statt mit diesen Kräften und Momenten wird mit den dimensionslosen Beiwerten , und gearbeitet. Das bedeutet, man bezieht alle Kräfte auf den Staudruck und die Flügelfläche (nicht auf die anstellwinkelabhängige Stirnfläche quer zur Strömungsrichtung), die Momente zusätzlich auf die Profiltiefe, und kann so mit Werten rechnen, die unabhängig von der Fluggeschwindigkeit, der Luftdichte und der Größe des Flügels sind. "

aus:

https://de.wikipedia.org/wiki/Profil...%B6mungslehre)


Interessant ist noch, dass wohl Otto Lilienthal für seine vergleichenden Berechnungen von Tragflügeln als erster Polardiagramme eingesetzt hat und die bekannten Graphen der NACA-Profile sogenannte "aufgelöste Polaren" sind. Die Art der Darstellung der 3 Beiwerte mit Bezug auf nur eine Flächengröße geht also wohl auf ihn zurück.

Geändert von Heimfried (09.11.2018 um 18:03 Uhr)
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Alt 09.11.2018, 17:11
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Zitat:
Zitat von Appiano Beitrag anzeigen
Wenn sich dann - egal wie gerechnet - z.B. 30 kg Drag ergibt, muss man das erst einmal auswerten. Was bedeutet 30 kg? Ist das die Kraft, die man braucht um 30kg hochzuheben? Das wäre ja für einen kleinen Bootsmotor schon ne ganze Menge.

Ich denke, am einfachsten kann man sich das als Pfahlzugwert eines Motors vorstellen. Wobei 30kg schon eine ganze Menge sind. Das wäre in etwa der Schub eines 2PS Motors mit 7" Propeller.
__________________
Cheers, Ingo
...[Platzhalter für ein tiefgründiges Signatur-Zitat]...
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Alt 09.11.2018, 17:59
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Zitat:
Zitat von Appiano Beitrag anzeigen
[...]
Auf dem Bild mit dem Querschnitt meines Folis (FX 77 - W-121) habe ich den Umfang komplett berücksichtigt und den hydraulischen Durchmesser errechnet. Für die Reynoldszahlen ist das wichtig. Die verändern sich durch die Geschwindigkeit und sollten bestimmte Werte nicht über- oder unterschreiten. Ob man das bei der Drag-Berechnung berücksichtigen muss, weiß nicht. [...]
Der hydraulische Durchmesser erscheint mir in diesem Zusammenhang etwas merkwürdig. Ich kenne ihn in anderem Zusammenhang und habe ihn benutzt, um Widerstände in durchströmten Rohren zu berechnen. Es ist ja anschaulich klar, dass, bei gleicher Querschnittsfläche, eine Strömung durch ein Rohr mit einem rechteckigen Querschnitt mehr Reibung erfährt als in einem Rundrohr, einfach, weil die reibende Oberfläche größer ist, aber auch, weil die Reibung in den Wandixeln größer ist, als an der relativ ebenen Wand eines Rundrohres. Das ist um so stärker ausgeprägt, je ungleicher die Seitenverhältnisse sind ("enger oder flacher Kanal"). Der hydraulische Durchmesser ist dann der Durchmesser eines Rundrohres, welches den gleichen Strömungswiderstand hat, wie das Rechteckrohr.

Aber dabei geht es um hydraulische Strömung längs der Achse und innerhalb der Rohre - bei unseren Tragflächenprofilen jedoch um Strömung quer zur Achse und außerhalb der Querschnitte.

Die Reynoldszahl wächst ja linear mit der "kennzeichnenden" Länge, also, verdoppelt sich die Länge, verdoppelt sich auch die Reynoldszahl. Der hydraulische Durchmesser wird aber kleiner, wenn das Profil bei gleicher Querschnittsfläche schlanker wird. Das erscheint mir ersteinmal widersprüchlich.

Geändert von Heimfried (09.11.2018 um 20:33 Uhr)
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Alt 10.11.2018, 00:01
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Zunächst war ich ja sehr angetan von Vellingas Buch, jetzt entdecke ich verschiedene Fehler. Das heißt ja nicht, dass das Buch nichts taugt, im Gegenteil halte ich es immer noch für eine gut geschriebene Einführung in dieses Thema.

Aber die gefundenen Fehler zeigen mir, dass der Autor über manche Zusammenhänge etwas großzügig hinweggegangen ist, sie vielleicht auch selbst nicht voll verstanden hat. Fehler kann ich ja nur in Zusammenhängen finden, die ich mir aus verläßlichen Quellen selbst erarbeitet habe oder aus meiner eigenen Ausbildung und Fortbildung gut kenne. Ich muss aber halt auch damit rechnen, dass eine andere Aussage von ihm, deren Substanz ich nicht (oder noch nicht) prüfen kann, ebenfalls nicht stimmt.

Aber zur Sache, vielleicht ist ja auch schon jemand anderes darüber gestolpert: Vellinga schreibt auf Seite 52 oben: The density of sea water is 1.99 slugs and when multiplied by 1/2 the product rounds off to 1.00.

Nach slugs musste ich länger suchen, aber gerade habe ich gefunden:
The English (U.S. Customary Unit) for mass is the slug. Bisher nie gehört davon.

Gerade habe ich in einer Veröffentlichung des NIST (National Institute of Standards and Technology, USA) über Einheiten nachgelesen, dass in den USA die folgenden Einheiten für (Massen-)Dichte in Gebrauch sind:
grain per gallon,
ounce per cubic inch,
ounce per gallon,
pound per cubic foot,
pound per cubic inch,
pound per cubic yard,
pound per gallon,
slug per cubic foot,
long ton per cubic yard,
short ton per cubic yard

Ich vermute, es ist unnötig, darauf hinzuweisen, dass von all den Umrechnungsfaktoren zwischen diesen Einheiten nicht ein einziger eine glatte Zahl ist.

In jedem Fachbuch zum Thema ist zu lesen, dass die Koeffizienten oder Beiwerte dimensionslose Zahlen sind. Das ist generell sehr praktisch, war aber z. B. vor etwa 150 Jahren, als Froude seine dimensionslose Kennzahl präsentierte, auch deswegen sehr wichtig für den internationalen wissenschaftlichen Austausch, weil es damals weltweit noch ein große Vielfalt an verschiedenen Einheitensystemen gab. Und die Froudezahl ist die gleiche, ob ich sie nun über feet und pound oder über Kilogramm und Meter berechne. Allerdings darf ich in der gleichen Rechnung die verwendeten Einheiten nicht vermischen, sonst kommt Murks dabei heraus.

Vellinga schreibt: If V is in ft / sec and S is in square feet, then D, the result, will be in pounds. Das ist falsch, die slugs, die er meint, geschickt ausgeklammert zu haben, weil sie doch den Wert 1 haben, führen zu einem falschen Resultat. Die Dichte müsste hier in pounds per cubic foot eingesetzt werden, das ist für Seewasser 64 lb/cft, also 32 lb/cft für rho/2.

(Statt lb müsste es eigentlich auch lbf oder poundforce heißen, aber darauf mag ich nicht mehr eingehen, weil das die Zahlenwerte nicht beeinflusst.)
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Alt 10.11.2018, 23:48
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Moin Wolf,
ich habe mir jetzt mal die Daten deines Foils angesehen und fresse mich gleichzeitig etwas tiefer in die Publikationen aus den 20er und dreißiger Jahren rund um die NACA-Profile usw. hinein. Das gleiche ich dann auch wieder mit dem Buch von Vellinga ab, worin ich schon wieder etwas gefunden habe, was aus meiner Sicht nicht stimmen kann (Grafik auf Seite 197).

Heute bin ich darauf gestoßen, dass der c(D), also der Beiwert für den Drag, in den Graphen der Profile wohl doch weit weniger Widerstände abdeckt, als ich bisher vermutet habe. Nicht den induzierten Drag z. B., was Vellinga auch sagt, ich aber zunächst wegen seiner unklaren und teilweise widersprüchlichen Darstellung des Drags nicht glauben mochte. In Beispielen, die ich in der Originalliteratur gefunden habe, wird aber gezeigt, dass ein zum c(D) zu addierender Teil c(Di) durchaus doppelt oder dreifach so groß sein kann, wie der c(D), was dann zu einem viel höheren Drag führt.
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Alt 11.11.2018, 13:08
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Moin zusammen,

ich glaube die Berechnung von Auftrieb, Widerstand und dem ganzen dazugehörigen Zahlenwerk ist wichtig, aber letztlich wird man um die praktischen Versuche nicht herum kommen.

Meine Meinung zu verschiedenen Punkten:

"Hydraulischer Durchmesser" - hier geht es um nichts außer um die Reibung (Wasser an Oberfläche). Ich glaube, dass die Form einer Außenhaut dabei egal ist. Wichtig wäre die Frage nach der Oberfläche selbst. Könnte man z.B. Hydrofoils mit einer Aircoat-Folie bekleben, würde sich dieser Wert ändern müssen. Wie man das in Zahlen berücksichtigt wäre eine zweite Frage.

"Berücksichtigung des Anstellwinkels (AOA) bei der Berechnung des Strömungswiderstand mittels cw-Wert": Ungünstige Formen und Anstellwinkel werden über Reynoldszahlen und Auftriebswerte berücksichtigt. Wenn die nicht passen, kommt es um Strömungsabriss und damit zum Verlust des gesamten Auftriebs. Für den Widerstand gibt es solche Extremzonen nicht. Er verändert sich durch Formveränderung (abgesehen von ggf. anderen Materialoberflächen wie Aircoat). Ein modernes Flügelprofil hat bei unendlicher Länge einen extrem niedrigen Widerstand. Viel besser als der eines Wassertropfen z.B. . Problem ist die Tatsache, dass Flügel nicht unendlich lang sind und auch noch irgendwo befestigt sein müssen. Bei der Befestigung gibt es Ausnahmen, wenn z.B. durch eine gebogene Hydrofoil-Form die Flügel seitlich aus dem Wasser führen und dort - also außerhalb des Wasser - befestigt sind. Hier sehe ich auch den großen Unterschied zu Flügeln am Flugzeug. Für die gibt es kleinen Übergang von einem Medium ins andere - die sind immer nur in der Luft. Ein Hydrofoil sollt mind. in Flügelbreite unter Wasser sein (was beim Hysucat wahrscheinlich nicht der Fall ist). Man sollte ihn in dieser Höhe halten können - was schwierig ist! Bei großen Anstellwinkeln vergrößert sich die Stirnfläche erheblich. Ich denke, dass man das berücksichtigen muss. Frage ist allerdings, ob das beim Boot wirklich relevant ist, weil dieser Zustand nur weit unterhalb der Höchstgeschwindigkeit auftritt.

Wichtigste Punkte bei der Dimensionierung und Detailausführung sind:
1.) überschlägige Ermittlung der Auftriebskräfte bei den unterschiedlichen Geschwindigkeiten
2) Ausführung der Befestigung der Foils mit ggf. Verstellbarkeit und /oder Formgebung, die zu quasi zu "automatisch, geometrischer " Verstellung führt (Folis anwinkeln oder gebogene Foils)
3.) Position der Foils am Boot
4.) Position des Antriebs beim Motorboot

Den Rest wird man empirisch ermitteln müssen.

Wir müssen bauen und Erfahrungen sammeln.

Schönen Sonntag noch

Wolf

Geändert von Appiano (11.11.2018 um 13:12 Uhr) Grund: Typos
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