Technische Entwicklung: Neues Jollen-Ruder mit Buckelwal-Profil

Lernen vom Buckligen

Revolution? Jollenruder mit Ecken und Kanten. © Composite Craft

Die britische Firma Composite Craft hat bei der Dinghy Show in London ein Ruder vorgestellt, das der Flosse eines Buckelwals nachempfunden ist. Yacht-Designer haben schon früher mit diesem Konzept bei größeren Schiffen experimentiert, aber der Einsatz bei Jollen ist bisher nicht bekannt.

Das so genannte Turbocle Ruder ist schon von der Konstruktionsklasse IC Kanu getestet worden. Segelmacher Steve Goacher beschreibt den Effekt: “Das Boot wurde deutlich besser kontrollierbarer, der Widerstand des Profils geringer, da es schmaler und dünner sein konnte, als das Standard IC-Ruder.”

Auch der US-Designer Guy Whitehouse, der sich mit der Forschung an dem Profil beschäftigt, erklärt, dass das Buckelwal-Profil im Vergleich zu einem gleich großen konventionellen Ruder etwas mehr Widerstand aufweise. Die verbesserte Manövrierfähigkeit erlaube aber ein deutlich kleineres Profil mit insgesamt verringertem Widerstand.

Beim IC-Kanu soll das Buckelwal-Ruder schon funktioniert haben. © Whitehouse Yacht Design

Wissenschaftler, die das Phänomen der Buckelwal-Flossen untersucht haben, erklären die engen Wendungen des Wals im Wasser mit dem ungewöhnlichen Flossen-Profil.  Die Säuger schwimmen enge Kreise, um ihre Krill-Beute mit den aufsteigenden Luftblasen zusammenzutreiben. Mit konventionellen Profilen wäre das nicht so effektiv möglich.

Zwischen den Buckeln auf den Flossen entstehen unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten, die den Abriss des Wasserflusses bei großen Anstellwinkeln deutlich verzögern.

Begrüßung unter Wasser. Ein Taucher betrachtet das unebene Profil der Buckelwal-Flosse aus der Nähe. © taucher.net

Übertragen auf ein Segelboot soll das spezielle Turbocle Ruder den Zeitpunkt des Strömungsabrisses nach hinten schieben. Laut Composite Craft könne auch der Anstellwinkel um 40 Prozent vergrößert werden bevor man keinen Widerstand mehr an der Pinne spürt. Die Firma verspricht aber auch zusätzlich eine Verminderung des Widerstands von 32 Prozent. Der Auftrieb soll um 8 Prozent verbessert werden.

Das Ganze ist für rund 570 Euro zu haben für Klassen ohne Vermessungsbeschränkungen. Ein Durchbruch in der Forschung? Kaum vorstellbar, dass die America’s Cup Designer noch nicht darauf gekommen sind. Aber vielleicht macht es Sinn für Jollen, die sich bei hohen Geschwindigkeiten häufiger am Rande des Spin-Outs bewegen?

Turbocles Ruder

Studienarbeit zur Buckelwal-Flosse

Tipp: SR-Leser Uwe Neumann

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Carsten Kemmling

Der Mann von der vordersten Front. Mehr zu ihm findest Du hier.

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21 Kommentare zu „Technische Entwicklung: Neues Jollen-Ruder mit Buckelwal-Profil“

  1. avatar Ketzer sagt:

    Alles nur Werbeblabla, Buckelwale sind jetzt nicht gerade die Schnellschwimmer unter den Walen. Das entsprechende Ruder würde zu einem lahmen Schlepper passen, der langsam fahrend mit großen Ruderwinkeln unterwegs ist und klar kommen muß. Bei Delphinen (=schnell) kommt sowas nicht vor.

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  2. avatar Wilfried sagt:

    ich will dich ja nicht enttäuschen. Aber Hydrodynamisch gesehen sind wir langsam. Man braucht das Ruder ja nicht nur auf schnellen Raumschotskursen. Turbulenzanregung zur Vermeidung des Strömungsabrisses ist ja auch nichts Neues. Hier ist es wichtig den Kompromiss zwischen Widerstand und Auftrieb zu finden. Und zwar des Gesamtsystems. Ob so ein Ruderblatt schneller ist ? Ob es empfindlicher ist (ja auf jeden Fall) Ob wir es brauchen? Brauchen in der Einheitsklasse sicher nicht.

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    • avatar Ketzer sagt:

      Guck’ Dir das Fazit der Studienarbeit an und Du wirst verstehen, warum man das bei solch einer Jolle definitiv nicht braucht.

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      • avatar Wilfried sagt:

        kleiner Tipp, guck dir nicht nur das Fazit sondern auch das methodische herangehen, die gemachten Einschränkungen und die Aussagen zu stationären numerischen Simulationen von vermutlich turbulenten Systemen an. Bringe dann in Ansatz, das einfach eine gegebene Form simuliert wurde und nichts optimiert wurde und auch keine messtechnischer Nachweis der numerischen Simualtion gemacht wurde. Die Aussagen zur Wirkungsweise entsprechen den von mir gemachten Aussagen. Ob es in der realität einen Vorteil gibt weiß ich nicht, hab ich auch nie behauptet. Ich maße mir allerdings auch nicht an, nach anschauen eines Ruderblattes auf dem Foto zu wissen ob es funktioniert.

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        • avatar Ketzer sagt:

          Nochmal bzgl. Posting Nr. 1:
          Buckelwal:
          v_Reise_Durchschnitt: 2-5 km/h

          Schwertwal (glatte Brustflossen):
          v_Reise_Durchschnitt: 10 km/h

          Da braucht es also nicht mal eine von vielen Ungewissheiten behaftete numerische Berechnung um die Behauptungen des Herstellers als Werbeblabla zu entlarven.

          Vielleicht sind Orcas aber auch evolutionär nicht so clever, das kann ich nicht beurteilen. 😉

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  3. avatar Christian sagt:

    Interessanter Ansatz. Dass die AC-Fritzen sich noch nicht damit beschäftigt haben, heißt nicht, dass dieses Ruder nichts taugen könnte.

    Die verlinkte Studie hilft nicht viel weiter bei der Frage, ob solch ein Ruder effizient ist. Sie deutet aber an, dass das Profil erst bei großen Ruderwinkeln positive Effekte zeigt (wenn ich das richtig verstanden habe) “Es wurde ein um 30% schlechteres Auftriebs/Widerstandsverhältnis der mit Tuberkeln besetzten
    Flosse gegenüber dem Vergleichsprofil bei 10° Inzidenz ermittelt. Bei 20° Inzidenz wurde ein 24%
    besseres A/W-Verhältnis ermittelt.” Es heit aber auch explizit in der Studie, die Verlässlichkeit der gewonnenen Aussagen sei “stark eingeschränkt”.

    Geht also nix übers Ausprobieren, und dafür lob ich mir “Bastelklassen” wie die IC-Kanus. Wobei auch bei denen Ruderwinkel von 20 Grad allenfalls am Start nötig sind.

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  4. avatar 123 sagt:

    S. 53:
    “Die hier gezeigten Ergebnisse legen die Vermutung nahe, dass es sich bei den Tuberkeln an der Vorderkante der Buckelwalflosse um ein Hochauftriebssystem handelt. Die erzielte Auftriebskraft im 20° Inzidenzfall ist mit großen Verlusten erkauft, das glatte Vergleichsprofil arbeitet bei kleineren Anströmwinkeln deutlich effizienter.”

    Ruder haben die meiste Zeit über einen Anstellwinkel von etwa 5-8°.
    20° ist ja schon eher ein Ausnahmefall. Z.b. kurz vorm Sonnenschuss.

    Deshalb ist das ganze für ein Segelboot wohl ungeeignet und wie der Ketzer schon sagt “alles Werbeblabla”

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  5. avatar Florian sagt:

    Es gab Zeiten, da war ein Boot, welches gleitet unvorstellbar.
    (Es gibt fälle da sind Gleitboote von Regatten ausgeschlossen worden, weil diese Boote gegen die traditionellen Regeln verstoßen hat, (Weil ein kleineres Boot kann nicht schneller sein als ein längeres Boot.) …
    Bis vor ein paar Jahrzehnte glaubte niemand an Segelboote auf Hydrofoils. …

    Mit den Tuberkeln kann der Strömungsabriss beeinflusst werden.
    Man weiss aus der Strömungslehre, dass durch die Erzeugung von Turbulenz z.B. durch “Stoplerdrähte” oder auch Tuberkeln oder auch die “Oberflächekrater” eines Golfballs einen positiven Aspekt auf Strömungsabrisse haben.
    Diese kommen aber beim Segeln nur in Extremsituationen vor.
    ….
    Klar kann man Diskutieren, dass man die Ruderfläche verringert da durch den späteren Ablösepunkt ein größerer Bereich an Ruderwinkel genutzt werden kann. Die Frage hierbei ist nur: “Was für eine Anforderung hat das einzelne Boot an sein Ruder?”
    Dieser Effekt muss aber durch die KVs erlaubt sein.
    Vielleicht verhindern gerade diese KVs machmal einen gewissen Fortschritt, andere würde das als Wildwuchs bezeichnen;)

    Eigentlich bedeutet aber jeder Turbulenzerzeugung auch einen größeren Widerstand des Profils.

    Ein weiteres Problem ist der große Geschwindigkeitsbereich bei modernen Designs.

    Die CFD-Studie ist für eine Studienarbeit sehr umfangreich und ein schöner Arbeit für sich. Gerade der Einsatz von eines Baseline-Reynoldsstress-Modells finde ich ambitioniert.

    Ich finde den Bereich beleben. Carsten mach bitte weiter so!!!

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    • avatar Uwe (Finn) sagt:

      Ob das Buckelwalruder in der Praxis, d.h. bsw. bei Krängung etwas bringt, bleibt abzuwarten. Interessant sind die der Natur entnommenen technischen Lösungen allemal. Wulstbug, Winglets, Wavepiercer und andere geschwindigkeitsverbessernde Konstruktionsdetails zeigen dies.
      Im Bereich der Yacht- und Jollenruder sollte man daher vielleicht auch einmal über Winglets o.Endplatten nachdenken, die bei den Verkehrsflugzeugen eine Treibstoffersparnis von ca. 3 % bringen sollen. Das von mir getestete Ruder-Leitblech schien zumindest nicht zu bremsen 🙂

      Super Beitrag, mehr davon! Like or Dislike: Daumen hoch 4 Daumen runter 0

    • avatar Wilfried sagt:

      @Florian, nur eine Korrektur. Turbulenz wird überall genau deshalb erzeugt um den Widerstand zu senken. Ganz plastisches Beispiel hierzu sind die Dellen im Golfball. Durch die Zufuhr von Energie in der Grenzschicht wird die Turbulenzschleppe kleiner und damit auch der Widerstand. Ein glatter Golfball hätte keine stabile Flugkurve und gleichzeitig würde er wesentlich kürzer fliegen.
      Auch bie den Fußbällen gibt es das Phänomen. Die alten genähten Lederbälle waren nicht wirklich rund und rauher, dabei aber stabiler in der Flugbahn. Die neuen richtig runden Bälle flattern stärker.

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  6. avatar Holger sagt:

    auf jeden Fall gab es bei der Dinghy Show letztes Wochenende deutlich
    wichtigeres und sinnvolleres zu sehen so wie z.B. den ersten Öffentlichkeitsauftritt
    mit 2 Booten der GBR-NZL Gemeinschaftskonstruktion AURA für Skiff Women Disziplin……

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    • avatar Christian sagt:

      Holgi, du bist doch sonst so geschäftstüchtig… Stell dir vor, dieses Ruder wird das nächste ganz große Ding, alle wollen es haben und du hast den Exklusivvertrieb und bietest Plug&Play-Lösungen…

      Aber ok, bei der Aura ist mehr Umsatz zu holen. Davon abgesehen ist sie sicher auch das bessere Produkt.

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  7. avatar Florian sagt:

    Vielleicht ist es immer eine Frage der Sichtweise;)

    Der eine interessiert sich rein für sein Geschäft den Bootsvertrieb,
    die anderen faszinieren einfach Strömungseffekte ohne finanzielle Hintergründe.

    So viel ich weiß gab es im 505 auch schon Versuche mit CFD optimierten Foils…. 😉

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    • avatar Holger sagt:

      @Florian
      also wenn du dir moderne 505er Foils anschaust und das vergleichst mit dem was hier
      in GER ansonsten so rumsegelt in dne meisten Klassen (und machen dürfen halt auch nix moderenes bauen auf Grund ihrer Klassenregeln).. dann ist das technologisch schon sehr weit vorne
      Wir haben CNC gefräste Aluformen und da wird mit Vacuum sehr sehr viel Carbon reingezogen,
      denn anders würden so lange schlanke Teile gar nicht halten,
      Die Zeiten da was von Hand zu shapen und drumherumlaminieren die sind lange vorbei.
      Zudem kann man die 505er Schwerter natürlich anstellen und wir haben mehrere Positionen für die vor-rück Position im Boot und können die Aufhängung auch vertikal umstecken und damit die Fläche verkleinern wie ein Steckschwert und das ganze ganz simpel udn einfach mit einem FastPin und die neuen 2012 Boote haben einfach 2 vertikale Schaächte für die Aufhängung im Kasten – keine Mehrkosten beim Bau und easy Veränderung des Lateralplans. Wir sind halt immer am ball und passen auf das wir dem Rest der Welt in der Klasse immer einen halben Schritt voraus sind.

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      • avatar Ingo sagt:

        Hallo Holger,

        interessant, was Ihr da so macht. Ich segle Einheitsklasse und bin daher sehr eingeschränkt in dem, was ich regelkonfrom machen kann. Hast Du vielleicht einen Tipp, z.B. in puncto Oberflächenbehandlung? Ich habe mal von einer Studie an der Universität Southampton gehört, wonach es Sinn macht, das vordere Drittel des Unterwasserschiffs mit 1000er Körnung zu schleifen, das mittlere Drittel mit 800 und das letzte Drittel mit 600. Hast Du hierzu Infos?

        Gruss
        Ingo

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        • avatar Christian sagt:

          @Ingo: Diese Haifischhaut-Diskussion ist viele Jahrzehnte alt…. was Anschleifen in jedem Fall bewirkt, ist ein schön schmutziges Unterwasserschiff. Der Schmutz wird regelrecht angezogen. Das immerhin ist bei dem ganzen Nano-Kram nicht der Fall.

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          • avatar Ingo sagt:

            @Christian:
            Danke, das ist mir bekannt. Vielleicht sollte ich noch erwähnen, dass ich ein Schiff habe, das im Salzwasser schwimmt und einen (sehr harten) kupferbasierten antifouling-Anstrich hat. Mich würde interessieren, wie man den Widerstand minimiert, z.B. auch in Abhängigkeit der Wassertemperatur oder des Salzgehaltes.

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        • avatar Söldner sagt:

          @Christian:

          “haihaut” ist aber eine andere Diskussion als “Anschleifen”

          @Ingo:
          wenn du einen “kupferbasierten antifouling-Anstrich” hast, stellt sich das Thema “Anschleifen” für dich ja nicht. Das gilt nur für Rümpfe ohne solche Anstriche. Für dich gilt: vor dem antifouling-Anstrich einen möglichst glatten und fehlerfreien Untergrund schaffen. Wobei es nichts nutz feiner als mit 320er Papier zu schleifen, denn sonst haftet die Farbe nicht ordentlich.
          Früher gab es mal Anstriche auf Graphitbasis, die konnte man super mit sehr feiner Körnung anschleifen und hatte trotzdem noch eine guten antifouling-Schutz. Gibt es aber leider nicht mehr.
          Wichtig ist auch regelmässig (min. wöchentlich) das Unterwasserschiff zu putzen. Im Wasser geht das gut mit einem 15 cm breiten Teppichstreifen dessen Enden mit Tauwerk verlängert ist. Damit lässt sich vor und hinter dem Kiel das Unterwasserschiff putzen.

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          • avatar Ingo sagt:

            @Söldner:
            Danke für die Info. Das, was Du beschreibst,machen wir bereits. Aber wir schleifen den Antifoulinganstrich anschliessend noch bis auf 800 oder 1000. Vor und teilweise während einer Regatta (je nachdem ob die NoR/Segelanweisungen es erlauben) lasse ich das Unterwasserschiff noch jeden Morgen von einem Taucher reinigen. Weshalb glaubst Du, dass das Anschleifen nach dem Aufbringen des Antifoulings kein Thema mehr ist?

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  8. avatar Ingo sagt:

    Und wie ist es mit einem Teflon-basierten Anstrich?

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  9. avatar Uwe (Finn) sagt:

    Unter dem folgenden Link findet sich ein Bericht über ein Yachtruder mit nur 3 Knubbeln 🙂

    Der Eigner hatte Probleme mit dem Ausbrechen des Ruders. Die Knubbel sollen bei Krängung verhindern, dass an der Leeseite Luft angesaugt wird. Angeblich “the bumps worked great”.

    http://ptsail.org/2011/10/11/whale-fins-and-rudder-designs/

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