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Ingo Rechenberg

Ingo Rechenberg. PowerPoint-Folien zur 6. Vorlesung „Bionik I“. Lokomotions-Techniken von Wassertieren Flossen-Propulsion und Gleittechnik fliegender Fische. Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet. Flossenpropeller - Forelle. Startbeschleunigung 5g. 2,6 m/s.

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Presentation Transcript

  1. Ingo Rechenberg PowerPoint-Folien zur 6. Vorlesung „Bionik I“ Lokomotions-Techniken von Wassertieren Flossen-Propulsion und Gleittechnik fliegender Fische Weiterverwendung nur unter Angabe der Quelle gestattet

  2. Flossenpropeller - Forelle

  3. Startbeschleunigung 5g 2,6 m/s 0,15 s Schnellstart einer Forelle nach H. Hertel

  4. Wie entsteht der Schub einer Fischflosse Nicht so … sondern so

  5. v A Auftriebstheorie von H. Hertel v v W Vortrieb durch Auftrieb

  6. Schub Auftrieb Erhöhung des Anstellwinkels damit kein Abtrieb entsteht Bei Vorwärtsbewegung

  7. 1 2 3 Grenzschichtteilchen strömen in den Wirbel Ausbildung eines Hinterkantenwirbels Umströmung der Flossenhinterkante 6 4 5 Spiegelbildlich identisch zum Arbeitstakt 1 Wirbel mit Kern wird nach hinten geschleudert Leertakt ohne Umströmung der Flossehinterkante Wirbeltheorie von W. Liebe

  8. Wirbel- Ringe Schub erzeugende Wirbelsysteme Wirbel- Spule Wirbel- Faltblatt

  9. Ringwirbelstraße einer Qualle

  10. Strömungsbeschleunigung durch eine Wirbelfaltblattstruktur hinter einer schlagenden Flosse

  11. Forschungshütte der “Bionik und Evolutionstechnik” in der Antarktis

  12. Beschleunigungssensoren Die Messwerte werden über das vom Pinguin hinterher gezogene Kabel übertragen Pinguin im Schwimmkanal King George Island South Shetlands, Antarktis

  13. 1 Pinguin im Schwimmkanal 2 Durch einen Plastikschlauch wird Farbe ejiziert Wirbelring 3 Bildung eines Schub erzeugenden Wirbelrings

  14. Schub Wirbelringe CFD Schuberzeugung durch eine Wirbelfaltstruktur

  15. ? Welchen (strömungstechnischen) Zweck hat die Fahne an der Flossenspitze des Hais ?

  16. Zurück zum technischen Propeller

  17. Siehe „Betz“ in BERWIAN-Vorlesung Strömungspfropfen S S Der Propeller bewegt sich mit v0 durch die Luft Vortriebsleistung: Antriebsleistung: Vortriebswirkungsgrad: Der Strahlwirkungsgrad eines Propellers

  18. Muskelkraftflugzeug Hallenflugmodell Große Luftschraube → kleine Luftbeschleunigung → hoher Wirkungsgrad

  19. Schaumschläger Auf dem Fährschiff bei Gibraltar nach Afrika Ein unmöglicher Antrieb

  20. Der Trick der Natur die Strömung an der richtigen Stelle anzutreiben Das Ineinandergreifen von Schub und Widerstand

  21. b a v Sieb v Ein Sieb soll durch die Luft bewegt werden Die 1000000-Euro-Frage: Ist aus energetischer Sicht: „a“ besser als „b“ „b“ besser als „a“ „a“ so gut wie „b“ Sieb ? Das Propeller-Sieb-Modell von Heinrich Hertel

  22. L b = 1 , 30 L a c + + 1 1 L b w = c L + - 1 1 a w Sieb a v 2 æ ö v v v - 2 + 1 ç ÷ 0 0 S S v L è ø 0 = b v L + 1 S a v 0 Fürcw= 0,5 v v b 0 P Das Propeller-Sieb-Modell von Heinrich Hertel v v 0 S

  23. F F S P Schub des Propellers: v v 0 P Widerstand des Siebes: Bedingung für stationäre Bewegung: v v 0 S Bedingung: F= F = F P S Erforderliche Propellerleistung:

  24. F P F Schub des Propellers: S Widerstand des Siebes: v0 vP vS Bedingung: F= F = F P S Bedingung für stationäre Bewegung: Erforderliche Propellerleistung:

  25. Leistungsverhältnis: v v L L S 0 H N

  26. Propeller-Sieb-Modell Nebeneinander und hintereinander Test im Windkanal hat die Theorie bestätigt

  27. Im Raum zurückgelassene Geschwindigkeiten Zwei Propeller-Sieb-Vehikel durchfliegen einen Raum

  28. Wie lassen sich abgebremste Strömungsteilchen selektiv sammeln und beschleunigen ?

  29. 1 2 3 Grenzschichtteilchen strömen in den Wirbel Ausbildung eines Hinterkantenwirbels Umströmung der Flossenhinterkante 6 4 5 Spiegelbildlich identisch zum Arbeitstakt 1 Wirbel mit Kern wird nach hinten geschleudert Leertakt ohne Umströmung der Flossehinterkante Wirbeltheorie von W. Liebe

  30. Unterdruck Zentrifugiertes Strömungsteilchen Saugwirkung eines Wirbels Gebremstes Strömungsteilchen Reibfläche Durch fehlende Zentrifugalkraft wird das Teilchen in den Wirbelkern gesaugt

  31. Antriebstechnik eines fliegenden Fischs

  32. Schubwirkungsgrad des fliegenden Fischs Schub S Für

  33. Der Schienenzepp von Franz Kruckenberg fuhr am 21.Juni 1931 in 98 Minuten von Hamburg-Bergedorf nach Berlin Spandau und hielt 24 Jahre den Geschwindigkeits-rekord von 230km/h. Dennoch: Die Antriebsleistung sollte vollständig auf das Fahrzeug und nicht zum Teil auf einen Luftstrahl übertragen werden !

  34. „Pelican“ Entwurf eines Bodeneffekt-Flugzeugs von Boeing Spannweite 152m, Länge 109m Reichweite 16000 km bei einer Flughöhe von 6m

  35. Prof. Jeremy Rayner, University of Leeds, England Der ideale Antrieb ?

  36. Ende

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