1 Kommentar
Die am Ruder wirkenden Käfte können wie folgt gesehen werden:
Blau: Anströmendes Wasser
Rot: Widerstand; der Winkel zwischen Ruderlängsachse und Widerstandsrichtung ist der Ruderwinkel α
Grün: Auftrieb
Grau: Resultierende Kraft am Ruder
2 Versuchsaufbau
Das Rudermodell ist an einer Dreikomponentenwaage befestigt, an der sich auch der Anstellwinkel einstellen lässt. Es wurden der Auftrieb, der Widerstand und das Moment um den Ruderschaft bei gleichbleibender Geschwindigkeit und verschiedenen Anstellwinkeln gemessen. Die benutzte Dreikomponentenwaage liefert in Verbindung mit einem Computer Werte in Newton, so dass eine Umrechnung nicht erforderlich ist.
Es wurden Daten nur an einem Profilruder gemessen, sie werden jedoch mit bekannten Daten eines Plattenruders verglichen.
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Die Daten des Profils sind: s = 350 mm c = 158,1 mm a = 33,8 mm. |
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Die Geschwindigkeit, die erfoderlich ist, um eine turbulente Strömung am Ruder zu erzeugen (Rn >= 105), wird nach folgender Formel errechnet:
vA = (Rn*ν)/l
Danach wird eine Geschwindigkeit von 1 m/s für die Messungen gewählt.
3 Auswertung
Es war an Hand des stark ansteigenden Widerstands und des stark abnehmenden Auftriebs festzustellen, dass an dem Profilruder bei einem Anstellwinkel größer als 21° die Strömung abreißt.
Die gemessenen Daten und die daraus errechneten Beiwerte, Moment um die eintretende Kante sowie die Gleitzahl und die Lage des Druckpunktes sind auf der folgenden Seite aufgeführt.
Darauf folgt eine Diagramm, in dem cL, cD und cQ als Funktion von α dargestellt werden.
3.1 Profilruder
| Ruderwinkel [°] | Widerstand D [N] | Auftrieb L [N] | Ruderschaftsmoment QR [Nm] | Moment um EK Q0 [Nm] |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0,7832 | -0,2202 | -0,0027 | -0,0027 |
| 5 | 09791 | 8,3272 | 0,0275 | 0,055 |
| 10 | 2,145 | 17,9589 | 0,1726 | 0,2911 |
| 15 | 3,539 | 24,263 | 0,1725 | 0,4181 |
| 20 | 5,01 | 27,9625 | 0,157 | 0,5459 |
| 21 | 5,4913 | 27,9012 | 0,174 | 0,5862 |
| 22 | 10,0342 | 20,2962 | 0,6117 | 1,0022 |
| 25 | 11,6914 | 20,7224 | 0,6579 | 1,1305 |
| Ruderwinkel [°] | Widerstandsbeiwert cD | Auftriebsbeiwert cL | Momenten- beiwert cQ0 |
Gleitzahl ε | Lage des Druckpunktes hinter EK [m] |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0,0283 | -0,008 | -0,00062 | -3,557 | 0,0461 |
| 5 | 0,0354 | 0,3012 | 0,0063 | 0,118 | 0,0371 |
| 10 | 0,0776 | 0,65 | 0,0395 | 0,12 | 0,0434 |
| 15 | 0,128 | 0,8775 | 0,0394 | 0,146 | 0,0409 |
| 20 | 0,1844 | 1,0113 | 0,0359 | 0,182 | 0,0394 |
| 21 | 0,1986 | 1,0091 | 0,03978 | 0,197 | 0,04 |
| 22 | 0,3629 | 0,734 | 0,1398 | 0,494 | 0,0609 |
| 25 | 0,4228 | 0,7495 | 0,1504 | 0,564 | 0,0615 |
Die Daten des Plattenruders werden ebenfalls ausgewertet:
3.2 Plattenruder
Die charakteristischen Daten des Plattenruders sind die selben wie die des Profilruders.
s = 350 mm
c = 158,1 mm
a = 33,8 mm.
Die Geschwindigkeut betrug auch hier 1 m/s, um eine turbulente Strömung zu erzeugen.
| Ruderwinkel [°] | Widerstand D [N] | Auftrieb L [N] | Ruderschaftsmoment QR [Nm] | Moment um EK Q0 [Nm] |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0,74 | -0,52 | -0,02 | -0,038 |
| 5 | 1,23 | 8,34 | 0,081 | 0,3654 |
| 10 | 3,31 | 17,31 | 0,258 | 0,854 |
| 15 | 6,49 | 23,77 | 0,539 | 1,372 |
| 20 | 9,91 | 26,44 | 0,833 | 1,7873 |
| 25 | 13,02 | 26,68 | 0,944 | 1,947 |
| 30 | 16,03 | 27,12 | 1,015 | 2,08 |
| 35 | 18,86 | 26,39 | 1,025 | 2,1213 |
| 37,5 | 21,15 | 26,76 | 1,18 | 2,333 |
| 40 | 22,71 | 26,73 | 1,228 | 2,414 |
| Ruderwinkel [°] | Widerstandsbeiwert cD | Auftriebsbeiwert cL | Momenten- beiwert cQ0 |
Gleitzahl ε | Lage des Druckpunktes hinter EK [m] |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | -0,00006 | -0,00006 | -0,0045 | -1,423 | 0,0723 |
| 5 | 0,00092 | 0,00092 | 0,019 | 0,147 | 0,0434 |
| 10 | 0,0019 | 0,626 | 0,059 | 0,1912 | 0,0484 |
| 15 | 0,0026 | 0,859 | 0,123 | 0,273 | 0,0577 |
| 20 | 0,00293 | 0,9556 | 0,1904 | 0,19 | 0,375 |
| 25 | 0,00295 | 0,9643 | 0,2158 | 0,488 | 0,0656 |
| 30 | 0,003 | 0,98 | 0,2320 | 0,591 | 0,066 |
| 35 | 0,00292 | 0,954 | 0,2343 | 0,715 | 0,0654 |
| 37,5 | 0,003 | 0,967 | 0,27 | 0,79 | 0,0684 |
| 40 | 0,00296 | 0,966 | 0,281 | 0,85 | 0,0688 |
4 Beurteilung
Nach dem Vergleich der Darstellungen der Koeffizienten als Funktion des Anstellwinkels können folgende Feststellungen gemacht werden.
Das Plattenruder erreicht einen wesentlich höheren Widerstand; bereits bei einem Anstellwinkel von 20° ist er fast so groß wie der maximale Widerstand des Profilruders.
Im Gegensatz zum Profilruder ist bei dem Plattenruder nicht durch eine schlagartige Veränderung der Werte bei einem bestimmten Anstellwinkel festzustellen, wann die Strömung abreißt.
Jedoch ist auch hier jenseits von 20° keine nennenswerte Auftriebssteigerung zu verzeichnen.
Es kann also festgehalten werden, dass Anstellwinkel von wesentlich mehr als 20° bei keinem Ruder sinnvoll sind.
Bei einem Anstellwinkel von 20° ist die Differenz der Auftriebswerte mit ~4% nicht groß.
Der günstigste Arbeitsbereich der Ruder, festzustellen an Hand der Gleitzahl ε, liegt in beiden Fällen zwischen 0° und 5°.
