Folie 1

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
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
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Forschungshütte der Bionik und
Evolutionstechnik in der Antarktis
12
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
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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
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Große Luftschraube
? kleine Luftbeschleunigung
? hoher Wirkungsgrad
19
Schaumschläger
Auf dem Fährschiff bei Gibraltar nach Afrika
Ein unmöglicher Antrieb
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Der Trick der Natur die
Strömung an der
richtigen Stelle anzutreiben
Das Ineinandergreifen von Schub und Widerstand
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b
a
v
Sieb
v
Ein Sieb soll durch die Luft bewegt werden
Die 1 000 000-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
Sieb
a
v
2
ö
æ
v
v
v
2
-

1

ç
S
0
0
S
v
L
ø
è
0

b
v
L

1
S
a
v
0
Für cw 0,5
v
v
b
0
P
Das Propeller-Sieb-Modell von Heinrich Hertel
v
v
0
S
23
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
Schub des Propellers
S
Widerstand des Siebes
v0
vS
vP
Bedingung F F F
S
P
Bedingung für stationäre Bewegung
Erforderliche Propellerleistung
25
Leistungsverhältnis
v
v

1,0 1,00
0.8 1,20
0,6 1,43
0,4 1,68
0,2 2.00
0 2,41
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
Wirbeltheorie von W. Liebe
30
Unterdruck
Zentrifugiertes Strömungsteilchen
Saugwirkung eines Wirbels
Gebremstes Strömungsteilchen
Reibfläche
Durch fehlende Zentrifugalkraft wird das Teilchen
in den Wirbelkern gesaugt
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Antriebstechnik eines fliegenden Fischs
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Schubwirkungsgrad des fliegenden Fischs
Schub S
Für
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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 230 km/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 152 m, Länge 109 m Reichweite 16 000
km bei einer Flughöhe von 6 m
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Prof. Jeremy Rayner, University of Leeds,
England
Der ideale Antrieb ?
36
Ende