Ein den fluidmechanischen Wirbelspuleneffekt nutzendes Flugaggregat

„Transactions in suffering Innovations"

Ideen verbrennen im Park

Der Wedding ist heute wunderschön und ich fühl' mich seltsam stark.

Was hält mich da noch im Labor?

Wir gehen zum Led Zeppelin, der gefällt mir mehr als je zuvor, bei ungefähr tausend Kelvin.

Komm, lass uns Patente verbrennen im Park.

Mi. Berlin 2016

Den Ausführungen sei ein Traktat vorangestellt. Die Textbeiträge zum Stand der Technik und den „Transactions in Suffering Innovations" besitzen ein dynamisches Format und sind, beginnend im November 2016, in folgender Weise geordnet und Überschrieben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Traktat

über die Beiträge zum Stand der Technik und zu den „Transactions in Suffering Innovations"

Die „Transactions in Suffering Innovations" bilden eine Sammlung von Schriften über Artefakte im Themenfeld Biologie & Technik, die in loser Reihenfolge erscheint. Es besteht durchaus die Absicht, den Stand der Technik zu verändern.

Gegenstand der Beiträge zu den Schriften der „Transactions in Suffering Innovations" sind Artefakte, Problemlösungen, Gestaltungsfragen und die kritische Auseinandersetzung mit Themen der Bionik, also Technik nach Vorbildern aus der belebten und unbelebten Natur und ihre Umsetzung. In ausgesuchten Fällen sind Technische Beschreibungen nach Standards des Deutschen Patent und Markenrechts¹ verfasst.

Mit den „Transactions in Suffering Innovations" soll der Fortschritt auf dem Gebiet der angewandten Bionik dadurch gefördert werden, dass die dargestellten notleidenden Artefakte, Problem- und Gestaltungslösungen frei von Rechten Dritter sind und mit ausdrücklicher Genehmigung dem Leser zur Nutzung verfügbar werden.

In den „Transactions in Suffering Innovations" werden ausschließlich Artefakte offeriert, die nicht unter das Arbeitnehmererfindungsgesetzes ArbErfG² fallen oder in der Vergangenheit fielen.

Die in den „Transactions in Suffering Innovations" dargestellten Artefakte sind insofern notleidend, da sie einerseits aus materieller Not nicht weiterverfolgt werden, ein Umstand der sich vielleicht wieder ändern mag. Andererseits sind die dargestellten Artefakte notleidend, weil sie möglichweise auftretender oder voranschreitenden geistigen Umnachtung zum Opfer zu fallen drohen; ein Umstand der sich wohl nicht mehr ändern wird.

Als Übergeordneter Absicht gilt es solche Forschung anzustoßen, die Lösungswege der Übertragung biologischer Phänomene untersucht und Fragestellungen betrifft, die im Zusammenhang stehen mit Natur und Technik.

Die Beiträge zum Stand der Technik und den „Transactions in Suffering Innovations" sind in deutscher Sprache verfasst. Dem Text wird gegebenenfalls eine teilweise oder vollständige Übersetzung in englischer Sprache beigestellt. In einer Ausgabe der Schriftensammlung wird jeweils nur ein Werk platziert. Den Ausführungen wird gegebenenfalls ein Prolog vor und ein Epilog nachgestellt.

Mi. Dienst

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Technische Beschreibung

Ein den fluidmechanischen Wirbelspuleneffekt nutzendes Flugaggregat

Die Erfindung betrifft ein Flugaggregat in Dreideckerkonfiguration das in seiner Betriebs-weise einem Arbeitsflugdrachen (im engl. „Power Kite") vom Stand der Technik entspricht, welcher als Antrieb für Seefahrzeuge genutzt wird. Arbeitsflugdrachen sind hierfür mit einer Fesselung zum Seefahrzeug verbunden, die nicht Gegenstand der Erfindung ist. Das Trag-flächensystem des Flugaggregates nutzt erfindungsgemäß den so genannten fluidmecha-nischen Wirbelspuleneffekt. Das Phänomen fluidmechanischer Wirbelspulen taucht bei fluidmechanisch wirksamen, Auftrieb erzeugenden Tragflügelsystemen auf, deren Tragflügel in geeigneter Weise angeordnet sind. Geeignet sind Mehrdeckerkonfigurationen, respektive Doppeldeckerkonfigurationen und Dreideckerkonfigurationen. Das Flugaggregat in Dreidek-kerkonfiguration besitzt einen zuschaltbaren elektrischen Hilfsantrieb zum Manövrieren, Starten und Landen bzw. Wassern.

Der fluidmechanische Wirbelspuleneffekt bewirkt den Rückgewinn eines Teils, der zur Auftriebserzeugung eines Flugsystems aufgebrachten Energie. Die vom Flugaggregat in Dreideckerkonfiguration erzeugte Querkraft wird für die Fortbewegung des Seefahrzeugs genutzt. Generell sind Arbeitsflugdrachen (als Antrieb für Seefahrzeuge) geeignet, im Zusammenwirken mit einer elektronischen Steuerung vom Stand der Technik, autonom in der bodennahen Luftschicht zu agieren und die dort (über der Wasseroberfläche) herrschen Scherwinde zur Querkrafterzeugung zu nutzen. Die Steuerung von Arbeitsflugdrachen ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Stand der Technik, Arbeitsflugdrachen.

Das Funktionsprinzip, Seefahrzeuge von Flugdrachen ziehen zu lassen war bereits zur Zeit des legendären chinesischen Seefahrers Cheng Ho (Zhéng Hé *1371 in Kunming / Provinz Yunnan; + 1433) als Vortriebsmethode bekannt. Moderne Arbeitsflugdrachen vom Stand der Technik greifen das Funktionsprinzip des asiatischen Zugdrachens auf und kombinieren es mit einem dynamischen Flugstil moderner Lenkdrachen aus dem Spiel-, Freitzeit- und Sportbereich. Die Tragfläche von Arbeitsflugdrachen vom Stand der Technik ist in der Regel nach der Art eines Gleitschirms konstruiert und aus hochfesten und witterungsbeständigen Textilien gefertigt. Arbeitsflugdrachen erzielen ihre Zugkraft (gestalterisch) durch die Tragflächenform und (betriebstechnisch) durch eine Flugbahn in großen Achten. Durch den dynamischen Flug entstehen hohe Anströmgeschwindigkeiten und hohe wirksame Querkräfte (Vortriebskräfte) am Tragflügel. Durch den Flugstil in Achten erzeugt der Drachen einen bis zu dreimal größeren Vortrieb als ein herkömmliches Schiffssegel in vergleichbarer Größe. Die Zugkräfte werden über ein Zugseil zum Schiff übertragen. Arbeitsflugdrachen vom Stand der Technik werden mit einem vollautomatischen Steuerungssystem betrieben, das mit dem Autopiloten eines Flugzeugs vergleichbar ist. Für Arbeitsflugdrachen vom Stand der Technik beträgt verfahrensbedingt die optimale Betriebshöhe zwischen 100 und 300 Metern. Die Zugkraft (axial in Richtung der Schiffsbewegung) beträgt bei kommerziellen Systemen von Stand der Technik bei einer Drachengröße von 40m2 etwa 18 kN (SKS Y 20) bei einer Drachengröße von 160m2 etwa 112 kN (SKS Y 160), was einem Hauptmaschinenäquivalent von 100 kW bzw. 1000 kW entspricht (Herstellerangaben: SkySails).

Stand der Technik. Tragflächen in Mehrdeckerkonfiguration.

Berechnungen vom Stand der Wissenschaft zeigen, dass Arbeitstragflügel in Doppel­Drei- oder Mehrdecker-Tragflächenkonfiguration gleicher Fläche und spezifischer Tragflächen-belastung auf betragsmäßig gleiche Auftriebs- und Widerstandskräfte führen, sofern nicht die durch das Auftriebsgebaren induzierten Widerstande der Tragfläche betrachtet werden. Hier sind die Schlankheitsgrade der Teiltragflächen von großem Einfluss und können glückliche Konfigurationen oder ungünstige Verhältnisse annehmen und bedeuten ein mehr an Verzehr der in das Tragflächensystem eingespeisten Antriebsleistung je nachdem, wie der Mehrdeckerflügel konfiguriert ist. Der Energieverlust durch Randwirbel wird als (induzierter) Widerstand am (Auftriebs- oder Querkraft-) Tragflächensystem wirksam. Die Kontrolle der durch das Auftriebsgebaren einer (oder mehrerer) Kraft- und Arbeitstragflächen induzierten Verluste ist Gegenstand rezenter Forschung.

Stand der Wissenschaft, Windscherung.

Die Geschwindigkeit der Luftströmung über einer ebenen Land- oder einer Wasser­oberfläche besitzt einen Gradienten. Dieses Windscherung (vertikale Windzunahme an der Meeresoberfläche) genannte Strömungsphänomen ist in einer Schicht bis etwa 30 Meter über der (Wasser-) Oberfläche wirksam. Wandernde Seevögel nutzen die Windscherung um aus der Strömung Energie zu entkoppeln und derart stundenlang ohne Flügelschlag zu fliegen. Albatrosse beispielsweise legen mit einem „Gradientenflug" genannten Flugstil hunderte von Kilometer zurück. Beim Gradientenflug ist die mittlere Anströmge-schwindigkeit des (biologischen) Flugsystems etwa konstant: nahe des Bodens, hier ist die Strömungs­geschwindigkeit der Luft gering, ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Vogels groß und damit seine kinetische Energie hoch. In, der für diesen Flugstil maximalen Höhe, ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Vogels eher gering, die Strömungsgeschwindigkeit der Luft aber maximal; die potentielle Energie des Systems ist hoch. Ein nun ansetzender Sinkflug arbeitet dieses Energiepotential ab und setzt es in Flugstrecke um. Bewegungsge-schwindigkeit des Vogels steigt bist zum Scheitelpunkt, nahe der Wasseroberfläche wieder an, und der Zyklus beginnt von vorn. Auf diese Weise legt das Tier große Distanzen ohne einen Flügelschlag zurück. Der biologische Gradientenflug ist Gegenstand rezenter Forschung.

Stand der Wissenschaft, Wirbelspulenphänomenologie. Nach der Tragflügeltheorie hängt die Auftriebskraft einer umströmten Tragfläche alleine von der Zirkulation ab [Kutta-Jankowski]. Überlagern sich an einem Strömungskörper (bei einer zweidimensionalen Modellvorstellung in der Profilebene des Strömungskörpers)

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¹ https://www.dpma.de/patent/anmeldune/index.html

² Am 7. Februar 2002 trat die Novellierung des Arbeitnehmererfindungsgesetzes ArbErfG in Kraft.