Kanu lenzen (Strömung, Druckdifferenz, Flügelprofil)

Gerrit · Gast

Hallo,

ich habe mir vor zwei Jahren ein Kanu gebaut. Das Kanu wird nun von mir nach und nach weiter ausgebaut. Momentan befasse ich mich mit der Problematik des Lenzens. Durch die niedrige Bordwand und die z.T. recht raue Weser kommt halt manchmal Wasser in das Boot ;-)

Da ich nicht einfach nur eine Pumpe kaufen will und auch eh keinen Strom zur Verfügung habe, habe ich mich mit dem Thema Venturirohr beschäftigt, es jedoch zunächst gedanklich wieder verworfen.

Das Kanu ist 5 Meter lang und in der Mitte ca. 90 cm breit. Es wurde als Knickspanter aus Sperrholz mit einem flachen Boden umgesetzt. Am Boden, im Wasser, sind drei Leisten über die Länge des Rumpfes angebracht worden. Die beiden äußeren Leisten haben von der Mittig verlaufenden Leiste einen Abstand von 20 cm. Die Leisten sind 2,5cm hoch. Das Kanu liegt bis zu 20cm tief im Wasser.

Die Idee ist, zwischen den Leisten ein Flügelprofil einzusetzen. Ist das Kanu in fahrt, strömt das Wasser über das Profil und es entsteht ein Unterdruck an der hinteren abfallenden Seite des Flügels. Hier stelle ich mir einen Schlitz oder eine Öffnung vor, die mit einem Schlauch verbunden ist. Dieser Schlauch wird im Kanu bis über die Wasserlinie geführt, um dann wieder hinunter zur tiefsten Stelle des Kanus geführt zu werden (Damit kein Wasser hinein läuft). Dort soll dann das Wasser abgesaugt werden.

Es müsste berechnet werden, wie der Flügel zu dimensionieren ist, damit der Unterdruck ausreicht um das Wasser bei einer Geschwindigkeit von ca. 5 km/h aus dem Kanu zu befördern. Es sollte mindestens 1Liter/Minute sein.
Außerdem würde ich gerne wissen, wo genau am Flügel ich am besten den Unterdruck abgreife. Ist ein Schlitz besser als ein Loch?
Ferner müsste der Schlauchdurchmesser berechnet werden. Der Schlauch darf halt nicht zu dick sein, sonst kann es passieren dass das Wasser zurück läuft (wenn Luft gezogen wird), aber auch nicht zu dünn, sonst ist der Widerstand zu hoch. Ich dachte an einen Innendurchmesser von 4mm.

Na ja, es ist halt nicht möglich das mal eben zu bauen um es auszuprobieren. Kann gut sein das es nicht funktioniert. Also müsste man das berechnen und hier komme ich einfach nicht weiter. Es würde mir im Prinzip auch reichen, wenn die Berechnung zunächst nur eine grobe Annäherung ist.

Vielen Dank für jegliche Hilfestellungen!

Gruß,
Gerrit

Gerrit · Gast

Hallo,

ich bräuchte wirklich Hilfe bei der Aufgabe. Braucht jemand noch eine Skizze oder andere Informationen?

Gruß
Gerrit

SchroedingersKatze · Anmeldungsdatum: 06.09.2010 Beiträge: 64

Skizzen sind immer hilfreich ^^

Gerrit · Anmeldungsdatum: 06.10.2010 Beiträge: 7

Hier eine Skizze:

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Ich denke, dass wird nicht zu realisieren sein.
1. Was passiert wenn du mal stehen bleibst oder zu langsam fährst (Gegenwind o.ä.)
2. musst du ja nicht nur im inneren einen Unterdruck aufbauen, sondern musst erstmal schaffen dem Druck von Außen standzuhalten. Reserve für Schwankungen müsste auch dabei sein.
3. Vllt. kannst du dir ja ein kleines Modell machen, um vorher deine Überlegungen zu überprüfen.
4. Es ist wohl sicherer sich eine passende Persenning zu fertigen.
5. negative Auswirkungen auf das Fahrverhalten.

Gerrit · Anmeldungsdatum: 06.10.2010 Beiträge: 7

Hallo Chillosaurus.

zu 1.)
- Wenn das Wasser nicht oder nur langsam am Profil entlang strömt, dann wird auch nicht "gepumpt". Das ist mir klar, kein Problem und wird in kauf genommen.

zu 2.)
- Auch das ist klar ... ich schrieb:
"Dieser Schlauch wird im Kanu bis über die Wasserlinie geführt, um dann wieder hinunter zur tiefsten Stelle des Kanus geführt zu werden (Damit kein Wasser hinein läuft)."
An der höchsten Stelle des Schlauchs, will ich außerdem noch ein kleines Loch anbringen. Mit diesem soll verhindert werden, dass das Wasser ggf. im Stillstand in das Kanu zurückfließt, wenn der Schlauch komplett gefüllt ist. Das Loch wird sehr klein ausfallen ... gerade so, dass hier ein wenig Luft gezogen wird.

zu 3.)
- Das mit dem Modell hatte ich mir auch schon des öfteren überlegt. Aber es ist recht schwierig ein derartiges Modell zu bauen und zu testen. Wie soll man denn z.B. das vorbei strömende Wasser "simulieren"? Wenn man sich der Thematik mathematisch nähern würde, dann könnte man ggf. herausfinden, das der Sog (Unterdruck) nicht ausreicht, oder die Geschwindigkeit viel zu hoch seien müsste etc..

zu 4.) Persenning steht bereits auf meiner Todo ;-) Aber ein offenes Kanu hat auch ein paar Vorteile, die dann flöten gingen.

zu 5.) Ja, das ist wohl wahr. Muss, will und werde ich jedoch in Kauf nehmen. Ich denke das der Faktor nicht so ins Gewicht fällt. Kommt aber auch ganz darauf an, wie groß das Profil zu wählen ist.

Ich habe grob verschiedene Ansätze betrachtet und abgewogen. Eine elektrische Pumpe möchte ich nicht. Zu "viel" Technik ... Strom habe ich nicht ... Batterien sind immer dann leer wenn man sie benötigt ... für Solar habe ich keinen geeigneten Platz.
Venturidüsen sind auch nichts für mich, kämen aber noch am ehesten in Betracht. Handpumpen finde ich nervig.

Wenn meine Idee funktioniert, dann habe ich eine wartungsfreie und robuste Lösung.

Gruß
Gerrit

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Ok, jetzt verstehe ich es besser, das könnte in der Tat funktionieren.
Wende dich doch mit der Idee mal an die Firma Lettmann, die haben vllt. auch schonmal über soetwas nachgedacht und sind durchaus hilfsbereit.
Ich schaue mal kurz nach, ob ich dazu ein paar Ansätze dazu finde.
Wie du das mit dem Loch meinst, verstehe ich nicht ganz, jegliches Loch im Schlauch (außer an dessen Enden) sorgt dafür, dass dein Lenzgerät Luft zieht, dann entsteht kein entsprechender Unterdruck.

Edit:
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Bernoulli- Gesetz: (r: Dichte, paußen: Außendruck, p: Wasserdruck, v: Geschwindigkeit, h: Tiefgang)
p=paußen+2rgh-v²r/2
Der Druck muss kleiner sein als paußen, um überhaupt eine Saugwirkung zu erwarten also:
p<paußen;
2rgh-v²r/2<0, das bedeutet für v²
v²>2gh
Das würde bei 20 cm Tiefe eine Geschwindigkeit von über 2m/s (entspricht 7,2 km/h) bedeuten. Diese ist wohl nicht so einfach zu überbieten.
Es wurde nicht berücksichtigt, dass der Unterdruck das Wasser bei der Konstruktion zunächst anheben müsste, was aber deutlichen Einfluss haben dürfte.
Also kauf dir eine Fußlenzpumpe.

Gerrit · Anmeldungsdatum: 06.10.2010 Beiträge: 7

Hallo Chillosaurus,

vielen Dank für die Mühe.

Ich versuche hier die ganze Zeit die Formel nachzuvollziehen. Wie/wo hast Du denn die Betrachtung des Flügelprofils einbezogen, oder spielt das keine Rolle? Wärst Du so nett und könntest mir die Berechnung etwas ausführlicher runter schreiben ... ich verstehe es nicht. Was ist eigentlich g?

Zum Loch im Schlauch:
Du hast natürlich grundsätzlich Recht, aber es funktioniert trotzdem (... auf Kosten der Fördermenge). Ich habe derartiges für den Filter/Pumpe meines Aquariums im Einsatz. Auch dort gibt es ein Rohr/Schlauch/Konstrukt, bei dem Grundsätzlich die Gefahr besteht, dass sich das Wasser in die entgegengesetzte Richtung in Bewegung setzt und somit das Filterbecken überlaufen könnte. Ich lasse am Scheitelpunkt ein wenig Luft saugen. Dadurch verringert sich zwar der gesamt Durchsatz an Wasser, aber das Problem ist beseitigt. Das Loch ist so dimensioniert, das die Pumpe trotzdem in der Lage ist ausreichend Unterdruck aufzubauen. Egal ... vergiss mal das Loch ... kann auch einfach ein Rückschlagventil einsetzen ... kann auch zunächst mal beobachten ob derartige Situationen überhaupt auftreten.

Ansonsten kann ich mit meinem Gefährt auch deutlich über 7,2km/h erreichen. Derzeit ist dies leider nur mit dem Außenborder möglich, aber wenn ich mit dem Segel-Upgrade fertig bin, dann wohl auch so. Ich habe das Kanu und dessen Erweiterungen so gebaut, dass ich je nach Laune mit Paddeln mit oder ohne Ausleger und oder Außenborder auf das Wasser kann und ich habe viel Spaß und Freude daran weitere Erweiterungen an das Ding zu basteln.

Gruß
Gerrit

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Gerrit · Anmeldungsdatum: 06.10.2010 Beiträge: 7

Ah, ok,

also bezieht sich die Geschwindigkeit von 2m/s auf das durch das Flügelprofil beschleunigte und am Profil vorbei strömende Wasser und nicht auf die eigentliche Geschwindigkeit des Kanu.
Sehe ich das richtig, das hier tatsächlich "nur" p (Wasserdruck bei einer Wassersäule von 20cm) und paußen (Luftdruck? o. Wasserdruck bei Wassersäule 0-1cm) betrachtet wird, wobei p dann noch mit Benoulli, also dem Druck von beschleunigtem Wasser, angepasst wird ... bis p dann paußen entspricht?

Wenn nun das Flügelprofil so ausgeprägt ist, dass das Wasser, im Vergleich, einen 3cm längeren Weg zurücklegen muss ... wie schnell ist es denn dann?

Also angenommen, das Kanu bewegt sich tatsächlich mit 2m/s, wie schnell ist denn dann das Wasser am Profil?

Bedeutet das eigentlich auch, dass die Position der Bohrung (oder der Schlitz) am besten am höchsten Punkt des Flügels anzubringen ist?

Da habe ich eine Idee:
Wenn man sich die Skizze anschaut, dann fällt auf, dass das Kanu selbst (also eigentlich nur die Bordwand) dafür sorgt, dass das Wasser hier einen längeren Weg zurücklegt. Dann könnte ich doch vielleicht diesen Effekt ausnutzen und muss überhaupt keinen Flügel unter das Boot kleben?!

Gruß + Dank
Gerrit

P.S. Lettmann ist sehr interessant, wobei ich jedoch niemals 230,- Euro für eine Pumpe ausgeben würde ... mal ehrlich, das ist ein Blasebalg mit Rückschlagventil.

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Gerrit · Anmeldungsdatum: 06.10.2010 Beiträge: 7

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Hört sich sinnig an.
Kraft ist Druck mal Fläche.
Also kannst du prinzipiell deine Geschwindigkeit noch weiter eingrenzen, indem du sagst, dass die Gewichtkraft der Wassermenge, die in den Schlauch passt, kleiner als der Schlauchquerschnitt* dem resultierenden Druck sein muss.

Gerrit · Anmeldungsdatum: 06.10.2010 Beiträge: 7

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Gerrit · Anmeldungsdatum: 06.10.2010 Beiträge: 7

Hmm,

also ich fürchte, dass ich das Projekt begraben muss. Dabei sah es zwischenzeitlich eigentlich ganz gut aus.
Ich kann aber leider den Schlauchdurchmesser nicht weiter reduzieren, denn in so einem Kanu sammelt sich ja nicht nur Wasser, sondern auch Sand und dergleichen. Also ist die Gefahr viel zu groß, dass die Schläuche verstopfen. Das gilt auch für das Rückschlagventil.

Also das mit dem Flügel klappt mal nicht. Ich habe mir jedoch noch mal die Zeichnungen auf Wikipedia zu der Wasserstrahlpumpe angeschaut (http://de.wikipedia.org/wiki/Strahlpumpe) und nun bin ich am rätseln ob man mit diesem Prinzip mehr erreichen könnte als mit dem Flügel.

Ich würde unter dem Rumpf des Kanus eine Konstruktion aus Leisten befestigen (s. Bild), welche anschließend mit einer Holzplatte beklebt werden würde.

Am Rätseln bin ich, weil wenn ich das was ich beim Flügel gelernt habe hier anwende, dann ist das Ergebnis nicht nennenswert besser (längerer Weg u.s.w.)

Gruß
Gerrit

Das Bild:
- die schwarzen Balken sind zwei der Holzkiele unter dem Boot
- die roten Flächen stellen die Holzleisten dar, sind ca. 2cm hoch
- die grünen Punkte sind die Öffnungen in den Rumpf. Hier sind die Schläuche zum absaugen befestigt
- eine Holzplatte bedeckt die roten Flächen.

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440