Zeitlich harmonisch bewegte Platte im Strom eines idealen Fluids : Untersuchung von Kraft, Leistung und Wirkungsgrad

Abstract

Die Strömung um eine zeitlich harmonisch bewegte ebene Platte in einem sich mit stromaufwärts konstanter Geschwindigkeit bewegenden reibungslosen Fluid konstanter Dichte wird analytisch untersucht. Die Tiefe der Platte ist groß gegenüber ihrer Länge, es stellt sich daher zweidimensionale Strömung ein. Die durch die Bewegung der Platte verursachte Strömung ist klein im Vergleich zur Parallelströmung.<br />Asymptotische Entwicklung und Potentialwirbelbelegung ergeben lineare Integralgleichungen für die kinematische Randbedingung. An der Hinterkante herrscht Druckgleichheit an Ober- und Unterseite. Die durch die an der Hinterkante abgehenden Wirbel verursachte Nachlaufströmung wird modelliert. Für Kombinationen von Hub-und Drehbewegungung der Platte bei unterschiedlicher Frequenz werden die zeitlich gemittelten Größen von Vortriebskraft, Leistung und Vortriebswirkungsgrad berechnet.<br />Wie für gleichförmig bewegte Körper kann auch im instationären Fall dem Fluidstrom Energie entzogen werden. Die Bewegungsformen mit maximaler Leistungsentnahme werden aufgezeigt. Zur Erzeugung einer Vortriebskraft muss stets Leistung zugeführt werden.<br />Vortrieb und Leistung werden beide Null für Bewegungen, bei denen keine Wirbel in den Nachlauf abgegeben werden. Diese Bewegungsformen, betrieben bei höherer Frequenz, ergeben Vortrieb bei hohem Wirkungsgrad.