The center-hand bone system of vertebrates is a model for a load-adaptive artificial wing for surfboard fins with intelligent mechanics. The performance characteristics are improved, the geometry in a future design can be more compact, geometry reduction, elasticity and compactness lead to an extremely robust, regenerative and thus resilient wing system.
Abstract
Das Mittelhandknochensystem der Wirbeltiere ist Vorbild für einen belastungsadaptiven artifiziellen Tragflügel für Surfboardfinnen mit intelligenter Mechanik. Die Leistungscharakteristik verbessert sich, die Geometrie in einem zukünftigen Entwurf kann kompakter ausfallen, Geometriereduktion, Elastizität und Kompaktheit führen auf ein extrem robustes, regenerationsfähiges und damit resilientes Tragflügelsystem.
The center-hand bone system of vertebrates is a model for a load-adaptive artificial wing for surfboard fins with intelligent mechanics. The performance characteristics are improved, the geometry in a future design can be more compact, geometry reduction, elasticity and compactness lead to an extremely robust, regenerative and thus resilient wing system.
Key words: Adaptation, medial hand bones, surfboard, resiliency, downsizing.
Introduction
In Besitz einer fluidmechanischen Innovation, tauchen an Strömungsbauteilen insbesondere an Leit- und Steuertragflächen kleiner Seefahrzeuge Qualitäten auf, die auf eine Leistungsoptimierung des Bauteils zielen. Stammt eine Innovation aus der systematischen Analyse physikalischer Wirkmechanismen der belebten Natur, sprechen wir von Bionic Engineering. Die Bionik verbindet Naturwissenschaften und Ingenieurwissenschaften mit dem Ziel, Prinzipien der belebten Natur zu entschlüsseln und diese auf Technik zu übertragen. Seitens der Industrie besteht ein klares Interesse an Problemlösungen aus der belebten Natur. Für die erfolgreiche Übertragung biologischer Prinzipien auf technische Produkte und Verfahren bedarf es der Entwicklung von Methoden, Vorgehensweisen und Instrumenten, die den industriellen Produktentwicklungsprozess unterstützen. Die BIONIC RESEARCH UNIT der Beuth Hochschule für Technik Berlin ist eine forschungsbezogene Fachgruppe für Bionik und befasst sich mit der Untersuchung strömungsmechanischer Phänomene und ihrer Übertragung auf maritime Zukunftstechnik. Der Schwerpunkt unserer Forschung liegt derzeit in der Untersuchung von Strömugs- und Adaptionsphänomenen die die mit so genannter intelligenter Mechanik (i- mech) in Zusammenhang stehen. Downsizing[1] bedeutet in diesem Zusammen-hang die gestalterische Einflussnahme auf geometrische und funktionale Parameter der Konstruktion. Eine Skalierung gilt als geometrisch affin, wenn die Topologie der Struktur und das relationale Zusammenspiel signifikanter Konstruktionsparameter erhalten bleibt[2].
Das Auftauchen neuer Qualitäten (Emergenz) kann zu extremen Funktionsüberlagerungen (Integration) Leistungsverdichtung (Kompaktheit) und zu mechanischer Robustheit (Resilienz) führen. Oftmals verändern sich dann weitere geometrische, funktionale und Prozessführungsgrößen in eine positive Richtung. Für zukunftsweisende Konstruktionen ist die funktionale Adaptionsfähigkeit, die Funktionsintegration, eine Leistungsverdichtung bei hoher Kompaktheit und systeminhärente Resilienz eine Kombination erwünschter Eigenschaften. Führen Emergentien gleichzeitig auf eine affine, kongruente Skalierung, nenne ich sie SuPerformance.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Superformance ist radikal, ändert den Status quo des Artefakts und den Stand der Technik. Die Wirkung der Konstruktion liegt in der Zukunft. Superformance ist in der Emer- genzphase neuartiger Technik durchaus vage und mehrdeutig.
Surfboardfins
Das Wellenreiten (hawaiianisch: he'e nalu, englisch surfing) wird in der Regel an Küsten ausgeübt und besteht in einer gleitenden Bewegung über die Wasserfläche. In seiner ursprünglichen Weise ist das Surfen schon seit annähernd 4000 Jahre bekannt. In vorchristlicher Zeit brachen die Polynesier aus ihrer mythischen Urheimat Hawaiki auf, um den gigantischen pazifischen Siedlungsraum sicher zu befahren. Durch ihre Reisen verbreitete sich auch das Surfen in der Südsee. Die Blütezeit erlebte das ursprüngliche Wellenreiten auf den Inseln von Hawaii und war von hoher gesellschaftlicher Bedeutung. So blieben etwa die Strände mit den größten und besten Wellen den Königen vorbehalten.
Das Konstruktionsprinzip des Surfboards ist seit damals unverändert. Moderne Surfboards unterscheiden sich in Größe und Gestalt, weisen aber gemeinsame, sinnfällige Grundmuster auf. Die für Surfboards typischen und unterschiedlich ausgeführten Finnen am Heck des Brettes sind das Motiv dieses Aufsatzes.
Die Tragflächen der Surfbrettfinnen besitzen in der Regel symmetrische Profile. In Fahrt bilden diese Tragflächen dann ein Querkraft generierendes System, wenn die Anströmung nichtaxial erfolgt. Die Variation des Lifts eines symmetrischen Profils über den Anstellwinkel ist selbst symmetrisch. Die aus dem hydrodynamischen Auftriebsgebaren der Tragfläche resultierende Querkraft wird vom Surfer/der Surferin beim Manövrieren genutzt. Der Mensch und das Material, Surferin und Board bilden - wie in jeder professionell ausgeübten Sportart - eine unmittelbare Einheit. Surfen ist mehr als nur ein Sport und eine Kunst. Surfen ist eine Lebenseinstellung.
Forschung an Surfboardfinnen ist insofern einzigartig, weil hier nicht mit Modellen im Strömungskanal und mit skalierten Funktionsund Technologiedemonstratoren gearbeitet werden muss, sondern „Originale" Gegenstand der Untersuchungen sind. Für uns[3] zumindest war dies ein Novum. Surfboardfinnen nehmen in der Familie der Kraft- und Arbeitstragflächen auch deshalb eine Sonderstellung ein, weil als etablierte Werkstoffe, bis auf einige exotische Ausnahmen, solche Kunststoffe infrage kommen, die eine gewisse Elastizität aufweisen. Nachfolgend interessieren wir uns vornehm für die von dieser strukturellen Elastizität der Finnentragfläche herrührenden Gestaltänderungseigenschaften im Betrieb.
Die ebenfalls strukturelle Verformungsantwort einer durch ein strömendes Fluid beaufschlagten Tragfläche erscheint auf den ersten Blick offensichtlich.
[...]
[1] nach: https://de.wikipedia.org/wiki/Downsizing
[2] Dienst, Mi. (2017) Performance und Downsizing von Surfboardfinnen. Beitrag zur Phänomenologie und Strömungswirklichkeit. GRIN-Verlag GmbH
[3] Die BIONIC RESEARCH UNIT im Fachbereich Maschinenbau der Beuth Hochschule Berlin. Siehe auch die URL der Fachgruppe: http://projekt.beuth-hochschule.de/bru/
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Autor:in), 2017, Superformance of Surfboard Fins, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/351786
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