Ein Hydrofoil Solarboot entsteht

Hallo zusammen,

mein Name ist Markus und ich möchte mir gerne ein Solar-Tragflügelboot bauen. Seit Wochen bin ich erst mal Informationen am sammeln wie so was aussehen könnte. Ziel ist das es möglichst schnell wird, der Aufbau aber möglichst einfach gehalten werden soll. Aufgrund der relativ großen Fläche die ich für die Solarzellen benötige soll es ein Katamaran werden. Abmessungen in etwa 1700x700mm mit 32 Solarzellen a 161x161mm. Als Tragflügel sollen halbsymetrische Rc-Heli Blätter verwendet werden. Die sollten bei Null Anstellwinkel schon mal etwas Auftrieb liefern. Der Rumpf soll aus Depron und die Kufen aus Styrodur entstehen. Das ganze möchte ich in zwei Bauabschnitte aufteilen. Erst soll das Boot mit Lipo betrieben werden, und wenn es auch mit den Tragflügeln richtig funktioniert kommen die Solarzellen. Die Kufen fräse ich aus 40mm Styrodur mit mehreren Abrisskanten. Die großen Löcher sorgen für Gewichtsersparnis. Die vorderen Tragflügel sollen feststehend einstellbar sein, der hintere Flügel ( der auch gleichzeitig Ruder ist - mit 2 Servos) an dem auch der Motor befestigt ist soll seinen Anstellwinkel durch einen Gyroempfänger so anpassen das das Boot in der Waage über das Wasser gleitet. In dem Video sieht man die Funktion. Als Antrieb soll ein langsam drehender Brushless Außenläufer wie eingezeichnet an dem Ruderblatt unter Wasser betrieben werden. Durch weglassen einer langen Flexwelle erhoffe ich mir mehr Effizienz. Es gibt auf Youtube diverse Videos die zeigen das das problemlos geht. Über die Korrosion mach ich mir keine Sorgen. Nach jeder Fahrt wird er direkt getrocknet und geölt.

Hier mal die ersten Fotos

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Da ich kein Hydrodynamiker bin ist alles nach manntragenden Vorbildern nachempfunden auf gut Glück. Hier mal Maße. Die Blatttiefe der Rotorblätter ist ungefähr 48mm.

Was haltet ihr davon bzw. was wüdet ihr ändern. Folgende Fragen/Überlegungen habe ich:
Wie tief müssen sollten die Tragflügel unter das Wasserlinie liegen damit ich ausreichend "Flughöhe" habe.
Den äußeren seitlichen Überstand der unteren Tragflügel zu senkrechten Befestigung muss man sich wegdenken. Sie sollen später passend zugesägt werden. Der Tragflügel ist also innen.

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Hab gerade gesehen das meinen Beitrag ins Forum Segelschiffe gesetzt habe. Passt vieleicht nach dem Motto CO2 freier Antrieb, ansonsten zu motorbetriebene Modelle schieben.

Gruß Markus
 

S_a_S

User
Hallo Markus,
grundsätzlich mal eine gute Idee, ein Hydrofoil zu bauen. Auch die Idee, Rotorblätter zu verwenden hat was. Dort ist ja bei relativ geringem Anstellwinkel (aber hoher Drehzahl/Leistung) auch genügend Auftrieb erreichbar.

Wasser verhält sich etwas anders und negativen Pitch wirst Du auch kaum benötigen, von daher wäre möglicherweise ein tragendes Profil widerstandsärmer (passt besser zum Solarertrag). Da aber die Frage, wo sowas herzubekommen ist.

Für Erprobungsfahrten dürfte ein geschraubter, einstellbare Winkel hilfreich sein.

Grüße Stefan
 
Moin Markus
Die Idee ist gut.
Ein ehemaliger Kollege hatte mal ein hydrofoil, da kann ich mich noch grob an was erinnern.
Mach alle Flügel verstellbar, du kannst dann den aufgleitpunkt besser einstellen, sonst kann es dir passieren, dass die hinteren Flügel eher abheben als die vorderen. Ich würde die hinteren erstmal auf Null fahren und die vorderen anstellen. Effekt : wenn die vorderen abheben bekommen die hinteren automatisch einen positiven anstellwinkel und sollten bei gleichen Schwerpunkt /auftriebsverhältniss von alleine abheben.


Wegen dem unter Wasser arbeitenden Motor würde ich versuchen mit Norbert Brüggen Kontakt aufzunehmen, das ist ein Ubootspezi und hat mal einen unter Wasser laufenden Brushless Motor selbst gebaut, evtl kann er dir da Ratschläge geben.

Viel Spaß und Erfolg
 

wersy

User
Die vorderen Tragflügel sollen feststehend einstellbar sein, der hintere Flügel ( der auch gleichzeitig Ruder ist - mit 2 Servos) an dem auch der Motor befestigt ist soll seinen Anstellwinkel durch einen Gyroempfänger so anpassen das das Boot in der Waage über das Wasser gleitet. In dem Video sieht man die Funktion.

Hallo Markus,

den Antoine, der dieses Boot gebaut, habe ich in Genf auf der Inter-Ex 2016 getroffen. Er kam auf mich zu und fragte, ob ich der Wersy bin, der auch das Hydrofoil Boot gedruckt hat:
Ihm hatte ich schon auf Thingiverse zu seinem ersten Erfolg gratuliert.
Während es bei mir nur der Versuch war, einen Verdränger über Wasser fahren zu lassen, hatte er ein echtes Hydrofoil entwickelt. Er meinte: „Aber dein Boot ist schneller“ :)

Von mir hat er das NACA 63-412 Profil übernommen, das er für gut geeignet hält.

Vielleicht überlegst du, ob auch du sein Antriebskonzept übernimmst. Mit einer langen Welle bleibt der Motor über dem Wasser.

Ich wünsche dir viel Erfolg!
 
Die Rotorblätter sind halbsymetrisch und haben so bereits Auftrieb bei "Nullstellung". Wasser hat ja bekanntlich eine etwa 1000 mal höhere Dichte als Luft also kann man das mit nem Heli nicht mehr 1:1 vergleichen. Ob nun der erzeugende Auftrieb bei gewünschter Geschwindigkeit ausreichen wird werde ich wohl erst beim Stapellauf sehen. Das ganze Projekt ist behaftet von Fragezeichen. Mit Rückschlägen muss ich rechnen. Im schlimmsten Fall wird es ein Solarboot ohne Hydrofoil. Am Antrieb werde ich auch erst mal festhalten, einfach um zu sehen ob richtig lag. Wenn nicht kann ich immer noch ohne großen Aufwand den Motor in den Rumpf verlagern und ne Schiffswelle verwenden. Ich habe mir das ja auch nur von den großen manntragenden Solarbooten abgeschaut.
Da muss ich gerade an Michael Schanze denken: Ob ihr richtig liegt seht ihr wenn das Licht angeht :D
Gruß Markus
 

Wilf

User
Es ist jetzt auch schon 45 Jahre her, dass ich ein Hydrofoil-Boot als modell im Einsatz gesehen habe. Gebaut nach einem Zeitungsartikel in der damaligen Zeitschrift "hobby":
Laut Plan wurden zwei fix eingestellte Auftriebsflächen verwendet, je eine vorne und eine hinten. Mit vier einzelne Flächen hätte es auch gar nicht funktioniert. Die Einzelflächen hätte es bei der damaligen Konstruktion auf dem ersten Fahrmetern weggerissen.​
Das Modell war mit einem 10er Hirtenberger und mit Luftschraubenantrieb durchaus standesgemäß motorisiert. Durch den brachialen Standschub des Hirtenbergers ist es nicht als Halbtaucher gefahren, sondern wie ein Diskus auf der Wasseroberfläche dahin gebrettert. Wenn das Boot nach einem weiteren Sprung mit dem Bugflügel eingetaucht ist, hat es sich regelmäßig überschlagen und trieb dann kieloben im Wasser. Nach einer mehr oder weniger langen Reihe von eiskalten Bergungen hat der Erbauer den Spaß verloren und der Bootsrumpf entete meines Wissens als Blumentrog. Den Motor hat er mir geschenkt.​

Ich wünsche Dir bei Deinem interessanten Projekt deutlich mehr Erfolg.
 
Ich habe zwar auch schon Sumpfboote gebaut, aber hier bei dem Projekt habe ich es noch nicht in Erwägung gezogen. Ich habe da keine Ahnung was von beiden effektiver ist Luftschraube ober Propeller. Bei einem herkömmlichen Schiffsantrieb mit Welle sehe ich das Problem das die Welle eine Höhendifferenz von ca. 20 cm überbrücken muss. Da müßte eine Flexwelle schon extrem lang sein und die hat dann so denke ich einen großen Reibungswiderstand. Bei einer herkömmlichen starren Schiffswelle müßte diese auch sehr lang sein und hätte dennoch einen extremen Winkel was ich dann auch nicht für besonders effiktiv halte. Aus diesen Gründen kam ich auf die Idee den Motor unter Wasser zu betreiben so wie bei den Manntragenden.

Was meint denn ihr. Wäre ein Luftschraubenantrieb eine Alternative in Hinsicht auf den Wirkungsgrad?

Gruß Markus
 
Kurz noch mal über den Propellerantrieb nachgedacht. Einen gravierenden Nachteil sehe ich in dem hohen Schwerpunkt durch die Aufbauten. Das wäre bestimmt nicht förderlich bei einem Tragflügelboot.
 
So,
nun wurde ich auch mit 3d-Druck infiziert. Da ich bereits einige Teile habe drucken lassen (nur Erstmuster) von einem Kollegen, bin ich zu er Ansicht gekommen das ein eigener Drucker schon toll wäre. Vor meiner Kaufentscheidung habe ich aber mal erste Gehversuche mit 3d zeichnen gemacht um zu sehen ob ich überhaupt in der Lage wäre selber Sachen zu konstruieren. Ich hatte mir Freecad und Fusion 360 angeschaut. Mit Freecad wurde ich nicht warm, mit Fusion kam ich als Einsteiger relativ schnell (ein Tag) dank diverser Videos klar. Hat wie bekannt ja Einschränkungen und trotzdem werde ich erst mal bei Fusion bleiben.
Den Drucker (Creality 3d CR-10 Max) habe ich mir nun bestellt. Ist schon ein ganz schöner Brummer das Teil. Als Anfänger vieleicht etwas groß (Druckgröße 450x450x470mm), aber die meisten die ich kenne haben bereits zwei oder drei Drucker da stehen (halt immer größer). Da mein Boot ja auch nicht gerade klein wird dachte ich lieber gleich ne vernünftige Größe. Und so dauert es im Moment noch etwas bis es mit meinem Projekt weiter geht.

Gruß Markus
 

Wilf

User
.., oder willst Du mit dem Boot Warmwasser produzieren?
Null problemo. Letztere Variante hat keiner der Leser angenommen.

Egal, wie das mit den 1,2 m² Solarmodulen ausgeht. So viel Solarfläche wiegt und kostet auch was.
Interessant bleibt allemal, wie man die Tragflügelboot-Idee heutzutage realisieren kann.
 

S_a_S

User
Servus,

Schönes Projekt! Im Titel hat sich wohl ein Fehler ei geschlichen, oder willst Du mit dem Boot Warmwasser produzieren?


LG Raphael
aus eben dieser verlinkten Page zitiert:
Der Unterschied zwischen Solarthermie und Photovoltaik besteht darin, dass, wie schon erwähnt, die Photovoltaik die Wärmeenergie in Strom umwandelt.
lässt sich ja aus Warmwasser Strom gewinnen (oder war das Thermovoltaik ???).

Der Wirkungsgrad bzw. der Ertrag der Solarthermie 350kWh/a und m² ist aber immer noch besser als die der Photovoltaik 1150 kWh pro 1kWp Installation, wobei allerdings für 1kWp 6,5m² Fläche benötigt werden ->176kWh/a und m².

Dass Markus Solarzellen (also Photovoltaik, welche die Strahlung nutzt, um Elektronen zu bewegen) einsetzt, hat er ja klar beschrieben. Und das ganze wird von der guten Sonne (il sole, wie der Italiener sagt...) beleuchtet, also solar.

Jetzt hoffen wir mal, dass der 3D-Drucker Mittel zum Zweck wird und nicht ein eigenständiges Hobby ;)

Grüße Stefan
 
Servus,

Schönes Projekt! Im Titel hat sich wohl ein Fehler ei geschlichen, oder willst Du mit dem Boot Warmwasser produzieren?


LG Raphael
Raphael,
ich habe in meinem Titel eine allgemein bekannte/übliche Formulierung verwendet. Entschuldige wenn sie dir nicht präzise genug ist. Wenn ich es mit "Wärmeenergie" hätte antreiben wollen so stünde im Titel Tragflügelboot mit solartermischen Antrieb.

Solar Definition laut Goolge

Und Stefan,
der 3d-Druck hat mich schon immer fasziniert. Für unser Hobby ist das doch eine enorme Erweiterung der Möglichkeiten. Ich habe mich lange davor verwährt weil ich nach mehreren kurzen Versuchen mit 3d zeichnen nicht zu den gewünschten Ergebnissen kam. Mit einigen Fusion 360 Lernvideos hat sich nun ein Erfolgsgefühl eingestellt das mich ermutigt mich mehr mit der Materie zu beschäftigen. Und es wird definitiv kein eigenständiges Hobby sondern meine Möglichkeiten erweitern/erleichtern um zum gewünschten Ziel zu gelangen. Mit 3d Druck hätte ich mir schon mal Rotorblätter für über 100 Euro sparen können bzw. eine günstige Alternative gehabt. Auch im Haushalt und in der Firma sehe ich Befarf für diese Technik. Oft sind es kleine relativ einfache Teile die einem das Leben leichter machen können aber teils so speziell sind das man sie nicht einfach bei Amzon kaufen kann.

Es wird nun etwas dauern bis es weiter geht. Ich muss nun erst noch ein paar Lernstunden bei meinem Kollegen in Sachen 3d-Druck nehmen. Für mein Projekt hätte ich mit 3d-Druck zum Beispiel schon machen können:
-Rumpf und Schwimmer, strömungsoptimiert und extrem leicht. Der erste Gedanke war einen Rumpf 3d zu fräsen, Form erstellen, laminieren. Was für ein Aufwand im Vergleich zu 3d Druck
-Tragflächen/Foils, mit jedem Profil
-Motorhalterung
-Ruder
etc.
 

S_a_S

User
schicke Teile, Markus.
Die "Bolzen" würde ich aber in Metall ausführen - zum einen, um die Reibung klein zu halten, zum andern aus Festigkeitsgründen. Sind halt doch nur aufeinandergeklebte "Scheibchen".

Grüße Stefan
 
Das Teil ist mit PLA gedruckt und ist für meine Anwendung ausreichend steif und der Bolzen ist auch stabil genug. Ich war selbst überrascht. Und vor vor allem vom Gewicht. Wenn mein Drucker läuft werde ich es versuchen mit ASA zu drucken damit das Teil im Sommer auch ausreichend formstabil bleibt.
 
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