Innovations derived from the analysis of biological systems can trigger downsizing campaigns. One goal is the design influence on technical parameters of a construction with the same performance of the system. Often, other geometric, functional and process control variables also change in a positive direction. In the following, the middle-hand bone system of the vertebrate is a model for load-adaptive artificial wings for surfboard fins with intelligent mechanics. The performance characteristics are improved, the geometry in a future design is more compact, geometry reduction, elasticity and compactness lead to an extremely robust, regenerative and therefore resilient wing system. The paper presents a similarity model, which is derived from the similarity theory and uses the dimensional analysis of the physical quantity to be examined. The Buckinghamian -Theorem is the paradigmatic core of this downsizing concept. It is subsequently applied to the shape optimization of a standardized surfboard Fin and numerical methods are used to simulate the flow properties of that fin. The result is an airfoil system which satisfies the criteria of "SuPerforming".
Inhaltsverzeichnis
1. Intro
2. CARPO
3. SUPERPERFORMANCE UND BUCKINGHAM SIMILARITÄT
4. EVALUATION
5. Bibliographie
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Anwendung der Buckingham-π-Theorie und der Dimensionsanalyse zur Optimierung von Surfboardfinnen. Ziel ist es, durch die Übertragung bionischer Prinzipien auf technische Konstruktionen eine signifikante Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Reduzierung der Baugröße (Downsizing) zu erreichen.
- Anwendung von Ähnlichkeitstheorie und Dimensionsanalyse auf Strömungsbauteile.
- Untersuchung der Leistungsfähigkeit und Robustheit bei biologisch inspirierten Tragflügelsystemen.
- Entwicklung eines Downsizing-Modells für adaptive Finnen.
- Numerische Simulation der Strömungseigenschaften unter variablen Bedingungen.
Auszug aus dem Buch
SUPERPERFORMANCE UND BUCKINGHAM SIMILARITÄT
In Besitz einer derartigen fluidmechanischen Innovation (CARPO), tauchen an Strömungsbauteilen Qualitäten auf, die auf eine Leistungsoptimierung des Bauteils zielen. Die Innovation stammt aus der systematischen Analyse physikalischer Wirkmechanismen der belebten Natur, wir sprechen also von Bionic Engineering. Downsizing bedeutet in diesem Zusammenhang die gestalterische Einflussnahme auf geometrische und funktionale Parameter der Konstruktion. Eine Skalierung ist in diesem Zusammenhang dann geometrisch affin, wenn die Topologie der Struktur und das relationale Zusammenspiel signifikanter Konstruktionsparameter erhalten bleibt.
Das Auftauchen neuer Qualitäten (Emergenz) kann zu extremen Funktionsüberlagerungen (Integrati-on) Leistungsverdichtung (Kompaktheit) und 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 bei hoher Kompaktheit und systeminhärente Resilienz eine sehr vorteilhafte Kombination erwünschter Eigenschaften. Führen Emergenten gleichzeitig auf eine affine, kongruente Skalierung, nennen wir sie SuPerformance.
Zusammenfassung der Kapitel
Intro: Einführung in die Problematik von Manövrier-Leitflächen bei Wasser- und Luftfahrzeugen sowie die Motivation für eine bionische Weiterentwicklung.
CARPO: Darstellung des CARPO-Projekts, das sich mit der Modellierung und Simulation von Strömungsbauteilen basierend auf biologischen Vorbildern beschäftigt.
SUPERPERFORMANCE UND BUCKINGHAM SIMILARITÄT: Theoretische Herleitung des Skalierungsmodells mithilfe der Buckingham-π-Theorie und Erläuterung der Kriterien für eine überlegene Leistungsfähigkeit.
EVALUATION: Analyse der Messergebnisse für die optimierte Laborfinne sowie Diskussion der Effekte von Downsizing und funktionaler Adaption.
Bibliographie: Verzeichnis der verwendeten wissenschaftlichen Quellen und weiterführenden Literatur.
Schlüsselwörter
Bionik, Downsizing, Surfboardfinne, Buckingham-π-Theorie, Ähnlichkeitstheorie, Dimensionsanalyse, Strömungsmechanik, Leistungsoptimierung, adaptive Kinematik, Fluid-Struktur-Wechselwirkung, Resilienz, Kompaktheit, Tragflügeltheorie, numerische Simulation, SuPerformance.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Leistungsoptimierung von Strömungsbauteilen wie Surfboardfinnen unter Anwendung bionischer Prinzipien und der Buckingham-π-Theorie.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die Schwerpunkte liegen auf der Dimensionsanalyse, der bionischen Konstruktion (CARPO), der Strömungssimulation und der Entwicklung kompakter, resilienter Tragflügelsysteme.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es, durch affines Downsizing und Funktionsintegration eine sogenannte "SuPerformance" zu erreichen, bei der die Leistung des Systems trotz verringerter Größe gesteigert wird.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?
Es kommen theoretische Analysen basierend auf der Buckingham-π-Theorie, Dimensionsanalysen sowie numerische Strömungsberechnungen (CFD) zum Einsatz.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil widmet sich der mathematischen Modellierung der Ähnlichkeitstheorie für Tragflügelprofile sowie der detaillierten Auswertung von Simulationsdaten für optimierte Finnenmodelle.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Forschung?
Wichtige Begriffe sind Bionik, Downsizing, Ähnlichkeitstheorie, Fluiddynamik und adaptive Kinematik.
Welche Rolle spielt die "Intelligente Mechanik" in diesem Kontext?
Die "Intelligente Mechanik" dient als biologisches Vorbild, um durch adaptive Strukturen die Manövrierfähigkeit und Effizienz von technischen Bauteilen in strömenden Medien zu verbessern.
Was bedeutet der Begriff "SuPerformance" im Rahmen dieser Studie?
SuPerformance beschreibt einen Zustand, in dem eine technische Konstruktion durch funktionale Adaption und affine Skalierung eine Leistungsdichte erreicht, die über die des Ursprungssystems hinausgeht.
- Arbeit zitieren
- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Autor:in), 2017, Die Buckingham-Similarität und Superformance von Surfboardfinnen, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/352185
