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Der Strömungswiderstand von Wasserkäfer-Rümpfen bei biologischen und bei technisch-erhöhten Anströmungsgeschwindigkeiten (Coleoptera: Dytiscidae)

[The Stream Resistance of Waterbeetle Trunks with Biologically and with Technically increased Flow velocity (Coleoptera: Dytiscidae)]

Nachtigall, Werner

Entomologia Generalis Volume 32 Number 1 (2009), p. 41 - 48

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published: Mar 1, 2009

DOI: 10.1127/entom.gen/32/2009/41

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Kurzfassung

Die Rümpfe der großen Wasserkäfer (Dytiscus marginalis Linnaeus 1758 und ihrer etwas kleineren Verwandten) erscheinen morphologisch gut strömungsangepaßt, allerdings liegen ihre strömungsmechanischen Widerstandsbeiwerte mit etwas unter 0,4 relativ hoch (nach dem ersten Eindruck schlecht). Es wird gezeigt, daß dies ein Effekt der kleinen Reynolds-Zahlen ist, bei denen diese Käfer schwimmen; niedere (bessere) Beiwerte sind in diesem Bereich (Re 4,5 x 103) kaum zu erreichen. Untersucht man 1:1-Plexiglas-Modelle mit ausgefüllten Podialnischen bei RE 6,8 x 104, so sinken die Widerstandsbeiwerte auf 0,14 und betragen damit nur etwa 1/3 der Werte bei physiologischer Schwimmgeschwindigkeit. Noch unveröffentlichte Messungen an einem 10:1-Modell lassen sogar auf Widerstandsbeiwerte schließen, die nochmals um einen Faktor von ≈ 3 kleiner sind. Damit ist zu erwarten, daß Wasserkäfer-Rümpfe gute Modelle für neuartige widerstandsarme Rümpfe von Unterwasserfahrzeugen abgeben könnten.

Abstract

The trunks of waterbeetles (Dytiscus marginalis Linnaeus 1758, and somewhat smaller relatives) are seemingly streamlined, but their drag coefficients, reaching values of about smaller than 0.4; this seems to be bad, at least at the first glance. It is shown, however, that this is an effect of the relatively small Reynolds number (Re 4.5 x 103) at which these beetles are swimming, lower (better) values are hardly to obtain in this Re-region. Measurements with 1:1-models at Re 6.8 x 104, the podial nishes filled, show smaller drag coefficients of 0.14. This is 1/3 of the value at biological swimming speeds. Still unpublished measurements with 10:1-models at RE 4.6 x 105 show even smaller drag coefficients, possibly by an additional factor of approximately 5. Hence, results from even bigger models analyzed in water tunnels or towing tanks, may lead to novel low drag trunk geometrics for submarins.

Keywords

Dytiscus marginalis Linnaeus 1758Dytiscus circumflexus Fabriciusphysiologische SchwimmgeschwindigkeitReynoldszahlUnterwasserfahrzeugewiderstandsarme RümpfeWiderstandsbeiwert