DE10240534B4

DE10240534B4 - Schiff

Info

Publication number: DE10240534B4
Application number: DE2002140534
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schulze; Manfred Fritsch; Uwe Dr. Hollenbach
Original assignee: Blohm and Voss GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: DE10240534A1

Abstract

Schiff mit einem Schiffsrumpf, mindestens einem Deck, Aufbauten, sowie einem Heck und einer vom Heck zu einem Bug verlaufenden Mittellängsebene, bei dem der Schiffsrumpf auf beiden Seiten jeweils ein im wesentlichen ebenes Wandungssegment aufweist, das sich ausgehend vom Heck in Richtung auf den Buch min destens bis zu einem mittleren Bereich der Mittellängsebene erstreckt und bei dem die Wandungssegmente ausgehend vom Heck in Richtung auf den Bug mit einem sich verminderndem Abstand zur Mittellängsebene verlaufen, so daß der Schiffsrumpf auf Höhe der Konstruktionswasserlinie im Bereich des Hecks breiter als im mittleren Bereich seiner Ausdehnung entlang einer Schiffslängsachse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiff ein Gewicht von mindestens 400 t aufweist und daß das L_DWL/B_DWL Verhältnis etwa zwischen 6,0 und etwa 8,0 liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einem Schiffsrumpf, mindestens einem Deck, Aufbauten, sowie einem Heck und einer vom Heck zu einem Bug verlaufenden Mittellängsebene, bei dem der Schiffsrumpf auf beiden Seiten jeweils ein im wesentlichen ebenes Wandungssegment aufweist, das sich ausgehend vom Heck in Richtung auf den Bug mindestens bis zu einem mittleren Bereich der Mittellängsebene erstreckt und bei dem die Wandungssegmente ausgehend vom Heck in Richtung auf den Bug mit einem sich verminderndem Abstand zur Mittellängsebene verlaufen, so daß der Schiffsrumpf auf Höhe der Konstruktionswasserlinie im Bereich des Hecks breiter als im mittleren Bereich seiner Ausdehnung entlang einer Schiffslängsachse ausgebildet ist.
Schiffsrümpfe werden in Richtung der Schiffslängsachse typischerweise derart konstruiert, daß der Schiffsrumpf im Bereich des Bugs spitz oder zumindest verjüngt zuläuft, sich ausgehend vom Bug bis etwa mittschiffs erweitert und dann in Richtung auf das Heck wieder mit einer abnehmenden oder konstanten Breite verläuft. Die Wasserlinien in der Ebene des Seiteneinlaufes sind typischerweise Parallelen zur Mittschiffslinie. Das Heck ist üblicherweise flach oder stumpf gerundet begrenzt.
Die bisherigen Konstruktionen der Schiffsrümpfe können noch nicht alle Anforderungen erfüllen, die im Hinblick auf eine Optimierung des Raumangebotes bei gleichzeitig kompakter Gestaltung sowie geringem Baugewicht gestellt werden.

Aus der DE 696 19 853 T2 ist eine als Verdrängertyp realisierte Schiffsform bekannt, die ein sehr kleines Längen- zu Breitenverhältnis im Bereich von etwa 1,7 bis 2,4 aufweist und im Bereich der Wasserlinie mit einem sinusförmigen Konturverlauf versehen ist. Die Form des Schiffsrumpfes hat zur Folge, daß eine Anwendung nur in einem unteren Geschwindigkeitsbereich möglich ist.

In der DE-PS 11 24 14 wird ein Schiffsrumpf beschrieben, der entsprechend einer dreiseitigen Pyramide in der Form eines Doppelkeils mit abgerundeten Ecken ausgebildet ist. Zur Verringerung des Tiefganges wird ein flacher und wenig gekrümmter Schiffsboden bereitgestellt.

Aus der WO 01/79054 A1 ist ein Schiffsrumpf mit im wesentlichen dreiecksförmigen Wasserlinien bekannt, der seinen größten Tiefgang im Bugbereich aufweist.

In der US 3,661,109 wird ein Bootsrumpf beschrieben, der völlig ebene Flächen sowohl im Seiten- als auch im Boden- und Kinnbereich aufweist. Zur Unterstützung der Erreichung von hohen Geschwindigkeiten ist im Bodenbereich eine Stufe realisiert.

In der US 3,763,810 wird ein Gleitboot beschrieben, dessen Rumpf lineare Wasserlinien aufweist sowie bei dem vom Boden zum Hauptdeck konkav verlaufende Seitenlinien realisiert sind. Darüber hinaus ist eine Heckabstufung vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schiff der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß sowohl eine kürzere als auch eine leichtere Bauweise bei gleichzeitig verbesserten Möglichkeiten zur Raumaufteilung bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schiff ein Gewicht von mindestens 400 t aufweist und daß das L_DWL/B_DWL Verhältnis etwa zwischen 6,0 und etwa 8,0 liegt.

Durch die Verbreiterung des Schiffes im Heckbereich wird im Bereich des Hinterschiffes ein erheblich vergrößertes Verdrängungsvolumen bereitgestellt. Dies ermöglicht es, auch bei mittelgroßen Schiffen von etwa 3.000t und sogar auf kleinen Schiffen in einem Gewichtsbereich von 500t bis 1.500t POD-Antriebe und/oder Wasserstrahlantriebe einzusetzen. Darüber hinaus wird im Bereich des Hinterschiffes auch ein vergrößertes Raum- und Flächenangebot bereitgestellt, so daß eine verbesserte Einsatzfähigkeit sowohl bei Marineschiffen als auch bei Forschungsschiffen, Versorgern, Spezialschiffen oder Fischereifahrzeugen vorliegt.

Im Bereich des verbreiterten Hinterschiffes können eine größere Anzahl oder räumlich größere Ausrüstungskomponenten angeordnet werden, die über das Heck arbeiten oder in Fahrt oder im Stillstand über das Heck ausgebracht werden. Darüber hinaus ist auch daran gedacht, im Bereich des breiten Hinterschiffes Ausrüstungsmodule, Sensormodule und/ oder Effektormodule von Marineschiffen anzuordnen.

Durch die Verbreiterung des Hecks des Schiffes im Vergleich zu üblichen Konstruktionen werden im wesentlichen gerade verlaufende Schiffsseiten bereitgestellt, die für das Ausbringen von Schwimmkörpern oder Tauchkörpern während der Fahrt vorteilhaft glatte Wasseroberflächen erzeugen. Die gerade verlaufenden Schiffsseiten führen zu einer außergewöhnlich geringen Bildung von Wellenbergen und Wellentälern entlang der Außenhaut des Schiffsrumpfes.

Bei einer Konstruktion des Schiffsrumpfes derart, dass die Lage des Verdrängungsschwerpunktes gegenüber üblichen Konstruktionen im wesentlichen beibehalten wird, kann die getauchte Spiegelfläche verkleinert werden. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung des Schiffswiderstardes insbesondere in einem Froudezahlenbereich zwischen Fn = 0,15 und Fn = 0,40.

Ebenfalls ist es möglich, ohne Vergrößerung der getauchten Spiegelfläche die Lage des Verdrängungsschwerpunktes weiter in Richtung auf das Schiffsheck zu verlagern. Dies führt zu einer Reduzierung des Schiffswiderstandes gegenüber Fahrzeugen gemäß dem Stand der Technik. Die entsprechenden Vorteile wirken sich insbesondere in einem Geschwindigkeitsbereich oberhalb einer Froudezahl von Fn = 0,40 aus.

Kleinere Einrumpfverdränger (Halbgleiter) in einem Gewichtsbereich von 400t bis 600t erreichen durch die größere achterliche Stützfläche bereits bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit oberhalb von Fn = 0,60 einen halbgleitenden Zustand. Hierdurch kann ein erheblich verringerter Restwiderstandsbeiwert und damit bei gleicher Antriebsleistung eine vergrößerte Geschwindigkeit bzw. bei gleicher Geschwindigkeit ein verminderter Treibstoffverbrauch erreicht werden.

Bei einer gegenüber dem Stand der Technik im wesentlichen gleicher Wasserlinienbreite mittschiffs kann ein erheblich vergrößertes Wasserlinienträgheitsmoment und damit eine erheblich vergrößerte metazentrische Höhe erreicht werden. Hierdurch wird ein sehr hohes Stabilitätspotential in Längs- und Querrichtung bereitgestellt.

Das hohe Stabilitätspotential erlaubt die Anordnung vom Komponenten der Antriebsanlage auf einem Deck direkt unterhalb des freien Decks. Dadurch erhebliche Reduzierung des Aufwandes für den Ein- und Ausbau dieser Komponenten zu Wartungszwecken.

Bei einer Beschädigung der üblicher Weise im hinteren Schiffsdrittel liegenden Maschinenräume kann durch die verbreiterte Konstruktion des Hecks bei gleicher Seitenhöhe ein deutlich vergrößerter Reserveauftrieb realisiert werden. Hierdurch wird im Beschädigungsfall eine wesentlich erhöhte Sicherheit gegenüber einem Kentern oder Sinken des Schiffes erreicht.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass aufgrund der Verlagerung des Wasserlinienschwerpunktes in Richtung auf das Schiffsheck das Vorschiff bei von vorn einkommender See zu geringeren Tauchbewegungen angeregt wird. Hierdurch lassen sich gegenüber dem Stand der Technik deutlich verringerte Vertikalbeschleunigungen im Bereich des Vorschiffes erreichen.

Die Vergrößerung der Breite des Hinterschiffes sowie die Vergrößerung der metazentrischen Höhe führen dazu, dass eine größere Rolldämpfung erreicht wird. Bei einer Fahrt des Schiffes in achterlicher See und hierdurch hervorgerufenen langen Begegnungsperioden werden reduzierte Rollwinkelamplituden erreicht. Grundsätzlich können hierbei kürzere Rollzeiten realisiert werden.

Im Hinblick auf die fertigungstechnische Herstellung des Schiffsrumpfes können größere Bereiche an unverformten oder lediglich zweidimensional verformten Plattenfeldern bereitgestellt werden. Hierdurch können die Fertigungskosten des Schiffes reduziert werden.

Als vorteilhaft erweist es sich insbesondere, dass der Schiffsrumpf im Bereich des Hecks um mindestens 10% breiter als der mittlere Bereich des Schiffsrumpfes ist.

Ein optimaler Konturverlauf kann dadurch erreicht werden, dass der Schiffsrumpf im Bereich des Hecks etwa 20% breiter als der mittlere Bereich des Schiffsrumpfes ausgebildet ist.

Ein besonders günstiger Strömungsverlauf bei gleichzeitig kompakter und leichter Schiffskonstruktion kann dadurch erreicht werden, dass der gesamte Bereich des Schiffsrumpfes zwischen einem Hauptspant und dem Bereich des Hecks breiter als die Breite des Schiffsrumpfes im Bereich des Hauptspantes ausgebildet ist.

Zur Erreichung eines niedrigen Restwiderstandsbeiwertes trägt es insbesondere bei, dass die Breite des Schiffsrumpfes ausgehend vom Heck in Richtung auf den Bereich des Bugs stetig abnimmt.

Ein weitere Reduktion des Restwiderstandsbeiwertes kann dadurch erreicht werden, dass der Schiffsrumpf einen Bugwulst aufweist, der zur Vermeidung eines hydrodynamischen Staupunktes im vorderen Bereich des Bugwulstes mit im wesentlichen scharfen Wasserlinieneinläufen versehen ist.

Insbesondere ist daran gedacht, dass der Bugwulst im wesentlichen aus von etwa 0,5 L_DWL aus nach vorne verlängerten Wasserlinien ausgebildet ist.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, dass der Bugwulst eine Länge von etwa 0, 03 L_DWL bis etwa 0, 06 L_DWL aufweist.

Ein typischer Wertebereich für die Breitenzunahme des Schiffes in Richtung auf das Heck wird dadurch definiert, dass der Horizontalwinkel zwischen etwa 1° und etwa 5° beträgt.

Eine typische Vertikalaufbreitung wird dadurch hervorgerufen, dass der Vertikalwinkel zwischen etwa 8° und etwa 15° beträgt.

Ein typischer Wertebereich für eine Optimierung des Schiffsrumpfes in Bezug auf einen niedrigeren Restwiderstandsbeiwert wird dadurch definiert, dass die Froudezahl zwischen etwa Fn = 0,10 und etwa Fn = 0,75 liegt.

Ebenfalls wird eine vorteilhafte Dimensionierung dadurch unterstützt, dass das L_DWL/B_DWL Verhältnis etwa zwischen 6, 0 und etwa 8,0 liegt.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen
1 Eine Seitenansicht eines Schiffes mit ebenen seitlichen Wandungsbereichen, die ausgehend vom Heck in Richtung auf den Bug mit einem abnehmenden Abstand relativ zueinander verlaufen,
2 eine Draufsicht auf das Schiff gemäß Blickrichtung II in 2 mit verbreitertem Heckbereich sowie im wesentlichen stetig zunehmender Schiffsbreite ausgehend vom Bug in Richtung auf das Heck,
3 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie III-III in 1,
4 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie IV-IV in 1,
5 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie V-V in 1,
6 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie VI-VI in 1,
7 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie VII-VII in 1 und
8 ein Diagramm zur Gegenüberstellung der Abhängigkeit des Restwiderstandsbeiwertes von einer jeweiligen Geschwindigkeit bei einer Heckform entsprechend dem Stand der Technik sowie einem Schiffsrumpf mit verbreitertem Heckbereich bei zwei unterschiedlichen Optimierungen.
1 zeigt ein Schiff (1), das einen Schiffsrumpf (2), mindestens ein Hauptdeck (3) sowie Aufbauten (4) aufweist. Der Schiffsrumpf (2) erstreckt sich entlang einer Schiffslängsachse (5) von einem Bug (6) in Richtung auf ein Heck (7).
Aus 1 ist zu erkennen, dass sich eine Breite des Schiffsrumpfes (2) quer zur Schiffslängsachse (5) stetig ausgehend vom Bug (6) in Richtung auf des Heck (7) vergrößert. Insbesondere liegt eine stetige Zunahme der Breite von einem mittleren Bereich in Richtung auf das Heck (7) vor. Das Heck (7) selbst kann flach, stumpf gerundet oder von ineinander übergeleiteten Segmenten begrenzt sein.
Das Heck (7) ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als ein Spiegelheck ausgebildet. Ausgehend vom Heck (7) in Richtung auf den Bug (6) erstrecken sich beidseitig des Schiffsrumpfes (2) im wesentlichen ebene Wandungssegmente (8) über einen mittleren Bereich des Schiffes (1) hinaus. 1 zeigt eine Erstreckung der ebenen Wandungssegmente (8) zwischen dem Heck (7) und einem Seiteneinlauf (9).
2 veranschaulicht die räumliche Orientierung der ebenen Wandungssegmente (8). Insbesondere ist zu erkennen, dass die Wandungssegmente (8) ausgehend vom Seiteneinlauf (9) in Richtung auf das Heck (7) mit einem zunehmenden Abstand zur Schiffslängsachse (5) verlaufen. Relativ zu einer parallel zur Schiffslängsachse (5) verlaufenden Bezugslinie spannen die ebenen Wandungssegmente (8) hierdurch Horizontalwinkel (10) auf. Eine Breite (11) des Schiffes (1) nimmt hierdurch zumindest zwischen dem Seiteneinlauf (9) und dem Heck (7) in Richtung auf das Heck (7) fortlaufend zu.
3 zeigt einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie III-III in 1. Aus dieser Darstellung ist zu erkennen, dass die ebenen Wandungssegmente (8) relativ zu einer Mittellängsebene (12) des Schiffes (1) derart geneigt verlaufen, dass sich der Schiffsrumpf (2) in einer vertikalen Richtung von unten nach oben erweitert. Relativ zu einer Bezugsebene, die parallel zur Mittellängsebene (12) verläuft, spannen die Wandungssegmente (8) hierdurch die Vertikalwinkel (13) auf. Durch den vorgegebenen Horizontalwinkel (10) sind die Wasserlinien in der Ebene des Seiteneinlaufes (9) um diesen Horizontalwinkel (10) gegen die Schiffslängsachse (5) divergierend nach außen angestellt. Der vorgegebene Vertikalwinkel (13) führt dazu, dass die V-förmigen Spanten um diesen Vertikalwinkel (13) nach außen geneigt sind.
4 zeigt einen Querschnitt in einem bezogen auf 3 weiter in Richtung auf den Bug (6) verschobenen Schnittbereich. Es ist zu erkennen, dass der Schiffsrumpf (2) hier einen größeren Tiefgang aufweist, sowohl der Neigungsverlauf der Wandungssegmente (8) als auch die Höhendimensionierung der Wandungssegmente (8) sind jedoch im wesentlichen unverändert.
Der Querschnitt gemäß Schnittlinie V-V ist etwa in einem mittleren Schiffsbereich lokalisiert und zeigt die Orientierung und Dimensionierung der Wandungssegmente (8) gegenüber den Darstellungen in 3 und 4 weiterhin im wesentlichen unverändert.
Der Querschnitt in 6 zeigt einen Bereich des Schiffsrumpfes (2) in Richtung auf den Bug (6) vor dem Seiteneinlauf (9) und somit auch außerhalb der Wandungssegmente (8). In diesem Bereich ist der Schiffsrumpf (2) schon erheblich schlanker ausgebildet, um eine Überleitung in den Bug (6) bereitzustellen.
7 zeigt einen Querschnitt im Bereich des Bugs (6). Es ist insbesondere die Überleitung in den beim Ausführungsbeispiel vorgesehenen Bugwulst zu erkennen.
8 veranschaulicht in einem Diagramm die Abhängigkeit des Restwiderstandsbeiwertes CR von der Schiffsgeschwindigkeit. Ein Verlauf (14) entspricht hierbei einer üblichen Form des Schiffsrumpfes (2) entsprechend dem Stand der Technik, der Verlauf (15) ergibt sich bei der Verwendung eines Schiffsrumpfes mit einer Gestaltung entsprechend 1 bis 7. Es ist zu erkennen, dass insbesondere in einem unteren Geschwindigkeitsbereich für einen Froudezahlbereich zwischen Fn = 0,10 und Fn = 0,40 durch eine vorgenommene Optimierung eine signifikante Verringerung des Restwiderstandsbeiwertes erreicht wird. Ein Verlauf (16) ergibt sich bei einer Optimierung für einen Froudezahlbereich mit Fn > 0,40.

Claims

Schiff mit einem Schiffsrumpf, mindestens einem Deck, Aufbauten, sowie einem Heck und einer vom Heck zu einem Bug verlaufenden Mittellängsebene, bei dem der Schiffsrumpf auf beiden Seiten jeweils ein im wesentlichen ebenes Wandungssegment aufweist, das sich ausgehend vom Heck in Richtung auf den Buch min destens bis zu einem mittleren Bereich der Mittellängsebene erstreckt und bei dem die Wandungssegmente ausgehend vom Heck in Richtung auf den Bug mit einem sich verminderndem Abstand zur Mittellängsebene verlaufen, so daß der Schiffsrumpf auf Höhe der Konstruktionswasserlinie im Bereich des Hecks breiter als im mittleren Bereich seiner Ausdehnung entlang einer Schiffslängsachse ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiff ein Gewicht von mindestens 400 t aufweist und daß das L_DWL/B_DWL Verhältnis etwa zwischen 6,0 und etwa 8,0 liegt.
Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausbildung als Verdrängertyp vorliegt.
Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausbildung als Halbgleitertyp vorliegt.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heck (7) als ein Spiegelheck ausgebildet ist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungssegmente (8) relativ zu Bezugslinien, die parallel zur Mittellängsebene (12) verlaufen, Horizontalwinkel (10) aufspannen.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungssegmente (8) relativ zu Bezugsebenen, die parallel zur Mittellängsebene (12) verlaufen, Vertikalwinkel (13) aufspannen.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffsrumpf (2) im Bereich des Hecks (7) um mindestens 10% breiter als der mittlere Bereich des Schiffsrumpfes (2) ist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffsrumpf (2) im Bereich des Hecks (7) etwa 20% breiter als der mittlere Bereich des Schiffsrumpfes (21 ausgebildet ist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Bereich des Schiffsrumpfes (2) zwischen einem Hauptspant und dem Bereich des Hecks (7) breiter als die Breite des Schiffsrumpfes (2) im Bereich des Hauptspantes ausgebildet ist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schiffsrumpfes (2) ausgehend vom Bug (6) in Richtung auf den Bereich des Hecks (7) stetig zunimmt.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Breite des Schiffsrumpfes (2) oberhalb der Konstruktionswasserlinie zwischen dem Hauptspant und dem Bereich des Hecks (7) größer ist als die mittlere Breite des Hauptspants oberhalb der Konstruktionswasserlinie.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdrängungsschwerpunkt zwischen einem mittleren Bereich des Schiffsrumpfes (2) und dem Heck (7) angeordnet ist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine verkleinerte getauchte Spiegelfläche realisiert ist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffsrumpf (2) einen Bugwulst aufweist, der zur Vermeidung eines hydrodynamischen Staupunktes im vorderen Bereich des Bugwulstes mit im wesentlichen scharfen Wasserlinieneinläufen versehen ist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Bugwulst im wesentlichen aus von etwa 0,5 L_DWL aus nach vorne verlängerten Wasserlinien ausgebildet ist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Bugwulst eine Länge von etwa 0,03 L_DWL bis etwa 0,06 L_DWL aufweist.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Horizontalwinkel (10) zwischen etwa 1° und etwa 3° beträgt.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Vertikalwinkel (13) zwischen etwa 8° und etwa 12° beträgt.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Froudezahl zwischen etwa Fn = 0,10 und etwa Fn = 0,75 liegt.
Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine dieselelektrische Antriebsanlage auf einem Deck direkt unterhalb des obersten durchlaufenden Decks angeordnet ist.