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Schiffskörper Bei den üblichen Schiffskörpem für ein Einschraubenschiff
bzw. Schiff mit Mittelschraube, bei welchem das Hinterschiff gegenüber der senkrechten
Längsmittelebene symmetrisch ausgebildet ist, ist die Zuströmung zum Propeller auf
der Seite des Schiffes, auf der sich die Propellerflügel nach oben bewegen, merklich
ungünstiger als auf der anderen Seite. Dies hat nicht nur zur Folge, daß der Vortriebswirkungsgrad
des Propellers merklich schlechter ist als der Vortriebswirkungsgrad eines Propellers
in einer ungestörten Strömung, sondem hat außerdem zur Folge, daß die Möglichkeit
begrenzt ist, die Hinterschiffsvölligkeit zu steigern, da sonst die Wasserlinieneinlaufwinkel
zu groß werden und passive oder sogar gegenläufige Strömungen auftreten. Durch die
nicht rotationssymmetrische Zuströmung des Wassers zum Propeller treten ferner am
Propeller periodisch hydrodynamische Kräfte auf, die vom Propeller in die Wellenleitung
übertragen werden und in der Wellenleitung und in der Maschine Drehschwingungen
und Biegeschwingungen erregen können, welche über die Lager in den Schiffskörper
übertragen werden. Man weiß, daß bei einer geraden Flügelzahl des Propellers die
periodischen Änderungen des Propellerschubes und des Drehmoments und bei einer ungeraden
Flügelzahl des Propellers die periodischen Änderungen der Querkraft und des Biegemoments
überwiegen und daß die schwingungserregenden Kräfte mit zunehmender Flügelzahl das
Propellers kleiner werden. Endlich treten bei der üblichen symmetrischen Ausbildung
des Hinterschiffes häufig an den Enden der Propellerflügel bei Heraustreten der
Flügel aus dem Nachström-ebiet des oberhalb der Propellerwelle liegenden Teiles
des Schraubenstevens Kavitationserscheinungen auf.
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Es ist schon bekannt, bei einem Schiffskörper unter dem Heck eine
Leitflosse für das Schraubenwasser vorzusehen, die entgegen der Propellerdrehrichtung
gekrümmt ist, so daß dem der Schraube zuströmende Wasser ein der Drehrichtung der
Schraube entgegengesetzter Drall erteilt wird. Durch diese Maßnahme wird eine Verbesserung
der Anströmung der Schraubenflügel und damit eine Wirkungsgradverbesserung der Schraube
erreicht. Mit dieser Maßnahme läßt sich jedoch kein Einfluß auf die Völligkeit des
Hinterschiffes erzielen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen gchiffskörper für Seeschiffe zu
schaffen, bei dem die Zuströmverhältnisse zur Schraube in solcher Weise verbessert
sind, daß ohne Einbuße an Schraubenwirkungsgrad und ohne Vergrößerung der periodischen
hydrodynamischen Kräfte die Hinterschiffsvölligkeit gesteigert werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem Schiffskörper nach der Erfindung
die Hinterschiffsforrn in der Weise unsymmetrisch ausgebildet, daß der oberhalb
der Propellerwelle liegende Teil des Hinterschiffes gegenüber dem unterhalb der
Welle liegenden Teil entgegen der Drehrichtung des Propellers verdreht ist und somit
im Bereich des Schraubenbrunnens die Mittellinien der waagerechten Schnitte durch
den Schiffskörper von der Längsmittelebene des Schiffes entgegen der Drehrichtung
des Propellers - und zwar von dem der Wurzel der Propellerflügel bis zu dem
den Enden der Propellerflügel gegenüberliegenden Bereich zunehmend - weggeneigt
sind, so daß von achtem gesehen der Schraubensteven oberhalb der Propellerwelle
mit der Längsmittelebene einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel
bildet.
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Der Teil des Schraubenstevens unterhalb der Propellerwelle wird in
bekannter Weise ohne Ruderhacke ausgebildet und entweder weitgehend weggeschnitten
oder so ausgeführt, daß der in der Seitenansicht des Schiffes etwa die senkrechte
Verlängerung des oberen Teiles des Schraubenstevens darstellt.
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Bei einem Schiffskörper mit einer Hinterschiffsform nach der Erfindung
tritt das Wasser mit einem Vordrall, der entgegengesetzt dem Propellerdrehsinn gerichtet
ist, in die Propellerebene ein. Dadurch ist die Anströmung des Propellers auf der
Seite des Hinterschiffes, auf der sich die Schraubenflügel nach oben bewegen, gegenüber
der Anströmung bei der symmetrischen Ausbildung des Hinterschiffes merklich besser.
Als Folge hiervon kann man die Hinterschiffsvölligkeit gegenüber derjenigen bei
symnietrischer Ausbildung des Hinterschiffes steigern, bis bei der unsymmetrischen
Ausbildung die Grenze erreicht
ist, bei der gerade noch die Strömung
auf der Seite anliegt, auf der sich die Propellerflügel nach oben bewegen. Man kann
praktisch die Völligkeit am Hinterschiff so weit erhöhen, daß die durch die größere
Völligkeit bewirkte Verschlechterung des Propellerwirkungsgrades die Wirkungsgradverbesserung
durch die unsymmetrische Ausbildung des Hinterschiffes wiederauffiebt. Das bringt
besonders bei großen Schiffen mit niedriger Froudscher Zahl (F = wobei v=Schiffsgeschwindigkeit
in m/sec,
- g = Erdbeschleunigung in m/sec2 und L = Länge zwischen
den Loten in Meter, d. h. die zwischen Ruderachse und Schnittpunkt von Vordersteven
und Tiefladelinie gemessene Länge ist, und entsprechend großen Völligkeiten einen
beachtlichen Tragfähigkeitsgewinn. Hierbei wird unter dem Völligkeitsgrad der Verdrängung
das Verhältnis des tatsächlichen Volumens des unter Wasser befindlichen Teiles des
Schiffes zu einem Vierkant mit einer der Länge des Schiffes zwischen den Lotenentsprechenden
Länge, einer der größten Breite des Schiffes in Höhe der Wasserlinie entsprechenden
Breite und einer der Tiefe des eingetauchten Teiles des Schiffskörpers entsprechenden
Höhe verstanden.
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Man kann natürlich auch, wie an sich bekannt, die Verbesserung der
Wasserzuströmung zur Schraube allein dafür verwenden, die Geschwindigkeit des Schiffes
zu steigern oder an Maschinenleistung einzusparen. Wirtschaftlich besonders bedeutungsvoll
ist jedoch die Möglichkeit der Tragfähigkeitsvergrößerung.
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Es wurden mit dem Modell eines 100 000-t-dw-Tankers mit normaler
Hülterschiffsforin und alternativ mit einer unsymmetriscben Hinterschiffsforin Widerstands-
und Propulsionsversuche durchgeführt. Für beide Propulsionsversuche wurde die gleiche
vierflügelige Schraube aus dem Vorrat der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt
verwendet. Es handelte sich um ein Trennmodell, so daß für beide Versuche die gleiche
Vorschiffsforin verwendet werden konnte. Beide Schiffe wiesen das gleiche Deplacement
und die gleiche Deplacomentsverteilunz auf. Der Völligkeitsgrad der Verdrängung
betrug öpp#0,81,8.
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Mit dem ersten Modell wurde idit der vorgpgebenen Leistung von
18 130 WPS eine Geschwindigkeit von 15,18 kn erreicht. Dieses Ergebnis
wurde an Hand der statistischen Unterlagen, wie sie bei der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt
vorliegen, geprüft, und der Entwurf mit gut bewertet.
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Mit der gleichen Leistung erreichte das Modell mit unsymmetrischer
Rinterschiffsform eine Geschwindigkeit von 15,30kn. Damit konnte mit der Ausbildung
des Schiffskörpers nach -der Erfindung die Geschwindigkeit um 0,12.kn verbessert
werden, was einer Leistungseinsparung von 2,8% entspricht, d. h. im vorliegenden
Fall einer Einsparung -von etwa 500 WPS gleichkommt. Um das Ausmaß dieser
Verbesserung für Schiffe dieser Größenordnung richtig beurteilen zu können, wurde
untersucht, welcher Deplacementsvergrößerung ein Geschwindigkeitsabfall von
0,1 kn entspricht. Es ergab sich, daß statt eines Geschwindigkeitsgewinnes
von 0,1 kn das Deplacement um 1000 t vergrößert werden kann, die als
Tragfähigkeitsgewinn betrachtet werden können.
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Bei der unsymmetrischen Ausbildung des Hinterschiffe& hat man
es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ferner in der Hand, Aen oberhalb der
Propellerwelle liegenden Teil des Hinterschiffes gegenüber dem unterder Welle liegenden
Teil so zu verdrehen, daß nicht gleichzeitig an zwei Flügeln des Propellers große
Kraftänderungen auftreten. Es können die Flügelzahl des Propellers und die Hinterschiffsform
so aufeinander abgestimmt werden, daß die Kraffänderungen an den einzelnen Flügeln
nacheinander erfolgen und daß die Summe dieser Kraftänderungen - das ist
die periodisch an dem Propeller angreifende Kraft - klein bleibt. Das gilt
für einen Propeller mit gerader als auch mit ungerader Flügelzahl. Wenn Flügelzahl
und unsymmetrisches Hinterschiff optimal aufeinander abgestimmt sind, was durch
eine sich auf einen Modellversuch stützende Berechnung ohne weiteres möglich ist,
gilt bei der erfindungsgernäßen Gestaltung des Schiffskörpers die Regel, daß die
schwingungserregenden Kräfte mit zunehmender Flügelzahl kleiner werden, und zwar
hier unabhängig davon, ob es sich um eine gerade oder ungerade Flügelzahl handelt.
Wenn man von einem Propeller mit Vier Flügeln auf einen solchen mit fünf
Flügeln übergeht, werden also nicht nur die periodischen Änderungen des Propellerschubes
und des Drehmoments kleiner, sondern auch, obwohl nunmehr ein Propeller mit einer
ungeraden Flügelzahl vorhanden ist, die periodischen Änderungen der Querkraft und
des Biegemoments kleiner. Theoretische überlegungen haben ergeben, daß der günstige
Einfluß der Unsymmetrie der Hinterschiffsform auf die Verkleinerung der -schwingungserregenden
Kräfte - wenn #die Hinterschiffsform auf Grund eines Modellversuchs und einer
Berechnung für diegewählte Flügelzahl optimal gestaltet ist - weitaus größer
ist als der durch eine Vergrößerung des Völligkeitsgrades des Schiffskör ,p.ers
von 0,81 auf etwa 0,82 bedingte ungünstige Einfluß auf die schwingungserregenden
Kräfte. Die mit der unsymmetrischen Ausbildung der Hinterschiffsforrii erzielte
Verringerung der schwingungserregenden Kräfte kann aber auch dazu .benutzt werden,
die Flügelzahl des Propellers zu verringern; z. B. kann, wenn die Schwingungen nicht
reduziert werden müssen, bei der Anwendung der Erfindung statt eines Propellers
mit vier Flügeln ein solcher mit drei Flügeln gewählt werden, wodurch sich die Kosten
des Propellers verringern und igleichzeitig auch ein geringer Gewinn an Pro.pellerwirkungsgrad
erhalten wird.
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Da bei -der erfindungsgemäßen unsymmetrischen Ausbildung -des Hinterschiffes
die Anströmung der Propellerflügel verbessert wird, ist auch gleichzeitig die Kavitationsgefahr
merklich geringer.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. -1 und 2 zeigen einen Längsriß und einen Querriß
des HintersclÜffes. eines gemäß der Erfindung gestalteten Schiffskörpers, bei welchem
der Schraube,asteven unterhalb der Propellerwellr weggeschnitten ist und somit dashiritere
Ende des Kiels schräg zur Propellerwelle, heraufgezogon ist.
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In den F i g. 3 und 4 ist -der Längsriß und der Querriß eines
gemäß der Erfindung gestalteten Schiffskörpers dargestellt, der sich gegenüber dem
in den F ig. 1 und 2 dargestellten Schiffskörper im wesentlichen nur -dadurch
unterscheidet, daß hier der Schraubensteven unterhalb der Propellerwelle eine Verlängerung
des Schraubenstevens oberhalb -der Propellerwelledarstellt.