DE2253571C3 - Stern rudder, especially for inland waterways - Google Patents
Stern rudder, especially for inland waterwaysInfo
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Description
Um diesen Strömungsabriß nach größeren Anstellwinkeln bin zu verlagern, wurden experimentell im Windkanal unter idealen Versuchsbedingungen JSfACA-Profilruder mit endseitig angeordneten Staukeilen untersucht und für vorteilhaft befunden ^Schiff und Hafen« 1962, Seiten 42 bis 47). Hierbei war bei Ruderhartlage eine abermalige Umlenkung des das Ruderblatt umströmenden Mediums im Be reich der Staukeile weder beabsichtigt noch beobachtet worden. Dafür waren die Staukeilfianken insbesondere zu kurz und zu steil. Darüber hinaus war bei diesen Modellversuchen der Vorschneider der NACA-Ruder viel zu kurz, um bei Ruderhartlage auf der Druckseite des Ruders die Windströmung (analog der durch den Propeller geförderten Wassermenge) »5 voll zu erfassen, was für die Gleichförmigkeit der Druckseitenströmung zwecks abermaliger Umlenkung unbedingt notwendig ist.Around this stall after larger angles of attack am relocating have been experimentally carried out in the wind tunnel under ideal test conditions JSfACA profile rudder with storage wedges at the ends investigated and found to be advantageous ^ Schiff und Hafen «1962, pages 42 to 47). Here was another redirection when the rudder was hard of the medium flowing around the rudder blade in the area of the storage wedges neither intended nor observed been. The storage wedge edges were especially important for this too short and too steep. In addition, in these model tests, the pre-cutter was the NACA rudder is much too short to prevent the wind flow when the rudder is in a hard position on the pressure side of the rudder (analog the amount of water conveyed by the propeller) »5 fully understand what the uniformity of the Pressure side flow is absolutely necessary for the purpose of repeated deflection.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Ruder der eingangs genannten Art zu *° schaffen, welches bei einfacher, einstückiger und starrer Bauweise eine optimale Manövrierfähigkeit gewährleistet, wie diese insbesondere wegen der engen und oftmals Niedrigwasser aufweisenden Wasserstraßen für Binnenschiffe als vorteilhaft angesehen wird. »5 Hier werden Ruder verlangt, die dem Schiff bei Geradeausfahrt ein hohes Maß an Kursstetigkeit verleihen, aber bei betrieblich ständig notwendigen Ausweichbzw. Wendemanövern eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit erzeugen. Der Fahrbahndurchmesser seil dabei im Drehkreis bei voller Fahrt nicht größer als 2V2 Schiffslängen und bei 180°-Wendungen aus dem Stand eine Schiffslänge nicht überschreiten. Das Ruder soll also dem Schiff die Fähigkeit verleihen, »auf dem Teller« zu drehen.In contrast, the invention is based on the object of creating a rudder of the type mentioned at the outset, which ensures optimum maneuverability with a simple, one-piece and rigid construction, as this is viewed as advantageous for inland vessels, especially because of the narrow and often low-water waterways. »5 Here oars are required which give the ship a high degree of course stability when traveling straight ahead, but which constantly require evasive action or movement. Turning maneuvers generate a high reaction speed. The lane diameter in the turning circle does not exceed 2V 2 ship lengths at full speed and does not exceed one ship length when turning 180 ° from a standing position. The rudder is supposed to give the ship the ability to turn "on the plate".
Diese Aufgabe wird gelöst durchThis task is solved by
a) eine Gesamtlänge des Ruderblattes, derart, daß das Rudei blatt in ausgeschwenkter Stellung die durch den Propeller geförderte Wassermenge voll erfaßt, wobei das Verhältnis der Länge des Ruderschwanzteiles zur Länge des Ruderkopfteiles kleiner ist als 2:1 und durcha) a total length of the rudder blade, such that the rudder blade in the pivoted position The amount of water conveyed by the propeller is fully recorded, the ratio of the length of the Rudder tail part to the length of the rudder head part is less than 2: 1 and through
b) einen Abstand zwischen den äußeren Enden der auseinandertretenden Seiienwände. der deutlich größer ist als die größte Querschnittsstärke des übrigen Ruderblattes, derart, daß die Schraubenwasserströmung im wesentlichen unverwirbelt an den Seitenwänden entlanggleitet.b) a distance between the outer ends of the diverging side walls. that clearly is greater than the largest cross-sectional thickness of the rest of the rudder blade, such that the screw water flow slides along the side walls essentially without swirling.
Durch das Ruder nach der Erfindung wird der mit etwa 7facher Geschwindigkeit gegenüber der Fahrgeschwindigkeit auftreffende Propellerstrahl vollständig erfaßt. Er gleitet an der Druckseite des Ruderblattes bis zu dessen Ende entlang und wird dabei^erneut im Bereich der auseinandertretenden Seitenwände umgelenkt. Der Propellerstrahl erreicht z. B. bei einer 55 · Ruderanstellung von 40° eine Austritfsrichtung von 70° bei steigender Querkraft. Erst bei Anstellwinkeln über 50° fällt die Querkraft ab, bleibt aber in einer solchen Höhe bestehen, daß das Schiff einen Drehkreis fahren kann, dessen Durchmesser eine Schiffslänge nicht überschreitet. Dabei tritt der Propellerstrahl etwa 90° zur Schiffsachse quer aus. Wann dabei die Strömung auf der Saugseite abreißt, ist bei diesem Ruder von untergeordneter Bedeutung, weil die erneute Umlenkung des Propellerstrahls durch die jeweils beaufschlagte Leitfläche auf der Druckfläche erreicht wird und die Querkraft auch bei relativ großen Anstellwinkeln in hohem Maße erhalten bleibt.With the rudder according to the invention, the speed is about 7 times faster than the speed of travel impinging propeller jet completely captured. It slides on the pressure side of the rudder blade along to its end and is deflected again in the area of the diverging side walls. The propeller jet reaches z. B. with a 55 · rudder angle of 40 ° an exit direction of 70 ° with increasing lateral force. Only at angles of attack above 50 ° does the transverse force drop, but remains in one exist such a height that the ship can drive a turning circle, the diameter of which is a ship's length does not exceed. The propeller jet emerges at about 90 ° to the ship's axis at right angles. When there the flow on the suction side is interrupted, is of minor importance with this rudder, because the renewed Deflection of the propeller jet achieved by the respective impacted guide surface on the pressure surface and the transverse force is retained to a large extent even at relatively large angles of attack.
Weitere Verbesserunger; des Erfindungsgegenstandes, die im wesentlichen dem Ziel der Sicherstellung eines vollen Erfassens des Propellerstrahls etwa bei Ruderhartlage sowie seines Entlangführens auf der Druckseite des Ruderblatts von dessen Kopfende bis zu dessen Schwanzende dienen, sind Gegenstand der Unteransprüche.Further enhancers; the subject of the invention, which essentially aims to ensure full coverage of the propeller jet, for example when the rudder is hard and when it is guided along on the pressure side of the rudder blade from its head end Serve up to the tail end are the subject of the subclaims.
Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe object of the invention is based on the embodiments shown in the figures explained in more detail. It shows
Fig. 1 eine Seitenansicht des Ruders mit schematisch dargestelltem Schiffsheck,Fig. 1 is a side view of the rudder with schematically shown stern,
Fig. 2 eine Draufsicht auf das Schiffsruder entsprechend der Linie H-II in Fig. 1,Fig. 2 is a plan view of the ship's rudder accordingly the line H-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform des Ruders analog der Darstellung in Fig. 2,3 shows a modified embodiment of the rudder analogous to the illustration in FIG. 2,
Fig. 4eine weitere Ausführungsform analogFig. 2 und 3,FIG. 4 shows another embodiment analogous to FIG. 2 and 3,
Fig. 5 einen Schnitt entsprechend der Linie V-V in Fig. 3,Fig. 5 is a section along the line V-V in Fig. 3,
Fig. 6 eine Darstellung der Wirkungsweise des Ruders in Ruderhartlage.6 shows an illustration of the operation of the rudder in hard position.
Im Heck 1 des insgesamt mit 2 bezeichneten Schiffskörpers ist die Ruderwelle 3 für das Ruder 4 drehbar gelagert. In den Boden des Hecks 1 ist der Schraubenkanal 5 eingebracht. Innerhalb des Schraubenkanals 5 ist auf der gestrichelt angedeuteten Welle 6 die Schiffsschraube bzw. der Propeller 7 drehbar gelagert. In Strömungsrichtung 8 unmittelbar hinter dem Propeller 7 liegt in Propellerhöhe das Ruder 4. Zwischen Propeller 7 und Ruder 4 ist kein Rudersteven zwischengeschaltet. Das Kopfteil des Ruders 4 ist mit 9, das Schwanzteil mit 10 bezeichnet. Als Trennlinie zwischen Kopfteil und Schwanzteil 10 wird definitionsmäßig die durch die Schwenkachse 11 gelegte Querebene 12 angesehen. Das Verhältnis der Länge 13 des Schwanzteiles 10 zur Länge 14 des Kopfteiles 9-beide gemessen in Strömungsrichtung 8 - ist kleiner als 2:1. Dies bedeutet, daß die Schwenkachse 11 der Ruderwelle 3 nahezu in der Mitte des Ruders angeordnet ist, während bei herkömmlichen Rudern das entsprechende Längenverhältnis größer ist als 2:1, d. h. die Schwenkachse 11 mehr in der Nähe der Vorderkante 23 des Ruderkopfteiles 9 angeordnet ist.The rudder shaft 3 for the rudder 4 is located in the stern 1 of the hull designated as a whole by 2 rotatably mounted. The screw channel 5 is made in the bottom of the stern 1. Inside the screw channel 5 is the ship's propeller or propeller 7 on the shaft 6 indicated by dashed lines rotatably mounted. In the direction of flow 8 immediately behind the propeller 7 is the rudder at propeller height 4. No rudder stem is interposed between propeller 7 and rudder 4. The headboard of the oar 4 is denoted by 9, the tail part by 10. As a dividing line between the head part and the tail part 10 the transverse plane 12 laid by the pivot axis 11 is viewed by definition. The ratio of Length 13 of tail part 10 to length 14 of head part 9 - both measured in flow direction 8 - is less than 2: 1. This means that the pivot axis 11 of the rudder shaft 3 is arranged almost in the middle of the rudder, while in conventional Rowing the corresponding aspect ratio is greater than 2: 1, i.e. H. the pivot axis 11 more in the Near the leading edge 23 of the rudder head part 9 is arranged.
Das Schwanzteil 10 ist wiederum in einen vorderen Bereich 15 und einen rückwärtigen Bereich 16 unterteilt. Bis zu der gedachten Trennungslinie 17 zwischen vorderem Bereich 15 und rückwärtigem Bereich 16 des Schwanzteiles 10 weist das Ruderblatt in Strömungsrichtung gesehen etwa die Querschnittsform einer Diskusscheibe mit sich beidseitig von der Schwenkachse 11 in Längsrichtung nach außen verjüngenden Enden auf. Am rückwärtigen Bereich 16 des Schwanzteiles 10 treten in Strörnungsrichtung 8 gesehen zunächst die Seitenwände 18,19 auseinander. Im Bereich iruer äußeren Enden weisen die abgewinkelten Seitenwände 18,19 einen Abstand 20 voneinander auf, welcher deutlich größer ist als die größte Querschnittsstärke 21 des Ruderblattes in seinem eigentlichen Mittelbereich. Der im Bereich der gedachten Trennlinie 17 vorgesehene Übergang zwischen vorderem Bereich 15 und rückwärtigem Bereich 16 des Schwanzteiles 10 ist jeweils als Knick 22 ausgeführt. The tail part 10 is in turn divided into a front area 15 and a rear area 16. Up to the imaginary dividing line 17 between the front area 15 and the rear area 16 of the tail part 10, the rudder blade, viewed in the direction of flow, has approximately the cross-sectional shape of a Disc with disc tapering outward in the longitudinal direction on both sides from the pivot axis 11 Ends on. At the rear area 16 of the tail part 10 occur in the flow direction 8 seen first the side walls 18,19 apart. In the area of their outer ends, the angled Side walls 18, 19 have a spacing 20 from one another which is significantly greater than the largest Cross-sectional thickness 21 of the rudder blade in its actual central area. The one in the realm of the imagined Separation line 17 provided transition between front area 15 and rear area 16 of the tail part 10 is designed as a kink 22 in each case.
Die Vorderkante 23 des Ruderkopfteiles 9 ist schneidenartig ausgebildet. Sie ist insbesondere durch ein sich in Richtune der Ruderlänesebene erstrecken-The leading edge 23 of the rudder head part 9 is formed like a cutting edge. She is particularly through a stretching in the direction of the rowing plane
des Blech gebildet.of the sheet metal.
Bei einer modifizierten Ausführungsform (Fig. 3) sind die im rückwärtigen Bereich 16 des Schwanzteiles 10 abgewinkelten Seitenwände 18,19 des rückwärtigen Bereiches 16 des Schwanzteiles 10 durch je eine frei nach außen stehende Stegplatte gebildet.In a modified embodiment (FIG. 3) they are in the rear region 16 of the tail part 10 angled side walls 18,19 of the rear region 16 of the tail part 10 by one each formed freely outwardly standing web plate.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind zwischen jeder Stegplatte 25, 26 und dem Blatt des Ruders 4 Durchströmspalte 27, 28 vorgesehen. Die Stegplatten 25, 26 weisen eine tragflügel- bzw. tropfenähnliche Querschnittsform mit nach außen stehenden Schwanzenden auf.In the embodiment according to FIG. 4, 25, 26 and the blade of the rudder are between each web plate 4 through-flow gaps 27, 28 are provided. The web plates 25, 26 have a wing-like or drop-like shape Cross-sectional shape with outwardly projecting tail ends.
Das Ruderblatt ist ober- und unterhalb des Höhenbereiches 29 des Propellers 7 mit je einem sich in Ruderblattlängsrichtung (Strömungsrichtung) 8 erstreikenden, beidseitig von den Ruderblattseitenwänden abstehenden Strömungsleitblech 30, 31, 32 versehen. Hierdurch werden seitlich von dem Ruderblatt Strömungskanäle 33, 34 für die Propellerströmung gebildet. Die Strömungsleitbleche 30, 32 verlaufen etwa horizontal.The rudder blade is above and below the height range 29 of the propeller 7 with one each in the longitudinal direction of the rudder blade (Direction of flow) 8 extending flow guide plate 30, 31, 32 protruding on both sides from the rudder blade side walls. As a result, flow channels 33, 34 for the propeller flow are formed to the side of the rudder blade. The flow guide plates 30, 32 run approximately horizontally.
Das Ruder ist aus Blechen zusammengeschweißt oder zusammengenietet, wie dies in den Figuren andeutungsweise dargestellt ist. Die Bleche bilden die Seitenwände des Ruders.The rudder is welded or riveted together from sheet metal, as indicated in the figures is shown. The metal sheets form the side walls of the rudder.
Das Ruder gemäß der Erfindung wurde an einem Schiff mit einer Tragfähigkeit von 1500 Tonnen erprobt. Die Länge des Schiffes betrug 80 m, die Breite 9,0 m und die Seitenhöhe 2,90 m. Die Vorderkante 23 des Ruders befand sich in einem Abstand von 200 m von der Rotal ionsebene des Propellers 7. Die Kopflänge 14 des Ruders 4 betrug 1000 m, die Schwanzlänge 13 betrug 1270 mm. Die Entfernung zwischen Ruderdrehachse 11 und dem Bereich der Maximialbreite 20 des rückwärtigen Gesamtschwanzbereiches 16 betrug 1060 mm. Die Schwenkachse 11 lag also· etwa in der Mitte zwischen Kopf kante 15 undThe rudder according to the invention was tested on a ship with a load capacity of 1500 tons. The length of the ship was 80 m, the width 9.0 m and the side height 2.90 m 23 of the rudder was at a distance of 200 m from the rotations plane of the propeller 7. The The head length 14 of the rudder 4 was 1000 m, the tail length 13 was 1270 mm. The distance between the rudder axis of rotation 11 and the area of the maximum width 20 of the rear total tail area 16 was 1060 mm. The pivot axis 11 was thus · approximately in the middle between the head edge 15 and
1S dem Bereich der Maximalbreite 20 des hinteren Schwanzbereiches. Das Ruder hatte eine Höhe von 2050 mm. Die Fläche des Vorstehruders betrug 37,25% der gesamten Ruderfläche. Aus konstruktiven Gründen war die Umrißform des Ruders nicht 1 S the area of the maximum width 20 of the rear tail area. The rudder had a height of 2050 mm. The area of the bow rudder was 37.25% of the total rudder area. For structural reasons, the outline of the rudder was not
ao rechteckig bzw. quadratisch, sondern im Bereich seiner dem Schraubentunnel 5 zugewandten oberen Ecke entsprechend der Heckkontur des Schiffes ausgebuchtet (Ausbuchtung 35). ao rectangular or square, but rather bulged in the area of its upper corner facing the screw tunnel 5 in accordance with the stern contour of the ship (bulge 35).
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (8)
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