DE3116727A1

DE3116727A1 - "schiffskoerper fuer ein einschraubenschiff, zweischraubenschiff mit doppelrumpfhinterschiff und katamaran"

Info

Publication number: DE3116727A1
Application number: DE19813116727
Authority: DE
Inventors: Ernst A. 2000 Hamburg Nönnecke
Original assignee: ERNST A NOENNECKE MARITIMES IN
Current assignee: ERNST A NOENNECKE MARITIMES IN
Priority date: 1981-04-28
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1982-11-25
Also published as: DE3116727C2; GB2097339B; GB2097339A; JPS57182583A; US4538537A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Schiffskörper für ein Einschraubenschiff, Zweischraubenschiff mit Doppelrumpfhinterschiff
und Katamaran , für alle in der Handelsschiffahrt üblichen Froude¹sehen Zahlen bzw. Völligkeitsgrade.

Bei konventionellen Schiffskörpern für ein Einschraubenschiff mit symmetrischer Hinterschiffsformgebung der Backbord- und Steuerbord-Schiffsseite ist eine unterschiedliche Beeinflussung des Schraubenwassereintrittswinkels an beiden Schiffsseiten nicht möglich.

Da die Zuströmung zum Propeller auf der Seite des Schiffes, auf der sich die Propellerflügel nach oben bewegen, merklich ungünstiger ist als auf der anderen Seite, ist eine Verbesserung der Zuströmung zum Propeller und des Vortriebswirkungsgrades durch eine unsymmetrische Gestaltung des Hinterschiffes möglich. Eine derartige unsymmetrische Hinterschiffsform geht aus der DE-PS 12 07 820 hervor. Hiernach ist bei
einem Schiffskörper für ein Einschraubenschiff bzw. Schiff
mit Mittelschraube niedriger Froude'scher Zahl und entsprechend hohem Völligkeitsgrad die Form des Hinterschiffs
in der Weise unsymmetrisch ausgebildet, daß der oberhalb
der Propellerwelle liegende Teil des Hinterschiffs 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 Pro-

pellers - und zwar von dem der Wurzel der Propellerflügel bis zu dem den Enden der Flügel gegenüberstehenden Bereich zunehmend - weggeneigt sind, so daß von achtern gesehen der Schraubensteven oberhalb der Propellerwelle mit der Längsmittelebene einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet.

Diese bekannte Schiffsform ist in erster Linie für völlige Schiffe entwickelt worden, um die Anströmung des Propellers zu verbessern und die Hinterschiffsvölligkeit gegenüber symmetrischen Hinterschiffen ohne Einbuße an Schraubenwirkungsgrad steigern zu können. Wahlweise läßt sich auch unter Beibehaltung der ursprünglichen Völligkeit bzw. Verdrängung des Hinterschiffes eine Geschwindigkeitserhöhung bzw. bei gleicher Geschwindigkeit eine Reduzierung der Antriebsleistung und damit des TreibstoffVerbrauchs erzielen.

Bei verschiedenen, mit diesen bekannten Hinterschiffskörpern versehenen Schiffen wurden Leistungs- bzw. Treibstoffeinsparungen zwischen 5 und 7% erbracht. Bei diesen Schiffen wurde der oberhalb der Propellerwelle liegende Teil des Hinterschiffes gegenüber dem unterhalb der Welle liegenden Teil entgegen der Drehrichtung des Propellers verdreht und durch einen herkönnlichen D-förmigen Spantcharakter unterhalb der Propellerwelle ein Verlauf der Isotachen des Nachstroms in diesem Bereich erzielt, der dem Idealfall der Rotationssymmetrie sehr nahe kommt. Hierbei handelt es sich um Schiffe mit Block-

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koeffizienten zwischen etwa 0,75 und 0,83. Bei relativ
schnelleren Schiffen im Bereich höherer Froude¹scher Zahlen und geringerer Völligkeitsgrade ist es bekannt, den Verlauf der Isotachen des Nachstroms günstiger durch die Anordnung bekannter Heckwulstformen zu beeinflussen. Mit derartigen Heckwulstformen oder U-förmigem Spantcharakter unterhalb der Propellerwelle kann der Strömung zum Propeller jedoch kein zusätzlicher Dall erteilt werden.

Es ist ferner bekannt, daß mit der unsymmetrischen Hinterschiffsform gegenüber einer symmetrischen das Kursverhalten und der Schiffswiderstand durch die Verlagerung des Propellerdruckpunktes in Richtung Mitte Schiff günstig beeinflußt werden, so daß ein vernachlässigbar kleiner Ruderanstellwinkel für den Geradeauskurs erforderlich ist.

Der Einsatz größtmöglicher Propellerdurchmesser mit entsprechend niedrigen Drehzahlen wird aus wirtschaftlichen
Gründen oft angestrebt, weil hiermit eine Wirkungsgradverbesserung und eine Senkung des Leistungsbedarfs bzw. Treibstoffverbrauchs erzielt werden kann. Bei extrem großen
Propellerdurchmessern im Verhältnis zum Tiefgang und ungenügender Tauchung der Propellerflügel (in der 12-Uhr-Position) besteht jedoch die Gefahr, daß Luft durch den Propeller angesaugt wird, die Nachstromverhältnisse sich dadurch verschlechtern, schwingungserregende Kräfte und Kavitation
auftreten u.dgl.. Zur Vermeidung dieser Nachteile sind je
nach Schiffstyp, Völligkeit und Geschwindigkeit bei extrem

großen Propellerdurchmessern getunnelte Hinterschiffe, Leitflächen oder Propellerdüsen mit Erfolg zur Anwendung gelangt. Auch bei normal getauchten Propellern und geeigneten Schiffsgeschwindigkeiten finden Düsen Anwendung, die den Propeller umschließen oder in entsprechendem Abstand vor dem Propeller am Schiffskörper installiert werden.

Bei bestimmten Schiffstypen, z.B. bei Ro-Ro-Schiffen als Einschraubenschiffe, kann eine außermittig angeordnete Maschinenanlage und Propellerwelle entscheidende betriebstechnische Vorteile erbringen, wie z.B. Anordnung der Laderampen neben dem Maschinenraum u.dgl., was dazu führen kann, daß beide Seiten des Hinterschiffes verschiedene Schärfegrade bzw. Völligkeitsgrade aufweisen .

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die bekannte unsymmetrische Hinterschiffsform so zu verbessern, daß mit ihr praktisch für alle Hinterschiffsvölligkeiten durch die Verbesserung der Zustromverhältnisse zur Schraube eine Leistungs- und damit Treibstoffreduzierung erreicht wird, wobei die Hinterschiffsform so gestaltet sein soll, daß die Tangentialkomponenten des Nachstroms sich auf den Umfang des Propellers so gut wie möglich verteilen, während Nachstromverteilung und Dralleffekt dem Idealfall der Rotationssymmetrie so nahe wie möglich kommen sollen, um eine Lei-

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stungsreduzierung zu erreichen und gleichzeitig die hydrodynamischen KraftSchwankungen am Propeller auf ein Minimum zu reduzieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schiffskörper für ein Einschraubenschiff, Zweischraubenschiff mit Doppelrumpfhinterschiff und Katamaran , gemäß der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß in der Weise ausgebildet ist, daß der Teil des Hinterschiffes oberhalb der Propellerwelle unsymmetrisch ausgeführt und mit einem unsymmetrischen und/oder verwundenen wulstförmigen oder ü-förmigen Teil unterhalb der Propellerwelle kombiniert ist.

Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe besteht gemäß der Erfindung darin, daß die Form des Hinterschiffes oder der Hinterschiffe unsymmetrisch bzw. verwunden ausgebildet ist, so daß der oberhalb der Propellerwelle liegende Teil des Hinterschiffes entgegen der Drehrichtung des Propellers verdreht ist und somit im Bereich des Schraubenbrunnens die Mittellinie der Wasserlinienflächen von der vertikalen Längsebene durch die Propellermitte entgegen der Drehrichtung des Propellers - und zwar von der Wurzel der Propellerflügel bis zu den Enden der Propellerflügel zunehmend - derart weggeneigt sind, daß von achtern gesehen der Schraubensteven oberhalb der Propellerwelle mit der vertikalen Längsebene durch die Propellermitte einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet, und mit einem Teil des Schiffskörpers unterhalb der Propellerwelle kombiniert

ist, deren Spantflächen unsymmetrisch und/oder verwunden wulstförmig oder U-förmig ausgebildet sind, wobei die Mittellinien der Spantflächen von der vertikalen Längsebene durch die Propellermitte entgegen der Drehrichtung des Propellers und zwar von dem der Wurzel der Propellerflügel bis zu dem den Enden der Propellerflügel gegenüberliegenden Bereich zunehmend - derart weggeneigt sind, daß von achtern gesehen der wulstförmige oder U-förmige Stevenauslauf unterhalb der Propellerwelle mit der vertikalen Längsebene einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet. Werden die Mittellinien der waagerechten Schnitte unterhalb der Propellerwelle nach hinten ideell verlängert und auf die Propellerebene projiziert, so ist der Winkel des ideellen Stevenauslaufs zur Vertikalen an dieser Stelle entsprechend größer.

Der Länge nach erstreckt sich diese Schiffsform über einen entscheidenden Bereich des Hinterschiffskörpers. Die Mittellinien der Spantquerschnitte im Hinterschiff erhalten damit einen nach achtern zunehmenden S-förmigen Charakter,bei dem die Ausbuchtungen oberhalb und unterhalb der Propellerwelle entgegen der Drehrichtung des Propellers gerichtet sind.

Nach der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Schiffskörpers weist dieser eine verwundene und/oder unsymmetrische Schiffsform auf, bei der sich die verwundenen Mittellinien der Spantquerschnittsflächen mit der senkrechten Längsmittelebene kreuzen und die Mittellinien der Wasserlinienflächen

kurvenförmig verlaufen und im Bereich oberhalb der Propellerwelle nach hinten nach der einen Schiffsseite und unterhalb dieser nach der anderen Schiffsseite auswandern entgegen der Propellerdrehrichtung. Der Strömungsverlauf in Wasserlinienebene betrachtet kreuzt im Bereich oberhalb der Propellerwelle die Längsmittelebene des Schiffes nach der einen und unterhalb dieser nach der anderen Schiffsseite.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Hinterschiffes wird bei einem rechtsdrehenden Propeller oberhalb der Propellernabe eine große Wassermenge von der Steuerbordnach der Backbordseite hinübergeführt und damit der Dralleffekt eingeleitet. Durch den Strömungsverlauf auf der Backbordseite mit ihrem V-förmigen Spantcharakter wird dieser Dralleffekt verstärkt und der Strömung auf dieser Seite eine mehr oder weniger große Vertikalkomponente erteilt. Durch die Anordnung eines verwundenen Heckwulstes oder einer verwundenen Ü-Spantform unterhalb der Propellerwelle wird der Dralleffekt in diesem Bereich entscheidend verbessert.

In Modellversuchen mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Schiffskörper, bei dem der Teil des Hinterschiffs oberhalb der Propellerwelle unsymmetrisch ausgeführt und mit einem unsymmetrischen bzw. verwundenen Wulst unterhalb der Propellerwelle kombiniert ist, konnten beispielsweise bei schnellen Containerschiffen mit niedrigen Blockkoeffizienten

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(C, =0,55) durch die Anwendung dieses Schiffskörpers Leistungseinsparungen bis etwa 8% nachgewiesen werden. Unter Berücksichtigung der Treibstoffpreise ist somit eine hohe Wirtschaftlichkeit dieser Schiffsform gegeben. In weiteren Versuchen, in denen der Nachstrom unter verschiedenen Bedingungen dreidimensional aufgemessen wurde, konnte eine äusserst günstige Nachstromverteilung erzielt werden. Beim Vergleich der Tangentialkomponenten des Nachstroms mit·denen eines symmetrischen Modells mit gleichen Hauptdaten und gleicher Verdrängungsverteilung konnte außerdem nachgewiesen werden, daß sich der erzeugte Vordrall über die gesamte Propellerdiskfläche erstreckt. Darüber hinaus ist in weiteren Modellversuchen die Schiffsform an einem Katamaran mit einem Blockkoeffizienten C, =0,52 erprobt worden. Hier ergab sich, daß sowohl die Propulsionsversuchsergebnisse als auch die Nachstromaufmessungen im Vergleich zu anderen Versuchen mit Katamaranen und Zweischraubenschiffen im ähnlichen Froude-Zahlenbereich hervorragend waren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor, die Kombinationen der erfindungsgemäßen Hinterschiffsform mit Tunnelungen, Leitflächen oder Propellerdüsen und mit außermittig angeordneten Propellern und Rudern beinhalten, wobei Verbesserungen des Propulsionswirkungsgrades und des Manövrierverhaltens erzielt werden.

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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die nachstehenden Figuren näher erklärt.

Es zeigt

Fig. 1 einen typischen Spantenriß eines erfindungs-

gemäßen Hinterschiffskörpers für ein schnelles Frachtschiff mit verwundenem Wulst unterhalb der Propellerwelle. Die S-förmig verlaufenden Mittellinien der Spantflächen fächern oberhalb der Propellerwelle nach der einen Schiffsseite und unterhalb dieser nach der anderen Schiffsseite entgegen der Propellerdrehrichtung aus,

Fig. 2 den ideellen Stevenauslauf im Bereich der Propellerebene ,

Fig. 3 den typischen Isotachenverlauf des axialen

Nachstroms aus einer 3-D-Nachstrommessung an einem Containerschiffsmodell mit erfindungsgemäßem Hinterschiff,

Fig. 4 den erzielten Dralleffekt entgegen der Propellerdrehrichtung durch Vergleich der Tangentialkomponenten aus 3-D-Nachstrommessungen an einem Containerschiff mit symmetrischem und verändertem erfindungsgemäßem Hinterschiff. Hierbei wird

die erzielte Tangentialgeschwindigkeit ins Verhältnis zur Modellgeschwindigkeit gesetzt,

Fig. 5 den Spantenriß eines erfindungsgemäßen Hinterschiffes mit extrem großem Propellerdurchmesser im Verhältnis zum Tiefgang unter einer leicht ausgeprägten Propellertunnelung. Diese Tunnelung kann je nach Erfordernis auch flacher oder wesentlich ausgeprägter gestaltet werden, so daß sie den Propeller weiter umschließt und/oder sich über eine größere Länge des Hinterschiffes erstreckt,

Fig. 6 die Seitenansicht des Schiffskörpers nach dem Spantenriß der Fig. 5,

Fig. 7 den Spantenriß eines erfindungsgemäßen Hinterschiffes mit außermittig angeordnetem Propeller. Hier ist die Spantform bzw. der Stevenauslauf unterhalb der Propellerwelle beispielsweise leicht wulstförmig bzw. U-förmig ausgebildet,

Fig. 8 zwei typische Ruderanordnungen hinter einem asymmetrischen Hinterschiff. Die mit A gekennzeichnete Linie stellt die Ruderachse eines parallel zur vertikalen Mittellängsebene verschobenen Ruders dar. Die Linie B zeigt die Ruderachse

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eines etwa in Richtung des Schraubenstevens geneigten Ruders,

Fig. 9 ein parallel zur vertikalen Mittellängsebene verschobenes Ruder an einem asymmetrischen Hinterschiff, bei dem die Gillungslinie vor dem Ruder und der Heckkorb um das gleiche Maß zur Mittellängsebene verschoben wurden.

Claims

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1. Schiffskörper für ein Einschraubenschiff, Zweischraubenschiff mit Doppelrumpfhinterschiff und Katamaran für alle in der Handelsschiffahrt üblichen Froude¹sehen Zahlen bzw. Völligkeitsgrade, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Hinterschiffs oberhalb der Propellerwelle unsymmetrisch ausgeführt und mit einem unsymmetrischen und/oder verwundenen wulstförmigen oder U-förmigen Teil unterhalb der Propellerwelle kombiniert ist.

2. Schiffskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form des Hinterschiffes oder der Hinterschiffe

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unsymmetrisch bzw. verwunden ausgebildet ist, so daß der oberhalb der Propellerwelle liegende Teil des Hinterschiffes entgegen der Drehrichtung des Propellers verdreht ist und somit im Bereich des Schraubenbrunnens die Mittellinien der Wasserlinienflachen von der vertikalen Längsebene durch die Propellermitte entgegen der Drehrichtung des Propellers - und zwar von der Wurzel der Propellerflügel bis zu den Enden der Propellerflügel zunehmend - derart weggeneigt sind, daß von achtern gesehen der Schraubensteven oberhalb der Propellerwelle mit der vertikalen Längsebene durch die Propellermitte einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet, und mit einem Teil des Schiffskörpers unterhalb der Propellerwelle kombiniert ist, deren Spantflächen unsymmetrisch und/oder verwunden wulstförmig oder U-förmig ausgebildet sind, wobei die Mittellinien der Spantflächen von der vertikalen Längsebene durch die Propellermitte entgegen der Drehrichtung des Propellers - und zwar von dem der Wurzel der Propellerflügel bis zu dem den Enden der Propellerflügel gegenüberliegenden Bereich zunehmend - derart weggeneigt sind, daß von achtern gesehen der wulst- oder U-förmige Stevenauslauf unterhalb der Propellerwelle mit der vertikalen Längsebene einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet.

3. Schiffskörper nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die S-förmig verlaufenden Mittellinien der Spant-

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flächen die vertikale Längsebene durch die Propellerwelle in der Nachbarschaft der Mitte der Wellenleitung kreuzen und die Kreuzungspunkte nach hinten abfallen, in gleicher Höhe verlaufen oder nach hinten ansteigen.

4. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die S-förmig verlaufenden Mittellinien der Spantflächen oberhalb der Propellerwelle nach der einen Schiffsseite und unterhalb dieser nach der anderen Schiffsseite entgegen der Propellerdrehrichtung vom Bereich der Propellerwelle nach außen bis in den Bereich des Propellerdurchmessers nach hinten zum Stevenauslauf zunehmend ausgefächert sind.

5. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffskörper mit unsymmetrischer bzw. verwundener Hinterschiffsform ein tunnelförmig ausgebildetes Hinterschiff aufweist.

6. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffskörper mit unsymmetrischer bzw. verwundener Hinterschiffsform mit am Hinterschiff einseitig oder beidseitig angeordneten Leitflächen versehen ist.

7. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffskörper mit unsymmetrischer bzw.

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verwundener Hinterschiffsform mit einer um den Propeller oder vor dem Propeller angeordneten Düse versehen ist.

8. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffskörper mit unsymmetrischer bzw. verwundener Hinterschiffsform für Einschraubenschiffe mit einem außermittig angeordnetem Propeller versehen ist.

9. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die unsymmetrische bzw. verwundene Hinterschiff sform für Zweischraubenschiffe mit Doppelrumpfhinterschiffen oder Katamaranen verwendet wird, wobei die Propeller jeweils mittig oder außermittig zum Schiffskörper liegend angeordnet sind.

10. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 9,dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des hinter dem Propeller liegenden Ruders parallel zur vertikalen Mittellängsebene nach einer Schiffsseite versetzt angeordnet wird.

11. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des hinter dem Propeller liegenden Ruders etwa in Richtung des Schraubenstevens geneigt angeordnet wii

12. Schiffskörper nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder zwei Ruder neben dem Propeller an Backbord und/ oder Steuerbord angeordnet und vorzugsweise mit einer mehr oder weniger großen Tunnelung kombiniert werden.