DE3116727C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hinterschiffsform für ein Ein
schraubenschiff.
Bei konventionellen Schiffskörpern für ein Einschrauben
schiff mit symmetrischer Hinterschiffsformgebung der Back
bord und Steuerbord-Schiffseite ist eine unterschiedliche
Beeinflussung des Schraubenwassereintrittswinkels an bei
den 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 ist durch
die DE-PS 12 07 820 bekannt. Hiernach ist bei einem
Schiffskörper für ein Einschraubenschiff bzw. Schiff mit
einer Mittelschraube niedriger Froude′scher Zahl und
entsprechend hohem Völligkeitsgrad die Form des Hinter
schiffs in der Weise unsymmetrisch ausgebildet, daß der
oberhalb der Propellerwelle liegende Teil des Hinter
schiffs 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 Drehrich
tung des Propellers - und zwar von dem der Wurzel der
Propellerflügel bis zu dem den Enden der Flügel gegen
überstehenden 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 Schrauben
wirkungsgrad steigern zu können. Wahlweise läßt sich auch
unter Beibehaltung der ursprünglichen Völligkeit bzw.
Verdrängung des Hinterschiffs eine Geschwindigkeitserhöhung
bzw. bei gleicher Geschwindigkeit eine Reduzierung der An
triebsleistung und damit des Treibstoffverbrauchs erzielen.
Bei verschiedenen, mit diesem bekannten Hinterschiffs
körper versehenen Schiffen wurden Leistungs- bzw. Treib
stoffeinsparungen zwischen 5% und 7% erbracht. Bei diesen
Schiffen wurde der oberhalb der Propellerwelle liegende
Teil des Hinterschiffs gegenüber dem unterhalb der Welle
liegenden Teil entgegen der Drehrichtung des Propellers
verdreht und durch einen herkömmlichen U-förmigen Spant
charakter unterhalb der Propellerwelle ein Verlauf der
Isotachen des Nachstroms in diesem Bereich erzielt, der
sich dem Idealfall der Rotationssymmetrie nähert. Hierbei
handelt es sich jedoch um Schiffe mit Blockkoeffizienten
zwischen etwa 0,75 und 0,83. Bei relativ schnelleren Schif
fen im Bereich höherer Froude′scher Zahlen und geringerer
Völligkeitsgrade ist es bekannt, den Verlauf der Isotachen
des Nachstroms günstiger durch die Anordnung bekannter
Heckwulstformen zu beeinflussen. Mit derartigen Heckwulst
formen oder U-förmigem Spantcharakter unterhalb der
Propellerwelle kann der Strömung zum Propeller jedoch kein
zusätzlicher Drall erteilt werden.
Der Einsatz größtmöglicher Propellerdurchmesser mit ent
sprechend niedrigen Drehzahlen wird aus wirtschaftlichen
Gründen oft angestrebt, weil hiermit eine Wirkungsgrad
verbesserung und eine Senkung des Leistungsbedarfs bzw.
Treibstoffverbrauchs erzielt werden kann. Bei extrem großen
Propellerdurchmessern im Verhältnis zum Tiefgang und un
genügender Tauchung der Propellerflügel (in der 12-Uhr-
Position) besteht jedoch die Gefahr, daß Luft durch den
Propeller angesogen wird, die Nachstromverhältnisse sich
dadurch verschlechtern, schwingungserregende Kräfte und
Kaviation auftreten u. dgl. Zur Vermeidung dieser Nach
teile sind je nach Schiffstyp, Völligkeit und Geschwin
digkeit bei extrem großen Propellerdurchmessern getunnel
te 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.
Durch die NL-Z: "Schip en Werf", 1979, Heft 2, Seiten 30 bis
45, ist eine Hinterschiffsform bekannt, die verwunden
ausgebildet ist, wobei der oberhalb der Propellerwelle
liegende Teil des Hinterschiffs entgegen der Drehrichtung
des Propellers verdreht ist und somit im Bereich des
Schraubenbrunnens die Mittellinien der Wasserlinien
flächen von der vertikalen Längsebene durch die Propeller
mitte 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 Schiffs
körpers unterhalb der Propellerwelle kombiniert ist, des
sen Spantkonturen verwunden ausgebildet sind, wobei die
Mittellinien der Spantkonturen von der vertikalen Längs
ebene durch die Propellermitte entgegen der Drehrichtung
des Propellers - und zwar von dem der Wurzel der Propeller
flügel bis zu dem den Enden der Propellerflügel gegenüber
liegenden Bereich zunehmend - derart weggeneigt sind,
daß von achtern gesehen der wulstförmige Stevenauslauf
unterhalb der Propellerwelle mit der vertikalen Ebene
einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Win
kel bildet und die S-förmig verlaufenden Mittellinien der
Spantkonturen oberhalb der Propellerwelle nach der einen
Schiffsseite und unterhalb dieser nach der anderen Schiffs
seite entgegen der Propellerdrehrichtung vom Bereich
der Propellerwelle nach außen bis in den Bereich des Pro
pellerdurchmessers nach hinten zum Stevenauslauf zunehmend
ausgefächert sind. Bei dieser Hinterschiffsform ist je
doch der Propeller nicht außermittig angeordnet. Hinzu
kommt, daß bei dieser Hinterschiffsform der - von achtern
gesehen - wulstförmige Stevenauslauf unterhalb der Pro
pellerwelle mit der vertikalen Längsebene einen gegen die
Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet, der
nach unten zur Basis hin in die senkrechte Längsmittel
ebene ausläuft. Bei einer derart ausgebildeten Hinter
schiffsform wird keine ausreichende Verteilung der
Tangentialkomponenten des Nachstroms auf den Umfang des
Propellers erreicht und die hydrodynamischen Kraftschwan
kungen am Propeller werden nicht ausreichend reduziert,
so daß die Nachstromverteilung und der Dralleffekt weitab
vom Idealfall der Rotationssymmetrie liegen. Hinzu kommt,
daß im Spantenriß einer derartigen Hinterschiffsform
die Linien gleichen Nachstroms unterhalb der Propeller
welle sich von einem etwa kreisförmigen Endbereich parallel
zueinander verlaufend in Richtung zur Propellerwelle
erstrecken, was dazu führt, daß eine mehr oder weniger
große Nachstromspitze erhalten wird, die zur Kavitation
des Propellers führt und die hydrodynamischen Kraftschwan
kungen am Propeller verstärken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte
unsymmetrische Hinterschiffsform so zu verbessern, daß
durch eine Verbesserung der Zustromverhältnisse zur
Schraube eine Leistungs- und damit Treibstoffreduzie
rung erreicht wird, wobei die Hinterschiffsform so ge
staltet sein soll, daß die Tangentialkomponenten des Nach
stroms sich auf den Umfang des Propellers so gut wie mög
lich verteilen, während Nachstromverteilung und Dralleffekt
dem Idealfall der Rotationssymmetrie so nahe kommen, daß
eine Leistungsreduzierung erreicht und gleichzeitig die
hydrodynamischen Kraftschwankungen am Propeller auf ein
Minimum reduziert werden.
Diese Aufgabe wird bei einer Hinterschiffsform für ein
Einschraubenschiff durch die im Patentanspruch 1 angege
bene Merkmalskombination gelöst.
Hiernach ist die Hinterschiffsform verwunden ausgebildet,
so daß der oberhalb der Propellerwelle liegende Teil des
Hinterschiffs entgegen der Drehrichtung des Propellers
verdreht ist und somit im Bereich des Schraubenbrunnens
die Mittellinie der Wasserlinienfläche von der vertikalen
Längsebene durch die Propellermitte entgegen der Dreh
richtung des Propellers - und zwar von der Wurzel der
Propellerflügel bis zu den Enden der Propellerflügel
zunehmend - derart weggeneigt sind, daß von achtern ge
sehen 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 Spant
konturen verwunden wulstförmig oder verwunden U-förmig
ausgebildet sind, wobei die Mittellinien der Spantkon
turen von der vertikalen Längsebene durch die Propeller
mitte 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
förmige oder U-förmige Stevenauslauf unterhalb der Pro
pellerwelle mit der vertikalen Längsebene einen gegen die
Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet, wo
hingegen die S-förmig verlaufenden Mittellinien der Spant
konturen oberhalb der Propellerwelle nach der einen
Schiffsseite und unterhalb dieser nach der anderen Schiffs
seite entgegen der Propellerdrehrichtung vom Bereich der
Propellerwelle nach außen bis in den Bereich des Propeller
durchmessers nach hinten zum Stevenauslauf zunehmend ausge
fächert sind, wobei bei dieser Hinterschiffsform der Pro
peller außermittig angeordnet ist. Werden die Mittellinien
der waagerechten Schnitte unterhalb der Propellerwelle
nach hinten ideal 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 die Hinterschiffsform über
einen entscheidenden Bereich des Hinterschiffskörpers.
Die Mittellinien der Spantquerschnitte im Hinterschiff
erhalten damit einen nach achtern zunehmend S-förmigen
Charakter, bei dem die Ausbuchtungen oberhalb und unter
halb der Propellerwelle entgegen der Drehrichtung des
Propellers gerichtet sind.
Bei dieser Hinterschiffsform kreuzen sich die verwundenen
Mittellinien der Spantquerschnittskonturen mit der senk
rechten Längsmittelebene, wohingegen 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, und zwar entgegen der Propeller
drehrichtung. Der Strömungsverlauf in Wasserlinienebene
betrachtet kreuzt im Bereich oberhalb der Propellerwelle
die Längsmittelebene des Schiffes nach der einen und un
terhalb dieser nach der anderen Schiffsseite.
Bei dieser Hinterschiffsform wird bei einem rechtsdrehenden
Propeller oberhalb der Propellernabe eine große Wasser
menge von der Steuerbord- nach der Backbordseite hinüber
geführt 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 U-Spant
form unterhalb der Propellerwelle wird der Dralleffekt
in diesem Bereich entscheidend verbessert.
In Modellversuchen mit einer derart ausgebildeten Hin
terschiffsform konnten beispielsweise bei schnellen Con
tainerschiffen mit niedrigen Blockkoeffizienten
(Cb=0,55) durch die Anwendung dieser Hinterschiffsform
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 ver
schiedenen Bedingungen dreidimensional aufgemessen wurde,
konnte eine äußerst günstige Nachstromverteilung erzielt
werden. Beim Vergleich der Tangentialkomponenten des Nach
stroms mit denen eines symmetrischen Modells mit gleichen
Hauptdaten und gleicher Verdrängungsverteilung konnte
außerdem nachgewiesen werden, daß sich der erzeugte Vor
drall über die gesamte Propellerdiskfläche erstreckt.
Darüber hinaus ist in weiteren Modellversuchen die Schiffs
form an einem Katamaran mit einem Blockkoeffizienten
Cb=0,52 erprobt worden. Hier ergab sich, daß sowohl
die Propulsionsversuchsergebnisse als auch die Nachstrom
aufmessungen im Vergleich zu anderen Versuchen mit
Katamaranen und Zweischraubenschiffen im ähnlichen Froude-
Zahlenbereich hervorragend waren. Insbesondere bei der
Verbindung dieser Hinterschiffsform mit außermittig an
geordneten Propellern und Rudern wurden Verbesserungen
des Propulsionswirkungsgrades und des Manövrierverhaltens
erzielt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die
nachstehenden Figuren näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Spantenriß einer Hinterschiffsform mit außer
mittig angeordnetem Propeller. Hier ist die Spantform bzw.
der Stevenauslauf unterhalb der Propellerwelle beispiels
weise leicht wulstförmig bzw. U-förmig ausgebildet,
Fig. 2 zwei 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
eines etwa in Richtung des Schraubenstevens geneigten Ruders,
Fig. 3 ein parallel zur vertikalen Mittellängsebene ver
schobenes Ruder bei einer asymmetrischen Hinterschiffs
form, bei der die Gillungslinie vor dem Ruder und dem
Heckkorb um das gleiche Maß zur Mittellängsebene ver
schoben wurde,
Fig. 4 den typischen Isotachenverlauf des axialen
Nachstroms aus einer 3-D-Nachstrommessung an einem
Containerschiffsmodell mit erfindungsgemäßer Hinter
schiffsform,
Fig. 5 den erzielten Dralleffekt entgegen der Propeller
drehrichtung durch Vergleich der Tangentialkomponenten
aus 3-D-Nachstrommessungen an einem Containerschiff mit
symmetrischer und veränderter Hinterschiffsform, wobei
die erzielte Tangentialgeschwindigkeit ins Verhältnis
zur Modellgeschwindigkeit gesetzt wird,
Fig. 6 den Spantenriß einer Hinterschiffsform mit extrem
großem Propellerdurchmesser im Verhältnis zum Tiefgang
unter einer leicht ausgeprägten Propellertunnelung. Diese
Tunnelung kann je nach Erfordernis auch flacher oder we
sentlich ausgeprägter gestaltet werden, so daß sie den
Propeller weiter umschließt und/oder sich über eine größere
Länge des Hinterschiffs erstreckt und
Fig. 7 eine Seitenansicht des Schiffskörpers nach dem
Spantenriß der Fig. 6.
Claims (8)
1. Hinterschiffsform für ein Einschraubenschiff, die
- a) verwunden ausgebildet ist, wobei der oberhalb der Propellerwelle liegende Teil des Hinter schiffs entgegen der Drehrichtung des Propellers verdreht ist und somit im Bereich des Schrauben brunnens die Mittellinien der Wasserlinienflächen von der vertikalen Längsebene durch die Propeller mitte entgegen der Drehrichtung des Propellers - und zwar von der Wurzel der Propellerflügel bis zu den Enden der Propellerflügel zunehmend - derart weg geneigt sind, daß von achtern gesehen der Schrauben steven oberhalb der Propellerwelle mit der verti kalen Längsebene durch die Propellermitte einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Win kel bildet, und
- b) mit einem Teil des Schiffskörpers unterhalb der Pro pellerwelle kombiniert ist, dessen Spantkonturen verwunden wulstförmig oder verwunden U-förmig ausge bildet sind, wobei die Mittellinien der Spantkonturen von der vertikalen Längsebene durch die Propeller mitte 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 Stevenaus lauf unterhalb der Propellerwelle mit der vertikalen Längsebene einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet und
- c) die S-förmig verlaufenden Mittellinien der Spantkon turen 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 Steven-Auslauf zunehmend ausgefächert sind und
- d) der Propeller außermittig angeordnet ist.
2. Hinterschiffsform nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die S-förmig verlaufenden Mittellinien
der Spantkonturen 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.
3. Hinterschiffsform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Hinterschiffsform oberhalb des
Propellers tunnelförmig ausgebildet ist.
4. Hinterschiffsform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß am Hinterschiff einseitig oder beid
seitig Leitflächen vorgesehen sind.
5. Hinterschiffsform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß um den Propeller oder vor dem Pro
peller eine Düse angeordnet ist.
6. Hinterschiffsform nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des hinter dem
Propeller liegenden Ruders parallel zur vertikalen
Mittellängsebene nach einer Schiffsseite versetzt
angeordnet ist.
7. Hinterschiffsform nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des hinter dem
Propeller liegenden Ruders etwa in Richtung des
Schraubenstevens geneigt angeordnet ist (Fig. 2).
8. Hinterschiffsform nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß ein oder zwei Ruder
neben dem Propeller angeordnet sind.
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