DE3116727C2

DE3116727C2 -

Info

Publication number: DE3116727C2
Application number: DE3116727A
Authority: DE
Inventors: Ernst A. 2000 Hamburg De Noennecke
Original assignee: ERNST A NOENNECKE MARITIMES INGENIEURBUERO 2000 HAMBURG DE
Current assignee: ERNST A NOENNECKE MARITIMES INGENIEURBUERO 2000 HAMBURG DE
Priority date: 1981-04-28
Filing date: 1981-04-28
Publication date: 1992-02-06
Also published as: JPS57182583A; DE3116727A1; GB2097339B; US4538537A; GB2097339A

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 (C_b=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 C_b=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

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.