DE3924362A1 - Schiffsrumpf, der einer langsam- und einer schnellfahrt angepasst ist - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schiffsrumpf, der einer Langsam- und einer Schnellfahrt angepaßt werden kann gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Normalerweise ist die Rumpfform eines Schiffes für eine vorgegebene Geschwindigkeit konstruiert. Bei Geschwindigkeiten, welche von der Geschwin­ digkeit abweichen, für die die Rumpfform kon­ struiert worden ist, verschlechtern sich die Eigenschaften der gewählten Rumpfform im Hinblick auf den angestrebten minimalen Widerstand. Es ist deshalb bekannt, Schiffsrümpfe mit einer veränder­ baren Geometrie zu schaffen mit dem Ziel, eine gute Geschwindigkeitsleistung bei stark unter­ schiedlicher Geschwindigkeit während der Langsam- und der Schnellfahrt zu erzielen.

So ist es bekannt, am Heck des Schiffsrumpfes eine Klappe im Schiffsboden anzulenken, die bis zum Spiegel des Rumpfes reicht und für die Schnellfahrt nach unten ausgestellt oder bei Langsamfahrt nach oben an den Schiffsrumpf angeklappt wird (US-PS 36 78 874). Bei Schnellfahrt soll dadurch die Strömung nach unten abgelenkt werden, so daß sich der Widerstand verringert und bei höheren Geschwin­ digkeiten die Leistung verbessert. Bei einem der­ artigen Schiffsrumpf kann durch Ausstellen der Klappe zusätzlicher Auftrieb erzeugt werden, was die Fähigkeit zum Gleiten des Schiffes fördert. Da jedoch die grundsätzliche Form des Rumpfes nicht geändert wird, ist der Leistungsgewinn nicht signifikant, sofern nicht sehr hohe Geschwindig­ keiten gefahren werden. Das gilt insbesondere dann, wenn der prismatische Koeffizient (Cp), die Längs­ position des Auftriebsschwerpunktes (LCB) und die eingetauchte Fläche des Spiegels (AT) der Rumpfform typisch für einen Rumpf nach dem sogenannten Ver­ drängungstyp sind. Hierfür gelten z.B. Werte für Cp von 0,5 bis 0,57 und für LCB von 0 bis 5% der Länge der Wasserlinie hinter ihrer Mitte, sowie AT von 0 bis 15% der eingetauchten (Spanten) Fläche in der Mitte des Schiffes.

Bekanntlich bildet der prisamtische Koeffizient (Cp) ein Kriterium für die Feinheit des Unter­ wasserbereiches des Schiffes. Dabei ist Cp das Verhältnis (der Quotient) vom Verdrängungsvolumen zu dem Volumen des prismatischen Körpers, der dieselbe Länge und dieselbe konstante Querschnitts­ fläche aufweist wie die eingetauchte Querschnitts­ fläche des Mitschiffsspantes. Eine für niedrige und mäßige Geschwindigkeiten taugliche Rumpfform hat ihre Hauptverdrängung im Mittelschiff-Bereich und weist feine Enden auf. Typische Cp-Werte sind dann die angegebenen. Für höhere Geschwindigkeiten muß mehr Volumen an den Enden plaziert werden (besonders am hinteren Ende des Schiffes) und typische Cp-Werte sind dann 0,6 bis 0,65.

Eine der vorstehend bekannten Schiffsrumpfaus­ bildung ähnliche Rumpfkonstruktion sieht eine vor dem Spiegel und der Schraube des Schiffes endende Klappe vor, welche im Schiffsrumpf angelenkt ist (US-PS 39 38 458). Sie dient ebenfalls in ihrer abwärts geschwenkten Lage dazu, die Strömung nach unten abzulenken. Bei derartigen Rumpfkonstruktionen ergeben sich die beschriebenen Nachteile. Insbeson­ dere wird durch sie nichts für die Leistungsfähig­ keit gewonnen, wenn das Schiff in der entscheidenden Phase des Halbgleitens bzw. der Halbverdrängerfahrt im Bereich von Froude-Zahlen zwischen 0,4 und 1,0 betrieben wird. Bekanntlich gibt die Froude-Zahl die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeuges als dimensionslose Zahl an. Sie ist definiert als

worin VB die Bootsgeschwindigkeit in m/s, g die Erdbeschleunigung (9,81 m/s ) und LWL die Länge des Bootes in der Wasserlinie in Metern sind.

Die Erfindung geht von einem ebenfalls vorbekann­ ten Schiffsrumpf aus, welcher eine für hohe Geschwindigkeiten ausschwenkbare Hecksektion des Rumpfes aufweist, der vor dem Hinterschiff endet, welches unabhängig von der Stellung der Hecksektion seine Position zum Restschiff beibehält (EO-BA 71 763). Die nach unten ausschwenkbare Hecksektion dient ebenso wie die oben beschriebene Klappe dazu, die Strömung nach unten abzulenken und zusätzliche Auftriebskräfte zu erzeugen, wenn hohe Geschwindig­ keiten erreicht werden sollen. Die Wirkung ist jedoch nicht größer als der Effekt, der mit den Klappen erzeugt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsrumpf zur Verfügung zu stellen, welcher besser als die bisherigen Rumpfkonstruktionen für niedrige und hohe Geschwindigkeiten geeignet ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung mit dem Merkmalen des Anspruches 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird durch das Anheben des Hinterschiffes die Rumpfform für die Schnellfahrt so geändert, daß sich eine optimale Form des Restrumpfes für hohe Geschwindigkeiten ergibt. Andererseits wird der Schiffsrumpf für die Langsam­ fahrt ebenfalls mit einer optimalen Form versehen. Die Größe der eingetauchten Fläche des Spiegels des Restrumpfes kann so gewählt werden, daß sie für hohe Geschwindigkeiten passend ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß der Schiffs­ rumpf im Ganzen für niedrige Geschwindigkeiten richtig ausgelegt werden kann, daß aber nach dem Anheben des Hinterschifffes im Restrumpf eine signifikant günstige Verlagerung der Längsposition des Flächenschwerpunktes (Schwerpunkt des Unter­ wasservolumens) hinter die Mitschiffsebene eintritt. Obwohl durch das Anheben des Hinterschiffes der Schiffsrumpf effektiv kürzer wird, eignet sich der Rumpf für hohe Geschwindigkeiten. Alle Charakteristiken des Schiffsrumpfes, wie sie durch die vorstehend bezeichneten Paramter definiert sind, werden in bezug auf die neue Länge und die neue Lage des Mitt­ schiffsquerschnittes im Restrumpf zu Werten, die für hohe Geschwindigkeiten zweckmäßig sind.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 2 wird eine völlige Druckrückgewinnung in der Strömung in der Nähe des Hecks ermöglicht.

Die Verwirklichung des Anspruches 3 ergibt gute Halbgleit- und Gleiteigenschaften.

Im Anspruch 4 wird die Möglichkeit genutzt, die den Einfluß des angehobenen Hinterschiffes auf die Trimmung des Restschiffes ausübt. Dadurch werden noch bessere Rumpfformen für Gleitgeschwindigkeiten erzielt, die einen weiter nach hinten liegenden Auftriebs- und Gewichtsschwerpunkt verlangen.

Wenn die Längenverhältnisse gemäß dem Patentanspruch 5 gewählt werden, läßt sich die Form des Rumpfes optimal der niedrigen mäßigen oder hohen Geschwin­ digkeit anpassen, wobei der schlanke Teil des Rumpfes im Heckbereich angehoben wird, sobald auf die Schnellfahrt übergegangen werden soll.

Mit den Merkmalen des Patentanspruches 6 ist der anhebbare Teil des Rumpfes auf eine Außenschale des Hinterschiffes beschränkt. Das eröffnet die Mög­ lichkeit, den Spiegel des Restschiffes nach oben zu verlängern, was für die Schnellfahrt günstig ist.

Zweckmäßig wird die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 7 verwirklicht, mit denen der Antrieb des Hinterschiffes zum Anheben und Absenken gekenn­ zeichnet ist. Insbesondere ein solcher Antrieb eignet sich zur Verwirklichung der Merkmale des Anspruches 8, die eine besonders einfache Kon­ struktion ergeben. Bei dieser und bei anderen Aus­ führungsformen der Erfindung sind die Merkmale des Anspruches 9 zweckmäßig, weil sie die Formgebung des Restschiffes und des Hinterschiffes ausnutzen, um die Teile einwandfrei bei der Heb- und Senkbe­ wegung zu führen.

Die Merkmale des Anspruches 10 betreffen eine geänderte Ausführungsform der Erfindung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Aus­ führungsform näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung wiedergegeben ist.

Es zeigen

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung von unten einen Schiffsrumpf gemäß der Erfindung in der für Langsamfahrt vorgegebenen Form,

Fig. 2 den Gegenstand der Fig. 1 bei Schnellfahrt,

Fig. 3 eine abgebrochene Draufsicht auf das Heck des Schiffsrumpfes gemäß der Ausführungs­ form nach den Fig. 1 und 2 und

Fig. 4 schematisch und im teilweisen Längsschnitt den Gegenstand der Fig. 3 in Ansicht.

Der in Fig. 3 nur teilweise wiedergegebene Schiffs­ rumpf (1) hat ein Hinterschiff (2), welches längs einer gedachten senkrechten Ebene (3) an das Rest­ schiff (4) anschließt. Eine Außenschale (5) des Hinterschiffes (2) läßt sich mit Hilfe eines hydraulisch betätigten Schubkolbengetriebes (6) vertikal anheben und absenken. Die Schale (2) ist von einer bogenförmigen Schiffswand (8) begrenzt, deren beide Enden (9, 10) mit den benachbarten Enden (11, 12) der Außenwand des Restschiffes (4) fluchten. In abgesenkter Stellung der Hinterschiffs­ schale (5) hat der Schiffsrumpf schmale Wasser­ linien, wie bei (14) in Fig. 1 dargestellt. Die Form der Spanten, von denen einige bei (15-17) darge­ stellt sind, ist flach und breit. Der Spiegel (18) des Schiffsrumpfes taucht nicht in das Wasser ein. Dadurch ist bei Langsamfahrt die sogenannte Druck­ rückgewinnung der Strömung um den Schiffsrumpf er­ leichtert, wodurch sich der Widerstand vermindert.

Wenn der in Fig. 4 nicht dargestellte Schubkolben in seinen Zylinder (19) eingefahren ist, hebt sich die Schale (5) des Hinterschiffs (2) aus ihrer in Fig. 1 gezeichneten und in Fig. 4 gestrichelt bei (19) wiedergegebenen Stellung senkrecht nach oben an. Hierbei hebt sich auch die in der Mitte der Schale befestigte Rohrsäule mit an, die in den zylindri­ schen Festlagern (21 und 22) senkrecht geführt ist. Die Festlager sind im Restschiff (4) bzw. in dem unbeweglichen Teil des Hinterschiffes befestigt.

Infolge der rechtwinklig zur Schiffslängsachse (23) einspringenden Absetzflächen (24 und 25), der sich daran anschließenden konvergierenden Seiten­ flächen (26, 27) und der leicht nach außen gewölbten Rückwand (28) des festen Teils des Hinterschiffes, denen korrespondierende Flächen der Außen­ schale (5) entsprechen, welche die Außenschale (5) innen begrenzen, ergibt sich ein Formschluß, welcher die Drehung der Schale (5) um die Achse der Rohr­ säule (20) ausschließt. Diese Schale (5) umfaßt außerdem den Boden (29) des gesamten Hinterschiffes (2) einschließlich eines Deckes (30), auf dem das Lager der Kolbenstange des Schubkolbengetriebes (6) befestigt ist. Dementsprechend ist der Boden des von der Schale eingeschlossenen Hinterschiffes abgesetzt und zwar auch nach oben. Bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel läßt sich die Schale (5) des Hinterschiffes (2) so weit aus dem Wasser herausheben, daß ihr größerer Teil oberhalb der Wasserlinie liegt, die bei (31) in Fig. 4 gezeichnet ist, wobei lediglich der der Rückwand (32) des Rest­ schiffes (4) zugeordnete Teil der Schale knapp in das Wasser eintaucht.

Sobald die aus Fig. 2 ersichtliche angehobene Stellung der Hinterschiffsschale (5) erreicht ist, ergibt sich eine mäßige Vertrimmung des Hecks nach unten, wodurch sich die Rumpfform der Gleitgeschwin­ digkeit anpaßt. Die flache und breite Spantenform begünstigt den Vorgang des Gleitens, d.h. die Fähigkeit des Restschiffes, sich aus dem Wasser zu heben, wenn sich bei hoher Geschwindigkeit der Wassserdruck auf dem Boden des Restschiffes erhöht. Diese Fähigkeit hängt in hohem Maße, wie eingangs beschrieben, von den geometrischen Gegebenheiten des Rumpfes ab.

Da man bei der beschriebenen Rumpfform den schlankeren Teil des Schiffsrumpfes anhebt, sobald schnell gefahren werden soll, wird der Spiegel (18) aus dem Wasser gehoben und eine Randfläche (33) der Rückwand (32) freigelegt, welche einen neuen Spiegel für die Schnellfahrt bildet. Dabei verkürzt sich die wirksame Wasserlinie annähernd um die Länge des Hinterschiffes (2). Der von der Randfläche (33) gebildete Spiegel reicht infolge der vorstehend beschriebenen abgesetzten Form der Schale (5) des Hinterschiffes (2) weit nach oben, was ebenfalls für die Schnellfahrt günstig ist.

Die gestrichelten Linien (14 und 34) geben auch die Grenzen des jeweiligen Unterwasserschiffes (35, 36) wieder.

Abweichend von der dargestellten Ausführungsform nach Fig. 4 kann das gesamte Hinterschiff (2) für die Schnellfahrt aus dem Wasser gehoben werden. Insbesondere läßt sich bei dieser Ausführungsform der Erfindung das Hinterschiff mit Hilfe von Lenker­ getrieben an das Restschiff anlenken. Allerdings ist die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform aus schiffsbautechnischen Gründen besonders einfach zu verwirklichen und daher zweckmäßig.

Claims (10)

1. Schiffsrumpf, der einer Langsam- und einer Schnellfahrt angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hinterschiff (2) insgesamt oder eine Außenschale (5) des Hinterschiffes (2) unter gänzlicher oder teilweiser Freilegung der Rückwand (32) des Restschiffes (4) anhebbar ist, und daß das in seiner wirksamen Wasserlinie (34) verkürzte Restschiff (4) zur Schnellfahrt dient, während das Hinterschiff (2, 5) bei Langsamfahrt abgesenkt ist.

2. Schiffsrumpf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das abgesenkte Hinterschiff (2) des Unterwasserschiffes (36) eine schlanke Form aufweist und sein Spiegel (18) oberhalb der Wasserfläche zur Druckrückgewinnung in der hecknahen Strömung angeordnet ist.

3. Schiffsrumpf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Stellung des Hinterschiffes (2, 5) das Restschiff (4) breite Wasser­ linien (36), flach verlaufende Quer­ schnitte (15, 16, 17) und durch die Freilegung seiner Rückwand (32) einen Spiegel (33) aufweist, der eintaucht.

4. Schiffsrumpf nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der oberen Stellung des Hinterschiffes (2, 5) das Restschiff (4) mäßig nach hinten vertrimmt ist.

5. Schiffsrumpf nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das anhebbare Hinterschiff (2, 5) sich auf 10 bis 15% des Rumpflänge erstreckt.

6. Schiffsrumpf nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die anhebbare Außenschale (5) des Hinterschiffes (2) einen festen Teil des Hinterschiffes um­ gibt, welcher von den Wänden (11, 12) des Rumpfes (1) nach innen und oben stufen­ förmig abgesetzt ist.

7. Schiffsrumpf nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen­ verstellung hydraulisch mit Hilfe eines oder mehrerer Schubkolbengetriebe (6) erfolgt.

8. Schiffsrumpf nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhen­ verstellung längs einer senkrechten Führung (20-22) erfolgt.

9. Schiffsrumpf nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das anhebbare Hinterschiff (2, 5) wenigstens einen Führungszylinder (20) aufweist, für den zylindrische Festlager (21, 22) vorgese­ hen sind und durch Formschluß mit dem Restschiff (4) bzw. dem festen Teil des Hinterschiffes drehfest ist.

10. Schiffsrumpf nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Hinter­ schiff (2) zu seiner Verstellungen an das Restschiff (4) angelenkt ist.