DE3924362A1 - Schiffsrumpf, der einer langsam- und einer schnellfahrt angepasst ist - Google Patents
Schiffsrumpf, der einer langsam- und einer schnellfahrt angepasst istInfo
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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.
Priority Applications (1)
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DE3924362A DE3924362A1 (de) | 1989-07-11 | 1989-07-22 | Schiffsrumpf, der einer langsam- und einer schnellfahrt angepasst ist |
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ID=25882859
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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