DE60308502T2

DE60308502T2 - Schiff mit einem am boden angeordneten lufthohlraum mit einem luftdeflektor

Info

Publication number: DE60308502T2
Application number: DE60308502T
Authority: DE
Inventors: Konstantin Pasadena MATVEEV; Paul Jorn WINKLER
Original assignee: DK Group NANV
Current assignee: DK Group NANV
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-05-05
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: JP2005529016A; AU2003230460A1; JP4619775B2; SI1501720T1; CY1105862T1; EP1501720A1; ATE340128T1; DK1501720T3; EP1501720B1; KR20050016869A; WO2003095298A1; CN100431913C; CN1662413A; DE60308502D1; ES2272984T3; PT1501720E; KR101019436B1; EP1361151A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Schiff mit einem Lufthohlraum, das einen Rumpf mit einem Bug, einem Heck und einem Propeller nahe dem Heck, wenigstens einen offenen Hohlraum, der am Boden des Rumpfes ausgebildet ist, und eine Lufteinblaseinrichtung zum Zuführen von Luft in den Hohlraum umfasst.
Ein derartiges Schiff mit einem Lufthohlraum ist aus US-A-3.595.191 bekannt, bei dem der Boden des Rumpfes eines Hochseeschiffes, wie etwa eines Öltankers, mit einer Anzahl von nach unten geöffneten Lufthohlräumen ausgestattet ist, in die Luft eingeleitet wird. Auf diese Weise wird die Wasserkontaktfläche des Schiffes verringert und werden dessen hydrodynamische Eigenschaften verbessert, wie etwa die Verringerung des Wasserwiderstandes. Während der Fahrt entweicht Luft aus den Taschen, während das Schiff stampft und rollt. Auch in ruhigen Gewässern entweicht Luft aus den Lufthohlräumen. Das Schiff wird von einem unter Wasser befindlichen Propeller angetrieben, der von der Luft, die den Propeller aus den Hohlräumen erreicht, nachteilig beeinflusst wird, wodurch der Vortrieb der Propellerblätter verringert wird, was zu Schub- und Drehmomentschwankungen oder zu einem Schubausfall (Durchdrehen des Propellers) führt. Eine Lösung des Problems von Luft, die den Propeller erreicht, besteht in der Verwendung von belüfteten Propellern oder einem "Hydro-Luftantrieb", wie er in US-A-5.505.639 (Burg Patent) beschrieben ist. Derartige belüftete Propeller oder "Hydro-Luftantriebe" sind relativ komplex. Wenn zudem ein vorhandenes Schiff mit einem oder mehreren Lufthohlräumen nachgerüstet wird, die dem Rumpf hinzugefügt werden, ist das Wechseln der Propeller ein aufwendiger und kostspieliger Vorgang.
Eine weitere Beschreibung eines Schiffes mit Lufthohlraum ist aus der Druckschrift NL 9301476 bekannt, die die Merkmale des Oberbegriffes von Anspruch 1 beinhaltet.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Schiff mit einem Lufthohlraum anzugeben, bei dem der Zufluss von Luft in den Propellerbereich verringert wird.
Demzufolge ist ein Lufthohlraum gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Schiff mit wenigstens einer Luftablenkeinrichtung ausgestattet ist, die sich zwischen dem hintersten Hohlraum und dem Propeller erstreckt.
An der Luftablenkeinrichtung, die beispielsweise einen keilförmigen Querschnitt haben kann oder in Gestalt einer gekrümmten Oberfläche ausgebildet sein kann, wird ein Niederdruckbereich ausgebildet, entlang dessen Luftblasen in Querrichtung vom Boden des Rumpfes entlang der Seiten des Schiffes zur Wasseroberfläche geleitet werden, ohne den Propeller zu erreichen. Auf diese Weise wird der Propeller wirkungsvoll von der Luft abgeschirmt, die aus den Hohlräumen austritt. Es kann ein herkömmlicher, unter Wasser befindlicher, belüfteter Propeller in Verbindung mit den Lufthohlräumen mit Hilfe der Luftablenkeinrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die eine Luftbarriere zwischen dem hintersten Hohlraum und dem Propeller bildet. Auf diese Weise können vorhandene Schiffe, wie etwa große Frachter, mit einem oder mehreren Lufthohlräumen nachgerüstet werden, die an den Boden des Rumpfes geschweißt werden, ohne dass auf eine Neuentwicklung des Propeller zurückgegriffen werden muss.
Bei einer Ausführungsform verläuft die Ablenkeinrichtung in einer Querrichtung von einer Längsmittellinie des Schiffes zu den Seiten des Schiffs und weist eine geneigte Fläche auf, die sich vom Rumpf auf dem Weg zum Heck hin nach oben erstreckt. Die Luft wird entlang der Niederdruckseite der streifenähnlichen Luftablenkeinrichtungen zur Wasseroberfläche geleitet, ohne den Propeller zu erreichen.
Bei einer weiteren Ausführungsform verlaufen mindestens zwei oder mehr Luftablenkeinrichtungen parallel, um wirkungsvoll Luft vom Rumpfboden des Schiffes zur Oberfläche in Querrichtung zu transportieren. Die Ablenkeinrichtungen schließen einen spitzen Winkel α mit der horizontalen Mittellinie in einer rückwärtigen Richtung ein. Vorzugsweise unterscheidet sich der Winkel α der Luftablenkeinrichtung am Boden des Rumpfes von dem Winkel β der Luftablenkeinrichtung in der Längsrichtung entlang der Seiten des Schiffes. Die Winkel α und β hängen vom Luftaustritt und der Sollgeschwindigkeit ab.
Bei einer alternativen Ausführungsform weist die Luftablenkeinrichtung eine gekrümmte Oberfläche auf, die sich im wesentlichen in einer Längsrichtung des Schiffes erstreckt. Infolge der Beschleunigung des Wassers um die gekrümmte Oberfläche herum, entsteht eine Niederdruckzone, die Luftblasen festhält, die aus dem hintersten Hohlraum austreten. Die Luftblasen werden von der Luftablenkeinrichtung zur Oberfläche geleitet. Durch Anbringung einer V-förmigen Rückwand des hintersten Hohlraums, bei der die Hohlraumwände von der Mittellinie des Schiffes nach oben zu den Seiten geneigt sind, erzielt man einen erhöhten Lufttransport.
Eine nicht einschränkende Ausführungsform der Luftablenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Detail beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Tank- oder Frachtschiffes, das Lufthohlräume und eine Luftablenkeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
2 zeigt eine Unteransicht des Schiffes aus 1;
3 zeigt eine Querschnittsansicht der Luftablenkeinrichtung entlang der Linie III-III in 2;
4 zeigt eine Seitenansicht der gekrümmten Oberfläche der Luftablenkeinrichtung; und
5 zeigt eine Nahansicht des Schiffes aus 4.
In 1 ist ein Öltanker oder Frachter 1 dargestellt, der eine Tonnage von beispielsweise 50.000 bis 500.000 Tonnen haben kann. Am Boden 2 des Rumpfes 3 enthält das Schiff eine Anzahl von Hohlräumen 4, 5, 6, die an ihrer nach unten weisenden Seite geöffnet sind. Über einen Kompressor 7 wird Druckluft in die Hohlräume 4 bis 6 über eine Abfolge von Leitungen 10 gepresst. Jeder Hohlraum kann eine Länge von etwa 0,5 bis 30 m, eine Breite von etwa 0,5 bis 20 m und eine Tiefe von etwa 0,3 bis 5 m haben. Die Höhe der Hohlräume ist derart beschaffen, dass bei maximaler Trimmung die Hohlräume weiterhin vollständig mit Luft gefüllt sind, wobei diese im wesentlichen der Höhe eines berechneten Wellenberges im Hohlraum entspricht. Die Breite der Hohlräume ist derart beschaffen, das sich in Breitenrichtung betrachtet wenigstens zwei Reihen der Hohlräume in Längsrichtung des Schiffes erstrecken. Die Länge Lc der Hohlräume eines langsam fahrenden, nicht durch ein Schwert stabilisiertes Einrumpfschiffes kann mit Lc = 0,34 v² gegeben sein.
Die Luft wird bei einem Druck von 1,5 bis 4 Bar zugeführt, wobei dieser geringfügig größer ist, als der hydrostatische Druck im Hohlraum bei entsprechendem Tiefgang des Schiffes. Die Rate der Luftzufuhr ist derart gestaltet, dass sie jeden Hohlraum unter den gegebenen Umständen (Geschwindigkeit, Seegang und dergleichen) so trocken wie möglich hält, und wird in jedem Lufthohlraum in einem stabilen Zustand gehalten, wobei überschüssige Luft aus den hinteren Teilen jedes Hohlraumes entweicht.
Am Bug 11 weist das Schiff einen wulstartigen Abschnitt auf, der den Wasserwiderstand verringert, und am Heck 12 treibt ein unter Wasser befindlicher, nicht belüfteter Propeller 13 des Schiff mit Geschwindigkeiten zwischen 8 und 30 Knoten an. In der Nähe des Hecks 13, zwischen dem hintersten Hohlraum 4 und dem Propeller 13 erstrecken sich drei parallele Luftablenkeinrichtungen 15, 16, 17 entlang der Außenfläche des Rumpfes schräg in einer rückwärtigen Richtung in einem Winkel γ zur Horizontalen, um Luft, die aus den Hohlräumen austritt, parallel zu den Ablenkeinrichtungen vom Boden 2 zur Wasseroberfläche 18 zu leiten. Dadurch wird verhindert, dass Luft in die Propellerebene eintritt, und wird der Luftpegel am Propeller 13 niedriger als beispielsweise 10 Volumenprozent gehalten. Auf diese Weise müssen keine speziellen Änderungen des Propellers vorgenommen werden, was von Vorteil ist, wenn die Lufthohlräume 4 bis 6 bei einem vorhandenen Schiff nachgerüstet werden.
Wie es in 2 gezeigt ist, erstreckt sich eine Anzahl von Lufthohlräumen 21, 22 am Boden des Schiffes, wobei die Querpositionen 23, 24 der äußeren und inneren Hohlräume in Richtung der Längsmittellinie 25 versetzt sind, um eine optimale Wellenformung in den Hohlräumen zu erzielen. Die Querpositionen 23, 24 können einen keilförmigen Querschnitt haben, wobei die Tiefe jedes Hohlraumes zur Rückseite des Hohlraumes allmählich abnimmt.
Zwischen den hintersten Hohlräumen 21 und dem Propeller 13 verlaufen die keilförmigen Luftablenkeinrichtungen 15, 16, 17 in einem spitzen Winkel α von beispielsweise 80° bis 110° mit der Längsmittellinie 25 zur Berührungslinie 26, die durch die Grenze des im wesentlichen horizontalen Bodenteils des Rumpfes 1 ausgebildet ist. In 2 sind der untere Teil 25 und der Zwischenteil 27 der Luftablenkeinrichtungen lediglich auf der Seite des Schiffes dargestellt, wenngleich die Anordnung der Luftablenkeinrichtung tatsächlich symmetrisch um die Längsmittellinie ist. Von der Berührungslinie 26 erstrecken sich die Luftablenkeinrichtungen 15 bis 17 mit ihren Zwischenteilen 25' in einem Winkel β zur Längsrichtung entlang der Seiten des Rumpfes beispielsweise bis zur Wasserlinie 18. Der Winkel β hängt von der Sollgeschwindigkeit des Schiffes und der Aufstiegesgeschwindigkeit der Luftblasen im Wasser ab. Die oberen Teile 25'' der Luftablenkeinrichtungen 15 bis 17 verlaufen in einem Winkel γ zur Vertikalen, wie es in 1 zu sehen ist. Die Winkel α, β und γ hängen von der Schiffskonstruktion, wie etwa der Sollgeschwindigkeit, und dem Luftaustrittswinkel bei der Sollgeschwindigkeit ab und sind so beschaffen, dass die Luftblasen zur Oberfläche ohne Querbeschleunigung geleitet werden.
Wie es aus 3 zu erkennen ist, weisen die Luftablenkeinrichtungen 15 bis 17 einen keilförmigen Querschnitt auf und sind durch einen geneigten Streifen 27 und einen querverlaufenden Streifen 26 ausgebildet, die auf die Wand 29 des Rumpfes 3 geschweißt sind. Die Breite W jedes Streifens kann 0,3 bis 3 m betragen, während die Höhe h des hintersten Teils über der Rumpfwand 29 durch die durchschnittliche Luftmenge bestimmt ist, die aus dem letzten Hohlraum entweicht, und 0,1 bis 2 m betragen kann, wohingegen der Abstand D zwischen den Ablenkeinrichtungen 0,1 bis 10 m betragen kann und der Winkel δ mit der Rumpfwand 29 10° bis 90° einschließt.
An den hinteren Enden 30 der Ablenkeinrichtungen 15 bis 17 wird eine Niederdruckzone ausgebildet, in der Luftblasen festgehalten werden. Die festgehaltene Luft wird in der Niederdruckzone entlang der Ablenkeinrichtungen vom Boden 2 zur Wasseroberfläche 18 geleitet, so dass ein Lufteintritt in die Zone des Propellers 13 verhindert wird.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Luftablenkeinrichtung einen länglichen, stegartigen Körper 33 aufweist, der am Rumpf des Schiffes angebracht ist. Luft, die den hintersten Hohlraum 34 verlässt, wird entlang der Rückwand 33 des Hohlraums zur Luftablenkeinrichtung 33 von dort nach oben zur Wasseroberfläche geleitet. Die gekrümmte Gestalt der Luftablenkeinrichtung 33 bewirkt einen Anstieg der Wassergeschwindigkeit, die zu einer Niederdruckzone am stromabwärtigen Ende der Luftablenkeinrichtung 33 führt, zu der die Luftblasen geleitet werden, worauf sie nach oben geführt werden, bevor sie den Propeller 13 erreichen. Wie es in 5 zu erkennen ist, hat die hinterste Wand 32 des hinteren Lufthohlraumes 34 V-förmige Wandteile 36, 37, die sich nach oben von der Mitte des Schiffes zu den Seiten neigen. Die gekrümmten Oberflächen 33, 33' sind so dargestellt, dass sie direkt am Rumpf 3 des Schiffes angebracht sind.

Claims

Schiff (1) mit Lufthohlraum, das einen Rumpf (3) mit einem Bug (11), einem Heck (12) und einem Propeller (13) nahe an dem Heck, wenigstens einen offenen Hohlraum (4, 5, 6), der am Boden (2) des Rumpfes ausgebildet ist, wobei der Hohlraum durch eine Hohlraumwand (32) begrenzt wird, sowie eine Lufteinblaseinrichtung (7, 10) zum Zuführen von Luft in den Hohlraum umfasst, wobei das Schiff mit wenigstens einer Luftablenkeinrichtung (15, 16, 17, 33, 33') versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Luftablenkeinrichtung zwischen dem hintersten Hohlraum (21, 22, 34) und dem Propeller (13) erstreckt und die Luftablenkeinrichtung außerhalb des Hohlraums von dem Rumpf des Schiffes näher zur Wasserlinie als die Hohlraumwand nach außen vorsteht.
Schiff mit Lufthohlraum nach Anspruch 1, wobei sich die Ablenkeinrichtung in einer Querrichtung von einer Längsmittellinie (25) des Schiffs zu den Seiten des Schiffs erstreckt und eine geneigte Fläche (27) aufweist, die sich von dem Rumpf (29) auf dem Weg zu dem Heck (12) hin nach oben erstreckt.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach Anspruch 2, wobei sich wenigstens zwei Ablenkeinrichtungen (15, 16, 17) im Wesentlichen parallel in einem vorgegebenen Abstand (D) zueinander erstrecken.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach Anspruch 2 oder 3, wobei sich die Ablenkeinrichtung (15, 16, 17) in einem spitzen Winkel (α) auf das Heck zu erstreckt.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach Anspruch 4, wobei sich die Ablenkeinrichtung in einem ersten Winkel zu der Längsmittellinie (25) am Boden (2) des Rumpfes (3) entlang und in einem zweiten Winkel (β) zu der Längsrichtung, der sich von dem ersten Winkel (α) unterscheidet, an den im Wesentlichen vertikalen Seiten des Rumpfes (3) entlang erstreckt.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich die Ablenkeinrichtung (15–17) zur Wasserlinie (18) erstreckt.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Lufthohlraum eine vordere, eine hintere und seitliche Grenzen umfasst, die mit dem Boden des Rumpfes verbunden sind.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach Anspruch 7, wobei der Propeller einen unbelüfteten Propeller umfasst.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach Anspruch 1, wobei die Luftablenkeinrichtung eine gekrümmte Fläche (33, 33') umfasst, die an jeder Seite des Rumpfes angebracht ist.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach Anspruch 9, wobei die gekrümmte Fläche durch einen geschlossenen Körper (33, 33') gebildet wird, der an dem Rumpf (3) angebracht ist.
Schiff (1) mit Lufthohlraum nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der hinterste Hohlraum (34) eine hintere Wand (32) mit zwei Wandteilen (36, 37) hat, die auf dem Weg von der Mittellinie des Schiffs zu den Seiten hin nach oben geneigt sind.