Prognostische einschätzung zur propulsion und manövrierfähigkeit schneller frachtschiffe

ist so konzi

lichen die Industrie und F.

Fragen auf dem Gebiet den konnen.

In der Schiffba

progranam

einem D

ses ogramm dient den Werften dazu, Roenblatt fih Propellerteste atiNsgearbeitet. Die-neversuche Bele

werden,

licher Bedeu Der Kavitations

tung sichtbar (auch zur Fotografie

s zur Beurteilung der Kavitatio on

erlab-g 1st.

, daB alle wesent-chung interessierenden avitation untersucht

wer-ag

rd

emssiebe

ohne Berficksichti eingestellt.

eversuchen konnen Spezialunters ung von Fragen der Forschung und ng durchg hrt werden, we sie beim Entwurf elasteter Propelle ei schnellen Schiffen und vol

igen GroBschiffen auftreten. um anderen wird a wichtigste Problem der Vibrat

und des I;

Schwankungen der hydrodynamis

en P

ungleichformigen Geschwindigkeitsfel der Ursachen der Kavitationseros dèzen Probleme der voll ent

'bsn. Ms nachste

ovrier- u ersuchsans t wird em

Standard-entsprechenden Pro okollformularen und

Beurteilung neu entworfener Propulsio durchffiliren zu lassen. Das genannte Datenblat von den Konstruktionsbdros ausgefiillt und Grundlage der Versuchsdurchfiihrung n dardprogramm.

Wesentlich far die Beurteilung ropulsionsanlage 1st

ie Simulierung des jewe gen Nachstromfeldes des

8 Vorselda,49r das G ude zum Kavitationstank

det dem

Stan-ARCHIEF

Prognostisdie Einschutzung zur Propulsion

und Maniivrierfiihigkeit schneller Fraddschiffe

Von Dipl.-Ing. W. Messerschmidt, KDT, Fachbereich Theorie des Schiffes

an der Sektion Schiffstechnik der Universitat Rostock

Die Entwicklung und der Bau leistungsfahiger schneller Frachtschiffe sind em n Ergebnis sozialistischer

Gemein-schaftsarbeit zwischen den Mitarbeitern des V EB W arnow-werft Warnerraande, der Schleppversuchsanstalt des

Insti-tuts

f

lir Schiffbau und der Technischen Fakultat bzw. jetzigen Sektion Schiffstechnik der Universittit Rostock.

Uber einen Teil dieser Arbeiten und ihre Ergebnisse wurde

u. a. in zusammengefafiter Form in [1] berichtet. Der Typ

Schnellfrachtmotorschiff I leitete die Entwicklung schneller Frachtschiffe in der DDR em n [2 ]. Zu verschiedenen Pro-blemen, u. a. auch zur Pro gnose fiber schnelle Frachtschiffe, sind Studien wie die hier vorliegende ausgearbeitet worden. Die Propulsion schneller Frach,tschiffe ist weitgehend mit

dem Widerstand und infolgedessen mit der Formgebung der zu entwickelnden und zu bauenden

Schnellfrachter-Schiffes im Kavitationsfunnel,

beiten soil. Im Tunnel der Sclu

werden die Nachstromfelder, die autgemessen werden, mittels mit Riiterschiffsattrap frei en Wskeroberfiä AuBer den -R chungen z Entwic at gewi groBen

dem der opeller ar-ersuchsanstalt Schlepprinne Verbindung ng der as s, der ameter im er Erforschung die beson-n hibeson-n- hin-und a elten Kavita

eiterung ist der Bau

es Seegangsbeckens vorgesehen. SWTA 391

V. Sckee bouwkund z

Technische Hogeschool

DK

629.123.4Dell

DK 629.12.037 DK 629.12.075

varianten korreliert. Da andererseits die Prognose bewujet

nicht durch die vorgegebenen Schnellfrachtervarianten

ein-geschreinkt werden soil, sind auch neuere

Entwicklungs-richtungen von Propulsionsorganen kurz eingeschatzt

wor-den. Der Komplex Manovrierfahigkeit wird hinsichtlich

seiner schiffstheoretischen Aspekte ilberschlagig betrachtet.

Maschinenbauliche Fragen und Aspekte zur Stabilitat von

Gierschwingungen werden nur gestreift. 1. Wechselwirkung zwischen Schiff

und PropuLsionsorgan

In jedem Fall sind fiir die in die engere Wahl einzubezie-henden Schiffsformen Propulsionsversuche einschlieB-lich Druckniessungen im Nachstromfeld der Modelle

er-forderlich. Fiir hydromechanisch konventionelle

schaftlichen Vorlaufleistungen zu beschleurugen verstarken.

Die Ergebnis e der Schiffbau-Versuchsanstalt immer mehr koll ekti ver Z usammenarbeit

Leistungen des Instituts Schiffbau und de zentrums, der issenschaftlichen Institute

des Industriezwe ges Bowie der betrieblichen

stellen, der Sch. "Ierprobung usw. in einem

P. !. ezialisten steht de Lateressenten eine zur Verfugung. Mitarbeiter ents chtenswerte Lo efunden hat. eit wurden u st 600 Mode eichen Ar Bericht gen in nik", i Sc

" d

ftl. hydr len, wi ugversuc pulsionsv anovrier- u freifahrende erorganen, beso schung, d. h. Ar esserung ausgewa iffsformen, Propulsi

r als Bestandteil der eit oder als Forschung ierung und Erhohu ojekte und z und wick-s Gebrauchwick-s- Gebrauchs-von neuen j ektierung.

'se auf das DDR

ab-rn

Son- vor-, soli erden. eter as n nichtb der, Anhange die Blockiert zustand der die statisc vitationsz Die charakte bau-Versuc jeder belieb reproduzie sehr leist satzdyna Untersu pellern. Propel mogli gestr Die Wandein rgeschwindigke wegten MeBobjek u. gskavitationszahl avitierenden Stromu Druckanderung (zur standes am MeBobjekt). istischen Parameter am T anstalt sind so ausgelegt. ge Betriebszustand der GroB en ist. Der Kavitationstunnel

gsstarken Dynamometer J 25 ometer H 36 ausgeriistet. Das J ungen an mittelstark bis stark be] Beide Dynamometer konnen f" rversuche kombiniert w t zusatzlich ter Pr 4 t 5 er H 36 s Drehmoment aler Schub :le Drehzahl I uckanderung in der de iffb

stand der horizontalen

eile

bstand der vertikalen teile MeBstrecke adratischer en ge-gen ZU - tech- issen-d zu werden

mit den

Rechen-auBerhalb orsch eitlichen e an eigener Schiff bau der eistungsfiihige

er voller Ein-and eine tech-ng, die bereits

der verb:0

tnis-ter Beracksichti-le untersucht. Die eit wurden in mehr n zusamnaengefaBt

ber 60 SVA

-Mittei-der Seewirtschaft" ffbau gemeinsam mit

Universitiit Ro h-technisc ufor ittei-g", veroffent-mechanischen Versit-Widerstands-, Pro-e irn glattPro-en WassPro-er, rsuche im Seegang, d

Stabilitiltseigen-c affun

agen fiir die P

Propellern, Pro-dors Dusen, und eiten zur Nach-ter bzw. neu zu

ins- und

Steuer-rojektieru

1111

abengebiet ist vorzugswe flu der Schiffbauindustrie der

uchs-en Versuchsanlaguchs-en wurduchs-en u. a. der Zeitschrift Schiffbauforsch g" r eine wichtige Erweiterung der V rs

im Bau befindlichen Kavitationsta telle jedoch ausfiihrlich informiert N gsten Hauptdaten und Leistungspara e sind: 7 in Propel I dyna II maxi ; axi maxim tatische Mel3strecke Der Kavitati em n mittelgro Belange von den Jahre befri

ten satz Erweit ner Ve fortgefii Leistung statten, noch erhe f un nisch-okon

r modernen Rechentechnik, Durchfiihrung vo rungsmaBnahmen and Aufbau weiterer mode

uchsanlagen und -einrichtungen gefordert u rt wird. Die beabsichtigten und eingeleite

steigerungen im Versuchswesen werden es ukiinftig objektgebundene Projektier

lich umfangreicher und intensiver dur die zur Mitbestimmung des optimalen

ischen Niveaus erforderlichen

Proj ektierungssys Bedeutung zu ver Mit ei ngearbeitete

DDR and

eren em zusammenfl eren. seinrichtung satzbereitschaft alle nisch-okonomisch be vielfach Anerkennung ma,Big kurzen Betriebs gang von Variationen f

Ergebnisse dieser umfan als 680 innerbetrieblich und bei universellen Aus lungen in der Schiffbaute and in den vom Institut f der Sektion Schiffstechni herausgegebenen wissensch lungen, der Zeitschrift Sch. licht. Das Arbeitsgebiet de stituts fur Sc erwah au umfaBt Aufgabenstellun en Voraussetzungen mmt. Die bestehen derheft 1968 gestellt. Vb anlagen, de an dieser Die wich der Anla Mittena Tunnel Mitten Tunn Klei

tt

0,6m x 0,6m

00 kp 4 000 U/m 10 kpm 250 kp 3 000 U rain X 0,85 n 0,1 1.5 kp/cm2

nstunnel der Schiff bau-Vers chsanstalt ist er Tunnel, dessen Leistun sfaliakeit die dustrie und Forschung f-r die

kommen-di gen wird.

lig von Kavitat

7

gang der

Modell-MaBstabeinfluB mid 1113 begrenzt wird),

t (fiir Untersuchun-en, wie Profile, Rit-egelt den

Grenz-g wider),

ariation des

Ka-inel der

Schiff-daB stufenlos usfulirung zu ist mit dem d dem Zu-5 gestattet

tet:.

o-Dusenkontraktionsverhaltnis 6: 1 maximale Wassergeschwindigkeit 12 m/s Blockierungskavitationszahl 0,2 oBe MeBstrecke quadratischer Querschnitt 0,85 m ID Osenkontraktionsverhaltnis 3: 1 aximale Wassergeschwindigkeit 6 m/s

Charakteristische Gra n sind die Baulaiihe (zur ermeidi Impeller),

die MeBstrecken oBe (zur

groBe, die nach

nach oben durc f die max

enlaufige

, und da H 36 er-suchungen bei sc riig an-erwelle.

. e MeBstrecke dient der Untersuchung er ge-sam

att

,appeen Propulsionsorgane eines Schiffes (HintePropeller Diise Ruder u. in hrem schiff-ammenwirken.

e hydrodynamischen VorgEinge am Versuchso ekt nnen withrend des Versuches durch stroboskopi che die Durchfiihrung vo

chen mit Schiffsmode pulsions- und Trossen

Widerstands- und P Untersuchung der schaften,

Modellversuche

pulsions- und Ste die Kavitationsfo prilfung und Ver

entwickelnder S c

organe; entwed als RGW-Mita lung zur Opti wertes der P Erkenntniss Das gesamte Produ spr 0 15 : at Prop llerdynamometer J 25 111 ximales Drehmoment ma maler Schub ma male Drehzahl

Versuchsanstalt des In-sprechend der eingangs

un der derzeitigen

mate-oh

2

Varianten von Schiffsformen znr

Herabsetzung des Wellenwider-standes bei hoher

Geschwindig-keit [4] e) 1 el iptischer Zylinder Ce.0,561 .X0 010 1,0 w h) i) Cr.0 567 1,15 1 1,1 g 1,0 0,9 1,0 14 10 00 405,0 Cs 4 8 12 d)

gebung sind beim Einschraubenschiff (1S), das dem Doppel- (25) oder Dreischraubenschiff (3S) im Regelfall auch im Prognosezeitraum vorzuziehen. ist, Nachstrom-ziffern urn 0,25 und SogNachstrom-ziffern um 0,22 zu erwarten. Schnellfrachter mit relativ weit nach vorn gezogener Verdriingung und sehr breitem Spiegelheck kann die Sogziffer bei Anordnung eines Heckwulstes in Form

2 einer Hogner-Birne auf etwa 0,15 bei nur wenig veriin-derter Nachstromziffer zu hOheren Propulsionsgtite-graden ffihren, wiihrend die Anordnung eines Totholzes bei flach hochgezogenem Heck die Sog- und Nachstrom-ziffer auf etwa 0,10 und den Sehiffsgiitegrad auf etwa

1,02 reduziert.

Die flach hochgezogene Heckform iihnlich der Hydro-conicform wird bei Schiffen vom LASH-Typ vorzusehen sein. Die prinzipiell mogliche Anordnung einer derartigen Heckform mit zwei oder sogar drei parallel zueinander stehenden Totholzflossen oder Heckwiilsten und der

TO.

entsprechenden Propellerzahl nach den Vorschltigen von Saunders 1947 wird eingertiumt, jedoch gleichfalls nur bei LASH-Schiffen oder auch bei Gliederschiffen in die engere Wahl gelangen. Obwohl urspriinglich ffir Gra-tanker und Superfrachter konzipiert, sollte die allerdings patentierte Entwicklung unsymmetrischer Heckformen fiir groBe Schiffe von Nonnecke beachtet und kontrolliert

werden, urn sie gegebenenfalls auch bei schlanken

Schnellfrachtern mit sehr weit hinten vorgesehener Ma-schinenanlage und dadurch bedingtem volligerem Was-serlinienauslauf als iiblich anordnen zu konnen. Ent-scheidende Verbesserungen der Propulsionsverhaltnisse nur auf der Grundlage von Modifikationen des Hinter-schiffes sind bei konventioneller Formgebung auch im Prognoseabschnitt nicht zu erwarten. Jedoch sollte be-achtet warden, daB bereits Erhohungen des

Propulsions-giltegrades urn 5 % em n erstrebenswertes Ziel sind (Heck

mit Vordrall zeigt Bild 1). Der grundsatzliche Verlauf von Sogziffer und Schiffsgfitegrad für unkonventionelle Korper ist nach potentialtheoretischen Untersuchungen von Pohl [3] iiber einem Schubbelastungsgrad aufgetra-gen worden (Bud 1). Die Ergebnisse wurden für das zy-lindrische Schiff mit konstanter Wasserlinienflitche, de-ren Berandung eine Ellipse darstellt, bei drei Propeller-konfigurationen experimentell fiberprfift. Trotz guter

ellipli cherZylln' OW

Mem,

a a

lie

.F5=EM

gplp.--... -- =--Thearie a 0 17.45propi *1-1,0Pap,01 loom ' &snag RAE+i-0,5Prap.2

moriv.0

0:0001111111

Sogziffer t fiir geometrisch

einfache Schiffsformen als

Funktion des

Halbachscn-verhfiltnisses (Parameter

cs-g/2 V:

Schiffsgutegrad der

geo-metrisehen Schiffskorper als Funktion eines

Schubbela-stungsgrades Cs ftir verschie-dene ROrperstreckungs- und

Propellerabstandsverhaltnisse Vergleich der Sogwerte

w+

9/2 V: 7r

der geometrischen SchiffskOr-per nach Theorie und versuch

Beckform mit Vordrall nach

einem Patent von Nonnecke

-hi) 1 =Ow n) 0 2 4 6 8 10 12 14 05 05 10 1,5

ci-

20 25 30 35 4:0 5,0

J---=a_

tbereinstimmung der Sogwerte zwischen Theorie und Modellversuch (Bud 1) konnen stimtliche Kurven nur qualitativ gewertet werden, da die vorgegebenen Propel-lerradien im Vergleich zur Korperleinge 2a relativ gra waren. Auch die Abstandsrelationen d: R sind praktisch kaum realisierbar. Fur jede neue von- oder teilgetauchte Schiffsform sind deshalb gleichfalls Modellversuche er-forderlich, obwohl die wiedergegebenen Kurven bereits eine Abschatzung der GroBenbrdnung auch für einige Kombinationen zwischen Streben- und Rotati onskorper-schiff nach der Ubersicht von Boericke [4] zulassen

(Bild 2).

2. Propulsionsorgane

Fiir die Bewertung der einzelnen Propulsionsorgane ist nicht ihr Eigenwirkungsgrad, sondern der Gesamtgate-grad der Propulsion maBgeblich. Die endgintige Auswahl with auBerdem nach einer Vielzahl weiterer Anforderun-gen oder Parameter vorzunehmen sein. GeAnforderun-genwiirtig ist der Schraubenpropeller (SP) in der Ausfiihrung mit fester Steigung (FPP) oder mit verstellbarer Steigung (CPP), die durch Fliigelverdrehen erzielt wird, das bewahrteste Propulsionsorgan. Im Prognoseabschnitt wird dieser Platz sicherlich noch behauptet werden, wiihrend

Schnellfrachter zunaindest mit c1.6na teilweisen Ubergang

zum Gegenlaufpiopeller (CRP) zu rechnen ist.

Die beiden erstgenannten Ausfiihrungsarten des SP sind

als ausgereifte Konstruktionen zu bezeichnen. Das

schlieSt natiirlich weiterhin erforderliche Forschungs-und Entwicklungsarbeit nicht aus. Dies betrifft beim FPP Untersuchungen zur Verbesserung des Wirkungs-grades einschlieBlich der Reduktion von Drallverlusten und Kavitationsauswirkungen sowie von Belastungs-schwankungen un.d damit verbundenen Vibrationen, beim CPP dariiber hinaus die Verbesserung der Verstell-mechanik und die Anpassung an hohere Leistungen der Antriebsanlage. Folgende Werte, die allerdings nur teilweise durch Literaturangaben belegt sind, umreiBen

die etwa zu erwartende Entwicklung der Grate von

Propellerdurchmesser and Obertragbarer Wellenleistung. (Die Werte für D and Ps sind einander nicht zugeord-net).

Gegenwartige Grenzwerte im WeltmaBstab :

Parameter FPP CPP

Aus dieser Gegeniiberstellung wird ersichtlich, daB die Entwicklung des FPP die technisch noch realisierbaren Grenzen fast erreicht. Die Drehzahl muB bei den extre-men Leistungen auf etwa 85 U/min verringert werden. Beim CPP dagegen geht die Entwicklung zu groBeren Anlagen zügig weiter. Folgende Zahleniibersicht, die nach Angaben der Fa. KaMeWa zusammengestellt wur-de, gibt hierfiber AufschluB:

4

Prognose fiber die gesainte und durchschnittliehe Leistung von Verstellpropellern

5

Prognose Ober die maximale Leistung von Verstell-propellern Oe enworn er Stand 1000 2000 1000 0 _ ., ., ____ ....-J' ¢ P a c\ Produklionsbeginn 7937 -PS -30 10 1 t AR

/

V. 01. 0+1. R * 001 10

--- ....- ---..,". 50000 PS 40000 30790 70000 10000 1101. ? a -Nma,-FPP ( Models-atilt-117i PrognaSe-ab3chnitt-70000PS

bis 1963 his 1965 bis 1969

Anzahl 694 963 1 500 Gesamtleistung in 100 PS 1,58 2,51 6,20 Durchschnittliche Leistung in PS 2 275 2 605 4 130 Dmax in m 5,80 6,00 8,20 Nmax in PS 9 900 15 000 26000. Diuchmesser D 9m 8,20 m Wellenleistung Ps 55 000 PS 26 000 PS

Prognostische Grenzwerte im WeltmaBstab :

10 m 8,50m

Ps 70 000 PS 45 000 PS 1960

560 7965 7970 1975 1986

Prognose iiber die Anzahl von Verstellpropellern

4 6egenwirligerStand Prognosectrhnitt 5 GegenwarigerStand _{Proonoseobscflni} 1960 1965 1870 1975 1980 1965 7970 1975 1980 PS t7000 5000

Diese Ergebnisse der Verstellpropellerentwicklung wur-den in Prognosediagrammen (Bilder 3 bis 6) dargestellt und zur Einschiltzung der weiteren Entwicklung verwen-det. Qualitativ sind iiber der Zeit drei Tendenzen

er-kennbar :

etwa linear fiir die Gesarntzahl der gebauten CPP und fiür die maximal iibertragbare Leistung,

parabolisch fiir die gesamte und mittlere Leistung der gebauten CPP und.

parabolischer Anlauf mit anschlieBendem asymptoti -schem Verlauf beim maximalen Durchmesser. In die letztgenannte Tendenz ist der teilweise festzustel-lende rbergang von vier auf fiinf Propellerflagel ein-bezogen worden, der eine Durchmesserreduktion begiM-stigen kann Dagegen wurden bei der Prognose keine Auswirkungen beachtet, die sich z. B. aus kommerziellen Aspekten ergeben konnen.

Obwohl bisherige Modellversuchsergebnisse keinen Wir-kungsgradverlust durch die dickere Nabe beim CPP gegenilber dem FPP ergaben, wird die Entwicklung zu kleineren Nabendm.chmessern bei hoheren Leistungen anzustreben sein. In welchem Mall sich Anderungen der Nabenliinge auf einige Parameter des CPP auswirken, geht aus Bild 7 und der zugeordneten Tafel hervor. Die mit A, B, C bezeichneten Varia,nten enthalten An-gaben fiir CPP-Entwiirfe von KaMeWa, Escher Wyss und vermutlich Lips (Reihenfolge nicht definiert). Trotz-dem der Entwurf filr em Kriegsschiff bestimmt jet, fallt die hohe Leistungsaufnahme von 40000 PS bei dem relativ geringen Propellerdurchmesser D 4,57 m auf. Bei schnellen Frachtschiffen mit konventioneller Form-gebung lessen sich Propellerdurchmesser his etwa 6,60 m in Schraubenbrunnen realisieren. Bei Schiffen vom LASH-Typ mull der Durchmesser wegen der geanderten Heckform kleiner gewahlt werden.

Welche Auswirkungen extreme Durchmesser-Anderun-gen bei konstanter bzw. geiinderter Drehzahl n besitzen, zeigen die Tendenzkurven in den Bildern 7 his 8, die von Fink [5] nach den Diagrammen fur Wageninger FPP aufgestellt wurden. Diese Tendenzen gelten gleichsinnig filr CPP, auch wenn die mit gleicher Leistung erreich-baren Dienstgeschwindigkeiten etwas geringer werden.

Beim schnellen Linienfrachtschiff sind relativ wenige

Ma-schinenmanover zu erwarten, so daB die betriebstechni-schen Vorteile eines CPP gegeniiber dem FPP nicht voll wirksam werden. Einige Schnellfrachter wurden aller-dings schon mit CPP gebaut.

Nachts konnte auf diesen Schiffen der Maschinenraum unbesetzt gefahren werden, und die Vorstufe zur Auto-matisierung war erreicht. Der Fortfall einer Umsteuer-einrichtung und damit leichtere Maschinenanlagen sowie

gleicher Drehsinn fiir beide Fahrtrichtungen jet bei

schnellen Frachtschiffen durchaus realisierbar, jedoch

mull bei der Propellerauslegung auf em n optimales

Grand-steigungsverhaltnis und auf eine geeignete Steigungsver-teilung geachtet werden, wie Braun [6] in einer aus-gezeichneten rbersicht ilber den Entwicklungsstand des CPP his zum Jallre 1966 mit Nachdruck fordert.

Sowohl filr 1-Rumpf- als auch fiir 2-Rumpf-Schiffe gilt die schematische Vorteilsdarstellung nach Tafel 1: Die Vorteile fiir den FPP beim 1-55 setzen die voile Be-ladung auf Hin- und Riickfahrt voraus. Bei Schnell-frachtern mit konventioneller Schiffskorperform ware die Anordnung des FPP oder CPP in eine'. festen Dase (oder Ruderdiise) unsinnig, withrend eine derartige An-ordnung fiir den CRP nach Angaben von Horn vorteil-haft sein kann Sowohl der Tandempropeller (TP) als auch dessen verbesserte Variante betreffs Herabset-zung der Drallverluste, der Gegenlaufpropeller (CRP; im Jahre 1824 Idee von Perkins ; von John Ericsson 1836

FPP

6

Prognose fiber die maximalcn Durchmesser von

Vcrstellpropellern in Relation zum Festpropeller

7

DurchmessereinfluB auf die Leistungsaufnahme eines FPP beim Schnellfrachter

schnelles Frachtschilf 6egenwortigerStand two .11 "KaMeWa-CPP 1975 Pragnaseabschnill Strebe Verkleidung 1.980 6 7 vf"--Propellertyp A B C 1/S-Morine PPP NabendurchmeSSer D[1727 1,321 1,321 1,321 1,321 489 Nabenleinge L [m] 3,048 2,451 3,577 7,097 Z134 Masse W[kg] 22,47 1852 15,07 15,55 14,03 Masse CPP/FPP %60 ;59 1,35 1,12 1,0 Hebelarm IL-m] 2,323 2,100 1,226 %465 %465 Gewichtsmomeat CPP/ FPP 2,54 Zo 1,78 1,12 ZO Wellendurchmessar CPPIFPF 1,27 1,14 1,12 1,02 1,0

IMF

Dept --- D..5m

-- 0-

ifm ____ D..7 m

MIEMI

D 8 M

---

4m n-konst-160 Wmin

IIIIIVA

---/1111111111111111

El

Varianten einer CPP-Anlage far 40000 PS z-5 5-4,57m

50000 PS 50000 40000 30000 PD 20000 10000 0 15 18 27 24 kn V

7

8 _{17.-100 V min}

realisiert), sind lange bekannt. Auf dem Versuchsschiff Turbinia" von Parson waren mit Erfolg drei Propeller auf jeder der drei Wellen gemeinsam angeordnet. Diese od.er ahnliche Kombinationen von Schraubenpropellern wurden bisher nur in geringer Zahl praktisch realisiert. Seit dem Jahre 1955 etwa nimmt jedoch die Zahl der Arbeiten iiber Modelluntersuchungen von Gegenlauf-propellern standig zu. Diese Entwicklung wird durch die Steigerung der SchiffsgroBe und der Geschwindigkeit beschleunigt; Bei schnellen Frachtschiffen besteht der Vorteil des CRP weniger in der eventuell erreichbaren Verbesserung des Gesamtgfitegrades der Propulsion ills in der Moglichkeit, durch die Aufteilung der Leistung auf

AuBen- und Irmenwelle eine grOBere Gesamtleistung als bei der aquivalenten 1-S-Anlage zu ilbertragen oder wegen eines zu kleinen Schraubenbrunnens den Durch-messer der einzelnen Propeller des CRP im Gegensatz zum 1-S ohne Nachteile (Bud 8) reduzieren zu konnen. Beim Vergleich des CRP mit 2-S-Anlagen (FPP oder CPP) ist ilber die Beriicksichtigung des Gesamtglite-grades hinaus auch die Widerstandsreduktion bei Schif-fen mit ,CRP infolge Fortfalls der Wellenhosen zu be-achten.

Abgesehen von den USA, von Schweden und GroB-britannien ist die Entwicklung des CRP noch nicht bis zum Einbau in groBe, schnelle Frachtschiffe abgeschlos-sen. Kontrolluntersuchungen wie die von Fink, Braun [7], Danckwardt und Schroeder, haben zur Kliirung der noch vorhandenen Widersprfiche hinsichtlich der Wir-kungsgradverbesserung beigetragen.

Im Vorjahr sind Untersuchungsergebnisse publiziert worden, die ungewohnliche 2-S-Anordnungen betreffen: ilberlappende Propeller (OP), bei denen der Abstand der beiden Einzelpropeller in Y-Richtung omen Pro-pellerdurchmesser oder weniger betragt, wiihrend sie in X-Richiung zueinander in einer Ebene oder leicht gestaffelt angeordnet sind

vor einem iiblichen FPP arbeitet em n Hilfspropeller, der sich auf einer Welle in Hobe der Fliigelspitzen des Hauptpropellers befindet.

Die Ergebnisse der Modellversuche hingen in hohem MaB vom Propellerdrehsinn ab, jedoch wird fin. beide Anordnungen, allerdings unter beeintretchtigten Ver-gleichsbedingungen, ein.e Wirkungsgraderhohung ange-geben. Wirbeltheoriepropeller (VTP), Nachstrompropel-ler (WAP) undvollkavitierende PropelNachstrompropel-ler (SCP) stellen Soiaderausfuhrungen des SP dar, die in speziellen Fallen dem herktimmlichen. Serienpropeller aberlegen sein kon-nen. Anderungen des Profilverlanfs unter

gung der Zentrifugaleinfiasse auf, die Propellerumstro-mung konnen eventuell gleichfalls kleine Wirkungs-gradverbesserungen und erhohte Kavitationssicherheit

40000 8,0 Lelstungsvergleich fur den FPP

eines Schnellfrachters _PS 35000 30000 ZO 25000 20000 15000 5,5 21 22 23 24 25 kn T6 V D511 A0/A0-470 W-24 Ored"5"94m z-4 11 22 23 14 25 kn 28 21 27 23 24 25 kn 28 V V

beiD0p PD belOm= morn bei q9

Tafel 1 Schnelle Frachtschiffe 1 SS 2 SS 3 SS 'PP CPP FPP CPP PPP CPP Betriebsverhalten/ Z uverlissigkeit Langsamfahrt Umsteuern, Stoppen Schwingungen, Gewlusche (+) Automatisierung bei Hafenbetrieb + ( +) + Revierfahrt, Manover + ( +) (+) (-F.) Marschfahrt,

Hochstleistung nur ffir

Kriegs-Dreh- schiffe, nicht

f iihig- ftir

Schnell-keit frachter

Technisch-Zikonoraische Kennziffern

Wirkungsgrad

Masse und Raumbedarf +

Preise

Leistungsbeschrinkung +

E-Anlage, Wellen-

Wellen-generator hosenliinge

9

Geschwindigkeitsabfall beim

Not-stoppmantiver 4.9 0,8 0,7 46 j45 0,4 42 0,1

ergeben. Bei alien Propellern mit Spezialprofilen sind jedoch fertigungstechnische Aspekte zu beachten. Dies gilt auch fur den Schlitzpropeller (SIP). FliigehAdpropel-ler (YAP) sind fur schnelle Frachtschiffe ungeeignet. Mit StoBschrambenpropellern (ISP) durchgefillute Un-tersuchungen ergaben .keinen Wirkungsgradgewinn. Vorteile bei kleineren Wasserfahrzeugen kann derStrahl-vortrieb (JP) besitzen, jedoch ist er gegenwtirtig in keiner der prinzipiellen Ausfiihrungsarten fiir schnelle Fracht,- ,

schiffe geeignet. Diese Ausfiihrungsarten sind: konti-nuierlicher (CJP) und diSkontikonti-nuierlicher Strahlvortrieb (DJP), entweder als 1-Phasen- (1PJP) oder als 2-Phasen-Strahlvortrieb (2PJP) ar1aeitend. Als 1-Phasen- oder 2-Phasen-Vortriebsorgan konnen auch der blattlose Pro-peller (BLP) und der magnetohydrodynamische Vortrieb (MHD) ausgeftihrt werden. Beide Propulsionsorgane werden jedoch im Prognoseabschnitt nicht fur Sehnell-frachter einsetzbar sein. Beim MHD-Betrieb ist die fiir den Vortrieb dieser Schiffe erforderliche Ausdehnung und Starke des elektromagnetischen Feldes wegen der geringen Leitfahigkeit von Seewasser praktisch nicht realisierbar. Bei 2-Phasen-Verwendung (Seewasser Metallosung o. a.) treten zusatzliche mechanische Kom-plikationen auf, die eine Realisierbarkeit verhindern. Beim BLP wird eine Primarfliissigkeit (entweder Wasser oder Gas) durch eine zentrale Nabe gepumpt, die.infolge' Austritts aus speziell angeordneten Schlitzen in Rotation versetzt wird. Der verwirbelte Abstrom erzeugt die er-forderlichen Druckkrafte in der umgebenden Sekundar-fliissigkeit (Wasser), urn'beim Austritt des Gemisches aus der Diise in Schub umgesetzt zu werden. Auch fiir dieses Vortriebsorgan wurden z. Z. nut Grundlagenuntersu-chungen durchgefiihrt, deren Ergebnis erfolgverspre-chend sein soil. Ein Einsatz für schnelle Frachtschiffe ist irn Prognoseabschnitt ebenso unwahrscheinlich wie der Einsatz von Flossenvortrieb (FP) einschlieBlich Schlag-fliigel mid Wellpropeller. Bei alien angefiihrten neuarti-gen Propulsionsorganen ist entweder der VVirkungsgrad zu niedrig oder die technische ReaIisierbarkeit fraglich. Tafel 2 vermittelt einen rberblick fiber den Entwick-lungsstand der wesentlichsten Propulsionsorgane und deren Eignung für schnelle Frachtschiffe:

Tafel2 Wirkungsgrad Entwicklungs-reife Aufwand/ Preis Eignung Mae FPP CPP TP CRP OP SLP ISP VAP Wirkungsgrad + ( +) Entwicklungs-reife -F + + (+) + Aufwand/ Preis Eignung filr DUse + (+) CJP DJP MILD, PIP usw. 3. Manovrierfahigkeit

Die Manovrierfahigkeit von Schiffen wird auch in der prognostischen Entwicklung his 1980 nicht ausschlia-lich durch em n betriebssicheres und kurzfristig anspre-chendes BMSR-System gewiihrleistet werden konnen, das aus den Teilsystemen filr die Navigation, fiir Haupt-maschinen-, fiir Propeller- und für Rudermantiver be-steht. Wie mehrere Kollisionen von Schiffen mit Moder-nen Radaranlagen beweisen, u. a. diejenige zwischen der Stockholm" und der Andrea Doria", ist die hochent-wickelte Technik der Ortungsanlagen zwar eine wesent-liche Hilfe far die Schiffsfiihrung, kann these aber nicht von ihrer.. hohen Verantwortung entbinden, die beim spateren Ubergang zum Kernenergieantrieb noch erheb-lich zunimmt Fur die Zulieferindustrie erwiichst damit die Aufgabe, die bereits vorhandenen Kollisioiasschutz-anlagen so weiterzuentwickeln, daB sie in Kombination

.'---"-.., --.S...t.. 11111M,1 1 1 Tanker v -1 17 10 L -225m Tanker v - 78,7kn Frachtschlff v- 14 kn L =156,510 Frachtschiff v- 17,5kn 1-155,m frachlschiff v - 1,5 kn 1- 154m f- ra zrniffstec rr I/V :113/kknn L=166 m 2 3 4 5 76

II

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Propulsions- Schraubenpropeller (Si')

Fliigelrad-organ propeller

Strahlvortrieb (JP) Sonstige

Propeller

(+), (+)

n3it geeigneten Kleinrechenanlagen an Bord in das go-nannte Komplexsystem.e,inbezogen werden konnen, urn unter Beriicksichtigung des wahrscheinlichen Fahrtver-haltens von Gegenkommern die optimalen Korrekturen der Maschinenleistung, -drehzahl, -drehrichtung (gegebe-nenfalls der Propellersteigung) und der Ruderlage (lurch-fiihren zu konnen. Derartige Anlagen existieren bereits bzw. werden gegenwartig entwickelt. In der DDR wurde von Wiedernuth am 2. Marz 1967 em n Patent ilber emn Verfahren und die zugehorige Vorrichtung zur Ermitt-lung von Ausweichmanovern fiir Schiffe aufgrund von Radarinformationen angemeldet (WP 58 980). "'nab-hangig von derartigen Entwicklungen und den ilber-geordneten Gesichtspunkten (1 SS oder 2 SS, FPP oder CPP, Leistung um 50 000 WPS) bestehen .bei der. Ma-novrierfahigkeit von Schnellfrachtern folgende

Haupt-probleme :

Die Stoppwege bei Notstopprnanovern aus voller Fahrt betragen für schnelle Frachtschiffe mit kon-ventioneller Rurnpfform mit Sicherheit mindestens 5 bis 6 Schiffslangen, entsprechend 750 bis 1 200 m. Eine Reduktion durch geeignete maschinenbauliche MaBnahmen (Gegenluftgeben, Wellenbrernsen usw.) oder propellerseitige Mittel (optimale Steigungs- und Drehzahlanderung beim CPP bzw. optimale Dreh-zahl- und Drehrichtungsanderung beim FPP) hiBt auch im Prognoseabschnitt keine kiirzeren Stopp-wege als 3 bis 4 Schiffslangen als moglich erscheinen, selbst wenn derartige MaBnahmen kombiniert an-gewendet werden sollten.

Die Steuerfahigkeit ist im allgemeinen durch das Ru-der als Steuerorgan ,bei konventioneller Runnpfform-gebung gesichert. Soil jedoch auch im Seegang mit einer relativ hohen Geschwindigkeit gefahren werden, konnen Schwierigkeiten bei der Arbeitsweise von Selbststeueranlagen auftreten. Dies gilt auch fiir teil-getauchte Rotationskorper, die dariiber hinaus spe-zielle Steuerorgane erhalten miissen.

Das Ziel bei alien MaBnahmen zur Verbesserung der

Ma-novrierfahigkeit schneller Frachtschiffe rnul3 die Herab-setzung der Kollisionsgefahr auf em Minimum und das Beibehalten vorgegebener optimaler Kurse und Fahrt-geschwindigkeiten linter fast alien Seegangs- und Wind-bedingungen sein. Die Kollisionsenergie hangt in hohem MaBe von einer giinstigen Ubergangsfunktion fiir den Geschwindigkeitsabfall beim Notstoppmanover ab. Diese Ubergangsfunktion wurde nach Literaturauswertungen durch den Verfasser für verschiedenartige Schiffe im Bild 9 dargestellt. Daraus geht hervor, daB als gegen-wartiges Optimum in grober Approximation em linearer Geschwindigkeitsabfall unabhangig von den Absolut-betragen des Stoppweges und der Stoppzeit angesehen werden kann. Ideal ware aber em moglichst kurzfristiger Geschwindigkeitsabfall etwa entgprechend der

ein-gezeichneten Tendenzkurve. Die damn noch langere Zeit vorhandene geringe Restgeschwindigkeit bis zur

Auf-nahme der Ruckwartsbewegung gestattet,ein schnelles Ausweichen auf kleinster Fiddle mittels Ruderhartlage. Leider ist zur Zeit kein Mittel bekannt, urn -eine derart,' ideale tbergangsfunktion zu realisieren.

In der Luftfahrt sind Landeklappen bzw. Bremsfall-schirme im Einsatz. Diese entsprechen etwa den seit Ian-gem beim Stapellauf von Schiffen verwendeten Brems-schilden. Eine analoge Konstruktion wurde nach einem Patent in Japan auf einem Minensucher erprobt. Das aufklappbare Faltruder bewahrte sich als hervorragen-des Bremsmittel. Seine breitere Anwendung scheiterte jedoch daran, dat3 die Erprobunggbedingungen auf einem kleinen Schiff durch die giinstige Relation Ruderflache : Deplacement nicht ' auf andere Schiffe,

vor allem

Schnellfrachter odor GroBtanker, ilbertragbar sind. Die Aufklappkraft und das Ruderschaftmoment werdcn zu groB bzw. der Servomechanismus sehr aufwendig. Ob-wohl schnelle Frachtschiffe wegen ihrer relativ heftigen Bewegungen im Seegang ither eine Rolldampfungsanlage verfugen sollten, ist dies gegenwartig nur bei wenigen Schiffen der Fall. Bei der Verwendung von Flossenstabi-lisatoren ware es nach .entsprechenden Anderungen der Versteileinrichtung moglich, diese auch als Bremsmittel zu verwenden. ml allgemeinen sind aber Rolldampfungs-tanks bzw. interno Stabilisierungsardagen auf Schnell-frachtern vorzuziehen, so daf3 diese Moglichkeit entfallt. Vorhandene Bugstrahlanlagen, die zur Erhohung der Manovrierfahigkeit auf einigen schnellen Frachtschiffen mit Bugwulst installiert wurden, lassen sich dagegen ohne groBen Aufwand zu Gegenschubanlagen ausbauen. Bei schnellen Frachtschiffen, deren Maschinentrager von- oder teilgetaucht fahren, ist eine zusatzliche

Ver-kiirzung der Notstoppwerte durch Auspumpen von

Ballastwasser moglich, da bei Tauchungsanderungen zur freien Oberflache hin der Wellenwiderstand zunimmt.

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Bugwulst,vom Schnellfrachter Typ I (Bild: Zimmer)

Literatur

[1) Messerschinidl, W., u. Braun, K. Th.: Stand wad Entwicklungstenden-zen des hydromechanischen Versuchswesens am ITS. Schiffbauforschung 7 (1968) Sonderheft, S. 18 bis 26.

Bensch, E.: Die Schiffslieferungen des Industriezweiges Schiffbau im

Jahre 1968 und eithge neue Schiffstypen der jahre 1969/70.

Seewirt-schaft 1 (1969) H. 4, S. 275 his 287.

Pohl, K. H.: tber die Wechselwirkung zwischen Schiff und Propeller. Jahrbuch der STG 55 (1961) S. 255 his 298.

Eoericke, H.: Unusual displacement ship hull forms. ISP 6 (1969)

S. 249 bis 264.

Fink, H.: Propeller fru' schnelle Frachter. SVA-Bericht 628, Berlin 1967 (unv.eroffentlichte Ing.-Praktikumsarbeit).

Braun, H. Th.: Verstellpropeller. (Unveroffentlichtes

tbersichts-referat, Vorlesung Theorie des Schiffes) Rostock 1966.

Braun, K. Th.: Gegenlaufige Propeller. Seewirtschaft 1 (1969) H. 4,