Ermittlung des mastabseffektes bei drehkreismanövern auf flachem wasser

Ermittlunqj des Maßstabseffektes

bei Drehkreismanüvern

auf flachem Wasser

Von Dr. lng.-H. Sc hmidt-S tiebitz

88. (gekürzte) Mitteilung der Versuchsonstalt für BinnenschifFbau e. V. Duisburg, Institut an der TH Aachen

Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AIF)

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Sonderdruck aus der Fachzeitschrift ,,Schiff und Hafen"

Jahrgang 19 . Heft 8 . August 1967 . Seiten 529 bis 533

Ermittlung des Maßstabseffektes

bei Drehkreismanövern auf flachem Wasser

Von Dr.-Ing. H. Schmidt-Stiebitz

88. (gekürzte)) Mitteilung der Versuchsanstalt für BinnenschilFbau e. V. Duisburg - Institut an der TH Aachen Mitglied der Arbeitsgemeinsdiaft Industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AIF)

1.0 Einführung

Die bislang sehr spärlichen und zum Teil widersprüchlichen

[1, 4, 6, 7] für tiefes Wasser geltenden Angaben über den

Ubertragungsfaktor von Modelldrehkreisen auf die Groß-ausführung waren Anlaß, unter Ausnutzung des in der

Ver-suchsanstalt für Binnenschiffbau e. V. in Duisburg vorhandenen Forschungssd-iiffes ,,Fritz Horn" Drehkreisversuche im

Maß-stab i : 1 und mit zwei ihm nachgebauten Geosim-Modellen im Maßstab i 5 und i 10 auf flachem Wasser zu fahren und

die Ergebnisse miteinander zu vergleichen. Die ,,Fritz Horn" ist ein Spiegelheckschiff und erreicht dank der installierten Leistung auch im Drehen Froudezahlcn (der Länge) von etwa

0,3 [5].

Für die Bereitstellung der erforderlichen Mittel sei der

Arbeitsgemeinschaft Industrieller Foi schungsvereinigungen

e. V. (AIF) bestens gedankt.

Der ausfthrliche Bericht enthölt 68 Abbildungen und 23 Blatt Legende. Interessenten können ihn als XEROX-Pause zum Selbstkostenpreis von der VBD beziehen.

3

Großversuche

mit Fritz Horn"

a = 1

Drehkreise bei schwachem Wind.

Ruderwinkel 15° bis 45° um 5° bzw. lO gestuft.

Fahrwasser Wasserhöhen

Schiff

Niederlande, Ijsselmeer an den Deichen zwischen Muiden und Lelistadt

1.95 m; 2,65 m; 2,95 m und 4,2 m Fritz Horn" L(15 = 20,3 m; BK\VL = 3,5 m; Tg = 1,0 m; = 27 m3 N = 280 PS Daten in [5]

Propeller siehe Anhang

Messung waagerechte Fotopeilung vom Ufer

4 Positionen im Kreis Modellversuche Drelikreise

Ruderwinkel 20° bis 45° um 5° bzw. 100

ges tuft.

Kanal Manövrierbecken der VBD 25 m X 25 ru

geschlossene Halle - kein Wind, Freifahrt ohne Angel.

Prop. 102 L Prop. 103 L

D m 0,8 D m 0,160 D m 0,08

H m 0,82 H m 0,170 H m 0,0764

H/D 1,02 HID 1,065 H/D 0,955

Fa/F 0,62 Fa/F 0,62 Fa/F 0,55

z 4 z 4 z 4

2.0 Uhersirht über die Versuche Propellerdaten_{Wageningen B. 4.55}

Fritz Horn M i: i M 330 M 1 5 I M 480 M I : 10

linksdrehend linksdrehend linksdrehend

3.0 Durchführung der Versuche

Die Auswahl eines geeigneten und den Tankverhiïltnissen weitgehend entsprechenden Fahrwassers für das

Forschungs-schiff Fritz Horn" führte zum Ijsselmeer in den

Nieder-landen. An den z. Z.. entstehenden Deichen findet man wind-geschützte Stellen mit plateauartigem Grund der gewünschten Wassertiefen ohne Strömung. Dem Verständnis des ,,Dienstes der Zuiderzeewerke" für unser Vorhaben ist es zu danken, die

Genehmigung zur Durchführung von Drehkreisversuchen

er-halten zu haben. Mittels an Bord befindlichem Echolot

konnten Stellen mit konstanter Wassertiefe ausgesucht wer-den. Die grüßten Abweichungen lagen verein.zelt bei 0,2 m, im allgemeinen um 0,1 m. Das Schiff wurde in den vier 9QO Stellungen eines Kreises fotografiert. Am Ufer wurden Mar-kierungen zur Orts- und Entfernungsbestimmung sowie zur

Kennung der einzelnen Versuchsfahrt vorgenommen. Auf dem Wasser wurden zum gleichen Zweck in genau ausgemessenen

Abständen bis zu 4 verankerte Bojen ausgelegt. Der Foto-losten nahm mit Robotkamera (Federaufzug) das Schiff in

Modell M 330

= 5

Antrieb Elektromotor Energie Batterie

Propeller siehe Anhang! Modell M 480

s 10

Antrieb Elektromotor Energie Batterie Propeller siehe Anhang!

Messung senkrechte Fotopeilung in der ver-dunkelten Halle. Bug- und

Heck-lämpchen auf dem Modell, mit

sekund-lichen S trom-Unterbrediungen, jeweils

beiden Tangentiallagen mit je drei Bildern und in den beiden

Querablagen mit je einem Bild auf. Die Mittlung aus der

karneranahen und -femen querab aufgenommenen

Schiffs-lange bildete das Bezugsmaß und die

Durchmesser-Korrektur-möglichkeit für die zentralperspektivisch gesehenen tangenten. Vom Fotobeobachter wurde die Zeit eines Kreis-umlaufs gestoppt. Es wurden Ruderwinkel (nach beiden

Seiten) und Drehzahlstufen variiert. Die natürliche Wellen-bewegung durch den herrschenden leichten Wind sorgte für

eine sehr schnelle Dämpfung der vom Schiff erzeugten

Flach-wasserwellen. Die Einhaltung der gewünschten, genau ge-stuften Hartruderlagen wurde durch einen Rudergänger an der Pinne am Schiffsheck von Hand gewährleistet. Teilweise durch Wind verstärkte harte Krängungen beim Ruderlegen

vie auch Wassereinbruch von achtern in den wegen der Pinne

offenen Steuergetriebekasten erklären die manchmal

auf-erlegte Beschränkung im Ausfahren hoher Fahrtstufen und äußerster Hartruderlagen. Dem Kapitän irnd der Besatzung gilt das Lob, trotz hohen Wagnisses ein Kentern des Schiffes vermieden und die Geräte gesichert zu haben.

Im Gegensatz zu den Großversuchen sind bei den

Modell-versuchen im Maßstab i : 5 und i : 10 gerade die Fahrten

mit den kleinen Hartruderwinkeln wegen der Kollisionsgefahr

mit den Tankwänden kritischer. Die im allgemeinen übliche Methode, vom Tankrand aus das Modell anzupeilen und

seine Drehkreise aufzumessen, erwies sich besonders wegen

der großen Fahrgeschwindigkeit als zu ungenau. Es wurde

des-wegen die Fotoregistrierung von der Hallendecke gewählt. In der verdunkelten Halle wurden bei geöffneten Objektiven die Kreisbahnen eines im Vor- und Achtersdñff leuchtenden Lämpchens aufgenommen. Die Eintragung des Lämpchen-Abstandes als Modellsymmetrieebene in das Bild zur Er-mittlung des Driftwinkels war durch sekundliche

Strom-unterbrechung mittels Kontaktuhr möglich. Selbst das Leica-Objektiv mit dem größten Weitwinkel von 90° lieferte bei

der im Tank gegebenen Deckenhöhe nur einen Ausschnitt des Kreises, so daß mindestens zwei Apparate angeordnet werden

mußten. Zur Justierung der von mehreren diagonal

angeord-neten Apparaten aufgenommenen Bilder wurden vor und

nach jedem Versuch Kreise und orientierte Raumachsen einer

Lämpehenreihe aufgenommen, die auf dem im Tank

befind-lichen Rundlaufarm angeordnet waren. Die Zeit für jeden

Modellumlauf wurde gestoppt. Die Wasserhöhen entsprachen

in der Natur 2, 3 und 4 m. Die Modelle waren zwecks Unter-bringung von Motor, Batterie und Zubehör gewichtssparencl

aus Glasfaser-Polyester-Kunststoff gebaut. 4.0 Ergebnisse

4.1 Maßstabseffekte im Widerstands- und Leistungsanstieg bei Geradeausfahrt

Den Drehkreisfahrten gingen Geradeausfahrten für

Wider-stands- und Leistungsmessungen (Abb. 1) mit den beiden

Hw

4

Modellen bei konstantem Wasserhöhenverhältnis

Hw-Tg

voraus. Dic dementsprechenden Werte der Fritz Horn"

wurden bei geringfügiger Extrapolation anderen noch zu

ver-öflentlichenden Untersuchungen entnommen. Die

Wider-standsmessung des Fritz Horn"-Modells im Maßstab i : 6,85

ist [51 entnommen. Die Gegenüberstellung der auf den

natürlichen Schiffsmaßstab umgerechneten Widerstands- und Leistungswerte bei den entsprechenden Schiffsgeschwindig-keiten zeigt im Fall des Widerstands einen gleich steilen An-stieg auf flachem Wasser, jedoch mit der Vergrößerung bis zum Maßstab i i auch eine Verlagerung des Fußpunktes des steilen Anstiegs zu kleineren Gesthwindgkeiten und im Fall

der Leistungsmessung bei gleicher Tendenz einen für das

kleinste Modell abweichenden, und zwar geringeren Anstieg der Leistung. In der Untersuchung [2] haben

Maßstabs-versuche im Widerstand ein ähnliches Ergebnis gezeitigt,

wo-bei im unterkritischen Bereich die Formwiderstandswo-beiwerte für wachsende Modellgröße kleiner wurden. Etwa zu Beginn des steilen Anstiegs schneiden sich die Widerstandskurven.

Aus dem in [2] gezeigten Trimmverlauf bei drei verschiedenen Wasserhöhenverhältnissen können für die auftretenden

Maxi-malwerte ähnliche maßstabsbedingte Verschiebungen in den

zugehörigen Geschwindigkeiten abgelesen werden. Diese über

der Froudeschen Längenzahl festgestellten Verschiebungen lassen eine den übrigen Fladiwassererscheinungen ähnelnde Tendenz in Abhängigkeit vorn Wasserhöhenverhältnis er-kennen. Gegenüber der in [2] untersuchten Schleppergeosim-familie fallen die Geschwindigkeitsverschiebungen bei der

Fritz Horn"-Geosimserie noch größer aus. Die mutmaßlichen

Ursachen für derartige Maßstabseffekte sind demnach in

Flachwassererscheinungen zu suchen, wie im einzelnen noch

erläutert wird. Bei Maßstabsversuchen mit konstant

ge-haltenem Wasserhöhenverhältnis verändert sich die absolute

Größe der Wasserhöhe. Damit ändert sich aber auch die

Eigengeschwindigkeit für eine Welle mit konstantem

2/L-Vhältnis. Sie nimmt bei größer werdender Wasserhöhe

er-heblich zu. Man kann danach erwarten, daß sich sowohl das Entstehen der flachwasserbedingten, parabelförmig hinter dem Heck ausspreizenden Wellen [i2. 13] als auch deren

Hw

Hw-Tg

,.Fritz Horn", M I : I. = 8 m, = 3,53 rn/s

Hw

Abb. I

Tabelle 1: Wellengeschwindigkeit auf flarhem Wasser

'g

= 1/ 2 hei5j = 0.25 ist

2tH

L 2,5

i! 2H

v, flach M 330, M 1:5. ,. = 1,6 ni, vw tier = 1,58 rn/s M 480, M 1: 10, = 0,8 ni.

tit =

1,117 m/s

Vorlaufgeschwindigkeit auf höherem Wasser entsprechend

dem größeren Schiff zu kleineren Schiffsgeschwindigkciten hin

verlagert und wirksam wird. Bei Annäherung an die kritische

Geschwindigkeit geht gleichzeitig mit der sichtbaren

Wellen-bildumwandlung von der Tiefwasser- in die Flachwasserform

[13] eine beträchtliche Zunahme des Widerstandsanstiegs

ein-her. Es scheint deswegen ein ursächlicher Zusammenhang zu bestehen zwischen der Verlagerung des steilen

Widerstands-anstiegs zu kleineren Geschwindigkeiten beim größeren Schiff,

das bei gleichem Wasserhöhenverhältnis absolut auf tieferem

Wasser fährt, und dem Anwachsen der

Welleneigengeschwin-'sao uoo 7500 1000 500 Ge. Geo -Modell2 1:5 m-Modeil7 1:. :5 i '

/

\,

/-/

I i /! ,! Ge. ,,FritE m-Modell4't 1:10 Horn II f.1 _1;! 1! 'ii 'Ii J e Iii 1,33 4 0,998 3,52 1,5 3 0,99 3,49 2,0 0,958 3,38 1,33 0,8 0,998 1,575 1,5 0,6 0,99 i,563 2,0 0,4 0,958 1,513 1,33 0,4 0,998 1,115 1,5 0,3 0,99 1,107 2,0 0,2 0,958 1,07 rn rn/s

cligkeit bei gleichem 2/L auf zunehmender Wasserhöhe

(Tabelle 1). Jedoch ist wegen der Bedeutung für die Über-tragbarkeit von Modelleistungsmessungen auf die

Groß-ausführung eine genaue Überprüfung dieser Annahme durd

entsprechende Versuche bei verschiedenen Wasserhöhen-verhältnissen zu empfehlen. Die zwar kleine Versdiiebung des steilen Widerstandsanstiegs auf der Geschwindigkeits-abszisse hat bei Betrathtung einer festen, vorgegebenen

Ge-sthwindigkeit wegen des sehr großen Anstiegwinkels der

Widerstandskurve eine bedeutende Widerstands- und Lei-stungsvergrößerung für die Großausführung zur Folge. Die Nichtberiicksichtigung dieser Verschiebung stellt den Wert einer Leistungsbestimmung mit Hilfe von Modeilversuehen

gegebenenfalls völlig in Frage.

4.2 Maßstabseffekt im Drehkreis

Da die Auswertung der Versuche zeitlich naturgemäß

immer den Versuchsfahrten gegenüber stark nathhinkt, war eine Übereinstimmung in dem zu fahrenden Leistungs- bzw.

Drehzahlbereich aller drei Bootsgrößen nur schwer zu

er-reichen. So konnte zwecks Gewährleistung ruhigen

Gleich-laufs des Motors von Fritz Horn" als untere Drehzahl nur

eine solche von n = 496 U/mm gefahren werden, während

bei den Modelldrehzahlen dieser Bereich weiter unterschritten

werden konnte. Im Falle einer Modell-Versudisserie konnten mangels eines geeigneten Drehzahlmessers nur feste, vorher geeichte Potentiometereinstellungen kontrolliert werden. Es fällt zunächst besonders bei der Auswertung der

Modell-versuche auf, daß im unterkritischen Gesdiwindigkeitsbereich die Größe der zwischen Backbord und Steuerbord gemittelten

Drehkreisradien fast unabhängig von dem

Wasserhöhen-verhältnis konstant bleibt (Abb. 2). Erst mit Annäherung an

die kritischen Geschwindigkeiten, die mit y = Y g Hw der

Wasserhöhe proportional sind, vergrößern sich die Radien. Die

Geschwindigkeitsgrenze für den Beginn des Anstiegs - wie

im kritischen Bereich der Anstieg selbst - scheint der 1,5-fachen Potenz der Geschwindigkeit proportional zu sein, wobei die Anstiegsgrenze außerdem dem Wasserhöhen-verhältnis proportional ist. Zwischen der Anstiegsgrenze und

dem Anstieg im kritischen Bereich liegt ein Ubergangsgebiet.

Wie die nachträgliche Auswertung der mit ,,Fritz Horn" ge-fahrenen Versuche ergab, liegen viele Drehradien wegen der nicht unterschreitbaren unteren Drehzahlstufe bereits im er-wähnten Ubergangsbogen. Zwecks Abgleichung der den be-nutzten Maßstäben entsprechenden Drehzahlen müssen die im Drehkreis gemessenen Modellgeschwindigkeiten auch als Funktion der Drehzahl betrachtet werden. Es ergibt sich in

der Mehrzahl der Versuchsfahrten ein linearer Anstieg.

Ledig-lich bei den höchsten Drehzahlen und manchmal bei den

kleinsten Ruderwinkeln weichen die Versudiskurven schwach

parabelförmig zu kleineren Werten von dem gradlinigen An-stieg ab. Die Kurventendenz der ,,Fritz Horn"-Werte ist mit der des oberen Drehzahlbereichs vergleichbar. Der Vergleich der zugehörigen Drehkreisradien für alle drei Maßstäbe über dem RudcTwinkel (Abb. 2) ergibt in dem

Hartruderwinkel-bereich von 20° bis 45° einen fast linearen Verlauf, wobei die

Neigung der Geraden für alle Maßstäbe praktisch gleich ist. Wohl unterscheiden sich die Ergebnisse der nach back- und steuerbordgerichteten Kreise. Das kleinste Modell weist die geringsten Radienunterschiede zwischen Back- und

Steuer-bord auf, das größere Modell etwas größere und die Fritz

Horn" die größten (Abb. 2 rechts). Das trifft für alle drei be-fahrenen Wasserhöhen zu. Werden die Werte entsprechend den Maßstabsgrößen für ein und denselben Hartruderwinkel nebeneinander abgesetzt, so bestätigt sich die obige Fest-stellung, daß die Mittelung der Radien zwischen Back- und Steuerbordkreisen keine nennenswerten Veränderungen über

dem Maßstabsverhältnis zeitigt. Dagegen nehmen die Differenzen zwischen den Radien beider Drehkreisrichtungen

zum großen Schiff hin parabolisch zu. Das besagt: Der für die

Geradeausfahrt erforderliche Nullansteliwinkel des Ruders ist

beim naturgroßen Schiff größer als beim Modell. Um den

Ursachen dafür auf die Spur zu kommen, ist die turbulente Grenzschichtdicke an den drei verschieden großen

Schiffs-körpern in Abhängigkeit von der Fahrgesthwindigkeit

er-mittelt worden (s. Tabelle 2). Die auf die Ruderhöhe

be-zogene Grenzschichtdicke nimmt mit wachsender

Geschwin-digkeit und mit wachsender Schiffsgröße ab. Der für die drei

Maßstäbe gleiche geschwindigkeitsbezogene Abnahmegradient

fällt in Maßstabs- und Geschwindigkeitsbereiche, in denen oben ein Abweichen vom geradlinigen Anstieg y über n fest-zustellen war. Das stärkere Anwachsen von n gegenüber der Geschwindigkeit bedeutet in der Formulierung des

Propeller-slips

0fl1

_nH

einen zunehmenden Slip. Mit wachsendem Slip nimmt aber der Impuls des achteren Propellerstrahls ab, so daß auch die Wirkung des vom Strahl getroffenen Ruders abnehmen muß. Eine weitere Erklärung liefert die am Modell verhältnismäßig

größere Grenzschichtdicke, die infolge Herabsetzung der Ein-trittsgeschwindigkeit in den Modellpropeller diesen wirksamer

als die Großausführung werden läßt.

4.3 Ruderwirksamkeit

Die in [9] gegebenen Übersichten über die Geometrie bei der Drehkreisfahrt erlauben, in einfacher Weise die

Anström-richtung aro Ort des Ruders zu überprüfen. Die Anströmwinkel

R

_-[(fi)

r496U/mTh ritz Iibr, - 1

M330- -- 5

MZ8Q lo o

Tabelle 2: Turbulente Grenzschichtdicke am Heck

nach H. Schlichting --Ma ¡3sf ab5ej'e lit im Dreh kreis Abb. 2 Z33 g

lo

Geosim -Famille fur /35° Ob st

51

Ma /3 stab 5 (1:1) Re/lO6 Re"5 (l/hpU

rn/s

Fritz Horn' M 1:1

2 31 31,5 0,01175 0,31 4 62 36,18 0,01023 0,27 6 92,8 39,22 0,00945 0,25

M 330 M 1:5

2,77 19,43 0,019 0,5 4 5,54 22,32 0,0166 0,43 6 8,31 24,21 0,0153 0,4

M 480 M 1:10

2 0,98 15,4 0,024 0,63 4 1,96 18,13 0,0204 0,53 6 2,94 19,66 0,0188 0,49 Ruder wirmkL 25° 30° 35° 0' 45/1k

6

R/f()

r3

Hartrudei-winkel 200 3Q0 _/3 ¿QO ¿50 Abb. i

der hier gefahrenen Drehkreisversuthe bewegen sich im

allgemeinen zwischen ± 100. Das positive Vorzeichen gehört

zu einer von

der Drehkrejsaußenseite kommenden

An-strömung, die - wie es die Steuerbordkreise beweisen - zu

einer wirksamen Verkleinerung des Drehkreisdurchmessers

führen. Mit wachsendem Hartruderwinkel und bei Annäherung an die kritische Geschwindigkeit wechselt die Anströmrichtung

zu der Drehkreisinnenseite hinüber und verursacht eine be-trächtliche Zunahme des Kreisdurchmessers. Die Anderung

des Anströrnwinkels beträgt etwa das 0,4-fache der Hartruder-winkeländerung.

Aus Tiefwasserversuchen ergibt sich fur wachsenden

Hart-ruderwinkel eine hyperbelförmige Abnahme des Drehkreis-radius [9]. Die vorliegenden Modellergebnisse auf flachem Wasser zeigen einen fast linearen Abfall (Abb. 2). Die

Groß-versuche mit Fritz Horn" weichen davon besonders bei

kleinen Ruderwinkein zu kleineren Radien ab (Abb. 3). Der

Grund dafür dürfte in dem oben erwähnten Slip des

Pro-pellers und Annäherung an die kritische Geschwindigkeit zu suchen sein. Bei konstanter Drehzahl und konstantem Hart-ruderwinkel von 35° (Abb. 3), bei dem die Abweichungen von der Tiefwasserkurventendenz am geringsten sind, ergibt

sich ein Drehkreisradienverlauf über dem

Wasserhöhenverhält-nis unter Mitberücksichtigung der Tiefwasserwerte bei gleichem Ruderflächenverhältnis mit flach konkavem Verlauf und Minimum für Wasserhöhenverhältnisse W von etwa

HwTg

1,5 bis 1,6. Dieses dürfte die vorherrschende Tendenz sein.

Sie ist bei der vorliegenden Variation des

Wasserhöhenverhält-nisses wegen der Kleinheit der Veränderungen nicht so

deut-lich zu erkennen. Dagegen zeigen die Auswertungen der Fritz Horn"-Versuche in den oben genannten Extremfällen

diese Tendenz in verstärktem Maße für Backbordkreise.

wäh-rend sie bei Steuerbordkreisen nach flach-konvex umschlägt.

4.4 Kursstetigkeit

Aus den Driftwinkeln und Drehkreisradien läßt sich, wie

in [9] gezeigt, in einfacher Weise die Lage des taktischen

PH

-kosf'496Ç,,0,

- 0,026

Drehpunktes errechnen. Die Vielzahl der mit den Modellen

gefahrenen Drehzahlstufen gestattet, die Lageveränderung des taktischen Drehpunktes über der Geschwindigkeit zu verfolgen. Mit wachsender Geschwindigkeit ist eine Rückwanderung

fest-zustellen, die sich aber wellenförmig vollzieht (Abb. 4 oben). Die vorderen und achteren Extremlagen sind bei

zunehmen-dem Hartruderwinkel nicht etwa an eine bestimmte Froudesche

Tiefenzahl gebunden, sondern verschieben sich zu größeren Geschwindigkeiten hin (Abb. 4 unten). Im durchfahrenen

Ge-schwindigkeitsbereich können mehr als eine vordere oder

mehr als eine achtere Extremlage hei einem konstanten

Hart-ruderwinkel vorkommen. Die Froude-Zahl-Intervalle zwischen

zwei gleichgerichteten Extremlagen zeigen in ihrer Größe

auch eine Abhängigkeit vom Wasserhöhenverhältnis (Abb. 5).

Die Erscheinung gibt Auskunft über einen Wechsel in der

Kursstetigkeit und ähnelt in ihrem Rhythmus dem bekannten

Interferieren zwischen Bug- und Heckwellen, das sich in einem

welligen Verlauf des Widerstandsanstiegs auf tiefem Wasser

widerspiegelt. Sucht man die Froude-ZahI-Intervalle zwischen den Buckeln in der Widerstandskurve für den hier gefahrenen

Froude-Zahi-Bereich und fügt ihn vergleichsweise in die

er-wähnte Darstellung Abb. 5 an der zum tiefen Wasser

ge-richteten Abszissenseite ein, so tendieren die Intervallwerte

der taktischen Drehpunktslage zu den Intervallwerten der

Widerstandskurve. Der offensichtlich zwischen beiden

Er-scheinungen bestehende Zusammenhang läßt sich in einfacher

Weise durch das Schiffswellensystem verstehen. So wie für

den Widerstandsverlauf die Interferenz zwischen den achteren Schiffsquerwellen maßgebend ist, wird die Lage des taktischen

Drehpunktes mit gleichem Geschwindigkeitsintervall von der

Interferenz der von Bug und Heck seitlich ausfächernden

Längswellen bestimmt. In früheren Untersuchungen [9, 10] zeigten sich bereits Teilergebnisse, die ein solches Pendeln

des um dic Hochachse frei drehbaren Schiffes vermuten ließen.

Die Kursstetigkeit eines Schiffes wechselt also offensichtlich

mit veränderter Geschwindigkeit im Drehkreis. Da heim Ein-leiten eines Drehkreises die Geschwindigkeit infolge

zu-nehmenden Driftwinkels abnimmt, ist also bereits mit jeder

t

q1 2 Maxima

V5 Tm/si 4

der

vorderen-und achteren - --- Lage

2

3v5[m/si-Schiffsgeschwindigkeit im Drehkreis St euerbord-Kreis'e M480 (o<40 ) Hw200mm Abb. 4

//

/' T

I

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2 //_J(J c' -.----.

5

SescNff H Shiba L72H.c TF 1 .OQ2#O.O2ø5

Ti

2

I

M8O

lo

Lage des taktischen Drehpunktes bei der Geschwindigkeit I Drehkreisfahrt abhängig von

Drehkreiseinleitung eine schwankende Kursstetigkeit ver-knüpft, die vermutlich erst in den Anfangsphasen des end-gültigen Kreises ausklingt. Aber auch bei geringfügigen Ab-weid-iungen vom geradlinigen Kurs müßte demnach je nach

eingehaltener Geschwindigkeit, d. h. je nach

Phasen-verschiebung, zwischen Bug- und Heckwellen eine

unter-schiedliche Kursstetigkeit meßbar sein. Diese sich zwanglos ergebende Folgerung kann das Kursverhalten auch von ge-radeausfabrenclen Schiffen weiter klären helfen. In [12] war

bereits in der Geradeausfahrt im Bereich der

Stauwellen-geschwindigkeit ein zum übrigen Geschwindigkeitsbereich umgekehrtes Gierverhalten registriert worden. Nach den in [13] wiedergegebenen Beobachtungen der sogenannten

vor-laufenden Welle verlagert sie sich lin fraglichen Geschwindig-keitsbereich gerade zwischen Bug und Heck relativ zum Schiff

nach rückwärts. Es wäre also sehr gut denkbar, daß durch

-0,025,_, [2 QQS )OLQQ7

r

Q.5Q04 ç) Q03 - 0,02 0,2 QQS c105 Qol 15 i/cssserhöhrr ;"erhá/tni

Abb. 5: Gesthwindigkeitsintervalt 4 fir zwei benachbarte max. vordere bzw. achtere Lagen des taktischen Drehpunktes über dens Wasserhöheneerhältnis (vergleichsweise A für

Widerstandsbuckel auf tief esn Wasser)

ihre

liberlagerung die ohne sie

bestehende Interferenz

zwischen Bug- und Heckwelle wirkungsmäßig aufgehoben

und vielleicht sogar umgekehrt wird. Der Einfluß auf die

Kursstetigkeit durch die Interferenz der ausfächernden Bug-und Heckwellen bei der Geradeausfahrt dürfte besonders bei

schnelleren Fahrzeugen spürbar sein, weil sich erst bei

Froude-Zihlen (der Länge) ab 0,33 eine Berührung und Verflechtung beider schräg verlaufenden Wellensysteme abzeichnet.

330

:5

M4&0 :10

5.0 Zusammenfassung

Die vorliegenden auf flachem Wasser durchgeführten Ver-suche mit einer Geosim-Schiffs- bzw. Modeilfamilie haben herrschende Maßstabseffekte heim Fahren von Drehkreisen

geklärt und über den beabsichtigten Rahmen hinaus

-auch solche bei der Geradeausfahrt für den Widerstands- und Leistungsanstieg erkennen lassen.

Die Größe der zwischen Back- und Steuerbordkreisen

ge-nittelten Radien blieb bei den hier vorliegenden

Verhält-nissen praktisch unabhängig vom Maßstab. Es sind bisher noch unbekannte Auswirkungen der Interferenz zwischen Bug- und I-leckwellen auf die Kursstetigkeit nachgewiesen

worden. Als eine der Ursachen für die hier beobachteten

Maß-stabseffekte kann mit großer Wahrscheinlichkeit die

Ver-änderung der Welleneigengeschwindigkeit auf verschieden flachem Wasser angesehen werden. Diese erstmalig heraus-gestellten Beobachtungen sollten zwecks Vervollständigung

der hier gewonnenen Erkenntnisse durch weitere

Unter-suchungen ergänzt werden.

Für die Mitwirkung an den Versuchen und der

Versuchs-auswertung dankt der Verfasser Herrn Dipl-Ing. Dieter Spruth.

6.0 Schrifttum

[1 J Bindel, S. Diskussion zu Shiba, H., siehe [7J

Graft, W.; Miller, E. Mal3stabversucte mit einer Sclilepperform in beschränktem Flachwasserquerschnitt. Schiff und Hafen 12/1964

Helm, K. Die Zuverlässigkeit der Dbertragborkeit von Modell.

versuchen auf dos Schiff in der Binnenschiffahrt. Schiff und Hafen 7/1954

4] Norrbin, N. H. Circle Tests with a radia coritroled model of a cargo liner. Göteborg Nr, 53/1963

J 5] Schäle, E.; Sturtzel, W.; Dittberner, A. Forschungsschiff Fritz

Horn", dos schwimmende Laboratorium fir schiffstechnische Groß'

versuche der Versuchuanstalt für Binnenschiffbau e. V., Duisburg.

FB 1244/1964')

[6 Schäle, E. Das Forschungsschiff Fritz Horn" - 2 Jahre im Einsatz.

Schiff und Hafen 1/1964

7] Shiba, H. Model Experiments of the nianoeuvrebility and turning

of ships. Rep. 1461 DTMB

Sturtzel, W.; Helm, K.; Schäle, E. Versuche mit unimantelten Schraubenprapellern zur Ermittlung der Maßstab.Kennzahl.

FR 81511959']

Der Verfasser in

Ein experimenteller Beitrag zu Drehkreisnianövern von Schiffen

auf flachem und tiefem Wasser.

Schiff und Hafen 11 und 12/1963 und 1/1964

Einfluß der Hinterschiffsform auf das Manövrieren von Schiffen out flachem Wasser FR 476/1958*)

Untersuchungen über den Einfluß der Hauptspantform auf das Dreh. kreisverholten von Flachwasserschiffen. Schiffstechnik 28/1958

J12J Einfluß cies Wellenbildes auf das Drehkreisverhalten von Flach.

wasserschiffen bei größeren Geschwindigkeiten. FB 774/1959') [13] Die Abhängigkeit des Schiffswiderstandes von flochwasserbedingten

Umströmungs. und Wasserspiegelveränderungen. Schiff und Hafen 6/1966

= Foruchungsberichte des Landes Nordrhein.Westfalen,

West-deutscher Verlag, Oploden