Systematische modelluntersuchung von kleinen und mittleren binnenfahrgastschiffen

D r . - I n g . H. Heuser

Systematische Modeüuntersuchung

von kleinen und mittieren Binnenfahrgastschiffen

D i e V e r s u c h s a n s t a l t für Binnenscfiiffbau e. V., Duisburg,

hat s o e b e n die Ergebnisse des ersten Teils einer um-f a n g r e i c h e n Modellversuchsreihe mit Fahrgastschium-fum-fen z w i s c h e n 20 m und 60 m Lange vorgelegt. Das mehrjahrige F o r s c h u n g s v o r h a b e n , das die V B D im A u f t r a g des Lan-d e s N o r Lan-d r h e i n - W e s t f a l e n — LanLan-dosamt für Forschung — d u r c h f ü h r t , umfalit insgesamt 3 Teile, die sich aiie mit B i n n e n s c h i f f e n der genannten GröOen befassen, und zwar Teil I

Fahrgastschiffe als Einkörperschiffe (fertiggestellt)

Teil II

TeÜ II!

Fracht- und Fahrgastschiffe als Zweikörperschif-fe ( K A T A M A R A N E )

(Dieser Abschnitt ist zur Z e i t in Bearbeitung) Frachtschiffe als Einkörperschiffe

( w i r d vorbereitet)

Für d e n Entwurf solcher Fahrzeuge zum Einsatz auf fla-chem W a s s e r liegen bisher systematische Arbeitsunter-l a g e n überhaupt nicht und die Ergebnisse von ModeArbeitsunter-lArbeitsunter-l- Modell-v e r s u c h e n nur Modell-vereinzelt Modell-vor.

Aniage f -L. 'AuscieiïJhrl? FLUSSFAHRCASTSCHJFFEJ... ' m i l Spiecelheck . [- ---j .-.•fj:...;....! .^.xHojptHennaaien ^L.-i-i-i-p" ' Aniage 2 Modellserie EINKÖRPER -FAHRGASrSCHlFFF mil Spiegelheck Owéhile HauptkenndQten

Q) (i) &) é é

20 30 <0 50 CO 70 m l-WL

Eine besondere Bedeutung hat der Einsatz von S c h i f f e n der untersuchten A b m e s s u n g s n für die E n t w i c k l u n g s l a n d e r mit ihren gröOtenteils unreguiierten und vielfach s e h r f l a -chen Gewassern.

Aber auch in Deutschland ist d e r W u n s c h , die v o r h a n d e n e Lücke an Entwurfsimterlagen für die H o u p t a b m e s s u n g c n , die Formgebung und den A n t r i e h solcher Fahrzeuge zu schliel3en, in den letzten Jahren immer d r i n g e n d e r g e w o r den. Die zu e r w a r t e n d e n A n f r a g e n k ö n n e n n u n m e h r z u -vorlassig und kurzfristig b e a n t w o r t e t w e r d e n .

Zur Erfassung realistischer S c h i f f s a b m e s s u n g e n f ü r d i e Modellfamilie erfolgte zunachst eine Sichtung der w i c h tigs;on K o n s t r u k t i o n s d a t e n und K e n n w e r t e v o n a u s g e -führton Fahrgastschiffen der in Betracht k o n i m e n d e n GröOe, die auf dem Rhcin und seinen N o b e n f l ü s s e n M a i n , Nec!<ar und Mosel v e r k e h r e n .

Das dazu aufgestelke D i a g r a m m A n i a g e 1 zeigt die W e r t e

Tiefgang T L é n g e n - B r c i t e n - V e r h a l t n i s t-\vi7B\vL ' B r e i t e n - T i e f g a n g s - V e r h a l t n i s Bwu/T L ö n g e n s c h a r f e g r a d U v i / V ' " * V B l o c k k o e f f i z i e n t bez. a. W L Ö = " ~ ~ L\vi, • B\vi. • I ( • V = W a s s s r v e r d r a n g u n g in m'.)

els s t a t i s t i s c h e A u f t r a g u n g uber d e r Schiffslange in d e r W a s s e r l i n i e , Lwi..

D a s D i a g r a m m enthalt auch die entsprechenden Daten v o n F a h r g a s t s c h i f f e n mit einer Lange von mehr als 60 m, um zu z e i g e n , d a 6 der ü b e r g a n g zu den groBeren Schif-fen In d e n w i c h t i g s t e n V e r h a l t n i s w e r t e n kontinuierlich er-f o l g t . D a h e r w i r d eine Extrapolation der im Lauer-fe dieser U n t e r s u c h u n g e n g e f u n d e n e n Ergebnisse auf Schiffe mit gröOerer Lange — etwa bis zu L ^ - L = 75 m — zulassig s e i n .

A u f d e r G r u n d l a g e d e r A n i a g e 1 w u r d e n die Daten v o n 10 S c h i f f e n f ü r das V e r s u c h s p r o g r a m m festgelegt. S i e h a b e n als k o n s t a n t e n , gemelnsamen W e r t den

T i e f g a n g T = 1,10 m.

.e ü b r i g e n K e n n d a t e n u n d Verhaltniswerte sind in Aniage 2 a u f g e t r a g e n .

D i e W a h l v e r s c h i e d e n e r W a s s e r v e r d r a n g u n g e n bei glei-c h e n W e r t e n v o n Breite und Tiefgang führt zu einer V a r i a t i o n d e s V e r h a l t n i s w e r t e s

B l o c k k o e f f i z i e n t 0.4 < 6 < 0,6 U n t e r H i n z u n a h m e d e r v e r s c h i e d e n e n W a s s e r l i n i e n l a n g e n e r g e b e n sich die Bereiche v o n

L f i n g e n s c h a r f e g r a d QQ ^ — — < 9,3 L ë n g e n - B r e i t e n - V e r h a l t n i s 4,7 < L \ V L / B \ V L ^ 8,4 B r e i t e n - T i e f g a n g s - V e r h a l t n i s 3.85 < B ^ n / T < 6,5 ModeHserie Einkörper-Fahrgastschiffe Maden-Nu: i85 l^^lM<Om, £= 0.50 Aniage 3

S a m t l i c h e untersuchten Fahrzeuge haben ein Spiegelheck mit e i n e r Eintauchung d e r Spiegelunterkante in Ruhelage Ts = 0,10 m.

A b b . 3 z e i g t den typischen SpantenriQ sowie die Konturen des V o r u n d A c h t e r s c h i f f e s eines Fahrzeuges d e r M o -d e l l f a m i l i e .

A l s g r u n d l e g e n d w u r d e für alle M o d e l l e d e r V o r t r i e b durch eine

S c h r a u b e n p r o p e l l e r - D o p p e l a n l a g e

g e w a h l t . T a b e l l e A n i a g e 4 enthalt die angenommenen N e n n l e i s t u n g c n und die gewahlten Propellcrdurchmesser. A l i e U n t e r s u c h u n g e n w u r d e n über emen g r o 6 c n Bereich u n t e r h a l b u n d oberhalb d e r j e w e i l i g e n Nennleistung aus-g e d e h n t . Schiffi-Unge m a n g c n o m -mene Leistung PSo z u g c h ö r i g e W e l l e n -leistung W P S Propeller- dureli-messer m S p c z i f i s c h e L e i s t u n g s -b c l a s t u n g W P S / 5 F,. 2 0 2 X 150 285 0,75 323 30 2 X 200 380

o,so

299 4 0 2 X 250 475 1.00 302 50 2 X 300 570 1.10 298 60 2 X 350 665 1,15 320 5 F, = Summe d e r P r o p e l l e r k r e i s f l a c h e n Aniage 4 Schiffs-lange m ö 1 P Af 1 SRP t r i e b dui 2 SRP ch 1 V S P 2 V S P 20 20 20 0,40 X X X 40 40 0,60 X X 60 0,60 X P = N o m i a l p r o p e l l e r SRP = Schottel-Ruderpropeller VSP = V o i t h - S c h n e i d e r - P r o p e l l e r Aniage 5

Einige der Modelle w u r d e n erganzend mit a n d e r e n A n -triebsorganen untersucht (Tabelle A n i a g e 5).

Der Umfang der Modellversuche erstreckt sich auf W i derstands und Propulsionsmessungen bei d e n W a s s e r -tiefen h = 2,5 m und 5,0 m.

Die MeDergebnisse umfassen:

Widerstand, T r i m m , A b s e n k u n g im g e s c h l e p p t e n Z u s t a n d ;

Drehmoment und Drehzahl d e r P r o p e l l e r w e l l e n , Propellerschub, Trimm, A b s e n k u n g im s e l b s t a n g e t r i e -benen Z u s t a n d .

Sie geben die Möglichkeit. auBer d e m Bedarf an S c h l e p p -leistung (EPS), Propellerwellen-leistung ( W P S ) und dem daraus resultierenden G e s a m t w i r k u n g s g r a d auch die effektiven S o g - und Nachstromziffern rechnerisch zu er-mrtteln.

Darüber hinaus wurden Fotoaufnahmen des W e l l e n b i l d e s der Modelle angefertigt, die für alle G r u n d m o d e l l e bei der Fahrgeschwindigkeit

Vs = 0,8 • Vk,u = 0,8 K g ~ h voriiegen.

Der genannte Prozentsatz d e r S t a u w e l l e n g e s c h w i n d i g k e i t V(;,ii entspricht den A b s o l u t g e s c h w i n d i g k e i t e n :

Wassertiefe h = 5,00 m — 0,8 / g • h = 20,15 k m / h Wassertiefe h = 2,50 m — 0,3 V g • h = 14.25 k m / h Diese V.s-Werte liegen am Beginn des steilen A n s t i e g s der FlachwasserWiderstands bzw. W e l l e n l e i s l u n g s k u r -ven und damit in der Nahe d e r zu w a h l e n d e n N e n n l e i s t u n g . Weiterhin w u r d e n für alle G r u n d m o d e l l e die W o r t e d e r Gesamtwirkungsgrade = E P S / W P S g e r e c h n e t .

Kleine und mittploroOe FAHRGAF^T^miFFT

Einkörpefsdiifre

ojoj

Wassertiefe h^S.Om. [^V,o,/^ ^25

OM-I? 0.25. 0,20. A n i a g e 6 6 W i c h t i g s t e r A n w e n d u n g s p u n k t d e r voriiegenden A r b e i t ist d i e B e r e i t s t e l l u n g v o n Ünteriagen für den Schiffsentv/urf i n H a u p t a b m e s s u n g e n , Formgebung und A n t r i e b .

D e r B e a r b e i t e r fiat daher zunachst versucht. die Ergebniss e v o n W i d e r Ergebniss t a n d und LeiErgebnisstungErgebnissbedarf für aüe G r u n d -m o d e l l e ( Z w e i s c h r a u b e r -mit N o r -m a l p r o p e l l e r n ) syste-ma- systema-tisch zu o r d n e n und in Form a i m e n s i o n s l o s e r Kennwerte g e m e i n s a m aufzutragen. A n i a g e n 6 und 7 zeigen ie ein B e i s p i e l für h = 5,00 m.

D i e A r t d e r D a r s t e l l u n g erwies sich nach mehrercn ande-ren A n s a t z e n als die günstigste im Sinne der systemati-s c h e n Erfasystemati-ssystemati-sung d e r gesystemati-samten Modellfamilie.

D i e D i a g r a m m e sind so abgegrenzt, daO nur unteri<ritische F l a c h w a s s e r g e s c h w i n d i g k e i t e n V < 0,9 ) / g • h erfaOt w e r d e n .

Z u m i n d e s t bei Berechnungen für die Wassertiefe h = 5,0 m ist das Einsetzen eines v o n den Versuchen a b w e i - • c h e n d e n Tiefgangs, etA-a im Bereich h/T = 4,0 ./. 5,0. für E n t w u r f s v o r a u s s a g e n zulassig.

G e n e r e n ist bei d e r Benutzung der Arbeitsdiagramme nach f o l g e n d e m Schema v o r z u g e h e n :

a) P r ü f u n g . ob der erforderliche oder zulassige Tiefgang lm G ü l t i g k e i t s b e r e i c h (0,95 m < T < 1,20 m) liegt. b) E r m i t t l u n g der H a u p t k e n n d a t e n L/B; B/T; L/V''-; 6; und

V e r g l e i c h mit den A n g a b e n in Aniage 2 über die ent-s p r e c h e n d e n W e r t e der Verent-suchent-smodelle bei d e r ge-w ë h l t e n S c h i f f s l a n g e . Die A b ge-w e i c h u n g e n v o n den zu-482

gehörigen M o d e l l k o e f f i z i e n t e n sollen + 5 o/„ Hm i_/rf

und L/yV.. ± ,o«/« bei B/T und 6 nichrüberschïe, S ' '

Beispiel Lw,, = 45 m Bereich f ü r L/B B/T L / V / ' fi 7.05 — 7 , 8 5 4,95 — 6 , 0 5 7.95 — 8 . 8 5 0,470 — 0,570 C) Berechnung der gesuchten W e r t e . Falls L ^ , genjch^"

1st. Nachkontrolle d e r Einhaltung d e r Gültigkeitsgreti.-d) W e n n nur W „ „ / V ermittelt w e r d e n kann, sind d i s An' sètze für Sog und Nachstrom aus den Diagrammcn-tur diejenigen M o d e l l e zu e n t n e h m e n , die dem Proi-^kf nach T a n g e und B l o c k k o e f f i z i e n t am nachsten konT-¬ men.

Selbstverstandlich ist es aus Platzgründen nicht möglich' an dieser Stelle auch nur einen kleinen Ausschnitt der' Versuchsresultate w i e d e r z u g e b e n . D e r Abschlu(3bcricht zum bisher fertiggestellten 1. Teil des F o r s c h u n g s v o r h a -bens ist in zwei Einzelbanden zusammenaefal3t. H e f t I enthalt den Text mit einigen Rechenbeispïelen und detr Fotoaufnahmen. Heft 2 umfaBt die S p a n t r i s s e d e r u n t e r -suchten Modelle, alle V e r s u c h s d i a g r a m m e und d i e Ar-beilsunterlagen. Auf W u n s c h k ö n n e n die beiden H e f t e g e ^ rneinsam oder einzein gegen Erstattung der S e l b s t k o s f t s r für das Kopiëren und Binden v o n d e r Versuchsanstalt" bezogen w e r d e n .

Aniage 7

O.iO]

0.35}

Kleine und mittPlarone FAHRGASTSmrnR^

Einkörperschiffe Wassertiefe h = 50 m 0,30J 0,25J 020. 10