Einflusz eines progressiven ruderausschlags auf das drehkreisverhalten von flachwasser schiffen

'I

r

_{Ehillul3 eines progressivem}

_{uderaussch1asi}

auf as Drehkreisverhallen vom Flachwasser-

Schiffen*)

Von H. Sthmidt-Stiebitz und M. Mühlbradt, Duisburg

(7 Mitteilung der Versuchsanstalt für Binnensthiffbau, Duisburg, Institut an der Technischen Hochschule Aachen 1.0 Einführung

Die zunehmende Verkehrsdichte und

Verkehrsgeschwindig-keit auf den Binnenwasserstraßen zwingt, nach verbesserten Manövriereigenschaften der Wasserfahrzeuge zu trachten. Es ist daher äußerst wichtig, Mittel zu finden, die der bekannten

Erscheinung der Vergrößerung des Drehkreisradius auf

flacher werdendem Wasser begegnen. Eine solche Möglichkeit

schien auch in einer veränderten Ruderlegezeit zu bestehen. Aus der Zunahme des örtlichen Driftwinkels vom Bug bis zum Heck eines Schiffes ergibt sich, daß der tatsächliche An-strömwinkel des Ruders sehr weit unter dem Winkel liegt,

bei dem sich die Stromlinien vom Ruderprofil ablösen. Bei der von F. Horn entwickelten rechnerischen Methode

[1, 2 bereitet die erforderliche Genauigkeit zur Bestimmung

der großen Zahl einzuführender konstanter Werte Schwierig-keiten und könnte quantitative Aussagen beeinträchtigen.

Es wurde daher versuchsmäßig das Ziel verfolgt, beim

Ein-schwenken in den Drehkreis durch progressive Steigerung der

Ruderlegegeschwindigkeit eine weitgehende Annäherung des

jeweiligen Ruderanströmwinkels an den obengenannten

Grenzwinkel zu erreichen.

Außer den erzielten Verbesserungen im Drehkreisradius

und Driftwinkel konnte noch der Verlauf der Ruderquerkräfte,

der Winkelgeschwindigkeit sowie der Schiffsgeschwindigkeit während des ganzen Manövers ermittelt werden.

Der Deutschen Forschungsgemeinschaft sei für die Bereit-stellung der erforderlichen Mittel gedankt.

2.0 Übersicht über die Versuche

Die Drehkreise wurden auf drei Wasserhöhen mit drei ver-schiedenen Ruderwinkein und je drei Ruderlegezeiten ge-fahren. Die untersuchten Wasserhöhen wurden so gewählt, daß sie mit dem konstant gehaltenen Tiefgang die

inter-essanten Flachwasserverhältnjsse mit schon früher

be-obachteten Extremwerten für Drehkreisradius und Driftwjnkel umfaf3ten [3], [4]. Turbulenzerzeuger Propeller: (1 mm 89 R D HID Fa/F z

720

Sthif f und Hafen, Heft 8/1964, 16. Jahrgang

Perlonfaden an Spt. 8,5 und Spt. 9,5)

= 120 mm

= 0,85

= 0,56

= 4

Die Modell-Propeller- und Versuchsdaten sind anschließend aufgeführt.

3.0 Durchführung der Versuche

Die Versuche wurden mit Hilfe eines im Manövrierbecken (25x25 m) der VBD rundlaufenden Meßwagens an einem

Modell des Typs ,.Custav Koenigs" durchgeführt. Das Modell

war aus Kunststoff gefertigt worden, um infolge der damit

verbundenen leichten Bauweise die erforderlichen Geräte

ein-schließlich der Energiequellen bei dem vorgesehenen Tief-gang aufnehmen zu können.

Die fahr- und meßtethnisthen Kommando wurden auf drabtiosem Wege übertragen,

so daß eine von äußeren

Kräften völlig unbeeinfiußte Freifahrt des Modells garantiert

war.

Der Antrieb des Propellers erfolgte ohne Getriebe

unmittel-bar durch einen 24-V-Elektromotor, dessen Drehzahl mit einem Sdìiebewiderstand vor Antritt einer jeden Versuchs-fahrt neu eingestellt wurde.

Die gesamte Querkraft der durch ein Joch verbundenen

drei Ruder wurde mit einem für instationäre Rudermessungen

neu entwickelten und voll erprobten Indoktivgebergerät ge-messen (Abb. 2).

Dieses Gerät war für die

gleichzeitige

Messung der Rudermomente vorgesehen, aber zur Zeit der hier beschriebenen Versuche nur für die Querkraftmessung funktionsreif, so daß die ini Antrag geplante

Momenten-messung leider fallengelassen werden mußte.

Ein empfindliches elektrisches Schreibgerät

(Sefram-schreiber) an Bord zeichnete die über einen Verstärker ge-leiteten Meßwerte auf.

An der Ruciermaschmne konnten mittels eines Widerstandes

zwei Ruderlegezeiten für jeden Ruderwinkel eingestellt

werden. Eine dritte Möglichkeit mit theoretisch an Null gehender Zeit (T1 0) wurde durch eine

Kìemmfallen-vorrichtung erreicht.

Professor DipI.-In. W. Sturtzel, dem Leiter der Versuchsansta?' für Binnenschpffbau, Duisburg, danken die Verfasser für Rat und Hilfe

bei den Untersuchungen.

f Wasserhöhen in mm Ruderwinkel in < ° Buderlegezeiten in sec Propellerdrehzahlen n in U/mm ßR T1 = = 30 0,1 2,6 5,0 240 40 0,2 3,6 6,3 1250 50 0,2 4,2 7,2 30 0,1 2,7 4,9 400 40 0,2 3,4 6,2 850 1250 50 0,2 4,3 7,6 30 0,1 2,8 5,0 540 40 0,2 3,6 6,4 1250 50 0,2 4,3 7,3 Modellmaßstab

_{a =}

12,5

Modell 298 Typ GUSTAV KOENICS." (Abb. 1)

L55 5360 mm L\VL = 3320 mm

B= 652,4

mm

T= 160

mm

V= 481,3

dm (5 = 0,865

Anhänge: _{Dreifliichenruder (Abb. 1)}

FR = 319,4 cm2

i/h ₌ 0,800

A ₌ 1,285

r

Gustav ¿(oentgs ¿wL-&SOra S'-876m 7k-200m V_90,,1?

'

'___I1

WL2O. WL 150 MS. M 298 Ruderenørdrtjng Abb. i ¡ Mttelrudep F- 1,010 .2 2Se,la,,ruda, F-398Q,r/'

Der Zeitpunkt des Ruderlegens und das Erreichen der Hartruderlage wurden bei jedem Versuch auf dem

Sefram-schrieb automatisch aufgezeichnet; weitere Meßgrößen

lieferten Propellerdrehzahl und sekundlicher Zeitkontakt. Um Ort, Kurs- und Driftwinkel des Modells in jedem

Augenblick des Versuchs sehr genau zu erfassen, mußte hier auf die bisher verwendeten Peilverfahren verzichtet werden.

Es wurde deswegen eine fotografische Methode bevorzugt. Da

die Hallenhöhe in Verbindung mit einem Weitwinkelobjektiv

nicht ausreichte, den vollen Drehkreis zu erfassen, wurde eine

radiale Meterskala am Fahrarm des Rundlaufs von unten aus dem Modell laufend bildlich festgehalten.

Die Fotoauslösung an der Robot-Registrierkamera wurde in Abständen von 7,2° (bzw. 14,4°) Rundlaufwinkel durch Signale

des Senders gesteuert. Die Geschwindigkeit des Fahrarms konnte so geregelt werden, daß er sich immer über dem

Modell befand.

Um die gerade Anfahrstrecke bis zum Ruderlegen zu ver-größern, wurde eine Startstellung gewählt, bei der das Modell mit dem Vorsteven an der Einmündung des Seitenkanals in das Manövrierbecken lag. Nach dem Erreichen etwa kon-stanter Geradeausgeschwindigkeit wurde dem Modell vom Fahrarm das Ruderlegesignal drahtlos übermittelt. Daraufhin fuhr das Modell in Backbordkreisen um die in der Mitte des Manövrierbeckens befindliche Säule herum. Nach Abschluß eines Versuchs wurde es ebenfalls über Funk in seine

Start-stellung geleitet, so daß eine Rückführung durch

Bedienungs-personal und damit eine Beunruhigung des Wasserspiegels

vermieden wurde.

4.0 Ergebnisse 4.1 Das Einschwenken in den Drehkreis

V'n der Auswertung der zahlreichen Fotoaufnahmen und

Seframschriehe seien hier nur die Abbildungen S bis 7

wieder-gegeben. Die Auftragungen, ähnlich wie in [5], [6], 'bringen den zeitlichen Ablauf von Drehkreisradius (RI1), Driftwinkel

(a).Winkelgesthwindigkeit und als Kontrolle v/R örtl.),

Steve,,

Geschwindigkeit (y) und Querkraft (Q) vom Augenblick des

Ruderlegens (t1 = 0).

Einige Streuwerte scheinen auf Wellenrefiektion an Tank-wand und Mittelsäule hinzudeuten. Demgegenüber sind die leichten Pendelungen aller Meßwerte im Ablauf einer Dreh-kreisfahrt wie das Verhalten des Trägheitsellipsoids eines

starren Körpers nach Anstoß um eine beliebige Achse zu werten. Besonders fällt cias Pendeln des Driftwinkels bei

F!athwasserelnlli,i13 f, wie es sç1ssn (rüber ,eobachtet und ai Syinpom der Energieurnsetzung in der Schiffsumströmung erklärt wurde [5].

Die Drehkreiseinleitung kann für die drei untersuchten

Wasserhöhen in gleicher Weise beschrieben werden: Vom Augenblick des Ruderlegens bis zum Erreichen der Hartlage und darüber hinaus verändern sich die einzelnen Meßgrößen in unterschiedlichem Maße.

Querkraft und Modellgeschwindigkeit steigen bis etwa zur Hartlage gleichzeitig an. Das Querkraftmaximum stellt sich bei Hartruderlage noch nicht ein, sondern liegt um Vs der für das Ruderlegen benötigten Zeit später. Zu diesem Zeitpunkt sind Driftwinkel und Winkelgeschwindigkeit noch sehr klein, der Drehkreisradius noch sehr groß. Aus früheren Unter-suchungen [7], [8] ist bekannt, daß cias Modell im selben Augenblick mit dem Uberwassersdiiff nach der

Kurven-nenseite krängt, weil der Angriffspunkt der nach außen ge-richteten Ruderkraft unterhalb des Sthiffsschwerpunkts liegt. Danach kommt cias Kräftepaar aus Massenkraft und

\Vidcr-Ruderquerkroftmeßeinrichtung.

H-Se,ten,uder A,,/Ye,',hout

L

Schoil V Tun,,eI _LJ Mitt&rudar Gummidichtuhg A ullen/,au t Sed enruder Abb. 2

1,0 0,9 0.8 0,7 8,9 za 6,0 5,0 0,72 ojo 008 13 12 1,7 7,0 0,9 0,8 0.7 50 so ¿0 2.0 0.72 0.70 0.08 o 1,5 7.' o 20 20 20 'o Abb. 3 0 5° 50 0 Abb. 4 6 80 80 60 12

'j

10 09 08 0,7 0.5 0,5 5.0 ¿.0 3,0 2,0 010 0.08 0.06 00 ¿5 IA ¿3 7,2 7,1 1,0 10,0 9,0 «o 7,0 6,0 5,0 ,0 0)6 0) 0,72 0,70 0.08 0,05 2,9 75 7,9 0.5 o 20 20 20 0 Abb. 5 'o 'o Abb. 6 50 60 60

I

.4 4 90 80 80 '02 -o -0.25

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i\\ n 950U1min. J.. i-.' -, -e.--. _, ,n

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-n 725O 0/min. H.O0mm Tp,49s 0e in '9 -. --'n., 'O

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!jn7/s R p. / -- h, ' 'J s,-, , 'Y' Q in Kg in R L -30 0e -20 -0 r '7,0 '0,6' -0, - 0,2 tinY/s O ii, Tp n 'n9500/rnin H'00mm o a2 s in '1 . . S ' S s Vin rn/s ' Kg 80 50 20 60 20

z' 1.2 z? za Abb. 8 Abb. 9

stand in umgekehrter Richtung zur Wirkung und läßt das Schiff etwa um den doppelten Betrag nach der Kurvenaußen-seite krïngen.

Die fotografisch ennittelten Drehkreiseinleitungsbahnen

enthalten den Einfluß der Krängung und weisen deswegen

teilweise eine ganz leichte Schiangenlinie auf (Abb. 8 bis 10).

Abb. lo

Sthiff und Hafen, lieft 8/1964, 16. Jahrgang

723

30

;

0 -1,5 p Q z, n -1250 0/min. HSOmm Tft"01S in

V

¿-'ini. n.'.--. r . s Vin rn/s A

-;

n in Kg 1pin g 20 0 60 80 Abb. 7 0r,hzohI n s850 0/n,in "r," 1g .760 ,',n, Pndnrl.g.z&'Z6 s 20 60 80 50 7.0 5.0 50 0.15 0.73 0.71 '09 0.07 2.5 2.0 1.5 1.0 0,5 o

10 Op =5 O 0 /Yp=3O° ¿00 5Q0 _Tp_0.7 0.2 02s --1-2.8 3.6 (3 s TR-SO SA 73 s 200 l50 $00 80 O

Ruderans tr Om winkel

Ourchloutener Kcjrsr.'iokel bis rum Erreichen des s$aionarer, Drehkreiszustandes 2 Q in Kg Abb. 12 /4l7,=1.5 M,,! T3n3.375 -flR=SO° 0 Mw! 7go25 =flp u300 Op., 500 6 n=72S0 U/mi,,. TR "0 o Q in Kg 4 UP.,400 TR in s 0R =20

Hw/Tq 3375 nrI250 U/rn in. Up-SO° ii,.Áfl.L_ OR,300 1.7 7,5 1.3 il 07 0$ 03 ¿0 30 20 10

Ruderquerkräfte im Drehkreis

1.5 -3 O in Kg 2 0R'30° ¿00 500 -TR2.8 3.5 4.3 TR 0.7 02 Q2s TR5.0 5.4 73 5 H..,.,! lj.-2.5 n =850 U/mit,. H/T9.3.375 n .1250 UI min. n .I2SOUImin. n =1250 U/rn/n. Abb. 13 Abb. 14

Drehkreis radius im Drehkreis

Drift winkel im Drehkreis

Q in Kg

.3 ir, Tg=lSOmrn nr7250 U/mitt

H.,.,! Tg= S 0R" H!Tg=2S(nr850U/min. 0R 300 R 0R 0°

---->flp=30°--

_0

_/Ip=40°

---n50.

--

--Tpn S 3 O inK2 /4/T2-2.5 nr1250 U/mi,,. 2 Op = 500 0 2 4

',ns

in -_,)0po400 Op =30° !lp.5O° Op.,4O0 -Op.,300 Tp ino '.7 40 Abb. 11

Ruderquerkräfte im Drehkreis

O 30 40 50 60 nrESQ U/mitt Hw/7, -2.5 0.9 Op.,50 ° 50 50 s ----M.,! Tgo2.375 2 ¿ HlT9=1.5 --H.,.,IT9=2$ 2 &

Voiì diesem Einfluß abgesehen, war die von Großversuchen her bekannte kurvenfeindlithe Schwerpunktsauswanderung

im Modellversuch nicht feststellbar.

Die ziemlich steile Abnahme der Querkraft nach Be-endigung des Ruderlegens fällt zeitlich etwa mit der des Drehkreisradius und der Geschwindigkeit zusammen,

wäh-renddessen Driftwinkel und Winkelgeschwindigkeit

zu-nehmen. Sobald Querkraft und Drehkreisradius gleichzeitig auf ihre Stationärwerte abgefallen sind, erreicht die

Winkel-geschwindigkeit ihr Maximum, der Drehkreisradius sein

Minimum, Der Driftwinkel steigt im allgemeinen noch leicht an. Ein stationärer Zustand der Fahrgeschwindigkeit te1lt

sich erst etwas später ein.

Der Einschwenkvorgang in den Drehkreis ist beendet, wenn auch die letzte Meßgröße ihren gleichbleibenden End-wert erreicht hat. Nach Abb. 11 ist das, je nach Ruderwinkel, Wasserhöhe und Drehzahl, erst nach 9ß0 hisl8O° der Fall. Hierbei gilt, je größer der Drehkreisradius, desto eher stellt sidi der stationäre Zustand ein.

4.2 Die Ruderlegezeit

Bekanntlich wird ein Ruder, das mit dem Anstellwinkel Null im Schraubenstrahl eines rechtsgängigen Propellers

liegt, vorwiegend an der Steuerbordseite unten und an der Backbordseite oben beaufschlagt. Während an diesen Stellen das Wasser verhältnismäßig glatt abfließt, tritt an den vom Sdìraul)enstrahl kaum getroffenen Ruderteilen (Steuerbord oben und Backbord unten) eine leichte Wirbelbildung auf.

Wird das Ruder nun

z. B. nach Backbord gelegt,

ver-schwindet auf der Druckseite Backbord unten die Wirbel-bildung, weil der erhöhte Drud eine Umströmung der Ruder-unterkante von der Saugseite her unterbindet; an der Saug-seite Steuerbord oben verstärkt sich die Wirbelbildung wegen der zunehmenden Umströmung der Ruderoberkante durch er-höhten Druck in Richtung des Schrauhenwasserdralls. Bei Steuerbord-Ruderlage tritt die Wirbelbildung entsprechend

an der Saugseite Backbord unten auf. In einer Untersuchung verschiedener Einflächenruder im Schraubenstrahl [9] zeigte

sich das Auftreten von Wirbelschleppen oberhalb eines

Ruder-winkels von 15°, stärkere Wasserwirbelung bei etwa 30°. Bei Mehrflächenrudern, wie hier im Versuch, werden die Seiten-ruder nicht so stark wie das MittelSeiten-ruder vom Propellerstrahl beaufschlagt, so daß die Gefahr der Verwirbelung an der

Saugseite bei diesen geringer ist. Außerdem darf nicht nur die Richtung des Schraubenstrahls als Anströmwinkel für die Ruder betrachtet werden, sondern die Resultierende aus

dieser und der Strömungsrichtung des neben dem Modell

be-findlichen Wassers.

Diese Strömungsrichtung errechnet sich aus der Differenz Ruderwinkel - Heckdriftwinkel (liliall). Selbst bei großen Ruderwinkein überschreitet sie nicht 15°. Bei größeren Flach-wasserverhäitnissen, z. B. H/Tg = 2,5 und 3,375, wandert

die Anströmung von der Kurveninnen- zur Kurvenaußenseite,

d. h. der Heckdriftwinkel wird größer als der Ruderwinkel (Abb. 11) [10]. Das bedeutet für Steuerbord- und

Backbord-ruder verminderte S aug- bzw. Druckwirkung. Eine verbesserte

Ruderwirksamkeit - gekoppelt mit geringerem Drehkreis-radius - kann nur mit größeren positiven Anströmwinkein, d. h. in diesem Fall mit kürzeren Ruderlegezeiten, erzielt

werden.

Betrachtet man im endgültigen Drehkreis den Verlauf von Querkräften, Drehkreisradien und Driftwinkeln von längeren zu kürzeren Ruderlegezeiten, so zeigt sich, daß die Quer-kräfte leicht ansteigen, Drehkreisradien und Driftwinkel ab-nehmen (Abb. 12, 13, 14). Die maximalen Ruderkräf te beim Ruderlegen zeigen diese Tendenz noch viel stärker (Abb. 15,

22). Der Zusammenhang zwischen Driftwinkel und Radius ist

in den Abbildungen 17 und 18 dargelegt.

Das Ansteigen der Querkraft und die damit verbesserte Ruderwirksamkeit beim schnellen Ruderlegen läßt sich am deutlichsten bei Betrachtung des Auftriebsbeiwertes ca des Ruderprofils verfolgen (Abb. 19 aus [11]).

a

o

'-yale Ruderquerkröfte beim Ruderlegen

4

Abb. 16

M4!T53,375 n .1250 L'Imin.

Abb. 15

Maximale Ruderquerkräf te beim Ruder!e,gen

H.,lTq.!5 n 725OU/min. n725O 0/min. Tp ing 5

I1Y;50°

oing Q in Kg

P!

:11

0 30 (Ipi. 4 5 co so Oin/(g 0.5 O 30 4,0 50 r401n4' e 2 QinKg

-1 0 30 flpin 4 6 40 50 n 'SSOUImin. l'R3o 40 50° 3 o

R L as 10 15 2.0 2.0 7.0 o

Narmalkraftbeiwerte Re0.5 70aus(,,J

7.0

_750 _70 .50 _{0° 5° 10° 75°}

-oc

Ruden,uftriebsbei..erte im Drehkreis

b., ft.-.6O'

726 Schiff und Hafen, Heft 8/1964, 16. Jahrgang

o R o 1.0 15 40 2,0 L 2 0 70 5 H,, /7j,_2,5 Abb. 18

Rudoraqftriebserhò/u,ng ibeim Puderlegen

Hw/Tg_5 720 100 Ca in, 50 o Abb. 20 f?L,a,rox ₇₁₀₀ Pp - 30° L0° 500

H0.,IT9.250 Tg.lSOmm neSSOUfmin.

,-0R°'0

//,/

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I '7R 30° 40° 50° Tp 0.7 0.2 O.2s

--Tp.-

2.5 3.4 4.3 s Tp - ¿.6 5.1 7.5 s fn 4 Tgel6omm n'1250(J/min. H,, / Tq '2,5 5.' I

-/140

1/

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0R'40° 30°

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030° /Tq,V75 0p 30° 40' 50'

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max. in °/o Bezugs,vert

¡xl für jeden Wjke( die RuderI it c _O)O°

_T.-0.l

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-....rR-5.o ¿0° 50° 0.2 0.2 5 .3.5 ¿.3 5 5.4 7.3s _iH.s.Iq2S

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HlT9-337S

4

-ebeck-0Jtz-Ruder[,J & 70 Hb.,ITg3.37S 140 ca ¡n°7e 100 50 n s oran PR 2 40° 50° o 0 5 8 0 5 TRines in

1:1

Drehkreisradjus und Drift wink el

Drehkrei.sradius und Driftwinkel

o 10 20 30 Abb. 19 o 70 20 Abb. 17 30 20 30 ¿0 3.0 2.0 1.0 o

Die in den Versuchen gefundene dynamische Wirkung des Ruderausschiags als ca-Wert ausgedrückt, wird in den Ab-bildungen 19 und 20 gezeigt. Da das Modell Freiheitsgrac'e um die Hochachse besitzt, löst ein sehr schnelles Ansteigen der Querkraft eine stärkere Drehung zum Driften aus, wobei die Wölbungswirkung verkleinert und durch negative An-strömung sogar aufgehoben wird. Die Driftwinkelvergröße-rung wird aber durch eine, wenn auch geringfügige

Ge-sdiwindigkeitszunahme nach dem Ruderlegen (diese Tendenz wurde bereits

in [5] und [6]

beobachtet) stark reduziert

(Abb. 21).

efrachtung des Einschwerkvorganges in den

Drehkreis.

i. Das Modell nimmt bei kurzer Ruderlegezeìt sehr schnell einen grollen Ori! twinkel an. Wegen der negativen Ansträmung

wird die Wàlbungswirkctng aufgehoben.

2. Das Modell erfährt durch den Ruderlegeimpuls eine Geschwin-.

keitserhòhung, wobei es positiv ongeströmt wird.

. Die Überlagerung von 1, und 2. ergibt ein resultierende Lage. die von der Ruderlegezeit abhängig ist.

Drehzahl n

1250 lOO°/o 850 68 O/

Abb. 21

In den folgenden Abbildungen 22 bis 25 werden die Meß-größen Querkraft, Drehkreisradien und Driftwinkel mit ver-schiedenen Ruderlegezeiten als Parameter betrachtet. Den Einfluß der Drehzahl, als Maß der Fahrgeschwindigkeit, auf den Radius bei einem Flachwasserverhältnis H/Tg = 2,5 zeigt Abbildung 22. Die minimalen Radien liegen bei einer

Drehzahl, die bei Geradeausfahrt etwa dem Beginn des steilen Anstiegs der Leistungskurve entspricht [12]. Die Vergrößerung

der Radien bei höheren Drehzahlen ist vermutlich darauf zu-rückzuführen, daß eine Steigerung der Drehzahl über die Grenze des optimalen Bereichs hinaus eine zu starke, die

Querkraft vermindernde Verwirbelung an der Saugseite des Ruders hervorruft. Bei einer Drehzahlverminderung von n

1250 U/mm auf n = 850 U/mm und einem Ruderwinkel

von beispielsweise ßR = 40° nahmen Querkraft, Radius und Geschwindigkeit auf die in der nachstehenden Tabelle ver-zeichneten Prozentsätze ab (Abb. 13, 22, 24).

Querkraft Q Radius RIL Geschwindigkeit y 30 20 to o Oben: Abb. 22 Redus: Abb. 23

Drift winkel im Drehkreis

blwlTg2,5 Tg150mm

Drehkreis radius im Drehkrei.s

H/Tg2.5 Tgl60mm

Drehkreis radius im Drehkreis

lIp 30° 0° 50 --TR-2.8 36 .3 s

Tp0.7 CI.? 02s «T'S,o SA 7.3s

Drift winkel im Drehkreis

1375 n ¡n 1)1ml,,. R t lI3O°<

- .._z

(Ip

Tp0J

TR -30° 2,8 0° 0.2 3.6 5..' 50' 0,2s 49 o 73o ,intJ1min. 1.7 13 ______

í,

l30°

1.1 :7 OS

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25 3,375 15 H,,,,lTg d In '°

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C.30° ¡(.11 Tq o 850 1250 1500 o 850 1250 1500

i'

12 lO 0,5 a' 0.2 o 1000/o 500/s 1000/o 95 0/ 100 0/ 68 °Io

0)2

ais

LW

o

Gesch windiakY frr, Drehkreis

0.8 a? as as a.' LW 0.2 I 30° ¿0° 5 TR-2.8 3.5 ¿.3 3 2 o 3 250 ¿0 200 150 IOU 50 Tg 760mm Ru3e,querk,'ifte im brebkreis

Maximale Rvderquerkrn'Ie beim Ruderlegen

0mwe. " kg 7,5 7 6 o Abb. 24 Abb. 25 n,7250 U/mi,,. 50° 30° 30 ¿0 50 60

728

Sthiff und Hafen, Heft 8/1964, 16. Jahrgang

In den Abbildungen 23, 24 und 25 sind Drehkreisradius,

Driftwinkel, Geschwindigkeit und Querkräfte in Abhängigkeit

von Hw/Tg dargestellt. Es zeigt sich wieder, daß hei einem Hw/Tg ' 3 der Driftwinkel ein Maximum hat, Drehkreis-radius, Fahrtgeschwindigkeit und Querkraft dagegen Minima aufweisen. Das Verhältnis der maximalen Querkraft beim Ruderlegen zur Querkraft im Drehkreis weist ebenfalls ein

Maximum bei Hw/Tg 3 auf.

Bei kleineren Ruderwinkein liegt die maximale Ruder-querkraft erheblich über der im Endkreis wirkenden, wobei

sich der Prozentsatz mit zunehmendem Ruderwinkel verringert

(Abb. 25). Die absolut größten Kräfte sind natürlich mit den größten Ruderwinkein gekoppelt. Interessant ist auch, das Verhalten von Drehkreisradius und Driftwinkel über dem

Verhältnis zu verfolgen, weil es in erster Näherung

HwTg

clic Ceschwïndigkeitsäñdening unter Kiel gegenüber der

un-Drehkrei.s radius im Drehkreis

Abb. 26

gestörten Geschwindigkeit verdeutlicht (Abb. 26). Eine Ab-hängigkeit von der Ruderlegezeit läßt sich bei allen

ge-messenen Größen feststellen, besonders deutlich für die

maxi-malen Ruderkräfte beim Ruderlegen (Abb. 16 und 25). Eiie gewisse Tendenz des Ansteigens der Querkräfte beim pro-gressiven Ruderlegen läßt sich zu größeren Wasserhöhen hin

herauslesen.

Die Änderung des Kurswinkels in der Zeit zeigt für alle Wasserhöhen ein Maximum bei einem Ruderwinkel

40°. Das bedeutet, daß zwischen der Geschwindigkeit im Drehkreis und dem Drehkreisradius bei den hier ge-fahrenen höheren Geschwindigkeiten keine lineare

Abhängig-keit [10] bei veränderlichem Ruderwinkel besteht (Abb. 24).

n 950 U/mm. Vi,, rn/s Tg:160 mm

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¿0 30 20 10 o 30 20 10 Abb. 27

Abschließend wird noch der taktische Drehpunkt ermittelt.

Seine Lage wird in Abhängigkeit von Ruderwinkel und

Flachwasserverhältnis mit der Ruderlegezeit als Parameter -aufgezeigt (Abb. 27). Bekanntlich liegt er bei Ceradeausfahrt weit vorn in Bugnähe und wandert mit steigendem Ruder-winkel, also größerem Driftwinkel und kleinerem Drehkreis-radius, in Richtung auf den Massenschwerpunkt des Schiffes zu. Bei einem Hw/Tg 3 befindet sich der taktische Dreh-punkt für jeden Ruderwinkel am weitesten vorn. Mit zu- und abnehmendem Flaehwasserverhältnis verschiebt sich seine

Lage weiter nach hinten. Der gleiche Effekt wird bei kon-stantem Fiachwasserverhältnis durch eine Verkleinerung der Ruderlegezeit, also durch progressiv gesteigerte

Ruderlege-geschwindigkeit, erreicht.

Die hier versuehsmäßig gefundene Verbesserung des Ma-növrierverhaltens durch sehr schnelles Ruderlegen wurde schon früher vermutet [3], [13]. So teilte J. Richter [13] auf Grund seiner Berechnungen mit, daß das Herabsetzen der Ruderlegezeit hei kleinen Schiffen die Steuereigenschaften fühlbar verbessern könnte, während es bei Schiffen über 10 000 t Verdrängung zweddos wäre.

5.0 Zusammenfassung

In Modeilversuchen wird nachgewiesen, daß Drehkreis-radius und Driftwinkel im endgültigen Drehkreis von der

Ruderlegezeit abhängig sind. Mit progressivem Ruderausschlag

lassen sich kleinere Radien und Driftwinkel als bei üblichen

Ruderlegezeiten erzielen. Die maximal erreichbare

Ver-minderung von Drehkreisradius und Driftwinkel beträgt im untersuchten Bereich etwa 100/o, so daß eine Empfehlung

zur konstruktiven Verwertung dieser Erkenntnisse angebracht erscheint.

Es wäre wünschenswert, die bei schnellem Ruderlegen

statt-findende Auftriebserhöhung an Rudern mit verschiedenen Seitenverhältnissen und in Abhängigkeit von der Ruder-anordnung weiter zu verfolgen.

6.0 Literaturverzeichnis

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f 2] Horn, F., Walinski, E. A.: Untersuchung über

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729

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