Einflusz der hauptspantform auf den drehkreis von flach-wasserschiffen

Ins _{Forsthungs1eritht Nr. 476 des Landes} Nordrhein-Westfalen Einfluß der Hintersdiiffs(ormcn guI das Manö.

vrieren von Schiffen auf Iadiem Wasser" war ein maflgeben-der Einfluß maflgeben-der Unxerbodenströrrning auf _das Drehkreisver-halten herausgefunden worden, der _{es zur Ermitthmg} be-stimmender Formparaineter notwendig ersdieinen ließ, Mo-delle nut möglichst langem, parallelem Mittelschiff und dabei verschiedenen, extremen Hauptepantformen unter irersthíe-denen Flachwasserbedingungen _{zu messen. Es sind dabei} andere wichtige Einflußgrößen wie Völligkeit, _Lateralpian und Schwerpunktslage konstant gehalten worden.

Es wird iiber Drehkreisfahrten beridutet, deren Ergebnis noch durch Sthrg. und Querschleppfahrien _zu vervollstãndi-gen ist.

ARCHEF

Lab. y.

Scheepsbouwkunde

Einfluß der

_HoschooI

auf den Drchkreis

_{von FIachwasserschffl1}

DipL-Ing. FI. Schmídt-Stiebitz, Aadien

¡3. Veröfjentlidzung der Veruchsansia1i für Rin nensdiífJbau Duisburg Iasiiíut an der Tedinischen Hodzsdiuk duchen

Bild 3 Bd. 5 1958 _{Heft 28}

1.0 Eiiifií1j'i.ng _{Die Mittel fur die Untersuchung sind in}

dankenswerter Weise von der Deutschen Forsdiungsgemeinsdiaft zur Ver-fiigung gestellt worden*).

140

-2

Planung der Versuie

') Prof. Dìpl.-lng. W. Sturtzel, dem Leiter der VersuchsaflStalt für Binnenschijfbau, Duisburg, ist der Verfasser für die gewöhT

Hilfe bei der Untersuchung, wie insbesondere für die Ergä7IZuag der Modelluarianten durch den Rechteck quersclunitt nit gleichem Välligkeits grad, M liS, Dank schÀdig.

Kanal Manövrier-teich in Modelle M 112 M 113 M 114 M 111

j

. für lage Länge Breite 1Raupt I spantform über Mit- te1schis-L'

I

länge(parallel) Haupt-Spant wie M113, wie 95 112 u. 114 Lateratplan M 112 bis 11 Schwerpunkt i I I L 5000 rom B = 600 mm 6-Werte siehe Modell-daten S. M I L' fl50 mm ± 0,17 /. L \,,____,) j -Turbulenz- kerne erzeuger Anhänge i Einftächen- Balance-Ruder Größe o. Anordnung -F = 0,041 m' Propuls.- i

Schrauben-organ propeller z_{redrtsdrehend}4

D 114 mm H/D 0,998 Fa/F 9,575 Antrieb E-Motor gespe.st von Batterie 6 Volt Leistung Soll-Dreh-Zahl bei all. Versuchen n 900 U/mm Flachwasser-verhältnis _je wasser-höhe 3 Wasser- 260, 470 u. 1000 mm höhen 2 Tiefgänge 135 u. 195 mm Drehkreis- freieGer

ade-fahrten aus ausfahrt

dem 3 so _Ituderlegen

breit. Kanal _{bei M 112, 113} in d. ManO- _durch Fr-vrierteich Ferristeue-25X _{rung bei} um die _{1,1 114, lIS} Mittelsäule _selbsttätig herum _durch Sekunden-kontak 1uhr, i DI'ehkreis, ti - 900 U/nsin, vor der 'ahrt ein-geregelt VAflÇ,g 0,9 m/s ft '-ft = 40' backb. durch 4 Zielfern-rohre fortlaufend angepeilt, l'ei-lung mittels potentioln. y. Oszillograph aufgezeichnet

Mull

Lr7DhI

3.0 Durclìfüliruiig der \Tersuclse

3.1 Modcllausfiihrung

3.11 Schiffskörper

Nachdem im Forschungshericht Nr. 476 des Landes Nord-rhein-Westfalen [1] der Einfluß versdiiedener Hinterschifls-formen auf das Steuern von Flachwassei-schiffen untersucht worden ist, sollte als Weiterfiihrung im vorliegenden Pro-gramm die Auswirkung von Forniveränderungen an dem l)ei Binnensthiffen meist verhältnismäßig langen, parallelen Mit-. telschiff auf dcii Drehkreis gemessen werden. Wegen des zu

erwartenden maßgeblichen Einflusses von Geschwindigkeits-umsetzungen an dem von den Stromlinien schräg geschnitte-nen Mittelsdiiff wurden drei extreme Qucrchnitte gewählt:

1. _{Geradlinige Aufkimniung bis zu halbem Tiefgang,}

M 112 (Bild 1),

2. _{Reditcckquerschnitt mit wenig gcrundeter Kimm,} M 113 (Bild 2),

3. Vollkommen eckenloser, rein elliptischer Querschnitt, M 114, (Bild 3).

Da gleiche prianiatische Mittelsdiiffslänge Voraussetzung war, ließen sich gleichende, die Masse verkörpernde Para-meter des Völligkeitsgrades nur für die Modelle 112 und 114 einhalten, während beim Modell 113 der Wert je nach Tief-gang um 26 his 30 /o überschritten wurde. Es wurde des-wegen zur Vervollständigung der zu gewinnenden Ergebnisse ein weiteres Modell gefcrtigt:

4. _{mit Rediteckquerschnitt des Hauptspantes und mit} einem den Modellen 112 und 114 gleichenden Völlig-keitsgrad M 115 (Bild 5).

Alle Modelle wiesen den gleichen Lateralpian und gleiche Verdrängungssdiwerpunktslagc auf.

t.,.

Bild 4

3.12 Anhänge

Als Ruder wurde ein Einflächenruder mit _{22prozentigem} Ausgleich (Bild 5) gewählt, das nach gerader _{Anlauffahrt bis} 0° ausgelenkt und während des _{eingeleiteten Drehkreises} 3ort am Anschlag festgehalten wurde.

Der Propeller entspricht dciii beim obengenannten Bericht

1] verwendeten. Die Drehzahl wurde gegenüber friiher wegen

- 141 _{Schifistechnik Bd. 5 - 1958 - Heft 28}

L 5000 mm; B =

Modelidaten

M 112 bis 115

600 mm; Ruder Ben. Oberfi. 0,082 m'

Lange

dei-M. Nr. V e vor Oberft. 6 a parallel.

o. Anti. Mittelseh.

moi dem' /ov. L. W. L. m' mm

112 1.35 257,08 0,24 3,351 0,635 8,759 0,896 2750 155 311,34 0,12 3,570 0,600 0,790 0,896 2750 113 335 338,27 0,49 3,756 0,825 0,996 0,095 2750 195 39116 0,32 3,918 0,831 0,997 0.904 2750 114 135 257,60 0,24 3,105 0,636 0,785 0,861 2750 155 310,10 0,52 3,330 0,658 0,813 0,876 2750 115 135 258,50 0,36 3,095 0,638 0,590 0,770 0 155 314,00 0,20 3,325 0,666 0,997 0,774 0 ¼ 9l. '-li ' Md1l- L'gt 3X0,n,n M,./l, M 172 b' 775 L6ni,,th,,1? Bild 5

des 10° größeren Ruderausschiags uni 100 U/mm auf

900 U/mm erhöht.

3.13 Antrieb und Steuerung

Antriebsanlage und Fernsteuerung ist bereits im früheren

Bericht _{lJ eingehend beschrieben und hier in der gleichen}

Ausführung benutzt worden. Lediglich wegen eines nicht so schnell zu beschaffenden Ersatzteils für die Fernsteuerungs-anlage wurde bei den Versuchen mit den Modellen 114 _und 115 zum Ein- und Ausschalten des Fahrniotors und zum Ruderlegen eine Sekundenkontaktuhr in Verbindung mit

einem Folgeschalter-Relais vorgesehen. Dazu muß der

Zeit-punkt des Ruderlegens sehr _{genau voraushestimmt werden,} um Berührungen des Modells mit der Mittelsäule oder den Tankwänden zu vermeiden. Die Veränderungsmöglichkeit _in der Wahl des Zeitpunktes bestand bei der Anlage in Stufen Voli 3 Sekunden und hat sich als ausreichend erwiesen. Nach-teilig gegenüber der Fernsteuerung war das von Hand vor-zunehmende Wiedereinfangen des Modells nach dem jeweili-gen Drehkreis von dem Tankrad aus.

3.2 Peilverfahren und Auswertung

Das bei der früheren Untersuchung 11] erstmalig ent-wickelte Peilverfahren schien für weitere Messungen im Hin-blick auf einen höheren Grad der Genauigkeit und Meßdichte verbesserungsbedürftig zu sein. Die Schnittpeilung vom

Tank-rand aus wurde beibehalten. Die bisher eingesetzte_Beobachter. zahl wurde von zwei auf vier erhöht. Dadurch braucht der ein-zelne Peiler nicht mehr dic beiden Masten auf \Tor. und Hin-terschiff abwechselnd anzupeilen, sondern kann ein- und den-selben Mast fortlaufend verfolgen. Man erhält_{auf diese Weise} gleichzeitig die Lage von vorderem und hintereni _{Mast des} Mo-dells und besitzt an Hand des feststehenden _{Mastabstandes} eine _{Uberwachungsmöglidikeit der Peilgenauigkeit. Für} größere Peilgenauigkeit _{war durch Ersetzen der zwei} Peil-spitzen (Kimme und Korn) dsrcli je ein drehbar angeordnetes Zielfernrohr gesorgt.

Von dein Zielfernrohr wurde ein auf gleicher Drehachse fest verbundenes Potentiometer mitgedreht und die Widerstands-änderung mittels Briickensclialtung vom Oszillographen auf-gezeichnet. Die jedem der vier Peiler _{zugeordneten Kurven} auf dem Papierstreifen wurden durch zeitlich verschiedenes

Einschalten des Sdireibers gekennzeichnet. Durch Eichpei-lungen war es möglich, den Kurven-Aniplituden auf deni Oszillographenstreifen die richtigen Peilwinkel zuzuordnen. Es geschah dies an Hand fester Markierungen an den Tankwän-den. Die Eichskalen erwiesen sich als nicht linear über die ganze Skalenbreite und machten wegen zeitlicher Verände-rungen eine halbtägliche Wiederholung (1er Eichung not-wendig. Die Auswertung und Überprüfung des Versuchs-erfolges kann jedesmal erst nach der photomedianischen Ent-wicklung des Oszillographenstreifens vorgenommen werden. Deswegen wurde zur Sicherheit jede Versuchsvariante dop-pelt gefahren. Etwaige Ausfälle warennicht durch die elek-trische Seite des Oszillographerì gegeben, sondern nur manch-mal durch den mechanischen Papiertransport, der durch Pa-pierreste im Iiditdichten Schlitz blockiert wurde. Diese

Reste entstanden während des Hin- und Herfahrens der Ab-trennvorriditung bei nicht genügender Papierspannung.

Bei der Auswertung muß für jede Peilkurve eine

geson-derte Meßskala angefertigt werden. Für einen erträglichen Arbeitsaufwand sind zur Auswertung auf dem Meßstreifen Zeitmarken in 5 Sekunden Abstand gemacht worden. Die abgelesenen Winkel sind in ein maßstäblidies Zeichengerät gegeben worden, das zwei um die Peilorte drehbare,

ge-schlitzte Arme besitzt, deren Schnittpunkt die jeweilige Lage des angepeilten Mastes kennzeichnet.

Das damit gewonnene Bild der Drehkreise mit Übergang vom geraden Kurs (Bild 6-9) ähnelt den früheren [lJ sehr stark. Die Peilgenauigkeit, iiberprüft durch den Abstand bei-(1er Peilmaste, wechselt. Sie scheint im allgemeinen weniger gut bei schnelleren Bewegungsvorgängen des Modells, wie etwa nach dem Ruderlegen zu sein. Bei Abweichung der Prüfmaile ist die Auswertung nur durch Mitteln möglich, da sich nicht feststellen läßt, welcher oder welche der Peiler nicht schnell genug gefolgt sind. Der Zeitpunkt und die Dauer des

o Pei(er( o Pei(er Model! 112 Fahrt Nc? 470 155 n87QU/ç7-,5 ß4Q Feilen '"Rudergelegt Qrehkr,/s

Zeit zwischer, 2Modelt lagefi jeweils 53

- Peilmorken

Peilmas(enent!errxing au! dem Modell

o Peiler7

0 _Feilen

O _Peiler

Model! 113 L_J Fahrt NtiS _{¿Ç, .70} 1, 155

Peilenl

Peileil

Md7s fab 1. ictl

Tankseilen vo, Sdule 725m

Bild 7

Modell 114 \J Fahr! Nr 15 _H 470 Tg 155 Ruder gelegt

MalJ!ab 7r/c

Tanks eilen vo, Säule /Z5t

Zeit zwischen 2 Modell-lagen jeweils 5

Pjlmarken

-, Pej/rn,m len Ifernung Ouf dem Modell.

n.9O0l-P1,,1 fi. 40'

Sth(fTstethpj Bd. 5 -_{1958 - Heft 28}

142

-Bltd 6 _{Bild 8}

Zeit zwischen 2 Modell-lagen jeweils 5

- Peilmarken

-! Peilmastenenlfernung

fluderlcgens ist mittels besonderen Liditzeichens auf den Papierstreifen gegeben worden und ist eindeutig auswertbar. Der erheblichen Verbesserung an Meßgenauigkcit steht der ziemlidi hohe Bedarf von sechs Meßpersoncn gegenüber.

Dic anzustrebende, weitere Automatisierung des Meßvor-ganges zwecks Ausschaltung von individuellen Mellunge-nauigkeiten und zwecks geringeren Personalbedarfs müßte gleichzeitig mit der Herabsetzung des Auswerteaufwandes einhergehen, uni die notwendige Wirtschaftlichkeit in der Ergebnissammlung zu erzielen. o Pe/Ieri Pei Ieri PeiIerYJ Modell 115 L_.L Fahr! Nr 7 H 70 T 155 n.920U/mil, L40 MoOs fob 1100

Tanksei(en VOtI SaAe 1,5m

I-_S

Ruder gelegt

Zeit zwischen 2 Modell-lagen jeweils 55.

Pe,lmorken

- Peilrncslentfernung auf dem Model Bild 9

4.0 Ergebnisse

Die größere Meßgenauigkeit gegenüber dem Verfahren im

Bericht 1] hat dazu beigetragen, das dort gewonnene Ge-samtbild der einzelnen Veränderlichen

(Bild 10-13) im

wesentlichen voll zu bestätigen.

4.1 Widerstand der verschiedenen

H a u PtSp a n t fo r m e n

Für dic prismatischen Mittelschiffskörper sind vier charak-teristische Formen gewählt worden. ini theoretisch denkbaren Fall der Queranströnsung weisen sie große Widerstands-unterschiede auf. Da Querschleppversuche mit den Modellen noch nicht vorlagen, wurden zunächst mittels der zu erwar-tenden Druckverteilungen die 'Widerstände in der beim Flug-zeugentwurf geübten Weise geschätzt (Bild 14). Den größten Widerstand hat der Rechteckquerschnitt des Modells 113, ihm folgt das gekieltc Schiff Modell 112, und dann das nicht prismatisdse Modell mit Recbteckhauptspant 115 und

schließlich als widerstandsärmster Querschnitt der elliptische des Modells 114. Mit Anderung des

Längs-zu-Querachsen-/\\

v__-', -' 'L

z--Ru doc paligt

yç-

--,

- -

-' ' -1 I 0 Rudgr -ge9l ,' '41 /1,-26o 7 155 -S ---

:'

'

\

Bildlo Aloa'e/( 11.3

L_J

--S' Bild 11 30

H-7o Th'55

H-1,-7o ?-q35 - 143 - Schiffstechnik Bd.5 - 1958 - Heft 28 e ₅₀ s

Mode/I 112 L_} _{H_-i'000 T35. iss}

Ruda,

5 25

-o 50

50 H-»47o Tg-153 T?ud.r of 9eI,ge 5

-r

o /'lodelI 115 LOJJ Ruder ge1eg Rude, 9efO,9 H-26o

.l$s

H -1000 7j-s 10 $ /f_.4?o ?j-135

- -

-s

H-20

mIas

Schlffstechnik Bd. 5 - 1958- Heft 28 _-144

-Fr Q eravstrôming geschótzte DrickverteEung

W/clepsfdnde 112 J 0,85 0,92 Bild 14

istv prop T/c.

0,6 0,775

42

0,'ç.5 04'5 0,67

verhältnisses des hei unterschiedlichen Driftwinkeln ange-strömten Quersdinittes wechseln natiirlidi auch die Wider-standsverhältniszahlen. Die Auswertung der im Drehkreis auf-tretenden mittleren Driftwinkel (Bild 15, 16) wie auch der nach dem Maximum einsetzenden Driftwinkelschwankungen

(Bild 15) zeigt, daß bei einem Durdìflußverhältnis Hw

Hw-Tg von 1,4 bis 1,5 alle Modell- und Tiefgangsvarianten fast gleiche Werte aufweisen, während sie zu größeren und klei-neren Wasserhöhen hin stärker auseinanderlaufen. Die Ge-schwindigkeitsabnahme im Drehkrcis (Bild 17) ist sehr stark vom Durdiflußverhältnis abhängig und läßt sich wegen bei-nahe gleicher Querschnittsstreckung bei dem erwähnten Durchflußverhältnis von 1,4 bis 1,5 am besten mit den \Vider-standsbeiwerten vergleichen.

Da der Widerstand sich

W = c _Ql2 y2 F schreibt,

Die Wurzeln der geschätzten Widerstandsbeiwerte fur die vier Modelle (Bild 17) stimmen verhältnismäßig mit den Ge-schwindigkeitsabnahmen am besten iiberein, wenn man die Widerstandsskala bei einem Geschwindigkeitsverhältnis von 0,6 beginnen läßt. Dieses Geschwindigkeitsverhältnis gleicht von der kleineren Gesdiwindigkeit aus gesehen (reziprok)

1,66 und deckt sich mit mehrfach aufgetretenen Maximal werten bei Messungen örtlicher

Geschwindigkeitsverteilun-gen [2] (Bild 18 und 19) [3] (Bild 20).

50 s thld 12 o _{so S} Bild 13 IlodeLl 114 __) H1000

7js5

-50

s

,0

1 2 4 6 _i-i

Pendeln des Drift wi.ikelS ì-,ach dem M05T9

oc-. 0_5 0,4 150 loo 1,0 0,5 30 20 fo 25 13 o Drehkreis radien H, M112 o ---M413 L_J

o---

M 114 'S_J ' M '1-15t Bild 15

GeschwIndigke ILS ab/all im Drehkris

"w H,.,,-7

-

M112

V- -. t-1 115

vorn RLecjer -ege,i bi_g fo 10 1, o

- -t'T'112

o _{11113 L__J} Drehhreisrad,en _{V--- M 415 lv il}

--M 115

&,d.,, ,o/, 5,.,1.,, 9161 145 - _{Schiffstechnik Bd. 5 1958 - Heft 28} r9.,35 i 155

it!7

Il ¿,7Q Th'1,)5 c---Li I I

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-1-1,,,.260 1,7O I .1600 Il ',.!3--'

-"

-1.5 -. H,-26 .470 .I000 '470 -1000 r,. os

-

-- ¿'I1J_ . -- ,,,,

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o---11112 /«/f13 t-1114 ( M115 L

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-

I

-//

2,5 _{lo 15} H,,, lo H -?

mar. Drift win/I-el riath dem RucerIegen

o

I 2 4' 6 _H.. 8

,ir,iftlerer Drift 'vinkel

mil 25 20 15 _{H,,. l'o} mittlerer D,-iffwinkel 25 2e 15 10 H,,. -Bild 16 25 2.o H,,. -o 5 _Sec Bild 17 25 20

_Is

30 20 IO 4c 3° 2o 068 vt-,

v1

0,6 _o 05

Die Gesthwindigkeitsabnahme im Drehkreis ändert sich hei

anderen Durchfiofizahlen stark, z T. als Folge der 1-w-Tg

Driftwinkeluntersdiiede. Bei kleinen Wasserhöhen, d. h. bei großen Durrhfiußzahlen Hw streuen die

Gesdlwindigkeits-Hw-Tg

abnahmen um den vorerwähnten Grenzwert von 0,6. Bei einer Durdiflußzahl von etwa 1,4 ist durchweg die stärkste Ge-schwindigkeitsabnahme zu finden. Zu größeren Wasserhöhen hin wird das Geschwindigkeitsverhältnis wieder etwas besser. Da mit einer Ausnahme bei großer Wasserhöhe immer der kleinere Tiefgang eine größere Geschwindigkeitsabnahme zur Folge hat, muß auf Überwiegen der Massenkräfte ge-schlossen werden. Die gleiche Tendenz hat auch die Zeit vom Augenblick des Ruderlegens bis zur ersten Abbremsung der

Modellgeschwindigkeit (Bild 17). Sie steigt als Funktion des Tiefganges im allgemeinen mit einer höheren als ein-fachen Potenz. Dagegen ist die Zeit vom Ruderlegen bis _zum Erreichen des größten Driftwinkels (Bild 21) eine geringer potcnzierte Funktion des Tiefganges.

(5pant bere/ChC get-auht) 8fl3f 2onepJ

rakr/

i

VA m4

/

--o p' m/ _roh7,) /1 /1 Bild 20 aus (131)

4.2 Drehkreisverhalten

rtsch!ñ' Ib,.0I0, - 1 m

HwTg

worden. Es offenbaren sich dabei drei Einflußfaktoren _ganz

deutlich.

i. Der nahezu lineare Abfall des Drehkreisradius _zu kleine-ren Durchflußziffern (Bild 16) bei allen Modellen kennzcidi-net seine Abhängigkeit von der dadurch gegebenen Geschwin-digkeitserhöhung der Strömung unter dem Schiffsboden.

Diese Linearität war erst durch die Gegenüberstellung erschiedengeformtcr prismatischer Mittelscitiffe nachweisbar,

./ ,,-

_{während bei den verschiedengestalteten Hiñterscbiffsforinen}

nicht so gut zu erfassende Nebeneinfiüsse _diese Hauptein-fusse überlagerten und verschleierten.

Die abnehmende Stufung der Drehkreisradien _{wie die} Stärke ihres Abfalls zu kleineren Durdiflußziffern _infolge verschiedener Hauptspantformen ist eine Funktion

zuneh-//_-

_3

menden Querwiderstandes (Bild 21).

Auch hier ist wieder [1] festzustellen, daß der Drehkreis-radius bei größeren \Vasserhöhen mit abnehmendeni Tiefgang (Bild 16) zunimmt und auf verschiedenen Wasserhöhen einem gemeinsamen Grenzwert bei Hw _{= 1,087 (Bild 16)}

zu-Hw - Tg Die Drehkreisradjen _{wurden wie im früheren Bericht}

so-strebt, was auf einen Fladiwassereinfluß bis zu Tiefgangs-wohl über dem Tiefgangsverhältnis 11w

(Bild 15) als audi _{verhältnissen s'cai = 12,5 hindeutet.}

Tg _Tg

/

über der _{Durthflußzjffer}

(Bild 16) aufgetragen.

11w

Die mittleren Driftwinkel verhalten sich, wie im Bericht [1] Hw - Tg - _{definiert, umgekehrt wie die Drehkreisradien (Bild 15, 16).}

SdiiiYoledinjk Bd.5 _{1958 - T-teft 28} '»-; &'&). vi AA 146 -o cova»',,.

Die Messungen sind gegeniiber der Untersuchung der

Hinter-schiffsformen [1] bis zu noch höheren Durchflußziffern Hw

(also noch kleineren Wasserhöhen) durchgeführt

,i.' 0 _fo 20 sec Zeit vorn

-

Mri2 L)

6/S M113 L_J M-r,4

ç'.----

Me5 IL/I

Bild 21 I; Á,ban, W.Iker

/

2-7:9 _o.1,n 160 T9 -loo

'I

/1/54to

Es fällt nur auf, daß sic sich bei kleineren DurcitfiufizifTern als der kritischen (s. Abschnitt 4.3) mehr als linear ansteigen, ulme im gleichen Maße den Drehkrcisradius zu beeinflussen. Der maximale Driftwinkcl nach dem Ruderlegen (Bild 16) verhält sich bei den cinzclncn Modeilvarianten sehr nter-schiedlich und nicht eindeutig. Lediglich das Modell mit elliptisdenì Querschnitt hat mit ahnehmender Durchflußzifler einen leichten linearen Anstieg des Driftwinkels zu ver-zeichnen.

4.3 Kritische Wasserhöhe

In der Untersuchung der Oberflächenwellen wie des 'Wider-standes von Flachwasserschiffen [4] ist eine kritische Wasser-höhe gefunden worden, bei der sprungartig geänderte Er-sclieiiiungen wahrnehmbar sind. Sie entspricht der

Durch-flufiziffer = 1,4. Dieselbe Durchflußziffer macht

HwTg

sich auch bei den vorliegenden Versuchen als kritische Höhe bemerkbar:

Ist bei ihr die Geschwindigkeitsabnahme im Drehkreis (Bild 17) am stärksten

scheint der mittlere Driftwinkel (Bild 16) bei dieser Was-serhöhe für alle Modellvarianten nahezu einen festen Wert zu besitzen,

ist die Fendelung de3 Driftwinkels (Bild 15) nach deni Maximum in dieser Wasserhöhe am schwächsten, während sie zu kleineren und größeren Durchflußaiffern hin wieder

zu-nimmt.

Die kritische Höhe gilt offensichtlich nur für eine, nämlich die hier gefahrene und ziemlich gleich bleibende Geschwin-digkeit. Für andere Fahrgeschwindigkeiten kann durchaus auch eine andere kritische Höhe auftreten. Es wurde im Be-richt [4] der Vergleich zu der ,,kritischen Tiefe" der Hydrau-lik gezogen und dabei der Ausdruck

h = k

(h . v)'t' ermittelt.

In der Darstellung des Widerstandszuwachses auf flachem Wasser über der Durchflußziffer (Bild 22) haben die Para-meterkurven der Geschwindigkeit einen Knick, der je nach Parameterwert bei verschiedenen Durchulußziffern liegt. Ver-folgt man von dem Kulminationspunkt bei Hw

- 1,4

HwTg

die Knickkurve für h y = konst, so erhält man eine fast gleichartig verlaufende Kurve, deren Gültigkeit man sicher-lich annehmen darf, wenn man bedenkt, daß das Schaubild aus der kleinen auf dem gleichen Blatt wiedergegebenen Dar.

stellung [5] über Hw gewonnen wurde. Audi sind die

Tg

Schrägschlcppversuche des Berichtes [1] bei verschiedenen Geschwindigkeiten bis zu i rn/s herauf gefahren worden und lassen durdi verschiedenartiges Fluchten der Tiefgangskurven eine Veränderung der kritischen höhe mit wachsender Ge-schwindigkeit erkennen.

4.4 Vergleich der Hauptspantformen

Leider sind die beiden Forderungen verschieden gestaltc. ter prisinatischer Mi ttelschiffe und gleicher Völligkeitsgrade, nicht miteinander in Einklang zu bringen. Die rechteckige Hauptspantforrn läßt sich für den gleichen \Tölligkeitsgrad wie der Modelle 112 und 114 nicht iiber eine größere Mittel-schiffslänge erhalten. Es ist also kein direkter Formvergleich mit eIern Rechteckquerschnitt möglich. Bei prismatischem Mit-telsclìiff mit Rediteckquerschnïtt Modell 113 ist der

Völlig-ÀLÇdP

Ir4U

is

PEU

P2IUUURURlRlUI

Wz w. 6 g I'. 3 2 q o hin2ugc/t2gt (h.v)k..,., kc4lSt

W,,- W,de,s,,,d af l,de,,, ik,ç,.,, d - W355e,brf

'W ad/Ioc,fl,-',, Us,e' T

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H 4.-Th

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Kr' - 147 - SchilTstechnik Bd. 5 - 1958 - Heft 28 05 lo _b

Wide vs&,-ids zi wachs dw-ch Flach was.sereil,!uss Bild 22 (aus [3J und EiD

keitsgrad rund 26 /o größer als bei den anderen Modellen oder andererseits bei gleichgehaltenern Völligkeitsgrad hat nur das Hauptspant Rechteckquersdinitt und die Spante zum Bug und Heck verjüngen sich (Modell 115). Die Drebkreis-radien des Modells 113 (Bild 15. 16) liegen auf allen Was-serhöhen rund 200/o niedriger als die des Modells 115, wo-bei offen bleibt, welchen Anteil daran die reine Form und welchen der Völligkeitsgrad hat. Auf ganz kleiner Wasser-höhe (Durchflußziffer 2,47) scheinen Formveränderungen bei gleichgehaltener Völligkeit den Drehkreis nicht zu beeinflus-sen. Unter diesen Flachwasserbedingungcn ist offensichtlich nur der Völligkeitsgrad für den Drehkreisradius maßgebend. Mit zunehmender Wasserhöhe machen sich die Formein-flüsse auf deli Drehkreisradius stärker bemerkbar. Die Dreh-kreisradien des Modells 114 mit hydrodvnamisch bester Ge. staltung liegen etwa 15 0/ über denen des Modells 115 mit Rechteckhauptspant aber gleicher Völ!igkeit. Die Radien des geradlinig aufgekimmten Modells 112 bleiben zwischen den Werten von M 114 und M ] 15. Es ist also auf mittleren bis

2 1.5 1.41

6

4

2

großen Wasserhöhen bei Verbesserung des Querwiderstandes mit einer Verschlechterung der Drchkreisradien zu redinen. Wie in der früheren Untersuchung [fl gezeigt, ist damit aber im allgemeinen eine Verbesserung der Ausbiegestrecken bei Abweichungen vom geraden Kurs gekoppelt. Diese Aussage

bestätigt sich hier auch durch die Pendelausschläge dea Drift-winkels nach dem Maximum (Bild 15). Dagegen läßt sich auf sehr kleinen Wasserhöhen für sie keine klare Tendenz

an-geben.

Auf nittleren Wasserhöhen, besonders nahe der kritischen, weisen die Formen kleinen Querwiderstandes den geringsten Fahrtvcrlust durcit Driftwinkel (Bild 17) auf. Der Fahrtver-lust wird auf sehr kleinen Wasserhöhen viel geringer, wobei die Ilcihenfolge der Formen etwa erhalten bleibt, bis auf Modell 113 mit dem völlig ebenen Boden. Dieses hat dabei den geringsten Fahrtverlust, so daß man geneigt ist, eine Parallele zur Wirkung der Schmiermittelschidit an einem Gleitlager zu ziehen. Die Geschwindigkeitsscliwankungen

nach dem Zurückpendeln vorn Driftwinkelrnaximum bewegen sidi lij allen Varianten um 33 y. H. (Bild 10-13).

4.5 Geschwindigkeit nach dem Ruderlegen

l)tirdi die hei den vorliegenden Versuchen etwas kiirzerc Anfahratrecke und höhere Propellerdrehzahl gegenüber den friilicren Versuchen war nicht garantiert, daß sich das Modell ini Augenblick dea Ruderlegens im unbeschleunigten Fahrt-zustand befand. Es läßt sich daher auch nicht einwandfrei nachweisen, ob dem Modell durch das Ruderlegen ein zusätz-licher Vortriebs-Impuls erteilt wird. Man kann es vielleicht aus dem steilen Anwachsen der Zeit zwischen Ruderlegen und erstem Geschwindigkeitsabfall als Funktion des Tiefganges (Bild 17) schließen. Im Bericht [1] wurde die Geschwindig-keitszunahmc mil der Stromlinienverengung zwischen den Doppeiruderflächen beim Ruderlegen erklärt und für den Fall des Einflädienruders in Frage gestellt. An Hand der dort ge-gebenen Skizze über den Querkraftumlauf um das Modell, sollte nian für jede Ruderart einfach wegen des Kräftegleich-gewichtes mit den. drei eingezeichneten Kräften eine Vor-triebskomponente am Schiff vermuten.

4.6 Wirbelstraße

Dieser eben behandelte Kräfteumlauf muß im strömenden Medium einen Wirbel zwischen Ruder und Schifisseitenwand auf der Kurvcninncnseite hervorrufen, dessen Drehsinn vom Ruder zum Schiff führt. Da aber Wirbel hinter Widerstands-körperr nach der y. Karmanscheit Stahilitätstheoiie nur paar-weis versetzt bestehen können, wäre der zugehörige Gegen-wirbel auf der Kurvenaußenseite am Bug zu erwarten. Von der y. Karmansehen Wirbelstraße lier ist bekannt, daß die W irbelpaare mit der Strömung fortgespült und stetig neu ge-bildet werden. Beim schräg angeströmten Schiff wird dem

SChtftstcthfllk Bd. 5 _{- 1955 - Heft 28 148}

-Fortspülen der Wirbel durch die ungestörte Seitenströmung ein Widerstand entgegengesetzt, dem sicherlich cias Schiff durch Driftwinkelveränderungen ausweichen muß. Auf diese Weise läßt sich zwanglos ohne Zuhilfenahme der Unterboden-Strömung oder der Oberflächenwellen - wie im Bericht [1] geschehen - eine weitere Erklärung für die Driftwinkel-schwankungen im Drehkreis finden, deren Zusammenhang mit der festgestellten, ziemlich genauen Stufung bei Viel-fachen von 6,5° durch regelmäßig wiederkehrende, gleich starke Wirbel besonders einleuchtend erscheint. Die Er. scheinungen werden sicherlich nicht durch eine, sondern durch das Zusammenspiel mehrerer voneinander abhängiger Ur-sachen hervorgerufen.

5.0 Zusammenfassung

Mit der Untersuchung des Drehkreisverhaltens von Schiffs-modellen mit prismatischern Mittelschiff stark unterschied-licher Hauptspantformen auf beschränkter Wasserhöhe ist eine Systematik begonnen worden, die verspricht, genauere Auskunft über die beeinflussenden Strömungsvorglinge zu erhalten und Forrnparamnetcr für dcii Schiffsentwurf zur Er-zielung vorgegebener Eigenschaften zu entwickeln. Es wurden in gegenseitiger Ergänzung zu früherem Messungen neue Er-klärungsmöglidmkeiten für einige auffällige Drehkreiserschei-nungen gefunden. Natürlidi können Drehkreisversuche allein nicht alle Fragen beantworten. Es erscheint deswegen als außerordentlich wünschenswert, die hier gewonnenen aus-sichtsreichen Ergebnisse durch Schräg- und Quersdìleppver-suche zu vervollständigen.

(Eingegangen am 10. Mai 1958)

6.0 Scilrifitum

S turtzel, W., Schmidt-Stiebitz, H.:

Einfluß

der Hinterschiffsform auf das Manövrieren von Schiffen auf flachem Wasser. Forschungsbericht Nr. 476 des Landes Nordrhein-Westfaten.

Sturtzel, W., Schmidt-Stiebitz, H.: Bei

Flach-wasserfahrten durch die Strömungsverteilung am Boden und arm den Seiten stattfindende Beeinflussung des Rei-bungswiderstandes von Schiffen. Forschungsbericht Nr. 366 des Landes Nordrhein-Westfalen.

[31 Sturtzel, W Schmidt-Stiebitz, H.: Die

ört-liche Gcschwindigkeitsverteilung: 1. an den Seiten, 2. am Boden von Schiffen bei Flachwasserfahrten. Versuchs-anstalt für Binnenschiffbau, Bericht Nr. 82 - Institut an der TH Aachen, Bericht Nr. 4.

[41 S c h mi d t - S ti e b i t z, H.: Abhängigkeit der von schnellfahrertden Flachviasserschiffen erzeugten Wellen von der Schiffsform, besonders bei Spiegeiheck und Turm-nelform ,, Schiffstechnik" Nr. 25.

[5] Kempf, G., Stemmer, H., Thieme, H.: