Systematische widerstandsuntersuchungen für schnelle frachtschiffe mit und ohne bugwulst

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WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE MITTEILUNGEN

Herausgegeben vom Institut für Sthiffbau, Rostock und von der Technischen Fakultät der Universität Rostock

/

Systematische Widerstandsuntersuchungen

-für schnelle Frachtschiffe mit und ohne Bugwulst

Aus dem Institut für Schiffbau, Rostock, Direktor: DipI.-Ing. S. Kruppa 50. Mitteilung der Schlifbau-Versuchsanstalt, Leiter: Dr-Ing. e. h. W. Hensckke Von Dipl..Ing. U. Hähne!., KDT. und Dipl.-Ing. K.-H.Lcthe6, KDT, Berlin

1. Einleitung

In den vergangenen 10 Jahren zeichnete sich im Stück-gutverkelir ine Entwickl ung zum schnellereii Schiff hin ab, während sieh die Massengutfi-aclitsehiffe vor allem ial Hinblick auf ihre Größenordnung weiterentwckeIt haben [1 bis [7]. In dci- Linenfahrt, z. B. im Ostasien-dienst, lau feu heute berci ts zahlreiche Frachtmotor-schiffe im Stückgutverkehr mit Geschwindigkeiten von 20 kn und mehr [15] his [30]. So wurden z. B. im Jahre 1965 auf der Route England-Südafrika zwei Schiffe mit 22,5 krì Dionstgeschwindigkeit eingesetzt [23] tni [241 UlICI für die USA-Asienfahit vier Schiffe mit 23 ku

Dienstgeschwindigkeit in Auftrag gege hen [26].

Her-vorzuheben sind auch die ,,American Challenger" und die American Carger' '. zwei Turbinen-I"rachtsehiffe mit 13600 t Tragfahigkeit. die mit einer Durehschiiitts-geschwindigkeit VOI) 24 kn bzw. 25,17 kn die Strecke Le Havre-New York zurückgelegt haben [1]. Das ist für

ein Frachtschiff bereits eine beachtenswert hohe

Geschwindigkeit, auch wenn man annimmt, daß sie wahrscheinlich nicht im voilbeladenen Zustand des Schiffes erzielt wurde. Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang auch das

Gasturbinen-roll-on/roll.off-Schiff

,,Adrn. Wm. M. Callaghan'

(Lpp 191 m,

B 28 m, T 8,2 m. PDnia= 2 x 25000 PS), das mit

2 x 20000 PS Aötriebsleistuiìg eine Geschwindigkeit von 25 kn erreichen solI [10].

Das zuletzt aufgeführte Beispiel gehört z. Z. noch zu den Ausnahmefällen, cia die Bau- und Betriebskosten dieser Schiffe noch sehr hoch sind, und die Finanzierung

vor allem erst durch staatliche Unterstützungen der

%Veuften arid Reedereien möglich wurde [3] u. [8].

Wuidezi auch immer wieder Bedenken gegen die Wirt-schaftlichkeit so hoher Geschwindigkeiten geäußert. so hat doch bereits ein ernsthafter Wettbewerb auf diesem Gebiet zwischen den einzelnen Nationen begonnen. Frillier oder später wird der Einsatz selinellerer Stück-gutfrachtschiffc im Liuiiendienst zunehmen, da die Vor-teile, die diese Schiffe unter bestimmten Bedingungen bieten, von Jahr zu Jahr immer deutlicher hervortreten [1] bis [7] u. [22]. Es ist z. B. die Bevorzugung schneller Schiffe durch den Befrachter zu acumen. der wahrsehein-lieh zugunsten eines beschlcuuiigterr Transportes cirre etwas höl)eje Frichtrate in Kauf nehmen wird. Eine Steigerung der Geschwindigkeit nun nur ¡ kn kann bcj .Schiffbauforsebung 7 3/4/68

LaLv&heepsboiiwkunde

Technische Hogeschool

langen Fahrstreckeri bereits zu einer Reiseverkürzung \-Oul mehreren Tagen führen, während sich auf kuirzeui Linien eine Erhöhung der Geschwindigkeit nur wellig

bemerkbar machen wird und sieh desw-egen kaum

blini [ i 0] ; ebenso wie sieh erst auf langen, wenig itntei-brochenen Fahrstrecken die Masehinenleistùngen dieser Schiffe richtig ausnutzen lassen, also

z. B. lin

Ost-asienilieuìst. Natüilich nioB auch die Iodernisierung der

Be- und Euitladeeinriehtuiìgen der Häfen

nutri dr

Schiffe selbst mit dieser Entwicklung Schritt halten [7], veil andern falls der Vorteil der Reisezeitverkürzung durch ei ne lä ngere Hafenliegezeit wieder aufgehoben verden kann [10]. Eine rationelle Umschlagtechnik. wie sie beispieLsweise durch den Einsatz moderner Hafen-und Krananlugen, durch Verwendung einheitlicher TrauL:portbe1iälter (Conta bier), diuich die A nwendu ii g des roll-on/roll-off- und des flcat-on/float-off-Sv5tem überall angestrebt wird. verbessert die Wii-tschaftlieh. keit de) schnellen Stückgutfrachtsehiffe [18] [20] ii. [10] bis [13]. \Vcitere Faktoren. die die Entwicklung

schneller Stückgutfrachtschiffe begünstigen können.

sind die Verbesserung der Fabreigen5chaften der Schiffe durdi neue Schifl'sformen (\Vulstbugs), die Verringerung der Sehiffsmasse z. B. drch dn Einsatz neuer

Werk-stoffe. die fortschreitende Vervoilkom ronung der Schiffsant riebsanlagen, insbesondere der Dampfturbinen und damit verbunden eine Verringerung des £pezifiscllen Kraftstoff-eibrauchs, ferner eine evtl. Verbilligung der Kraftstoffe, der ;-oraussiclitliclie Einsatz von Atom antriebsanlagen im Schiffbau und nicht zuletzt vielleicht auch die ständig zunehmende Konkurrenz durch die Luftfahrt-Transportgesellschaften [3] [7] [8] u. [11].

Maui kann also sagen, daß der überall sichtbar werdende Trend zu immer schnelleren Verkehrsmitteln auch iii der

Seefahrt nicht Halt macht, und daß es hierbei nicht

allein um die Einführung des allgemein technischen Fortschritts in diesem Industriezw-eig geht, sondern daß

auch rein 'virtschattiiclue Uherlegungeuu dijese Ent'.0

ick-lung begünstigen. Auch in dei- UdSSR sind, davon aus-gehend. daß die Entwicklung schneller Fruichtschiffe bei den technischen Voraussetzungen einen ökonomischen

Nutzen bringt. Projektierurigsarbeiten für schnelle

25-kui-l'rachlsehiffe vorgesehen, clic eine Auitriehsleist ung

von 25000 PS his 30000 PS habeuu sollen

[8].-Um in der internationalen Entwicklung Schritt zu

halten, hat sich der VEB Deutsche Seereederci ebeuifalls 85

'C

i

für den Einsatz von schnellen Stückgdtfraehtscluiffen im Ostasiendienst entschieden und den VED Warnow-werft, Warneinünde, mit dem Entwurf und Bau eines 21 -kn-Ostasienfrachtschiffes beauftragt.

Ein solcher Entwurf setzt jedoch, soll er den neuesten wissenschaftlich-technischen Forderungen entsprechen und ein Optimum an Wirtschaftlichkeit und Leistungs-mhigkeit darstellen, umfangreiche Vorarbeiten, auch auf dem hydrodynamischen Gebiet voraus. Beispielsweise wurden für die Wahl einer günstigen Schiffsform für die ,.Yamashiro Mani" [16], ein in Japan gebautes schnelles Frachtschiff, zahlreiche Modellversuche mit mehr als 10 Modellen durchgeführt.

2. Aufbau der Versuchssystematik

Das von der SVA vorgesehene Versuchsprogramm be-züglich der Untersuchung mehrerer Formvarianten für schnelle Frachtsohiffe untergliedert sich in vier Teile.

Untersuchung des Einflusses verschiedenartiger Wulstbugformen auf den Schiffswiderstand.

Untersuchung des Einflusses der Heckform auf die Schlepp- und \Vellenleist.ungen.

Abschätzung des Einflusses unterschiedlicher Schiffs. langen auf die Widerstands- und Propulsionseigen-schaften.

Vergleich der Widerstands- und Propulsionseigen-schaften der SVA-Entwürfe mit den Werten anderer Fahrzeuge.

2J. Ausgangsschiff (M 426)

Davon ausgehend, daß die z. Z. eingesetzten schnellen Linienfrachtschiffe im allgemeinen eine Zuladung von etwa 10000 t bis 12500 t haben [3], wurde für das Aus-gangsschiff eine Verdrängung von 20000 m3 gewählt. Der Völligkeitsgrad der Verdrängung wurde in Ab-hiingigkeit von der Froudezahl nach bekannten ITher-schlagsforineln für eine Probefahrtgeschwindigkeit von

25 kn zu = 0.550 ermittelt.. Er stimmt recht gut

mit den Werten anderer, moderner Schiffe cliese.r

Größen-ordiuiiig überein [16] [28] [31] u. [51]. Für die Wahl der Schiffslünge wurde eine größere Anzahl Veigleichsschiffe hernnge.zogen. Dabei ergaben sich jecloh sehr unter-schiedliche \Verte. und es ließ sich kaum eine Tendenz erkennen. Dieses mag daran liegen, daß die Schiffe für verschiedene Routen entworfen sind und daher die Auf. gabenstellungen sehr verschieden waren. Für den

Aus-AP

M426

gangsent.wurf wurde cine Lönge zwischen den Loten von

165 m gewdhlt. Die Breite cies Schiffes wurde anhand von

Nülieruiigsformelii und entsprechend der heutigen

Tendenz, clic Schiffe etwas breiter zu bauen, mit B = 23,60 in festgelegt; damit ergab sich ein Tiefgang von

9,34 in.

Der Spantverlauf im Unterwasserschiffsbereich wurde in Anlehnung an die Schiffsformen der Serie 60 entworfen, die im allgemeinen recht gute \Viderstandseigenschaften

aufweisen. Der größte Spant liegt auf 0,5. und sein

Völligkeitsgrad wurde mit C1 = 0,972 angenommen;

damit ergab sich ein Schärfegrad Cp = 0,566. Eine

Aufkimniung wurde entsprechend der heutigen Tendenz nicht ausgeführt, statt dessen ein etwas größerer Kimm. radius.

Die Schwerpunktiage wurde aus den Ergebnissen syste-matischer Modellversuche (Göt.cborg, Serie 60)

aus-gewählt. Diese

besagen, daß für

die Froudezahl

F

0,30 bei einer Schwerpunktlage von etwa 1%

bis-2% von Lpp die kleinsten Widerstände zu erwarten sind. Deshalb wurde LCB = 1,5% für die Ausgangs-form gewählt. Das Hinterschiff war als Kreuzerheck ausgebildet, der Uberhang in der Wasserlinie betrug

etwa 2,5% von und in den Schraubenbrunnen

konnte ein Propeller von 6,60 ni Durchmesser

unter-gebracht werden.

Die Spa.nten des sehr scharfen Vorsehiffes

(Wasser-linieneintrittswinkel 1/2 a 7,50) wurden im Uber.

wasserbereich etwas ausfallend gestaltet, um die

See-Bild :?. Vorsehiff les Ç'rundinodclls (M 4ì6 ohne \Vu6t)

' I

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j

V14

V

MS

¡J lid I. SpanteitriS und Stevoutnuut tiren lcr tloilellc M 426 und M 42GB (Ausgauig'forrn der Schuieltfrachtscliiffseric unit Kreuzerhecli)

TP KWL WL8 WI 4 W2 Basis

I

8G Sehifíbauforschung 7 3/4/G8 -

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fähigkeit deS Schiffes zu verbessern uiid duc etwus. größere Dceksbrcite für die Unterbringung. der l)ccks-maschinen zu erhalteuì (Bild i und 2).

Das Schiff wurde entsprechend dem Trend zum schuiel-len Schiff für eine Probcfa.hrtgeschwindigkeit von etwa 25 ka ausgelegt, um eine Dienstgeschwiucligkcjt

zu-i-sehen 23,5 kn bis 24 ka zu erreichen. Moclellmäßig wurde

ein korrospondierender Gesch wi ndigkei tsbereich von 13 kn bis 26 kn, bzw. ab iS Im beim Schiff mit. Wuist,

untersucht. _¡

Nachstehend si'nd die JCoiistruktionsdaten von M 42G zusammengestellt:

Um d'en Einfluß der Heckforin auf die Widerstands- und

Propulsioneigenschaften cies Schiffes festzuste1ien

wurden au1er den Versuchen mit dem Krcuzerheck auch Versuche mit einem Spiegciheck durchgeführt. Die größte Breite dieses Hecks betrug in Höhe des Decks 75% der Schiffshreite. Aus Bild i ist zu erkennen, daß die Hinterschiffsspanten beim Schiff ini Spiegeiheck

im Bereich des Propellers und davor, oberhalb WL 6, flacher verlaufen ais bcim Schiff mit Kreuzerheck. Bei den Propulsionsversuchen zeigte sich, daß dieser Spant-verlauf die Propulsionseigeusehaften des Schiffes

un-günstig beeinflußt.

Bei sämtlichen Vergleichen mit anderen Schiffen und Gegenüberstellungen von Schiff'mit und ohne Bugwulst sind in den folgeíìden Abschnitten immer die Werte für das Schiff mit. Kreuzerheck (M 426) und nicht für das Schiff mit Spicgelheck (M 42GB) benutzt. worden.

2.2. Betrachtungen zum 1J'ulsteflekt

Jeder an der Wasseroberfläche sich bewegende Körper erzeugt infolge von Druckànderungen Wellen. für deren Entstehung Energie erforderlich ist., die als Wellen-widerstand in den Gesamtwidcrstaiìd des Körpers mit. eingeht.. Beim Schiff ntsteheui clic Wellen vor allem an den Stellen großer Druókänderungen, also am Bug und Heck. Der Wellenwiderstand ist um so größer. je

aus-geprägter die $inzelnen Wellensysteme am Schiff auf-treten, und um so kleiner, je mehr sie sich gegenseitig durch 'Überlagerung aufheben (Interferenz). Aus diesem

Grunde ist

der Wellenwiderstand

sowohl von der

Schiffform als auch von dòr Geschwindigkeit abhängig. Nach allgemeiner Ansicht hat cIas Bugweilensyste.m den größeren Anteil am Wellenwiderstand. Wenui es also gelingt, die Bildung einer Bugwelie zu verhindern bzw. dieselbe abzuschwächen, so werden sich dadurch bei den

Schiffen, die einen hohen Weliemiw-idc'rstund haben (z. B. bei _{chnel!en Frachtsehiffen). die Widerstands.} eigenschaften verbessern lassen. Aus diesem Grunde werden heute häufig schnelle Fraclitschiffe mit eineiri

Wulst.bug ausgerüstet [21] his [251 nuid [28] bis [30].

Ver-suche hnben gezeigt., daß z. B. cia kugel- oder ellipsen-fönnigerKörper, der sich nut gleichbleibender Geschwin-digkeit. etwas unterhalb der Wasseroberfläche bewegt, ein \Vellental verursacht [39], das. wenn man diesen

Körper in geeignetmr Lage am I3tug eines Schiffes

an-Schiftbaumorschung 7 3/4/63

bi-i ugt. das Bugwellensvstemn cies.sel beim z. T. au fluel,emi iuuuut damit (leu Gesamtwidemstamìddcs Schiffes verbessei-ij kann [34] [37] [45] u. [4G]. Die Auubi-luigung eines Bug-wuistes kaum auch die Liñicnfüh rung des Sci ifiskörpei-s im Vorsehiffsl)creith infolge Vergrößei-ung der Schiffs-länge, Verklcinerung der W'asserliuiicneintrit.tswinkel im

Bereich der IVL und Abschwächung der vorderen

Schultern [33] u. [34] günstig beeinflussen, speziell bei völligen Schiffen. Eiñe intem-essante Ansicht bezüglich des Wulsteffektes bei völligen Fahrzeugen ist. [35] zu entnehmen. Danach kann ein .Wulst das Ablösen von Wirbeln au den Spantübergängen zum Boden ini Vor-SCl)iff behindern bzw. verzögern sowie sogar einen Ein-fluß auf die Ausbildung der Grenzschiehtströmung aus-üben [3fl.

Welcher Bugwulst nun an welchem Schiffskörper an-gebracht werden muß, um möglichst hohe

Widerstands-verbesserungen . zu erzielen, darüber gibt es in der

Literatur die verschiedensten Ansichten. Bergenmann [33] empfiehlt, den Wuist nicht in den Sehiffskörper einzustra'ken, sondern einen scharfkantigen Ubergang

zwischen Schiff und Wulst zu schaffen. Dillon und

Lewis [36j dagegen sprechen sieh für einen eingesti-akten Wuist bei Schiffen mit hohen Geschwindigkeiten aus (vgL auch [41]). Nach [34] und [37] soll der Wulst bei schnellen Schiffen möglichst breit und kurz sein, sich so

weit vie möglich nach vorn bui erst.reckeñ, und dio

Oberkante soll miñdestens eiñen Wulstdurchmesser unter der 'Wasseroberfläche liegen. Die entgegengesetzten Merkmale, bedimigt durch spezielle Forderungen an den Wulsteffekt bei unterschiedlichen Beladungszuständen, weist der sogenannte Maierform-SV-Bug auf [40], der

ausgesprochen schmal ist und bis nahe andic

Kon-struktionswasserliniereieht (Bild 2. Wulst S). iberhaupt gehen auch in bezug auf die Lage des Wnlstes die An. sichten weit auseinander. Einerseits vei-spricht man sich von möglichst hoch gelegenen Wulst.en den größten Effekt [33] u. [44], weil dann eine wirksamere Beein-flussüng des Welloñbildes und demzufolge eine weitere Verbesserung ' des W7ehienwiderstandes auftreteiì soll,

und andererseits baut oder empfiehlt. man möglichst tiefliegende Wulste [32] [42] u. [45] his [48]. Sehr viel für sieh hat wahrscheinlich die von Bergemann [33] und van Lancmereij [48] vertretene Ansicht. daß, Uer Wulst so nahe wie möglich an die Wasseroberfläche heranreichen soll, aber niemals bei den unterschiedlichen Fahrzustñnden austauchen darf. ¡'anLamìimeren emp-fiehit. aus diesem Grunde, den Wulstdurchmesser gleich dem Ballasttiefgang am vorderen Lot zu wählen. Das hat aher wiederum den Nachteil, daß clic Größe des Wulstes begrenzt. ist, und, wie Untersuchungen gezeigt haben [31] [33] [36] [37] [42] [43] [45] u. [46]. gerade besonders große Bugwulste beim beladenen Schiff und

bei hoheti Gesòhwindigkei ten eine erbeblic hue

Leist.ungs-einsparung bringen. Deslualh soll der Bugwiulst. auch um so größer sein, je höher die Froudezahi ist. (luci empfiehlt sogar einen Wulstdurchmesser von 80% des Tiefganges

[33] u. [42]).

In einigen Literaturangaben [33] [34] u.

[42] sind Leistungsverbesserungen bis zu 15% aneegeben. wobei

es sich hierbei wahrscheinlich um sehm-.große Wulste mit

einer Fläche am vorderen Lot von AFP 15% von

handelt [31]. Eine Anbringung derartigem Wuhste am Schiff dürfte jedoch aus technischen und ökonomischen Gründen (Schiff in Bnllastfahrt, Schiff bei Seegang usw.) kaum zu vertreten sein. Iii Japan wurde beispielsweise an dem Küsten-Passagierschiff .,Kurcnai Maru", das

einen kleinen Wuist mit. _{= 5% vomi A besaß, probe.}

halbet- ein größer Wuist mit. AFP = 17% von A an-gebracht. Bei der Em-probung erreichte das Schiff mit dem vergrößerten Wulst diegleiclic Geschwindigkeit mit einer um 13% geringeren Leistung [31] u. [42]. Der

87

i

Länge zwischen den

Loten Lpp : 165,00 in

Breite in der Wasserlinie

Tiefgang . Bwi, T

=

23,60 9,34 m m Verdrängung

_y

= 20000

in3

Völligkcitsgrad der

Ver-drängung CB 0,550

Völligkeitsgrad des Haupt.

spauts CM

=

0,972

Schärfegrad Cp1,1, = 0,566

Lage des Ver,drängungs. schwerpunktes, bezogen

\Vulst wurde jedoch nach der Erprobung au technischen

Gruliiclen wieder abgenommen. Daraus ist. zu ersehen, daß

iuicht allein die Größe des \Viderstaiidsgcwitmes dio Wahl der Wulstgröße beeinflußt [33] u. [34J.

Interessant sind auch die Ergebnisse, die Diilor und Leuiè (lurch \Viderstandsversuche mit verschiedenen Wtilstgrößeri (Ayr _ 0%. 4.5%, 9% und 13,5% von AM) drhalten haben [36] u. [37]. Diese zeigell deutlich, daß dic Sehieppleistungen des Schiffes mit größer

\ver-clendein Vuìst. im Gsch'n-indigkeit.sbereich V/'1 > O.S

(F 0.24) abnehmen und im kleineren

Geschwindig-keitsbereich zunehmen. Der Bugwulst bringt also bei schlanken Schiffen erst von einer bestimmten Geschwin-digkeit.. an Vorteile, die um so größer sind, je größer der Bugwulst ist.. Es verden noch umfangreiche Forschungs-arbeiten und viele praktische Versuche notwendig sein, bis das Problem des Wulstbuges und die TTbert.raghar-keit von Modellversuchsergebnissen auf die Großaus-führung gelöst sein wird. Allgemein kann gesagt werden,

daß es üblich ist, einen Wuist mit Ap = 4% bis 8%

von AM zu verwenden, weil ein solcher Wuist sowohl theoretisch als auch praktisch recht. gute Ergebnisse für Schiffe mit V/J'L > 0,8 bringt [34]. Ist der Wuist kleiner als 4% der Haupt.spantfläche, so hat er meist nur eine geringe Wirkung (zusätzliche Kosten für Konstruktion und Bau), und ist er größer als 8% der Haupt.spa.nt-fläche, so ergehen sich, abgesehen von den Schwierig-keiten beim Ankèrn, Docken usw. [33] [34] u. [38], auch noch .andere Nachteile.

Wie bereits erwähnt., wirkt. sich ein Bugwulst bei kleinen

Froudezahien ungünstig auf die

Widerst.andscigen-schaften eines Schiffes aus. Das ist vor allem darauf zurückzuführen, daß clic benetzte Oberfläche und damit auch der Reihungswiderstand. des Schiffes mit Wulst

größer ist. als beim Schiff ohne Wulst, und daß der

Anteil cies Reibungswiderstandes am Gesamtwiderstand für kleine Geschwindigkeiten sehr groß und der Wellen-widerst.andsanteil sehr klein ist.. Dadurch überwiegt bei diesen Geschwindigkeiten der nachteilige Einfluß des Wuistes auf den Reibungswiderstand gegenüber dem Vorteil. der sich durch die Verringerung des Wellen-widerstandes ergibt [31] [33] [34] [43] u. [45], und zwar um so mehr. je größer der Wuist. ist und je langsamer das Schiff fährt. Nachtèilig kann sich ein großer Bug-wi.ilst auáh. dann auswirken, wenn er teilweise aus-taucht., wie es bei Ballast.fahrt. vorkommt [7] u. [33]. Hierbei können ungünstige Uherlagerungen der WTeIlen systeme von Schiff und Wulstkörper im Bereich der oberen \Vasse.rschichten zustande kommen, die wiederum die Wellenbildung (starke Ablenkung der Strömung)

und Spritzwasserbildung verschlechtern und den

Widerstand des Schiffes erheblich erhöhen. Unter Um-ständen ist es in solchen Fällen zweckmäßig, die

Ballast-wassermenge zu vergrößern oder mit zusätzlichen

88

z...

Ïximint.anks zu arl,eiten. unì dcii Vulst voll eintauchen ZU lassen [7] .u. [33]. In den Füllen. wo sich die \Vider-staudseigensclmafteii schnellcrcr Schiffe auch im 13illast-zustand durch das Anbringen cities Bugwiilstes verbes-sert haben, ist anzunehmen-. daß der Wuist verhältnis-mäßig klein war und nicht atistauehte, und clatI sich infolge cies kleineren Tiefganges eine relativo Vergröl3c-rung des Wulstes ergab. clic diese VerbesseVergröl3c-rung ergab. Auch in bezug auf die Seegangseigenschaften eines

Schiffes mit Wulstbuggehen die Meinungen auseinander, was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist. dall die Untersuchungen, auf die sieh die verschiedenen Aus-sagen st.üticn, jeweils mit anderen Schiffen. anderen Wtilstbugformen oder auch un t.ersehiecilichen Seegangs-bedingungen ermittelt wurden. . So kann ein Bugw-ulst., der beispielsweise bei langen, von vorn kommenden Wellen (Wellenlänge größer oder gleich der Schiffslânge) oder auch bei kurzen Wellen und kleinen

Geschwindig-keiten die Widerstandseigenschaften eines Schiffes

ungünstig beeinflußt, hei kurzen Wellen und höhereii Geschwindigkeiten einen Leistungsgewinn bringen [36] Andere Autoren haben festgestellt, daß ein Bugwulst, sofern er nicht extrem groß ist, keine Nachteile im See-gang zu bringen braucht [45], sondern sich sogar günstig auf den Schiffsw-iderstand auswirken kann [7] u. [43] Demgegenüber sind auch Fälle bekannt, hei denen ein Bugwulst, besonders wenn er sehr groß war, das Gegen-teil bewirkte [7] [34] [38] u. [49]; das gilt besonders bei

Ballastfahrt, wenn der Wulst infolge der

Schiffsbewegun-gen ständig ein- und austaúcht. Die SchiffshewegunSchiffsbewegun-gen unterscheiden sich nur unwesentlich und sind eher gün-stiger gegenüber den Stampf- und Tauchhewegungen eines Schiffes ohne Wuist. [33] [38] u. [43]. Außerdem. verlängert der Wulst in der Regel die ebene Bodenpartie und vergrößert dadurch die Gefahr des Aufschiagens (slamming) [33] u- [34]. Die Manövriereigenschaften des Schiffes solien durch einen Bugwulst nicht ungünstig beeinflußt werden.

Die in vorliegender Arbeit dargestellten Versuchsergeb-fisse sollen keine allgemeine Lösung für die

aufgeworfe-nen Fragen geben. Sie stellen eiaufgeworfe-nen Beitrag zu dem

Problem, welcher Wuist. bei einem vorgegebencii

Schiffstyp bei Glattwasser die günstigsten Widerstands-werte liefert, ciar, welche Leistungseinsparungen sich erreichen lassen und wie groß der Tiefgangseinfl1üß auf den Wulsteffekt ist. Dabei ergibt sieh allerdings das

Problem der tbertragbarkeit von

Nodcllvqi-suehs-ergebnissen mit Bugwnlst auf die Großausführung, das auch schon in [31] u. [35] behandelt worden ist. 2.3. Untersuchung de8 Einflusses von lVvlstbg/or;nen

auf fien Schiff.swiderstand

Wie aus der Fachliteratur hervorgeht, werden in immer stärkerem Maße auch Handelsschiffe, vor allem sehr

Tafal

Zusammenstellung der Konstrukt inns -daten der untersuchten Frachtsehiffe

M 426 AusgangeechilT

M 478 = coast.; Spautabstand

von M 426 gcündert

M 479 = const.;

Spdntll8chen-kLirve voli M 426

ge-Lindert

M 476 V = const.;

Spauttltichen-kurve on M 426

ver-zerrt. mmit paralicleni Mittelsidsilt M 477rn V = coiist.

Spaiittl8chcn-kurve. nach Lap, ohne

paralleles .\littelschitT M 404 ,.Oricntal Qimecn', omit Viilstbug M 485 Ktthl5chi!r, omit Wulatbug M 480 Kiihl-clmilt. ohue Wulstbug

(Spant-Iliielmeimkurve von St 4S5 gelindert; LC,13 = coast.) Sthiftbauforschung 7 3/4/68 Modell Nr. 426 48 479 4_ß 477 494 485/486 Modcflmaßstab 33 32 32 . 31 '31 . 30 25 Lpp [ni] 165,00 160,00 160,00 185,00 155.00 148.00 124,00 B [ui] 23,60 23,60 23.60 23.60 23,60 23,40 17,80 H [nl] 14,00 1350 13,50 13,00 13.00 12,80 11.40 T [m] 934 934 . 934 9,34 9,34 9,25 6.25 y [mtm] . 20000 19400 20000 20000 . 20000 18320 - 7685 CBPP 0,550 0,550 0.567 0.586 0,586 0,572 0,857 CM 0,972 0.972 0,972 0,972 0,972 0.975 0,962 0,566 0,566 0.583 0,602 0,602 0,588 0,579 LppfB 6,90 6,78 6,78 6,57 0,57 6,32 6,97 BIT 2,53 2;53 2,53 2,53 . 2.53 2,53 2,S5 LCB -1,5% -1,5% -1.5% -1,5% -1,5% -1.55% -1.3%

Tafel 2. Am Modell M 426 untersuchte Wulstformen

große und völlige Massengutfrachtschiffe, Tanker und schnelle, bis, etwa 25 kn laufende Fraehtschiffe, mit Bugwulsten ausgerüstet, weil clic Anbringung eines

Bugwulstes bei solchen Schiffen unter bestimmten

Voraussetzungen den Widerstand erheblich verbessern kann und einen Geschwindigkeitsgewinn von 0,5 ku und mehr ergibt.

Um diese Widerstandsverminclerung etwas näher zu untersuchen, d. h. um festzustellen, wie weit sich cija Schieppleistung eines Schiffes durch Anbringen eines Bugwulstes verringern läßt, und vor allem, um fur clic

ausgewählten Schiffsformcn (siehe Tafel 1) cine möglichst

günstige Wulstform zu ermitteln, wurde das Ausgangs-modell (M 42G) nacheinander mit eiuier Reihe verseliic-denartiger Bugwulste versehen und bei der Konstruk-tionsverclrängung V = 20000 m3, Schiff gicichiastig, und bei der Ballast.verdrängung V = 10850 in3, Schiff

3,30 m hccklast.ig. geschleppt.

In Tafel 2 sind die am Ausgangsrnodell (M 42G)

unter-suchten Grundwulstforinen dargestellt,

und Tafel 3

enthält cine Zusammenstellung si mtlicher Wuiste. die an diesem Modell untersucht vurclen, und dic sich durch Veränderungen aus den Grundformen ergeben haben. Die Linicngcsta]tung der einzelnen Bugwulste ist durch die Darstellung der Spantenrisse und

Vorschiffskontu-ren aus Bild 3 . deutlich erkennbar. Ferner sind

in

Bild 4 dic von dcrSVA entworféneii Wulstformen i bisO noch einmal gegenübergestellt.. Von den untereinander ähnlichen Wulsten i bis 3, die alle einen kreisförmigen

Schlifbauforschung 3/4/6B

Qtwrsclunitt von 5 in Durchmesser haben. ist Wuist

3.0.E da igestcllt, fencer \Vulst. 4 nut hirnenfürinigeni und \"VLulSt S mit, tropfenfo..Inigein Queisclìriitt uuuul \Vulst (i,

der ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt. jedoch von 6 in Durchmesser hat. Wulst 7.0.1 hat. von der Seite hei Ahnlichkeit mit dein Wulst. 5. besitzt jedoch im Gegensatz zu diesem nach hinten starl eingeschnürte Wasserlinien. Aus diesem Wulst entstand dlurCh Form-verzerrung der schmalere Wulst 7.0.2, \Vulst S vuircle in Anlehnung an die Maicrform (Patent angemeldet) und

Wulst 9 nach einer. Veröffentlichung von Nei/ai [39] entworfen. Dic Linien der Wuiste 4 und S sowie 7 undi S wurden, wie aus den entsprechenden Spantenrissen auf

Bild 3 hervorgeht., gleichmäßig in die Sehiffslinien

cinge-strakt., während die Wuilste i bis 3 und 6 nur mit.einein kleinen lJbergangsradius versehen in den Schiffskörper èinlaufen. Wulat 9 wurde ohne Ubergangsradius in ver-schiedenen Stellungen am Schiffslo'rper befestigt.. Bei den SVA-Entwürfen wurden die Wulstquerschnitts-größen und die Wuistlängen vor den'i vorderen Lot

(s. Tafel 2 und 3) anhand von Literaturangaben [32] bis

[37] fest.gelcgt..

Um festzustellen, ob die Wuiste bei einem, beispielsweise

iO rn kürzeren Schiff (M 477) hei der großen Verdrängung

die gleichen Wtderstandsverbesserungen ergeben wie bei dem Ausgangssehiff (M 426), wurdeh die aus den Ver-suchen mit M 426 ermittelten, widcrst.andsmäßig gün-stigsten Bugwulstformen 1.1.E und 5.0.3 auch am Modell M 477 untersucht. Im Gegensatz zu M 426 läuft dier Wulst 1.1.E bei diesem Modell jedoch ohne l5bergangs.

radien in den Schiffskörper ein. Bei diesem Modell

wurden dic. Widérstandswert.e für mehrere Verdiangun-gen ermittelt, um den Einfluß des Tiefgangs auf den

Wulsteffekt zu erfassen.

2.4. Absc/iätzng des Einflusses nnterschiedlieher Schi jis-hängen auf dic lE'ider8tands- und Prop

ulsionseigen-schalten ,

Um den Einfluß der Schiffslänge bzw., was in diesem Falle dasselbe ist, den Einfluß des Völligkeitsgrades der Verdrängung auf die Widerstands- und

Propulsions-eigenseliaften zu ermitteln, vurden außer dem 16m

langen Ausgangsschiff (M 426) zwei 160 in lange Schiffe

(M 478 und M 479)

tind zwei 155 rn lange

Schiffe

(M 476 und M 477) untersucht. Dic Spantenrisse sow-ic

die in Anlehnung an M 426 entworfenen Vor- und

Hinterstevenkonturen dieser Entwüi'fe sind in Bild 5 und 6 dargestellt. Eine Gegenüberstellung der Spant-flächenkurven aller 5 Entwürfe zeigt Bild 7; in Tafel 4 sind die zugehörigen Zahlenwerte angegeben.

Wie aus Tafel i hervorgeht., wurden für alle 5

SVA-Entwürfe die Breite mit 23,60 m, der Tiefgang mit

9,34 ru.

der Völligkeitsgrad des Hauptspantes mit

0,972 und die Lage des Verdrängnuigsschwerpuuiktes miti,5% von Lpp beibehalten. Da der Vöhligkeitsgrad der Verdrängung des ersten 160.m-Entwurfes (M 47S) der gleiche wie bei dorn Ausgangsschiff war

0,550), ergab sich für diesen Entwurf eine, urn etwa 600 m3 kleinere Verdrängung. Deingogenüber winde beim zweiten 160-m-Ent.wurf (M 479) die Verdriingung mit 20000 in3 beibehalten, so daß sich der Völligkeits-grad der Verdrängung auf 0,57 vergrößerte. Die beiden 150 m langen Schiffe wurden für 20000 in3 Verdriingung entworfen. Der erste Entwurf (M 476) entstand durch Verzerrung der Spantflächenlcurve des .Ausgangssehiffes (M 426) und erhielt durch das benutzte Verzerrungs-verfahren ein etwa 13 ru langes parolleles Mittelse.hiff Der zweite Entwurf (M 477). mit dem auch

Bugivuist-untersuchungen gemaöht wurden. -ar nach der

Spant-flächenverteilung von Lap entworfen worden und hatte kein paralleles Mittelschiff. Der Vöuigkeitsgi-ad der Verdrängung der. beiden 155-in-Schiffe vergrößerte s'iclu 89 Wuthi Nr Seitencnsfchl des Wels/es hAdsiquer-schrill ¿'ci F Ap [mt] 700 AFP/AM Bemerhungen 1, 23 E

We/s/I läuft ¿j linderischin den Schi!IsMrper ein.

lEu!!, sithnoch hinten ' verjdngend (3--5 in den

/

D - 5m i96 .92 _{Schi!Ishörpercii.}

/

"j

. ,r--1'-.L)

Wulst3 wie Wu's12, ¡e&rh

(-7

-/

' . Wulslliriien gíeichmöl3ig in den

- / A 19.8 .92 Spar/chwuJder efrugal/rtht.

()

(8irnenwuíst')

Wels/linien gIeithmEßi in den 5 i 200. 98 Spanlcharak/er eingeslrakl.

(,Tropfenwulst')

I wie Wui i wie Wulj 1

nerD-fm 283 132 wie WaisE I.

Wulst 70.1 EhrlichWaist 5

A

' o nach hinten eingeschniirt.

t 70.2

i

'

ji

WaIst 702 durch formeerzerrung aus WaisE Wi enlreickeli.

B ¡

i_..1_1

13,1 4!

Weist in Anlehnung un die

Mulerform entworfen.

g Dmax J m Torpedofòrmpr Wels/körper

(j)'

(;)

(.92)

roth i/u/ku, in verschiedenen Stellungen uni .Vorsciiiff enge-brachL

Zeichenerklänsng: E: der Wuluüop! besteht aus einem Holbe/li;asoid, dessen

(fir Willst 1 is) Hatbachse gleich dem Wutsldurchmesser ist.

K: der Wa/s/hop! besteht aus einer Halbkugel. 3: Winkel dergròl3ten Wuls/wasserlinfe zu MS.

proportional der

165/155 0,586),

konstant gehalten

Verkürzung (CB155

= CB _ins'

da 'alle anderen Hauptabmessungen wurden.

2.5. T'ergleich dr

Bcha/ten

Um Vergleichsmöglichkeiten über die Gü'te der unter-suchten Schiffs- und 'Wulstformen zu bekommen, wurde außerdem nach den aus der Literatur [28] bekanuLen Unterlagen das Modell M 494 gebaut. Es entspricht, der 148 m langen ..Oriental Queen", ein für 19,5 kn Dienst-geschwindigkeit ausgelegtes Schiff mit einer Antriebs-leistung "on 12800 PS bei 119 U/mm. Im Hinblick auf Breite, Tiefgang, Völligkeitsgrade und Schwerpunktiage stimmt dieses Fahrzeug mit dem 1G0-m-SVA-Etwurf

(M 479) recht gut überein. Ferner wurden von einem

kleineren schnellen Kühlschiif für Vergleichszwecke die Modelle M 485 und M 486 hergestellt und untersucht. Um cien Einfluß der \%ulste dieser beiden Fahrzeuge auf den Sehiffswiderstnnd zu ermitteln, wurden die Modelle zunächst im Originalmustand, d. h. mit Wulstbug, und anschließend mit abgearheitetern W'ulst bug geschleppt. Durch das Abarbeiten cies \Vulstbugs ergaben sich für gleichbleibende Verdrängungen etwas andere Tiefgänge sind, was dcii Widerstand u. U. noch mehr beeinflussen kann, auch andere Schwerpunktslagem Um den Einfluß auch dieser Schwerpunktänderung zu erfassen, d. h. um sagen zu können, welche Widerstandsänderung auf cien Bugwulst zurückzuführen ist, und wie groß der Anteil an der Widerstaiidsiinderung ist, der sich auf

G rund der Sehwerpunktsverlagerung ergibt, wurdevon

dem Kühischiff unter Beibehaltung der

Hauptahthes-siliigen und Völligkeitsgracle ein zweites Modell (M 48G)

ohne Wulstbug entworfen. Dieses hatte bei Konstruk-90

Widerstands- und Propulsionseigen

-Tafd 3

\VTll.tkeilngr0C(ii luid Eiuufluulj der \'uIatc a uf Lunge. Tiefga ng, ObeuIIiich und

Scluwcrpuuuuku luge des 105 ua langelt Aus-gaiigaacluilfcs (31 426)

I '100(°,l.

Bild 4. Aun Modell des Ausgauugsschiftes (M 42G) Untersuchte \Vuulatforiiuea

ibiaO Schiffbauforschung 7 3/4/68 Wulst- bezeich-Wulatlünge vor [nu] L5' TP [% v.Lppl

V = 20000 ni' y = 10S50 iii', 3,20 in lieckl

Tm [in] S (un'i ASt) [%l LCB F%v.Lpil LL2) ins] Tm [nu) S Em'] ¿SS') 1%]

-

-

_-

9.34 4740 0 -1,5 160.4 5,58 3409 0 1.0.E 5.00 3,0 9.23 4838 2.1 -0,7 366,1 5,48 3527 3.5 I.1.E 0,65 4.0 9.22 4860 2.5 -0,7 107,7 5,47 3546 4,1 1.2.E 8,30 5.0 9,21 48S2 3,0 -0,6 169,4 5.46 1574 4,8 L0.K 2,50 1,5 9.24 4811 1,5 -0,6 163,6 5,49 3501 2,7 1.lJ 4,15 2,5 9.23 4833 1,9 -0,7 156.2 5,48 3522 3,4 1.2.K 5,80 3,5 9,22 4855 2,4 -0.7 160.5 5,47 3543 ,9 2.0.E 5.00 3.0 9,25 4805 1,3 _-0,9 100.1 5,50 3487 2.3 2.1.E 6.65 4,0 9,24 4826 1,8 -0,8 167.7 5,49 3508 2.9 2.2.E 8,30 5,0 9,23 4848 2.3 -0,7 169,4 5,48 3528 3,5 2.i.R 4,15 2.5 9,26 4799 1,2 -0,9 165.2 5,53 3483 2.2 3.0.E 5,00 3.0 9,26 4802 1,3 -1.0 166.1 5,53 3487 2.3 3.1.E 6,05 4,0 9,25 4823 1,7 _-0,9 187,7 5,50 3508 2,9 3.2.E 8.30 5,0 9,24 4845 2.2 -0,8 169,4 5,49 3528 3,5 3.1.K 4.15 2,5 9.27 4796 1,2 -1.0 165.2 5,52 3482 2,2 4.0.1 2,35 1,4 9,24 4794 1,1 -0,8 163,4 5,49 3487 2,3 4.0.2 4,00 2.4 9,23 4811 1,5 -0,8 165,1 5,48 3501 2,7 4.0.3 5,65 3,4 9,22 4829 1,8 -0.7 166,7 5,47 3522 3,3 5.0.1 1.95 1,2 9,25 4811 1,5 -0,0 163,0 5,50 3514 3,2 5.0.2 3,60 2,2 9,24 4831 1,9 -0,8

-

-

-

-5.0.3 5,25 3,2 9,23 4852 2.4 -0,8 166,3 5,48 3560 4,4 0.O.E 6,00 3,6 9,14 4S5$ 2,5 -0,2 187,1 5,40 3584 5,2 6.1.E 7.65 4,6 9,13 4884 3.0 -0,1 168.7 5,39 3815 6,0 6.2.E 9,30 5,6 9,12 4911 3.8 0 170,4 5,38 3641 6,9 0.1.K 4,65 2,8 9.15 4845 2.2 -0,2 365.7 5.41 3571 4,8 7.0.1 4,95 3.0 9,28 4812 1,5 -1,1 166.0 5.53 3501 2.7 7.0.2 3.30 2,0 0.33 4780 0,8 -1.4 164,4 5,58 3459 1,5 8.0.1 4,13 2,5 9.29 4806 1.4 -1,2 165,2 5,54 3509 2,0 9.0.1 5.00 3,0 9.31 4900 3,4 -1,3

-

-

-

-9.0.2 5,00 3.0 9,27 4885 2,7 -1,0

-

-

-

-9.0.3 5,00 3.0 9,27 4865 2,7 -1,0

-

-

-

-9.0.4 0 0 9.27 4848 2.3 -1.1

-

-

-

-9.0.5 0 0 9,31 4893 3,2 -1,3

-

-

-

-9.0.6 5,00 3.0 9,27 4885 2,7 -1,0

-

-

-

-') uS

(St

WuI.st Soe wsast

Die relativ großen Oberl1iichenunteclije-de zwischen Schiff mit und ohne \Vulst bei der Dallastverdrängung kommen dadurch zustande, daß die benetzte Oberfläche dea

Schiffes mit Wult für den Fahrzustand

ermittelt wurde (vgl. Text). Das gilt auch für Wulat 9.0.1 und 9.0.4 bei y = 20000 na'

') Bei BallastverdrSngung wurde die

ge-saliste Länge des Bugwulates in die Was. scrlinienjänge des Schiffes einbezogen. Bei Konstruktionsverdrulngung wurde dec

Tiefgangscinfluß auf die Wasseu'linienlänge

Schiffbufoi'schung 7 3/4j68 18 -WuIst 5

,jvjj0. Íi5ff

13

1116

j

0.E

1-'fa

Lage X Basis Waist g TP WulsLl il Old 3.

Ubersicht. über die am Ausgagsschiff unter-snehteñ Bugwulstforunen 91 E!

I

it

L -s. y 1.0.0 1 3L12 zOO 05 313 ¿00 W 314 a ao 315 -0 0 KWL 700 1.5.0 t 1

-M 478

M 478

tdec*

MS

Bild 5. Spantenrisse der 160-m-Varinnren, Modell M 478 und M 470

MS

Bild G. Spantenrisse der 155-in-Varianten, Modell M 476 und M 477

tionszustarid die gleiche Schwerpunktslage wie das Modell mit Wuist. (M 485); LCB = -1,6% von (Duich das Abarbeiten des Wulstbugs hatte sich der Verdrängungsschwerpunkt bei M 485 von -1,6% auf -2,2% verschoben).

Die Spantenrisse und Vor- und Hinterstevenkonturen der Vergleichsschiffe sind in Bild 8 und 9 dargestellt, die Haupbdaten der Schiffe in Tafel 1.

75

s0

¿5

,,,.'. ..

Tafel 1. Vcrte für dio in Bild 7 dargestellten Spantflüchcnvcrtcilungen

) juil parallelem Mittelschiff

3. Versuchsdurchführung und Auswertung 3.1. Beshreibung der Modelle

Die von den 5 SVA-Eñtwürfen angefertigten Modelle waren aus Holz hergestellt und hatten alle eine Lânge von 5,0 m zwischen den Loten; damit betrug der Modell-maßstab 2 = 31, 32 bzw. 33.DieModelle der

Vergleichs-schiffe waren knapp 5 m lang. Das ModelÌ M 494

(,,Oriental Queen") war ebenfalls aus Holz im Maßstab A = 30 angefertigt, während die Modelle M 485 und

M 486 (Kühlschiffe) aus Paraffin und im Maßstab

A = 25 hergestellt varen. An allen Modellen waren auf Spant 19 (1/20 Lpp hinter FP) dié von Hughes [50] empfohlenen Stifte zur Erzeugung turbulenter Strömung angebracht.. Bei den Modellen mit Wulst wareú zusatz-liche Stifte auf dem Wulst auf 2/3 der Wulstldnge

ange-bracht. . . i /0 Fp Modell Nf. 426/47S 479 476') 477 Ljp IIL1J 165/100 160 155 155

0.55-- 0,567

0,580 0,586 20000119400 20000 20000 20000 AP 0,007 0,007 0.007 0,007 SpI. 0,5 0,028 0,031 0,027 0,028 1 0,093 0,098 0,103 0,106 LS 0,150 0,167 0,174 0,177 2 0,225 0,237 0,248 . 0,259 3 0,361 . 0,381 0,404 0,430 4 0,506 0,534 0,567 . 0,96 0,653 0,685 0,722 0,739 6 . 0,784 0,810 0,854 0,847 7 0,891 0.916 0.942 0.927 8 0,959 0,974 0,983 Ó,975 9 0,093 0,998 0,999 0,998 10 1,000 1,000 1.000 1,000 11 0,978 0,990 0,095 0,982 12 . 0,915 0,940 0,960 0,934 13 0,812 0,843 0,870 0,854 14 0.681 0,715 0,752 0,747 15 0,540 Ò,567 0,605 - 0.016 16 0,399 0A20 0,448 0.469 17 0,270 0.286 0,301 - 0,322 18 0,160 0,170 0.178 0,190 10 0,071 0,075 0,077 0,085 FP O O O O

VD7

;;

i

_L10

-

IXWL .0

t

II

Ifr 6

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hulls IIIL104

_ 6 "S, _{\, \,} . i / / ' 11w'

I/-" MI°

'IZW!L

7.

1iIt1IINIIi..

ft.5hIIIlJM11J

t

_'.

-

-,/)_ '.

M zs and M478M 476 - C5,M 478 -M 477

-- Cq 0.586 -- 0557 0588 ¡1550

-Uil

r

/

4 5 6 z 8 14 15 16 17 ₁₈ (AM =214,3 ni')

92.

SchilTlaauforschung 7 3/4/68 li? 13

/

"LP

JiId 8. Spanteurtß urnl Stevenkonturen des Modells M 494 (,,Ortentai Queen")

Haap/deth

8il«1 JO. Vorseliitf des Grundmodells (M 426) luit WuIst 3.0E

JUIml II (rechts). Vorschiffeinsälze frda.s Grunulumiomlell (I 426, oben: Wutl5t 3 uuuit \'uurianten

unten: Vulst , ijuit Variant(iu

M4s4 M 494 (MuB/ abge-bei/e/) Moup/deck 1485 -. - /1485 (hl.dst abgearbeilef) M486 Wau p/deck - MS

1(itd 9. Sluauutenrisse und Stevcnkouuturen der Modelle M 455 mund M456 (Kühlschift')

Backa'ec* WZ 18 WZ 16 WZ 14 Basis WZ 10 WL8 WZ 12 WL6 M4 W12

H15

/.

¡ji

%

t_I I__

6

'

i,AI

sch:fmauforschung 7 3/4x68 ₉₃ w:iz WZ ¡U WI 8 LVI 2 Basis

[5m clic Wulstbuguntcrsucliuiigeii mit einem möglichst

geringen Zeit- und Kostenaufwand durclifiibreri zu

konnen, varen die beiden Modelle M 426 und M 477 so

vorbereitet, daß sich

das Unterwasservorsehiff -bis

Spant 16 auswechseln ließ. Aus dem Wuist I entstand durch Abarbeiten des \Vulsteinlaufes ins Modell der Wiilst 2 und nus dem Wulst 2 der Wuist 3 (Bild 10).

Auch _{-urden die verschiedenen Wulsteinsätze nicht}

aus einem Stück. sondern mit abnchmharem, z. T. sogar zerlegbarem Wulstkopf gebaut, wie es Bild 11 zeigt. Auf diese \Veise war es möglich, in relativ kurzer Zeit die

Bugwulste auszuwechseln und so

ohne besondere Schwierigkeiten eine große Anzahl von Wulstcn an ein und demselben Modell zu untersuchen. Ebenso ließ sich auch durch das in der Hauptspantebene teilbare Grundmodell (M 426) ein anderes Hinterschiff, nämlich das mit Spiegelheck; anfügen (M 426B).

3.2. Durchgeführte Modéllversnche

Mit dem Grundmodell (M 426) wurden Widerstands-versuche für die gleichlastige Konstruktionsverdrän-sprechend 2% von Lpp) hecklastig vertrimmt, durch-geführt. Auch die Bugrulst.untersuchungen und die Untersuchungen über den Einfluß der Heckform auf

gang V 20000 in3 und für eine angenommene

Ballast-verdrängung V = 10850 m3, Schiff

3,30 m

(ent-cien Widerstand wurden bei diesen beiden Verdrängun

gen gemacht..

Die drei Modeilvarianten M 476. M 477 und M 479

wur-den bei folgenwur-den. auf die Großausführung iimgercch-neten Verdräñgungen untersucht:

V = 20000m3,gleichlastig, (T = = 9,340 m)

V = 15250m3, gleichlastig, (T = O,S.TKWL = = 7,472 m)

V= 15250 m3, 1% von Lpp hecklastig V = l0S5Om3, gleichiastig. (T = O,6.TXVL

== 5,604 in)

V = 10850 m3, 2% von hecklastig

Außerdem wurden mit- dem Modell .31 477zur

Ermit.t--lung des Widerst.andseinflusses des Bugwulstes in Ab-hängigkeit vom Tiefgang noch Widerstandsversuehe für folgende Verdrängwgen durchgeführt:

= 13192 in3 1,5% von heeklastig,

(T = 0,7. TKWL 6,538 in)

8700m3 gleichlastig

(T = 0,5. TK\VL = 4670 m) 6675 m3 gleichlastig

(T = O,4.TKWL = 3,736 in)

Das Modell 31478, as für eine andere Verdrängung

ausgelegt worden war, wurde außer bei den gleich- und hecklastigen Verdrängungen 20000 m3, l5250m3 und 10 SSO m3 auch noch fur folgende Zustände untersucht: V = 19400 ru3 gleichlastig

(T = l,0.TKWL = 9,340m)

V = 10250m3 2% von hecklastig

(T = O.O-Tx\-L= 5,604 in) Die Verdrängungen der Vergleichsschiffe wurden folgt festgelegt: Für M 494 (.,Oriental Queen") V = 18320 m3, gleichlastig, (T = 1,0. TIcWL = 9.2S0 in) V = 13950 in3, gleichlastig. (T = 0,8. TJWL

₌

= 7,400 m) 94

Übersicht über die durchgeführten Nodeilversuche

Modell Nr M 426 M 426B 31476 M 477 M 478 M 479 31485 M 4S6 M494 \Viderstandsversuche ohne Wuist mit Wuist

R - -CRV _{- 0*12 v. V213} Schiabaurorschung 7 3/4/OB Propulsions-versuche

/

-2

2 4 4

3.3. Avsweit.ung der Versuche

Um die Ergebnisse dieser Versuche in dirnensionIoser

wie Form zu erhalten und vor allem auch, um die

Wider-standsiiiitersch iede zwischen dien verschiedenen \Viilst -

-formen bzw. zwischen Schiff mit und ohne Wulst- recht deutlich zu erkennen, wurden die auf diC Verdrängung

bezogenei i _{Restwiderstaiiclsbeiwerte. miteinander}

,ver-glichen - -.

V = 12001) m3, etwa 1,5% von hecklast.ig,

(T = 0.7. TIcWL = 6,475 ru)

V = 9900 in3. gleichlast.ig und etwa 2% von.

lieekIast.i(T = 0,6. TI,Z\VL 5,500 ru)

Für M 485 und M 486 (Kühischiff)

V = 8533 ni3, gleichiastig, (T = 1,0 . Tmax 6,800 ru)

V = lOSS n, gleichlastig, (Tiç\VL = 0,92. Tmax = 6,250 rn)

V = 0379 rn3. gleichiastig und etwa 1% von heck-

-lastg, (T= 0,8Tmax = 5,440m)

V = 5345 in3, 0,80 ru hecklastig, T( == 0,7. Tmax

=4,750m)

V = 4413 ru3, gleiehlastig, (T = 0,6. Tmaz = 4,080 ru) Um auch Anhaltswerte für die Sog- und Mitstromziffern sowie die benötigten Wellenleistungen zu erhalten. wurden mit einigen Modellen für verschiedene Bela-dungszustände Propulsionsversuche durchgeführt. Insbesondere wurden die Zustände ,.Sehiff voilbeladen"

und Schiff in Ballastfahrt" jeweils tinter den der

Probefahrt entsprechenden Bedingungen untersucht. Bei der Berechnung des Reibungsabzuges mit Hilfe der Sehoenherrschen Reibungsbei werte wurde der für d ¡ese

Schiffalängen etwa übliche Rauhigkèitszuschlag

CF = 0,0002 sowie ein Probefahrtszuschlag

₌

0,00 016 gewählt.

Diese Versuche wurden im Gegensatz zu den .

Wider-standsversuchen

_{mit einem Spantenruder}

(NACA-Profil 0015) durchgeführt.

Fur den Antrieb der Modelle wurde ein SVA-Modeil-propeller mit verstellbaren Flügeln von 200 mm

Durch-messer benutzt (AD/Ao = 0,55, Z 4, Typ

Wagenin-gen). Das Steigungsverhaltnis des Propellers wurde für das Ausgangsschiff (M 426) so festgelegt, daß sieh _im volibeladenen Zustand bei der vorgesehenen Probe-fahrtgesehwindigkeit von 25 ka eine Propellerclrehzahl

von etwa 140 U/mm _{ergab. Bei den anderen Modellen}

wurde cias Steigungs-erhältnis in den Grenzen von

0,80 bis 1,04 variiert, uni in begrenztem-Maße den Ein-fluß desselben auf die Propulsionseigenschaft.en des

Schiffes zu

erkennen.-.6

o-5 S 7 6 2 6 5 59 .16 8 7

73

DF I

azz

in dieser Formel sind:

RR [kp] = Restwiderstancl

o* [kp s2m4]

_{= oI9Sl}

'[kp s2m4], mit Q [kg in3]

Dichte des Wassers

y [ins-i] Geschwindigkeit

V [in3] = Verdrüngung

Diese Darstellung hat dòn Vorteil, daß die Rest-wider-stünde aller Wulstvariaiiten bei konstanter Vcrdrângung immer auf denselben, mir von der Geschwindigkeit abhö.ngigen Wert bezogen werden und sich deshalb auch

über den Beiwert Cn direkt miteinander vergleichen

lassen.

_/

Der zur- Béstimrnung von CV crforderlichc Restwider-stand Rit' ergibt sich ans der Differenz zwischen dem Gesamtwiderstand R1' und dem Reibungswiderstand

v-10850 in3

-

Waist O.E

-

Wuisi/.7.E Waist 712. E fl T- I- ¡ 022 26 430 I I J I I- I 18 20

V

22 24kñ1

I

.

c'-10850m3 v-20000m3 ohne Waist h1iLsi 2.0.E Waist 2.1. E, Wa/st 2.2..E Waist z Z E I - T I I I J T 115 ,230 J I -I 18 20 22 Z4 ka SchiffbauZorschung 3/4/68

V-//

/

25 18 v-10850m3

/

/ y,

-ohne Waist v 10850m3 . 20000 in

,,

j,,

-r,,

-WUist 7.0.K -- Wa/si ;.zK WI//sf 1.2.A' Waist ZZE t I I I I I -0,26 - 0.30 434 0.22 FJipp I T 20 22 '24 20

V

V

}t' des Modells. Bei der l3erechiiung der Reibuiigs. wicletstñncic RF' wurde die Länge zwischen dcii Loten

L' eingesetzt.

-T)ie Cit-Werte s!nd in Abhängigkeit on der auf Lp

bezogenen Froudezahi bzw.. ii Abhäi'igigkeit von

der Schiffsgeschwindigkeit V für einander ähnliche \\rtilstfoi.inen in den Bildern 12 bis 21 dargestellt. Zum Vergleich wurden in jedes Diagi'amm die CRV-Werte von M 42G ohne Wuist und mit WIllst 1.1 .E eingetragen.

Der Wtilst -

l.l.E

zeigte bei diesem Schiff und

V = 20000 m3 besonders günstige Versuchswerte. Sollen aus den in den Diagrammen dargestellten C-Werten die übIieher'veise auf die Wassèrlinicnlänge LwL', bezogenen Restleistungen PER ermittelt vcrden, dann ist ein Korrekturfaktor

j erforderlich (i hängt

sow-ohi von der WTasserlinienlünge als auch von der esehwindigkeit' ab). D'-70 kn 26 'v200CDm3 25 43' V-10850m3 v-20000 in3 o/me Wa/st 10550m3 -Wv/st ¡i.E Waist 1.7./C I I I J J -1 I -T 425 - 430 434 I I I I- T T 18 20 22 24 Kr 26

V-Bild 12

Einfluß der -Wuistlänge und der Wuist-kopfausfuhrung auf die Cf,V-Werte bel

M 420 für \Vulst i

.Ruld 13

-Einfluß der Wtilstläìige und der Wuist-kopfaiaführung auf dic CRV-Werte bei

M 420 für Wulst 2 95 434 422 0.25 T T I T -0,34 0.22 126 78

1.5 o. 422 426 t I t 18 20 '-1085llm3 ç, s" -'s. v-20090m - ohne Wu/t - t7-10850m' Waist 3.0.E

---Waist ,!./.E

Waist 3.2.E WaIst 1. 1. E t J I J aso '2pp J t 22

V-WaIst 4. 0. 1 Waist 4. 0. 2 Mils! 4.0.3 Wuist 1.1. E t I I t 0,30 I

_t

t t t I t I I 434 W 426 430 434 rnpp I I t t t t I t t t t I 24 hit 25 18 20 22 24 ka 25 V 0,22 's 'S..'.- _t'-10850m3 V 10850m3 ohne Waist v-20000m3

_/

/

pP._3.-_{..;- .-}

,,

...-Waist 3. 1. E Waist 3.1.K Waist!. f. E v 10851/rn3

:E±T.

_v-20000m3 ohne Waist

t'.

10850m' > Waist 5.0.!

-

WaIst 5.0.2 WuIt .0..3 Waist 1.1. E t t I t t I i 426 430 Fflpp

Tafel .5. SdIIepIe6iIlngeII fOr das Attsgangsschiff _{Es ¡st. dann:}

(&huej/jerr luit ,C1 = 0.00036)

96

V . PET PEF PElt ET EF Ea

k-n PS PS I'S PS PS PS 13 2402 1883 519 1918 t302 556 14 3054 2:t35 710 2391 1688 703 IS 3826 2852 974 2940 2061 879 lO 4732 3439 1293 3572 2487 1085 ir 5792 4101 1691 4292 2966 1326 18 6996 4841 2155 5100 3498 3902 19 8403 5664 2739 614 4096 1918 20 9997 6572 3425 7045 4753 2292 21 11899 7570 4329 8204 5473 2731 22 1391T 8662 5255 9517 6262 3255 23 16376 9862 6514 11053 7129 3924 24 19205 11152 8053 12895 8066 4829 24,5 20827 11844 8983 13964 8507 5397 23 22650 12539 10091 15263 9078 6185 25.5 24741 13310 11431 16785 9618 7167 26 27318 14078 13240 18941 10177 8764

/

/

0,34 Bild II.

Einfiaß der VtiI5t länge und der Wuist-kopfausfiihrung auf (lie CRV.Werte bei 31 426 für Wulst 3

Bild 15.

Einfluß der Wutstkopfatisführung auf dic

CaV-Werte bei 31 426 für WuIt 4 und 5

V2/

= Et _2.75

y. 0.5144 V3. V21

9,81.2.75

= 92.53.10-ü.E1.o.v2/3.cfrv.VS

Vergleichsrdchnungen haben gezeigt, daß j bei der

großen Verdrüngung und 18 kn Geschwitdigkeit bei etwa 1.02 liegt und mit zunehmender Geshwindigkeit fast linear auf etwa 1.01 bei V = 25 kn absinkt, und zwar unahhngig davon, ob das Schiff einen Bugwulst hatte odet- nicht. Bei der Ballastverdriingung ergab sich fast unabhängig von der Geschwindigkeit eut Wert für von 0,985 heim Schiff ohne \Vulst und von 1,005 beim Schiff mit Witist.

Schiffb8uforschung 7 3j4/68 __=_-_---_-. _{' W7W5} t I 22

V-I t t t t t 18 20 22 24 kit 25

V-/8 28 24 kit 26 V V 20000 ni' 10850m' P11t 75

20 15 10 .5 o 822 0.26 . 30 .flpp I I J lfl - 20 22 -

24 ki 25

I

V-20 22 24 V

Bild 16. Einfluß der Wuletlänge und der Wul.tkopfausfühirung auf die CRV-Wertc bei M 46 für VuIst 6 und Vergleich der CEV-Werte für Wulat i und 6

ohne WuIs y- 10850m' 'aisE 7.0.1

--- WaisE 70.2

Wa/si 8.01 Waist î. E

Bild 17. Einfluß der Wultc 7 und S auf dic CRV.WCTIC bei 31 426

Der aus dem Reibuugswiderstand

sich ergebende Leistungsanteil des Schiffes mit Bugulst läßt sich aus dcii in Tafel ö dargestellten PEF.Vcrtcn von M 426 ohne WTulst. dadurch bestimmen, daß liese Wérte um den gleichen Prozentsatz erhöht werden wie die benetzte ,Oberfläc1e des Schiffes mit Wul:st größer ist als die des Schiffes ohne Wuist (vgl. Tafel 3). Das gilt. jedoch exakt nur für gleiche Schiffslängen. wie es bei der großen Ver-drängung annähernd der Fall ist. Tin Ballastzustand ist dic Wasserlinienlänge beimSchiff mit Wulst größer als die beim Schiff olmo Wulst., wodurch sich auch dic Schiff bauforschung 7 3/4/68 I - I-- I -- I- -I--t-- - - -I 18 20 22 24 k 25 18

V-v-20000m3 WùIsEZ2.E Waist 6.2.E Waist 1./E - I 26

Schoeuherrschen Rei bungsbeiwert e ändern .

Berücksich-tigt wird dieses, wenn die nach dem oben beschriebenen

Verfahren ermittelten Léistungsanteile PEF für das

Séhiff mit \ulst mit

2 0,996 multipliziert werden.

Dieser Faktor wurde durch Vergléichsrechiiungen für

10850 m3 Verdrängung und für M 4 mit. und ohne

Wuist ermittelt.

Außer den Widerstandsbeiwerten CR7 wurden für die \\Tulstvariailten, die unter den Versuchsbedingungen besonders günstige Widerstandsbeiwerte ergehen haben (\\Tulst 1.1.E LUId 6.2.E hei V = 20000 m3 und \Vulst 5.0.3 bei beiden Verdrängungen) oder die für Vergleichs-zwecke benutzt wurden, die Schleppleist ungen berechnét. Dio Umrechnung der Modellversuchsergebnisse auf die Großausführung erfolgt.e mit Hilfe der Sclloenherrscherl

Reibungsbeiwert-e und einem Rauhigkeit-szuschlag

C = 0,0002 zuzüglich CF = 000016 für

Probe-fa-hrtbèdingungen (0.00004 für Steuern, 0.00004 für

Schi i.ngerkielo, 0,00 008 für Eigenfahrtwind).

Als Bcrechnungslänge der Leistungen wurde für die große Verdrängung, unabhängig davon, ob das Schiff einen Wulstbug oder éinen- norrrialcn Voisteven hatte, dio Konstruktionswasserlinienlänge LKW L eingesetzt.

Bei der Ballastvordrängung wurde die gesamte dnge

des Bugwulstes, auch wenn diéser teilweise austaucht-e. in die Berechmingslänge einbezogen - Außerdem wurde boj dieser Verdrängung, bei der dei Bugwulst bei V = O teilweise austauchte, bei Fahrt jédoch überspült wurde,, dic benetzte Oberfläche des Schiffes für den Falirzustand ermittelt, d. h. es wurde der oberhalb der Wasserlinie liegende Teil des Wuistes hei der Oberflächetiherechnung mit berücksichtigt.

Die Sclileppleist-ungen sind in Bild 22 in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit dargestellt-: außerdem enthält dieses Bild auch clic Welleiiieistungen.

Dic vergleichsweise in eiiigen Fällén für clic Konstruk- --tionsverdi-ängung mit Hilfe der Reibungsbeiwertc nach Ero-udc errechneten Schleppleist-ungén lagen im unteren

97 -1

î

718850m ---.-.

/1

----°

-,,,,,

v2O00Om3

/

WIst6./.E Waist 6.1.K Waist 1. 1. E I I t I J t I

-- - -c'. 10850Fn3

--.1 -/ v-10850m1 -

ST-<--.

/

2b000

-

- ohne Waist - v=10850& - -

__5

n-c"

-

----

--

-17 I

---

Waist

--- Waist

-..-- WuLtEfZ.E

---- Wa/si

I I i 6.0.E

6./E'

i. 1 E I I 1i34 8.22 0.26

-

030 034 022 0.26 030 0,34 Fnpp

Io

b

2

15

19

¡21W ¡8. Einfluß der Wulstlage auf die CRV.Werte beiM 420 für Wulst O und 20000 n Verdrängung

t,

2

o

1 3

53

L ¿3/e Lpp

Bild ¡9. Einfluß der Wuistlange auf (lie Widerstandsbeiwerte CRV für 20000 ui Verdrãngung

8 o 5 o 022 0.25 430 434. 0 [app f I 22 24 hn 26

V.

p 15 20

- Wuist I.E

Wa/silK i. 1.E....3. i.E U KS. 1.K

Jur fUUU ni 'verurangung

- ... - ..,.

_{flu 20000 m' Verdrüngung}

i.E 2.E 3.E F0.25 1.2.E....3.ZE 5J Z5° 5"

'7-0,5 Tanchliefenverhälln!s

ß

-I

S as.

F5'O3Z F0,28 Wu/st i. E - - - WaIst 4 -- WuIs/5 15 4 2 o 3 .5 I 21En.6.l.E 1. 1/< u.5.l.K

8-Fc.zs 25 7.11.6 u. 6.0.E lIEu. 5. i.E 1.2.Eu. 6.2.6

i

Bild 20. Einfluß der Wnlsteinsehnürung auf die Widerstandibciwerte CRV Bild 21. Einfluß des Wulstdurchmessers auf dic Widerstandsbeiwerte CRV

Wulsidarchmesser Wa1s10ngdvorFP D-5 in 1iv5m F033 41L 0.28 I I f t I I f I I

-

'r-.-..

--

-.5

-

--T-ohne '5._ 5-. Waist

4

_-.

WaIst 8.0.1 - - Waist 9.0.2 - -- Waist 9.03

FWaIst 8.0.6

(-0 1-0.50 1-i0.D l-5.D i i '7 '.5e b

---- Wujs

1. tE I i i t I t I -ohne -S--.S_.-..---'-. Waist WaIst 9.0. 10 Lw4,OD Lw.. 1,00 Lw- O I I Waist 9.0.5 Waist .9.0.2 t-0,5-D Wuisi 9.0.4 1-0,5-0 Waist!. 1.6 I I I I 98 Schifrbauforschung 7 3/4/68

-

---,-..----.

,.---,-

.-. --,...

1,5 022 0,26 430 Dj4 Tflpp I I I T 22 .24 kri.,25

V-18 20 o 2.5 0.32 F tz3Z m.6

D-mS 5

0-I t I I I I I I t I

025

-

0.38 8.25

-

0.30

13118 22. Vergleich der Schlepp- und Wellenleistungen von M 420 mit und ohne Wuist

Geschwindigkeitsbereich etwas mehr als 1 % höher und

im oberen Geschwindigkeitshercich nicht ganz I %

niedriger. Nur bei dem kleinereiì Kühlscliiff (M 485) ergaben sich über den gesamten Geschwindigkeitshercich etwas kleinere Schieppleistungen.

Außer den bereits genannten Model lmaf3stñ ben wurden

von den Vergleiclisschiffen M 494. M 4S5 smcl M 4S6 clic

Modellversuchsergebnisse der größten Vercirängutig

auch noch mit einem anderen Maßstab auf die Großaus-führung umgerechnet. Dieser Maßstab wurde für Ver-gleichsbetrachtungen so gewählt, daß sich in der Groß-ausführung eine Verdrängung von 20000 m3 ergab. Hinsichtlich der benetzten Oberfläche und der Bercch-nungslânge gilt hei M 477 mit Wulst das gleiche wie bei M 426 mit Wuist.

4. Erläuterung der Versuchsergebisisse

4.1. Beeinflussung des Widerstandes durch Anbringung

eines Bugwulstcs

In Bild 12 his 18 sind die Restwiderstandsbeiwerte CitV der Bugwulstuntersuchungen mit M 426 in Abhängigkeit von der Froudezalil bzw. von der Schi ffsgeschwindigkeit dargestellt. Zur besseren Beurteilung, welche Wuist-form für das untersuchte Schiff am besten geeignet ist, wurden in jedes Diagramm zusätzlich die CRV-\Vcrte

vom Schiff olino \Vulst und vorn Schiff mit Wuist

l.l.E eingetragen. Der Wuist 1.1.E wurde zum

Ver-gleich

gewählt, da er

¡in voll geta.ucliten Zustand

sehr gute

\Viderstandsverbesserungen biaclit e und

auch baulich keine Schwierigkeiten bereiten dürfte. Der Wulst 6.2.E verbessert zwar bei V = 20000 m3 und V > 22 kn die Widcrstaudseigensclmaftcmi cies

Schiffes noch mehr (Bild 16), ist jedoch auf

Grund seiner Abmessungen für eine prakt is'clìe A us-führung kaum noch empfehlenswert. Außerdem bringt der Wuist 6.2.E im Ballastzustamid eine so große Wider-Schiffbauforschung 7 3/4/68

Bild 23. Vorsehiff des Grundmodells (M 420) mit Wulst 4.0.3

I

-

426

Bild 21. vorchuf des Grundmodells (M 420) mit Wulst 5.0.3

0.5n

/

-I--?

2

/

I

PD,,

/

I

/

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_{VI 0850m.'} .Z3m heck1s1iq Waist J I

- -- o/me

mit Waist I

-s

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-c s-.. -S--s----. N-s_N

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-,

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P57V,

$

"ohneWuist 850rn3;1rnhec* tasti9 I I I I ids1 iii Wa/si 11K Waist 5.0.3 Wu/s102!

oo;:3/

j

¡P51 initk'utst

---S--

'J 1001/o] I - 1.P57 ohneWalst I I y I I t8 22 lcn 25 18 22 kn

V-

V-

20 /8 22 ha 617 50 30008 PS 40 30 L 20000 20 10

0-

10000 _.10 o

standserhohung, dal3 für den Antrieb des leeren,

heck-lastig getrimmten Schiffes eine größere Leistung

erforder-lieb

ist als für das volibeladene gleichlastige

_Schiff

(Bild 22). Der Einfluß der verschiedenen \Vulstpaiameter auf cien Restwiderstaxìd des Schiffes mit Bugwulst ist

aus Bild

19, 20 und 21 zu erkennen. In diesen

Diagrammen sind die CRV-Werte für V = 20000m3

und dici verschiedenen Froudezahien in Abhängigkeit

von den Wulstparametern L _{(Länge des Wuistes vor}

FP). D (Einschnürung cies Wuistes) und D (Durchmesser desWulstes) dargestellt. Interessant sind auch die Ergeb-nisse der Widcrstandsversuche mit Wulst 9 [39], der in

sechs verschiedenen Stellungen _{am Modell untersucht}

wurde (Bild 18). Diese Untersuchungen lassen

Rück-schlüsse auf die günstigste Lage dieses Wulstes _am

Schiff zu,

1. Einfluß der lVulst/orm auf die CR7-WCrIe, für_lVul8t 1, 4 und 5 (AppJAj = 0,09 = const.)

Wie aus Bild 15 hervorgeht, haben die Wulste_{1, 4 und 5}

bei der Konstruktionsverdrangung _{von 20000 m3 und}

richtiger Wahl der \Vulstlânge im

Geschwindigkeit.s-bereich _{> 0,31 etwa gleich günstige Wirkung auf}

den Restwiderstand des Schiffes. Für

Froudezahien

kleiner als 0,30 und vor allem im

_{Ballastzustand ist}

der nach oben etwas schlanker auslaufende, birnenför-mige Wuist 4 (Bild 23) dem Wuist i mit kreisförmnigem

Querschnitt. widerstandsmaßig etwas überlegen. Noch

günstigere Widerstandswerte im Ballastzustand ergab

der noch mehr verjüngte, tropfenförnmige Wulst

₅

(Bild 24). Jedoch ist auch bei diesem Wulst, wie bei fast

allen anderen, eine erhebliche Verschlechterung _des

Restwiderstandes gegenüber den Werten ohne Wulst

vorhanden. Diese Verschlechterung ist darauf zurück-zuführen, daß der Bugwulst bei dieser Trimmlage

teil-weise austaucht und im Vorschiffsbereich eine große

Bugwelle erzeugt, die beim Modell ohne WTulst _{so gut}

wie gar nicht vorhanden ist. Das heißt, hier wurde durch

den \Vulst gerade das Gegenteil _{von dem erreicht, was}

man eigentlich mit einem Bugwulst erreichen will und auch bei der großen Verdrängung z. T. erreicht. hat. Ob

hierbei auch Ablòsungserscheizìurjgen _{am Wulst eine}

Rolle gespielt haben, kann nicht gesagt werden. Auf alle Fille aber ist zu erkennen, daß im Gegensatz _zur großen Verdrängung. bei der cile Form cies Wuistes bei

gleichbleibendem Wulstquerschnitt nur eiiie unterge.

orclnet Rolle spielt, beira Ballastzustand clic Ausfüh-rung des Wuistes für clic Größe des Sehiffswiderstandes

von Bedeutung ist, und zwar ist die

Wideistandser-hóhung durch den \Vulst bei diesem Beladungszustand um so größer, je dicker die \Vasserlinieneinláufe des

Wuistes im Bereich der KWL sind, da das

Wellen-system primär beeinflußt wird.

In Tafel 6 sind die prozentualen Unterschiede des Rest-widerstandes

/ RR mit \Vulst

C

=

ohne Wulst

i)

100 [%]

Tafri G. Prozcnbnle Änderung der Restwiderstandes der \Vu!stformen

l.1.E, 4.0.3 und 5.0.3 gegenüber dein wu!t1osen SchulT

0O

.1-

- - - - -,

--

_s_ a

Bild 2i. Voreliitt des (i-tindmodclIs (31 420) nut Wtilst 7.0.1

zwischen Schiff mit und ohne Wulst für drei

Froucle-zahlen dargestellt (für den Vergleich wurde die

bei

V _{20000 m3 Verdrängung wiclerstandsmäßig}

gün-stigste Variante des jeweiligen Wulstes verwendet.) Zu berücksichtigen ist,, daß der Anteil des Restwiderstandes am Gsamtwiderstanc[ bei den kleinen Geschwindig-keiten kleiner ist als der Reibungswiderstancisantejl; d.h. eine Verbesserung des Restwiderstancles von beispiels-weise 20% bringt hei den höheren Geschwindigkeiten einen größeren Leistungsgcwinn als bei den niedrigen Geschwindigkeiten.

2. Einfluß der lVulst/orrn auf Cn _{bei unterschiedlichen}

lVul8tgrößen

Der Einfluß der. Wulstform auf den Widerstand bei

unterschiedlichen Wulstgrößen (AFP/AM = 0,03 bis

0,09) wurde zwischen den Wulsten 1.1.E, 7.0.1,7.0.2 und

8.0.1 ermittelt. Die Linien der WTulste, mit Ausnahme der von Wulst 1.l.E. wurden in die Schiffsform

cinge-strakt. Während Wulst 7.0.1 (Bild 25), der von der

Seite Ähnlichkeit mit Wulst 5.0.3 hat,

nach hinten stark eingeschnürte Wasserlinien besitzt, laufen die Linien der Wulste 7.0.2 und 8.0.1 nach hinten allmählich

auseinandergehend in den Schiffskörper ein. Wulst

7.0.2 ist dem Wulst 7.0.1 in der Form ähnlich, aber

bedeutend kleiner, und Wuist 8.0.1 unterscheidet sichvon

den beiden dadurch, daß die größte Breite

seiner

Querschnittsfläche am vorderen Lot oberhalb de halben Konstruktionstiefgangs liegt. (Bild 17).

Tafel 7. Prozentuale Änderung des Reatwiderstamies der Wulstfornmeii

1.1.E. 7.0.1. 7.0.2 uinul 8.0.1 gegenüber dciii wuistlosen Schifl'

Schilflauforschung 7 3/4/fis y = 20000 nu'

gleichlastig _{3,30 in hecklastig}y 10850 ni' -L1.E 7.0.1 8.0.1 7.0.2 1.l.E 7.0.1 8.0.1 7.0.2 Àp/A 0,00 0,09 0.00 0,03 0,15 0.15 0,10 0,05 Fpp = 0.23

20.7 10.4 13,7 0,5

+111 +58 ±1,3 +5,5 0.29

21,:t 12.8 14.0 6.4

_{± 07}

27 3,0 5,4

0,32

23,6 15.1 15.1 8,3

+ 39 +17 +0,8 --3,9 V 20000m1 gleic)ilastig 3.30 ni hecklastig= 10550m'

\.iilt J.1.E 4.0.3 s.0.3 1.1.E 4.0.3 3.0.3

0.25

20.7 23,9 20.7

±111 +92 +63

0.29

21.3 23,3 21.3

_{± 67 +57 --36}

In Tafel 7 sind die Restwiderständc des Schiffes mit und

ohne Wuist für dic Froudezahien = 0,25, 0,29 und

0,32 miteinander verglichen. Die Wcrtc lassen (Icutlich den Einfluß der Wulstgröße auf die Wideistandsände-rungen infolge des Wulsteffektes erkennen. \Vulst 1.1.E

(AFp/A[ = 0,0) bringt die größten

Widcrstandsver-besserungeii beim volibeladetien Schiff und auch dio

größtoii Viderstandsverschlechterungen beim leeren

Schiff, Wuist 7.0.2(Ap/A1 = 0,03) dagegen die

klein-sten Widerstandsverbesserungen beim vollbeladenen

Schiff, aber auch die kleinsten

\Viderstandsversehlech-terungen beim leeren

Schiff. Im Geschwindigkeits-bereich V = 21 kn bis 26 kn wirkte sich der kleine \Vulst bei der Ballastverdröngung infolge seiner relativen Ver-größerung sogar vorteilhaft auf den \Viderstancl des Schiffes aus, d. h. hier trat bereits beim kleinen Schiffs-tiefgaiìg der erwünschte Wulsteffekt auf.

Daß aber auch die Form des \Vulst.es einen Einfluß auf die durch ihn hervorgerufenen \Viderstandsänclerungen hat, zeigt der Vergleich der Wulste 7.0.1 und 8.0.1. \Vie

die Zahlenwerte in Tafel 7 erkennen lassen, hat der

Wulst 8.0.1 trotz seines kleineren Querschnitts bessere Widerstanciseigensehaften als der \Vulst 7.0.1, und zwar

sowohl beim vollbeladenen Schiff als auch heim

Schiff in Ballastfahrt.. Für den Geschwindigkeitsbereich

V 2(1,5 kn bis 24,5 ku ergaben sich sogar nodi kleinere Restwidcrstände als beim Schiff ohne \Vulst. Die aus der

Literatur bekannt gewordenen, mit dem Maierform

SV-Bng erzielten Leistungsverbesserungen von 20% und mehr wurden bei diesem Schiffstyp jedoch nicht erreicht

[40].

3. Einfluß de8 Wulstquerschnitts auf Cnv bei gleicher

Wzdstforin (zylindrischer Wulet)

Wuist i und Wulst 6 (Bild 3) haben beide einen kreis-förmigen Querschnitt, und die WTasserlinicn laufen parallel zu Mitte Schiff in cien Sehiffskörper ein. Der Wuist i hat einen Durchmesser von 5,0 m (Ap/Aìi = 0,09) und der \Vulst G einen Durchmesser von 6,0 m

(AFP/AM = 0,13).

Wie aus der Darstellung der Versuchsergebnisse hervor-geht (Bild 16 und 21), übt der Wulst 6 bei V = 20000 m3 im unteren Geschwind igkeitsbereich einen ungünstigeren und im oberen Gesch'xindigkeit.sbereich einen

günstige-ren, zumindest aber gleichwertigen Einfluß auf den

Restwiderstand des Schiffes aus als der. Wulst 1. Etwa

zu dem gleichen Ergebnis kamen auch Dillon und

Lewis [36j bei ihren Untersuchungen, nur daß sich die

PET.Kurven dort bei F 0,24 und im vorliegenden

Fail erst bei F 0,29 schneiden (vgl. Bild 16 und 22). Das Ergebnis ist auch eine Bestätigung der vielfach geäußerten Ansicht [33], daß der Wulst um so größer

.IflZCZ 2G. Vorscbicr des Crud,nodeUs (M 42G) mitWLL1St G.O.K

Schiurbauforschung 3/4/68

sein soll. je höhcr die Froudezahl ist. Trotzdem ist es uiizveek!nlißig, ein Schiff mit einem zu großen Biigwulst zu versehen, veil dci .Restwiderstnrul claim. venn das Schiff nieht -oll beladen ist und der \Vulst austaucht. so beträchtlich ansteigt, daß das Schiff hei J3allastfahrt für

die gleiche Geschwindigkeit unter Umständeiì eine

höhere Leistung benötigt, als venii es voll beladen ist

(Bild 26).

Interessant in diesem Zusammenhang sind auch die

wälireiid der Fahrt gemachten Wellciihildcr. aus denen deutlich die Beeinflussung (1er Bugwelle durch den Bugwulst zu erkennen ist. Bei 20000 m3 Verdrängung und 1.8 ka Geschwindigkeit wurde die Bugwelle durch den Anbau des Wulstes 1.1.E abgebaut, und es ergab sich eine Leistungsverbesserung von etwa 8% (Bild 22).

Bei dem mit Wulst 6.2 .E ausgerüstet en Modell verringerte

sich die Höhe der Bugwelle noch mehr, dafür entstan(1 aber durch ungünstige Ubcrlagerung der Wellensysterne

von \Vulst und Model] etwa bei Spant 16 ein neuer

Wellenberg. durch den der bereits von dem kleineren \Vulst erzeugte Leistungsgewinn wieder vollstä ndig

rückgängig gemacht wurde (Bild 22).

_{Bei V =}

20000 m3 und V = 5 kn war das Bugwellensystem am Modell ohne Wulst stark ausgeprägt, wurde aber durch die Anbringung eiiios Bugwulstes weitgehend abgebaut und zwar bei dein großen Wulst iioch mehr als bei dem kleineren. Dementsprechend war auch die Leistungs-verringerung; sie betrug 8% bei Wulst l.1.E und 10% bei Wuist 6.2.E.

Bei der kleinen Verdrängung V = 10850 in3 liegen die Verhältnisse anders. Hier entstand beim Modell ohne

Wulst nur ein relativ kleines Bugwcllensystem, das

jedoch durch die Anordnung eines Bugwulstes vor allem im unteren Geschwindigkeitsbereich erheblich vergrö-ßert wurde, und zwar um so mehr, je größer der Wulst war; Damit ist auch die Widerstandserhöhung beim Schiff mit Wulst gegenüber dem Schiff ohne Wuist zu erklären. Sie betrug beispielsweise bei 25 kn Geschwin-digkeit und dem kleinen Wuist 20% und beim großeit WTulst sogar 40%; bei dea kleinen Geschwindigkeiten war sie noch höher. Diese Unterschiede treten noch deutlicher hervor, wenn nur die Restwiderstände beidet Wulste miteinander verglichen werden (Tafel S).

Tafel 8. Prozentuale Änderung dea Restwiderstandes der \Vulstfona ].1.E und O.l.E gegenüber dem wuistlosen Schiff

4. Einfluß der lVulsteinschnürung auf CRV

Um festzustellen, wie sich ein nach hinten zum Schiff

hin verjüngter Wuist auf den Widerstand auswirkt.

wurde der VuIst 1. unter Einhaltung des Wulstcjuer. schnitts am vorderen Lot. zweimal abgearbeitet und

untersucht. Es entstanden so der Wulst 2 mit einem

Einschnürungswinkel.

= 2.5° und der Wulst 3 mit

5° Ein nach hinten dicker werdender Wulst wurde nicht untersucht, da ein solcher Wulst sehr lang werden würde, was sich nach [34] und [37] ungünstig auf deis Schiffswiderst and auswirken soll.

Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Bild 12 bis 14 in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und in Bild 20

für verschiedene Froudezahlc in Abhängigkeit vom

101

I

i

r 1.

i

t

V = 20000m' gleichlastig V 10850m' 3,30 us hecklastig

vulst 1.LE 6.1.E J.LE 61E

FP/AM 0,09 0,13 0,15 0,22

Fpp = 0.25 20.7 - 8.6 +111 +167

0,29 21.3

24.0

+ 67 ±120