Augenblicklicher stand der entwicklung von tragflächen-booten für zivile zwecke in VEB Roszlauer Schiffswerft

C o

\nforderungen für das Zeichen E, die ais Schutz gegen Ei in Flußmündungen und Küstengebieten außerhalb

des i.-eisgürtels empfohlen verderi.

Df' Anforderungen für die Zeichen E 1, E 2 und E 3, die den Bedingungen der finnischen Eiskiassen I C, I B und I A entsprechen. Das alte Zeichen E ± ist in E i aufgegangen.

Die die finnischen Eiskiassen betreffenden Absätze wurden zusammen mit cien masehinenbaulichen Eisvorschriflen der finnischen Seefahrtsverwaltung vorgelegt, die sie ab gleich-wertig anerkannt hat.

Unter Ausbau und Einrichtung" sind Vorseh" ber, über den baulichen Feuerschutz aufgenommen worden, die in t5bereinstimmung mit dem Internationalen

Sthiffssidicrheits-'ertrag von 1960 stehen.

Ebenso ist der Abschnitt ,,Fahrgastschiffe" im Hinblick auf

die Bestimmungen des Internationalen Schiffssicherheits-vertrages neu überarbeitet und erweitert worden.

AuenJÎcher Stani! Ier Entwidun vari Traufiächenbocen

r zivll

iecke' îm VE

o31auer Schiffswerft

Von 'Dipl-Ing. Edgar Presia

In dieser Arbeit soll zusammenfassend über einen

Sonder-zweig des Sthiiffbaues - den Tragfliichenbootsbau -

be-richtet werden, sinn mit den nach dem zweiten Weltkrieg f hr

die Praxis bedeutsamen Arbeiten am Tragflächenboot nus

RoßiauíEibe bekannt zu machen. Es wird dabei bewußt nur

Abb. 1: av-Dia gramm für Verdränger und Tra gfluithenboot

die rein technische Seite erörtert, da die von diesem sdinelilen Wasserverkehrsmnittel ausgehenden eigenen wirtschaftlichen

Fragen von entsprechenden Fachleuten gelöst werden

-auch wenn die so ermittelten Ergebnisse nicht immer snit den Arraiditen der zuständigen Techniker übereinstimmen. Eine weitere Einschränkung ist durch die Tatsache gegeben, daß hin ViEB Roßanier Schiffswerft einzig und ausschließlich Trag-flädienhmute für zivile Zwecke 'entwickelt werden. Das be-deutet, die Untersuchungen 'beschränken sich im wesentlichen auf Maximalgeschcwindi'gkeiten bis 100 'km/h, also auf den

Unterkavitationsbercich.

Grundlegende Elemente des Tragfläthenboot'es sind ein zweckmäßig geformter Sth'iffsikörper und die damn he-festigten Unterwassertragflächen.

Infolge der

Vorwärts-bewegung durch eine geeignete Antriebsqueìie wird en den

'L'ragflädien Auftrieb erzeugt sind der Bootsköxper - bei

genügend hoher Geschwindigkeit - völlig aus dem Wasser gehoben. 'Das besondere Merkmal &'s Tragfliichenbootes zum Unterschiede zu gewiYhniidìen Verdriiingsmgsschiffen hißt sich sdmel charakterisieren, wenn man zum Vergleich der beiden Fahrzeugarten den Verlauf der Gleitzahl e"W/A

30(5 Schiff und Hafen, Heft 4/1963, 15. Jahrgang p

"weh Vereinfachung und Umstellung konnten die

Zahlen-af"ln für die Ausrüstung mit Ankern, Ketten und Trossen

f einzigen Tafel zusammengefaßt werden, de

außer-dem dahingehend erweitert wurde, daß sie den Anfor' rungen'

auch für sehr große Schiffe genügt. \Viihrend cii' Ab-messungen der Anker und Ketten ini wesentlichen un

rnc1rt

geblieben sind, sind

die Angaben über die Tn'

'i den heutigen praktischen Bordverhältnissen angepaßt ". urden, wobei die Erfahrungen verschiedener Rcdereien ausgewertet wurden.

Die in ihrem Aufbau und in ihrem Inhalt

, ontlids modernisierten Vorschriften sind durch Anpassung ' die

Er-fahrungen der Werften und auf Grund sorgfältige" asdiums neuerer praktischer und theoretischer Erkenntnisse e 'zestellt. Es darf erwartet werden, daß sie dem fortschrittliche" -trehen

von' Konstruktion und Wirtschaft gerecht werden "sd die

Zurtimmung aller finden werden, die sie anzuwenden haben.

über der Geschwindigkeit y zu Grunde legt. Bei Verdrängern zeigt sich allgemein ein soit y stetig wachsendes d s I d s'. Diese Tendenz tritt im unteren Geschwindigkeitsbereich auch bei Tragflächenbooten in Erscheinung, um dann aber - bei

V1 1/2Vp,,j zum charakteristischen ersten \Viderstands-maximum ci a! dv1 = O zu führen. e (y1) und die Lage des

f v> y1 nachfolgenden. Minimums e (ve) sind unter

an-'..erem Ausdruck der Güte eines Tragflächenbootes, wobei d e / d y1 d' e / d y12 O als ungünstigster Fall anzusehen ist. Dieser kennzeichnende e (v)-Verlauf wird durch das

Zu-sammenwirken dynamischer - im Falle des Bootskörpers auch statischer - Kräfte

an den Tragflächen und dem

Sdiiffskörper bestimmt (Abb. 1). Es lassen sieh also heim Tragfliich'enboot mit verhältnismäßig kleinen Maschinen-leistungen für Verdrängungsachiffe ungewöhnlich hohe Ge-schwindigkeiten erreichen, sobald y1 überschritten ist und die den Geschwindigkeiten y1 und vR50 zugeordneten Propeller-wirkungsgrade (vi) und (ejse) möglichst konstant

ge-halten werden können. Zur 'tberwindung des Widerstands-buckels d s / d y1 = O sind

D'vje(v1)

5 i, (y1)

WeIIenPS notwendig. MIt dieser vorhaticieneni Leistung wird

die Maximalgesd-mwincligkeit von (vi)

= V1 _/

erreicht. Darin ist = --der hydrodynamuisdie Cütegrad. Masse des Fahrzeuges

Bevor eingehende Untersuchungen und die nachfolgende Konstruktion durdigeführt werden k6nnen, müssenzumichst vorläufige Hauptabmessungen des Fahrzeuges festgelegt und seine Masse mit Massenmittelpunkt ermittelt werden. Aus-gangspunkt dieser vorbereitenden Arbeiten ist die geforderte Nutzlast. Bei Passagiertragflächenbooten in Leichtmetall-Leichtbauweise nach Abb. 2a und 2b und mit

Leistungs-gewichten der Antriebsanlage bis maximal 3,5 Kp / PSi ist das Verhältnis von Nutzlast zur Gesamtmasse 0,23 bis 0,26.

Mit bekannter Nutzlast ist damit die Gesamtmasse D be-stimmt, die zur Länge über alles L die in Abb. 3 gezeigte Relation besitzt. Abb. 4 gibt noch eine prozenthiaìe

Auf-.0

,

_"a

_h

riii.

o V'

Masthinenraums pant IMasc 58 kg) Bawnaterial,: A1Mg .3, .AIMg 5 L 30'i-30'3 L4040.4 "-__.,, L'ois! 10050.5 L 30'30'3 '4,5 4mm dic L3030'3 3I 2i'°' r' I'eordeuocs r, P5W-Norm T8-N9. 70/45 r160'â080'5 Sot oobenoersmdung,/'

L,ch!e Wi.,Ie derMooiogeofThiong i900

1000-F 9 mm 5,04 30'20'3 L40.40'h iBordelioch r, P5W-N 0/i-rn ra-Ng .122/65

''

812,5mm ',LL3O.JOr)

''

'I

-'

1. 4Q.4Q.4

-L 35.30.3 1900 - -2mm dick Losche 402 AÖgeknIetes Pi-01,1, 9/2mm I

-Tji,

Trôger 5142 C

«

9\

I

Abge400(e(e5 Froh!, 81 2mm

ji

i-2g

T2Q

160 Abgekocieles Prop,!, 8! 2mm

\

Borde/loch i, P5W-Nor,,,

\

-rB-N9.122165 600 30'30'3 -7-ml mi

J

IzQf AbQekoofetes Profi!, 812mm L 30'303 BI 2mm Bo,'delloct, r, ROW-Norm T9-N9,94/63 450-r 350-L30'30°3 MS Bordo/noi-/i 000/i P50/-Norm 1B'-N9,194163 \ 2rnro dc' dic Abgekooteles Profi!, 81.2mm

/

L 30.30'J "Loi1S! 100.50.5 '0 r,, T I Lo'u!st 120'50'5

Sthiff und Hafen, Heft 4/1963, 15. Jahrgang

307

(I 1100 I 2,5mm Spant im Fahrgastraum /Massc 45 kg) Bau,natcrial: Aii't'Íg 3, AUofg 5 Abb. 2a und 21,: Konstruk1ver Aufbau zweier eisatakteristi,çther

S pante eines 5O-M-Tra gfläthcnbootes L 30.30.3 2220 92152 Flur0odeo L30'30'.3 .L 60'30o3 frog,r 5142 BI2rnmI

WL 6 WLZ NU np' 2 Ll L n (mf

Abb. 3: Abhängigkeit der Sthiffslänge L, des

Tra'läthen-abstandes LTr und der Deckshreite 2D vom Deplaccrnent

MoSCl(-A(lO0C msI Öl

nd Wosser n Le,tufl.

gen Welle mil Propeller

23.0 'I. ßoolsuOrPer

20.5 'I.

Tr ¿S D5 lof!

55/.

308

Sthiff und Hafen, Heft 411963, 15. Jahrgang

N

--wobei während der Projektierung in erster Näherung 0,12

und , 0,60 zu setzen sind. Die Schifiskörperform

Für die Passagiertragflächenboote aus dem VEB Roi3!auer Schiffswerft ist eine besondere Knickspant-Bootskörperform

entwickelt worden (Abb. 5). Dabei ist der Unterwasserteil

für den Geschwindigkeitbereith O < y < V1 so ausgebildet. daß bei relativ kleinen Widerständen möglichst großer dyna-mischer Auftrieb Ad5. erzeugt und damit der Austauchor-gang auch vom Bootskörper unterstützt vird. Für den Fall O y < hat das besondere Bedeutung. Deshalb wird durch eine Stufe die sonst mit großem Längen-Breiten-Verhältnis

I/b behaftete Gleitfläche in zwei mit beachtlich kleineren

1/ b-Werten unterteilt. Folge davon ist ein größerer e5-Wert

und ein größerer Anströmwinkel der hinteren Gleitfläche. Letzterer rührt von der durch die vordere Gleitfläche

aus-.gebil!deten Mude her. Insgesamt wird dadurch Ad5

1 2 y2 F f (c.1, a) günstig beeinflußt. Das Vorschiff und der restliche Bootskörper werden weitgehendst den Bedingungen bei Verdrängungsfahrt angepaßt.

Die Tragflächen

Nach Form und Wirkungsweise lassen sich die Wassertrag-flächen in zwei Grundtypen einteilen: In teilgetauchte oder clic Wasseroberfläche durchstol3ende und in '.ullgetauchte

Flächen (Abb. 6).

Die teilgetauditen Flächen sind eigenstabil, d. h. Trimm-und Krängungsänderungen werden selbsttätig ausgeglichen.

Sie sind aber empfindlich gegen Oberflächenbewegungen

und der damit verbundenen Orbitalbewegung des Wassers.

M 5.

sthlüsselung von D auf die einzelnen, wichtigsten Bau-gruppen an. Für die in Abb. 3 dargestellte Beziehung zwischen L und D ist die Forderung erfüllt, daß die Ausrüstung - auch hinsichtlich der zur einwandfreien Führung notwendigen

Ge-räte - weitgehendst der im Flugzeugbau üblichen und

be-währten Norm angepaßt ist.

Bei Verwendung von Casturbinen an Stelle

schnellaufen-der Hodileistungsmotoren vergrößert sich schnellaufen-der Anteil an Treibstoff, ohne aber die Summe aus den Positionen

Ma-sthinenanlage und Treibstoff wesentlich zu verändern. Die Abb. 6: Sdìe,natisthe Darstellung einer teilgetavthten und notwendige Maschinenleistung folgt aus

-L2,O'WL.

(4 5.

einer voilgetauditen Traäthe

Abb. 5: Linienriß für Tra gfläthenboot in Knickspantbauweise. Tragflächen in Tandemanordnung

bi. e

:

1roglioChIfl o Puder 11.5 7. _{Zu ladung} (Nu lzlO5() ((sn,,chlung' Ausbau u 23.5 'I. AuSruslung) lz5/. Sue 3.5.,.

Abb. 4: Prozentuale Aufsthlüsselung der Gexamtmasse auf die

wichtigsten Baugrv2p pen

5 10 15 20 25 30 25 120 n à 100 E 80 n 60 ho 20

Die Folge davon sind erzwungene Bootsbewegungen, was bei ungünstiger Laufrichtung der See sogar zu den

uner-wiinsdi ten und unangenehmen Einbrudivorgängen führen

kann. Den letzteren Einflüssen sind cile voilgetauditen

Flächen nicht spürbar ausgesetzt, können aber Neigungen

um Längs- unci Querachse nicht entgegenwirken. Sie müssen deshalb mit kostspieligen und komplizierten Steuereinrich-tungen versehen werden, Soweit einfachere Hilfselemente nicht ausreichen.

Die Fahrzeuge aus dem VEB Roí3lauer Schiffswerft urden bisher mit teilgetauchten Flächen ausgerüstet. Dabei dominiert die Tandemanordnung von Bug- und Heckfläche, so daß im ausgetauditen Zustand die Bugfläthe 50 bis 70 0/ des Cesamtauftriebes bringt. Die notwendige, auf die 'vVasseroherflädie projizierte Auftriebsfläche FT,. eines Trag-flügels beredmet sich bei bekanntem mittleren Auftriebs-beiwert c.m für v10 aus

2 A1

FTr = b tm = _IV2

C1

worin b die Eintauchhreite, tu die mittlere Profiltiefe über

b und A2 der Auftrieb der Flächen bedeuten.

Das Verhältnis aus der bei Vji1a über der Wasserober-fläche befindlichen ReserveWasserober-fläche Free zur Fläche F des be-netzten Teiles kann in guter Näherung nach

Fp0. Vmsx

F

mit e = 1.2 bis 1,4 für clic Bugfläthe und c = 0,6 bis 0,7 für

die Heckflijd)e bestimmt werden. Dabei sollte Z=b ¡ F4,2 erfüllt sein.

Der Profilverlauf längs der Spannweite wird so

ausge-wählt, daß dadurch möglichst vielen Anforderungen hydro-dynamischer, statischer und schiffstheoretischer Art genügt

wird. Er spiegelt sich teilweise in der Auftriebsverteiiung

über b wider, deren angenäherte Berechnung nach Schrenk [1], [2] ausreicht. Hiernach ist

dA

=--- q

a {t(x)

_{+-_tV}

1_(xib/2)2]

+-- q

_da0 (3(X)t(x)

mit t (x) = vorhandener Profiltiefe an der Stellex

t

]/i_i

= Tiefe an der Stelle x der

flächen-gleichen Ellipse (I

q = --

y2 = Staudruck O (x) = Verwindungswinkei

d a

dea

aC.1a=c

Aus Vergleichen mit exakten Rechnungen geht hervor, daß dieses Verfahren für die vorliegenden Zwecke ausreichend Cenauigkeit bietet.

Eine genügend genaue Ermittlung der Auftriebsverteilung

ist audi möglich, wenn die Messungen nach Schuster und Sdiwanecke [3] verwendet werden. Hier sind Profil- und Profiltiefenänderung sowie die Verwindung gesondert zu

berücksichtigen. Weit aufwendiger ist dagegen die Be-stimmung der Druckverteilung über t, was insbesondere für zuverlässige Kavitationsuntersuchungen notwendig ist. Für einige spezielle Profile and Profilserien sind die Kavitations-grenzen in a/O - c1/O Schaubildern festgehalten, die eine schnelle und sichere Überprüfung gestatten (Abb. 7). Hierbei gibt O das Dickenverhältnis d/t des jeweiligen Profiles an.

In

t.

bedeutet a die Kavitationszahl; es Ist a 1

O q

mit P = abs. stat. Druck (Luftdruck + Wasserdrud< auf eingetauchtes Pro6l

Pa = Dampfdruck des Wasserdampfes

q = 4- y2 = Staudruck.

Eine Verbesserung des Seegangsverhaltens von

Trag-flächenbooten kann wesentlich durch Veränderung der Flächenform herbeigeführt werden. Es wird deshalb

ange-strebt, eine quasi eigenstabile, vollgetauditc Tragfläche, möglicherweise mit einfachen mechanischen oder

hydrau-lischen Steuerorganen zu entwickeln. Entsprechende

Vor-stellungen und Anregungen sind bereits aufgezeichnet und zur Patenterteilung angemeldet.

5aug5eitenkav von Vorderkante 2 Saug2e,tenkov von Mitte

ErItorurig 2 3 QrUcl,Se,!eflÑOV von Vorderkante

\ Watchner, Serie t

nach kowot, C%_2/2L [1/d-.&' _1_c(i).6]

Abb. 7: Kaeitationsgrenzen für verschieden« Profile "nach [2])

Das Ruder

Es ist abwegig, die Steuerwirkung des Ruders eines Trug-flächenbootes mit der an Verdrängungs-schiffen unmittelbar zu vergleichen. Die Erhöhung der Geschwindigkeit auf das Zwei- bis Dreifache durdisdiiiittlidwr Verdränger erfordert

naturgemäß größeren Platzbedarf fur Manöver, der

ent-sprechenden Land- und Luftfahrzeugen widerspruchslos zu-gebilligt worden ist.

Die Mindestforderung an ein Ruder eines Tragflächen-bootes ist, daß allein durch seine Wirkung ein Drehkreis-durchmesser

20 L bei

erreicht wird. Diese

Forde-rung hat nodi allgemeine Gültigkeit, obwohl bekannt ist, daß die Eigenschaften eines Ruders besser beim

Durch-fahren eines Standardmanövrierversudies sichtbar werden, als sie durch cias Maß des Drehkreisdurdimessers ausgedrückt werden können. Bei don heute üblichen Profilrudern wird

die erwähnte Bedingung hinreichend durch entsprechende Bemessung der Ruderfläche erfüllt. Sie ist für die Fahrt als Verdränger

Fy5,j =

10,3 D [n2] und für Tragflachenfahrt D FTr = 0,S4 Vp5 i ne

Dabei sind D in [Mp] und VRCie in [rn/see] einzusetzen; die

Kawa/k,

Schiff und Hafen, Heft 4/1.963, 15. Jahrgang 30.9

$jreI3ob5Fhnhll.ro

ii

1

Watch er Ser 3 2 6 8 10 12 14 P-Pd

-8 Cø/ 7 6 5 4 3 2

konstanten Faktoren sind ebènfalis dimensionsbehaftet. Das bei Einschraubern auftretende Krängungsmoment kann durch Ruder mit unsymmetrischen Profilen kompensiert werden. Widerstand bei Fahrt auf Flächen

Wv

Die notwendige Maschinenleistung N - ist dem

Widerstand direkt proportional. Er geht aus W = q. F

hervor. In dem hier behandelten speziellen Fall ist y > V1

und F ist die bei y wirksame, gesamte Auftriebsfläche. Der Widerstandsbeiwert ist die Summe folgender Teilbeiwerte

[2]

cwi Beiwert des induzierten Widerstandes C\vjh Beiwert des induzierten Widerstandes

bei endlicher Tauchung

C,.pgek = Profilwiderstandsheiwert für gekielte Fläche

Cvpr L - Parasitärer Luftwiderstandsbeiwert

= Parasitärer Wasserwiderstandsbeiwert.

In dem Profilwiderstandsbeiwert für die gekielte

Trag-Fläche sind die Anteile aus der gegenseitigen Beeinflussung

von Bug- und Heckfläche und aus der Durchdringung der Fläthensthenkel durch die Wasseroberfläche enthalten. Weiterhin gilt

Cwpgek c (,') Cvpeben.

Für einen Kielungswinkel y 300 ist beispielsweise

C ('e') = 1,23. Cvpeb,ì und kann nach [4] bestimmt werden.

Gute angenäherte Werte für cs,. ergeben sich für

Fahr-zeuge mit gekielten Flächen (y 30°) in Tandemanordnung nach c, 1,18 cw e (e.,. v) . 2. 1 + 1 0,65 T,' ¿

Für Ein- und Zweischrauher ist e (c., y) Abb. 8. zu ent-nehmen. Da die Auftriebsflächen von Bug- und

Hecktrag-flügel in Form und Größe fast immer unterschiedlich sind, verursacht eine Geschwindigkeitsänderung eine Veriiierung

der Trimmiage des Bootes. Das hat andere Anstellung der Flächen und damit veränderte c.-Werte zur Folge. ist der ursprüngliche Ansteilungswinkel e, so kann der mit y

ver-änderliche Winkel a

iterativ zu a,,a+ bestimmt werden

( = Trimmwinkel). Dann ist nach Sottorf')

4.0 3.0 2,0

1,0

AuPtr,ebsbeiwert C

Abb. 8: Faktor e (c0, y) zur näherungswei.sen Ermittlung von

e,,,. Die eingetragenen Gesdiwindigkciten gelten f tir

Ein-sthraubcr. Für Zweischrauber mit gleichem o ist jeweils die Kurve der nächsthöheren Cesthwindigkeit zu benutzen

310

Schiff und Hafen, Heft 4/1963, 15 Jahrgang

e., = Q,. C.,' =

0,1925 ± 1,13

/

0,65\

Il _lrI.

T').)

Die Querstabilitiit des ausgetauchten Bootes [51

Zur Beurteilung der Querstabilität eines Schiffes werden

in der Praxis die Hebelarme der statischen und daraus die

der dynamischen Stabilität sowie die metazentrische Höhe bei der Neigung ,p = 0° als wesentlichste Vergleithsgrößen' ermittelt. Diese Form eines Stabilitätsvergleiches ist auch für

das Tragflächenboot übernommen worden. Dazu wurden bisher lediglich die beiden Grenzzustände v0 und v=v,j,,

betrachtet, obwohl das kritische Stabilitätsverhalten bei

O y < y1 vorliegt. Auf diese beiden Fälle mußte man sich

bislang beschränken, da es noch nicht gelungen ist, bei

p

0 und veränderlichem y die Stahilitätsanteile aus dem

statischen Auftrieb des Bootskörpers und aus dem dyna-mischen Auftrieb aus Bootskörper und Flächen genügend genau zu erfassen e),

A,5

I o

OR

Abb. 9: Zur Berechnung cies Stal7ilitätsmomentes (nach [51)

Bei der Behandlung der Querstahilität bei y > O drückt

sich der bemerkenswerte Unterschied zwischen Verdränger und Tragflächenboot durch die beim TF-Boot nicht zu ver-nachlässigende Querkraft aus. Diese macht im Augenblick

der Neigung einen wesentlichen Anteil dea Stabilitäts-momentes aus und wird bei längerem Verharren im ge-kriingten Zustand durch einsetzende seitliche Schiebe-bewegung al)gel)aut.

Größe und Lage der Auftriebs- und Querkraftresulticren-den A11 und. Qi sowie der Ort des Metazentrums M können fur gegebene Flächen durch einfache Integrationen ermittelt werden, wenn Ca / e5 f (.. y. sit, c,.1) bekannt iSt. \Vird der Einfluß dea induzierten Widerstandes am eingetauchten Flächenschenkel nachträglich in angemessener Näherung be-rücksiditigt, so kann

Ca / e,, _,o e [1e-3 (s/t+O1)] ; c = f (2., y) = 0,94 ....1,0

mit für die Praxis genügender Genauigkeit gesetzt werden. Profil- und -tiefenänderung sowie Verwindung und Anström-winkeländerung werden durch t)berlagerung mit geeigneter,

stetiger Funktion oder durch stückweise Integration einge-führt. Das Stabilitiitsmoment M,, für eine Neigung p bezogen

auf M hat dann die Form

M,1=A1 (y, sin'p+x, cos p)

Abb 9

Q (y, cos px,'sin pCK cos

p)

FIr k 14 ist zweckmäßiger, c' 2 zu setzen.

4.8

Noch einer unveräffentlichten Arbeit von Kaatz ist das jetzt den Be.

tangen der Praxis entsprechend grundsätzlich gelöst.

i

h v.65

¼

h 9.0 5,0 7,0 k 0,1 0,2 0,3 0,4 05 06

= y2 ± ..2 h'

und hei Fahrt mit Wellen

ri1

Aa= arc cos

I

[V\

y h y

L0.2 2 " cos

Hierin bedeutet t die Zeit und ist unabhängige Veränderliche.

Die Änderung des Anströmwinkels A a wird durch die

veränderliche Richtung von vor und durch s bestimmt. Sie ist bei Fahrt gegen Wellen

¡

rhv,

A a1 = arc cos

I -

y -

cos

Li

KG

f

'rv.

(2

"

tr

t,

und bei Fahrt mit Wellen

2 z

t

zl1v5

2rv

\

cos

t)

+t

.Lw J

Zur Ermittlung der potentiellen Energie ist eine ent-sprechende Federkonstante c1. herzuleiten, in deren Be-stimmungsgleichung f den Federweg veranschaulicht und der Benetzung der Tragfläche proportional ist.

' Das hier angegeberte Verfahren st fr Fahrzeuge mit bblichen V.

Flächen anwendbar, bei denen der lineare Verlauf vonr1. annähernd

gegeben ist. Eine noch nicht veröffentlichte Arbeit von Presia

be-riicksichtigt die nichtlineare Federchcroi<teristik und betrachtet dos Verhalten bei zwei und mehr Freiheitsgraden.

K

AA

K

C'

mit A = Gesamtauftrieb D. Ferner bedeutet K (t) (a0 ± A a12) c.' (z, t)

A y2 . a0 Ca' (K\v1)

mit a = hydrodynamischer Ansteliwinkel beim Eintauchen

his zur Konstruktionswasserlinie und bei Anströmung des Profiles entgegengesetzt der Richtung von y c5' läßt sich nach Sottorf 4) zu

i

Ca, -0,1925 +

(i

'S

0,65 ) 1)2 (y) mit = - f (z, t) bestimmen. FTr (y) 12 11

Abb. 10: Tragfiüclsenboot mit Tandemanordnang der Tra g-flachen als ideal/sienes Masse-Feder-System

Für das idealisierte Masse-Feder-System nach Abb. 10 mit ru = Gesamtmasse und i = Trägheitsradius lauten die Gleichungen für kinetisehe

Energie T und

potentielle Energie E:'

T= -- z2+-

i2 í

E

. -- (z, e, t)

[z - l

sin Ó + f1 (t)]2

± -- -- (,m,t,q') [z + lsine ± fo(t,q')]2

2rl gibt die Phasenverschiebung der beiden Flächen eines Tragflächentandems an.

Mit Hilfe der Lagrange'schen Gleichung) lassen sich aus den Energieansätzen die Differentialgleichungen für den Schwingungsvorgang aufstellen.

Sonderfall: Es werden = 'K\VL und sin m = /5 gesetzt. Dann ist

K v14(t) [a1

+

Aalo]

A -

y2 a0

Die Energiegleichungen haben nun die Form

T== .._z2+

E = --- -- (t) [zii /5 ± f1 (t) ]2

± cF2 (t, q') [z + , /5 + f0 (t, q')]'

wobei durch f1 (t) und f2 (t, q') die Welienkontur eingeht. Sie

kann im Falle eines qualitativen Vergleichs verschiedener

Flächen bzw. Flächensysteme der Einfachheit halber durch eine Sinuslinie, andernfalls durch eine besser geeignete Funktion (z. B. Trochoide) angegeben werden.

'I Siehe Ful3eofe I auf Seite 310.

) Allgemeine Form der Lagrangeschen Gleichung:

dSF ST

dt SP

Schiff und Hafen, Heft .4/1.96.3, 15. Jahrgang 3 1 1

Sin T dA Q y2 sin 27 C tk C5

tk Profiltiefe am Schnittpunkt Mitte-Schiff-= Auftriebsbeiwcrt

_f

Ebene mit der Fläche. Seegangsverhalten bei Fahrt auf Flächen 3)

Zur Beurteilung der Lüngsstabilität, der zu erwartenden

Bootsbesdileunigungen und -bewegungen sowie zur

Ab-schätzung der Qualität eines Tragflächensystems wird das

Seegangsverhalten bei Fahrt auf Flächen untersucht. Wegen des nur selten regelmäßigen Seeganges sind einige verein-fachende Voraussetzungen zu treffen, die unter anderem bewirken, daß Einbrudsvorgiinge nicht. erfaßt werden können. Auch ist in dem nachfolgend aufgezeigten

Rech-nungsweg die Bewegungsmöglichkeit des Fahrzeuges

ein-geschränkt worden; es sind nur zwei Freiheitsgrade

zuge-lassen. nämlich Tauchen z und Stampfen i. (Dimension von

z in [mJ als Längeneinheit, t als Lösung der Differential-gleichung im Bogenmaß bzw. durch Umrechnung im Winkel-maß). Das bedeutet, die Fahrtridstung des Bootes liegt in

oder gegen Laufrichtung der See. Die Einheit Boot±Fläthen wird dabei als Masse-Feder-System betrachtet.

Werden die Fortschrittsgeschwindigkeit der Welle mit v5

[im/sec] und die Wellenlänge mit L0. [m] bezeichnet, so

beträgt die Dauer einer vollen Schwingung L/v [sec]. Bei einer Wellenhöhe h [m] ist die Geschwindigkeit der Wasser-teilchen als Folge der Orbitalbewegung

zhv(t)

Vor (t) =

L [mlsec]

Die Anströmgeschwindigkeit der Profile y ändert sich l)ei

konstanter Bootsgeschwindigkeit y infolge Vor (t). Bei Fahrt gegen Wellen wird

M bedeutet das wahre Metazentrum, worauf MBt für eine Neigung q' bezogen ist.

Die metazentrische Höhe bei q, = 00 für zur Mitte-Schiff-Ebene symmetrische Tragflächen folgt aus

i

dM

MG = MKKG

_sin'

_dA i dM 2A

-

e2h2v'

y r h v V12 = y2 +

_L'

2 L Cos

--' ---

'-.- -.-_..__

Der Sthwingungsvorgang ist in diesem Sonderfall durch nachstehende Differentialgleichungen charakterisiert.

m z ± a z + b = 0.

mi +

+ d + e = 0.

(i = Massenträgheitsradius, bezogen auf die Schiffsqueradise

durch den Massenmittelpunkt, die zugleich Drehachse der Stampfhewegungen ist.)

Einige Lastannahmen für Festigkeitsuntersuchungen

Sowohl für die Untersuchung der Längsfestigkeit des Schiffskörpers als Einheit und damit zur Dimensionierung der wichtigsten Längsträger, als auch zur Überprüfung der ört-lichen Festigkeit und der danach mögört-lichen Festlegung der

L

Oben:

Abb. 11: Zur l3estiinînnng der Besdileunigung b9

beim Auf sdila gen des Bootskörpers auf eine Welle

Redzts:

Abb. 12: Vers udisträger M4 aus dem VEB Roßlauer Schif fswertt

(Aufn.: Arnold)

zu überprüfen (g = Erdbeschleunigung; y = spez. Gew. des Wassers).

312

Schiff und Hafen, Heft 4/1963, 15. 7ahrang

AJ q(x)

1

1+

o

-Der maximale Bodendrudc Pmax folgt aus = C . p

wol)ei e im Wesentlichen von der Kielung des l3ootsbodens abhängt.

Die Längsfestigkeit schließt den Fall de Einbruchs

(Auf-trie1) an beiden Tragflächen Null) ein. Dann wird der

Be-reich des Bootsbodens an der Stufe mit

A = -

L p15,, [k1,]

belastet. Unter ist die Breite an tier Stufe zu verstehen. Bei linearem Verlauf der Beschleunigung l, = c g l'ngs L

ist diese aus

dx

M

_{= f}

q(x)

i +

ia

z dx

mit q(x) = Strcckenlast aus der Bootsmasse zu, ermitteln (Abb. 11).

Bei den Festigkeitsuntersuchungen am Tragflügel [7] wird von drei Belastungsfällen ausgegangen, und zwar

Das Fahrzeug bewegt sich auf der vorgesehenen Schwimmwasserlinie für Sd,nellfahrt im Glattwasser. Das Fahrzeug bricht bei Fahrt im Seegang ein. :3, Das Boot befindet sick in sclìräglaufender See.

Die für die einzelnen Fälle getroffenen Lastannahmen

sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

c (z - a)]

c (z - a)

Augenblicklicher Stand der Projektierung und des Baues von Tragflächenbooten.

Querverbände und Aul3enhautabmessungen, ist der

druck zu ermitteln. Zweckmäßig wird der mittlere

Boden-druck p nach [6] aus

Fs11 C.'

p1 = 0,00723 (4,5 + fi) Ca 9 Vmax2

errechnet. Hierin berücksichtigt fi die Anströmänderung

in-1 o 1,25 e., max.1,60 c,, 1,0 v5,5 0,9 V115

folge Kiel- und Kimmneigung. e5 f (i/b, F*) ist der

Auf-triebsbeiwert der Gleitfläche für zugehöriges i/b bei einer 8

1,60 c5 0,9 v,,,

Mindestgröße der Frouclesdien Zahl F*. Letztere ist nach

Darin bedeuten 0,91 vmax

F* Ca = mittlerer Auftriebsbeiwert in

Konstruktions-o

1 b '/s anstellung

= Höchstgeschwindigkeit des Fahrzeuges.

Das Tragfläduenboot ist keine Entdeckung der Nach-kriegsjahre; lediglich im zivilen Verkehr kommt es erstmalig nach 1945 zum Einsatz. Das Prinzip selbst wurde bereits um die Jahrhundertwende in Frankreich und Italien dargestellt und praktisch angewandt. So erreichte beispielsweise schon damals der Italiener Forlanini mit seinem Boot die beacht-lidie Geschwindigkeit von 90 km/h. Vor dem zweiten Welt-krieg beschäftigte sich unter anderem die derzeitige Ro13-lauer Schiffswerft der Gebr. Saçhsenberg intensiv mit Trag-fliichenbooten und baute betriebssichere Fahrzeuge bis 60 Mp \Vasser'erdrängung. Die somit traclitionsreiche Arbeit wurde ini VEB Roßlauer Schiffswerft Anfang der 50er Jahre wieder aufgenommen. Zur gleichen Zeit etwa wurde das erste Boot der Suprssmar AG., Luzern, erprobt, von wo in der folgen-cien Zeit eisic von hier aus nicht mehr zu übersehende An-zahl seegehender Tragflädienboote mehrerer Typen in alle \Vclt geliefert wurden. Einige Jahre später folgten die

Trag-flächenboote für Binnengewäser, die in der Sowjetunion

entwickelt und gebaut wurden und einen Teil des Fahr-gastverkehrs bewältigen. Zu erwähnen sind audi noch die

Fahrzeuge aus den USA, die das Produkt jahrelanger, kost-spieliger Forsdiungstätigkeit sind.

1m VEB Roßlauer Schiffswerft wurde nach Wiederauf-nahme çier Arbeiten zunächst ein Versuchsträger gebaut

(Abb. 12), der nach systematischen Versuchsfahrten Material

für die Weiterentwicklung beschaffen sollte. Unabhängig

davon wurde anschließend eine Typenreihe aufgtellt, von

der zwei 10 Mp-Bootc gebaut wurden, die seit einiger Zeit fahrplanmäßigen Dienst leisten (Abb. iSa und lSb). In Abb. 14 ist ein Ceneralpian des 25-Mp-Bootes gezeigt. Weiter vervollständigt und durch Modellschleppversuche

er-gänzt (Abb. 15) wurden die Unterlagen für das mit TF 50

bezeichnete Fahrzeug von 50 Mp Wasserverdrängung. Zur

_J_T

n

Benutzte Literatur:

ji) Scerenk, O. Ein einfoches N6herungsverlohren zur Ermittlung der Auftriebsverteilungen längs der Trot1sigelspannweite.

Luítwissen 7 (1943), S. 118-120.

12) Hoer, C. Hydrodynamische Rechnung für TE 10 Unveröffentlicht).

[3) Schuster, S. u. Schwanecke, H. Ober den Einfluß der Wasser.

oberfläche auf die Aufriebsverteilung von Tragflügeln.

Schiffstechnik, Bd. 4 (1957), Heft 21. [4J Hoso 1952, S. 177.

)5j Pres:o, E. Zur Querstobilitàt eines Tragflächenäootes. Schiffbautechnik 10 (1960), 5. 288-296.

Abb. 13e: TF IO bei Fahrt auf Fläthen

-K

Abb. 14: Ceneralplan cine.c 25 Mp-Tragflürhenbootes aus dein VEB Roßlauer Sdsiffswerf t (Entnom.mr3n der Angebotsnsappe des YEB Roßlauer Schiffswerft für die eipziger Frü/t/ahrsnuu'sue 1958)

Zeit werden Sdìleppversuthe mit verschiedenen Tragflächen-systemen 'orbcreitet, aus denen nicht nur die günstigsten, unkomplizierten Tragflächen für ein größeres Objekt mit

Casturbinenantrieb hervorgehen sollen, sondern die gleich--zeitig die geschaffenen Arbeitsunterlagen vervollständigen

und die Zuverlässigkeit bisher benutzter Theorien für den

speziellen Fall des Tragflädienbootes überprüfen sollen.

(Asín.: Wieners)

Abb. 15: Sthlcppfahrt mit dens Modell des 50 M1-Boofcs. Anstellung der Flächen: Bug 0,5, I-Iedc 1,O. Modellgewítht

43 Kp; Modellgesdswindigkeit 7,21.5 ni/sec

(Aufn.: Schieppversuchso.istolt Marquardt) Presb, E.: Berechnung des Bodendruckes an Tragfiöchne- und

Gleit-booten . ,Schiff und Hafen (1961). Heft 11, S. 1017-1020.

Predo, E.: Einige statische und konstruktive Betrachtungen orn Trcjg-flügel eines Trogfiöchenhoates. Schiffbautechnik 8 11958), S. 464-476.

Sduiff und Hafen, Heft 4/1963, 15. Jahrgang

313

Abb. 13h: TF lo nach Umbau entsprechend den Forderungen der Kiassifikatioris- und SitherheitsgeselLsthaf t (Aufn : Schmidt)