Duwvaart in kanalen, Deel III: Schaaleffecten in scheepvaartmodellen, verslag modelonderzoek. Deel IV: Schaaleffecten in scheepvaartmodellen, samenvatting onderzoek. Deel V: Passeermanoeuvres, verslag model-onderzoek. Deel VI: Schelde-Rijnverbinding, endr

(1)

WATERLOOPKLTNDIG LABOPLATORI1Th

Buwvaart in kanalen

Deel III

Schaaleffecten in scheepvaartniodellen

Versiag modelonderzoek

In sariaenwerking met

Nederlands icheepsbouwkundig Proefstation - Wageningen

Scheepsbouwkundig Laboratorium

T. H.

- Deift

Î4

(2)

I1THOUD Inleidin biz. 1,1 Opdracht en uitvoering

. .,... ,.

i 1.2. Samenvatting ..,. ... .. . . 1

1.3.

Konklusies , ...,. ... ,,.. ,. ,,,.,. . e,,, ,,., 2 Theorie 2.1. Probleemstelling

...

₄ 2.2, De evenwichtsroerhoek en evenwichtsdrifthoek . . _,..,....,, ₅

3, Uitvoering van de proeven

3.1. Model ₇

3.2. Neetprogramma ..., ., , ,,, , ,.. ., ,, . .,, , ,,,,, ,,. 8

3.3. Meet- en uitwerkmethode ,..

,.,,,,,,,,,,,..,,,,,,,,,,,,. 8

4.

Meetresultaten en interpretatie

4.1. Invloed van de stuurvaardigheid .,....

...

1C

4,2.

Vergelijking tussen ware grootte en schaal 25 . ...,.,.,,... 11

(3)

F IGUPJfN

Invloed aangrijpingspunt oeverkraoht op drifthoek Kansaiprofielen

Invloed van de ins-telling van de stuurautomaat op de standaard-afwijicingen van de roeren drifthoek

Invloed van de instelling van de stuurautomaat op de gemiddelde roeren drifthoek

Invloed van de instelling van de stuurautomaat op het toerental van de schroeven

Gemiddelde roerhoek en neettijd van enige prototypernetingen

7,

Gemiddelde drifthoek en meettijd van enige prototypemetingen

Toerental van de schroeven en de meettijd van enige prototype-metingen

Vergelijking van de evenwichtsroerhoeken (T0sR)

Vergelijking van de evenwichtsdrifthoeken (TOSR)

Vergelijking van de evenwichtsroerhoeken (TOS1J_OA)

12, Vergelijking van de evenwich-tsdrifthoeken (ToSW-0A) Evenwichtsineting (TOsH; telegraafstand halve kracht) Evenwichtsrneting (TOSR; telegraafstand volle kracht) Evenwichtsmeting (ToM-OA; telegraafstand volle kracht) Evenwichtsmeting (TOSW-OA; telegraafstand halve kracht)

(4)

DU1VAART IN KANÄLEN

1. Inleiding

1.1. Opdraoht en uitvoering

In verband met het onderzock Duwvaart in kanalen" heeft de Direc-tie \Iaterhuishouding en \Taterbeweging van Rijkswaterstaat in brief nr 1489 d.d. 25 mei 1962 opdracht gegeven aan het Waterloopkundig Labora-toriurn9 ois in samenwerking met het Nederiands Ocheepsbouwkundig Proef-station te Wageningen en de subafdeiing der Scheepsbouwkunde van de Technische Rogeschool te Deift, een systematisch onderzoek uit te voeren naar de schaaleffecten die kunnen optreden in het sturen van een duweenheid in sen kanaal. Een inzicht in de grootte van de schaal-effecten is gewenst ten behoove van de interpretatie van de resultaten

van het modelonderzoek Duwvaart in karialen',

Het onderzoek van het Iaterloopkundig Laboratorium werd uitgovoerd in de periode van aprii tot september 1965 in het Laboratorium 'De Voorst" en stond onder leiding van ir. J.K. In 't Veld,

Ret versiag is geschreven door ir. J. Koster,

1 .2. Samenvatting

Ret onderzoek hoeft zich beperkt tot de schaaieffecten die kannen optreden in de evenwichtsroerhoek en evenwichtsdrifthoek van een duw-eenhcid, die everiwijdig aan de oever in aen kanaal vaart,

De mecate resultaten van het onderzoek zijn reeds gepubliceerd in de volgende versiagen

1. NSP ianoeuvreerrapport 27, \iageningen 1963

De proeven zijn uitgevoerd op de schalen 40, 25 en 10,5 en op ware grootte. Net onderzoek op ware grootte en eon gedeelte van het

model-2. NSP iIanoeuvreerrapport 33, Wageningen 1964

3. TH Opdracht O-0262/0-03639 Deift 1963

4. iJL Duwvaart in kanalen M 782-Is Dc-i±'t 1966

(5)

-2-onderzoek op schaal 25 werden uitgevoerd door het

iaterloopkundig

Laboratorium.

Dit vorsiag behandelt hot niodelondorzoek. De resultaten lcunnen worden

vergeleken met de resultaten van de metingen op ware

grootte 4 en op

schaal 40

1.3. Konklusies

1. chaaleffekt tussen ware grootte en schaal 25.

Den schaaleffekt in de evenwichtsdri±'thoek kon niet

worden

aan-geto and.

Daar de schroeven. sterk verschilden kan er over eon

schaale±fekt

in de toerentallen van de schroeven niets met zekerheid

gezegd

worden.

De evenwichtsroerhoek in het model was kleiner (

2 'a

30)

dan in

ware grootte.

Gezien do grate verschillen tussen de schroeven en de grate

spreiding in de ineeti'osultaten kan hioruit niets over ben

even-tueol schaalaffekt worden gekonkludeerd.

2. Schaalcffekt tussen de schalen 25 en 40.

De grato verschillen in de resultaten zijn zeer

waarschijnlijk

ver-oorzaakt door de geringe nauwkeurigheid van de modellen en de to

hoge vaarsnclheid van de duweenheid.

In verband hiermee kan er geen konklusie getrokken worden

omtrent

het optreden van sohaalo±fekten.

3. Uit hot verrichte onderzoek blijkt, dat in de meeste

gevallon de

verschillen in do nieetresultaten bij de verschillende schalen9 die

behalve aan eventuele schaaleffekten oak kunnen worden

toegoschre-ven aan kleine onnauwkeurigheden, niet grater

zijn dan d

spreiding

in de meetresultaten bu

e'n van de schalen.

Op grand van doze overweging kan gostold worden, dat

bij de

(6)

eisen van nauwkeurigheid worden gesteld9 geen rekening behoeft te worden gehouden met de eventuelo schaaleffekten bij hot sturen van

(7)

2. Theorie

2.1. Proh1eemstel1in

In eon model worden de physische grootheden op eon dusdanige wijze

woorgegeven dat bepaalde kengetallen voor prototype en model geiijk zijn.

Voor het onderhavige ondorzoek zijn dit

i het getal van I?roude = voor eon juiste weergave van

traagheids--effekten,

ii het getal van Reynolds = voor een juiste weergave van de in

vioed van de viscositeit,

2i

iii het getal van Weber = voor eon juiste weergave van de invlood

van de oppervlaktespazLning.

Aangezien g9 y en voor model en prototype gelijk zijn volgen hier de

volgendo schaalwetten uit

i = nl n = n V 1/2 -1/2 ii = n V

Ook indien aangenomen wordt dat in verband met de geringe invloed van de opperviaktespanning iii kan worden verwaarloosd, blijft er een grote

dìscrepantie tussen de wetten voigens i en ii bestaan.

Als n volgens de gelijkheid van het kengetal van Froude wordt inge-.

voerd voigt hieruit met ii voor

3/2

n =n

y

Do viscositeit v het water in het model is dus naar verhouding te

groot. Hierdoor ontstaan vorschulen tussen het model en de werkelijk-heid. Hot soup zal o.a. een te grote wrijvingsweerstand ondervinden. Deze verschillen worden aangeduid met het begrip schaaleffekt.

ii

(8)

-5

Hot inodelonderzoek tduwvaart in kanalen heeft als belangrijkste taak het dwarspro±iel te bepalen van kanalen, die besteaid zijn voor de duw-vaart, De dwarsprofielen worden op twee wijzen onderzocht

en duweenheid vaart alleen door het kaneal,

1en duweenheid en andere schepen passeren elkaar,

In het eerte onderzoek worden de dwarsprofielen met elkaar vergeleken met behuip van een parameter, die is afgeleid van de roerhoek of de

drífthook die optreden als de duweenheid achtereenvolgens door de

kanalen met de verschillende dwarsprofielen vaart.

Een soortgelijke methode van onderzoek is ook toegepast bij het

ontwer-pen van het Noordzeekanaal (\fL rapport H 726), het Noord-Oost zeekanaal (Hansa nr, 36/38,

2-9-t52)

en het Panamakanaal (Lea C.A. and Bowers, C.E., Panama Canal, Shipperformance in restricted channels, Proc. ASCE 1948),

Voor de interpretatie van do resultaten van een dergelijk onderzoek is hot noodzakelijk een indruk te hebben van de orde van grootte van de schaaleffekten in de stuureigenschappen van het schip, d,w,z, de schaal-effekten in roerhoek en dri±'thoek. In tegenstelling tot conventionele schopen is voor duweenheden nog nooit een dergelijk onderzoek gedaan.

2,2. De everiwichtsroorhoek en evenwichtsdrifthoek

Op eon duweenheid, die zonder drifthoek en met hot roer in de mid-denstand evenwijdig aan een oever vaart, zullen zijdelingse krachten werken,

De waterstanden zullen aan weerszijden van de duweenheid niet gelijk zijn. Dit geeft een verschil in hydro-statische drak.

Het water onder de kiel zal niet uitsluitend in de lengterichting stromen, De wrijvingsweerstand krijgt hierdcor een dwarsscheeps ge-richte komponent (zie M 782-I figuur 2).

De resultante van deze zijdelingsc krachten, die in het vervoig de oeverkracht zal worden genoemd, staat loodrecht op de scheepsas of op het verlengde daarvan,

(9)

-6

Er zijn twee reactiekrachten nodig orn evenwicht te maken met de

oever-invloed. En reactiekracht (de driftkracht) ontstaat doordat de

duween-iieid een drifthoek maakt met zijn vaarrichting. De andere reactiekracht

(de roerkracht) wordt veroorzaakt door het roer een uitsla

te geven.

LCet systeem is eenduidig bepaald, zodat er en waarde voor de roerhoek

en tegelijkertijd ¿n voor de drìfthoek bestaat waarbij

de krachten op

de duweenheid in evenwicht zijn. ïjit zijn de evenwichtsroerhoek en

even-wie ht s drift ho e k.

Dit het versiag II 782-II is bekend dat het roer in de evenwichtsstand

altijd naar de oever gericht is, terwiji de evenwichtsdrifthoek,

afhan-kelijk van een aantal i'actoren zoals boegvorm, waterdiepte en afstand

tot de oever, zowel positief als negatief kan zijn.

Uit de krachteridiagrammen van figuur i blijkt dat dit wordt veroorzaakt

door het versehuiven van het aangrijpingspunt van de

oeverkracht1. De

evenwichtsroerhoek en evenwichtsdrifthoek zijn dus sterk afhankelijk

van de krachten, die door het omringende water op de duweenheid worden

uitgeoefend.

Daar bijna alle krachten veroorzaakt worden door verschijnselen

waar

bij de viscouiteit een rol speelt, zullen zowel de roerwerking als de

invloed van de drifthoek op het krachtenspel, aan schaalef±'ekten

onder-hevig zijn. In verband hiermee

nnen er verschillen optreden tussen

de grootten van de evenwichtsroerhoeken en evenwichtsdriftlioeken in

model en prototype.

Soanniige verschijnselen zullen elkaar tegenwerken, zodat niet kan worden

voorspeld of de roerhoek en drifthoek in het model groter dan wel

klei-ner zullen zijn dan in ware grootte.

De parameter, zoals bedoeld in het vorige hoofdstuk, wordt in de eerste

opzet van het onderzoek afgeleid van de evenwichtsroerhoeken en

even-wichtsdrifthoeken. Daarom heeft het schaaleffektenonderzoek zieh

(10)

3. Uibvoering van de proeven

3..

Model

TABEL I. Afmetingen

-7-De proeven zijn uitevoerd in het laboratorium de Voorst" in een

recht kanaalmodel met een vrijvarende duweenheid.

1e lenteschaai van het model is 25. De schalen voor sneiheid en tijd zijn 5. De roerhoek en drifthoek worden op ware grootte weergegeven2 afgezien van mogelijke schaaleffekten,

Alle in dit versiag vermelde afmetingen en resultaten zijn omgerekend naar h'm ware grootte met behuip van de schaairegeis.

De duweenheid bestaat uit 4 duwbakken in de 2x2 formatie en cen duwboot,

die een model is van de Vulcaan L De belangrijkste afmetingen zijn ge-geven in tabel I.

waterver-

laad-plaatsing vermogen

m5

mxlO3

De duweenheid wordt bestuud door een automatìsche roergangor, die een kabel voigt die op de bodem van het kanaal evenwi,jdig aan de oever is

uitgelegd. Dit kabeivolsysteem biedt de mogolijkheid het schip

zo-danig te besturen, dat roergangers met sterk ulteeniopende bekwaamheden kunnen worden nagebootst.

De stuurautomaat kan de duweenheid met minimale roerbewegingen eon rech-te koers larech-ten varen. Door de 'stuurvaardigheid' van de automaat rech-te ver-kleinen zijn er grote roeruitslagen nodig om koers te houden.

duw1Doot - 38200 10900 1 80 468

'lichter j

7OOO

9,50

3,00

resp

1850 1 600

2285 1750 1500

Schip lengte breodte diepgang

(11)

-8--3.2.

Meetpramma

In het model zijn hot

emiddelde en de standaardafwijking van de

roerhoek en drifthoek bepaald in relatie met de ingestelde

stuurvaardig-heid van de automaat. Tevens io het toerental van de

schroevon 1epaald,

De randvoorwaarden van doze raetingen zijn

elijk aan die van de

proto-typemeting (zie vorsiag M 782-I), met deze reatrictie dat de

duweenlieid

in ware grootte, de

tJacob van Heemskerck?, mQt sohroeven is uiterust9

waarvan. de spoed ongeveer

25% grater is dan in het modeL

Den andere serie metingen heeft dezelfde randvoorwaarden

als in hot

on-derzoek, dat door de Tecimische Hogescìaool op schaal 40 is

uitovoerd.

De resultaten van doze proeven kunnen onderling vergeloken worden op

schaalefí'oktcn.

Overzicht van de proeven

x) zie figuur

2,

3.3. Ieet-. en uitwerkxnethode

ledere toostand in het model is vier keor gevaren. De duur van een

vaart wordt uiteraard boperkt door de lengte van hot model en kamt

over--een met over--een meettijd van 20 minuten omgerekend naar ware

grootte. De

vaarsnelheid werd ingesteld door de achroeven het benodigde toerental

te gayen. Dit toerental werd bepaald uit sneiheidametingen die van te

voren gedaan werden.

Lje1astanbot1canaa'asvaarsnome1dIdie pgang

vergel ij king met

x)

m

km/u

TOB 20

TOSR

11 en 14

11

TOS W-OAI

6 en 11 van Oost

6 en 11 van îest

6 en 11 van Oost

11 van Iest

7,24

9,00 km/u

10,00

km/U

3,00 km/u

idem

6,00 km/u

idem

2,86

3,00

idem

prototype

TR schaal 40

idem

(12)

De a±'stand van de duweonheid tot de oever is verondersteld gemiddeld'

ge-lijk te zijn aan de afstand van de kabel tot oever. Tijdelijke afwijkin

gen naar beide kanten zijn hoogstens een meter (prototype). De roerhoek is gemeteri met oen potentiometer. De drifthoek is met hetzelf'de systeem gemeten als waarmee de stuurautomaat zijn koers bepaald. De roerhoek en

drifthoek zijn gedurende de gehele vaart kontinu erogistreerd. De

resul-taten zijn vastgelegd op een magneetband met twee kanalen.

I"Iet behuip van een integrator is rechtstreeks van de magneetband de ge-middelde roerhoek en drifthoek bepaald,

De standaardafwijking kan ook electronisch worden berekend. Ilet

gemid-delde wordt afgetrokken van de kontinue registraties. Waarna het

ver-schil wcrdt gekwadrateerd en geintegreerd. De standaardafwijking is gedefinieerd alsO

il T

Ii

'

\/

_/

(y -

dt

Hierin ìs T de duur van de proef, t de tijd die verstreken is vanaf hot

begin van de proef, Y de hook die kontinu wordt geregistreerd en de

(13)

lo

-4 Meetresultaten eri interpretatie

Invloed van de stuurvaardigheid

0m te bepalen of de instellìng van de stuurautomaat invlood heeft

op de gemiddelde waarde van de roeren drifthoek zijn de proeven met

äezelfde randvoorwaarde als de prototypemeting (zie 11 782-I) een aantal

keren herhaald met een telkens anders afgestelde stuurautomaat.

De gemeten standaardafwijkingen zijn uitgezet in figuur 3 Het valt op

dat zowel de standaardafwijking van de roerhoek als van de ärifthoek

lineair afnemen met de verdeling van de regeiknop van de stuurautornaat

en dat de verhouding tussen de standaardafwijkingen van de roer-- en

drifthoek konstant is.

Mede uit de prototypemetingen is nu bekend (zie M 782-I tabel II) dat

orn een gemiddelde stuurman na te bootsen de regeiknop op stand 1,1

nioet worden gezet. Deze instelling van de stuurautomaat is bij de

overige proeven aangehouden.

De gemiddelde rOer- en drifthoek zijn nagenoeg onafhankelijk van de

in-s-telling van de stuurautomaat (zie figuur

4).

Gezien de mogelijke fout in de mee-tresulta-ten (zie hoofdstuk

4.3)

wordt aangenomen dat de sprei-ding een toevallige oorzaak heeft.

Het toerental van de schroeven dat bij deze metingen moest worden

in-gesteld orn de vereiste sneiheid te bereiken, is uitgezet in figuur 5.

Ook hier kan worden gekonkludeerd dot de invloed van het (langzaam)

slingerende varen op het toerental van de schroeven verwaarloosbaar klein is.

In de labora-toria van de T.H, _13] en hot N.G.P. [11 zijn de

evenwichts-roeren-drifthoek bepaald met behulp van niet vrijvarende schepen. In

het ML zijn van eon vrijvarende duweenheid de gemiddelde roer-- en drift-hoek gemeten.

(14)

Hoewel de "stuurvaardigheid van de automaat sterk varieerde (zie ±'iguur

3)

bleek dit seen invloed op de gemiddelde waarde van roeren drifthoek

te hebben. Op rond hiervan wordt gesteld dat de gemiddelde roeren

dril'thoek van een vrijvarend model gelijk zijn aan de evenwichtsroer-en-drifthoek van een niet vrijvarend modeL

Ondanks de geheel verschillende uitvoering van de proeven kunnen de resultaten van de verschillende laboratoria toch vergeleken worden,

zoals in hoofdstuk

4.3

is aangegeven,

._Vergelikin tussen ware rootte en schaal 25.

In september 1963 werden door het \JL metingen verricht aan een duw-eenheid op ware grootte, Hiervan wordt versiag gegeven in rapport M 782-L Hen aantal beiangrijke resultaten zin verzameld in tabel II van dat

rapport (iVi

782-1,

blz, 16).

De prototypemeting 3 van 6.30" tot 1O!.00T komt voor een vergelijking

met de modeiresultaten niet in aanmerking orn redenen die in het

proto-type versiag vermeld ziju, Hetzelfde eldt voor meting 4 in zijn geheel,

omdat tijdens deze meting de sneiheid te laag was.

Er resteren dan ₉ metingen met een meetduur die varicert van 2 tot 12,5

Liinuut,

0m aan iedere meting hat juiste gewicht te kunnen toe kennen zijn in

figuur 6 en 7 de gemiddelde roeren drifthoek uitgezet tegen de duur

van dc meting. Het valt op dat de prototyperesultaten een grote sprei-ding hebben. Dit moet worden geweten aan de wijze waarop de prototype proef is uitgevoerd en aan de relatief kleine meetnauwkeuxigheid.

Uit een vergelijking van de figuren ₄ en ₇ blijkt, dat de gemiddelde

waarden van de drifthoeken in hat model en prototype goed

overeenstem-men. De gemiddelde waarden van de roerhoeken (zio de figuren 4 en 6)

verschillen 2,50. DÎt verschil kan can toevallige oorzaak hebben (de

spreiding in de prototypemetingen is 5e). Ook het gebruik van schroeven met can versohillende speed kan enige invloed gehad hebben.

(15)

12

-Orn in model en prototype overeenkomstige vaarsnelheden te bereiken moest

in het model een toerental ingesteld worden dat relatief

50%

hoger lag

dan in prototype (zie de figuren

5

en o). De gemiddelde spoed van de

schroeven van de duwboot op ware grootte (de tJacob van

Heemskerck) was

echter

25%

groter dan bij de modelboot,

'Vuicaan I. Dit zijn weliswaar

zusterschepen maar zij verschillen belangrijk in motorvermogen en

schroef-vorm.

Er blijft vermoedelijk nog ruimte over voor een schaaleffekt. Zekerheid

hierover bestaat echter niet. Over de grootte van het eventuele

schaal-effekt kan dus niets gezegd worden.

4.3. Verge1iking tussen de schalen

25

en 40

De resultaten van de metingen in de profielen TOSR en TOS W-OA,

za-als getekend in figuur 2, zijn weergegeven in de figuren

9,

10, 11

en

12.

In deze figuren staan tevens de resultaten van de proeven op schaal 40

van de TH. Er is za weinig overeenkornst tussen de resultaten van

de

bei-de laboratoria, dat vergelijken niet goed mogelijk is, Uit bei-de metingen

blijkt dat de gemiddelde roer- en drifthoek op schaal

25

zowel grater

als kleiner kan zijn dan de waarden van schaal

40

De verschillen moeten gedeeltelijk aan onnauwkeurigheden geweten worden.

In het T.H. rapport

[3

is met name aangetoond dat kleine variaties in

de waterstand al ceri belangrijke invloed hebben op de meetresultaten.

Van de fouten in het model op schaal

25

kan eeri indruk worden verkregen

door de evenwichtsroer.- en-drifthoek te meten in het inidden van hot

ka-naal. Hieruit blijkt dat de totale fout ongeveer

0,5° respektievelijk

0,05° is.

Ook de vorm van de kurven in de figuren

9,

10, 11 en

12

geeft een groat

verechil te zien tussen de schalen

25

en

40. Op grand van het

modelan-derzoek

Statische evenwichtsmetingen' (zie versiag N

782-II)

lijken de

resultaten van schaal 40 minder waarschijnlijk dan de resultaten van

schaal

25.

Dit wordt nag gelilustreerd door een aantal proeven van de

duweenheid met een diepgang van

3,20

m in de kanaa.lprofielen TOSR en

TOS W-OA (zie figuren 13, 14, 15 en 16).

(16)

13

-Een andere oorzaak van de grate vorschulen tussen beide modellen kan

liggen in het felt dat de vaarsnelheid van de duweenheid naar

verhou-ding erg hoog was (maximaal

0,97

nìaal de grenssnelheid berekend volgens

Schijf). In he-b T.H. versiag wordt hier oak de aandacht op gevestigd. He-b blijkt dat de sneiheden juist zo zijn ekozen dat ze jets lager liggen dan een experinenteel bepaalde grenssnelheid, waarbij in ver-band met het niet stabiel zijn van de stroming tussen de wal en he-b schip geen behoorlijke metingen verricht konden worden.

Cevreesd kan worden dat oak de uiteindelìjke gekozen sneiheden nog te hoog zijn geweest

Ui-b het bovenstaande blijkt dat de verechillen tussen schaal 25 en 40

aan andere oorzaken kunnen worden geweten dan aan een eventueel

schaal-effekt. In verband hiermee kan geen konklusie worden getrokken over het bestaan van schaaleffekten,

(17)

vaarricht ing 's 's 's s' s' s' s' s' s. ¼ s' s' s' 's s' s' s' s' 's s' s' s' s' s' s' 's s' s' vaa r ri cht ing

INVLOED AANGR'JPINGSPUNT OEVERKRACHT

OP DE DRIFTHOEK

va a r r i ch t i ng

W werstandskracht

V = voortstuwingskracht N = o«vrkracht D = drift kracht R = roerkracht WATERLOOPKUNDÌG LABORATORIUM

M. 782

s' s' s' 's 's 's 's s' 's s' s' 's 's s' s' 's s' s' 's s' s' 's s' s' s' s' s' s' s' s' s' 's' s' s' s' s' FIG.

I

(18)

o N

o

TOB

25129 o C'

I_______

100,00

rrr.m,,,,,,,,

TOSR

TOS W_OA

KA N AA L P RO FIE LEN

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

7l90

71.90 25,29 2,69 -1 Maten in m prototype

o

N

0 SCHAAL 1:200

M.782I

FIG. 2

11,50 _.4 12,00

(19)

C o o' z L,

z

5 u-4 o 4 4 o

z

4 1,0 0,5 Li.. 4 û 'X 4 4 O z 4 I.-IO o

o

o o

10

INSTELLING VAN DE STUURAUTOMAAT

4,0

INSTELLtNG VAN DE STUURAUTOMAAT

INVLOED VAN DE INSTELLING VAN DE

STUURAUTOMAAT OP DE STANDAARDAFW'J_

KINGEN VAN DE ROER- EN DRIFTHOEK

2,0

.

2,0

randvoorwaardn ais in prototype

SCHAAL 25

TOB

(20)

f

0,5

_1,0

.

10

20

- INSTELLING VAN DE STUURAUTOMAAT

o 1.0

o

C

o

z

INVLOED VAN DE INSTELLING VAN DE

STUURAUTOMAAT OP DE GEMIDDELDE

ROER-EN DRIFTHOEK

WATERLOOPKUNDIG LABORATORiUM 2,0 rordvoorwaordn cts fl prototype SCHAAL 25

M.782 iti:

TO

FIG.4

lo

C -v o

z

LU o

I

LU o w Ö -J uJ O O w o o

(21)

E E o z

250

200 450 400

.

0 1,0

20

randvoorwaarde als in prototypQ

INVLOED VAN DE INSTELLING VAN DE

STUURAUTOMAAT OP HET TOERENTAL VAN

DE SCHROEVEN

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM SCHAAL 25

TOB

I

t

50

M.782 FIG. 5

(22)

I

15

gewoqn gemiddelde

lO 20

DUUR VAN DE }VIETINGEN IN min

GEMIDDELDE ROERHOEK EN MEETT'JD VAN

ENIGE PROTOTYPEMETINGEN

(zIE VERSLAG M.782_I TABEL fl)

M.782 TOB

(23)

o,

- o,

-GEMIDDELDE DRIFTHOEK EN MEETT'JD VAN

ENIGE PROTOTYPEMETINGEN

(ZIE VERSLAG M.782_I TABEL ir)

WATERLOOPKUNDG LABORATORIUM

DUUR VAN DE METINGEN IN min

10 20

gewoqn 9rntddelde

(24)

C

200

z

100

TOERENTAL VAN DE SCHROEVEN EN DE

MEETT'JD VAN ENIGE PROTOTYPEMETINGEN

(zIE VERSLAG M.782_I TABEL lE)

gewon gemiddcldQ_

10 ₂₀

DIJUR VAN DE METINGEN IN min

M. 782

TOB

(25)

Io-C

o

z

VERGEL'JKING VAN DE EVENWICHTSROERHOEKEN

u

AFSTAND TOT KANAALAS IN m

o V 9 km/uur school 25

o

vio km/uur

school 25

s 10 15

TOSR

M.782 HG. 9

v 9 kmfuu,. schaal 40

(26)

C 'o o o' z Ui o

I

I- U-o J, I-

_I

u

z

Ui > W

i

1,0 -- 0,5 WÄTERLOOPKUNDLG LABORATORIUM

AFSTAND TOT KANAALAS IN m

TOSR

VERGEL'JKING VAN DE EVENWICHTSDRIFTHOEKEN

M. 782m

FIG. 10

O v km/uur _{school 25}

o vio km/uu,.

schaal 25

V= 9 km/uur schoal 40

(27)

In EVENWICHTSROERHOEK IN gradQ.n o o WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM E

oz

'o 4 -J 4 4

z

4

I

o J-o z 4 J-4

VERGEL'JKING VAN DE EVENWCHTSROERHOEKEN

in o o u In L- L- L-- -E E E E - - .x z o o , II H _il

> > >

>

oo a

In _o

TOS W..OA

-M.782

FIG. 11

(28)

o o o EVENWICHTSDRIFTHOEK IN graden I-w E

oz

\

u, WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM

VERGEL'JKING VAN DE EVENWICHTSDRIFTHOEKEN

141 D D -c u u'

- - - -

_E _E E E z . -.o II II II II

> > >

>

oo u

ITOS W.OA

M.782J

FIG. 12

(29)

o

drift hoek

- - - rorhoek

dipgong l,80m, 3,20 m

tIegraofstond haIv

kracht

I

E VEN WIC HTSM ET ING

TOSR

SCHAAL 25

M.782J

_{FIG. 43}

42 1,2 11 1,1 o 10 1,0 I-9 0,9 o 8 0,8

o

I

o cX 7 I__0,7_LL O 'J) 6 '1' 0,6 I.-

I-I

I

L) O

z

5 05 z 4 0,4 3 0,3 2 0 0,1 25 10 45 20

AFSTAND MIDDENBOEG TOT

(30)

LU O

I

Ui o

I

o

z

w > Ui 12 1,2

r

IO 1,0 o -

00,9

w o

I

0,7 o 0,6

p-I

o z 0,4

¶

0,3 o 0,1 o drift hoek

- - -

roQrhoek diepgang 1,80m, 3,20 m

telegraafstand volle, kracht

EV EN WICH IS M ET IN G

WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM SCHAAL 25

TO

M.782J

FIG. 44

I-

/

.0

,-.-/

x__

-I

/

'f

/

'-V

5 IO IS 20 25

AFSTAND MIDDENBOEG TOT

(31)

o

EVENWfCHTSROERHOEX N graden

M. 782

in:

TOS W.O

E V ENW IC HTSM ET ING

SCHAAL 25 I f-r u . 4 O U N-

'

_O

"

o o o o o o o o o o o o o o o o EVENWICHTSDRIFTHOEK IN graden + Lfl

(32)

* ( c o

d

o o

o

,-

dc

c EVENWICHTSDRIFTHOEK IN graden I I 0 N '0 u, m (1

-

_Q - I, v 'o N EVENWICHTSROERHOEK IN graden 1' '0 N o d c ci

E VE N WICH 15M ET ING

JTOS WOA

SCHAAL 25

M.782J

FIG. 16

/'

-I

*

I-J, o

o

'n V, u,

o_J

I-w I_>-Wo

O

z

WE o

-0<

zz

4<

J,

<4

I-o

-.x

.-O

.-O ri E

-'J

Oc

x2

4

co

AS KANAAL

-o

\

_\

\\

I-U, W N 'o u, o o o o o

(33)

:Du1)vRT IN KMI ALEN

Deel IV

Schaaleffecten in scheepvaartmodellen

Samenvattin modelonderzoeken

Nederlands Scheepsbouwkundig Proefstation - Wageningen Laboratorium voor Sclaeepsbouwlcunde TH - Deif t

Waterloopkundig Laboratorium - Deift

LL

(34)

INkIUD

biz,

1. Opdracht . . .. . i

2. Sanienvatting i

. Overzicht van het oriderzoek 2

(35)

DThÍV.AÀRT IN KNALEN

1._9pdraciat

In de opdracht van de

irectie [aterhuishouding en \Iaterbeweging van

Rijkswaterstaat wordt in het Yaterloopkundig Laboratorium 'de Voorst

een modelonderzoek verricht orn het dwarsprofielen te

bepalen van

ka-nalen, waarin naast conventionele scheepvaart ook duwvaart mogelijk

moet zijn.

In verband hiermee werd medio 1962 opdracht gegeven aan het Ieer1ands

Scheepsbouwkundig Proefstation te /ageningen (NsP)

het Laboratorium

voor Scheepsbouwkunde van de Technische Hogesehool te Deift

(THs) en

het :Iaterloopkundig Laboratorium orn in onderlinge samenwerking een

systematisch onderzoek uit te voeren naar de schaaleffecten, die

kunnen optreden in het rnanoeuvreren van een duweenheid in een kanaal,

Ben inzicht in de grootte van de schaaleffecten is gewenst voor de

interpretatie van de resultaten van het bovengenoemde modelonderzoek.

Het onderzoek werd uitgevoerd door ir. A.J.W. Lap van het NSP, ir.

J.J. van den Bosch van de TH en ir. J.K. In 't Veld van IL.

Het eindrapport is opgesteld door ir, J. Koster van WL in

sarnenwer-king met ir. C.B. van de Voorde van het NSP en ir. J.J. van den

Bosch van de TH.

2. Samenvattin

Het onderzoek heeft zich beperkt tot de schaaleffecten die kunnen

op-treden in de evenwichtsroerhoek en evenwìchtsdrifthoek van een

duween-heid, die evenwijdig aan de oever in een kanaal vaart.

De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in de volgende

ver-slagen

NSP

Manoeuvreerrapport 27, hageningen 1963.

THS

Opdracht Opdracht 0-.-0262/0-0363

Deift 1963.

NSP

Nanoeuvreerrapport 32, Wageningen 1964.

4, WLV

Duwvaart in kanalen M 782-I, Deift 1966.

NSP Manoeuvreerraport 67-088-BI, IJageningen 1967.

WLV

Duwvaart in kanalen U 782-III, Deift 1967.

(36)

Voor de opzet van het onderzoek de besohrijving van de proeven en de meetresultaten wordt verwezen naar bovenstaande rapporten.

Het onderhavige versiag bevat de belangrijkste konklusies van de ver-schillende deelonderzoeken en een eindoordeel over het hole onderzoek.

Overzicht van hot onderzoek

Door het NSP werden proeven uitgevoerä op schalen 10.5, 25 en 40 met eon duweenheid die met een snelheid van 10 km/u op een afstand

van 25 m langs een oever vaart [i

Uit de resultaten blijkt, dat verschillen in evenwichtsroer-- en drifthoek hoogstens even groot zijn als de spreiding in de meet-. resultaten,

Bij deze proeven is de breedte van het kanaal niet aan de schaal eangepast. Omgerekend naar de ware grootte is de breedte, bij de

schalen 10,5, 25 en

40,

respectievelijk 165,

₃₉₄

en 630 m.

Qevreesd moet worden dat de invloed van de varirende kanaalbreed-te niet verwaarloosd kan worden, zodat op grond van deze proeven oea uitspraak over de grootte van hot schaaleffect enigszins

on-zeker wordt.

Door het NSF werden eveneens proeven uitgevoerd om het verband vast te leggen tussen de roerhoek en de hierdoor opgewekte zijde-lingse kracht op schalen 10,5, 25 en 40 [I

De verschillen in grootte en aangrijpingspunt van de krachten gemeten op de versohillende schalen hebben dezelfde orde van

grootte als de spreidìng in de meetresultaten bij n van de

schalen

Daar echter het toerental van de schroeven afhankelijk is van de breedte van hot kanaal, die omgerekend naar de ware grootte ook bij doze proeven weer met de schaal veranderde, kan uit deze proeven niet met zekerheid worden besloten dat het schaal-effect kleiner is dan de spreiding in de meetresultaten.

(37)

-3

Door de TIIS werden de proeven uitgevoerd in de kanaalprofielen TOSPL en TOS OA-W op schaal 40 [2] . Deze proeven Icunnen worden vergeleken met hot door JL verrichte onderzoek op schaal 25 [6] De randvoorwaarden voor deze proeven waren gelijk. De wijzen

waar-op de proeven zijn uitgevoord verschillen echter sterk.

In kÏLV werd eon vrijva.rende duweenheid gebruikt (dynamische methode).

In de THS en NSP werd de duweenheid, tijdens het varen in

zijdoling-se richting vastgehouden (statische methode). op grond van de resul-taten van een aantal gerichte proeven mag verondersteld worden dat

de beide meetmethoden vergelijkbare resultaten opleveren [6].

De verschjllen tussen de resultaten van beide onderzoeken hunnen gedeeltelijk worden verklaard door de grote invloed, die kleine variaties in de waterdiepte hebben op de krachten, die op de

duw-eenheid werken r2J , en gedeeltelijk door hot felt dat de vaarsnel-held van de duweenheid naar verhouding erg groot was (maximaal

0,97

meal de grenssnelheid berekend volgens Schijf). Bij dergelijk

grote sneiheden is de waterbeeging rondom het schip minder stabiel. De spreiding in de meetresultaten is dientengevolge erg groot.

In verband met het bovenstaande is het onmogelijk een inzicht te krijgen in de grootte van de eventuele sohaaleffecten.

Door hot WL werden zowel prototypemetingen als metingen op schaal 25 uitgevoerd. De overeenkomst tussen de evenwichtsroer- en drift-hoeken is bevredigend. De spreiding in de prototyperesultaten, veroorzaakt door de onregeirnatige vorm van het kanaalprofiel, windinvloed enz., is relatief vrij groot. In absolute zin is de spreiding echter klein zodat een eventueel schaaleffect, waarvan de grootte binnen de spreiding moet liggen, aan de kleine kant

zal zijn. Naar eerst veel later is gebloken was do duwboot op ware grootte met andere schroeveri uitgerust dan die welke bij de modeiproeven werden gebruikt zodat over hot schaaleffect in het toerental niets gezegd kan worden.

(38)

Conclusie

Uit het verrichte onderzoek blijkt dat in de nieeste gevallen de ver-schulen in de meetresultaten voor de verschillende schalen, die be-halve aen eventuale schaaleffecten ook kunnen worden toegeschreven aan kleine onnauwkeurigheden e.d., niet grater zijn dan de spreiding in de meetresultaten bij een van de schalen. Op grond van deze over-P

wegin kan gesteld worden dat bij de interpretatie van de resultaten

van een modelonderzoek waaraan dezelfde eisen van nauwkeurigheid wor-den gesteld> geen rekening behoeft te worwor-den gehouwor-den met de eventuale schaaleffeeten bij het sturen van eon duweenheid in een kanaal.

Tijdens do uitvoering van de proeven op schaal 40 heeft men in NSP on THS ondervonden, dat deze schaal orn modeltecirnische redenen te groot iras. Het model van de duweenheid, met naine de schroeven, en de grootheden, die moeten worden gemeten zijn dermate klein, dat hot niet praktisch is deze schaal te gebruiken voor een modelonder-zoek met binnenvaartschepen.

(39)

DDVAART IN KANALEN deel V pas seermanoeuvres versiag modelenderzoek

i7

82 december 1967

(40)

INHOIJD

1. Algemeen biz.

1.1, Opdracht en uitvoerin,

00000

... ...

0000

i

1.20 Aanbeveling4 00S0000

000000000000 00* 0000 J 000000 00

1

Opzet van het onderzoek

2.1. Probleemstelling.. 0000 0000

00000,00 .00000000000000

2 2.2. Maatgevende verkeerssituatie.

2.3.

Onderzoek en rapportering..

000000000000

000 4 Model

3.1.

Schalen...., 3.2e Kanaal

.000000000000000000000000000000000000000000000000000

3.30

Schepen...00000000000000000000...00000000...

3.4,

Besturing en voortstuwing van de schepen.. 000 000000 7

1Iodelonderzoek

4,1. Beschrijving van de proeven.00, 000000 000 0000O000 0000,0

4.2.

Meetmethode,,,.

000000 000, ...0,00,0,

9

403.

Meetprogramma.000.

000000000000

00000

9

Vergeli,jking van het model met het prototype

5.1. Invloed schaaleffecten en schematisering,,.,

0000,0000,0000

12

5.2. amenvatting..

00000000000000000000000000 00000000000000 000

16

6. Bespreking van de meetresultaten

6,10 Verschijnselen tijdens het oplopen.... 17

6.2, Invloed van de randvoorwaarden,,. 20

6.3. Invloed van de kanaalprofielen,000,

000000000

23

7, Beoordeling kanaalprofielen

7,1, Kriterium voor de veiligheid...

00000000000

, 000,000000000.

7,2.

Verkeersstroken voor de duweenheid en de tegenliggei's. 0000 26

7.3. Ruimte naast de vaarstrook van het sleepschip.,...,,,,0. 28

(41)

INHOUD - vervoig

-8 Konklusies. 0000040000000 JO 4004 00000kO 00000000000000C 0000000

Bi.jlagen

Verkeersmeting op het Amsterdam-R±jnkanaa10000000000004000. 34

Ongevallenonderzoek000 000000000040,0.00000000k0000 37

1110 lilaarnemingen op bet Anisterdam-Rijnkanaal00.0000004000000 000 41

IV,

Waarnemingen van praktijkmensen in bet model000000000000000 42

biz.

31

(42)

Lijst van figuren

Scheepstypen met hun hoo.fdafrnetingen.

Kanaalpro fielen0

Overzicht van de positie's der schepen (fotografisch vastgelegd).

Resultaten afgeleid van de positie' s van het achterste sleepschip in fig.

_3.

±elatieve cumulatieve frekwentie-verdeling van de minimale afetand tussen het sleepchip en de oever tijdens het oplopen van een duw-eenheid langs de 'bakboordoever.

6, elatieve cumulatieve ±rekwentieverdeling van de minimale

af-stand tussen de vaarstroken van sleepschip en duweenheid tijdens het oplopen van een duweenheid langs de bakboordoever,

7 Relatieve cumulatieve £rekwentieverdeling van de

vaarstrook-breedte van het sleepsohip tijdens het oplopen van een duweenheid langs de bakboordoever.

Verlengde zijroeren van het sleepschip "Donald",

Invloed kanaalprofiel op gemiddelde vaarstrookbreedte sleepschip tijdens oplopen van duwoenheid,

Invloed kanaalprofiel op ruimte naast gemiddelde vaarstrook van sleepschip.

Invloed kanaalprofiel op ruimte naast vaarstrook van sleepschip met onderschrijdingsfrekwentìe 0,2.

Invloed van breedte en diepte kanaal op ruimte naast vaarstrook van sleep; onderschrijdingsfrekwenties 0,2,

Relatieve frekwentieverdeling van het laadvermogen van de geladen schepen.

14, Relatieve frekwentieverdeling van de vaarsnelheid van geladen schepen.

Relatieve cumulatieve frekwentieverdeling van de vaarsnelheid van geladen schepen onderscheiden naar laadvermogen en voortstuwing. Invloed vaarsnelheid op heI inhalen,

chadevaring L 18, Schadevaring 2, bchadevarin,

_3,

(43)

Lijst van foto's,

1,2

De inaatgevende verkeerssituatie

in TE.

De passeermanoeuvres werden

gefilmd vanaf de meetwagen, die

achter de sleep aan reed.

5,4

Het sturen van een duweenkieid in het model vergeleken met het

prototype.

De modelstuurman is te groat orn in de duwboot plaats te nemen,

5,6

Het sturen van een sleepschip in

het model vergeleken met het

prototype.

In plaats van een sleepboot

wordt in het niodel een RHK schip

gebruikt, die door de voorste persoon

wordt bestuurd. De

achterste bestuurt het sleepschip.

7

Neetwagen met ±'ototoestellen aan een ra, waarmee

de positie der

schepen wordt vastgelegd.

8

Een van de vele meetfoto's waarmee de bewegingen van het

sleep-schip werden vastgelegd,

9,10

Een duweenheid van i bak en een motorschip ontmoeten elkaar

op een "normale1' afstand,

11,12

hen motorschip loopt een duweenheid van

i

bak op met een normale

tuss enruirnte,

i3,14

Een duweenheid van 1

bak wordt opgelopen door een ongeladen

snelioper terwiji er al twee elkaar inhalende schepen

tegemoet-komen,

15,16

De ruimte aan weerszijde van de snelloper

kan geen norm zijn

voor het antwerpen van kanalen,

(44)

Lijst van fotos vcrvoig

-17,18

Een s1eepschij wordt opgelopen door eon tanker die daarna

in-voegt onida-t twee elkaar inhalende motorschepen tegemoetkomen.

20 Door de p1otse1ine snelheidsafname raakt de tanker uit zijn

koers

De sleepboot raakt tussen wal en schip.

21,22 In deze verkeerssituatie wordt de grens van het toelaatbare ver overschreden,

2,24

Een passeermanoeuvre in T6. De duweonheid en het sleepschip

worden bestuurd door schippers uit de praktijk die de onder-linge afstanden intutief bepaalden,

(45)

1, Algemeen

l.1 Opdracht en uitvoerin

Het doel van het onderzoek en de opdracht daartoe worden beschreven

in versiag ff782-I. Een dccl van het onderzoek heeft betrekking op de

afmetingen van het dwarsprofiel van scheepvaartkanalen, waarin de

duweenheden en andere binnenvaartschepen elkaar veilig kunnen oplopen

en ontmoeten, Er is vooral aandacht besteed. aan de vereiste afmetingen

van een kanaal waarin een schip met siechte stuureigenschappen wordt

opgelopen door een duweenheid terwiji er een schip tegemoetkomt. Een

dergelijk kanaal zal worden aangeduid als driestrooksvaarweg.

Ret nderhavige versiag geeft hiervan de resultaten.

Ret onderzoek is verricht in het laboratorium "De Voorst" van septembr

1966

tot juni

1967.

Ret onderzoek werd geleid en het versiag werd geschreven door ir, J. Roster.

1.2e Aanbeveiing

De afmetingen van een driestrooksvaarweg worden bepaald door de

voigende regel:

1,1 B + 71)

175.

waarin B = de kanaalbreedte gemeten in het kielviak der schepen en

D de waterdiepte.

beide worden uitgedrukt in m.

De motivering van deze ontwerpregel en de voorwaarden, waaraan moet

worden voldaan om deze regel toe te passen worden in het versiag uiteengezet.

(46)

2

Opzet van het onderzoek

2.1. Probleemstelling

Een scheepvaartkanaal wordt vaak gedimensioneerd op een

maat-gevende verkeerssituatie. In het eenvoudigste geval is

dit het

grootste toegelaten schip, dat alleen in het kanaal

vaart, zoals in

het Suezkanaal, of eon ontmoeting van het grootste toegelaten

schip

met een ander groot schip, zoals in het Noordzeekanaal.

In drukkere kanalen zal het mogelijk rnoeten zija dat

twee schepen van

de grootste toegelaten afmetingen elkaar kunnen inhalen

(in dit

versiag tweestrooksvaarwegen genoemd) of zullen er zeifs meer dan twee

verkeersstroken beschiicbaar moeten zijn, indien bet, in verband niet

de verkeersintensiteit, gewenst is dat er bij eon oploopmanoeuvre

voldoende ruiinte blijft voor tegonliggers, Welke verkeerssituatie

voor eon bepaald kanaal als maatgevend znoet worden

beschouwd zal

afhangen van de gewenste capaciteit van hot kanaaL

Zo is door de opdrachtgever voor het onderhavige onderzoek

vast-gesteld dat in de te onderzoeken profielen twee of drie

verkeers-stroken beschikbaor moeten zijn voor de grootste schepen. Echter

met de beperkingen, dat

twee duweenheden elkaar niet behoeven te kunnen oplopen, omdat

door eon grote mate van standarisatie de duweenheden alle ongeveer

even snel zullen varen en

De drie verkeersstroken niet tegelijk door twee duweenheden en

een sleeptrein zullen worden bezet, omdat de kans op bet optreden

van doze verkeerssituatie za klein is, dat het toelaatbaar wordt

geacht deze verkeerssituatie niet toe te staan

onder opiopen wordt in dit versiag verstaan: Een schip voorbijvaren,

dat met een kleinere sneiheid in dezelfde richting vaart,

(47)

3

2.2. Maatgevende verkeerssituatie

Er zijn globaal drie typen grote binnenvaartschepen, die als

voigt kunnen worden gekarakteriseerd (zie IDijiage i).

Sleepsohepen, met sneiheden van 7 tot 14 km/u en als regel met

siechte of matige stuureigenschappen. Het laadvermogefl is maximaal

ongeveer 2500 tone

Motorsohepen, met sneiheden van 8 tot 16 km/u en meestal met goede

of zeer goede stuureigenschappen. Het laadvermogen is maximaal

ongeveer 1500 ton.

Duweenheden, met sneiheden van naar schatting 12 km/u en nieestal

met zeer goede stuureigenschappen. Het iaadvermogen is maximaal

ongeveer 9000 ton, Het ondergedompeid grootspantoppervlak en de

lengte zijn elk tweemaai za groat als b±j de bovenstaande schepen.

Voorts varen er talloze kleinere schepen met doorgaans iets lagere sneiheden en zeer uiteenlopende stuureigenschappen.

Tijdens het vooronderzoek bleek, dat die verkeerssituatie maat-gevend zal zijn, waarin een groot schip met siechte

stuureigenschap-pen wordt opgelostuureigenschap-pen door een ander groat schip. Dit zal dus het

geval zijn als een sieep wordt opgelopen door een duweenheid. In een dr±estrooksvaarweg wordt tijdens de oploopmanoeuvre de derde verkeersstrook bezet door een reeks achter elkaar varende

motor-schepen, die de duweenheid en de sleep tegemoetkomen.

In overeenstemming met het goede zeemansschap en de v6orschriften in het Vaarreglement zullen de sleep en de duweenheid voor het ap-lepen vaart verminderen.

Er kan niet worden verwacht dat deze snelheidsvermindering erg groat is, omdat dergelijke grate geladen schepen slechts langzaam vaart verminderen en een snelheidsvermindering door de betrokkenen meestal grater wordt geschat dan overeenkomt met de werkeiijkheid.

In everleg met de opdrachtgever en met inachtneming van het ge-steide in bijlage I is aangenomen dat de sneiheden van de duweenheid

(48)

en de sleep op het moment, dat de oploopmanoeuvre begint,

respectieve-lijk 10 en 7 km/u zullen zijn.

De sneiheid van de tegenliggers is 15 km/ut.

Eveneens in overeenstemming met het goede zeemansschap en de voorschriften van het Vaarreglement houdt de sleep zoveel mogelijk zijn stuurboordswal, terwiji de duweenheid voor het oplopen naar

bakboord uitwijkt. In een kanaal met twee verkeersstroken zal de

duw-eenheid tot de bakboordsoever kunnen uitwijken. In een kanaal met drie verkeersstroken is de mogelijkheid orn naar bakboord uit te

wijken echter beperkt. Tussen de bakboordszijde van de duweenheid en

zijn bakboordsoever moet een bevaarbare breedte over overblijven van voldoende afmetingen orn de tegeriioetkomers veilig te kunnen laten passeren

Het onderzoek is in hoofdzaak gericht geweest op het bepalen

van de ruimte, die nodig is voor de tegemoetkomer, de duweenheid en de sleep, tijdens het passeren,

2.3e

Onderzoek en rapportering

Het onderzoek is verricht door proeven uit te voeren in een

model en door literatuurstudie. Voor een juiste opzet en inter-pretatie van het onderzoek was het tevens noodzakelijk nauw kontakt

te onderhouden met de praktijk van de binnenvaart.

In het model zijn de proeven uitgevoerd met vrijvarende

schepen Tijdens een passeermanoeuvre zijn de opeenvolgende posities van de schepen fotografisch geregistreerd, Hieruit wordt een para-meter age1eid, die een maat is voor de veiligheid van de maat-gevende verkeerssituatie en die kemnerkend is voor het desbetref-fende kanaalprofiel. Er moet dan nog worden vastgesteld welke

waarden de parameter moet hebben, opdat het kanaal voldoende

veilig is.

Daarnaast kunnen de verkeerssituaties in het model ook vjsueel beoordeeld worden op hun veiligheid.

(49)

5

Een terzake kundige ooggetuige krijgt tijdens het waarnemen van

de scheepsbewegingen hiervan een goede indruk omdat naarmate de

schepen elkaar dichter naderen de veiligheid afneemt.

Daarom is van he verloop van de passeermanoeuvres in de

belang.-rijkste kanaalprofielen een film gemaakt (zie de foto's i en 2)

De veiligheid in verschillende kanaalprofielen kan dan worden

vergeleken zonder een al te groat beroep te doen op het geheugen

van de waarnemer. Tevens kunnen cok degenen, die niet in de

gelegenheid waren orn van dag tot dag de uitvoering van de proeven te volgen, met deze film een indruk krijgen van het verloop van de manoeuvres en de verschillen in de afmetingen van de

(50)

-6-3.

Model

3.1 Schalen

De proeven zijn uitgevoerd. in een model op schaal 25. De

sneiheids- en tijdschaal volgens Fraude zijn 5

Alle maten en meetresultaten in dit versiag zijn volgens de

schaal-regels omgerekend naar hun waarde op ware grootte.

Bij de schaalkeuze werd overwogen dat het voor een stuurman mogeiijk

moet zijn orn plaats te nemen in de modellen van de duweenheid en

het sleepschip (zie hoofdstuk

3.4

en 5.1) Bovendien is later bij

het schaaleffectenonderzoek nog gebleken, dat de modellen op schaal

40 za klein zijn dat dit praktische bezwaren oplevert tijdens de

uitvoering van de proeven. Deze bezwaren bleken niet aanwezig bij

de schalen 25 en 10,5 (zie N782 Iv). 0m technische en economische

redenen is daarom de schaal 25 gekczen.

3.2. Kanaal

Het kanaal is uitgevoerd in beton. leder profiel werd

afzonder-lijk ingebouwd. In verband met de grote afstanden, die tijdens het

op- en voorbijlopen worden afgelegd, is in het model een

kanaal-lengte van 4 km weergegeven,

5 3. Schepen

De duwboten zijn modellen van Vulcaan I van de rederij

Vulcaan'. De duweenheid bestaat voorts uit vier bakken in een

formatie van 2 x 2, De sleeptrein bestaat uit een rnotorschip van

het Rìjn-Hernekanaaltype met in aanhang een of twee lichters, die

voorzien zi,jn van Hizler_roeren. De motorschepen zijn modellen

van een kustvaarder en een Rijn-Hernekanaaischip. De

(51)

3.4.

Besturing en voortstuwing van de schepen

Alle schepen zijn vrijvarend en voorzien van een eigen voort-stuwing en besturing, die voor zover nodig overeenkomt met de werkelijkheid. De benodigde energie wordt geleverd door een aantal accu' s. leder schip heeft een eigen modelstuurman die zich9 indien

mogelijk, in het schip bevindt met het oog op de plaats van het

stuurhuis. Dit is noodzakelijk als men het mnoeuvreren, zoals

dat in de praktijk geschieät, zo goed mogelijk wil benaderen

(zie de foto's

3 en

4 en cok hoofdstuk 5,1.f).

De R.H.K.-schepen zijn op schaal 25 te klein orn er in plaats te

nernen. De schipper beweegt zich op korte afstand achter het schip,

hetzij te voet langs de kanaaloever, hetzij zittend op een langs

het kanaal meerijäende meetwagen of in het geval, dat een

R.H.K.-schip een sleepR.H.K.-schip in aanhang heeft, liggend in het sleepschip

(zie de foto's 5 en 6).

In de duweenheid en de R.H.K.-schepen worden de roeren de voortstuwingmachine elektrisch bediend, 1-let model van de

kust-vaarder wordt draadloos bestuurd vanaf een vaste plaats langs

het kanaal. De roeren van het sleepschip worden door de stuurman

mechanisch bediend. De hoeksnelheid van de roeren wordt door de stuurman zeif bepaald.

(52)

-8-4.

Nodelonderzoek

4,1v Beschri,jving van de jproeven

De proeven beginnen met het bepalen van het toerental van de

schroeven dat nodig is orn de vaartuigen, alleen varend in het

kanaal, de vereiste sneiheid te geven. In jeder kanaalprofiel

zijn deze snelheidsmetingen opnieuw verricht,

Een inhaalproef verloopt in het model als volgt:

De sleep vaart enige scheepsiengten voor de duweenheid uit0 Beide

varen met een konstante sneiheid, die overeenkomt met de snelheid

waarmee de schepen na het snelheidsverminderen in de

werkelijk-heid worden geacht te varen, in het model respectievelijk 7 en 10

km/u.

De sleep heeft dan reeds een positie ingenomen alsof hij naar

stuurboord zou zijn uitgeweken, Hij vaart niet te dicht langs de

oever, omdat de duweenheid hem tijdens het voorbijlopen naar stuurboord zal verzetten0 Na enige keren oefenen kiest de model-sleepschipper intutief de afstand tot de stuurboordsoever,

waar-bij de kans op aanvaringen met het talud of met de duweenheid. het

kleinst is, Afhankelijk van het dwarsprofiel van het kanaal is \

deze afstand een a twee scheepsbreedten. De sleepschipper krijgt

de pdracht orn deze afstand tot de oever zo konstant mogelik te

houden gedurende het oplopen van de duweenheid. Tijdens het roer-geven mag de hoeksnelheid van roer niet groter zijn dan 2 graden

per sekonde0 Dit

is een waarde die in de praktijk niet vaak

over-schreden wordt. De stuurman, die het slepende motorschip bedient,

inoet het toerental van de schroef in de eerste fase van het op-lopen konstant houden, De sleep vaart immers al met verminderde

sneiheid. In een latere fase moet hij het toerental naar eigen

inzicht variren, en wel vanaf het moment dat de sleeptros

dreigt te gaan slap hangen. Hiermee wordt evenals in de

werkelijk-heid de kracht in de tras geregeld, zodat enerzijds wordt

voor-kamen dat de troc breekt, terwiji anderzijds het motorschip

(53)

-9

De duweenheid krijgt opdracht orn op een gegeven afstand tot de

oever voorbij de sleep te varen met een konstant toerental van de

schro even.

De eventuele tegemoetkomer houdt een konstante sneiheid aan en vaart op een naar eigen inzicht bepaalde afstand dicht langs de

oever.

4.2. Neetmethode

De posities van de schepen in het kanaal worden fotografisch vastgelegd met twee vertikaal boyen het model opgestelde kamera's

(zie de foto's 7 en e). De foto's worden met een tussenpoos

ge-nomen van 15 sekonden (omgerekend naar prototypewaarde). De

op-namen van de twee kamera's worden bij het uitwerken samen

ge-projecteerd tot een beeld op schaal 250. Daarna worden de afstanden van de schepen tot elkaar en tot de oever opgemeten. De totale meetfout tengevolge van afwijkingen in de optiek, het projecteren

en het opmeten wordt eschat op i min9 wat overeenkomt met 25 cm

op ware grootte.

4.3.

Meetprogramma

De onderzochte dwarsprofielen zijn weergegeven in figuur 2. De randvoorwaarden van de proeven worden uitvoerig beschreven in de paragrafen 2.2 en 4.1. Kort samengevat luiden zij als voigt:

Een sleep wordt opgelopen door een duweenheid terwiji er tegelijke.r-tijd een motorschip tegemoet kamt, De sleep bestaat uit een moto-schip met in aanhang een sleepmoto-schip met een laadvermogen van 2000

ton. De snelheid is 7 km/u. Het sleepschip heeft tamelijke siechte

stuureigenschappen. De duweenheid bestaat uit een duwboot met 4 abrede" hakken. Het laadvermogen is bijna 9000 ton en de snelbeid 10 km/u. De stuurman van de duweenheid kreeg opdraoht orn tijdens het oplopen konstant op een bepaalde afstand tot de oever te varen. De tegenliger is een R.H,K,-schip met een vaarsnelheid van 15 km/u.

(54)

In ver1and met de grote spreiding in de meetresultaten zijn de proeven steeds enige malen herhaald

Dit alles wordt weergegeven in tabel IL

Tabel II. Neetprogramma

pro fi elnummer

10

-afstand midden duweenheid tot tot stuurboordsoever in m ge-meten langs het wateropperviake

) deze proeven zijn 5 maal gevaren; alle overige proeven

10 maaL T3 T6 T22 T54 T24 T 43 T52 T 26 T2 5 T47 T53 T57 T56 T55 55 50 50 65 65 65 80

70

65 65 65 70

75

80 60)

55

55)

72,5)

80

75)

80 85 90

60)

80

85)

100 65

(55)

Een groat aantal randvoorwaarden is gevarieerd. Hieruit kan een

goede indruk worden verkregen welke invloed deze randvoorwaarden

hebben op de eindresultaten van het onderzoek.

Gevarieerde randvoorwaarden:

i) smalle duweenhid i.p,v. de 1rede

inotorschip

10p0v.

de brede duweenheid

vaarsnelheden 5

en 8 km/u .pv. 7 en 10 km/u twee sleepschepen i.pv, een

geen tegenhiggers ip.v. een motorschip dat tegemoetkoùit

verlengde zijroeren aan sleepsohip

i.pv

Hizler roeren

duweenheid met variabel toerental i.p.v konstant toerental,

De invloed van de eerste viji' randvoorwaarden zijn onderocht

(56)

12

-5, vergeliikin van het model met het Drototype

Invloed schaaleffekten en schernatiserin

Het onderzoek richt zich in hoofdzaak op de scheepsbeweginen

tijdens bet passeren. Met bet oo op de 'oetrouwbaarheid van de

proeven dienen de belangrijkste faktoren, waarvan de

scheeps-beweingen afhankelijk zijn op schaaleffekten beoordeeld te worden,

Deze faktoren zijn

a, retourstroom en waterspiegeldalin b. weerstand en voortstuwing

c, de roerwerking

de kracht in de sleeptros

bet polair traagheidsmornent van de schepen het gedrag van de stuurman

Retourstroom en waterspieeldaling

Uit voorgaande onderzoeken is bekend dat de retourstroom en waterspiegeldaling slechts in geringe siate aan schaaleflekten

onderhevi zijn (zie rapporten van het Waterloopkundig Laboratorium M726 de delen I en IV en M782 de delen I en II).

Weerstand en voortstuwing

De modelsohepen ondervinden eon relatief grotere weerstand dan in bet prototype. Voor dit onderzoek wordt de extra weerstand

gekompenseerd door de schroeven cen relatief te hoog toerental te geven9 waardoor de voortstuwingskracht juist zoveel groter wordt dat de schepen toch de gewenste sneiheid krijgen. Uit een speciaal hiervoor verricht schaaleffektenonderzoek, dat betrekking heeft

op de vaareigenschappen van een duweenheid in can kanaal, is niet ge'oleken dat hierdoor schaaleffekten van enige betekenis worden geintroduceerd (zie I782-IV).

(57)

13

-e. Roerwerking

Op de roerwerking van vrijvarende motorschepen met het roer

achter de schroef hebben schaaleffecten slechts een zeer geringe

invloed (zie R. Brard, "Ivianoeuvring of ships in deep water, shallow

water and in canals", b,N,A.M..

1951,

vol. 59 en ook M782-IV).

Voorzover ens bekend, is de roerwerking van een sleepschip nog

nooit op schaaleffeoten onderzocht, zodat hierover niets bekond

is. Er wordt echter niet verwacht dat het schaaleffect in de roer-werking groot zal zijn. Bovendien hebben de huidige sleepschepen

zo'n verscheidenheid van roertypen en stuureigenschappen, dat een

eventueci schaaleffect binnen deze spreiding zal vallen.

Kracht in de sleeptros

Daar er meestal op moet worden gerekend dat de

scheeps-weerstand in het model relatief te groat is, zal ook de kracht in

de sleeptros relatief te groot zijn. Het slepende motorsohip kan

behulpzaam zijn bij het sturen van het sleepschip door de hock

tussen de sleeptros en de scheepsas van het sleepschip te variren.

De dwarsscheepse kracht die hiermee op het sleepsohip wordt

uit-geoefend zal dan cok relatief' te groot zijn. Verwacht mag worden dat dit schaaleffect slechts van zeer ondergeschikte betekenis is,

P.lair traagheidsmoment van de schepen

De lading van de modelschepen wordt in de duweenheid en het sleepsohip voor een belangrijke dccl gevormd door de modelroer-ganger. De gewichtsverdeling is niet za gelijkmatig als in het prototype, maar is meer geconcentreerd in. hot voor- en achterschip (zie b.v. fot 8). Het polaire traagheidsmoment zal daarom in het model relatief te groat zijn, waardoor de schepen in het

(58)

14

-f. Gedrag van de stuurman

De versohillen in bet gedrag tussen een modelstuurman en een praktijkstuurman zijn vrij groot en vereisen sen wat uitvoeriger beschouwing.

Globaal kan de functie van een stuurman worden gesplitst in

drie delen, te weten; het waarnemen van de scheepsbewegingen, bet vergelijken met de gewenste scheepsbeweging en het eventuele korrigeren van de scheepsbeweging. Het sturen in het model wordt voortdurend bemoeilijkt, omdat volgens de in bet model geldende

tijdschaal het waarnemen, beoordelen en eventuele bij. sturen jf

maal za snel moet verlopen als in het prototype. Bij het waarnemen

van de scheepsbewegingen het schatten van afstanderi, hoeken en

snelheden is de modelstuurman sterk in bet voordeel, omdat de afstand tussen de beide ogen, die hierbij van groot belang is, relatief te groot is. Tevens is hierbij van belang dat het oog van de stuurman zieh op relatief dezelfde hoogte bevindt en min of meer op relatief dezelfde afstand van de boeg van bet schip.

Het vergeiijken van de waargenomen met de gewenste scheepsbewegingen en het besluiten hoeveel most worden gekorrigeerd zal in het model en bet prototype ongeveer evenveel tijd kosten. Dus relatief gezien duurt dit in bet model te lang. Deze reactietijd is echter zo kort

dat dit weinig invioed zal hebben. Het korrigerend optreden, d.w.z,

het roergeven of het veranderen van het tocrental van de schroeven, stemt op bijna alle schepen goed overeen met de prakijk, Alleen op bet sieepschip is de bediening van de roeren zodanig dat de model-stuurman in korte tijd het roer van bet sleepschip een grete uit-slag kan geven, terwiji in werkeiijkheid bet geven van een roeruit-slag zeer veel in spanning vereist. De hoeksnelheid van bet roer is dan i 'a 2 graden per sekonde. Hiernaar is in bet model ook

gestreefd, Maar in sommige gevallen is deze wairde hager geweest. De sneiheid waarmee bet roer weer in bet middenstand wordt ge-bracht is in het prototype veci groter en van dezeifde orde van