Dämpfung der hackwelle bei flachwasserfahrt

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der flecku cile

bei Flachwasserfahrt

Lab.

y.

Scheepsbouwkunde

Technische Hogeschool

Deift

Von Dr.-lng. H. Schmidt-Stiebitz

72. Mitteilung der Versuchsanstalt für Binnenschiffbau e. V., Duisburg Institut an der Rhein.-Westf. Technischen Hochschule, Aachen

Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AIF)

Sonderdruck aus der Fachzeitschrift ,,SchifF und Hafen"

Jahrgang 17 . Heft 3 Mdrz 1965 . Seite 188 bis 196

Dämpfung der Heckwelle bei Flachwasserfahrt

*)

Von Dr.-Ing. H. S chmidt-Stiebitz

Forschungsaufgabe durchgeführt in der Versuchsanstalt für Binnensdiiffbau e. V., Duisburg, Institut an der

Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen

Mitgliedsinstitut der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (Professor Dipl-Ing. W. Sturtzel)

72. Mitteilung der VBD

1.0 Einführung

Der Erfolg bei den Bemühungen, die Bugwellen-Ampli-tude und damit die nachteiligen Folgen für den Widerstand, für den übrigen Schiffsverkehr und für den Bestand der Wasserstraßenanlagen durch entsprechende Formgebung des tjb und Unterwasserbugs herabzusetzen [1 und 2], er-mutigte dazu, etwas ähnliches hinsichtlich der Heckwellen-Amplitude zu erproben, wobei im voraus klar war, daß diese Untersuchung, weil die Hedcwelle von den Bugwellen über-strichen wird, einen größeren Schwierigkeitsgrad aufweist. Um ohne Umwege zu Optirnallösungen zu gelangen, wurde der bereits in der Bugformgehung gewonnene Vorteil bei den verwendeten Modellen mit einbezogen. Die dadurch bereits vorweggenommene Amplitudenverkleinerung des Gesamt-wellensystems setzte den zu erwartenden zusätzlichen Ge-winnen gewisse Grenzen. Trotz dieser Begrenzung hat die Untersuchung im Hinblick auf die im Bereich des Heck-wellenkeils entstehenden, frontal vorlaufenden Flachwasser-wellen insofern große Bedeutung, als eine etwa mögliche Schmälerung des mit ,.kritisch' bezeichneten Geschwindig-kei tsbereichs den bezüglich Widerstandsverlauf normalen Bereich vergrößert, in dem praktisch gut und störungsfrei navigiert werden kann. Ein auf das hier gestellte Thema

bezogenes .Einzelergebnis kann nicht postuliert werden, ohne

die Probleme der Bugwellendämpfung unberührt zu lassen, da zwischen den an Bug und Heck des fahrenden Schiffes entstehenden Wellensystemen ein enger Zusammenhang

besteht.

Für die Bereitstellung der erforderlichen Mittel zu der

vor-liegenden Untersuchung sei der Arbeitsgemeinschaft

Indu-strieller Forschungsvereinigungen e. V. ganz besonders

gedankt.

2.0 Übersicht über die Versuche

3.0 Durchführung der Versuche

Nichts liegt näher, als erste Mittel solche für die Lösung der Aufgabe anzusetzen, die bei der voraufgegangenen und mit ihr verwandten Problemstellung zum Erfolg geführt haben. So wurden zunächst dem Bugleitblech ähnliche [1]. das Heck umspannende, den Ruhewasserspiegel tangierende Leitbleche angeordnet. Als Modell wurde das Heck des Schleppkahns ,,Amanda" M 380 (Abb. 1) gewählt, an das als Vorschiff der für die Bugwellendämpfung günstige ellipsoid-förmige Bug des Modells M 216 (Abb. 1) aus [2] mit Bug-leitblech angesetzt wurde, um alle bereits gewonnenen Vor-teile in Anspruch zu nehmen. Weitere Versuche bezweckten, durch Nachschleppen eines Gleitbrettes oder durch senk-rechte, an der Seitenwand angebrachte, die hintere Schulter überragende Bleche oder durch freifabrende Staukörper in der Divergenzströmung hinter der Schulter die Hedcwellen-strömung zu beeinflussen. Schließlich wurde an dem einmal

als Ausgangsbasis gewählten Schiff, dem Schleppkahn

,,Amanda", eine Formveränderung am Heck vorgenommen, die aber die Möglichkeit für Einbau von Propulsionsorganen

offenhielt. So entstand nach den Konstruktionsprinzipien der hier verwendeten Bugform und unabhängig von der bereits gelaufenen Entwicklung von Amanda" zu Gustav Koenigs" die Heckform M 391 (Abb. 2), (Vorschiff wie oben

beschrieben: M 216).

Um aber bezüglich Propulsionsversuthen einen echten

Ver-gleich zustandebringen zu können, wurde ebenfalls mit dem einheitlichen Vorschiff (M 216) das Heck eines Original-,,Gustav Koenigs" M 402 (Abb. 2) verbunden. Auch dessen Heckausbildung wurde im Sinne einer möglichst ungestörten Stromlinienführung zum Heck M 409 (Abb. 3) abgewandelt. Sowohl M 391 ais auch M 409 wurden mit den gleichen

Pro-Dem Leiter der Ver.

suchsonstalt für Bisnenschiffbau e. V., Duisburg, Herre Prof.

DipI..lng.W. Sturtzel donkt der Verfasser

für die Betreuung und Förderung der Unter.

such ung.

3

Kanal großes Flathwasserbecken der VBD 140X9,8 m Hw 150 mm. 175 mm und 200 mot Modelle Maßstab 1:16 1. 2. 3. 4. 5 6.

bei den unter i his 5 aufgeführten Modellen Vorscliiff wie M 216 (Abb. 1) aus [2], ellipsoidförmiger Bug und Bugleit-blech, Trennung an Spant 4

M 380 .,Amanda"-Hedc (Schleppkahn) (Abb. 1)

M 402 Gustav Koenigs"-Heck (Selbstfahrer) (Abb. 2)

M 391 1. Heckabwandlung aus ..Amanda" (Abb. 2)

M 409 2. Hedeabwandlung aus ,,Gutav Koenigs" (Abb. 3)

M 428 Sthutenhedc (Abb. 3)

M 228 Schute wie in [2]

Tg = 2,50 m und 2,0 m (Schiffsdaten s. S. 11)

Anhänge keine

Turbulenzerzeuger 1 mm Perlonfaden an Spant 8 1/2 und 9 1/2

Propulsion NI 402, 391, 409 ein Propeller (P 61 r) Daten s. S.

M 428. 228 zwei Steuerpropeller (P 106 r, 1)

ii

Antrieb E-Motor Flathwasserverhältnis Widerstand Hw = 2,4 m Tg = 2 m 2,8 m 3,2 m Tg = 2 m und 2,5 m Propulsion Hw = 2,8 m Tg = 2 m und 2,5 m 3,2 m Versuchafahrten

mit Bodendruckmessungen Widerstand

' bei mechanischer Messung von

Wider-stand, Absenkung und Trimm, Schub und

und Propulsion

pellern wie M 402 ,,Gustav Koenigs" angetrieben. An diesen Heckforrnen ließ sich als verantwort]ich für etwa noch auf-tretende Ablösurigserscheinungen nur der Schraubentunnel finden. Deswegen kam als weitere Möglichkeit für die Heck-ausbildung beispielsweise die reine Schutenform mit an-nähernd kreisabsthnittförmiger Kiellinie M 428 (Abb. 3) in Anlehnung an die Form M 228, mit der in der Untersuchung [2] gute Widerstandsresultate erzielt worden waren, in Frage. Allerdings mußte hierbei aus Platzgründen auf die Ein-schraubenbauart verzichtet und stt dessen die Aufteilung auf zwei Steuerpropellerantriebe gewählt werden. Die weiter

unten aufgeführten Propulsionsergebnisse ließen einen

weiteren Vergleich dieser

günsügen Heddorm mit dem

gleichfalls schutenförinigen Bug, aLso der Ursprungsform M 228, als wünschenswert erscheinen, zumal mit ihr bisher nur Widerstandsversuche durchgeführt worden waren. Wäh-rend der Widerstands- und Propulsionsversuche wurde unter-halb des Modells in der Sthiffsmittelebene der am Tank-hoden auftretende Wasserdruck mittels einer bündig in den Boden eingelassenen Druckdose über Induktiv-Geber auf ein Schreibgerät (Visicorder) übertragen, wobei auch die vor-laufende Welle mit erfaßt wurde.

4.0 Ergebnisse

4.1 Ergebnisse auf Grund

erster Maßn ahmen

Mit einem den Ruhewasserspiegel tangierenden achteren Blech, das in An-lehnuxg an das Bugweliendämpfungs-blech [1] entworfen wurde, sind keine

Widerstandsvorteile zu gewinnen. Es

tritt lediglich eine geringfügige Ver-kleinerung des steuerlastigen Trimms ein. Ein dem Schiff nachgeschlepptes,

mit allen drei Freiheitsgraden

ver-sehenes horizontales Blech, das die WasserGberfläche berührt, vergrößert

so-wohl den Schiffswiderstand als auch den

steuerlastigen Trimm.

Senkrechte Bleche, die in Verlängerung

der seitlichen Bordwand nach achtern an

der hinteren Schulter angebracht werden, können, solange sie nur das Oberflächen-wasser erfassen, im höchsterreichbareiì Gesthwindigkeitsbereith eine kleine Wi-derstandsbesserung und Verkleinerung

des steuerlastigen Trimms bewirken. Jedoch ist das Maß dieser Verbesserung

so klein, daß eine Weiterverfolgung nicht lohnend erscheint.

In die divergierende Strömung hinter der achteren Schulter sogenannte Stau-keile vertikal zu stellen, bringt in den Widerstandsergebnissen keine Gewinne, wohl aber verkleinert sich durch sie die Spiegelabsenkung außerhalb der Stau-keile am Schiff und der steuerlastige

Trirnm.

4.2 Entwicklung n euer

Hinterschiffs-form e n

Da alle Maßnahmen, die sich auf zusätzlich angeordnete Bauteile beschränkten, keine oder nur sehr stark begrenzte Verbesserungen brachten, mußte versucht werden, an der Hinterschiffsform gezielte Veränderungen vorzunehmen. Es

wurde deswegen ein Hinterschiff entworfen (M 391) (Abb. 2),

dessen Linienführung ähnlich der des Vorsdiiffes gehalten wurde. Aus einer nahezu ellipsoidfönnigen Verjüngung nach achtern wurde mit sanfter Linienführung ein seitlicher

Schraubentunnel herausgeschnitten. Gegenüber dean Modell mit Amanda-Heck M 380 (Abb. 1) sind mit ihm besonders auf der kleinen Wasserhöhe kleinere Widerstände meßbar (Abb. 4 und 5), die sich im steilen Anstieg in einer um etwa 0,4 km/h höheren Geschwindigkeit bei konstantem Wider-stand bemerkbar machen. Auf 2,4 m Wasserhöhe wird im unteren Geschwindi gkeitsbereich ein spürbarer Widerstands-gewinn erzielt. Die Absenkung zeigt etwas größere und der srteuerlastige Trirnm wesentlich kleinere

Werte. Um den

Einfluß des Schraubentunnels deutlich zu machen, wurde er

vergleithsweis einmal mit Plastilin aufgefüllt und die Kon-tur geglättet. l)as Ergebnis war auf den zwei Wasserhöhen

Vorschiff

\.

M 380 (Amanda)

1m

M 216

1m

unterschiedlich. Auf Hw = 3,2 m liegt die aufgefüllte Form widerstandsmäßig günstiger, während auf Hw = 2,8 m kein Vorteil mehr zu erkennen ist. Da das Sthleppkahnheck der Amanda M 380 keinen Propulsionsvergleich zuließ, mußte auch noch bei gleichem Vorsehiff ein Gustav-Koenigs-Heck M 402 (Abb. 2) herangezogen werden, dessen Widerstand sich überraschenderweise ais günstiger herausstellte (Abb. 4 und 5). Allerdings kehrt sich dieser Eindruck nach dem

Abb. 2

Propulsionsversuch (Abb. 6 bis 9) ins Gegenteil um. In weiten Gesthwindigkeitsbereichen, besonders auf der kleineren

Wasserhöhe von Hw = 2,8 m, benötigt M 391 geringere WPS gegenüber M 402 mit Gustav-Koenigs-Heck (Abb. 6

bis 9). Um den Einschnitt und damit den Einfluß

des

Schraubentunnels noch weiter einzuschränken, wurde die Heekforsn des M 391 noch mehr zur Schutenform abge-wandelt und das Heck M 409 (Abb. 3) entworfen. Bei dem kleineren Tiefgang von Tg = 2 m konnte damit gegenüber dem Arnanda-Heck und im unteren Geschwindigkeitsbereidi

auch gegenüber dem Heck M 391 ein Widerstandsgewinn erzielt werden, der sich bei dem größeren Tiefgang von Tg = 2,5 m (Abb. 4 und 5) verlor. Nicht zu erreichen waren die

niedrigen Widerstandswerte des Gustav-Koenigs-Heck M 402. Im Propulsionsversuds schnitt das M-409-Heck (Abb. 6 bis 9)

schlechter und bei vergrößertem Tiefgang sogar in

ver-s.tärktem Maße schlechter ab. Auf der Suche nach Möglich-keiten, zu besseren Ergebnissen zu gelangen, wurde das in früheren Widerstandaversuchen als beste Form gefundene Schutensehiff M 228 [2] mit annähernd kreisbogenförmiger Kiellinie probeweise mit 2 Schottelantrieben ausgerüstet und auch abweichend von der oben aufgeführten Serie mit

Schutenvorschiff auf Propulsion _{gefahren. Aus Gründen} der Bodenfreiheit mußte hierbei von dem Einsehrauben-antrieb abgewichen und die Sthubkraft auf zwei Schrauben-kreise aufgeteilt werden. Die Antriebsleistung lag im oberen Geschwindigkeitsbereich bei beiden Tiefgängen und auf beiden Wasserhöhen zwar nicht viel, aber doch unter der-jenigen der besten der bisher erprobten Variante

(Gustav-Kcsenigs-Heck M 402), (Abb. 6-9). ALs beste Anordnung erwies

sich eine Neigung der Schottelachsen um etwa 7° in An-näherung an die Heckumströmung. Um den Vergleich zu den anderen Heckformen ziehen zu können, wurde schließlich zu dem verwendeten Vorschiff passend in Anlehnung an die

Schute ein Schutenheck M 428 (Abb. 3) entworfen, das dann,

in dieser Kombination ebenfalls mit 2 Schottelantrieben

ge-fahren, bei drei von vier gemessenen Flathwasserverhältnissen

mit kleinster Antriebsleistung (selbst kleiner als die der

Variante mit dem Gustav-Königs-Hedc M 402) auskam (Abb. 6 bis 8).

4.3 Vergleich mit Gustav Koenigs"

Die oben angeführten Ergebnisse erscheinen bezüglich

des eingangs erwähnten Schwierigkeitsgrades erst im richtigen

Licht, wenn man sie mit Widerstands- und Propulsionsver-suchen des Original-Gustav Koenigs (Vor- und Hintersdsiff) [5 vergleicht (Abb. 4 bis 9). Man erkennt daraus neben dem ins Auge springenden Widerstands- und Leistungsgewinn aller neuen Formvarianten den grundlegenden Unterschied im Trimmverhalten, das auf die Wirkung des Bugwellen-dämpfers zurückzuführen ist. Während ,,Gustav Koenigs" bei allen untersuchten Wasser- zu Tiefgangsverhältnissen mit wachsender Geschwindigkeit einen beträchtlich kopflastigen Trimm einnimmt, verhindert die neue Bugform in Verbin-dung mit dem Bugwellendämpfer jegliche Kopflastigkeit. Die Modelle trimmen auch in dem praktischen

Reise-geschwindigkeitsbereich nur schwach steueriastig. Als weitere

Folge dieses völlig veränderten Trimmverhaltens ist eine auf etwa 60 /s der Gustav-Koenigs-Werte abgeminderte Wassspiegelabsenkung zu verbuchen. Es ist überflüssig zu er-wähnen, daß der dadurch eingesparte Energieaufwand sich zwangsjäufig in den Widerstands- und Propulsionsdia-grammen widerspiegeln muß. Es zeigt mit aller Deutlichkeit den Zusammenhang und infolgedessen die schlechte Trenn-barkeit der Wellensysteme an Bug und Heck und bestätigt die Richtigkeit der getroffenen Wahl in der Reihenfolge der Untersuchungen, nämlich zuerst Maßnahmen zur Milderung der davorliegenden Bugwelle und danach erst solche für die Heckwelle zu treffen. Wie auch schon früher beobachtet, sind die Vorteile der neuartigen Formen auf sehr flachem Wasser wegen des daibei auftretenden steileren Widerstands-anstiegs etwas geringer als auf nicht ganz so flachem Wasser

hei weniger steilem Widerstandsanstieg. Da außer der Leistungsersparnis an dem zu untersuchenden Schiff nicht zuletzt auch die Auswirkung der von ihm erzeugten Wellen auf die übrige Schiffahrt und die Wasserstraßenanlagen interessiert, ist eine Verbesserung auf Grund der vorliegen-den Untersuchung für alle Fahrwasserbcdingungen zu

er-warten.

1.4 Spezifischer Widerstand und Leistung

Das Schutenheck M 428 zeigt seine Überlegenheit auch in der Darstellung der auf das Deplacement bezogenen Leistung in WPS (Abb. 11). Dagegen zeichnet sich in der Gegenüberstellung der spezifischen Widerstände W/D

ein-deutig das Gustav-Koenigs-Heck als günstigeres ab (Abb. 10). Man ist geneigt, daraus zu schließen, daß die Stromzuführung

zu dem Propeller bei Gustav Koenigs nicht so gut gelöst ist.

Aus dem Vorteil des Schutenhecks M 428 in den

Propulsions-versuchen könnte man auch folgern, daß ein von der Seite her geführter Sc.hrauhenstrahi.zulauf auf die Strömung zu großen Zwang ausübt und es vorteilhafter ist, das Wasser für den Propellerquerschnitt ungezwungen aus der Unterboden-strömung herzuleiten.

5

4.5 Bodendruckmessungen und Vergleich

mit Wellenbild

Um weiteren Aufschluß über die Auswirkungen von

Ver-änderungen an der Hinterschiffsform zu erhalten, wurden

gleichzeitig bei den Versuchen an einem in Schiffsmittelebene

festliegenden Tankbodenpunkt Druckänderungen während

der Durchfahrt des Modells gemessen und von einem

Schreib-M 409

Abb. .3

gerät (Visicorder) der zeitliche Ablauf aufgezeichnet (Abb.

12 und 13). Mittels Induktivgeber übertragene Ausschläge einer beidseitig von Wasser berührten empfindlichen

Mem-bran einer besonders entwidelten Druckdose waren zuvor

durch Veränderung der Wasserspiegelhöhe auf genaue

Druck-höhen geeicht worden. Bei frühzeitiger Einschaltung des Visicorders konnte auch die früher [3] grob gemessene Vor-laufgeschwindigkeit der spezifischen, auf 180° aufgeweiteten

6

1m 10 8 6 2 lo 8 o 6 4 2 0

Widerstan dsvergleich

Widersfarìdsvergle ¡ch

Trimm stt. in

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P4391 P4402 M409 P4428 s

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-¡n km/h lo 12 1h 8 o 12 14

M 428

1m Abb. 4

S 'co 30 20 100 o wps 8 in cm Tg=2,0 Hw=2.8

Leistungsvergleich

Abb. 6

Leistungsvergleich

/

M 228 M 391 M 402 M 409 M 428 in km/h wp i cm Tg=2,0 m H3,2 m

L eistungs vergleich

Abb. 8 vs

Leistungsvergleich

M 228 M 391 M 402 M 409 M428 (n km/h

Trimm sU. i,, 1 -20 10 TrG.K 12 14 -20 -40 Ab. in cm

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Tg = 2,5 m WPS

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. M 228 M391 M 402 M 409 M428 G.Koenig

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Tg=2.Sm H=3.2 m wps ,,

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M 228 M 402 M428 f3Koen,gs. M409 M391

/

km/h V9 in Abb 7 Abb. ) IO 12 4 8 10 12 14 10 12 t' 12 10 50 40 30 20 100 o

Vergleich der spezifischen Widerstände

Vergleich der spezifischen Leistungen

ii

20 m,,, WO '0 '0 20 20 70 20 20 20 :0 72 3Q,...., WO Abb. h? M 402 200 D709k3 0.9m/ D-254kg ,,-0.3,,/. Abb. 13

frontalen Flachwasserwellen genauer, hier aber nur in einem verhältnismäßig kleinen Geschwindigkeitsbereich bestätigt werden (Abb. 17). Die Druckverläufe längs der Sthiffsmittel-ebene wiesen unter den verschiedenen Formvarianten nahe-zu die gleichen Tendenzen wie die bereits erörterten Wider-stands- und Propulsionsmessungen auf. Verbesserte Hinter-schiffsformen (Abb. 12 und 13) venni.igen die auftretenden Über- und Tjnterdruckspitzen abzubauen. Abb. 19 verdeut-licht die Auswirkung von Krümmungssprüngen an Streben-profilen in zweidimensionaler Strömung auf den Druckver-lauf. In ähnlicher, nicht ganz so ausgeprägter Weise kann man sich den Druckverlauf an starken Krümmungsüber-gängen auch in der dreidimensionalen Strömung vorstellen. Man kann allgemein eine Drudanhehung am Bug (Abb. 14;) von etwa 0,3-fachem Wert des gefahrenen Staudrucks

fest-2 Tg2.00rn

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/ Hw.3.20m

--M391

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8 70 in km/h 75 12 7. T2.00m îl,l H=320rr, 5 i

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M228

--M301

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--M28

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iF) km/h 8 10 72 74 15 0. 0. 0. M 428 H200 7fb, 70 ,,,o, WO ?2 20

.4' Sp

,,pl t,de

Abb. 15 Welfenbild an Seite Schiff

Ab'nkuqundJ,mm bepuck,,cM,çl

2 3

Tg.S6 nm (&2,5 ml H,,-208mm IA52m) 4S9m/n II94

30 AmpI In mm SpS. .-n.,,.. 40-AmplItud,,,, mm Abb. 16

stellen, während sich die Druckciifferenz von der Uberdruck-spitze am Bug zu der UnterdruckUberdruck-spitze an der hinteren Schulter in der Größenordnung des einfadìen Staudrucks hält

(Abb. 14), wobei die Widerstandsfahrten meist etwas kleinere

Werte und die Propulsionsfahrten darüberliegende Werte ergeben. Man sieht deutlich, wie der in der Propellerebene gelegene Drucksprung den Druckverlauf am Heck in beide Extreme steigert. Das gilt sowohl für die Unterdruckspitze an der hinteren Schulter als auth für den

Reaktions-Druck-WIdptond

j

Druckmessung am Kana/boden unter M.S.

Abb. 14 u,'--

_{/ u-N u-}

----H

--M 39' J -- M 402 -. M 409 5 M420

anstieg hinter dem Modell. der bei einigen Heckausfüh-rungen sogar den Bugstau übersteigt. Hierbei hebt sich ein-deutig das Gustav-Koenigs-Heck M 402 nach der als negativ zu beurteilenden Seite heraus, während der Druck des

Schutenhecks M 425 unterhalb - teilweise sogar sehr weit

unterhalb der ohnehin schon niedrigen Bugstauspitze bleibt.

4.6 S eitenaufnahmen

Um außerdem noch die gesamte Heckumströmung besser erkennen und die Auswirkungen der verschiedenen Unter-wasserformen studieren zu können, wurden darüber hinaus noch gleichzeitig Seitenaufnahinen von den fahrenden Mo-dellen gemacht (Abb. 20 und 21), die eine Auswertung des Wellerthildes in der Ebene der Bordwand und clan'iit eine Gegenüberstellung zu in Synrmetrieebene aufgenommenen Druckmessungen gestatten. Die Seiten-Weflenbilder wurden unter Berücksichtigung von Absenkung und Trimm heraus-gezeichnet und übereinander aufgetragen (Abb. 15, 16). So-wohl bei den Widerstands- als auch bei den

Propulsions-fahrten fällt eine starke Wellenbildung im Bereich des

Hinter-schiffs nur bei den mit Tunnel ausgerüsteten Formen auf.

Auswertuog Ser Oruckmessw,gen 0m Tonkbo den

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Abb. 17: Geschwindigkeit der corlauf enden Welle

9 Si5derzor.S T. /25 rnmA2,0rr0

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n.20O,ri,,i02 0rn,244k,

V

V M228

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Wellenbild an Seite Schiff

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¿4.5*

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Abb. 18

Die Wellenlage verschiebt sich je nach Ausführungsart etwas

in Längsrichtung. Dagegen weisen die Schiffe mit schuten-förmigem Heck lediglich einen sanften Anstieg der Wasser-oberfläche auf. Auch in ihrer gegenseitigen Zuordnung zu-einander entsprechen die Seitenwand-Wellenbilcier etwa den Mittelsthnittdruckmessungen (Abb. 14). Die vorgenommene Echung der Druckmessungen läßt sogar einen Vergleich der Absolutwerte zum seitlichen Wellenbild zu (Abb. 14 bis 16). Es ergibt sich im Mittel - sowohl der Werte in Hauptspant-ebene als auch der Spitzenwerte - eine Differenz von etwa 6 mm zwischen Mittel- (Abb. 14) und Seitenebene (Abb. 15,

16). Denkt man einerseits an die früher ermittelte dynamische Eintauchurig des Schiffes in die Wasseroberfläche [4], die im

vorliegenden Fall mit etwa 1,5 mm abzuschätzen ist, und andererseits an ebenfalls früher beobachtete seitliche Quer-muldenbildung der Wasseroberfläche [41, für die man ent-sprechend den vorliegenden Verhältnissen etwa 3,5 mm Stei-gung auf halbe Sthiffshreite extrapolieren kann, so bliebe lediglich eine (6 gegen 3,5 + 1,5) nicht geklärte Differenz von 1 mm, die ohne weiteres in der Auswertegenauigkeit enthalten sein kann. Es läßt sich an Hand der angewandten Druckrnessung noch einmal die früher gefundene seitliche Quermukie sehr gut bestätigen. Der gleiche Muldenwinkel scheint auch für die in Längsrichtung sich ausbildende

Mulde zu gelten, so daß man geneigt ist, auf eine kreiskegel-formige Muidenabsenkung um das fahrende Schiff zu schließen. Eine solche Erscheinung ist vergleichbar mit der von L. Prandtl [6] abgeleiteten Druckverteilung am Boden unter einem dicht darüber hinwegfliegenden Flugzeug.

Falls die Fahrgeschwindigkeit des Schiffes instationär er-reicht worden ist, wäre aus Kontinuitätsgründen um die

muldenförmige Absenkung des Spiegels herum eine

volumen-ausgleichende ringförmige Erhebung anzunehmen [4], deren abolute Erhebung gegenüber Ruhewasserspiegel wegen des viel größeren Radius sehr klein im Verhältnis zur Absenkung anzunehmen ist. Bei stationären Fahrtzuständen kann sicher-lich ein Verlaufen des Ringes ins Unendsicher-liche stattfinden, so daß sich die Mulde asymptotisch dem Ruhewasserspiegel

nähert.

4.7 Rechnerisch ermittelte Konturen

Aus dem Gesthwindigkeitsverhältnis, das sich unter dem Boden eines Fiathwassersdiiffes zur ungestörten Strömung ausbildet, können zu angenommenen Druck-verteilungen die

ci, 0 -2

3

s

o_0e

e.0 '3

Abb. 1.9: Druckcerteilung von Streben verschiedener Streckung

mit kreiszylindristhen Enden

(Auswirkung des Krümrnungssprun ges)

(Aus F. Riegels, Aerodynomische Profile, S. 205)

lo

M 402

M 409

Abb. 20: Propulsionscc'r.suclzc'

H1 = 200 men D = 257,8 kg VV = 0,90 rn/s dazugehörigen Unterwasser-Konturen errechnet werden.

Unter Einbeziehung einer aus Modeliversuchen ermittelten Absenkung erhält man bei der beispielsweisen Annahme linearen Druckabfalls für das Vorschiff und Druckanstiegs für das Hinterschiff Konturen verschiedener Völligkeit (Abb. 18). Ihnen haftet wegen der in Hauptspantebene sich hei dieser Annahme ergebenden Druckspitze der Mangel

tan-gentialen Einlaufs in die Bodenebene an. Es ergibt sich dabei mit abnehmendem Flachwasserverhältnis ansteigende

Schiffsvölligkeit (Abb. 18). Vergleichsweise sind die Kon-turen der gewählten Schutenforrnen mit eingetragen, die voraussetzungsgemäß natürlich tangential in die Bodenlinie des Mittelsdìiffs einlaufen. Die Annahme gradlinigen Druck-abfalls schließt Druckspitzen an den Schiffsenden, wie sie

M 428: D = 264,0 kg

M 228; D = 257,8 kg

--a

Abb. 21: Pro pulsionsversuth

Hw = 200 mm VM = 0,90 mIs \,, \. *55 .

--- Heck 0p.,Od7OA, *5, g.'odt Ooosk N 229 Sog M 323 N325 Bc9 I.

j

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--94.0k M2ø

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q2 0,3

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I

-tOO Tg,

in Wirklichkeit gemessen werden, aus. Bei zusätzlich

an-genommener Ausschaltung von Konturkrümmungssprüngen

im Mittelschiffsbereich (Abb. 19) müßte man sidi damit einer

idealen Flachwasserschiffskontur nähern. Der Vergleich mit den gestrakten Schutenkonturen verdeutlicht bei Reduktion der in der Zeichnung vorhandenen starken Maßstabsver-zerrung die bereits gelungene Annäherung. Diese Gestaltung der Schiffsbodenkontur stellt eine gewisse Angleichung an die sich ausbildende Oberflächenmulde dar, wodurch

sicher-lich ein stark gedämpftes Wellenbild sowohl am Bug als auch

am Heck bewirkt wird. Hierauf sind viele der erreichteiì Eigenschaftsverbesserungen dieser Schiffsform

zurückzu-führen. Selbst die nicht zu vermeidende, geringfügige

Tief-gangsvergrößerung einer Sehutenform mit nahezu

kreisbogen-förmiger Kiellinie (sei es nur im Hinterschiff oder in

Hinter-und Vorschiff) gegenüber einem ebenbodigen Schiff kann die

Vorteile einer solchen Form bezüglich Druckverteilung, Ab-senkung, Trimm und Wellenbild nicht aufheben.

5.0 Zusammenfassung

Es bleibt festzustellen, daß die Bemühungen, an die für

die Bugwel1endämpfun günstige Vorschiffsform eine für

geringe Heckwelleishildung günstige Hintersthiffsform an-zufügen, den Erfolg hatten, trotz nicht eindeutiger

Wider-stanidsergebnisse mit Hilfe von Propuisionsversuchen

zweck-bedingte und zu empfehiende Formen gefunden zu haben. Es ist dabei wichtig zu erkennen, daß Tunnelkonstruktionen, die dem Propeller genügenden Zustrom liefern sollen, abzu-lehnen sind, wenn die absolute Größe des Propellerdurch-messers es nicht erfordert. Eine Kiellinienführung mit ge-ringsten Krümmungsübergängen bei nahzu horizentalem

Boden ist offensichtlich von großer Wichtigkeit für gute Stromlinienführung. Es genügen gerade Seitenwände. Die

Ausbildung der Kimm scheint von untergeordneter Bedeutung

zu sein. Der weitere Vorteil eines solchen Hecks liegt in der völlig uneingeengten Entwurfsfestlegung einer

Propulsions-und Steueranlage, wobei sogar optimale Betriebszustände Propulsions-und

Winkeleinstellungen nach eingehender praktischer

Erpro-l)ung erst an der Großausführung bestimmt werden können. Auf die geringen Herstellungskosten und Vorzüge bei Be-und Entladung von Schiffen solcher Form sei noch

be-sonders hingewiesen.

Den an den Messungen und Auswertungen beteiligten Herron, DipL-Ing. M. Mühlbradt und Dipl-Ing. D. Spruth. dankt der Verfasser fur die aufgewendete große Mühe und

Sorgfalt.

6.0 Literaturverzeichnis

[1] Verfasser: Untersuchung von Mitteln zur

Dämpfung der Bugwelie an Fiachwasserschiffen.

Forschungsbericht des Landes Nordrhein-Westfalen,

Westdeutscher Verlag Opladen Nr 895.

2] V e r f a s s e r : Systematische Erfassung von örtlich am Schiff anzubringenden Stau- bzw. Unterdruck erzeugenden Elementen zwecks Verringerung der Wellenhöhe und damit des Wellenwiderstandes. Schiff und Hafen Nr. 9 I 1960

[3] V e r f a s s e r : Systematische Erforschung des not-wendigen Maßstabs von Sdiiffsmodelien zur Erzielung stationärer Grenzschi chtverhältnisse bei vorgegebenen

Schlepptanklängen.

Schiff und Hafen Nr. 3 / 1962

[4

1 V e r f a s s e r: Untersuchung der Wasserspiegel-absenkung um ein Fiachwasserschiff.

Forschungbericht des Landes Nordrhein-Westfalen, Westdeutscher Verlag Opladen Nr. 1110

'S turt z e 1, W., H e us er, H. H.: Widerstands- und Propulsionsmessungen für den Normalselbstfahrer Typ .,Gustav Koenigs.

Forsch.ungsbericht des Landes Nordrhein-Westfalen,

Westdeutscher Verlag Opladen Nr. 868 P r a n dt I, L. : Gesammelte Abhandlungen. Springer-Verlag 1961 7.0 ModetI-Propellerdaten Propeller P 61 r rechtsdrehend M 1: 16 in Modell M 402, M 391 und M 409 Steuerpropeller P 106 r. i. in Düse D 27 M I : 16 in Modell M 428 und M 228

Düse D 27, Typ Wageningen Nr. 20

Projx1ler P 106 r. I. redits- und línksclrehend, innen aufwärtsschlagend, Typ Wageningen B 4170

Durchmesser Steigung

H/D

FaIF

z 8.0 Schiffsdaten 84,4 mm 10:3 mm 0,82 0,7 4 11 entspr. Mode1l Nr. LWL m B m T m D t ) L

in-0

°/0LWL

h»

228 63,35 8 16 ' 2,01 810 0,780 685,1) 0 66,45 2,47 1055 0,791 742,5 0 380 65,00 8,16 2,00 828 0,781 639,0 2,78 65,95 2,50 1070 0,796 712,5 2,49 391 65,00 816 ' 2,00 829 0,782 660,. 2,70 65,40 2,50 1174 0,805 727.0 2.61 402 65,00 8,16 2,00 810 0,764 654,0 2,01 65,55 2,50 1055 0,789 720.5 1,88 409 65,00 8 16 2,00 811 0,765 657,0 1,96 65,40 2,50 1055 0.792 724,0 2,067 428 65,00 8,16 2,00 2,88 829 0,782 658,0 65,50 2,50 2,90 1081 0,810 722,0 Durchmesser 106,8 mm innerer Durchmesser 85,6 mm Länge 50.6 mn Durchmesser 96 mm Steigung 75.4 mm

H/D

0,786

Fa/F

0,54 z 4