Untersuchungen über die gegenseitige kurs-beeinflussung von schiffen auf binnenwasser-strassen

ARCH! F

1.35. V.

Untersuchungen

iiber die gegenseitige Kursbeeinflussung

von Schiffen auf BinnenwasserstraBen

Dipl.-Ing. E. Muller

90. Mitteilung der Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e. V., Duisburg Institut an der Rheinisch-Westfdlischen Technischen Hochschule, Aachen

Mitglied der Arbeitsgemeinschaft lndustrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AlF)

Sonderdruck aus der Fachzeitschrifl Schiff und Hafen" Jahrgang 19 Heft 6 Juni 1967 Seiten 393 bis 406

Druck und Verlag:C. D. C. Heydorns Buchdruckerei, Uetersen be: Hamburg

Untersuchungen fiber die gegenseitige Kursbeeinflussung

von, Schiffen auf Binnenwasserstraen

Von Dipt-Ing. E. MiI Ile r

901. Mitteilung der Versuchsanstalt fiir Binnenschiffbari e. V. Duisburg Institut an der Rhein. Westf. Techn. Hochschule, Aachen

Fiir die Bereitstellung der Mittel zur Durchfiihrung des Forschungsvorhabens stattet die Versuchsanstalt hir Binnen-schiffbau der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forsclaungs-vereinigungen e. V., Köln, ihren verbindlichen Dank ab. I. Aufgabenstellung

Die starke Verkehrsdichte auf den europiiischen

Binnen-wasserstraBen, vor allem auf dem meistbefahrenen Strom clef

Erde, dem Rhein, hat zwangslaufig eine Vielzahl von Be-gegnungs- und uberholvorgangen zur Folge.. Dabei kommt es zu gegenseitigen Beeinffussungen der Fahrzeuge, in deren Auswirkungsverlauf ungewollte Kursanderungen entstehen

konnen.

Die GriiBe der auf die an soIchen Passiervcirgangen

be-teiligten Schiffe wirkenden Krafte und Momente ist von

mehreren Faktoren abliangig, und zwar von der Fahrwassertiefe,

der Fahrwasserbreite,

den Scliiffsgeschwindigkeiten,.

den Verdrangungen, den Schiffsformen und

dem seitlichen Abstand der Schiffe..

Die angefiihrte Anzahl von EinfluBgrofien deutet an, 'da.B. eine rechnerische Losung der vorliegenden Aufgabe selbst unter vereinfachenden Annahmen nur mit sehr grof3em Aufr wand moglich ist, selbst wenn einige der obengenannten Faktoren konstant gehalten werden bzw. unbenicksichtigt

bleiben.

Untersuchungen theoretischer Art befassen sich mit

mathe-matisch erfaf3baren, mehr oder weniger schiffsahnlichen

Kor-pern (siehe I1], [2], [3], [4]). Die numerisdie Auswertung der

gefundenen Gleichungen ist sehr aufwendig, jedoch mit Hilfe.

elektronischer Rechenanlagen in wirtschaftlichen Grenzen zu

halten.

Um eine eingehende -Kenntnis der physikalisdien 'Zu-sammenhange beim Passieren zweier Sdriffe zu bekommen,

vvurden von der VBD sowohl Modell- als auch Grof3versuche

durchgefiihrt. Die Ergebnisse bringen Klarheit iiber die auf-tretenden Krafte und die dadurch entstehenden SchifFs.

bewegungen in GriiI3e und Richtung. Damit sollten

Unter-lagen geschaffen werden fiir erforderliche Gegenmaf3nahmen

(Rudermanover, Anderung der Propellerdrehzahl), urn die Schiffsbewegungen in tragbaren Grenzen zu

halten und

Kollisionen nach Moglichkeit zu vermeiden.,

Begegnungs- und Vberholmaniiver sind instationare VorT=

gange, d. h. alle hierbei interessierenden Mef3werte sind

veranderlich, so daf3 die Messung wahrend des gesamten

Versuchsablaufs erfolgen mull. Aus den gewonnenen

Er-gebnissen bekommt man den gewiinschten Aufschlul3 fiber das

Verhalten der Schiffe in jeder Phase des

Aneinandervorbei-fahrens.

Modell- und Grof3versuche ahnlicher Art sind bisher nur selten durdigefiihrt worden. Die wenigen bekannten Messun-gen sind meist auf eine spezielle Untersudiung zugesdmitten, so daf3 eine Verallgemeinenmg der Ergebnisse nidit

an-gebracht ist (siehe [5], [6]').

Messung der auftretenden Krafte im Modellversuch

Aus friilleren Versuchen mit ahnlidier Aufgabenstellung [7]

ist bekannt, daB Knifte sowohl grof3enordnungs- aIs auch

richtungsmaf3ig wahrend des gesamten Begegnungs- oder

Cberholvorganges einwandfrei gemessen werden konnen. Der

Verlauf der Langs- und Querkraftkurven sowie der Mo-mentenkurven (bezogen auf die Vertikalachse) laBt &lila-folgerungen auf die Bewegungen des Schiffes zu.

11.1 Versuchstedmik

Die erforderlichen MeBgerate sind in der VBD entwidcelt und hergestellt worden. Gemessen wurden die Querkrafte im

vorderen (Spt. 8) und aehteren Teil (Spt. 2) des Modells, die Langskraft sowie Trimm und Absenkung (Abb. 1). Aus dem Verlauf der vorderen und hinteren Querkraft lassen sich Ge-samtquerkraft und Moment urn die Vertikalachse bestimmen.

Es muBte darauf geachtet werden, da.13 die Kraftmef3stellen

ungefahr in gleicher Hiihe mit dem Angriffspunkt der by-drodynanrischen Quer- bzw. Langskraft angeordnet wurden,

der etwa auf halbem Tiefgang angenommen werden kann, urn.

stiirende Momente urn die Schiffslangsachse, die sidi in

un-erwiinschten Rollbewegungen geduBert batten, auszuschalten.

Den Modellen wurden drei Freiheitsgrade gelassen, und zwar: Tauchen, Stampfen, Rollen. Die Mef3vorrichtung der VBD erlaubt an den Querkraftmef3stellen zusatzlich eine

Langsbewegung, an der Langskraftmef3stelle eine

Quer-bewegung.

Die Me13wertgeber sind mit je 4 Dehnungsmel3streifen (Vollbriickenschaltung) beldebte Stahlringe. Die Trimm- und Absenkungsmessung erfolgte durdi Potentiometer.

Bei einigen Versuchen wurde mit einer Wellensonde die

Verformung der Wasseroberflache gemessen.

Alle Mef3werte wurden dumb einen

Lichtstrah1=Oszillo-graphen registriert.,

Urn die Anderungen der Mef3werte den. efrizelnen Phasen des Begegnens und Oberholens genau zuordnen zu konnen,

sind folgende Punkte auf den Oszillog,rammen mit Hilfe zweier Lichtsdiranken markiert worderr:

Begegnen: Bug-Bug, Bug-Heck, Heck-Bug, Heck-Heck;

"Gberholen:: Bug-Heck,,Bug-Bug, Heck-Heck, Heck-Bug, 1122 Durehfiihrung der Versuche

Fiir die 1. Versuchsreihe wurden de: zwei Modelle der Typschiffe Johann Welker" und Karl Vortisch" des

Zentral- zeit-II.

Ouerk rat f

-Menstelle

Propeller der Wageninger B-Serie verwendet; bei den

Typ-schiffen wurde, die Einsdnaubenausfiihrung gewahk_ Nachfolgende Kombinationen sind untersucht worden:.

MeBmodell Passierendes Modell

M 387 K. Vortisch" M 387 K. Vortisch" M 387 K. Vortisds" M 387 J. Welker" M 378 J. Welker" M 378 J. Welker"

r

M 388 K. Vortisds" M 400 J. Welker" M 389 Europa" M 400 J. Welker" M 388 K. Vortisch" M 389 .Europa"

DieSe Versuche1,-vurden in ruhigem Wasser, d. h. oqhne

Stromung, auf drei verschiedenen Wassertiefen, mit vier ver-schiedenen seitlichen Abstiinden der Modellangsachsen, bei variablen Gesdswindigkeiten, Ober nur fin einen Tiefgang,

durdsgefiihrt.

.

Wassertiefen: h 187,5 mm n 3 m

h = .250,0 nim 4 m h = 312,5 mm 5 m

.Seitlicher Abstand (Nate Modell bis Mitte Modern.:

Tab. Daten der bei der 1. und 2'. Versuchsreihe verwendeten Schiffsformen

Links:

Abb. I:

Anordnung der Mef3glieder bee

den Versuehen zu TeU I

(Kraftmessungen),

-Unten:

Abb. 2:

Versuchsanordnung fiir the'

Kraftmessungen mit den

Motorgiitersehiff modelle*. - 76 0,8 12,8 0,227 0,1616 0,1596 1,6 25,6 0454 0,3232 0,3192 2,4 38,4 0;681 04848 0,4788 3,2 51,2 0,908 0,6464 0,6384 Schiffstyp Motorginerschiff Welker" Motorgiiterschiff K. Vortisch" Fahrgastschiff Europa" Modellnummer 378/400 387/388 389/390 La.a. 80,00, 57,00 82,125 LwL [m] 79,20 56,35 80,16 [ml 9,46 7,00 9,07 Tg [in] 2,00 2,00 1,30' [ms]' 1287,10 660,50. .580,90 [m2] 933,50 529,90 706,83 (:)> vor HL. [nil! 40,53 29,75 39,01 LWL 78,67 Tg [in] 1,50 [m3l 944,95 1m2] 847,62

0> vor HL

[ml] 40,96

Anzahl der Propeller 1 1 2.

Modellmaf3stab, a 101 116

holid

apt.2 5pt.5 Spf.8

To

fiir deutsche des rniqn

-vereins Binnenschiffahrt und zwei Modelle -ii

Fahrgastsc.hiffes Europa" der Köln-Diisseldorfer Rhein-dampfschiffahrt verwendet. Die Daten der Schiffe kOnnen des

4

'Tabelle 1 entnommen werden.

Der ModellmaBstab ist a = 16. Alle Modelle hatten

Eigen-antrieb. Bei MS

Europa"

wurclen, in Abweichung vom mororgiilerschill

Original, keine Voith-Sdmeider-Propeller, sondern zwei J.,Welher.

a [m] _aiLVort. -

"Welk.

'Wiefgang n Inihelage:

Motorgiiterschiffe: Tg = 125,0 mm 2,0 m

Fahrgastschiffe:

Tg =

81,3 mm 1,3 m

Fin die zu fahrenden Geschwindigkeiten wurde bat MS. J. Welker" eine Leistung von 700 WPS und bei MS K. Vor-tisch" eine Leistung von 300 WPS zugrundegelegt. Die out den jeweiligen Wassertiefen untersuchten Geschwindigkeiten entspredien Wellenleistungen von etwa 125 0/a, 100 Val uncl 75 'A der genannten Zahlen. Die Geschwindigkeiteri fin MS Europa" sind so ,gewahlt worden, daB

V

= 0,8.2

g h

nidst iiberschritten VOrden ist.

Motorgalerschill Mearnodell . J Welke, schiebbores r kwr -I: = = =

a"

Fh =

-V 16

a/LE,

a [m]

1,5 15,0

2,75 27,5

4,0 .Lq. 40,0

Tab. II: Daten der bei der 2. Versuchsreihe verwendeten Schiffsformen

Es wurden vier Passiervorgange untersucht: Begegnen,

Cberholen,

Vorbeifahrt am stehenden Modell,

Parallelfahrt (Nebeneinanderfahren zweier Schiffe mit

gleichen Geschwindigkeiten).

Das Messen der Wasseroberflathenverformung erfolgte nut

bei der Versuchsfahrt Vorbeifahrt am stehenden Modell". Die Sonde befand sich dabei urn eine halbe Schiffsliinge ver-setzt vor dem Bug des ModeIls in Verlangerung der

Schiff's-langsachse.

Die Versuchsanordnung der ersten Versuchsreihe ist der Abb. 2 zu entnehmen.

Urn die Auswirkungen vorbeifahrender Motorgiiterschiffs-modelle am Modell des Forschungsschiffes ,Fritz Horn" ein-wandfrei messen zu konnen, muf3te mit einem anderen Mall-stab, a = 10, gearbeitet werden. Diese 2. Versuchsreihe sollte einen Vergleich zu GroBversuchen mit der Fritz Horn" er-moglithen. Die Daten der bei dieser Versuchsreihe

ver-wendeten Modelle sind der Tabelle II zu entnehmen. Die Versuche wurden in stromendem Wasser durdigefuhrt. Abb. 3 zeigt die Versuchsanordnung.

mungsgeschwindigkeit betrug am Ort

Mittel

vStr. = 0,312 m/s 3,55 km/h,

wahrend die Geschwindigkeiten der

Gegenmodelle gegenaber Wasser den 0,93 ± 1,38 m/s 10,6 ± 15,7

umfaf3ten.

Die Wassertiefe bei den Stromungsversuchen war auf h = 406 mm 4,06 in

einreguliert worden.

Die seitlichen Abstande der Modellmitten betrugen:

a/Lvort. 0,265 0,487 0,707

Die ungestorte Stro-des Mel3modells im zu Berg fahrenden Bereich von km/h a/LKoeni 0,237 0,434 0,632

klein gegenaber der Schiffslange), oder sie sind ebenso wie

eventuell vorhandene Storschwingungen herausgemittelt

worden.

Bekanntlich besteht das Potentialfeld eines in Fahrt

be-findlichen Schiffes aus dem Stromungs- oder Verdrangungsfeld und den freien Oberflachenwellen. Das Verdrangungsfeld, das sich um em n Schiff herum ausbildet und mit ihrn mitlauft, setzt

sich aus Drud:- und Stromungsanderungen zusammen, die in einem klaren physikalischen Zusammenhang stehen. Die Druckanderungen werden an der Wasseroberfliiche sichtbar durch Niveauanderungen [8]. Vor und hinter dem Schiff be-finden sich Oberdruckgebiete, erkennbar am Bug- und

Heck-stau. Neben dem Schiff ist em n Unterdrudcgebiet vorhanden,

die sog. Mittschiffsmulde. Diese Mittsthiffsmulde hat eine

flachenmaBig groBere Ausdehnung als die Staugebiete. In

einiger Entfernung neben dem Schiff erstreckt sie sidi in Langsrichtung iiber die Schiffslange hinaus.

Mit den Druc.kerhOhungen sind Untergeschwindigkeiten, bezogen auf die Schiffsgeschwindigkeit, verbunden; mit den

Druckverminderungen Cbergeschwindigkeiten. Diese

Ge-schwindigkeitsanderungen und damit auch die

Druck-anderungen lassen sich zwar fiir mathematisch erfaBbare, schiffsahnliche Korper berechnen, far reale Schiffsformen ist

das jedoch nicht m8glich. Urn bier Zahlenwerte zu gewinnen, iniissen Messungen durchgefiihrt werden.

Beim Begegnen und Vberholen entsteht eine Wechsel-wirkung der Stromungspotentialfelder, wobei zusatzliche in-stationare Anteile auftreten. Die dabei erzeugten

Druck-anderungen wirken sidi unmittelbar als Anderungen der Nor-maldracke auf den Schiffskorper und mittelbar als Ver-formungsanderung der Wasseroberflache aus. In ihrer Ge-samtwirkung ergeben die Druckanderungen die am Schiffs-kOrper angreifenden Krafte und Momente. Da die seitlichen

Abstiinde der Schiffe immer gra gegeniiber den

Grenzschicht-dicken sind, konnen in erster Naherung Zahigkeitseinfliisse

vemaddassigt werden. Die unter Beriicksichtigung des

Froude'schen Ahnlichkeitsgesetzes dimensionslos gemachten ModellmeBwerte konnen ohne Zahigkeitskorrektur auf die GroBausfiihrung iibertragen werden.

Schiffstyp Forschungsschiff _Fritz Horn" Motorgiiterschiff G. Koenigs" Motorgiiterschiff K. Vortisch" Modellnummer 480 419 292 Lu.a. [ml 20,30 67,00 57,00 LwL, [ml 18,63 66,50 56,35 BviL [ml 3,51 8,15 7,00 Tg 0,96 1,50 1,50 26,88 690,00 471,00 [m2] 62,50 660,00

0> vor HL

[ml 8,80

Anzahl der Propeller 1

ModellmaBstab a 10 in 10

Der Abstand Mitte MeBmodell his Tankwand betrug: b = 0,3 m 3,0 m;

LFritz Horn = 0,161. 11.3 Ergebnisse

Aus der Vielfalt der Versuchsergebnisse sind einige Be-gegnungs- und Oberholfahrten sowie Vorbeifahrten am stehenden Modell herausgesucht worden, urn den charak-teristischen Verlauf der Kurven von Kraft- und Momenten-anderungen und die Anderungen von Trimm und Absenkung

sowie z. T. auch die der Wasseroberflachenverformung

wahrend des gesamten Passiervorganges aufzuzeigen (Abb. 4

his 8). Diese ausgewahlten Versuchsfahrten waren mit zwei

Modellen des Typschiffes K. Vortisch" durchgefiihrt worden. Die aufgetragenen Kurven sind lediglich als Ergebnis der

auf-einander einvvirkenden Verdrangungsfelder zu betrachten. Auswirkungen der Oberflachenwellen waren entweder nicht meBbar (die hochste ungestOrte Froude'sche Liingenzahl be-trug FL = 0,184, d. h. die Langen der Oberflachenwellen sind

ronkmilfe AIWWWIerschiff w .10 Forschungssehiff F.." tqamakqi a 'Oakwood X X X

Abb. 3: Anordnung der Modelle im Vergleich zu den Grollversuchen im Rhein bei Stromkilometer 687

=

[m]

/.--Bug - /.--Bug /MS MS I0'.60 1240'

/

/7

1 ' Z

/ / t

20 CQ,-,, / Coh-1

/

'

_4A1111111116

...MI. 20

'NW.

4

\

I

\

\ /

/

\

,,z.--:0-'!\,o 8.,o' / :I \

/

\

/

s,'-'20 4. 10' ol-4.1 10.120 440' 10'. 60 12.10' Cmy CO 20 4 40-8_

a

(1 \ 40 / 60

/

161 eo--640 Neck-Bug 101 40 8.10-., Li 20 20 40 8 Tornm g120440,

\

/

icr4 2o

7-'

\

\

MS-MS }

/1

:g 2 1

-`,

N§ //-N...;

\

N _l

\

I

\

Bug- Nock 10'. 20 60-16.10 40-8 z 20-4 \ 20-4 60 12 1C/80-0-e lc/ 3.0"

d

20 60-12 Bug-Heck 20 20-4 /0140-8 -12 -16 I '4 \ 1 \

Begegnen K. Vortisth" K. Vortisch" h = 250 mm_z_=. 4 mm Mitte Schiff ± Mitte Schiff a = 0,227 L

Abb. 4: Mef3modell v = 0,971 mls 14,0 km/h Abb. 5: MePmodell v = 1,080 nits 15,6 km/h

Gegenmodell v = 1,082 mls 15,6 km/Is Gegenmodell v = 0,974 mls 14,0 km/h

r

,---r cc, MS-MS E \

/ \

\

0\i

1(2

.1

-.---0, \s

r \ ...'

E\ r \

/

C, ,..., \

/

2 _\

/

-.' 10-140 640, "---,

_I'

..., 6,12o 4.104 ---__'\4 'C'n ?, .. .E -.1 3_

r

\

0- r L I } ...-

.

.

.

_{4.-- -4.}, Trernm '871

, 0

101 .3 4- irc,

\

.'Z'

I

c `-#=)' iol 40 a . ro'

r -

1 kc° / 1 a20. _LI /

,,

i 1 1 2440'

Vberholen K. Vortisd2" K. Vortisch"

h = 250 mm 4 m Mitte Schiff -s- Mitte Schiff a = 0,454 L

Abb. 6: Mef3modell v = 0,972 mls 14,0 km/h Abb. 7: Mel3modell v = 1,080 mls 15,6 km/h

Gegenrnodell is = 1,079 mls 15,6 km/Is Gegenmodell v = 0,972 mls 14,0 knillz Heck-Bug

/

2 20 4 .01.-40 8 20 / E

\

Co, \ Heck-4 \ 2 = = = = =

Die Abb. 4 his 8 enthalten als Abszissen den Wert t 2f.

Das ist die mit der doppelten Passierfrequenz 2 (v/ ±v2)1

2f

L1 + L2

di'mensionslos gemachte Zeit, wobei mit vi und v2 die

Ge-schwindigkeiten, L1 und L2 die Wasserlinienlangen der beiden

Schiffe bezeichnet werden. Unter Annahme konstant bleiben-der Gesdiwindigkeiten stellt 1 t 2f

+ 1 den

gesamten Passiervorgang dar, d. h. helm Begegnen Bug-Bug his Heck-Heck und beim eberholen Bug-Heck bis Heck-Bug.

1 <.

t 2f < 0 entspricht der ersten Halfte des

Passiervorganges,

0 <

t 2f

< +1 der zweiten Halfte und

- 2f = p

bedeutet, dal3 die Hauptspante beider Schiffe in einer Ebene liegen. Im oberen Teil der Abbildungen sind die MeBwerte der vorderen und hinteren Querkraft und der Langskraft' in dimensionsloser Form aufgetragen.

Qv Qh .

CQv

vG2 L Tg

- Q1' p/2 vo2-- L - T

CL =

Q/2 v02'

Zur Beiwertbildung wurde die Geschwindigkeit vG des Gegenmodells benutzt, da durch dessen Einwirkung die Druckanderungen am Mef3modell entstehen. Diese Driicke andern sick bekanntlich mit dem Quadrat der Geschwindig-keit. Die Angriffsflache der Querkrafte ist

je nada der

Phase des Passierens teilweise oder ganz der Lateralplan des Mamodells;. deshalb wurde er als Bezugsflache gewahlt. Fiir die Beiwertbildung der Langslcraft ist als Bezugsflache nicht der Hauptspantquerschnitt herangezogen worden, son-dern in Anlehnung an die iiblichen Widerstandsbeiwerte und zum besseren Vergleich mit ihnen die benetzte Oberflache des Mef3modells. In der Mitte der Abbildungen sind die mit der Lange des Mel3modells dimensionslos gemachten Ab-senkungsanderungen s/Lm und fur den Fall der Vorbeifahrt

am stebenden Modell die Verforrnungen der Wasseroberflache

tlh

,sowie die Trimmanderungen in Winkelminuten

auf-Lm getragen.

Der untere TO der Abbildungen zeigt den Verlauf der

Gesamtquerkraft

CQ = CQ, + CQh

und des Momentes, bezogen auf den Verdrangungssthwer-punkt (= GewichtsschwerVerdrangungssthwer-punkt)

Cm--1= KC, CQh) d (CQ, + CQT,I

-Lm

Fur alle auswertbaren Modell- und Grof3versuche sind diese

Beredmungen durchgefiihrt worden. Sie erfolgten auf einer

elektronischen Datenverarbeitungsanlage vom Typ IBM 1620.

An Hand der Abb. 4 soll der charakterististhe

Krafte-verlauf wahrend des Passierens, im vorliegenden Fall einer Begegnung, besprochen werden. Der Abstand zwischen

den Modell-Bordwanden war sehr gering; er betrug

a,

-L-2

= 0,227 3,522-0,438 = 0,362m( m in

,L

Grof3ausfiihrung); d. h. nicht ganz eine Schiffsbreite. Die Regegnungsperiode, also die Zeit zwischen den Phasen Bug

,auf Bug bis Heck auf Heck, war sehr kurz..

1+ L2

T KModell)) 3,4 s.

f (vi + v2)

Zu Beginn dieser kurzen Zeitspanne ist die Gesamt-querkraft abstoBend (s. unterer Tell der Abbildung) infolge

der 0berlagerung der beiden Ilberdruckgebiete der Vorschiffe;

dann wird der EinfluB des Unterdruckgebietes des Gegen-kommers immer starker, die AbstoBung wird geringer, bis

sida die Kraftrichtung urnkehrt; die Querkraft wirkt an-ziehend. Dieser Bereich umfaBt etwa die halbe Begegnungs-periode. Das Maximum der anziehenden Querkraft tritt auf, wenn beide Sthiffe ungefahr gleichauf liegen. Zum Schluf3 des Passiervorganges ist die Querkraft wieder abstaBend in-folge Einwirkung der Cberdruckgebiete der Hinterschiffe.

Je nada der Phase des Begegnens greift die Querkraft nicht am gesam ten Schiffskorper an, sondern nur an einem Teil desselben. Das zeigt sith recht anschaulich an der Phasen-versdiiebung der vorderen und hinteren Querlcraft im oberen Tell der Abbildung. Demzufolge wird zum Beginn und zum

Ende des Passierens nur em n AbstoBen des Vor- und

Hinter-schiffes erfolgen, wahrend in der Mitte des Vorganges das ganze Schiff angezogen wird. Der Angriffspunkt der Quer-kraftresultierenden wandert helm Begegnen also von vorn

nach hinten. Dadurch tritt em n Drehmoment auf.,

40 8 60 80 16 100 20 120 _r24 160140 28.04 Co

Abb. 8:. Vorbeifahrt am stehenden Modell K. Vortisch" K. Vortisch"

Ii = 187,5 mm am Mitte Schiff ± Mitte Schiff a 0,454 L

Meffmodeli v = o Gegenniodell v = 1,010 mls 14,5 km1h. Zu Beginn des Begegnungsvorganges ist es em n abdrehendes

Moment, die Vorschiffe wollen auseinanderdrehen eine'

eindeutige Wirkung der Bugstaugebiete. Durch den zu-nehmenden EinfluB des gegneristhen Unterdrudcgebietes auf das Vorschiff des MeBmodells bei gleichzeitiger Einwirkung des gegneristhen Oberdruckgebietes auf das

MeBmodell-hinterschiff tritt em eindrehendes Moment auf, und zwar

be-vor die Schiffe gleichauf liegen. Das Moment wird null, wenn die Schiffsmitten etwa in einer Ebene sind. Hier bestehen, wie

schon erwahnt, nur starke anziehende Krafte. Im weiteren

Verlauf des Begegnungsvorganges kommt es wieder zu einem

abdrehenden Moment, da das gegnerische Unterdruckgebiet auf das Hinterschiff einwirkt. AbschlieBend tritt em

ein-drehendes Moment auf infolge tiberlagerung der beiden

Hedcstaugebiete.

Als Ergebnis 1st festzustellen:. Der Gesamtquerkraftverlauf

weist drei eindeutige Maxima auf in der Reihenfolge: Ab-stoBen, Anziehen, AbstoBen; der Momentenverlauf hat da-gegen vier Maxima: Abdrehen, Eindrehen, Abdrehen, Ein-drehen. SthlieSt man von diesen beiden Kurven auf die Weg-anderungen, also die KursverWeg-anderungen, so ergabe sich fol-gendes Verhalten zweier Sthiffe helm Begegnen:

Die Vorschiffe driicken sich zunachst voneinander ab. Da-church erfolgt eip Abdrehen beider Schiffe. Wahrend des an,

<

t 0/2 -= 5,79 = = 60-12 40-8

\

I \

\I

=

/\

/

/1

/

I \ \ \ I

schlieBenden grof3eren Teils des Begegnungsvorganges ziehen

sich die Schiffe an, wobei beide Vorschiffe einander wieder zugedreht werden. Es erfolgt keine Drehbewegung mehr,. vvenn beide Schiffe ungefahr gleichauf liegen. Die Schiffe

ziehen sich parallel an. Es schlief3t sic ein Abdrehen an, d. h.

em n Einanderzudrehen der Hinterschiffe. Jetzt kann

Kollisions-gefahr bestehen, wenn der urspriingliche Abstand der beiden Schiffe zu gering war. Der Gefahrenpunkt liegt also etwa im dritten Viertel des Begegnungsablaufs. Es folgt noch eine

Phase des Abstof3ens der Hinterschiffe. Dabei drehen sich die Vorschiffe wieder einander zu. Der Begegnungsvorgang ist zu dieser Zeit aber bereits im wesentlichen beendet, so daB keine

Gefahr mehr besteht.

Berechnungen auf der Grundlage der KraftmeBwerte

konnen einen Hinweis geben, in weldien Fallen eine genauere Oberprilfung des Passiervorganges erforderlich 1st.

Im oberen Teil der Abb. 4 ist auf3er den Einzelquerkraften anch die Langskraftanderung aufgetragen, die als Wider-standsanderung aufgefaBt werclen kann. Zu Beginn des Be-gegnens ergibt sich eine geringe Langskraftzunahme, da die beiden Bugstaugebiete aufeinander treffen. Es folgt em n Ge-biet der Langskraftabnahme, das fast die halbe

Begegnungs-periode umfaf3t. Daran schlief3t sich wieder em n etwa

gleich-groBes Gebiet der Langskraftzunahme an. Vergleicht man diese Kurvc mit dem Trimm- und Absenkungsverlauf (Ab-bildungsmitte), so stellt man fest, dal3 Trimm- und Langs-kraftanderung ric.htungsgleich und in der ersten Halfte des Begegnungsvorganges fast phasengleich sind. Man erkennt,

da13 einem kopflastigen Trimm und einer zur ebenen

Wasser-oberfiache parallelen Modellabsenkung eine

Langslcraft-abnahme entspridit, wahrend einem steuerlastigen Trimm und einer zur ebenen Wasseroberflache parallelen Modellanhebung eine Langskraftz-unahme zugeordnet werden kann. Das Ganze

laBt sich mit einem Bergab- und Bergauffahren vergleichen, verursacht durch die vom Gegenkommer hervorgerufenen Niveauanderungen. Der Vorzeichenwechsel der Trimmkurve, d. h. Trimm = null, tritt etwa dann auf, wenn die parallele Absenkung ihr Maximum erreicht hat (s. dazu [9]).

In Abb. 5 sind die Mef3wertanderungen an dem Gegenschiff zur eben erlauterten Abb. 4 dargestellt. Grundsatzlich sind die

Vorgange gleich, nur vvirkt sich auf Langskraft und Trimm des sdmeller fahrenden ModeIls der Einflul3 des schwacher

ausgebildeten Bugstaugebietes des langsameren Gegners nidit

mehr merkbar aus.

Die Langskraft weist wakrend des Passiervorganges

.allgemein nur zwei deutlich erkennbare Maxima auf.

Mit zunehmendem seitlichen Abstand der begegnenden Fahrzeuge ist recht deutlich eine Verringerung aller

Me13-grof3en spiirbar. Die zu Beginn auftretende abstoBende

Quer-kraft und damit verbunden das abdrehende Moment konnen dabei aber nicht mehr durch den Uberdruck des Bugstau-gebietes hervorgerufen werden, da nach [8] bei groBerem seitlichen Abstand in Mlle des Vorschiffes die ungestorte Wasseroberflache oder sogar bereits die Mulde, d. h. emn

Unterdruck, vorhanden ist. Die gemessene abstof3ende Quer-kraft laf3t sich wie folgt erklaren:

Das Verdrangungsfeld eines fahrenden Schiffes besteht aus Druckanderungen und damit verbundenen Gesdiwindigkeits-anderungen in Grof3e und Richtung. Neben dem vorderen Teil des Sdiiffes ist die Stromung nach auf3en gerichtet. Bel einem groBeren seitlichen Abstand tritt durch das dort bereits

vorhandene Unterdruckgebiet em n Niveaugefalle em, d. h. eine Querschnittsverengung. Dadurch ergibt sicla nach

Kontinuitats-bedingung und Bernoulli-Gleichung eine Vergrof3erung des Geschwindigkeitsvektors. Die nach auf3en gerichtete Kom-ponente der so entstelaenden Querkraft ist aber offensichtlich

gibBer als die nach innen gerichtete Komponente der

Gefalle-kraft. Das erklart die zu Beginn des Begegnens auftretende

abstof3ende Querkraft, auch bei grof3eren seitlichen Abstanden.

Die Abb. 6 und 7 geben die MeBwertanderungen wahrend

des Uberholens zweier Schiffe wieder. Die gemessenen

Einzel-krafte Q, und Qh sind in ihren Grof3enordnungen nicht we-sentlich unterschiedlich gegeniiber denen beim Begegnen,

je-doch ergibt sich eine deutliche Phasenverschiebung infolge des

langeren Uberholvorganges. Die Uberholperiode betragt

TModell 65 5.

Die Gesamtquerkraft wahrend des Uberholens ist ungefahr' gleichgrof3, z. T. sogar geringer als helm Begegnen. Bel der Momentenkurve weisen jedoch die beiden mittleren Maxima grof3ere Werte auf. Die Einwirkung des gegnerischen Ver-drangungsfeldes auf den je nach Phasenlage betroffenen

111

Sc.hiffsteil 1st von langerer Dauer, so claf3: sich das IMoment deutlicher auswirken kann.

Beim tiberholten dominiert das in der erstenate des

Vorganges auftretende abdrehende Moment. Es halt iiber mehr als der ersten Halfte des eberholvorganges an. Sein

Maximum ist groBer als das des nachfolgenden eindrehenden Momentes. Die Momente zu Beginn und am Ende des Ober-holens sind, soweit vorhanden, in GroBe und in Dauer des Einwirkens kleiner als die beiden mittleren. Sie nehmen mit

zunehmendem seitlichen Abstand der Schiffe schneller zu null

hin ab als die letztgenanntem

Beim Uberholer iiberwiegt ,das wahrend der zweiten Halite des Vberholens auftretende abdrehende Moment sowold in

GruBe als auchin Dauer (> 1/2 T).

Das Modell also, dessen Vorschiff :wahrend des Vberholens im sogenannten Uberlappungsbereidi liegt, iibt wahrend dieser

Phasenlage auf das andere Modell das groBere Moment aus. Zu Beginn des Oberholens ist es der Uberholer, am Ende der eberholte. Die Saugkrafte im vorderen Tell des Unterdruck, gebietes sind demzufolge zumindest fiir die hier untersuchten Geschwindigkeiten und unter der Voraussetzung

Schiffstypen mit gleicher Verdriingung, groBer als im hinteren

Tell des Unterdruekgebietes.

Beim Uberholen sind fur die auftretenden Querkrafte und clamit auch fiir die Momente die Komponenten der Gefalle-kraft ausschlaggebend. Die Querkomponenten der durch die Gesdiwindigkeitsanderungen auftretenden Krafte heben sich

dagegen weitgehend auf. II

Das iiber die LangSkraft beim Begegnen Gesagte gilt and, bier. Im wesentlichen sind zwei groBe Bereithe der Langs-kraftanderung vorhanden, namlich Zu- und Abnahme. Der berholte erfahrt zuerst eine Langskraftzunahme, verbunden mit einem steuerlastigen Trimm. Etwa nach Erreichen der Stellung Hauptspant auf Hauptspant kehren sich Trimm- und Langskraftanderung urn. Das ist auch ungefahr der Punkt der

grof3ten Absenk-ung.

Beim eberholer 1st es umgekehrt: Zuerst Langskraft-abnahme mit kopflastigem Trimm; dann Langskraftzunahme

mit steuerlastigem Trimm.

Die Geschwindigkeitsanderung zwischen den Schiffen heim

berholen ist wesentlich grof3er als beim Begegnen, da die Liingskomponenten der beiden Ubergeschwindigkeiten, die durch die Verdrangungsfelder hervorgerufen werden, addieren. Das macht sich in ether gruf3eren Absenkung

be-inerkl

Abb. 8 schlialich zeigt den charakteristischen Verlaufl der hun schon hinlanglich bekannten Kurven bei Vorbeifahrten

am stehenden Modell, wobei das Mel3modeli die Geschwindig-keit null hat. Die Versuche sind so vorgenommen worden, daf.3

als erstes die Phase Bug-Bug eintrat und zum Schluf3 die

Phase Heck-Heck; man kann sie sich also gewisserrnal3en Begegnung vorstellen.

Die Krafte und Momente wirken gegeniiber einem

Oberhol-oder Begegnungsvorgang gleichmaf3iger auf das MeBmodell da die Kurven nur die Auswirlcungen des gegnerisdien

Verdrangungsfelcles darstellen. Das MeBmodell selbst erzeugt kein Verdrangungsfeld, jedoch kann durch die tThergeschwin-digkeit des Vorbeifahrers em n solches hervorgerufen werden.

Wie welt diese Auswirkung eintritt, konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht untersucht werden. Die

Abhangig-keit der Langskraft von Trimm und Modellabsenkung 1st sehr deutlich zu sehen. Die in den mittleren Teilen der Abbildungen

zusatzlich aufgetragenen Wasseroberflachenverformungen in der Mittellangsebene des Schiffes (bezogen auf den Ort des

klauptspantes) zeigen einen ahnlichen

Verlauf wie die

Modellabsenkungen. 11.4 Auswertung

Die Anderungen des Drehmomentes und der Krarte

wah-tend eines Passiervorganges sind Schwingungsvorgangen

ver-gleidibar und als solche durch eine Sinus-Funktion oder eine

Fourier-Reihe zu ersetzen. Kennzeidmend für einen

,Schwingungsvorgang sind Periode oder Frequenz und

maxi-male Amplituden.

In den Abb. 9 his 11 sind die innerhalb der Passierphase

1 <

t - 2f < + 1 auftretenden maximalen Querlaafte, Momente und Langskrafte aufgetragen. Abszisseneinheit. fst die doppelte Passierfrequenz

= 2 (vi ± v2) 2.f + L2

8

gleicher als

(Mien:

Abb. 9:

max. Querkraft-Beiwerte CQ

Mitte Schiff Mitte Schiff

a = 0,227

LG Mel3modell K. Vortisch" Gegenmodell K. Vortisch" Rechts: Abb. 10: max. Momenten-Beiwerte

Mitte Schiff ± Mitte Schiff

a = 0,227

LG MOmodell K. Vortisch" Gegenmodell K. Vorti.sch" ID' 700 - 20-C105 0 0.1

Mitte des Passiervorganges

Ende des Passiervorganges 0

10-i. 20

20-07 Q2 an

Ablaufende Phase : Oberh. 0), Beg ,Vorbeit

Au flau lende Phase : USed,. 1,-01

05

f2j

Hier sind alle vier Versuchsarten Parallelfahrt, Ober-holen, Vorbeifahrt am stehenden Modell und Begegnen

zusammengefaBt, soweit sie bei der jeweiligen

Modell-kombination untersucht worden sind. In dieser aufgezahlten Reihenfolge erfolgte auch die Auftragung der Ergebnisse. Parallelfahrt besitzt die Frequenz 0. In den untersuchten Fallen liegt Cberholen zwischen 0,1

2f < + 0,1, je

nachdem, ob am Uberholten oder Vberholer gemessen

wor-den ist.

Vorbeifahrt am stehenden Modell liegt bei 2f

= 0,2 ± 0,3 und Begegnen bei 2f = 0,5 0,6. Bei

Langen-und Geschwindigkeitsanderungen andern sich auch die Frequenzen.

Diese Auftragungsart stellt eine starke Vereinfachung dar.

In die Abszissenwerte gehen die EinzelgroBen der Gesthwin-digkeiten nicht em, sondern nur deren Summe bzw. Differenz.

5-01.5 (2 S-210,6

Da die untersuchten Gescbwindigkeiten jedodi in einem relativ

kleinen Bereich lagen, ist diese Vereinfachung statthaft. Man erhalt einen tTherblidc iiber die Abhangigkeit der auftreten-den Krafte und Momente von der Art des Passiervorganges.

Es sei noch einmal darauf hingewiesen, daB die

aufgezeich-neten Ergebnisse nur Auswirkungen der einander

be-einflussenden Verdrangungsfelder sind. Kraftanteile der

Ober-flachenwellen wurden nicht beriicksidltigt, da die Langen der Wellen klein gegeniiber den Schiffslangen waren.

a) Querkriifte

Die Beiwerte der maximalen Gesamtquerkrafte

Qv + Qh

CQ e/2 VG2 L

sind in Abb. 9 dargestellt. Dabei ist im Falle der Vorbeifahrt

am stebenden Modell die Wassertiefe als Parameter enthalten. Zu beaditen ist, daf3 die zu Beginn des Passiervorganges

auf-tretenden Krafte beim tTherholen fur vmeBsmodejj

> VGegenniodell, (f < 0), beim Begegnen und bei der Vorbei-fahrt am stehenden Modell auf das Vorschiff wirken, dagegen

beim Uberholen fur vme,moden < vGegenmodell, (f > 0) auf

das Hinterschiff.

02 Qi3

Ablaufende Phase : uberh ((:0), Beg., Vorbeif.

Auflaufende Phase : Uberh. (1,0).

Abb. 11: max. Lcingskraft-Beiwerte CL

Mitte Schiff ± Mitte Schiff a = 0,227 LG Mel3modell K. Vortisch" Gegenmodell K. Vortisch"

60

60

0

An fang des Passiervorganges

0 1,187,5mm03m 5=250 mm,'.4rn 2o- 0 h=312,5mm6 5m 0.05 03 014

0.50,6

(25.1 20 40

10.15- Auflauferde Phase 0berh.(1<0), Beg., Varbeil. Ablaufende Phase : Oberh.(l >0).

0 0 h.185mm03m h =259 mm 10- e h=312,5mm 5-0 20-70-3-40 70"-i 4o-Auflaufende Phase Ablaufende Phase : 0,2 (Pe 0,6 gl5 f 51016 0 h 787,5mm83m 5=250 mm I 4m .312,5mm75m

elberh. ( ), Beg, Vorbeit

Oberh (I >0 ) o o so 80 100 120 140 160 (01280 703 o- 60 -40 = = 0 = 0

±

:

Mit grof3er werdender Frequenz nehmen die Querkraft-beiwerte zu. Da die Beiwertbildung mit dem Geschwindig-keitsquadrat des Gegenmodells durchgefiihrt wurde, la& sich schlufifolgern, daf3 die Krafte selbst sich ebenso verhalten, d. h. beim Begegnen treten die graten Querkrafte auf.

Mit geringer werdender Wassertiefe ist ebenfalls eine

dent-lithe Zunahme zu erkennen. Die in der Mitte des Passier-vorganges auftretenden Krafte sind grofier als die zu Beginn und am Ende auftretenden.

b) Drehmomente

Abb. 10 zeigt far die maximalen Momentenbeiwerte

Cm = CQh) d (CQ, + CQh)

die gleiche Auftragungsart. Die Momente sind auf den Ver-drangungsschwerpunkt, der bier dem Gewiditsschwerpunkt gleichgesetzt werden kann, bezogen. Dabei ist d" der mit der Wasserlinienlange dimensionslos gemachte Abstand der vorderen bzw. hinteren QuerkraftmeBstelle vom Hauptspant und e" der Abstand des Verdrangungsschwerpunktes vom Hauptspant. Die Auftragung in den Diagrammen erfolgte derart, daf3 sinngemiif3e und gleichgerichtete Momente

zu-sammengefaf3t wurden. Beim Begegnen und beim Oberholen mit vAfessmodell > vGegenmodell,(< 0), entspricht die

Reihen-folge Abdrehen, Eindrehen, Abdrehen, Eindrehen auch dem

zeitlichen Verlauf. Beim Oberholen mit vmessmoden

< vGegenmodeii. (f > 0), ist das jedoch genau umgekehrt, d. h.

fiir diesen Fall wurde das am Ende des Oberholvorganges auftretende abdrehende Moment im oberen Teil der Ab-bildung aufgetragen.

Abb. 12:

max. Liingskraft-Beiwerte CL

Vorbeifahrt am stehenden Modell

(als (Therholung) Me 13modell F. Horn" Gegenmodell G. Koenigs" h = 406 mm 4,06 m

10

;0 az

Die in den Abbildungen zu lesenden Bezeichnungen auf-laufende Phase" und abauf-laufende Phase" entsprechen den

Bereichen

1 < t

2f < 0 und 0 < t

2f < + 1. Das

sind die Abszissenbereiche der Abbildungen 4 bis 8. Allgemein werden die Momentenbeiwerte am Beginn und am Ende des Passiervorganges mit wachsender Frequenz groBer, da die bier gegeniiber den Drudckraften starker

wirk-samen Stromungskrafte beim Begegnen grtif3er sind als beim Oberholen.

Ganz anders ist die Tendenz der beiden mittleren Mo-mentenbeiwerte far die Kombination K. Vortisch" / K.

Vor-tisch" (gleichgrofie Schiffe). Mit abnehmender Frequenz

wer-den die Beiwerte gro13er, d. h. beim Vberholen sind hohere Werte vorhanden als helm Begegnen. Da sich die Wirkung

dieser beiden Momente, allerdings mit veranderlicher

Amplitude, iiber den groBten Teil des Passiervorganges

er-strec.kt s. Absdmitt 11.3 kommt ihnen die griifiere Be-deutung zu.

Der Einflu13 der Wassertiefe ist bei den Drehmomenten

recht deutlidi erkennbar, wie aus den Untersuchungen far den Fall Vorbeifahrt am stehenden Modell" (2f 0,2 ÷ 0,3)

hervorgeht.

c) Langskrafte

Die Beiwerte der maximalen Langskraftanderung

CL

e/2 - S

sind in gleicher Weise wie die Querlcraft- und Momenten-beiwerte in Abb. 11 aufgetragen. Zusammengefafit wurden

bier, ebenso wie bei den Drehmomenten, gleichsinnig

wirkende Krafte. Es sind jeweils die Langskraftabnahmen Widerstandsverminderung) und die Langskraftzunahmen Widerstandserhohung) gemeinsam aufgetragen worden. Eine Langskraftabnahme tritt bei Begegnen",

Vorbei-fahrt am stehenden Modell" und 1.1berholen mit vme,smoden

> vGegenmodell,(< 0)," wahrend der ersten Halfte der unter-suchten Vorgange auf, bei tiberholen mit vme,s,odeti < vGegenmodell, > 0)," wahrend der zweiten Halfte. Eine

Langskraftzunahme wird wahrend der jeweiligen anderen

Halfte des Passiervorganges gemessen.

Fiir die Kombination Vortisdi" / K. Vortisch" ist bei den untersuchten seitlidien Abstanden keine einheitlidie

Kurventendenz erkennbar.

Die Ergebnisse der Langskraftanderungen der zweiten Ver-suchsreihe sind in Abb. 12 wiedergegeben. Eine einwandfreie

Auswertung der Querkrafte und Momente war nicht moglidi. Infolge veranderter Steifigkeit der Haltevorrichtung konnte keine genaue Analyse der einzelnen Anteile auf den Oszillo-grammen vorgenommen werden. Auf eine Wiedergabe dieser

Ergebnisse wird deshalb verzichtet.

Der Einflun der Oberflac.henwellen 1st bier unverkennbar. Ihre Langen differierten in Abhangigkeit von der

Gesohwin-0.4

moo. Langskraft-Beiwerte

Vorbeffohrt am stehenden Modell crts une0oS.,0

MellmodellFHorn' Gegenmodell..G.KoenGs" h .406mm 0 0,06m 55 F,-0,153?3 -0,65 so .9, Gr.ver suc he Stromungsversuche Fh Stromung 0)55

digkeit des Gegenmodells zwischen 10 und 70 °/co der

CwL-Lange von Modell Fritz Horn". Bei geringem seitlichen Ab-stand ist der Welleneinfluf3 auch bei niedrigen Geschwindig-keiten erheblich, wahrend er mit zunehmendem Abstand ge-ringer wird und merklich von der Geschwindigkeit abhangt. III. Messung der auftretenden Krafte im Grofiversuch

Um einen Vergleith und eine Bestatigung der durcli die

Modellversuche gewonnenen Ergebnisse zu haben, wurden an

dem Forschungsschiff Fritz Horn" ahnliche Kraftmessungen im Grof3versuch wahrend des Vorbeifahrens anderer Schiffe

durchgefiihrt. 111.1 Versuchstechnik

Die Mefiwertgeber fiir die Grof3versuche wurden ebenfalls

in der VBD entwickelt und angefertigt. Die Querkraft 1st wieder an zwei Stellen gemessen worden einmal am

Vor-schiff, einmal am Achterschiff und zwar mit

Zug-Druck-Madosen. Die Langskraft wurde vorn und achteni mit je einem Zugmaglied gemessen.

Die Mefiglieder befanden sich, im Gegensatz zu den Mo-dellversudien, aul3erhalb des Schiffsktirpers. Es ware nur mit

(CQv

(f

K.

sehr hohem Aufwand moglich gewesen, sie in gleicher Halle mit dem Angriffspunkt der hydrodynamischen Krafte, also unterhalb des Wasserspiegels, anzubringen. Sie wurden des-halb dariiber angebracht, die Querkraftdruckdosen jedoch so didit an der Wasseroberflathe, wie es die Lage der Langs-spanten im Forschungsschiff zulie13. Die MeBdosen selbst

waren an der Ufermauer bzw. Spundwand befestigt und iiber Verbindungsrohre und je 2 Kardangelenke mit dem Schiff verbunclen. Die Tauch-, Sta.mpf-, und Langsbewegungen des

Schiffes gingen dadurch in die Querkraftmessung nitht em. Es

muf3te jedoch in Kauf ,genommen werden,_,daB ,das Schiff Rollbewegungen" urn die Befestigungsstelle der Rohre

aus-fiihrte. _t!

Die Maglleder fiir die Langslcraftancierung waren zwischen

den straff gannten Langshaltetauen rind dem Schiff

be-festigt.

Wahrend der Versuche in stromendem Wasser war 500 mm

unter dem Wasserspiegel, auf3erhalb der Grenzschieht

Forschungsschiffes, em n Ottfliigel neben dem Schiff angebracht,

und zwar etwa 3,7 m vor dem hinteren Lot. Mit dessen Hilfe

wurde die Strtimungsgeschwindigkeit laufend gemessen.

Die Zeit-Weg-Messung der vorbeffahrenden Schiffe en.

streckte sidi iiber eine Weglange von 100 m.

Die Entfernungsmessung wurde efnmal durth zwei

Winkel-peilgerate vorgenommen und zum anderen durch einen lichen Entfernungsmesser. Die vorbeifahrenden Schiffe wur-den fotografiert, so daf3 Tiefgang sowie Lange und Breite

festgestellt werden konnten.

111.2 Durchliihrung der Versuche

Zunadist muf3te em n geeigneter Mef3platz gefunden werden der mOglichst ahnlithe auf3ere Bedingungen besaB, wie sie der

grof3e Schlepptank der VBD aufweist.

Im Fahrwasserquerschnitt des Rheinkilometers 689 bet_rug die mittlere Wassertiefe zur Zeit der Versuthe 4,28 m. Die ,Stromungsgeschwincligkeit in Strommitte lag, bei 6,5 km/h

= 1,8 m/s, am Ort des Maschiffes bei etwa 3,1 km/h

= 0,86 m/s. Schiffstypen, Abmessungen, Verdrangungen,

Ge-schwindigkeiten und seitliche Abstande der vorbeifahrenden 'Schiffe variierten sehr stark. Leider gelang es nicht, die

Aus-wirkungen eines zu Tal fahrenden Gegenkommers zu messen,

da diese ausschlief3lich rethtsrheinisch, also auf der anderen Seite, fuhren. Die Abstande der Bergfahrer waren meist zwar :auch erheblich grof3er als bei den entsprethenden

Modell-versuchen, ,jedoch konnte trotzdem eine. gauze Anzahl

Xlessungen vorgenornmen werden. 111.3 Ergebnisse und Auswertung

Die grundsatzlichen Betrachtungen in Kapitel 11:3 haben selbstverstandlich auch fiir die Ergebnisse der Grof3versuche

Giiltigkeit.

Die Lange der von den Vorbeifahrern erzeugten

Ober-flachenwellen lag zwischen 20 °/(1 und 600/o der CwL-Lange

der Fritz Horn". Da der Ausbreitungswinkel der

Ober-flachenwellen bei Froude'schen Tiefenzahlen Fh < 0,8 gegen-liber unendlith tiefem Wasser noch unverandert ist = 190 28'), laf3t sich leicht ausredmen, in welthem Mindestabstand die Sthiffe passieren muf3ten, damit die Oberflachenwellen wahrend der Passierperiode die Messungen nitht

beeintrach-tigen, namlich:

Mitte Schiff ± Mitte, Schiff = a = (1,1 + L2) tg E. Die Wasserlinienlange der Fritz Horn" betragt 18,6 m.

Bei angenommenen Schiffslangen der Vorbeifahrer von 50 m,

65 m und 80 m wird a = 24,3 m, 29,6 m und 34,9 m.

Eine exakte Auswertung der GroBversuche war, wie bei den

Modellversuthen, nur fiir die Langslanftanderungen moglich.

Die Ergebnisse der Messungen sind, sofern sie nach

typ, Tiefgang und Geschwindigkeit (Fh = 0,786 ± 0,64) mit den Modellversuchen in guter Naherung iibereinstimmen, in die Abb. 12 mit eingetragen worden. Es zeigt sich eine er-freuliche Obereinstimmung mit den Werten der

Modell-versudre..

IV: Messiing der auftretenden Kursabweichung

im Modellversuch

Die in den Abschnitten II und III besthriebenen Messun-gen besaf3en als Parameter u. a. den seitlichen Abstand der

beiden einander passierenden Schiffe. Bei den

Modell-versuthen blieb dieser Abstand infolge Zwangsfiihrung wah-rend einer Versuchsfahrt immer konstant. Fur die

GroB-versuche kann das mit guter Naherung auch als gegeben an-genommen werden, da die Schiffsfiihrer bemiiht waren bzw. Order batten, ihre Schiffe mit moglithst gleichbleibendem Abstand am MeBschiff Fritz Horn" vorbeizubringen.

Aufgabe des dritten Teils dieses Forsthungsvorhabens war es nun zu priifen, oh die nach dem Kraft- und Momenten, verlauf zu erwartenden Kursanderungen auch wirklich

ein-treten. _

IV.1 Versuchstechnik

Die Abweichung des Mel3modells vom parallelen Kurs

wiihrend des Passiervorganges wurde fotografisch festgehalten.

Die Kamera befand sith ca 4 m iiber dem Tankboden an

einem am Schleppwagen in Fahrtrichtung iiber denselben

hin-ausragenden Kragtrager. Urn einen mtiglithst grofien Bereich der Wasseroberflache auf das Bild zu bekommen, wurde emn 90°-Weitwinkelobjektiv benutzt. 2 Stroboskoplampen, die je 1 m vont Hauptspant entfernt nach voruund nadi hinten auf der Mittellangsebene des Mel3modelfs angebracht waren, gaben mit einer Frequenz von 3 Hz Lichtsignale ab. Zur Ver-einfachung der spateren Bildauswertung wurden zwischen den Stroboskoplampen 2 Blitzlampen angebracht, die eben-falls auf der Mittschiffsebene angeordnet waren. Die Blitze konnten in willkintichem zeitlichen Abstand von Hand

be-tatigt werclen. Nach Erreichen der Mef3geschwindigkeit wurde der Kameraverschluf3 geoffnet. Der Sthleppwagen behielt die

vorgegebene Geschwindigkeit bei, so claf3 durch zwei am

Schleppwagen befestigte Bildbegrenzungslampchen emit

karnerafestes Koordinatensystem auf dem Negativ gegeben

war (S. Abb. 13). Die Anderung der Lage des MeBmodells zu

seiner vorgegebenen Nullage im kamerafesten Koordinaten-system konnte in Langs- und in Querrithtung aufgenommen werden. Die Kamera erfaBte auf der Wasseroberflache eine Kreisflathe mit etwa 7,5 m, Durdunesser.

Oberkonte St/Ilene Oberhanfe Tonkwond

Fohrtrithlung.

Kamera Bildbegrenzurig

Abb. 13: Ver.s.uclisanordnung fur Wegmessungen

Alle Lidnimpulse soWie der Moment des Offnens, des

Kameraverschlusses und die Freigabe des Mef3modells aus der zwangsweisen Geradfiihrung wurden zusatzlich durch

einen Lichtstrahloszillograjihen registriert.

Die Lage des

Gegenmodells zum groBen Schleppwagen ist mit Hilfe einer

Lichtschranke und mehreren Unterbrechern ebenfalls auf dem Oszillogramm festgehalten worden..

1V.2 Durchfiihrung der Versuche

Mit den Modellen der ersten Versuchsreihe des 1. 'Telles d'ieses Forschungsauftrages wurden Uberholungs- und Be, gegnungsversuche in Ruhigwasser durchgefiihrt. Die unter

11.2 aufgefiihrten Wassertiefen und Abstandsanderungen sind

beibehalten worden, ebenso die Modelltiefgange und

Ge-sdiwindigkeiten..

Beide Modelle MeBmodell rind passierendes Modell

batten Eigenantrieb. Das passierende Modell wurde am kleinen Schleppwagen auf parallelem Kurs zwangsgefiihrt.

Das MeBmodell fuhr frei vor dem groBen Schleppwagen und war mit ihm nur durch Mel3kabel und Stromversorgungskabel

verbunden. Dadurch wurden jedoch in keiner Weise die Be-wegungsmoglichkeiten gestort. Innerhalb der Anfahrstrecke und noch eine anc.,,emessene Zeit nath Erreichen der von

geschriebenen Geschwindigkeit ist das Mel3modell durch

einen parallel zur Tanklangsachse gespannten Draht auf geradem Kurs gehalten worden. Wenn sith

der Bug des

passierenden Modells auf etwa 1 bis 1/2 Schiffslange dem Heck

bzw. dem Bug des Mef3modells genahert hatte, wurde das

MeBmodell vom Fiihrungsdraht freigegeben.

Um sicherzustellen, da6 das MeBmodell auch nach der Frei-.

gabe vom Fiihrungsdraht noch geradeaus fuhr, solange es nitht durch das passierende Modell gestint wurde, ist durch vorangehende Freifahrten" die Steuerwirkung des Schrau-benstrahls mittels einer entsprethend geringen Ruderlage

kompensiert worden, ,=XX "014,11,41,

...

des (a = = = Schiffs-=

Clberholen

--c

h=250 mm =' 4m Mitre Schiff 4- Mine Schiff as Q323 L

Clberholen va,ter =0,992 m/s .14,3 km/h 'Llbertaler =1,106 m/s S160 km/h

---- , > .>,.. v

I-7 ,II III !-Iv

... C. -Pr-ii- Iii-Clberholen ( Oberholen Oberholen

Wahrend des Passiervorganges ist weder am MeBmodell

noch am Gegenmodell die Propellerdrehzahl geandert worden.

Die Ruder blieben ebenfalls in der Lage, die far Gerade-ausfahrt eingestellt war.

IV.3 Ergebnisse

Ebenso wie in Abschnitt 11.3 soil auch bier der typische Verlauf der MeBgroBen, im vorliegenden Fall also die Kurs-anderung des Mef3modells, an Hand einiger Abbildungen er-lautert werden. Dabei sei noch einmal darauf hingewiesen,

daf3 das passierende Modell stets auf seinem geraden,

zwangs-gefiihrten Kurs blieb. Diese Verfalsdiung gegeniiber der Wirklithkeit wurde sowohl zur Vereinfachung der MeStechnik

und der Versuchsdurchfahrung vorgenommen als auth zur

Vereinfachung der Bedingungen fiir eine Berechnungsmethode

der Kursabweidiungen beim Passieren zweier

In Abb. 14 sind drei tTherholvorgange zweier Motorgater-schiffe des Typs Johann Welker" dargestellt. Die mittlere Wassertiefe ist dabei konstant gehalten worden, und die Ge-sdiwindigkeiten sind annahernd gleich-groa Verandert wurde lediglich der seitliche Abstand der Modelle.

Beim geringen und beim mittleren Abstand (T.:a = 0,162

und 0,323) dreht das Mef3modell em n und fahrt in die

Kurs-h .187,5 mm .4 3,0m MitteSchiff MitteSchiff c = 0,323 L

vtkerhotter =4618 rnA = 11,8 km/h vUberhoter =4949 m/s = 13,7 km/h

IV r V VI

J.Welker" J.Welker"

h =250 mm 4m Mine Schiff + Mile Schiff a =0,162 L = 4995 m/s a 14,3 km/h vuberhoi,r =1)03m/s a 169 km/h

I

h = 250mmL.4m Mile Schiff We Schiff a =0,485 L

= 0,957 m/s a 13,8 km/h =1,104 m/s a 15,9 km/h

/- r IV v

'ii-

-III

1Welker" J. Wel ker "

h.185mm 43,0m MitteSchiff MateSchiff a = 0,162 L

=0.9 m/s =13,0 km/h VGegenkommer = MA 13,0 km/h

bahn des Cberholers; beim grof3en Abstand ( "-a = 0,485) dreht das MeBmodell ab und fahrt vom Uberholer weg. In den ersten beiden Fallen sind die abstof3enden Krafte der Uberdruckgebiete bzw. die abstoBenden Komponenten der

Stramungskrafte wirksam. Das Heck des Mef3modells wird zu

Beginn der Uberlappung oder schon kurz davor weggedruckt. Obwohl die abstof3enden Krafte mit zunehmender Ube, lappung immer mehr auf den Vorschiffsbereich des

MeB-modells wirken und gleichzeitig das Hinterschiff in das An-sauggebiet der Mittschiffsmulde kommt, behalt das Schiff

semen zu Anfang aufgenommenen Kurs bei. Die

riicicdrehen-den Krafte sind nicht in der Lage, die Massentragheit des

Schiffes zu aberwinden und es zum Abdrehen zu bringen. Bei

griiBerem Abstand ( 1-7-a = 0,485) setzt sofort die Wirkung des

Unterdruckgebietes des Uberholers em. Das Heck des zu

Cberholenden vvird angezogen. Durch den so erfolgenden

ab-drehenden Kurs entfernt sich das MeBmodell immer mehr

vom Gegenmodell.

Fiir die ersten beiden Falle bestand die Gefahr einer

Kollision; die Versuchsfahrten muBten abgebrochen werden.

h .312,5 mm =5,0m MitteSchif MttteSchiff a. 0,323 L

Abb. 15: vuberhotter=1,069 m/s =154 km/h vo,,,,hchy =1,207m/s 74 km/h v Kursanderung r1V beim Cberholen bzw.Begegnen Abb. 14: Kursdnderung beim Vberholen Begegnen rV Scbiffe. = = AV

Im letzteren Fall konnte der Oberholvorgang durchgefiihrt

werden.

Abb. 15 zeigt zwei Oberholversuche fiir gleichen seitlichen

a

Abstand = 0,323 bei unterschiedlicher Wassertiefe. Das

Verhalten des MeBmodells ist das gleiche wie in Abb. 14, d. h.

es laf3t sich kein Einfluf3 durch die veranderte Wassertiefe feststellen.

Zusatzlich ist in Abb. 15 em n Begegnungsvorgang fur die niedrigste untersuchte Wassertiefe und bei geringstem seit-lichen Abstand dargestellt (Raum zwischen den Schiffen

35 O/0 einer Schiffsbreite). Die Verhaltnisse sind also

denk-bar ungtinstig. Es ist jedodt klar zu ersehen, daf3 es zu keiner Kollision kommt. Infolge der abstof3enden Krafte beider

Bugstaugebiete geht das freie Mel3modell auf einen leicht

ab-drehenden Kurs. Das Heck wird dadurch dem Gegenkommer zugedreht. Die Abstandsverringerung zwischen den Schiffen wird jedoch erst kritisch, wenn der Begegnungsvorgang

be-reits abgesdilossen ist.

Bei einer miter diesen Bedingungen durchgefiihrten Be-gegnung werden zwar erhebliche Querkrafte erzeugt (vgl. Abb. 4 und 5), aber wegen des schnell ablaufenden Vorganges und der Massentragheit des Schiffes ist nur die zu Beginn

auf-treffende Querkraft (lurch GroBe und Richtung fiir die Kurs-anderung verantwortlich. Die anschlief3ende Anderung der Qnerkraft in GroBe und Richtung beeinfluBt den einmal

auf-76 (,) 20 22 24 10-226 Hack Bug 0 08 _- SO,4 N

\\.

\\\

\\\.

\

\\\\

2- 16

MilleSchi :Mille Schiff

-0,0,479 0,639

f

7 Mille Milk Mille Mille 0,2 0, 1 Abb. 16: Oberholen

Mef3modell K. Vortisch" Gegenmodell

h = 250 mm 4,0 m

genommenen Kurs noch weniger als beim Cberholen. Die

weiter durchgeftihrten Begegnungsversuche unter giinstigeren

Bedingungen (groBere Wassertiefe, grof3erer seitlicher

Ab-stand) fiihrten zu noch geringeren bzw. fast kaum noch

merk-baren Kursabweichungen. Damit 1st erwiesen, daf3 Be-gegnungen auf tiefenmaf3ig begrenztem, breitenmaBig jedoch nidit beschranktem Fahrwasser (d. h. keine Kanalverhaltnisse)

gefahrlos und ohne Rudermanover durchgefiihrt werden

ktinnen, wenn die Schiffe auf nahezu parallelem Anfangskurs liegen und der seitlithe Zwischenraum etwa einer Schiffsbreite entspricht.

Eine solche Aussage laBt sich ftir die untersuchten Vber-holvorgange an Hand der vorliegenden Ergebnisse nicht machen. Da in der Praxis der Oberholer aber ebenfalls frei

Europa"

Elba, d. h. nicht zwangsgefiihrt wird, nimmt er zu Beginn omen annahernd gleichen Kurs an wie der zu Vberholende. Er wird abdrehen infolge der abstof3enden Krafte, die vom

Heck des zu tTherholenden ausgehen. Ein paralleler

Anfangs-kurs beider Schiffe bleibt zwar nicht mehr erhalten, jedodi wird der Schnittpunkt der Bahntangenten weiter nach vorn verlegt als in den Abb. 14 und 15 dargestellt ist. Mit

zu-nehmender tTherdeckung der Schiffe wirken dann beide

Mitt-schiffsmulden immer starker aufeinander em, und zwar die

des Uberholers auf das Hinterschiff des zu Uberholenden und

die des zu Cberholenden auf das Vorschiff des Vberholers.

Abb. 17: Gberholen

Mcf3moclell K. Vortisch" Gegennzodell Europa"

h = 312,5 nzm 5,0 m

Wahrend des zeitlich langer anhaltenden Oberholvorganges und der dadurch langer einwirkenden Krafte kOnnen die

Massentragheiten der Schiffe aberwunden werden. Die

Dreh-richtung beider Schiffe kehrt sich urn, wobei sie sich gleich-zeitig starker anziehen. Bei einigen, his zu Ende

durch-fiihrbaren ITherholversuchen konnte diese Bewegung am

Mel3modell tatsachlich beobachtet werden. Der gefahrlichste

Augenblick beim ITherholen liegt dann vor, wenn sich Heck des zu liberholenden und Bug des tTherholers einander zu-drehen. Das stimmt mit den Kraftmessungen vollig iiberein. Wahrend dieser Phase wirkt am zu ITherholenden das grate

abdrehende Moment. IV.4 Auswertung

Die Versudisauswertung der Wegmessungen war weitaus aufwendiger als die der Kraftmessungen. Die Fotonegative wurden durch einen Dia-Projektor vergri3f3ert. Unter Be-nutzung des zugehorigen Oszillogramms muf3te die Stellung

des Gegenmodells gefunden werden.

In den Abb. 16 und 17 sind far einige uberholversudie die Kurswinkelanderungen und die Querversetzungen des

Ver-drangungsschwerpunktes tiber dem entsprechenden Teil (t - 2f) des Passiervorganges aufgetragen. Parameter sind die

Passier-frequenz f und der seitliche Abstand, der zu Beginn der

Ver-suche eingestellt war.

Das MeBmodell dreht zunachst em n und nahert sich dabei dem Gegenmodell. Die Schwerpunktquerversetzung muB in diesem Anfangsstadium des ITherholvorganges nicht

un-bedingt als Auswirkung ansaugender Krafte gedeutet werden.

Sic ist aberwiegend die Folge der zum Gegenmodell hin ge-kriimmten Bahn des sich fortbewegenden Mamodells, d. h. sie ist bier tiberwiegend durch die Langsbewegung bedingt.

Die Drehrichtung des Mamodells wird bereits vor dem Punkt,

in dem beide Hauptspante in einer Ebene liegen (t 2f = 0), racklaufig, d. h. es kommt zu einem Abdrehen. Die

Schwer4 -2 Heck Bug -10 Of8 -016 2 4

\

6-8 4 6 5 14 12 16 1 -01,4 +4'2 ' +01,4

12

2 12 - =0;2 -2.11=0042 = - =

punktversetzung zeigt dagegen nur auf der grol3en Wasser-tiefe (Abb. 17) einen fiacheren Verfauf, da die abstoBenden Krafte zu Beginn nicht so groB sind wie bei den kleineren

Wassertiefen.

Eine systematische Veranderung des Kursveihaltens, etwa

Verringerung der Kurswinkelanderung und der

Schwerpunkt-querversetzung mit zunehmender Wassertiefe und

zu-nehmendem Seitenabstand oder bei grof3erer Passierfrequenz,, lief3 sich nicht feststellen. Es zeigte sidi, daf3 emn exalcter

Ver-gleith aller Versuthe nur dann mtiglith ist, wenn die Freigabe

des MeBmodells bei gleichem Ahstand von Heck MeBmodell zu Bug Gegenmodell erfolgte. Das war aus technisthen Griin-den nicht immer moglich.

AbschlieBend bleibt nun die Frage zu klaren, wie weit Kraft- und Wegmessungen abereinstinunen, oder ,anders

for-muliert: Wie und mit welcher Genauigkeit lassen sich aus den versudistechnisda einfacheren und genaueren Kraftmessungen

die Kursanderungen bestimmen?

Ausgehend von der Annahme, daf3 die beim Passieren auf das Schiff, welches als starrer Korper betraditet werden kann, ausgeiibten Krafte nur Translationsbewegungen in Quer- und Langsrichtung sowie eine Drehung um die Hochadise

be-wirken, lassen sidi these Bewegungen als Parallelverschiebung

und Drehung um den Schwerpunkt auffassen [10]. Der Sthwerpunkt eines Punkthaufens (der starre Korper gilt als Sonderfall des Punkthaufens) bewegt sich so, als ob die

Ge-sanatmasse in ihm vereinigt ware und als ob samtlithe auf3eren

Krafte Pn parallel zum Sdiwerpunkt verlegt und _{zu einer} Resultierenden Q vereinigt waren.

Wendet man fiir diesen ideellen Punkt die dynamische Crundgleichung an:

Kraft = Masse X Beschleunigung

dv {Pr

= m

dt = m.. dt"

so la& sich daraus die Parallelverschiebung durth zweifache

Integration bestimmen: tE

r

_{j m}

r

dt2.

tA

Nimmt man zur Vereinfachung an, daf3 die Masse m kon-stant bleibt (unter EinsthluB der hydrodynamischen Masse), und setzt man fiir Q die in den Abb. 4 his 8 aufgetragenen zeitabhangigen Funktionen CQ oder CL em, clann ergibt sich z. B. fiir die Querversetzung:

Q'

mit cQ = ,e/2

vG2 Lm TM 2 (vG ± LG LM

+1

c)/2 vG2

Lm Tmi

in f2 4

1

Samtliche Werte im Nenner von CQ und die zur Bildung von f benutzten sind bekannt und von t unabhangig, da an-genommen wurde, daf3 sidt die Geschwindigkeiten wahrend des Passiervorganges nicht andern.

Die Drehbewegung urn den Schwerpunkt wird so

be-trachtet, als ob der Schwerpunkt in Ruhe ware.

Es gilt die dynamische Grundgleichung fin die

Dreh-bewegung:

do) c12

M J

dt dt2

Das Tragheitsmoment J wird ebenfalls konstant

an-genommen, so daf3 sich der Drehwinkel

tE,

;

M cit=,

tA

ergibt.

Entsprechend dem Vorhergesagten ilber die Translations-bewegungen laf3t sich aus Cm die Kurswinkelanderung ,er-redinen:

14

und 2f =

CQ (dt 20'4. e/2 vG2 L12 Tm

+1

e12 Lm2 - 'TM f f (dt 2f),2: jr! 4

1

Die Integration der aus den Kraftmessungen bekannfen zeitabhangigen Kurven fiihrt man zweckmaf3igerwreise mit dem Winkelintegranten durch [11].

In der VBD ist eine solehe Rechnung vorgenommen wor-den. Die Ert-ebnisse vvurden als zu erwartende Gr6Ben-ordnungen den Versuchen zur Messung der auftretenden Kursabweichungen zugrundegelegt und dort auch bestatigt..

Weitere Untersuchungen dieser Art sind z. Z. noch nicht durchgefilhrt worden. Es bleibt die Frage zu klaren, weldie Differenzen vorhanden sind zwischen gemessener anderung und aus den Kraftmessungen errechneter Kurs-anderung infolge des zwangsweise parallel gehaltenen Kurses bei den letztgenannten Versuchen sowie der angenommenen

Konstanz von Masse und Tragheitsmoment in der

Be-redmung u. a.

Urn einen gewissen Abschlul3 iiber das grof3e Thema der gegenseitigen Beeinflussung zweier einander passierender

Schiffe zuerhalten, muf3 untersucht werden, wie weit die durch

Rudermanover eingeleiteten Gegenkrafte in der Lage sind,

die Schiffe auf ihrem Anfangskurs zu halten und warm n Ruder

gelegt werden muf3. Damit verbunden ist die Antwort auf die Frage, zu welthem Zeitpunkt es dem Schiffsfiihrer noch

ist, durch Ruder- und Maschinenmanover eine evemuelle

Kollision zu vermeiden. Diese Untersuchungen lassen sich mit

den weit entwickelten Methoden der Regeltechnik behandeln,

Die wichtigsten Grof3en eines Regelkreises sind: 1. die Regelge5f3e,

2.. die StellgroBe,

die StorgroBe und

die Fahrungsgrof3e.

Fiir den Fall des Passierens zweier Schiffe waren das?

der Kurs oder die Balm eines Schiffes, die Ruderkraft,

die Storkrafte (Querkrafte, Drehmomente) und der Ruderwinkel.

Porch die vorliegende Untersuchung ist Punkt 3 weitgehend

bekannt. Wenn man die Extrempunlcte der Starkrafte kennt, laBt sich der zeitlithe Verlauf durch eine Sinusfunktion oder

eine Fourier-Reihe mit guter Genauigkeit erfassen. Die

Ruder-krafte (Pkt. 2) sind in Abhangigkeit von

Schiffsgeschwindig-keit und Ruderwinkel ohne wesentliche SchwierigSchiffsgeschwindig-keiten

meB-bar. Man erhalt also die Maglithkeit, den Pkt. 1, d. h. den Kurs eines Schiffes, bei _{einer vorgegebenen Storfunktion}

(= Pkt. 3) durch entsprechende Anderungen des Ruderwinkels

(= Pkt. 4), der die Gegenlcraft (= Pkt. 2) hervorruft, zu steuern oder, mit anderen Worten,. die Kursanderungen auf

em n Minimum zu beschranken. V. Zusammenfassung

Mit Motorgiiterschiffsmodellen einiger 'Typen des Zentral-vereins fur deutsche Binnenschiffahrt, Modellen eines

Fahr-gastschiffes und Modellen des Forschungsschiffes Fritz Horn"

cler VBD sind Passierversuche bei unterschiedlichen Be-dingungen durchgefiihrt worclen. Dabei wurden die wahrend des Passierens von den Schiffen aufeinander ausgeiibten Kriifte gemessen sowie Trimrn- und Absenkungsanderungen n d z. T. auch die Verformung der Wasseroberflache. Die ,physikalischen Vorgange um em n fahrendes Schiff und die Wechselwirkung der Driicke und Geschwindigkeiten werden

erkliirt.

Wahrend des Passierens treten im Querkraftverthuf dreii

Maxima auf: AbstoBen, Anziehen, Abstof3en; im

Momenten-verlauf 4 Maxima: Abdrehen, Eindrehen, Abdrehen,

Ein-clrehen; im Langskraftverlauf 2 Maxima: Abnahme, Zunahme.

(Reihenfolge fiir

den Fall Begegnen"). Aus den

Kraft-messungen werden Schluf3folgerungen auf die zu erwartenclen Kursanderungen gezogen.

In Abhangigkeit von der doppelten Passierfreqenz

2 (vi ± v2) 9f

Li ± L2

bzw.. von der Froude'schen Tiefenzahl Fh sinct die, Maxima mit Cm =

)9'

Q

der Quer- und Langskrafte SO vie der Momente in Diagrammen

aufgefiihrt. Der Einfla einiger wichtiger Parameter ist durch

chose Auftragungsart deutlich erkennbar.

Versuche gleicher Art sind in Grof3ausfiihrung mit dem Forschungsschiff Fritz Horn" unternommen worden. Soweit

die auBeren Bedingungen der Modell- und der Grof3versuche

annahernd ithereinstimmen, ergibt sich auch eine gute Cber-einstimmung der Mawerte.

Mit den Motorgiiterschiffsmodellen und dem Fahrgast-schiffsmodell wurden abschlieBend Messungen der Kurs-abweichungen wahrend des Begegnens und tTherholens

durdi-gefiihrt. Dabei 1st festgestellt worden, daf3 em n Schiff beim Passieren eines anderen semen durch den Anfangsimpuls ge-iinderten Kurs weitgehend beibehalt und infolge seiner

Massentragheit nur sehr schwer zuriickzudrehen ist, wenn

VI. Symbolverzeichnis a CL = 9/2 S CM =

_e/2v

LW12 Tg

Q. + Qh

CQ = 9/2 vG2 Lwi - Tg

d = 0,3

Fh =

1/ g h FL

f=

1

T =

[st]

[s]

kein Rudermanover vorgenommen wird. Wichtigste Er-kenntnis dieser Versudie ist, dal-3 eine Begegnung zweier Schiffe auf tiefenmaf3ig begrenztem Wasser bei einem

Zwischenraum von ca. einer Sdiiffsbreite gefahrlos ohne Rudermanover durdigefiihrt werden kann, wenn die Sdiiffe

auf parallelem Anfangskurs liegen.

In zwei Abbildungen sind fiir die Oberholversuche Kurs-winkelanderungen und Schwerpunktsquerversetzungen ilber

dem Passiervorgang aufgetragen.

Es wird abschlieBend eine Rechenmethode angegeben,

mittels der man aus den Kraftmessungen die Kursveranderun-gen bestimmen kann.

Zum Abschluf3 mochte der Verfasser Herrn Ing. Binek filr die wahrend der Versudie und der Versudisauswertung ge-leistete Arbeit danken.

Abstand der Modellangsachsen voneinander (MS ± MS) grate Breite von Schiff oder Modell

Breite in der Wasserlinie

Abstand der Modellangsachse von der Tankwand

Passierfrequenz Erdbeschleunigung Wassertiefe

Massentragheitsmoment

Lange in der CWL Lange iiber alles

LcwL Gegenmodell LcwL Mef3modell Langskraft

Moment, bezogen auf den Verdr.-0

Masse vordere Querkraft hintere Querkraft Weg benetzte Oberflache Modellabsenkung Passierperiode Tiefgang Zeit Anfangszeit, Endzeit Verdrangung Modell- bzw. Schiffsgeschwindigkeit Modellgeschwindigkeit

Geschwindigkeit des Gegners Geschwindigkeit des Mel3modells

g= 9,81

Lc wL [rnis2] [min] [ml [kgrns21 [m] L,... [ml LG [ml L2, LM [m] [kg]

M =

Qh)

d - (Qv

Qh) [mkg] LCWL [kgs.1 m Qv [kg] Qh [kg] [m] [ma] [mm] [ml Tg [mm1 [m] [s] tA, tE [s] V [drn2] [ms] [m/s] [km/h] vm [m/s] V1, VG [m/s] VNI [m/s] Langskraftbeiwert Momentenbeiwert Querkraftbeiwert

dimensionsloser Abstand der Querkraftmef3stellen von Mitte

Schiff

[ml Abstand des Verdr.-0> von Mitte Schiff Froude'sche Tiefenzahl Froude'sche Langenzahl L

(v/ ± v?)

M

+

VII. Literatur

Li I Weinblum, G. Theoretische Untersuchunaen der

Stromungs-beeinflussung zweier Schiffe aufeinander beim gegenseiffgen

Be-gegnen end Uberholen auf tiefem iund beschranktem Wasser. Schiffbau 1933, S. 113

] Kolberg, F. Theoretische Untersuchung des Begegnungs-, 'oder

Oberholvorganges von Schiffen

Forschungsbericht des Landes NRW Nr. 1316

Nowacki, H. fiber die wechselseitigen Kraftwiekungen zwische'n schiffseihnlichen Tauchkorpern

Schiff und Hafen 1960, Heft 9

1E41 Collatz, G.: Potentialtheoretische Untersuchung der byctro-.

dynamischen Wechselwirkung zweier Schiffskorper Jahrbuch der STG 1963, Bd. 57

0] Taylor, ID. W. Some Model Experiments on Suction Of Vessel's

SNAME 1909, Vol. XVI.1

i[6], Gibson, A. H.; Thompson, _1. Ft: Experiments on Suction of in-teraction between Passing, Vessels. TINA 1913,, Part lit

Graff, W.; Mater, E. Theoretische und versuchsmaf3ige mung der beim, Begegnen und LTherholen von Schiffen auftretenden Krafte und Momente der Verdrangungsstromungi_.

,-Bericht Nr 353 der VBD unveraffentlicht

Sturtzel, W.; Graff,. W.; Muller, E. Untersuchung der Verformijng der Wasseroberflache durch die Verdreingungsstramung bei der

Fahrt eines Schiffes auf seitlich beschranktem, flachem Weisser

83. Mitteilung, der VBD. Forschungsbericht des Landes liNiRrt

INir. 1725

9]i Sturtzel, W.; Graff, W:; Muller, E.: Ljntersuchung Ober die

seitige Beeinflussung der Absenkung bel aneinander fahrenden Schiffen

Bericht Nr. 384 der VBD unveraffentlicht

[10] HOtte, Bd. L, 28_ Auflage, S. 716-731

[111] iHenschke, W. Schiffbautechnisches 'Handbuch, Bd., 'IL, 211

S.39 wechset. vorbei-AMIage,

vs,

[m/s] Stromungsgesdiwindigkeit a i[m] Schwerpunktquerversetzung

P h

[mini [in] Anderung der Wassertiefe

a ModellmaBstab

= 19° 28' [p] Kelvin'scher Winkel

[01 Kurswinkeliinderung

==. 102

kgslm4 Dithte von Si1Bwasser

Winkelgesthwindigkeit A [km/h] [s-1] Bestim-[8]