Hydrodynamische berechnung nicht-kavitierender schiffsruder

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142tJ() 20 SOU

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und unt iisehjdlie Tatiktöllungin. l,j Wttssoiti&fen

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pr-lv*j14'feIl .lLkthimiik ticti Einfluß dei untptsc}ijeilljhit-n )fregcrnìoiiitnte nachzuweisen.

roynnisthc 3r&hrm niku !rcrc!er Srhsruder

Vortrag, getiahit atti 9. Aprii I 973 an tier $ckt itt11 Sehiffsteilttik tier Tu, vt_isO HOStt)elÇ Von ] )oz'ìnt 1)i.- I ng Viko1u. Bvriowite/t i"lix/icwi/:ij

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Moments alit Huiersihuaft ltttuh,ii.

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[loch-seeschiiffemi in der ßogel in foigenthemi Bereichen liegt

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I? Rnult'iflulehi'

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Seewirtschcutt 6 2;14

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Vor-utilI ¡tissu' uri_t-chufl'ti t ¡ici i ci' ir ' Messungen best ut igt ei,i n. 'lie keinoriui utnan' nehtite Schwingungen

ver-iiroi, 'lin. I )lu' bit-t'ti s u'' tilt iut'!t 't'IlWinguflgerl IiI hou-zou t ci it' i' ]i1 i ii-ZSc, 'lii ff ali t 1111g It's I i'iitk&' riti tif baus wart-n tt1im1ftilbt liiu-'tut '1ti' 41)itii)aI',

5. Zus UuienfassUog

(lei 'oi'hiegon'l.'n Arbeit viri-1 tibet dur.higuf'ì'ilirt t' Tesstmngeuì i-Icr Elmific t ¡3 luit cmsi'luitdlielier Et reger

merite clos Haiipt;tiotot's aitf die Ataplit alen dem Schi, icörpi-reigenfi'euuen'i TI. Graues hexiehrer. Aus dic-seta - 'o'bni kann geschlossen wrdu-n, i-lait i-lurch jc'1aii' ein - he Veründei'ung der Masua'ietuoiuietitc

I Ordnung des -fatu1,tinotnrs u-lic' emitseheiuieti, ir'

Ver-i'ingu'rung tier Atii[) tulemi im Ri'sonaztzfail em'i'eiaitt

wer-den kann, so daß elite 'lagerung dem. Eigenift'u'qicnzen

b-,w. Eitw}uruinktingt u in r Motora.utswahl auch bu'i

l'i'ojekterc vr'u'muuie' len wi'rultcn 'tmicmi t)ic' ez'lauìiru'iiun Mi'l3wei't geIat tin es, Rücksehlt "c liber 'lie I)uiuuip-fungswei'te tIcs SeluitIskömpii's zu ii' 'ii.

über die in

(ICI' Litei'at w- etti' wenig Auigals'n von iii ii ii sin I. Ein aitsfiihrhttht'i' Benefit u lei' geni-trilli cii l'vi, 't, ii-t n uti

itt iii-r uuSei ffiìatifoi's«_'httng" ''röi1'i'nt lieht w',', li

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1)K t129.l2.014.6

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J'träfte nitti ¡:tehusnii,!im'e ui,ts'. tl'tmiu,'lIt !i!li tlt'ti Ititulti'

schult jii,'iltliat'li,(t 1'iiiaitiaztt'ca cht tt-iu'in-utiu&'Is cliii, i)ie 'z'niihunt'r, Ihsu,i,,lt-m'iuc'itt_-it ,iui' 'i'i'cigc9ujtiiu' 1,111

md-liciter 1,:itìc,uuI1i t'mini' ¡t'a ud, ,uli1fs;t(ilcttig i-ima't niu'ht-lint'tti'c'ii 'I'utticiIt' Ici lic- lii'k1ìt,i,tci, himeuti'it 1'iic'iiz'j,'mt

(rcilt(uii, (lu'! I ici,,,-t' ii, Ir-ii l,iiui_ \'uti

I,, /tt,,ift!.

'u!t'tii't,tt' 'lev iIikm'etu't \litL''Ilt'lc'gttuig vitti li ,/,,«,/t tit'l 1"u/1atncr-ßc'!n:'-c'/'u'iLd itt cittigun i'uiiicta ilitit

zctfm'ic'iea--teilend it't tutti' i ''u t utg t, u 'm'ge I n-u.

uò'gu'tuu'uiiti. sicici vcm's,'lti('ui_iìc Vui'i'utiiru'ut zut iu'ntit'k-sii'hiiiguiiug ut'u- Xieictiitiuttmitutit i''. icvihwR ic'ti,cisrlttmc ki'i,ftc fia' uintn t'li'tgct lait tri litcIti r Fi iigu'lcct tt'ckuir,tz

bekan mit Es st cli i-inc nier Niihzmungsi titi badi 'n i-t'lui it teti wernien, i-lie in iii-r Theorie der Stcuei'h,ar'keit vu,,ic Su. iciff-i

Verwend ing gefunden hat.

Als (3i',m,t'hictu' uhiesu'r 31t'rhoíle dient (,jfle

litt'

J. K Fc e/i-'» trsku71)ie,st' iiaihiu'iclpiriscltu' Ntiia»rtiti

theorie lit'i''t' Et'gu-bnissi., t hi' iit imlit Mr,,ieIuu'ig,'huciccsc it null t'x},'tii ca thlti t'tutc"lagt'ui i)lnt''iittitiii: it

Fit

ì)7t'('h1iiutb ti-cr i l,t'camiu' l..t tutgc'ii cil'' icvtlro,I' ii,w,i-c,-iu,-,c J't'td'ui itil i,. i' ,iuitqt

fOu alen Rudersteven

dimensionslose Z irkiulation des dis-kreten Wirbels, .1 1'iittluu,uz vii Aufl ricl,,kra it Y mini Zuatz-krft R, 05-

-'0

1 2'z -1 ° li 0,7 0,5 0,9 L8 g? - _'05

io;

Q3 2

Ermittlung 1er KoeffIzienten uni Xml hinter dini ttukntcven (Fiiurt voraus)

a,

Cjj Koeffizienten, die nach dein

Biot-Savartschen-Gesetz beuiiuiut wer-den.

Unter Anwendung der Formel N. E. S/el:o,c,?.s kann

man Y' und M1', d. h. die Auftriebskraft muid das Mo-nient des Komplexes Ruder Rudcrsteven oder RUdCL-Wellenbock und Y1 und M1, d. h. (lie Auftriebskraft unti das Moment eines einteiligen äquivalenten Rudem's be-stiiuiuten. Zur Einschätzung des Einflusses dea liuder-stcvens oder Wrellenboekes auf die Zirkulationskotul1)o-nenten Y und Mi werden die Koeffizienten

Y1' M1'

yI = V''

*111

₌

j'j' (i)

eingeführt.

- b

Die Werte yj und Xml, die Funktionen von À, b

_{= f,}

Ciwl, (unit b2 Länge des Ruilerstevens. I,.

Höhe des Ruderstevens) können sowohl für die

Vor-Sewi,tchtm 5

--: ₁

X = Xi ± X2,

Y 'Y1 - Y2,

M = :i

-+ M2, (I)

Anteile, &lie nach der linearen Theorie unter

mnwexialttng der Fox'iiìcl von X. E.

jS7vukow-..kj bestimmt wet' t'lÌ

nichtlineare Anteile aus der Ablosung un

den Seitenkanten.

Zur Bestimmung der Anteile aus der Ablösung wird von

der folgenden physikalischen Vorstellung über den

Charakter der Umströrnung der Seitenkanten (ICS

Flü-gels ausgegangen: Es viril angenominen, daß bei (1er

Urnströinung der Seitenkanten eine Ablösung der Sti'ö-niung eintritt, was wiederum das Auftreten cimier

Zusatz-kraft Ji.

hervorrtifL dio normal zur Oberfläche des

Flilgels gerichtet ist und

1(2 = CDI (vsina)2F

(2)

beträgt, wobei en der \Vi'!orstuinlsbeiwert der abgelösten

Strömtiting ist, der aufgrund von Empfehlungen K. K. I"cdljejewski.s ermittelt wird:

en = 1,0 für einen Flügel nut abgerundeten

Seitenkan-ten,

= 2,0 für einen Flügel luit scharfen eitenkanten.

Dio Auftriebskraft Y, und das hvdrtt1vnaunische

Mo-ment M2 bezüglich der vorderen Kante des Flügels be-tragen cnt sprechend

CD _-' 2 F sIn2 a (3)

M2 = e0

I

v2 F

sin2 a.

Die Komponenten Y und al wemlen e1i der Methode

von Fa1kner-Be1oerkoicsk j bestimmt. bi der die Trag-fläche durch ein System diskreter Wirbel mit der Wirbel-stärke Vj ersetzt wird. Wir schreiben die Grenzbedingting der Undurchlässigkeit auf der Rudem'flche

Vw ± v sina Ì

_-

für den drehbaren Ruderteil (4)

V ±

I -

für den Rudersteven (Wellenbock)

und bestimmen nach dem Biot-Savartsehen Gesetz die

Gesch indigkeit v, die durch das

Yirbelsystem des

Flügels im Punkt j induziert wird; danach erhält man

folgendes lineares Gleichungssystem für die gesuchten Wirbclstärken F1 der (liskreten Wirbel:

für den drehbaren

-1- 2 -r Teil des Ruders

,' 'i'(ai ± b1

-- cj)

= O

O

(\Ve-llenhoek) (5)

Für ein äquivalentes einteiliges Ruder mit den

Ab-messungen des zusammengesetzten Ruders (1 i,md b) hat das obige Gleichungssystem folgende Form:

fürj=1,2,3...n

(G) mit 1'l b v - Sin a

N Anzahl der Streifen,

98

-.-I

0,g9 Q98 0,25 Seowirtschoh 6 2/1974 ----:--- - - - .-.. 0,3 4 Ils 4;'7 4g6 -J --- -i-

\'.

105k-0,95L__L

--"fl8û '

- -41 42 (j3 44 Q 41 42 0,3 1,10 ___:1 tq 25 1,4 1,3 a í5 -I

--H1

0g0 / 41. 42

4445

3

Ermittlung der Koeflizicuten und xml hinter deinWellzibc'ek(Fahrt voraus)

vät'ts- als auch die Riiciwürtsfulirt na'h deii

Nomo-glarninen ermittelt werden, die in den Bildern 2, 3 und 4

angefiihrt werden.

\Vcnn angenommen sviri, daß der KoeffiLient e = 2.0 beträgt, und die Tatsache berücksichtigt wird, daß die

Scitenkanten des Ruderstevens oder \Vellenbockes zucht

umströmt worden, erhält triait folgende Verte:

Yz' M-5'

y2 , _{Xrn2 =}

M2' (8)

dic den Eiiufluß des Ruderstevens oder \Vellenbockes auf die Ablöskräfte und -mnomuiente berücksichtigen. Die Werte dieser Koeffizienten können nach folgenden For-mclii bestimmt werden:

fili den 1{udersteven umud

= I 0,5b2,

x,

= I _O,5l,22

(10)

fili den Welleriboek. Die Auftriebskraft und das Moment, (lie an dorn Komiuplex Ruder-- Rudersteven

oderRudec--%\Tclleuuboçk wirken, sind

= 'i 'y1 +

2 Xy2

(Il)

M' = M1 x + M2 xmn2»

w,l,ej Y1, Y2, M1, M2 (lie Kräfte und Momento des

d(1uivalenteii einteiligen Ruders darstellen, die nariz den vorhandenen experimentellen Unterlageim oiler unter Anwendung der theoretischen Fornehi Fcdjczjcw.9kis

ermittelt werden können.

Bei Vervenclung der Formeln (11) muß berücksichtigt werden, daß M' auf die vordere Kante des Rudelstevens

(Wellenbockes) bezogen ist. i)as hydrodynamische \Iomnent bezüglich der Achse ds R iiilci'seliaftcs hann nani folgender Foiiel lnstimnmt. werden

--

15-og

,.:

0j

---

0g

-D,7

---t-

--=4

J t ai Û 43 44 ₀₄ 141 «/ 43 44 g 0,8 0,7 -

x

0,6Ì--

-4ì

11H 41 42 0,3 114 45 ₄₁ 0/2 0,3 44 04 b2 4

EmulI lungder Koeffizienten x-1 Ud hinter d-mn Welleuiboek (Fahrt

riickwrt) 08

__1_ J

-45C 41 0,2 43 44 99

M15' = M' - (Yj x' ±

\2 'y2) (12) Dabei wird

nach Nomnogramnmnen bestimmt, die ini Bild l an-geführt sind,

Abstand den Achse dea Ruderschaftes von der

vorderen Kante des Ruderstevens oder Wellen-bockes.

Ein Vergleich der hydrodynamischen Kennwerte, die

nach der Methode des Verfassers bestimmt worden sind,

mit experimentellen Unterlagen hat erwiesen, daß sic zufriedenstellend übereinsthuimnen.

Schlußfolgerungen

Der Einfluß iles Rulm'rstevens c'br W'ellenboeks a.uf die Auftriebskraft bei Vorwiirts- und Riickwdrtsfalmm-t des Schiffes ist untcrsehieulii/-h. So z. B. hat die aun

Ruler-steven oder %Vellenbork entstc-lmende Auft ric-Iskraft bei Vorwärtsfahrt die giciehe Rirhtung wie dia Auftriebs-km-aft, die an (leni drehbaren R uderteil atift xitt. Bei

Hückvüitsfahrt ergibt sieh citi entgegengesetztes Bile!:

Die Auftriebskraft amtl Rudersteven oler \Vchl'nhock ist entgegengesetzt zur Auftriebskraft z4n Inizi dreh-baremi Iluderteil geriehtet. Dadurch wird die Steuerbar. keit eles Schiffes bei Rüekwärtsfalirt- verschlechtert,

Das hydrodynamische Moment am Rudersehaft eines zuszunmengesetzten Ruders ist sowohl bei Vorwärts-als auch bei Rückwiirtsfahrt kleiner Vorwärts-als cias Moment

bezüglich der Vorderkante eines ungeteilten Ruders.

Literatut'

Feljaju-ua IÍj, K. K: Anwend mmm 1er Wirhelabliisthr-orie eines rechteckigen Fifigels mull klemmt Seitrnv-riuuilIni für iii' 1k-rechnung luvdrodvna,ither Kennwerte der chiflrumder. 1k-richte des I.E 1. 3g. lV (1954).

- SWTA 2090