Untersuchung der manövriereigenschaften von binnenschiffen mit doppeldüse

AI.ÔUtE

1.0 Einführung

In der VBD sind Doppeldüsensysteme entwickelt worden [1], deren Wirkungsgrad in der Geradeausfahrt in dem für

Düsen interessanten Fahrbereich den der bekannten und

systematisch durchgemessenen Einfachdüsen um Prozente

übersteigt. Ein weiterer Vorteil der Doppeldüse bietet sich

in der Steuerfahrt an. Während bei den zum Steuern

ver-wendeten Einfadidüsen entweder der erforderliche Spalt

zwischen Propeller und Düse deren Wirkungsgradvorteile weitgehend aufzehrt oder unter Beibehaltung des minimal möglichen Spaltes aufwendige Z-Antriebe (Steuerpropeller)

erforderlich machen, genügt es bei der Doppeldüse, unter

Umgehung dieser Nachteile lediglich den Sekundärteil wie

ein Ruder zu steuern. Die günstigen Querkraft-,

Momen-ten- und Wirkungsgrad-Ergebnisse einer Versuchsreihe [1] mit freifahrendem (d. h. ohne Schiffsmodell) Doppeldüsen-Aggregat sind der Anlaß für die vorliegende Untersuchung eines mit Doppeldüse manövrierenden Modells. Für den Schiffstyp ist die Wahl auf das kommende Europaschiff

gefallen, erstens wegen des akuten Interesses an dieser Schiffsentwicklung und zweitens wegen der bisher fehlen-den Manövrier-Versuchsreihen damit. Im Einzelvergleich

ist die geplante Normalausführung mit 2 Steuerpropellern auch erprobt und die Ergebnisse denen des Selbstfahrers

GUSTAV KOENIGS" gegenübergestellt worden.

2.0 Übersicht über die Versuche

Tank 1. Flachwassertank der VBD

L 190m, B 9,8m, h = 320. 26Ound 200 mm, ruhendes Wasser

2. Manövrierbedten der VBD

FORSCHUNG UND ENTWICKL1BG

Untersuchung der Manövriereigenschaften

/

von Binnenschiffen mit

Doppeldüse

Von H. Schmidt-Stiebitz t und G. Luthra

114. gekürzte Mitteilung der Versuchsanstalt für Binnenschiffbau e. V., Duisburg,') Institut an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen

I.ab. y.

Scheepsbouwkun

Technische

Hogeschoo(

1595,2 2,5 5,12 4,16 1,95 2,05 2,50 1,66 4,57 1,28 250 10,80 14,83 10,08 13,39 8,93 350 250 350 3,20 250 350 11,59

25 X 25 m, h = 320, 260 und 200 mm

_{2.1 Modell-, Propeller- und Düsendaten}

Modell M 526/589

1: 16 ,,Europa"-Schiff Modell-Nr. M 526/5 89 Abb. I und 2

im Maßstab i : 16, siehe Daten unter 2.1 _{Länge zw. d. Loten} Em] 5,000

Anhänge keine _{Breite auf Spt.} B [in] 0,591

Turbu-1 mm

Perlondraht auf Spt. 17 und 19

lenz-(20-Spt.-Teilung)

erzeuger

Tiefgang T [m] 0,156

4,900

Länge in der WL i Lwi, [m]

[dml]

[dm2]

Propeller

und Düsen siehe Daten unter 2.1

Verdrängung 389,45

Benetzte Oberfläche S 405,82

Völligkeitsgrad WL 0,861

)Die VBD dankt für die vom LANDESAMT FOR FORSCHUNG DES

LAN DES NORDRHEIN-WESTFALEN. STAATSSEKRETAR Prof. Dr.

h. e. Dr. E. h. LEO BRANDT, bereitgestellten Mittel.

Schwerpunkt der

Verdrängung LCB °/ov.L 1,6°/s vor Ç)

Versuchs-daten C aO) s) O) > n = a n s) I-T [m] G, n 'O_n a) G, e h h h -C 'e _{a a} N -C n -_Qn a, n a) n O [mixrl)Jys [km/h] [ni] T

Versuchs- im Tank 1. Standardschlängelfahrten

Fahrten Modell freifahrend, kreiselgesteuert,

Stromzuführung über Angel, Schwerpunktspci-lung vom begleitenden Meßwagen aus, übertragen mittels Drehpotentiometer auf Lichtstrahloszillograph (Visicorder) mit Zeit-marken;

im Tank 2. Drehkreisfahrten mit freifahren-dem, batteriegespeistem Modell. Tangentenpei-lung (4 Mann) von zwei rechtwinklig

zuein-ander stehenden Tankseiten aus.

lt 'lo

MS.

Abb. 1: M 589 Hinterschift Lsptoio 2500 mm

B 59125 mm

442 Schiff und Hafen, Heft 6/1971, 23. Jahrgang

In FB 1727 [1] wie D 64

Abmessung s. Abb. 4

Düsenstellung

Vorderkante Sekundärdüse auf Hinterkante Primärdüse Abb. 2

Sekundärdilsen-Varianten

Sekundärdüse ohne Zusatz Schwenkbereich ¿

± 30.

Abb. 2

Sekundärdüse mit einem zusätzlichen mittleren Profil-ruder, das im hinteren Bereich innerhalb der Düse an

gelenkt ist und dessen Ausschlag im Verhältnis zum

Düsenausschlag wie 650 zu 300 übersetzt ist.

Ruder-fläche 58 '/ der Sekundärdüsen-ProjektionsRuder-fläche. Abb. 3 Sekundärdüse mit zwei außermittig im hinteren Bereich

fest mit der Düse verbundenen Profilrudern,

Ruder-fläche je 45 0/, der Sekundärdüsen-Projektionsfläche.

Abb. 4

3.0 Modellauswahl und Versuchsdurchführung

3.1 Modellauswahl

Bei der Entwicklung des ,,Europa"-Sthiffs sind für ein

breites Angebot und zur Bestimmung jeweils optimaler

Propulsionseigenschaften verschiedene auf feste

Propeller-u0d D 49 und Abb. 2 _7_ o o

't

Propeller-Nr. p 82 nl Durchmesser D [mm] 94,2 Steigungs-verhältnis 0,79 Flächen-verhältnis AE/Ao 0,60 Flügelzahl z 4 Typ Kaplan Primär Sekundär Düsen-Nr. D78 D79 Durchmesser innen D, [mm] 96,2 124,2 Durchmesser außen Da [mm] 117,9 138,8 Länge LD [mm] 48,7 63,7 Längen-Durchmes-serverhältnis /D 0,506 0,5 13 Profil NACA 4415 4406 Oben: Abb. 2 Links: Abb. 3:

Sekundär-düse mit

drehba-rer Protilfläche

Unten:

Abb. 4: Sekundär-düse mit zwei

wellen einerseits und Steuerpropeller andererseits ausgelegte Heckformen untersucht worden. Um weder die Maßstabszahl für die Doppeldüse noch die Modeilkosten zu groß werden zu lassen, ist aus dem Vorrat ein Modell im Maßstab i : 16 ausgewählt worden, bei dem allerdings der vorhandene

Tunnel zwecks Unterbringung der Doppeldüse durch Umbau hat verschwinden müssen. Der Gillungsanstieg entspricht etwa dem des bisherigen Tunnelscheitels, wobei die

Spant-Unterseiten horizontale Gerade sind. Der Gillungsanstieg

reicht bis zur Spantebene der Primärdüsen-Vorderkante und geht dahinter mit einem Knick in einen ebenen Boden über, der beim Konstruktionstiefgang von T = 2,5 m noch

unter WO liegt.

Die Kimm ist wie bisher mit einer

schmalen ebenen Fläche abgephast. Das Spiegelheck ist unverändert beibehalten worden. Die Formveränderung ist zwar mit einem Verdrängungsverlust von 4,2 0/0 erkauft worden, bringt aber außer dem kleinen Gewinn an benetz-ter Oberfläche Propulsionsvorteile durch konvergierende Stromlinien im Düsenbereich [2].

3.2 Versuchsdurchführung

3.21 Drehkreisversuche

Die Drehkreisversuche sind im Manövrierbecken der VBD mit batteriegespeistem, freifahrendem Modell gelaufen

und mittels Tangentenpeilung vom Tankrand aus

festge-halten worden.

Wegen der sehr groß ausgefallenen Drehradien bei maxi-malem Sekundärdüsen-Ausschlag von = 300 sind zu der

ursprünglich entworfenen Doppeldüse zwei weitere

Düsen-varianten ins Programm neu aufgenommen worden: Die

2. Variante hat ein zusätzliches drehbares Profilruder mittig in der hinteren Sekundärdüsenöffnung erhalten, dessen

Aus-schlagwinkel zu dem der Düse im Verhältnis 65° zu 30°

übersetzt gewesen ist. Bei der 3. Variante sind etwa an

gleicher Stelle zwei zusätzliche, außermittig sitzende, an der

Sekundärdüse fest eingebaute Profilruder verwendet wor-den. Um das vorgegebene Kostenniveau nicht zu

über-schreiten, greift eine solche Programmerweiterung in den

übrigen Programmablauf ein. Statt der ursprünglich beab-sichtigten Fahrten mit zwei verschiedenen Tiefgängen auf zwei Wasserhöhen ist auf den weniger interessanten Fall

kleineren Tiefgangs, bei dem außerdem mit zeitweiligem

Lufteinbruch im Saugbereich der Düsen zu rechnen ist, ver-zichtet worden und statt dessen der Konstruktionstiefgang auf drei Wasserhöhen mit jeweils zwei Geschwindigkeits-stufen gefahren worden.

3.22 Schlängelversuc he

Dic Schlängelfahrten haben im großen geraden Tank der VBD stattgefunden. Zur Beschränkung des Programms der Schlängelversuche ist nach einem mehr als befriedigend aus-gefallenen Vergleich mit Ergebnissen des Selbstfahrers ,,GUSTAV KOENIGS" mit Dreiflächenruder hauptsächlich

die Variante 3 mit zwei festen, zusätzlichen Profilrudern gefahren worden, der in der praktischen Verwirklichung

wegen geringerer Kosten und geringerer Störanfälligkeit

gegenüber der Variante 2 der Vorrang gebührt. Die Wahl

des Vcrgleichsmodells ist auf den GUSTAV KOENIGS« gefallen, da davon ein in Modell-Größe und -Oberflächen-beschaffenheit entsprechendes Modell vorrätig gewesen ist und seine fahrdynamischen Effekte denen des größeren JOHANN WELKER" ähneln.

Tiefgang und Wasserhöhen und Ausgangsgeschwindigkei-ten (vorgegebene Propellerdrehzahl) entsprechen denen der

Drehkreisversuche. Für den erwähnten Vergleich mit

vor-aufgegangenen ,,GUSTAV KOENIGS"-Versuchen [3] sind die Wasserhöhenverhältnisse teilweise auch darauf

abge-stimmt worden. Ein wichtiger Parameter ist natürlich die

Ruderlegegeschwindigkeit,

die im Falle GUSTAV

KOE-NIGS" nach praktischen Erfahrungswerten der Nautik mit

900 in 30 Sekunden gewählt worden war. Die

Düsenver-suche entsprechen annähernd mit 9Q0 in 33 Sekunden (im Modell 90° in 2,8 Sek.) diesen Verhältnissen. Im Hinblick auf die Praxis der heutigen Schubschiffahrt lassen sich

wesentlich höhere Legegeschwindigkeiten erzielen und damit auch eine sehr wahrscheinliche Verbesserung der gefundenen Daten als gegeben annehmen.

Im Vorlauf zu den Schlängelfahrten wird die Rudermit-tellage so justiert, daß das freifahrende Modell einen mög-lichst langanhaltenden geraden Kurs verfolgt.

Die Durchführung der Schlängelfahrten ist in der

be-kannten und zuletzt in [3] ausführlich beschriebenen Art

vorgenommen worden, weshalb hier auf eine Wieder-holung verzichtet wird. Eine breite Fächerung der Zu-ordnung von Ruderausschlag- zu dem Kurswinkel zu

Be-ginn des Stützvorganges (15°!6°; 15°/8°; 20°/6°; 20°/8°; 25°/10°) erlaubt, der Breite nach verschiedene Fahr-wasserverhältnisse in die Betrachtung einzubeziehen. 4.0 Versuchsergebnisse

4.1 Drehkreisfahrten (Abb. 5 bis 9)

Die Zunahme der auf Schiffslänge bezogenen Dreh-kreisradien mit wachsender Geschwindigkeit ist erst bei dem maximalen Sekundärdüsenausschlag beobachtbar, bei dem der Doppeldüsenschlitz einseitig verschlossen wird. Die

kleinsten Radien auf h 5,1 m Wasserhöhe liegen bei

der Variante 2 mit einem Zusatzruder und übersetztem

Ausschlagwinkel bei R/L

0,8 und bei der Variante 3

mit zwei festen Zusatzruderflächen bei R/L 1,03. Die Driftwinkel (Abb. 5 oben) sind in dem Fahrbereich

des Schiffes praktisch unabhängig von der Geschwindigkeit.

Sie spielen für Hartruderlage zwischen

15 und 16° bei

5,1 m Wasserhöhe bei Variante 2 und zwischen 13 und 140 bei Variante 3.

Die Geschwindigkeit im Drehkreis (Abb. 5 unten) fällt für Hartruderlage der Variante 2 und einer Wasserhöhe

von 5,1 m auf etwa 0,35 der

Geradeausfahrtgeschwindig-keit ab. Bei Variante 3 beträgt die Reduktion

demgegen-über nur 500/o.

Bei konstant gehaltener Propellerdrehzahl n = 350 min-1 (Abb. 6) fallen

die Drehkreisradien wie bekannt

-hyperbolisch mit wachsendem Ruderwinkel ab. Die

Ergeb-nisse der Variante 3 fallen günstiger als

die des in der

Praxis bewährten Selbstfahrers ,,GUSTAV KOENIGS" aus.

Es läßt sich damit die Empfehlung aussprechen, auf die

mit Übersetzung arbeitende Steuervorrichtung der

zusätz-lichen Ruderfläche der Variante 2 verzichten und mit der

baulich wesentlich einfacheren Variante 3 auskommen zu

können. Gegen die Variante 2 spricht auch der dem

Was-sereinfluß ausgesetzte und dadurch außerdem schlecht kon-trollierbare Steuermechanismus. Beim Driftwinkelvergleich zwischen dem ,,Europa"-Schiff und GUSTAV KOENIGS'

über dem Ruderwinkel (Abb. 7 oben) ist zu

berücksichti-gen, daß der Hartruderwinkel des Dreiflächenruders um 100

bis 15° größer ist als der der Sekundärdüse, die sich bei 30° bereits an die Primärdüse anlegt. Die Driftwinkel des

,,Europa"-Schiffs sind so gesehen nur unwesentlich größer als die des GUSTAV KOENIGS". Sie liegen für h = 5,1 m

und Hartruderlage um 140. Die Variante 3 hat außerdem

den Vorteil geringeren Geschwindigkeitsabfalls im

Dreh-kreis gegenüber dem der Variante 2 (Abb. 7 unten). Das

,,Europa"-Schiff mit Doppeldüse (Abb. 8) reagiert bezüglich größer werdenden Drehkreisradius mit flacher werden-dem Wasser weniger empfindlich als der GUSTAV

KOE-NIGS". Der Drehkreisradius wird bei konstant

gehalte--nem Tiefgang T 2,5 m von der Wasserhöhe h = 5,1 ns

bis h 3,2 m nur etwa 40 0/ größer, während sich beim GUSTAV KOENIGS" der Wert um das 2,5-fache erhöht. Trotzdem ist kein nennenswerter Unterschied sowohl der absoluten Driftwinkel als auch deren Abfall bei flacher wer-dendern Wasser (Abb. 9) zwischen beiden Schiffstypen zu verzeichnen.

d/g.52,sse /5e, O/CSU,93595/te'

0,IfSwUU«( 3,0 Ge9cM«U0,gkei, 3,, /9es//r«« 4, Ad5/dflpig/1P/( On9zaS,/ dz«« de,,0e5fr)g./' Gndsmrnthg*./5 is 08,rn*OUSS.h,/

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Abb. 8

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G.SCST4'/Sd/9/S.,S F .534-458 rn/Sf. 2 58555, A0/GflÖ,S,es

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1.2,48rn--.-GusS««/(«e,yS 55/S 30(90/SCI

444 Schiff und Hafen, I-left 6/1971, 23. Jahrgang

Abb. 6

E,g.9elfl. 08, SCSS/ông./S«STSCn

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5.572m; n,,.,. 230m,)', Ç- 0423 (,(0.50 39 25 20 (5 -92 SS. So. 9. I,.20' 55573' I. 6« 5 9 (0

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0,5/9./nOW USO 995C55.omd.09ei5 Os On.nkrelS S 495M.sJSçkesS «055 94.5,5«.« - - GUSS«« /Sdn,g3 n/S 2SUUr«2&dOs.« m,S

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00525-bzw 0udtw/n9e(

Abb. T

4.2 Standardsch(ängelverfahren

(Abb. 10 bis IS)

Das Schema der Stan'dardschlängelfahrten findet sich in

vielen voraufgegangenen Veröffentlichungen, wie beispiels-weise in

[4 Abb. 7] und [6 Abb. 11], und braucht hier

nicht noch einmal wiederholt zu werden. Es sind auch

hier wieder nur einige markante aus der Vielzahl der

möglichen Parameter zur Kennzeichnung des

Manövrier-verhaltens der Schiffe herausgegriffen worden.

Zunächst wird in Abb. 10 bis 12 das Verhalten nur einer Variante, nämlich der Variante 3, mit zwei in der

Sekundärdüsc fest montierten Zusatzrudern verfolgt. Die Ausschwenkzeit (Abb. 10 oben) vom ersten Ruderlegen

(aus der Geradeausfahrt heraus) bis zum Beginn des

Ge-(ygeOnisse de, S«nsdnoenns,ses

51)5«,555/Sieden. 00«,s«ns,.(S,«/nk.S W 49505,9,03..5 «055 SS,i(Ow.nUe(*,n,t.(/s,ng 00,1055.: 258/5,35110,0//S.S Sn/S je 2 (#5585P?ST1/fl9«5t,5

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59

ErgeOn,,,. den Stn/OnOeInoh,Ien

fOr wirscn,000ne 0,aenonSIeII,.o,000/,,, AOnÒng,gkeiI Van $II/Iown,oe/n,n,IeI/,ng Var/aMe -2 Se/nOo,-dUsen ant je 2 retten PnoI/OSocnr,,

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Ergot/n/an O., 5onIOngeIIonnI,n

nI/,Oe,acnI.denr OuOenOnSIe/ioo/nke/ in 4000ng,g/an/I Van SIa/Itoo/nke/e/n0I./Ing V.,5Ie,Vn de, DoaenVono,Ien

n . 4/6 ni ne, - 250 rn/n', F .13438

Mode/I rn/I ----2 5040ndd,'dUMn onneZoaoIVn/dnfl.n 2 S.kilnd/jrdüa.n rn/Ije 2 lebten P,ot/II/òonen

0 2 trnrnonlelsen 5I.uerp,op.IIe,n iaenJ

_6 .I5

genrudergebens im Augenblick, wenn ein für den

Steuer-impuls am Kurskreisel vorgegebener Kursabweichungswinkel

(im folgenden kurz Stützwinkel" genannt) erreicht wird,

nimmt mit diesem Stützwinkel etwas weniger als linear

zu. Sie wird kleiner mit wachsendem Hartruderwinkel. Der Ausdruck ,,wachsender Hartruderwinkel°' ist im Sinne ver-schiedener, am Modell in der Folge verschiedener

Versuchs-varianten eingestellter Hartruderwinkel zu verstehen.

Da-gegen kennt man in der Fahrpraxis großer

Schiffe nur einen optimal vom Konstrukteur ermittelten und eingebau-ten Anschlag für maximalen Ruderausschlag. Die Stützzeit,

als eine auf den Anschwenkvorgang unmittelbar

folgen-de Zeitphase, die bis zum Erreichen folgen-des maximalen

Kurs-winkels dauert, weist eine der Anschwenkzeit ahnliche

Anstiegstendenz auf, nur ist ihre Zunahme mit

wachsen-SO.,'.

5oI5

t.

r

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Eora0000e/nIIung be, Stúf00g/nn 15.lüazw/n*eII

Abb. 13

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n,_. 350w/n' , 5. 0,34 n 0,50 DOsen-bzw R/dderw,nbe/ . 15 KvtSabwe/nnong 00/ SIoIzOeg,nn.6

Modo/I rn/I 2 S.kundd,d&/Sen w I je 2 baIen Pnot//I,ocnen rn/I JurnrnanIeI.SIeutrOnOPe/Iern O

GUS Io naen*a

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E,gebn,s3e der ScnIo,ge,nonnen

ft/f COfldlbedene Oosenonal./nrnnk.i in AOlOng,gO.oI ana SIUIzan0.Ie,naI.0t/ag VergIeiOfl de, 0I/iten,or,anien

h. 4,Itrn, 'e..; 250rn/O', Ç_.043d

Mode/I rn/I 7 Sekndâd//aen rn/I /. 2 hOlen Prof/,fIOnn.n

bone ZOSoIznIOcne, 2rnrn0nMI. Steuerprop o

dem Stützwinkel demgegenüber wesentlich geringer. Im Gegensatz zur Anschwenkzeit wird die Stützzeit mit wach-sendem Ruderwinkel größer. Der Oberschwingwinkel (Abb. 10 unten), als Differenz zwischen dem in der Stützphase

erreichten maximalen Kurswinkel und dem Kurswinkel zu Beginn der Stützphase, zeigt über wachsendem Stützwinkel einen etwas über das lineare Verhältnis hinausgehenden Anstieg. Die Zuordnung des Oberschwingwinkels zu ver-schiedenen Ruderwinkein entspricht der der Stützzeit.

Die Ausweichstrecke - in Abb. 11 oben auf die

Schiffs-länge bezogen - beginnt am Ort des ersten Ruderlegens

und reicht bis zum Ort maximalen

Schiffs-Schwerpunkt-Versatzes gegenüber dem geraden Ausgangskurs, an dem

der Kurswinkel also wieder zu Null geworden ist. Die Ermittlung der Ausweichstrecke erfordert Umrechnen und

a'

54

ta 3 A .5.' s s

EngeM/St. de, ScnIdngetIaflrIen

nn..a.350rn/O' 5.434 a 058 - 0000,-Ono Rude,'u,nOeI .I5

0/niloOtoeiohun g bei Slúlzbeginn .

O,odei/ rn/I 2 SekondOn O/lOen rn,I je 2 mIen Vfofillldcheo o/Inc Z030Izfldonen rn/a Ptarnwana.Oen Steuan'pfaia o

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4.

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Abb. 14

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20 30 4.0

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Abb. 17

L

Schiff und Hafen, Heft 6/1971, 23. Jahrgang 445

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aime ZvSalzfiàci.,, 2 a,,ssoflim, SIlbrnrpfCp e Gust.. aansgs T 00 l7 00 Links: Abb. 18 Rechts:

8.bb. 19: Verg!ech der Dreh-kreisradlen mit den aus den

Schlängeltahrtbögen

angenä-herten Radien

Umzeichnen des im Versuch aufgenommenen Weg-Zeit-Diagramms in ein Weg-Weg-Diagramm. Die Veränderung der Ausweichstrecke über wachsendem Stützwinkel und bei verschiedenen Ruderwinkein entspricht der Tendenz der

Anschwenkzeit. Sie liegt bei den hier eingehaltenen

Ruder-winkeln von i 150, 200 und 25° und Stützwinkeln

zwischen 6° und loo zwischen zwei bis drei Schiffslängen.

In Abb. li Mitte ist die Ausweichstrecke auf den

maxi-malen Querversatz bezogen. Das entspricht dem Cotangens,

abgesetzt vom geraden Kurs vom Ort des ersten Ruder-legens bis zum Ort des maximalen Querversatzes. Dieses

Verhältnis fällt etwas mit wachsendem Stützwinkel und

wird mit

größer werdendem Ruderwinkel kleiner. Die Kursschwingung (Abb. li unten) beschreibt den Weg vom ersten Ruderlegen bis zum ersten Durchlaufen des Schiffs-schwerpunktes durch die Verlängerung des geraden Kurses.

Sie steigt mit wachsendem Stützwinkel an und fällt mit

größer eingestelltem Hartruderwinkel. Sie liegt bei den

hier benutzten Einstellungen zwischen 4,5 und 5,5 Schiffs-längen. Der Geschwindigkeitsabfall in der Schlängelfahrt

(Abb. 12 oben) ist unabhängig von der Größe des

Stütz-winkels. Mit größer werdendem Hartruderwinkel wird der

Abfall natürlich auch größer. Die Werte liegen bei iS = 15° bei 0,85 Ygerad, und bei 5 = 25° bei 0,74 Vgerade.

Der maximale Driftwinkel (Abb. 12 unten) zeigt ein flaches Maximum bei

einem Stützwinkel von 8. Darüber und

darunter fällt er leicht ab. Er nimmt mit größer

werden-dem Ruderwinkel zu.

In [4] ist der Vorschlag gemacht worden, statt dieser

hier aufgezählten Einzelparameter und weiterer noch mög-licher als alleinige kennzeichnende Größe die Schlängel-bögen durch Radien anzunähern und diese wie beim Dreh-kreis auf die Schiffsliinge zu beziehen (Abb. 12 Mitte). Sie fallen etwas mit wachsendem Stützwinkel und stärker mit

größer werdendeni Ruderwinkel. Vergleicht man sie mit

den Drchkreisradien (Abb. 19), so zeigen sie mit

wach-sendem Ruderwinkel

etwa den

gleichen hyperbolischen Verlauf. In der Größenordnung unterscheiden sie sich von

ihnen um + 0,6

bis 0,7 Schiffsliingcn

auf h = 5,1 m

und 3,2 m, während sie auf der mittleren Wasserhöhe

nahe-zu identisch sind. Es scheint lohnend nahe-zu sein, diesen

Ver-gleich bei weiteren Modellen zu verfolgen. Während im Voraufgegangenen der Verlauf der Parametergrößen nur

für eine Variante (3) betrachtet worden ist, werden in den

446 Schiff und Hafen, Heft 6/1971, 23. Jahrgang

2.5

05

h.4Iim

Abb. 13 bis 15 für die mittlere Wasserhöhe h 4,16 ro

die Ergebnisse von drei Modellvarianten miteinander ver-glichen. Es sind die Variante I ohne Zusatzruderflächen,

die Variante 3 mit zwei fest in der Düse montierten

Zu-satzruderflächen und schließlich für einen Stützwinkel von

60 auch noch der Modelityp mit zwei schwenkbaren

um-mantelten Steuerpropellern (also Einfachdu se wie sie

all-gemein im Gebrauch ist). Die Anschwenkzeit (Abb. 13 oben) der drei genannten Varianten differiert um etwa den glei-chen Betrag, wobei sie für Variante 1 ano größten und

für die Variante mit Steuerpropeller am kleinsten ist. Die Stützzeit (Abb. 13 Mitte) weist keine nenncnswertcn

Un-terschiede zwischen den drei Schiffen auf. Im Uberschwing-winkel (Abb. 13 unten) nehmen die drei Varianten die

zur Anschwenkzeit umgekehrte Reihenfolge ein. Die Aus-weichstreckcn (Abb. 14 oben) liegen zwischen 1,9 und 2,8 Schiffslängen (Stützwinkel 6°), wobei die größeren Werte zur Variante i gehören. Bezieht man die Ausweichstrecke

auf den Querversatz (Abb. 14 Mitte), so verschwinden

die Unterschiede fast ganz (Cotangens zwischen 4,5 und 5).

Die Kursschwiagung (Abb. 14 unten) der Variante I

be-trägt 4,7 und die der Variante 3 etwa 5,6 Schifflängen.

Der Geschwindigkcitsabfail in der Schlängelfahrt (Abb. 15

oben) beträgt für die Schiffe mit Doppeldüsc 12 bis 13 /o

und für das mit Steuerpropeller 24 0/ Die Radien der dem Kreis angenäherten Schlängelfahrtbögen (Abb. 15 Mitte)

bewegen sich zwischen 1,5 und 3,6 Schiffslängen, wobei die größeren Werte zu den Schiffen mit Doppeldüsen

ge-hören. Beim maximalen Driftwinkel (Abb. 15 unten) und

damit maximaler Verkehrsbreite liegt die

Steuerpropeller-Variante mit 15 an der Spitze. Die Variante 3 kommt

nur auf 4,80 und ist bei normaler Fahrt mit wenig

Ruder-hilfen an-i stetigsten im Kurs. Der rein optische Eindruck

beim Fahren der Doppeldüsen-Modelle ist bezüglich ihrer

Folgsamkeit auf Ruderhilfen auch für die Fachleute

beein-druckend, die an allen in der VBD untersuchten Schiffs-typen Erfahrungen gesammelt haben. Das gilt auch ganz

besonders für die im allgemeinen sehr viel schwierigere

Rückwärtsfahrt.

Die Auswertung der eben aufgezählten Parameter für

die kleinste Wasserhöhe von 3,1 m ist hier aus

Platz-gründen weggelassen worden. Zusätzliche Variante in diesen Abbildungen ist eine Geschwindigkeits- bzw.

Drehzahlstu-fung. Es bestätigt sich hier, daß Anschwenk- und Stützzeit mit wachsender Geschwindigkeit herabgesetzt, dagegen aber Uberschwingwinkel und Querversatz heraufgesetzt werden.

20 30 40

WOSS.,Aifl5OOfl,Öitfl,S

Dic Abb. 16 bis 18 zeigen über dem

Wasserhöhenver-hältnis -j--j (rößer = flacheres

Wasser) die erwähnten Kenngrößen. Hier ist noch der Vergleich mit dem bekann-ten Selbstfahrer ,,GUSTAV KOENIGS" mit einbezogen

worden. Es handelt sich urn ein dem Originalschiff

nach-gebautes Modell, bei dens keine - wie in [3]

beschriebe-nen - Zusatz-Tothölzer

angebracht worden sind. Die

Froudesche Tiefenzahl beträgt für n = 350 Umin 1 _etwa

F51

= 0,58

für die Doppeldüsen- und Steuerpropeller-schiffe und 0,54 für den ,,GUSTAV KOENIGS". Der Düsen- bzw. Ruderwinkel ist mit ò = 15° und der Stütz-winkel mit 60 gewählt worden. Aus allen

Parameter-Auf-tragungen geht die Oberlegenheit der Doppeldüsen-Anord-nung gegenüber dem Normalschiff mit 3-Flächenruder her-vor. Während die Anschwenkzeit des ,,Europa"-Schiffes mit Doppeldüse schon besser als die des »GUSTAV KOENIGS"

ausfällt, so tun es in verstärktem Maße die Stützzeit und der Oberschwingwinkel. Das verdeutlicht den Gewinn an

Steuerwirkung und ganz besonders der Kursstetigkeit. Die

Steuerwirkung wird durch Einbau von Steuerpropellern

mit Einfachdüse zwar noch größer, aber gleichzeitig leidet dadurch dic Kursstetigkeit.

5.0 Zusammenfassung

Es wird ein neues Propulsionsorgan, die Doppeldüse [1], mit gleichzeitiger Eignung als Steuerorgan in Manövrier-versuchen an dem Modell des künftigen ,,Europa"-Schiffes

erprobt. Die Doppeldüse, in der Fertigung weitaus

preis-werter als die bekannten Steuerpropeller, hat bei den in Normalfahrt meist kleinen Steuerhilfen einen sehr hohen

Wirkungsgrad [1] und verleiht dem Schiff eine ausgezeich-flete Kursstetigkeit. Mit Hilfe baulich einfach auszuführen-der Zusatzflächen-Gitterung im Düsen-Sekundärtcil steht die Doppeldüse in der Steuerfähigkeit bei Maximalausschiag kaum der der Steuerpropeller-Anordnung nach. Dieser

ver-Wie die Hochschule für Nautik Bremen mitteilt, hat sie in der Vollkonferenz vom 3. Mai 1971 ihre Satzung

ver-abschiedet und sich damit ein neues ,,Grundgesetz" gegeben,

nach dem sich künftig das akademische Leben in eigener

Verantwortung abspielen wird.

Vorausgegangen waren intensive Diskussionen. Die

bei-nah einhellige Übereinstimmung aller Mitglieder der

sat-zungsgebenden Vollkonfcrenz wurde durch einen Kompro-miß erreicht, der die vom Fachhochschulgesetz geforderte Drittelparität im Rat der Hochschule garantiert und gleich-zeitig sowohl Dozenten als auch Studenten davor bewahrt,

überstimmt zu werden. Die Satzung muß noch vom Senat bestätigt werden, ehe sie in Kraft treten kann; trotzdem verfährt die Hochschule schon nach der neuen Regelung, um die notwendigen Reformen, die durch cine Wandlung

des Berufsbildes des Seemannes bedingt sind, nicht länger aufzuschieben. Die Vollkonferenz hat sofort einen

Studien-reformausschuß eingesetzt, der die Studienreform an der Hochschule für Nautik vorantreiben und eine neue

Stu-dien- und Prüfungsordnung erarbeiten soll.

Um eine in den Grundzügen einheitliche Entwicklung

der Fachhochschulen im nautischen Bereich für die Zukunft

zu gewährleisten, hat die Hochschule für Nautik Bremen

allen interessierten Stellen ihre ersten erarbeiteten Arbeits-papiere, die eine Gliederung der Fachgebiete und

Lehr-veranstaltungen sowie entsprechende Stundentafein

cnt-bleibende Rest kann ähnlich wie bei Patentrudern durch

Einbau beweglicher, stark übersetzter Zusataruderflächen-ruder im Sekundärteil der Düse wettgemacht werden, wie die ebenfalls mit aufgeführten Versuchsreihen zeigen. Es werden die Manövriereigenschaften mit ihren vielfältigen Parametern des neuartigen Doppeldüsen-Propulsionsorgans

maßstabsgerecht mit denen des bekannten und mit

Drei-flächenruder ausgestatteten Selbstfahrers »GUSTAV KOE-NIGS" verglichen.

Vor der zu empfehlenden Einführung der Doppeldüse in die Praxis könnten noch zusätzlich zu den bisherigen

Freifahrtversuchen des Propulsionsorgans und zu den hier abgehandelten Schiffsmodell-Manövrierversuchen Modell-Propulsionsversuche mit dem zu entwerfenden Fahrzeug,

wie beispielsweise dem ,,Europa"-Schiff, vorgenommen

wer-den.

6.0 Schrifttum Die Verfasser in:

li] Untersuchung der Querkräfte und der Propulsionsgütegrade von Spaltdüsen mit steuerbarer Sekundärdüse. FE 1727 des Landes NRW (Schrifttum dort)

[21 Untersuchung der Beeinflussung des

Schiffsantriebsleistungabe-darfs durch Leitflàchen, die den Reibungsmitstrom sammeln.

Hansa Nr. 18/1970. S. 1515-1519

13] Untersuchung des Bodeneffektes für Flachwasserschiffe. Teil Il:

Einfluß auf die Manövriereigenschaften. Hansa Nr. 9/1970. S.

784-790

[4] Untersuchung der Martövriereigenschaften von Gelenkschiffen

auf flachem Wasser. Zeitschrift für Binnenschiffahrt und

Was-serstraßen. Heft 6, Juni 1970, S. 208-216.

15] Untersuchung der Geschwindigkeitsverteilung im Propellerbereich an einem mittels Ruderpropeller angetriebenen und gesteuerten

Flachwasserschiff. 112. Mitteilung der VBD. Veröffentlichung demnächst

[61 Die Manövriereigenschaften der Schiffe in Abhängigkeit von Schiffsform und Fahrwasser. Schiff und Hafen H. 21964, S. 97-102

Die Hochschule für Nautik Bremen

halten, übersandt - sie

ist damit auch einem von

ver-schiedenen Stellen geäußerten Wunsch nachgekommen, eine

Information über Stand und Entwicklung ihrer Arbeit auf

diesem Gebiet zu geben.

Auch für die Ausbildung der Offiziersbewerber und der Offiziersassistenten, die die künftigen Studenten der Hoch-schule

für Nautik

sein werden, ist auf Wunsch zweier

Großreedereien ein Ausschuß von Dozenten und Vertretern der Ausbildungsinspektionen dieser Reedereien tätig ge-worden. Es wird ein Ratgeber erarbeitet, der sich auf den

Ausbildungsplan gemäßRichtiinien für dieAnerkennung von Ausbildungsschiffen vom 14. 12. 1970 bezieht, und ein

zweiter Teil hierzu für die Ausbildung von

Offiziers-assistenten.

Die Hochschule für Nautik Bremen geht dabei von der

Annahme aus, daß infolge der stürmischen Entwicklung in Wissenschaft und Technik im Bereich der Seeschiffahrt schon der O. A. so fachgerecht vorgebildet sein muß, daß er ohne Schwierigkeiten den neuen Anforderungen der Hochschule

für Nautik folgen kann. Diesem Zweck soll auch die in

Bremen eingerichtete Fachoberschule, Fachrichtung Seefahrt, dienen, in der der Lehrplan speziell auf das sechssemestrige

Studium an der Hochschule für Nautik zugeschnitten ist.

Nur durch Zusammenwirken aller Bildungseinrichtungen ìn der Seeschiffahrt läßt sich das Ziel erreichen, den

Schiffs-offizier und Kapitän so flexibel auszubilden, daß er nach

Möglichkeit allen Anforderungen der Zukunft gerecht wird.

Digitale Datentechnik

im schiffstechnischen Versuchswesen der VWS

Von F. Mildner, K. Müller und Chr. Moewes')

Die elektronische Meßdatenerfassung und -verarbeitung findet bei den Versuchen in der VWS ein immer weiteres Ein-satzgebiet. Im Gegensatz zur manuellen Meßdatenerfassung und -verarbeitung tritt die elektronische jedoch als eigenstän-diges Gebiet hervor, das den Bereich zwischen der Arbeit des Versuchstechnikers am Meßplatz und der des beurteilenden Wissenschaftlers am Schreibtisch umfaßt. Fortschritte in der Entwicklung kleinerer und mittlerer Datenverarbeitungsanlagen und ihr Einsatz in anderen Forschungszweigen geben hierbei Impulse und Hinweise für die Einführung dieser Geräte in das schiffstechnische Versudiswesen. Gleichzeitig nimmt auch die Schwierigkeit der zu behandelnden Forschungsaufgaben ständig zu, und neue rationellere Möglichkeiten zur Verarbeitung der immer umfangreicheren Datenmengen werden er-forderlich.

Diese Wechselwirkung zwischen Möglichkeiten einerseits und Bedarf andererseits führten zu den Anwendungsfällen von Erfassungs- und Verarbeitungsketten für Meßdaten auf digitaler Basis in der VWS, über die in der vorliegenden Arbeit

ein Überblick gegeben wird. Lochstreifentechnik

Bei der Lochstreifentechnik wird zur Messung und Regi-strierung der Versuchsgrößen immer die prinzipiell gleiche Gerätekette benutzt (s. Abb. 1). Je nach Versuchsart ist lediglich die Anzahl der Meßgrößen und die Art der

ver-ii

(e)(Çenn-daten

g

ii-I

Lj

L

Digitaler Kanalschalter

Parallel-Serien -Wandler

Code -Wand 1er

Lochstreifen -stanze

Abb. 6: Blockschaltblld für Lochstreifentechnik

wendeten Meßwandler (a) unterschiedlich. Zur mechanisch-elektrischen Umsetzung der Meßgrößen werden bei:

Kräften und Momenten im allgemeinen sogenannte Biege- und Torsionsstäbe, bei denen die auftretende Oberflächendehnung durch Dehnungsmeßstreifcn in eine elektrische Widerstandsänderung praktisch weg-frei umgesetzt wird,

Wegen und Drehwinkeln potentiometrische,

magne-tischinduktive und fotoelektrische Wandler in

ver-schiedenen Bauformen,

Rotationsgeschwindigkeiten elektrodynamische Wand-1er (Tachogeneratoren), fotoelektrische und induktive Impulsgeber,

Drücken Druckmeßdosen mit DMS- oder induktiven Wandlern,

Beschleunigungen Beschleunigungsmesser mit induk-tiven Wandlern

eingesetzt.

Dipl-Ing. F. Mildner ist Leiter der Abteilung Gerätebau.

Dipl.-Ing. K. Müller Leiter des Elektronik-Labors. Ing. (grad). Chr.

Moewes Leiter der Rechenanlagen in der Versuchsanstalt für

Wasserbau und Schiffbau, Berlin.

448 Schiff und Hafen, Heft 6/1971, 23. Jahrgang

Durch die verschiedenen Meßwan&er entstehen am Aus-gang ihrer zugehörigen Aufbereitungsgeräte (b) - Abgleich-und Speiseeinheiten, Verstärker oder Impuisformer - zwei

Arten von elektrischen Signalen. Die Meßgrößen werden

bei Analogsignalen durch proportionale Spannungen und bei Digitalsignalen durch entsprechende Impuisfrequenzen

dar-gestellt. Durch Analog-Digital-Wandler in Form von Span-nungs-Frequenz-Umsetzern (c) werden die Analogsignale in Impulsfrequenzen umgeformt.

Alle nun gleichartigen Meßsignale werden durch eine ent-sprechende Anzahl von Frequenzzählern (d) gemessen, in Zifferndarstellung angezeigt und zur weiteren Registrierung codiert.

Die Arbeitsweise der Frequenzmesser (d) - Impulsmen-genzählung über definierte Zähizeiten - ergibt am Ende

jeder Meßperiode eine Zahlenwertanzeige, die dem Integral

über der Zählzeit und damit auch dem arithmetischen

Mittelwert des jeweiligen Meßwertes proportional ist. Nach einem handbetätigten Startkommando schaltet der Digitalscanner (f) bei Auftreten des Zählersignals Meßzeitende

-dic von Hand einstellbaren Kenndaten (e) und die

Zähler-stände einzeln nacheinander auf den Koppler (g). Von hier aus werden die Werte nach Parallel-Serien-Umsetzung und Codewandlung durch die Lochstreifenstanze (h) auf dem

Lochstreifen im Code der VWS-Rechenanlage CII 10020 ge-speichert. Nach Beendigung des Ablochvorganges werden die Zähler für eine neue Meßperiode freigegeben. Dieser Zyklus setzt sich so lange fort, bis das Startkommando gelöscht wird.

Die in der VWS eingesetzte Anlage erlaubt eine

Erfas-sung von maximal 10 und bei Verzicht auf die Kenndaten-eingabe von 11 Meßstellen. Die Meßfolge wird im wesent-lichen durch die frei wählbaren Zähizeiten bestimmt, denn der Ablochvorgang dauert maximal 0,6 s bei Registrierung aller 11 Meßstellen. Die Zählkapazität der Frequenzmesser beträgt 5 Dczimalstellen, und die zugehörigen Spannungs-frequenzumsetzer haben im empfindlichsten Bereich eine

Wandlerrate von 5 mV/lO kHz, so daß auch für kleine

Meßsignale Auflösung und Genauigkeit hinreichend sind. Die Anlage ist allerdings nur zur Messung von quasista-tionären Größen geeignet. Bei der Messung dynamischer

Vorgänge können Auswerteverfahren auf integraler Basis

verwendet werden (z. B. planarmotion-Versudi). Die Beur-teilung der Vcrsuchsergebnisse kann jedoch erst nach Aus-wertung auf der ortsfesten Rechenanlage erfolgen. Da dies zur Vereinfachung üblicherweise erst nach mehreren blind gemessenen Versuchen stattfindet, können unter Umständen Wiederholungen von Versuchsfahrten notwendig werden.

Die besonderen Merkmale der Anlage sind die synchrone Messung aller Größen sowie Erzielung von Tief paßeigen-schaften durch lange Zählzeiten, wodurch gute Mittelwert-bildung bei überlagerten Störungen möglich ist.