Optimale formverhältnisse für schnelle fahrgastschiffe auf binnengewässern. Teil 1

ARCHIEF

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Optimale FormverhältnisSe für schnelle

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auf Binñengewasser

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39. Mitteilung der Versuthsanstalt für Binnensthiffbau, Duisburg / Von Obering. K u r t H e m, Hamburg und Duisburg

1. Einleitung

Der Bau großer F.ahrgastsdiiffe war sthon am Ende des vorigen Jahrhunderts audi in der Binnensdiiffahrt übiith.

Durch den Seitenradantrieb ethieitén diese Schiffe 'eine sehr große Stabili tät, so dß der eigentlithe Sthiffsmurnpf sdimal

gebaut und durd ein großes

Längen-Breiten-VerhälthiS

(LIB ea. 10) und einen ebenfalls großen Längensdìärfegrad

(L/D'I ca. 10) sehr günstig in bezug auf den Wklertand

gestaltet werden konnte.

Gegen Ende der zwniiger Jahre begann mian nut der

Ein-führung des Sdirubenantribes bei Faihrgaststhiiffen, auf

dem Rhein zunädist nit kleineren Booten, wie ,,Beethoven', Ernst Moritz Arndt", Graf Zeppelin" und Gutenberg",

während etwa zu gl.either Zeit auf dem Bodensee sthon

ein großes rFahrgastschiff mit Sdiraubenanuieb, die Allgäu",

in Dienst gestellt wurde, die genau so lang war wie d

Seitenradschiff Stadt Uherlingen"; sie hatte aber ein L/B

von 7,9.

Da diese Sdiiffe ziemlid starke Ersthütterungen und Ge-rausche aufwie.sen und audi nitht ganz so gut manövrierten wie die Raddampfer, wurden Mitte der dreißiger Jahre die ersten Versuche mit VSP-Antrieb gernatht, der sith in jeder

Beziehung so gut bewährte, daß Ende der dreißigerJahre

auch große VSP-Sdiiffe zum Einsatz kamen.

Eines davon war das Rhein-V'SP-Motorsdiiff ,Köln". Die

Köln" sollte ursprünglich das erste Schiff mit seitlichem

VSP-Antrieb werden, weil - abgesehen vom Wirkungsgrad

- von einem solchen

Antrieb ähnliche Eigenschaften er-wartet werden 'konnten wie vom Seitenradantrieb. Da man

damals die Vorstellung hatte, daß 'die Träger für die VSP möglichst in die Sdiiffsform organisch einbezogen werden

müßten, um ihren Widerstand nach Möglichkeit

herabzu-setzen, erhielt das 'Schiff stark von den herki.mmlichen Pro-portionen abweichende Abmessungen. Es

hatte bei 70 rn

Länge zwar einen L'ängensthärfegrad von ca. 10, aber ein

Längen-Breiten-Verhältnis VOfl nur 5,8.'

Die Modelluntersuthung des Schiffes zeigte

daß das

Fahrtergebnis hinter den Erwartungen zurückbleibenwürde,

deshalb wurde dann schließlich doch der Heckantrieb

ge-wählt. (Erst in der neuesten Zeit wurde dann mit der ,Berlin", für die in der D isburger Versuchsanstalteingehende

Modell-versuche gemacht wurden, gezeigt, daß bei entsprechend sorg-fältiger Vorbereitung durch den Modellversuch sehr wohl ein

wirtschaftlicher seitlicher VSP-Antrieb verwirklicht werden kann.)

Inzwischen war aber die Projektierung für die Köln" schon so weit gediehen, daß an den Hauptabmessungefl nichts mehr zu ändern war. Man mußte sich also mit dem

Kompromiß begnügen, an idas breite Schiff den Heckantrieb

anrzujbauen, und es stellte sich heraus, daß diese Lösung

nicht sehr günstig war, was im wesentlichen auf die große

Breite.-iefühXt.,Wl4ade. Nur bei Kleinwasser wirkt sich

der kleine Tiefgang günstig aus.

Diese Erfahrung mit der Köln" bestätigte wieder die

Tatsache, daß bei routinemäßiigen Modellversudien für ein bestimmtes Bauobjekt häufig nachträgliche Veränderungen der Hauptabmessungen als zwedcrnäßig erkannt, 'aber, wenn

überhaupt, nur in sehr engen Grenzen durthfithrbar sind,

weil die Projektierungsa.iibeiten dann schon so weit

fort-geschritten sind, daß einschneidende Veränderungen nicht

mehr vorgenommen werden können.

Das gleiche gilt auch für die Entscheidung über die zweck-mäßigste Antriebsart

) Interessenten können die voliständligen für die prakliisdie Projekt-, bei'edinimg erorder1rdien Unterlagen von der Versudisanstait für

Btnnensdiiffbau, Duisburg, Poatfath saa beziehen.

Solche Fragen müssen also durch systematische Modell-untersuchungen geklärt werden, und aus diesem Grunde

er-hielt die Hamburgische Sthiffbau-Versuchsanstalt Anfang der

vierziger Jahre von der Gesellschaft der Freunde und

Für-derer der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt den Auf-trag, ein entsprechendes Versudisprogramm für schnelle Fluß-Fahrgastschiffe durchzuführen.

Als Ausgangsform diente eine Sdìiffsform ähnlich der

,,Pninzeß Juliana" mit dem damais üblichen Kreuzerhedc, bei welcher Längenschärfegrade zwischen

9,85 und

11,25, Längen-Breiten-Verhältnisse zwischen

6,9 und 10,5 und

Vöiligkeiten zwischen 0,536 und 0,716 systematisch abge-wandelt wurden.

Die Ergebnisse dieser Modellversuche gingen kurz vor ihrer Vollendung zusammen mit den Modellen durch 'den

- Krieg verloren. Der Verfasser hat die Hauptergebnisse,

so-weit sie ihm in Erinnerung waren, 1943 in einem 'Bericht

zusammengefaßt. Danach 'ergaben sich im wesentlichen die folgenden Richtlinien für optimale Abmessungen:

Bei gleicher Völligkeit, Verdrängung und Breite war

das längste iSduff (L/D'f3 11,25) am günstigsten, wenn die Waasertiefe 5 m nicht wesentlich unterschritt. Bei extrem

kleinen Wassertiefen kann sich zu große 'Länge ungünstig

auswinken.

Bei konstantem Längensthärfegrad und gleicher

VöThig-keit sind die schmalen Schiffe am günstigsten, und zwar in steigendem Maße bei größeren Wassertiefen.

'Muß ein breiteres Schiff gewählt werden, kann die

Dtiffe-renz auf größeren Wassertiefen durch eine kleinere Vöffigkeit ausgeglichen oder zumindest vermindert werden. (Auf ca. 7,5.

Meter Wassertiefe war dieser Ausgleich etwa erreich't, wenn bei èiùéx- Veimindarnng des Längen-Breiten-Vethältnñsses

L/B von gut 9 auf knapp 8 die Völligkeit von ca. 0,72 auf

0,54 reduziert wurde.)

8. Bei der dmsls gewählten Sthiffsfonii lag der Schwer-punkt optimal auf etwa L/2. Veränderungen der Lage um

i I0 der Länge nach hinten bis ca. i O/ _{der Länge nach vorn}

beeinflußten die Ergebnisse nur wenig.

Diese Ergebnisse 'konnten nun zwar iii ihrer Tendenz als zuverlässig 'angesehen werden, hatten aber neben der Tat-sache, daß sie zum größten Teil aus dem Gedächtnis

wieder-gegeben werden mußten, noch eliten weiteren Nachteil:

wegen der starken Inanspruchnahme des :großen Versuchs-beckens mußten die geschilderten Untersuchungen in einem

nur 3,14 m breiten vorhandenen Muklenprofil im

Flack-wassertank der früheren Hamburger Anlagen und mit sehr

kleinen (nur etwa 2,6 m langen) Modellen durchgeführt

werden, die trotz ihrer geringen Größe immer noch einem eiheblichen Tank-Breiteneinfluß unterlagen.

Nun besteht hei den jetzigen Neubauten der Wunsth nach humer mehr Sonnendedcsfläche, zumindest aber nach mehr

oberhalb der MTL liegendem Raum für die Passagiere, während

gleichseitig - und im Gegensatz zu diesen

Wünschen - die Stabilitätevorschriften verschärft worden sind. Deshalb ist mehr denn je für die Projektarbeit von

ausschlaggebender Bedeutung zu wissen, welche

Verhältnis-werte der Hauptabmessungen angestrdbt werden müssen, welche Leistung zur' Erreichung der geforderten

Dienst-geschwindigkeit eingebaut und welche zusätzliche Leistung aufgewendet werden muß, wenn- die Optirnalabmessungen

für das Projekt ththt zu verwirklichen sind. Weiter Ist es von Wichtigkeit, welche Antriebsart für ein Projekt am günstigsten ist, sowie die Anzahl und die Größe der

An-tniebsmittel vorher bestimmen zu können.

Sind diese Fragen grundsätzlich durch entsprechende

2

daim kann der Roubineversuda darauf besdiränjkt bleiben, die günstigsten Schiffslinien, die beste Anordnüng der An-triebsmibtel und die wirksamste Art, Größe und Anoidnung

der Steuerorgane festzustellen. Die hierdurch möglicher-:

weise erforderlich werdenden Veränderungen laSsen sich im allgemeineñ ohne einschneidende Abwandlung des

General-planes berücksichtigen.

In Erkenntnis dieser Tatsache hat der Herr Bundesminister. für Verkehr im Jahre 1959 der Versuchsanstalt für Binnen-schiffbau in Duisburg die erforderlichen Mittel zur Durch-fiibrung eines entsprechenden Versudisprogrammes zur Ver-fügung gestellt. Wir möchten hierfür an dieser Stelle unseren

Dank zUm Ausdruck bringen. -.

II. Versudssprogramm

Im Rahmen dibses Prograinmes wulide der éste Teil der Aufgabe bearbeitet, nämlich für einen vorgegthenen Längen-schärfegrad der Einfluß des Längen-Breiten-Vérhä1t-nicses

und der Völligkeit auf den Schiffswiderstand für die auf

deutschen Strömen vorkommenden Fahrwassertiefeii enrìitteit.

Als Grundlage für die Versuche diente ein für

Heck-antrieb bewährte Spiegelhe&form. Diese Form wurde unter

Beibehaltung der Länge, der Verdrängung, der Schwer-punktsiage und des Kiirnuradius im

LärigeñBreiten-Ver-hältnis zwischen 7 und 10 und in der Völligkeit zwischen 0,5 und 0,7 variiert. Iiisgesatht wurden 16 Modellé ásgefertigt, deren Widerstand nuf je 4 Wassertiefen untersucht wurde

Tabelle 1: Hauptdaten der verwendeten Modelle

Konstante Werte fü alle Modelle:

L = Ly = 5,00 m; Verdrängung D 128 kg; L,1D'f = 9,92; Verdrängungssthwerpunkt 1,5 0/0 von L

_{hinter L/2;}

Kimimradiús = 0,04&8 m.

Abb. 1: Spariienriß des MoelÌs 202

M 202

L 0.6

Die Thbellé I zeigt eine Zùsammenstellnng der Hauptdaten der untersuchten Modelle. Die Abb. i zeigt den Spantenriß

eines der Modelle als Beispiel. Alle Modelle erhielten zur

Tusfbulenzèirzeugung auf den Konstruiktionsspanten 8 1/ und

91/2 je eine Nlonchnur von 1 sum Stärke. ifi. Die .Versudssergebnisse und ihre Auswertung

Dié Abb. 2 zeigt die Meßeiigebiiisse für das als 'Beispiel

gewähfte Modell 202. Die Original-Meßwerte sind durch

Kreise gekennzeichnet. Die Kurve für Wr gibt darin cile nach Sthoeiiherr berechneten Modelhieibungsswiderstände an.

Din Kurven zeigen das für Flachwasserfahrt tharakteristi-iche 'Bild; daß nämlich die größte parallele Eiitauthung im

Bereich des steilen WiderstandsAnstieges liegt, während

die grüßte Lsteuerlastige Ve'rtrimmung etwa mit dem

Wider-stamdsinaxithum zusaimnenfällt. '

'Dié' ÖBtë arallel Austauchurig 1füt ùngefähr bei dem

Widérstanidsáuiniimurn nach Überschreitung der

Stauwellen-geichwindigkeit (Fh = 1,0) an dieser 'Stelle

ist auch der

Thmmwinkei am kleinsten. '

Zunbst wurden bei allen Versuchsergèbnissen die ReSt-widerstände W (Form + Wellenwidèí'stände) alS Differenz

ischedimgemessenen Mndelloddeständèn und den zu-'

gehörigen erredirieien Reibungswiderstäiìden 'für vèrschiedene

,,Froúdesche Tiefenrzahien" .Fh ermittelt und durch die

Mo-deilverdrangung dividiert Die so errechneten dimensions foeñ 'spezifischen Forznwiderstäride WfID sind auf jedes

Ser. Mod. Nr. LIB B/T

T

F O _{- Eintritt WL} -4: Ein] auf L/100 (Libo)1 (L/100)2 I 198 10,0 4,88 0,50 2,050

2,20

' 0,984 964 ' 4,7° hohl I 197 10,0 5,85 ' 0,60 1,705 16,77 0,980 986 9,2° gewölbt I ' 196 10,0 6,84 0,70 ' 1,464

1,32

0,978 1010 15,7° gewölbt II 199 9,3 6,78 0,60 1,587 ' 16,75 0,980 1026 9,7° gewölbt III 204 9,0 6,04 0,50 1,845 20,20 ' 0,984 1018 5,4° hohl III 201 9,0 6,65 0,55 ' 1,678 18,34 0,982 1033 7,6° gerade - III 202 9,0 7,2-5 0,60' 1,537 16,77 ' 0,980 1048 9,9° gerade III 200 9,0 7,85 0,65 1,419 15,45 0,979 ' 1064 12,6° gewölbt III 203 9,0 ' 8,45 0,70 1,317 14,32 0,978 1081 15,4° gewölbt IV ' 205 8,5 8,11 0,60' 1,450 16,75 0,980 1088 10,3° gewölbt V 208 8,0 7,64 0,50 1,639 20,20 0,984 1096 6,4° hohl V 207 . 8,0 9,15 0,60 ' 1,366 16,77' 0,980 . 1183 10,9° gewölbt V 206 8,0 10,64 0,70 ' ' 1,174 14,32 0,978 1172 16,8° gewölbt VI 2-53 ,0 9,95 0,50 ' 1,435 20,20 ' 0,984 1196. 7,5° hohl VI 254 7,0 11,93 ' .0,60 ' 1,198 16,77 0,980 1244 12,0° gewölbt VI 255 7,0 13,94 0,70 1,025 14,32 0,978 1292 17,5° gewölbt

so-L 79 Y 2 = 0,04375 L; ca. F,, = 0,85 LIB = 10; = 0,5

-

_ft

±.

gewünschte Schiffsdeplaoement und die ebenfalls

dimensions-lose Froudesehe Tiefenzahl auf jede gewünschte Gesthwin-digkeit und Wassertiefe itbertragbar.

(Fh=v/g.HJw; vin mis; g9,81 m/s2; Hw in m).

Mt Hilfe dieser Werte und durch Interpolation der aus

den entsprechenden 'Diagrammen ermittelten Restwider-stände kann der Restwiderstand cies Schiffes auf der jeweils

tatsächlich gegebenen Wassertiéfe festgestellt wenden.

Urn kleine zeichnerische Ungenauigkeiten beim Entwurf, kleine Abweichungen hei der Model:lherstellung und bei der Einstellung der Wassertiefen, Streuungen in den Meßwerten

und .Strakfehier beim Mitteln der Meßwerte nach 'Möglichkeit

auszugleichen, wurden die spezifischen Formcwiderstände W1 ID mehrfach über verschiedene Parameter durthgestrakt.

Ein Beispiel für die 'so gewonnenen Mittelwerte ist auf

den Abb. S bis 6 dargestellt. Eine nachträglich durchgeführte

Kontrolle durch Rüdcredmung der Mittelwerte und

Ein-tragung in die Oniginal-Meßpun'ktdiagramme ergab im über-wiegenden Teil (ca. 80 °/o) eine vollkommene

Ubereinstim-mung; bei den anderen Rückrechnun'gsergebnissen traten

kleine Stretiungen auf.

Seite 843:

Abb. 3: Spezifisthe Formwiderstände für LIB = 9 bzw. 10 auf einer Wassertiefe von 0,04375 L

Abb. 4: Spezifische Formwiderstände für LIB = 9 bzw. 10 auf einer Wassertiefe von 0,0625 L

Abb. 5: Spezifische Formwiderstände für LIB = 9 bzw. 10 auf einer Wassertiefe von 0,0937 L

Abb. 6: Spezifische Formwiderstände für LIB = 9 bzw. 10 auf einer Wassertiefe von 0,1563 L

Links: Abb. 2: Versudìsergebnisse des Modells 202

3

H = 0,0625

L; ca. F1, = 0,867 1' LIB = 9; ô = 0,6

-

-r

H = 0,0937

L; ca. F,, = 0,845 LIB = 7; ô = 0,7 H,5,, = 0,1563 L; ca. F,, 0,720

Abb. la: Seitenauf nahmen der Modelle bei H = 0,0937- L Abb. lb: Seitenauf nahmen eines Modells mit LIB = 7,0

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jj4rIW-Abb. 3 Abb. 4 L Abb. 5 Abb. 6 H 7 0825

Nur in

einigen Fällen traten Abweichungen auf, dije größer waren als der Streubereich der Meßpunkbe; in diesen Fällen werden wahnsthein&h Uberlagerungen,versdiiedener

kleinerer Fehler (z. B. nicht ganz exaict einhältéñe

kor-respondierende Wassertiefe, normaler Meßfehler und

Strak-fehler) vorliegen.

Die speifithen Restviderstände Wf/D sind stark von der

Völligkeit abhängig, werden dagegen vom

Längen-Breiten-Verhältnis L/B nur wenig beeinflußt

Die tlbensitht auf Tabelle 2 macht darüber hinaus klar,

daß - innerhalb der untersuchten Grenzen unabhängig vorn

LIB - für jedé Wassërtiefe eine Serie günstigster Völlig-kelten mit kleinstem Restwiderstand vorhanden ist, die

nur noch von der in Frage kommenden Gësdiiwindigkeit ab-hängt. Di&se in bezug auf den Restwiderstand günstigsten

VöIligkeiten. sind auf den Abb. 3 his 6 durch Kreise

'ge-...abelle 2. Kleinste spezifische Restwiderstände

kennzeichnet md: auf de± Abb. 7 über Fh mit den

unter-suchten Wasaertiefen als Parameter aufgetragen.

Die Abb. 7 enthäit neben den Kurven für die widerstands-günstigsten Völligkeiten 'auch die Kurven für die zugehöri

gen Hauptspantgrößen, und der Zusammenhang - beider

Kurvenscharen zeigt deuthch daß es gerade bei den schnell sten Sthifferi,theiRelátiugesthwindígkeiten von Fh über 0,8

erreichen, zwedcmäßig Ist, ein möglichst kleines Hauptspant mit vöLligeren Enden zu wählen, um den n'iediigsten Rest-widerstand zu erzielen.

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Es wurde schon eiwähnt, 'daß das

Längen-Breiten-Verhält-nia nur voti geringem Einfluß auf den Restwiderstand ist. Anders verhält es sich aber -- wenigstens innerhalb der

untérsuchten Ahmessungsvari'atiänen - mit seinem Einfluß

auf den Reibungswiderstand Wr Dieser ist eine Funktion

der benetzten Oberfläche, und diese ist bei geringsten

Völlig-hait und größtem L/B am kleinsten. Der

Reibun'gswider-stand kann mit Hilfe der Kurven der Abbildungen 8 und 9

errechnet werden. Er muß zum Restwiderstand addiert

werden, urn den Gesaxntwiderstan'd zu erhalten.

Für die optimale Kunstruktiòn eines Schiffes wird also in

bezig auf den kleinsten Geszmtwiderstand (W1 + Wr) die

und zugeordñete günstigste Völligkeiten

Völliigkeiit etvras ikl'ein6r un.d das L/B etas.größer sein, als sich mach den Restwideritiandsberedrnungeñ ergibt

Die Ergebnisse der hier mitgeteilten: Untersuchungén

gelten für alle Fahrzeuge, deren Vèrhältniswérte der Haupt-abñiessungen innerhali der. untérsúchten Grenzen, liegen cider,zumiñdest nicht sehr davon abweichen. Diese Grenzen

sind: Wass ertief e Hw Fh _'5opt. LIB = 7 W1 /D [kg/m9 L/B = 8 L/B = 9 L/B = 10 0,04375 . L 0,500 0,600 0,50 Ó,50 0,50 0,50 0,700 0,620 - 1,35 1,25 1,25 1,22 0,800 0,660. 2,65 2,60. 2,50 2,50 0,825 0,700 3,70 3,55 3,40 3,33 0,850 0,740 6;75 6;40 6,00 5,87 0,875 0,770 11,55 11,30 11,15 11,00 0,900 0,776 15,15 14,50 14,10 13,85 1,000 0,730 14,60 14,65 14,75 15,05 1,200 0,658 12,85 12,85 12,90 13,22 1,400 0,676 13,30 13,25 13,25 13,45 0,0625 L 0,500 0,500 0,45 0,48 0,50 0,50 0,700 0,510 1,35 1,35 1,35 1,35 .0,800 0,540 2,40 2,40 2,45 2,40 0,825 0,590 3,13 3,50 3,50 3,48 0,850 0,635 5,15 4,90 4,90 5,35 0,875 0,680 .8,60 8,60 8,60 8,65 0,900 O,6ó5 12Ò'Ó 12,90 13,05 13,20 1,000 0,645 .17,20 16,90 17,10 17,95 1,200 0,638 13,15 13,05 13,00 13,13 1,400 0,658 13,80 14,00 14,25 14,62 0,0937 . L 0,500 0,460 0,70 0,57 0,55 0,52 0,700 0,467 1,60 1,50 1,38 1,40 0,800 0,474 2,90 2,80 2,70 2,60 0,825 0,485 3,35 3,33 3,30 3,30 0,850 0,520 5,15 5,00 5,00 4,95 0,875 0,580 8,17 8,38 8,61 8,90 0,900 0,620 1&52 13,50 13,80 14,20 1,000 0,620 22,42 20,40 19,10 18,45 1,200 0,616 14,85 14,30 14,00 13,75 1,400 Ó,635 15;90 15,50 15,35

-0,1563 . L 0,500 0,460 0,67 0,63 0,60 0,55. 0,700 0,467 2,30 2,10 1,95 1,88 0,800 0,483 5,15 1,75 4,45 4,25 0,825 0,510 6,45.. 6,45 6,48 6,55 0,850 0,570 8,65 8,80 8,95 9,15 i 0,875 0,607 14,55 14,50 14,55 14,75 0,900 0,620 21,35 21,22 21,25 21,55 1,000 0,620 20,43 20,00 20,10 20,40 1,100 0,610 15,55 14,88 14,77 14,68 1,200 0,616 17,95 16,95 16,48 16,10

as a 0,7 08 0.3

10.(f

,.. :.

Oben:

Abb. 7: Günstigste

Völlig-keiten und

Hauptspant-größen 6 Rethts: Abb. 9: Reibungsbeiwerte Cr nath Sthoenherr + 2 X 1O, für

versthie-dene Wasserlinienlän gen

fiir LIB von. 7 bis 10

L/DI etwa 10;

L/B etwa ziwisthen 7 und 10;

etWa i.d'schen 0,5 und

F'h;ewa wisdeE

iisid1Ç2ümd ;,'

';etra

A sfü}iruiig eid

Kom:-promTh; die Rchniuiigsbesie1e teigerI, .wimit Hilfeder

RdiiïühgnrnieI'agen sthktwie dgüsigst6mpmenß3

ermittelt werden kann

Für rjed.e der untersuthten Wassertiefen wird dabei ein

konstaütei' Gesamtgütegrad vorausgesetzt, der in Anlehnung

an bekannte Werte von ähnlichen Fahrzeugen geschätzt

wurde.

Tatsächlich ist der Gesamtgütegrad in dem in Frage kom-menden Gesthwiradigkeitsbereich fast konstant, so daß die Einführung eines mittleren, konstanten Gütegrdes nicht zu großen Abweichungen vom wthren Bilde führt.

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- Abb. 8: Kurven zur Ermittlung der benetzten Oberflathe

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èrsthiedénen Hauj?tzbmessuragen und Völligkeiten auf den Gesaxntgütegrad soll später in einem

andaren, \ rthsrograina ft'gestellt werden

T:-IVeiûpsbéjsiçJç.,.'' I

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ilrRheintrecke zwi'sthèrr Köln und Mainz:soll ein

Schiffmir2inT Ve rän.hg'gdbaút werden,

2 edVSF miti je werde ò]L'

1

L/B B in in T in m BIT Hw/T W/D kg/rn3 0/(0,01 L)2 O in m2

W in kg

W' in kg

W0 in kg

ESP0 WPs Leistung /o Reibungsanteil O/ 7 11,420 1,220 9,37 10,24 2,65 758 1390 48.0 5920 630 1200 100 76,5

Die Läné 'des Schiffes ergibt sich in unserem Fall durch'

den allein untersuchten 14n'gen ciärfegrad von 9,92 zu 80 in.

Gesudit wer4'eñ die für die Bbëiifai'irf in iezug auf den Widerstand günstigsten Abmessungen des Schiffes. Auf konstruktive Cegebenheiten wird alsó bei der Rechnung keine Rücksicht genommen. .

Urn aufzuzeigen, was alles init I,Vlfe der Ergebnisse des hier riesprochenen Versuchsprogr!nçcis festgestellt werden. kann, ist für das Redrnungsbeispiel der Frageixknplex um-fangreicher gewähJ worden, ais er normalerweise in der

Praxis auftritt.

Zunächst with eines der untersuchten L/B-Verhältizisse als konstant angenoannen; in unserem Beispiel gehen wir

von L/B = 7 ausund ermitteln,. ebenfalls vo1äufig, aus der für di&kleinste Wassertiefe (0,04875 L bzw. 8,5 m) für 1nc nächstiiafe;eFahrwassór (0,Q69 L bzw. 5,0 m)

näthstifre 1hiwasser (0,0937- L bzw. 7,5 in) für din-gtößtWassei±iefe'0,1563 L bzw. 125 in)

Tahelie 3

Rethnung A Wassertiefe 4,875 L/100

Gegebene Sdijiffadaten:

LWL 80 in; D = 525 m3; L/D'/' = 9,92; Kimmraclius 0,7 in; Leistuig 1200 WPS; Verdränguagssthwerpunkt 1,5 ß/ von

Tabelle 4

Rechnung D Wa,ssertiefe, 15,63 . L/100

Gegebene Sdiiffsdaten 'wie bei Rechnung A

11w = 15,63 L/100 = 12,5 in; ges = 0,525; Vs 'für LIB = 7 bei 1200 WPS 28,7 km/h = 7,98 m/s; bzw. Fli = 0,72

&pt für 12,5 m Wassertiefe 0,470; = 13,74 m2;(O,O1L)2 = 0,64; Cr' 1,847 40'l;

/2v2

3240 - '

-8 - _{- 10,000} -1,395 7,16 -- 8,95 - 2,50 I 1Q86 95 l3S10

410.

5460 582 1110 92,5 76,9 9 8,890 1,570 5,65 :7,95 2,30 1010 645

:ii,o

3860 5070 540 1030 86,0 76,0 10 ',OOO 1.745 ,59 7,16 Z20 959 11 368Ç,,,. -48JA 513 973 81,5 76,0

Tabelle 2 für die 4 untersuchten Wassertiiefen die günstigsten Wf/D-Werte für verschiedene h . B. Fh = 0,5 bis Fh = 1,0).

Anschließend werden für -die gleichen Geschwindigkeiten

y [-mis] = Fh hg khv -aus der Abb. 8

[Oberflädi'enbei-werte'O / (L/1002l'md 9 (Reibungsbeiwerte Cr' = Reibungs-beiwerte nach Schoenherr + flauihigkeitszusdilag 2104 für

ganz gesdiweißte Außenhaut) die Reibungswiderstände

Wr = Cr'/2V20 besthnmt

Nach der Beziehung

(W + W ) ._r

7ges

werden 'dann die WPS errechnet, über y [mis] oder Vs [km/h] -aufgetragen und die auf jeder der 4 Wassertiiefen

mit 1200 WPS erreichbare Geschwindigkeit festgestellt Bei unserem Beispiel ergthen sich

Vs = 17,40 km/h = 4,84 m/s'bzw. Fh = 0,850, Vs = 21,85 lan/h = 6,07 m/s bzw. Fh = 0,887, V-s 26,10km/h = 7,25 m/s bzw. Fh = 0,845, Vs 28,70 km/h = 7,98 m/s bzw. Fh = 0.720. 7 LWL hinter Lw112

Hw = 4,375L/100 = 3,5 in; 7ges°'295; Vs für L/B7 bei 1200 WPiS

17,4kin/h4,'84 rn/s hzw. FhO,SS

für 3,5 in Wassertiefe = 0,74; ø = 8,65 in2; (0,01 L)2 0,64; Cr' = 1,955 103; /2 y2 51 4,84 1195 L/B 7

8.

9 10 B in m 11,420 10000. 8,890 8,000

Tinrn

0,776 0,886 1,000 1,110 BIT 14,70 11,2 8,89 7,21 Hw/T 4,5 3,95 8,5 3,16 Wf/D kg/rn3 6,75 6,40 6,00 5,87 0/(0,O1L)2 1311

11ä

1096 1020 O in m2 840 760 702 652 Wf in kg 3540 3360 3150 3080 Wr' in kg 1960 1780 1640 1525

W0 = W + Wr' kg

5500 5140 4790 4605

-

Wtot V 354 331 308 297 EPSLO 75

wPs

1200 1120 1040 - 1006 Leistung O/ 100 93,5 86,5 - 84,0 Reibungsanteil °ic 35,6 34,6 34,2 33,1

Nun werden diese für LIB = 7 ermittelten

Gesdiwindig-keiten für jede Wassertiefe als gegeben angenommen und

nach dem eben geschilderten Redinungsgang für die 3

wei-teren L/B wieder die zugehörigen günstigsten W1ID

er-mittelt, dann die zugehörigen. Wr festgestellt und schließlich

wieder die der für L/B = 7 günstigsten Geschwindigkeit

zugeòrdneten WPS für LIB 8. . 10 erredinet.,

"Dijese Redinungsgäaìge sind auf

en ,Tàbelln 3 und 4,

für unser Breispiel und die beidíi Extremwassert:iefen

wie-dergegeben.

Durch Inter- bzw. Extrapolation der Redrnungsergebnksse können nun die günstigsten Abmessungen für je eth'Sdziff

für jede der 4 Wassertiefen und due hierfür angegebene

Geschwindigkeit gesucht werden. Diese Werte sind auf der

Tabelle 5 zusammengestellt.

Die Tabelle 5 zeigt, daß ein um so kleineres LIB gewählt

werden muß, je mehr sich die Relativgeschwindigkeit F

dein Wert 1,0 nähert.

-Die optimalen BIT-Werte werden um so größer, je

ge-ringer die Wassertìiefe ist. Diese Tatsache wïni audi als

Er-fahrungswert in der Prasio berüdcsid'itigt, nur wird dabei das Optimum meist ziemlich weit überschritten: die BIT-Werte der letzten Neubauten für den Rhein' liegen z. B. zwischen etwa 7,25 und 8, 'während das Optimum für die kleinste der untersuchten Wassertiefen - die ungefähr der ungünstigsten mittleren Wassertiefe auf dein Rhein ent-spricht - bei mer 6,25 liegt.

Tabelle 5

0.5 0.6 0.7

Vöfligkeit ô '

' ...

Abb. li: 'Bestimmung des'mittleren Leistungsbed.arfs für ein Sthiff von 80 rn Länge, 525 rn.3 Verdrängung uñd LIB = 7

bei Fahruìassertiefen zwischen 8,5 und 12,5 m

f Ii.Z,la5*mlh,

d. 4ß,69

76 (e.2efft.nJh,

- . 76f2)

7'

Nun verlaufen die Leistungskurven in der Nähe der optisnaleü LIB sehr flach (vgl. Abb. 10), so daß eine Aibveithung von ± 0,5 vom optiflialen L/B nur eine Leistungserhöhung von' 'maximal 1 °Io

nach sich zieht. Deshalb ist es hei den

heute für 'F1'uß-Fahrgaststhuiffe üblichen Geschwindigkeiten ausreichend, bei

miff-leren Fahrwassertiefen his zu 7,5 ni ein LAB von etwa 10 und erst für Wasser-tiefen von mehr als 12,5 in ein höheres L/B von etwa 10,5 bis 11 anzustreben.

Alle bisher, durchgeführten

Besuch-nungen galten immer nur für je eine der 4 untersuchten Fahrwassertiefen und die bei L/B = 7 mit 1200 WiPS erreichbaren

Gesdiwii:iidi gkeiten.

Da man aber kein ,,Idealschifr bauen kann, das sich in

seinen Abmessungen dem jeweiligen 'Fahrwasser anpaßt, muß

nunmehr die Völligkeit gesucht werden, die als Kompromiß für die gesamte Fahrstredce am günstigsten sein wird.

Die gleichen Berechnungen, wie bishér beschrieben, wezden

deshalb noch fur 3 weitere Volligkeiten durthgefuhrt in'

unerem'-Bs'iel wurden dafür immer die drei 'auf den 8

anderen Wassertiefen günstigsten. Völligkeiten gewählt und: die diesen zugeordneten günstigsten Geschwindigkeiten für die einzelnen Wassertiefen zugrundegelegt.

Dije' so ermittelten Leistungen für-das L/B = 7 auf den 4 Wassertiefen sind auf Abb. 11 abhangig von der Volhgkeit dargestellt. Die Kuvçn zéigen, daß zur Einhaltung der

vor-gegebenen Cesthwindig'kèiten je nach Völligkeit und Wasser-tiefe ein Leistuiugbedarf zwischen 1200 WPS 'und 1800 WPS auftritt. ' , -'

Tim nun 'die 'Abhängigkeit des Léistungsbedarfs von der

Zna

'enàetzu'ig der Fahtredie 'áufzuzaigen, sei zunächst

angenommen; daß eine Flußstredce befahren wird, die zu

je, 250/0ihrer, Länge Was ertiefen von 3,5. m, 5,0 ni, 7,5 ni

und 125 m aufweist Dann ergibt sich der als gestridielte KuÑ& 'ini Diagiiaimri dgesteilt 'mittlere Leistungsbedarf

über die Cesaxhtitindce." Béi diesem Mittelwert ist

berüdc-Vice 'PS

N_

wp5 -, E W t! V Wassertiefè m 3,50 5,00 7,50 12,50 Fh 0,850 0,867 0,845 0,720 Vs kin/h 17,4 21,85 26,1 28,7 5opt. O,'40 '0,668 0,512 0,470 ni2 8,65 9,61 12,59 13,74 'LIB für Wfmin. 9,75 9,00 9,00 10,75 L/B für W0 min. 10,75 10,5 10,75 11,.5 BIT für W0 min. 6,25 5,82 4,34 8,48

Bui

7,45 7,63 7,45 6,95

Tm

1,19 1,29 1,72 2,01 Hw/T 2,94 3,88 4,36 6,22

fi,

wPs

0,975 1000' 0,975 1090 0,98 1045 0,985 955 l7geS 0,295 0,452 0,510 0,525 Wassertiefe in . 3,5 5,0 7,5 12,5 Leistung bei L/B0, WPS 1000 1090 1045 955 Leistungsersparniis 0/ 16,5 9 18 20,5 Abb. 10

Leistungskurven für 80-m-Sthiff e (Verdrängung 525 m3)

Weiter zeigt die Tabelle 5, daß bei' Fahrt auf je nur einer

der Wasserbiefen mit der für L/B = 7 bei 1200 WPS

er-reichbaren Geschwindigkeit bei gleichbleibendem ô, nur durch die Wahl optimaler LIB, noch bis zu 200/o Antriebs-leistung eingespart werden kann. Die Leistungsv'erminde-rung beträgt .im einzelnen:

sithtig worden, daß die Fahrzeiten auf den verschiedenen

Wassertj&en unterschIedlich sind:

WPS1 h + WPS2 h9 + WPS3 h3 + WPS4 h.1 WPS3

h1 + h2 + h3 + h4

h = Fahrzeit; Indizes bezeichnen die 4 Wassertiefen.

Man sieht aus dem Verlauf der Kurve des gemittelten

Leistuisgabedarfes, daß ein Schiff, dessen Fahrstrecke zu je

25 °/o auf die genannten W'assertiefen verteilt ist, eine

Völlig-keit von etwa 0,6 haben sollte. Es hat dann einen Leistungs-bedarf von 1230 WPS bis zu 1380 WPS je nach 'der gerade befahrenen Wassertiefe, und sein mittlerer Leistungs'bedarf,

der für den Brennstoffbethrf fü die ganze Reise 'gilt,

be-trägt 1300 WPS. Diese Leistung liegt also um 100 WPS

oder 8 o/O höher als die eines Idealschiffes«.

Bei den bisherigen Vergleichen der verschiedenen Schiffs-formen wurden für jede Wassertiefe konstante Geschwindi'g-keitien vorausgesetzt; die Widerstandsuntersthiede spiegelten

sich in der Größe der erforderlichen Wellenileistungen wider.

In der Sthiiffahrtspraxis ist aber die Leistung gegthen, und die Widerstandsuntersd'ijede wirken sich auf 'die Geschwin-digkeit aus, und zwar so, 'daß bei gleicher Leistungsdifferenz sich 'die Geschwindigkeit auf kleinen Wassertiefen weniger ändert als auf großen Wassertiefen.

Um einen solchen Vergleich exakt durthzufiihren, wäre es

erforderlich, _{die bisherigen Berechnungen noch auf}

min-destens etwa 3 weitere Geschwindigkeiten je Wassertief e

auszudehnen. Aus 'diesen Werten könnten dann 'die mit der

gegebenen Leistung (in unserem Beispiel 1200 WPS)

erreich-baren Geschwindigkeiten grafisch ermittelt werden.

Da die Widerstands- bzw. Leistungskurven im interessie-renden Geschwindigkeitsbereith auf jeder einzelnen

Wasser-tiefe durch den Einfluß der Formunterschiede nur parallel

versetzt werden, ist es für den angestrebten Vergleich

aus-reichend, wenn die weiteren Berechnungen nur für eine

mittlere Schiffsforin vorgenommen 'werden (vgl. Abb. 12). ist z. B. 'bekannt, daß zur Erreichung der für 3,5 m Wasser-hefe 'bisher zugrundegelegten Geschwindigkeit von 17,4 kin/h

eme Leistung von 1500 WPS (oder bei = 0,295 von

443 .EPS) erforderlich ist, 'dann kann man aus der Abb. 12

feststellen, daß mit 1200 WPS bzw. 354 EPS eine um 0,4

km/li kleinere Geschwindigkeit gefahren werden kann. Ent-sprechend würde sich 'bei 'der Leistu'ngsvemiinderung von 1500 WPS auf 1200 WPS 'für 12,5 ru Wassertiefe 'eine um

1,75 lan/h kleinere Geschwindigkeit, nämlich statt 28,70 km/h 26,95 km/h ergeben.

rti :

-j_ -t:t

_OO525L-.

Die Abb. 13 zeigt für 80-m«Sdsiffe mit L/B = 7 und einer Leistung von 1200 WPS, wie 'sich 'die Gesdicwindigkeit ab-hängig von der Völligkeit des Schiffes vermindert, wenn als Bezugsgesthwmnidigkeit die jeweils von einem ,,Idealsthiff" erreichbare Geschwindigkeit eingesetzt wird.

Aus dieser Darstellung geht hervor, daß ein Schiff mit einer

Völliigkeit von 0,74, das für Beispiel gewählte

L/B = 7 auf einer Wassertiefe von 3,5 m optimal ist, 'bei

Fahrt auf 12,5 m Wassertiefe urn 2,8 lan/h langsamer fährt als das optimal für diese Wassertiefe gebaute Schiff mit einer

Völli'gkeit von 0,47.

Der Fahrtveriust gegenüber 'dem ,,Ldealschiff« wird um so

größer, je unterschiedlicher die Wassertiefen auf der zu

'be-fahrenden Flußstredie sind. Andererseits lassen sich diese Verluste in tragbaren Grenzen halten, wenn 'bei der Wahl

des Völli'gkeitswertes die Flußstrecke richtig bewertet wird. Da iiefbei aber auch die Strom'gesdiwindigkeit einen

Ein-fluß ausübt, wird abschließend für

'ge Flußgebiete

ge-zeigt, wie aus dem Vergleich der Fahrzeiten die pralctisdi

Oben:

Abb. 13: Fahrt veri est bei

LIB = 7 und 1200 WPS

bezogen auf das

,,ldeal"-Schiff

Links:

Abb. 12: Sthieppieistungc-kurven für das Beispiel Modell 202

güsistigstê Völligkeit für ein Schiff fe.thústellén it. (Bei

dieren Beispielen wurde nur die jeweilige

Stromgesdiwin-&gkeit für Berg- 'und für Talfahrt berüdcsichtigt; andere

Faktoren, wie Kursverluste' u. ä, die nur geringeren Einfluß

haben, wurden außer acht gelasseia.

A Ermittlung. der Reisezeiten für 80-m-Fahrgastschiffe mt 1200 WPS für die Rheinstreche zwischen Köln und Mainz

Tabelle 6

Geschwindigkeiten abhängig von Hw und BIT

L/B 7; Leistung 1200 WPS I

ti

III IV Geidiwin-digkeit VöIli.gkeit 0,740 0,668 - 0;512 0,470 IVII. Tiefgang m . 0,776 0,859 1,120. 1,220 11w = 3,5 ni; Vs 4cm/h 17,40 17,34 16,85. 16,78 0,964 Hw = 5,Om; Vs lan/h 21,73 21,85 21,70 21,63 0,995 11w = 7,5 ni; Vs km/h

25,03 io 26,10

26,05 1,040 Hw 12,5m; Vs km/h 25,90 27,00 28,70 1,100 L/B 10; Leistung 1200 WPS

lo

Aus der Tabelle 6 und der Abb. 14 ist zu erkennen, daß

sida 'die Gesdawindigkeitskurven der verschiedenen

Völlig-keiten bei einer Wassertiefe von 6,25. L/100 (in unserem

Beispiel also 11w = 5,0 ni) überschneiden. Bei dieser

Wasser-tiefe liben also Sthiffsvölligkeiten zwischen 0,47 und 0,74 keinen Einfluß auf die Gesdiwin&gkeit aus. Bei kleineren

Wassertiefen werden die völligeren und' bei größeren

Wassertiefen die sdaärferen Schiffe schneller fahren. Aus

dieser Tatsache ergibt rich aber Für Modellversuche für deú

Rhein, daß die im allgemeinen gewählte (und audi zutref-fende) mittlere Wassertiefe von 5 in zur Bestimmung der

günstigsten Völligkeit ungeeignet ist, sobald sie etwa

6,25 . LIbO entspricht. Die Besditänikuñ'g der

Untersuditin-gen auf eine einzige Wassertiefe ist also in jedem Fall

problematisch.

Da dije mittleren Wassertieifen auf der betrachteten

Rhein-strecke z. T. oberhalb und z. T. unterhalb dieser Wasser-tiefengrenze liegen, ist anrunehmen, daß sich die Yor und

die Nachteile der verschiedenen Völligkeiten bei der Fahrt über die Gesamtstrecke teilweise gegeneinander ausgleichen.

Daß die Bestiinniung dei günstigsten Völligkèit trotzdem möglich und audi zweckmäßig ist, zeigt das auf Abb. 15

wiedergegebene Diagramm Auf diesem Diagramm sind die für 3 Streckenabschnitte getrennt errechneten Fahrzeiten bei je 3 Wasserständen für die Cesarntstredce (also die Summe

der Fahrzeiten der Einzelstredcen) aufgetragen. Für diese

Einzelstredcien wurden due in der Tabelle 7

zusammengestell-ten Einzelheizusammengestell-ten ztigrundegelegt: Tabelle 7

Mittlere Wassertiefen und Stromgesthwindigkeiten auf der Rheinstrecke zwischen Köln und Mainz A Abschnitt Köln bis Koblenz (96,5 km)

Strom-Wassertiefe geschwindigkeit NW (Cl. W. 19446) 4,35 ni 4,75 lan/h

MW ' 6,25 m 6,90 1cm/h

MW -I- 2,0 ria ' 8;15 m ,00 lan/h' 10

o

5 H,, 10

Abb. 14: Cesthwindigkeiten abhängig von der Wassertief e für 80-m-Sthiff e mit 1200 WPS, LIB = 10

B Abschnitt Koblenz bis Bingen (63,0 km)

NW 4,75'm 4,50 1cm/h

'MW. 6,OOm 7,05km/h

MW ± 2,0 m 7,70 n 8,10 lan/h C Abschnitt Bingen bis Mainz (30,0 km)

NW .

8,05m 3,15 km/h MW- . 4,20m 4,10 km/h

MW+2,Oin

5,45m 4ß0 km/h 0.? 9e,1ahrf -Tatfahri

..,

. S . a'

"o-8 P, 8C C-MH.2,,, Völligkeit Tiefgang m I 0,740 1,110 II 0,668. 1,228 III 0,512 1,600 IV Geschwin-digkeit 0,470 1V/I 1,745 Hw 3,5m;Vsiun/h 17,65. 17,55 '16,95 16,85 0,955 Hw 5,Om;Vskrnth 21,97 21,85 21,75 0,990 Hw= 7,5m;Vs kin/h 25,38 ö 26,70 26,75 1,055 Hw 12,5m;Vs km/la 26,65 27,80 30,30 1,114 05 06 0! 0.8 o-ç 0.8 ,VaaIg*ei? ¡

Abb. 15: Bestimmung der günstigsten Völligkeit von 80-m-Schiff en (D = 525 m3, 1200 WPS) für Rheinfahrt zwirthen

Die Abb. 15 zeigt, Iaß nur bei Niedrig*asser (NW) die

völli.geii Schiffe (ô etwa bei 0,75) überlegen sind, rwithrend

bei Mtte1wasser (MW) die gtinstste Vöiligeit twa ,52

und bi einem Wasserstand, der etwa 2 m übèr MW liegt

(MW + 2,0 xn), die günstigste Völligkeit etwa 0,48 beträgt. Der Völhgkeitsein&ß wirkt sich am stärksten bei Bergfa}irt

auf die Eahrzeit aus, während er bei Talfahrt nur sehr

gcing t.

Das gleiche gilt für den Einfluß des L/B; m vorliegeriden Fall ind bei allen Wassertiefen Schiffe mit LIB 10

gün-stiger als solche mit kleineren L/B, und das auf allen

be-trachteten Wasserbiefen. Das ist insofern von besonderer

Be-deutu.rsg, als bei LIB 10 größere Tiefgänge gewählt wer-den cönnen als z. B. bei LIB 7 (vgl. Tefgangskurven 'auf

der Abb. 15), und das wieder ist fir &e Strahifläthe der

Propuisionsorgane von aussth1g'g'ebender Bedeutung : die

Wirkungsgrade steigen mdt der Strahffläthe u.md diese mit

dem Tiefgag. Man sollte also den Schiffstiefgaig stets so groß wählen, wie es mit der optimalen H'auptspantfläche irgend zu verwirklichen geht, ohne Gnmdbetührungen zti

riskieren.

Wenn die optimale Sthiffsbreite wegen deE Stabiitäts-bedingungen überschritten werden muß, sollte man den optimalen Tiefgang für LIB - 10 einzuhalten suthen und

dabei die Hauptspantvölligkeit ß soweit reduzieren, daß die optimale Hauptspantfläthe thcht überschritten wird. (Natur-lich sind diesen Maßnahmen gewisse Grenzen gesetzt, die

aber uur durch einen Modellversuch genau bestiînm'bar sind.)

Der Restwiderstand (Form- und Wellenwiderstand), der für die Sogwinkung der Fahrgaststhiffe auf die übrige Schiff-fahrt ausschlaggthend ist, wird, wie schon früher erwähnt, durth die rSthjffsbpejte (LAB zwischen 7 und 10) hum be-ein.flußt. Aus diesem Grunde könnte man den höheren

Rei-bungswiderstand der aus Stabilitätagründen erwünschten breiteren Schiffe oIne zusätrzliche Gefährdung der übrigen Schiffahrt durch eine entsprechende Leistuiigssteigerung ausgleichen.

Es soll nochmals darauf hingewiesen werden, daß die für die Bheinstredce zwischen Köln und Mainz ermittelten opti-malen VöIligkeiten bisher nur die Wthderstandsseite 'berüdc-, sithtigt haben. Es muß deshalb damit gerechnet werden, daß diese Werte 'durch den 'Einfluß 'der Propulsion in Richtung zu etwas geringeren Völligkeiten verlágert werden. Das trifft vor allem für den Heckantrieb zu.

B Ermittlung der Reisezeiten für 80-m-Fahrgastsdiiffe mit 1200 WPS

auf der Niederelbe zwisdien Hambürg und Cuxhaven

Es wird angenommen, daß für den Fahrgastverkehr

zwischen Hamburg und Cuxhaven ein Schiff der

besproche-nen Art eingesetzt 'wird. Dann ergeben sich die auf 'der

Abb. 16 dargestelltn Reisezeiten. Auch bei diesem Beispiel

ist das Längen-Breiten-Verhältnis von 10 dem LIB von 7

überlegen.

Die optinsale Völligkeit beträgt 0,5 für das LIB = 7 und

0,48 für das LIB = 10, hei dem sich ein Tiiefgang von 1,70 m ergibt.

Im Stauwasser würde bei 11 m Wassertiefe (MTnw) das

Schiff mit dem LIB = 7 und 'der Völiigk.eit von 0,5 eine

Fahrzeit von 3,48 Stunden und das Schiff mit dem LIB 10

und der Vöiligkeit von 0,48 eine .Fahrzeit von 3;32 Stunden benötigen. Bei Fahrt auf 13,5 m Wassertiefe (MThw)

ver-mindert sich die Fahrzeit des Optimalschiffes von 3,32 Stun-den auf 3,22 StunStun-den.

Die Differenz 'der Fahrzeiten gegen, die Tide und mit der

Tide beträgt etwa 0,65 Stunden.

Es dürfte interessant sein, daß 'die auf dieser Route ein-gesetzten großen 'Seebä'derschiffe hei annähernd gleicher

spezifischer Antriebsl'eistuhg (2,28 WPSIm3)

jè nach dem

Tideejnfiuß eine Fahrzeit von etwa 4. bis 4112 Stunden haben.

Das ,,Optimal-Fahrgaststhiff" von 80 m Länge würde also

etwa i Stunde weniger brauchen. Das ist darauf

zurückzu-führen, daß die Seebäderschiffe auf die Seestredce günstige

Hauptabmessungen haben, während das Flußsthiff ja nur auf die Fàhrt bis Cuxhaven abgestellt wäre. Hinzu kommt noch daß die Sethadersthaffe wegen der fur sse ungunsti

gehen Fläthwàalerbedingungen erst von Brunsbüttel ab voll aufdrehen können. H.. be, MT,,.. 1x0',, . LIB H.,, be MTh,.. f3.5, LIB 'V.0 H f E

'

4

05 0,6 0.7 "0,8 LBL okeF,' 6

Abb. 16: Bestimmung der günstigsten Völligkeit von

80-m-Schiffen für Elbefehrt zwischen, Hamburg und Cuxhaven (D = 525 m3, 1200 WPS)

Tabelle 8

C Ermittlung der Reisezeiten für ein 62,5 in langes Falirgastschiff mit 560 WPS auf der Weidisél

Während im Vorhergehenden ein Optiznalfahrzeug für

große Fàhrwassertjjefen behandelt wurde, ist jetrzt das andere

Extrém, nämlich ein Fahrgebiet mit seh± kleinen

Wasser-tiefen, gewählt worden. Auf deÏ 448- km langen Weichsel-strecke herrschen bei mittleren Fahrtverhältnjssen Wasser-tiefen zwischen 1,8 m und 3,75 In; nur 15 km dieser Strecke haben eine mittlere Wassertief e von 5,23 m. Abgesehen von dieser kurzen Strecke beträgt das Wassertiefen-Längenver-hältnis maximal 6. LIbO. Das Weichselsthiff fährt also durth. weg in dem Bereich, in dem nach der Abb. 14 'die völligeren Schiffe am günstigsten 'sind.

11

80-m-Vèrgieith der Abmessungen:

Fhißschrff Seebäder-schiffe LWL

80m

ca. 77 m L/B 10 ca. 5,8 BIT . 4,7 ca. 8,85 Völligkeit 0,48 0,5. .. 0,55 Verdrängung ' 525 m3 ca 1850 m3 LWL I 'D'I' 9,92 ca. 6,3 13,1 m2 ca. 40,5 m2 Hw I T 7,2 ca. 3,54 3 2.0 'a 6 2 1.0 e.-6 OpfI'l'.a,m

-e.----f5,25,,, de, Zde Ha.. jf,Øm H..' .f Q ,1' bel St..., /4. .f5,"

Aus den auf Abb. 17 aufgetragenen F . rzeiten érgtht sich

eine optimale Völlikeit von etMra 0,75 '.. .. -ein günsistes L/B von. 10. Bei Wahl c1eiÍerér Völigkéitn (unter.O,575)

tritt jedoch der Fall ein, daß ein L/B vòn 7 günstiger wird,

12

innerhalb der untersuchten 'Grenzen die in bezug auf den

-Widerstand günstigsten Sthiffs.abmessungen

ftgesteUt

werden köiien.

Die untersuchten Grenzen sind:

LIlY" ca. 10

L/B etwa zwischen 7 und 10

etwa zwischen 0,5 und 0,7

Fh etwa zwischen 0,5 und 1,2

Hw etwa zwischen 4,3 . L/100 und 15,6 . L/100. Die Hauptresultate der Versuche sind:

Der Restwiderstand (Foim- und Wellenwiderstand) ist

in starkem Maße von der Sthiffsvöliligkeit abhängig, während er durch das Län&gen-Breitenverhältnis (LIB) nur wenig

ver-ändert wird.

.bagegen vermindert sich das auf 'den Gesanitwiderstand

bezogene Optimum der Völli'gkeit mit zunehmendem LiB,

weil bei gleicher Sdiffslänge der Reibungswiderstand nur

noch von der Größe der benetzten Oberfläche abhängig ist,

und diesé innerhalb der untersuchten Grenzen mit

zuneh-mendem L/B kleiner wird.

Die günstigste Völligkeit nimmt mit abnehmender

Wassertiefe zu, atißerdem wind sie am größten im Bereich

der Stauwellengeschwindíigkeit (bei Fh zwischen etwa 0,8 und

0,9). Je 'größer aber die Völligkeit ist, desto !lder wird - : bei sonst gleichen Hauptabmessungen - die

Hauptapant-fläche. Im stark verengten Wasserquersdmnitt wirkt sich also die Querschnittsverengung 'stärker auf den Schjffwi.demd

aus als völlige Schiffrenden.

Für Fahrt auf kleinen Wassertiefen sind größere und für Fahrt auf. großen Wassertiefen geringere BIT-Wettè,

optimal.

An einigen Beispielen wurde der Rechmingagang erläutert. Wenn auch, streng genommen, die Versuthsergebnisse nur innerhalb der untersuchten Grenzen Gültigkeit haben, konnte doch aus dem Vergleich der Rechnnngsergebnisse mit Ver-sudasergebnissen für ähnliche Schiffe -und mit Ergebnissen eines früheren, in Hamburg durchgeführten, ähnlichen Ver.

suchsprogrannns mit einer Kreuzerhedcforrn gefolgert werden; daß die nun in Duisburg mit einer Spiegelhedcform erreichten

optimalen Völligkeitswerte auch - auf andere Schiffsformen,

andere Längenschärfegrade und fü einen größeren

LIB-Bereich als untersucht anwendbar sind. Das gilt zumindest für die bei Projektberechnungen erforderliche Genauigkeit. Im vorliegenden Versuchsprograrnm ist für große

Fluß-fahrgastschiffe festgestellt worden, wie der Schiffswiderstand durch die Hauptabmessungen beeinflußt wird. Nun sind noch die folgenden Fragen zu klären, deren Untersuchung in der Duisburger Versuchsanstalt z. T. schon begonnen worden ist:

Wie verändern sich die günstigsten Abmessungen für Fahrg»ststhiffe auf Binnenseen (also auf unbesdiränlcter

Wassertiefe)?

Wie werden der iSchiffswiderstand und der Propulsions gütegrad durch die Sthwerpunktlage beeinflußt?

WeIchen Einfluß üben das Längen.Breiten-Verhältnis und = 0,55 die Völli'gkeit 'auf den Propulsionsgütegrad iaùs?

Wie wird der Propulsionsgütegrad durch die Art des An-triebes beeinflußt? '(Vergleich des AnAn-triebes durch 2 'und durch 3 'Hedcschraüben und, durch 2 Heck.. bzw.

Seiten-VSP).

-Welche Veränderungen werden durch kleinere Längen-schärfegrede (also L/D'!' unter 10) verursacht?

0

-BcraFaI7,? ozO °

r

?blfaflm' L/8ZO ¿/810,0

ej

05 6.5 0? 0.8 VW.Ugked 6

Abb. 17:, Bestimmung der günstigsten Völligkeit von

64,5-m-Sthiffen für Weithselfahrt zwischen Danzig und Warschau (D = 273 m3; 560 WPS)

weil bei den kleinen Vöffigkeiten der Tiefgang für L/B = lo schon so groß 'wird, daß sich sein

Wassertiefen-Tiefgangs-verhälthis ungünsg auswiskt. (Bei der kleinsten

Wasser-tiefe von 1,8 m wird 'bei einenn Schiff mit einer Völligkeit von 0,47 das Wassertiefen-Tiefgangs-Verhältilis 1,29 bei

einem L/B von 10 und 1,84 bei einem L,'B von 7 betragen). Bei den Berechnungen für unterschiedliche Stromngebiete

ergaben sich für Schiffe mit einem ...ngehsthärfegrad von

etwa 10 die folgenden optimalen Formverhältnisse:,

I. Flußgebiete mit sehr kleinen Wassertiefen

Hw etwa 3 L/100 'bis 6 L/100:

L/B = 10

BIT = 7,15 =O,74

Flußgebiete mit mittleren Wassertiefen

Hw etwa 4 L/100 bis 10 LI100:

LIB =10

BIT = 5,37

Flußgeibiete mit großen Wassertiefen

Hw etwa 14 LIbO bis 17 LI100

LB = 10

B/T = 4,7

= Ö,48

Zusammenfassung

Für schnelle Fahrgaststhiffe für die Bnneiisdiiffahrt wird gezeigt, daß mit den bisherigen Untersuthungsergebnissefl