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Lab.
v SCheep5bYikim:
Technische HogeschoJ
ji
De!U
Mög!ichkeiten zur Dimpfung der Schiffsbewegungen im Seegang
Gerd A n d e r s so n,
Hamburgische Schittbau-Versuchsanstatt GmbH
Irn flahmen eines der Hamburgischen
Schiffbau-Versuchs-anslall erteilten Auftrages waren die auf dem Gebiet der
Ddrnpfung der Roll-. Tauch- und Starnpfbewegungen von Sch lien veröffent lichten Arheiten zusamrnenzustelleri und on Hinbliek auf ihre praktjsche Verwerthorkeit auszuwer-ten. Auf diesem Wege saute cm mdgiiclist vollstdndiger Uberhlick uber den Stand der Erkenninisse aus diesem für
den prak' schen Schiffsbetrieb dufierst wichtigen Ghiet
Am Beispiel der Rollbewegung eines Sehiffes wird der
Em-fluli einer Erregerquclle and einer zus:itzlichen Diirnpfung auf die freic Bewegung geschildert. Dai das Roilen in Ver-bindung mit einer Seitwirtsbewegung Swaying
auf-tritt, bleibt unberucksichtigt, da sich durch Kupplung ira
Prinzip nichts dndert.
Die Gleichung für freics Rollen lautet,
H- N,1, .4 + R,q q = 0 (1)
Bei kleinen Winkein bis 1 6, auf die sich die Betrachtung
hcschriinken möge, sind die Koeffizienten I,,,,, N, ,, konstant. Die Bewegung 1st dunn als harrnonisch
anzu-sehen und gehorcht der Gleichung
q) = sin (W,) t) (2) in der (I) = (3) 99)
die Roileigenfrcquenz isi
Em nunrnehr angreifendes Wellenerregermoment M habe
die cigene Frequenz rat Nach tiiechanischc'n Gesetzeri stelit sich in Anhdngigkeit Vain Frcquenzverhdltnis cine Phase
zwiscnen den Bewegungen cm. Das Schiff aber schwingt
mit Erregerfrequenz. Glcichung (1) wird zu
1
+N,,,,c+R,,,pMsirl(w1 t-t- c,,l)
(4)mit der Losung
q S sin (O., t. (5)
In flesonanz Iliuft die vhiffsbewegung der Erregung urn
90 nach Fine Stabilisiringsan1age steucrt em weiteres
zu berdck ichtigendes Moment bei. Sic bezieht ihre
Aktions-Ausiusweise ri1eniIichuflg ciner Im Auftrage des
Biindes-ministers Our VerIri 1 gi i g dii hgetuhrten I .i bra lur-St:udiu Die Ge,, llanlgung ZUJ vel()iiCntiIebuiig wurde .ini 17. Jar,,ar 1967 citeilt.
IIANSA - SchitTahrt - Schitlbau - Haren - 105.Jalirgang - 1068 -
Messe-impulse aus der Schifishewegung. Do diese nach Voraus-setzung harrr,onisch 1st, gelten die folgenden cinfachen Verhisitnisse:
Das Stabilisierungsmoment ldlit sich anschreiben als
MST = MST SIll (>' t + EST). (6)
Mit der Phase c..ZT emit das Moment hinter der
Schills-SI M...sin (lo\t t ± T) = MT Sfl(0jt COS EST
-I- M. COii ll)\ t . Sfl
und setzt in Gl. (13) die GIn. (11 und (12) em, erhilit man
MT R1 + N1 (f + 1
mit
MST COS E5T M.i' 5ST
R1 - ---. , N1 -- , Ii
1 O5i
(15> Nach Einsetzen von Gi. (13) nimmt die Bewegungs-gleichung die Form an:
(1,,,, 11)+(N,,,N1)+
H- (R,, - R1)
= M sin (hi t + ,,
). (16)Die Eigenfrequenz lautet hieraus:
!R R1
(fl,
= I
i.ii-Gin. (16) und (17) sind dos Ziel der Ahhandlung. Nach formalem Umformen wird ersichtlich, dali eine Diimpfunes-aniage alle drei Koeffizienten der Bewegurigsgleichung be
c'jnfluflt I i.,nd H, veriindcrn e nach Vorzeichen die Roll.
eigenfrc'qucnz N, ruft ileri erwdn.sehten zusiitzlichor,
Dimpfungsetfr'kt. hervor. Aus Gl. (15) foigt weiterhin, dat:
zumindest passis e Anlagen bei Resonanz em
Wirkungs-gr;drnaximurn aufweiscn (i. 90 ).
Es wird hetont. dali vorstehende Beziehungen nur be rein harrnontsch'n Vorgiingen gullig sind. Dies trifit an
niirternd auf die Schiffsbewcgung, nicht entfernt jedoch auf due Wellcn- ud r Stttbilisierungernorncnt zu In WirkLch-ket vcrschicbt aich also das entworfenc Bud, jedoch niclit
kennzeichncnd
(17)
Sundernumme,' 5Gb
erhaltcn erden. Im Rahmen des bier vorgelegten
Aus-zuges der ollsthndigen Arbeit [1] wire dber den Stind der
Erkenntni se bis etwa Flerbst 1966 b' 'ichtet. Hinsiehtlich der Ausluirlichkeit der Mitteilung wi.rde vom ye, fusser
eine Be rtung in der tVeise vorgenrnmen, dali Lrgeb-nisse, die einern grhlleren Kreise von Pachleuten b kannt
scm durften, nur kurz erwhhnt werderi uuid dali weniger
bekannte Ergehnisse ausfdhrlicher dargestellt serden.
Aulierdem ergab sich zwangslLiufig eine nichl zu '
rmei-dende Bewertung didureh. dali dos zur Vertiigung stehende
Material für die einzelnen Teilgebiete nicht in gicicher
Menge bzw. Qualitdt vortag.
2. Dämpfung der Roilbewegungen
2.1 Theoretisehe Betrachtungen
2.1.1. Abrifl der Theorie dcr erzwanqencn. Isünsthchgeddmpften Rollschwin1iuog
hecgung her. Bet Resonanz hut Die gesamte Bewegungsgleichung
I,
j + N,
,H-Msin (w t +
mit der Lösung
= sir
Die Ableitungen von Gl. (8) laulen:
(4 )
-
'\T' Daraus folgt:sin a51 t
cos (li t
Schreibt man das Stabiiisierungsmoment sic den Wert
lautet jetzt: R55 = + M. Sfl "M a1 t ((S (w1 t) in (lo\1 t) ci '4 (j f urn: +
90
5T (7> (8) (9) (10) (11) (12) MST COS FiST 22.1.2. llesondere Eqcnscl?aften dcr Rollbcwcgung
AuLier dum 1ioil inkel sjncj die Koetlivjcntcn (icr G 1. (1)
vn dci
elil1fcdi\vndigkcit
ahhiingig. 1nbesondejcwLichst die Ho11dimplung des Schilisrnmpfes mit
zunch-mender Gesehwindigkcil. Der Zu\vaehs wid von dci
Scliilkfoirn bcstirnmt, ist jedoch zahiennuiillig unzureichend
(i'f( )rsch t.
Die natdrlic'he Rollschwingung eines Schilfes 1st nur
seliwach peduimpft. Dies iiu[lert sich in rinem scharfen
Aniplitiidenonslieg bci Resonanz, wiihrend in den dbrigen Frequenzbercichen nor geringe Boilneigung herrscht. Rcla-liv kleine zusiitzliche Dornpfungskrafte reichcn aus, urn die Bevegung ahzuschwdchen. Die Wirkung passiver
Vorrich-tungen liiingt daven :ib. wie gut die Anlage auf die
Roll-cigenfrequcnz abgeslimrnt ist.
Die Vorstellung von der Grdfle des brniiligten
DiJmp-fungsmomentcs crhiilt mon folgendermalien: Hduflg \vird dos errcgende Wellenmoment mit der am Schiff \virksamcn
Wcllenschriige gebildet. Dcr Scheiteiwert des Momentes, dcc etwa dern des Diirnpfungsmomentes entsprechen saute,
lautet:
M=R,.1(1k2'') =\.GM.li(1k
) (18)
\vobci der Kiammerteil biswei]en fehlt.
Dies Moment ist natllrlich bef kleinem GM kiciner als hei
groik'm. In diesem Fall gcndgt em klcines zusdtzliches
Diimpfungsmoment.
2.1.3. Zur Art der RoUddmpfung
Oft schreibt der Verwendungszweck eines Schilfes vor, dali entwedcr
die Amplitude oder die Geschwindigkeit oder
die Beschleunigung
der iloilbewegung heiunlergcsetzt werden mull. Eine
mathematische Tint ersuchung dec Bewegungsgl cichungen zeigt, doll die Dlimifung oiler dcci GrdIlen zu erzielcn ist, man einzelne Parameter isoliert. Aut em wirkliches
Stabilisierungsmittcl 1st dieses Rezept nicht so einfoch
an-zuwonden. Em einziges Konstruktionsdethil bccinfiulit meh-rere rnathernatische Parameter. ohnc dali der
Zijsammen-hang bekannt 1st.
Tm ailgemeinen beniillt man cine Anlage auf mdglichst kriiftige Arnplitudenrcduklion. die ouch die anschaulichste GrdIle st. Ntittirlich nehmen bei guter Amplil.udenrcduktion in Resonanz ebenfalls Rullgeschwindigkeit und
-beschleu-nigung im Durchschnitt ab.
2.1.4. Maf3stdbe : ur Rev rteilsunq der Gute cuter Rollddiopfiingsanloçje
Die Kapazitilt von Stahilisierungsanlagen wird gewdhn-lich auf Giund bestimmter Parameter beurteilt:
Durch die Winkelreduktion. Eine Anlage ist z. B. liihig.
den Resonanzwinkcl von ± 15° auf ± 1.5
herab-Z Lid 1 U cken.
Durch die Wellcnschriige. Es wird angenommen. dali ciile Wellen cine durchschnittliche Wcllenschrfige von
z. B. = 6° hcsitzcn [2]. Uber die Beziehung
(18)
1st die Grdflcnordnung des erregenden Momentes und dainit die Anlagenkapazitdt bestimmt.
Durch einen Roll-Vergrfiulerungs-Faktor. Dem
Ver-hiiltnis von grbultem Rollwinitel bei Resonanz zur
mitt-Icren erwarteten Wellcnschriige wird em bestimmier
Wort zugeordnet.
Krdngung irn Glattwasser. Die Anlage vermag dcm
Seioiff in Glottwacser chic Neigung von z. B. 5 zu
ver-lcihcn. 3 2 3 2 6 2 05 10 5s 05 10 s 0,5 (5s
c)!dra(r [Sm, futrj rn gesarnten
frrq,en.twie#rh (n6tsser[ .Ini ,'',,r:e5, i,ute passive ra,ks)
5) -'ohere Anrpl,tudea sate,-Os/b See kesoeanz (p555,/c An/ages)
c(&h(schte CSsp!ung katz
cuter Pesonenzredul,t,an (Schmhterpass,ver Task)
EigentUmlich für alle Bewertungen 1st der Bezug auf den
Rcsonanzfill oder out em testes Erregermornent. Die breite
Vielfalt der Mdglithkeiten auf See wird also auf einen
cm-zigen Punkt dcr Frequenzskala zusammcngezogcn. Therm liegt die Gefohr dec tiberhe\vertung der Güte einer Anlage besonders bei passiven Anlagen. Die Ruder I b und 1 c
zei-gen dos Roliverhalten tines Schiffes und passivm Tank. Guter Resonanzreduktion stehen erhdhte Rollamplituden
aufierhalb due Resonanz gegenuber. Der Tan]c vergriiflert
also die Rollernpfindlichkeit des Schiffes, wenn auth die
Resonanzamplitudcn nicht mehr erreicht werdon. Es sd hier schon darauf hingewiesen, dali hei passiven Tanks Mallnah-men zur Diimpfung des Tanlcluiicsigkeitsstrornes liullerst wichtig sind. Auch für die aktivierten Aniagen sind obige Kriterien unbefricdigend, do gerade sic auf einem breiten Frequenzbtind thtig sind.
Eine gecignetere Bemessungsgrundlage lbl3t sich mit Hilfe
eines Scegangsspektrums herstellen. Die immcr vorhandene
obere Grenzc dec Knpazitbt wird durch cinen
Seegangs-status markiert. bei dem ich zurn Beispiel der Einsatz des
Schiffes aus Sicherheitsgrunden gerade eben verbieten \vdrde. Der Aussagewert der hierfdr festgestellten
Wirk-samkeit ist priignant.
Die einfachen Bc'ziehungcn
S. (as) = (Secgangsspektrum) (19) a (to) = 0)2 (Wellenschrlige) (20) g [a(w)] S,, (w) -Au (Wellcnschriigenspektrum) (21)
liefern das We11ensthrigenspeklrum aus dern
Seegangs-spektrum [31. Durch Multiplikation mit dor Resonanzkurve
erhillt man in bkanntcr Weise das Rolldiagrarnin eines Schiffes in natürlicl-iem Seegang. Die signifikante Amplitude
- dos ist z. B. der Durchschnittswert dcc 'Is hiichsten ZU
er-wartenden Arnplituclen - gewiihrt einen urteilskriiftigen
Uberblick über siimtliche zu erwartcndcn Errcgerfrequen-zen. Ihr Wert liegt gcwöhnlich betriiclitlich tiefer als der für
Resonanz.
Es ist üblich, die Resonanzkurve in Versuchen mit regel-rniulligen Wellen aufzunehmen. oiange Seegangstanks nicht zur Verfugung stehen, mlisscn sicli derartige Versuche auf s(hr kleine Geschwindigkeiten oder Stand beschriinken. Da bekannilich die Rolidlimpiung des Schiffsrumpfes mit
zu-nehrnendcr Geschw-indigkeit wiichst, untersuelit man jedoch
einen ungunstigen Zustand.
S (w)
Für Sehille nut gcrinier Völliglccit und flundspanten so-',j' niedrigerein GM ruufen schrige cinkonuiucnde lATeIlen guo[)ere I)lI11upli1lulefl als Qo'rwellen hervor 4]. IJus solite Uci Vcrsuchen berdcksichtigt weuden.
2.1.5. Aklivicrunp von Selinqerddnupflt)Jsuüapea
Die llewegungsglcichung cmos stabilisierten Schifies
lautet
(I1I1)p +(N N1) +
± (R,-R1)q
1\Isin(u.\tt+ FM). (16)Foi pasiven An1agen mull man mit den nach dem Bau
euhallenen Koeffizienten I, N1 R1 zufrieden scm.
Fort-\Vahrendes, dern momentanen Bedarf angepafltes Andern eil:iuben nur aktivieite Anlagen.
FliIfsmittel der Anpassung zind die Antriebsmaschinen: des Vcrstellmotors hei Flossen z. B., der Urn\vi1zpumpe bei
Tanks. Sic ihrcrscits werden Von Signalin verschiedener
Art gere6elt. TJrsprung und Auswirkung der Signaic
ver-den im folgenver-den beschriebcn.
a) Fecdahead-Steuerung
Die vorteilhafteste Regelung \viire eine Steucrung nach
Gegebenheiten. denen dos Schili ausgesetzt scm iviud. Man
hiilte die Wellenformatiun als Bewegungseireger nbzutaslen
und daraus vorbereitende Sleuersignale so formen. Eine soiche Regelung existicrt noch nicbt. Es werden jedoch
einige Vo'sch1age für ihre Veuviiklichung untcrbreitet. Feedahead-Regelungen könnten auf folgenden Prinzipien beruhen
Die momentanc Wellenfoirnation am Schiffsrurnpf
\vird von Druckdosen oder Wasseistandsanzeigern
ge-messen. Integration fiber die OberflUiche ergibt dos Cr-regende Moment. Die Methode 1st aufwendig und teuer [5].
Die Erregung kann vereinfachend out den Begriff Wel-lenschrdge zusammengezogen werderi. In der
Schiffs-neigung ist die augenb1ü.kIiche euregende
Wellen-schriigc neben vielen \velteren Anteilen vorhanden 15]. Urn diesen Wert herauszutrennen, wLire cm umfang-reicher Gerfitepark erl'ordei]ich.
Die Wellenhewegung rings urn dos Schiff wird
photo-grammelrisch - oder Lihnlich - fortwiihrcnd
beob-achtet. Em soiches Verlahren müllte vollig neu
er-arbeitet werden.
Feedahcad-Steuerungen wiiren geeignet, die Roilbewe-gung fast ganz zu unteidrfickun. Die Entwicklung eines der
Verfaheen kilme sowohi der Stabilisierung als audi der Seegangsforschung zugute.
b) Feedback-Steuerung
Leicht melibare Signale liefert die Schiffsbewegung selbst. Fine mit ihnen vcrsorgte Regelanlage steuert jedoch die Antricbsmaschine stets hinter der Schiffsbewegung her.
Wählt man hydraulische Antriebsmechanismen, vergrdllert siüh die Phase weiterhin. So ist bci Schiffen mit kurzen Roll-perioden elektrischer Antrieb vorzuziehen. Em Restroll-win kel mull bei Feedbackanlagen erhalten bleiben, urn stets
llber Vergleichssignalc zu verfügen.
Feedback-Steueranlagenverwenden diel3ewegungssignale
ç [5, 6, 7, 8, 9]. Die Dfimpfung ciner Schwingung ist
i. a. der Geschwindigkcit proportional und somit (ji die tra-gende RegelgrdI3e. Die llbrigen Signale wirken verbessernd. Das urn 90 vorancilende Beschlcunigungssignal4 wird
be-nutzt. urn die Phase zwischen Befehi urid Ausfdhrung zu
vcrkleinern. Damit werden kurze, ruckartige Bewegungcn ahgeschwiicht. Die Phase vergrhllernd wirkt der nacheilende
Winkelweg . Dr ziusiitzliche Duimpfungsetfekt beider
Em-schlUsse 1st nicht ausgopriigt [81.
Bud 2
/
/
HA.NSA - SthIflihrt - Schitibau - XIafcn - 105. Jahrgang - 1'JGH - Messe-Soedernummer 503
Das Stcuersignal E setzt sidi somit zitsammen aus
En4i h4ic1
(22)Dee Output der lfegclstrcckc st deni Eingangssignal E natUulich proportional. Deshaib sind a. h, c ouch den
Zu-satzgrolten I, N1. Il aus Gi. (16) proportional. Für jedes
Schitf kiinnen die Koeftizicnten am Anatogrechner vorher-bestimmt und bei rnanchc'n Anlagen sogar irn lietrieb ver-stout werden.
Weitere Steuersignalc werden bei den cinzelnen
Diirn-fungssystemen behandelt.
c) Bezugscbcne für die Stabilisierung
Nach der Ebene, die auf der zu stabilisierende Winkel bezogen wird, unterscheiden sich zwei Begriffe:
Sog. Scheinlot-Stabilisierung. Gekoppelt mit dem Rol-len tritt Swaying auf. Die Beschleunigung diescr Quer-bewegung empfindet der Mensch ebunso vie die An-fahrbeschleunigung einer Straflenbahn: cc beugt sich
urn elnen gewissen Wmnkel vor und hebt damit die
Be-schleunigung auf. Fine vorzeitige Neigung des Schiffes urn diesen Winkel - das Schcinlot gegen die Vertikaic
- vürde
die Swayingbeschleunigung unspfirbarmacb en.
Im Seegang werdcn sehr kurzzcitigc und hohe Hod-zontalbeschleunigungen bcobachtet 1101. Anders als beim Rollen findet man sic in eiriem weitgestrccklen
FrequenzhLreich. Sic liegen nicht in Phase mit dern
Rollen. Urn sic zu beseitigen, sind Kriifte ffinffacher Rolldampfungsstarken vonndten. Deshalb ist
Schein-lot-Stahilisicrung nicht mdglich.
Stabilisierung gegcn bieibcnde Neigung. In gewissen
Smtuatmonen schliigt em Schmff mit konstanter Neigung
zur Seite flber: bei Windiruck, Lndungsverschiebung, Leek, Trossenzug, Wendekreis. Es 1st vernfinftig, die neuc Lage ills Bezugsebene der Stabilisierung zu
neh-men. Senst ginge cm grol3er Teil dcr
Stabilisierungs-kapazitat für dos Aufrichten des Schiffes aus dieser Neigung verloren.
2.2. Schlingcrkiele
Schlingerkiele sind cinfache. billige und zuverlfissige Diimpfungselemente mit grol3er Wmrkung. In i.iblicher Bau-weise reduzieren sic die Rolibewegung eincs Schiffes in
natürlichern Scegang um 25 bis 30 u. Em DSmpfungsgewinn
der Schtingerkiele dank wachsender Schiffsgeschwindigkeit ist nicht zu verzeichnen, sic verhalten sich also keineswegs wie Tragfluichen. Im Stand 1st die Wirkung der Kiele relativ
am groflten (Bud 2). mitSchlingerkie! - ohnQ Sch(ingeik,el q020 oatS fqoto q000 S 0 qo 020 030 Ci40
Tm glatten Wasser erfllhrt cm SckuifT durch Schlingerkiele
keinen kennzcichnenden Wiuierstandszuwachs. In bewegter See steilt sich jedoch durch Wirhelbildung em merklicher
Zuwachs em. Trimndagen des Schilies wirken ebenfalls
widerstandserhiihend. Eingehendc theoretische
Behandlun-gen von Schlmngerkielcn finden sich in [11-171.
Aus experimentellen Untersndiungcn 112, 181 lassen sich einige Richtlinien für die Anerdnung von Schlingerkielen ableiten: Fine Lunge von weniger als 40 1/0 der Schiffslbnge
1811d 3
2 4 6 8 12 14 15 18
XOrstruklior,sslynfer,
ist ausreichcnd (Bud 3). (Bei Roliperioden üher 13s Druer
kann die llLihe unter 2 0/ der Schiffsbreite liegen. Für 10 s Pcriodcndaucr sind 30/0 der Breite ndtig. Diese Angahen strum Anhaltswerte dar.) Die Hdhe richtet sich nicht zuletzt
nach dem Piatz im Kimmradius. Es ist zu bedenken, daB
schianke Sciiiffe kurze, aber rndglichst hohe Schlingerkieie
brauchcn für voliige Schiffe aber des Gegenteil gilt. Die
KrBmmung des Kimmradius hut auf die Wirkung eines be-stimmten Schlingerkiels keinen Einflull. Per Liingen-Miltel-punkt von Schlingerkielcn sol1t etwa 5 bis 10 °/ der Schiffs-binge hinter dem Hauptspant liegen. Alle Sonderformcnvon
Schlingerkielen, wie reihenfürmig angeordnete rechtcck ige oder dreieckige Profilflossen [111-21], haben sich wegen er-hiihter Baukosten, geringer Mehrwirkung oder
Geriiusch-beliistigung nicht durchgesetzt.
2.3. Sch]ingerdiimpfungs-Tanks
2.3.1. Passive TanksDie Flüssigkeitsmenge eines teiiweise gefüliten Tanks wird dureh die Schifisbewegung in Schwingung versetzt. Sir liiuft mit rifler Phasenverschicbung, die vom Verhüllnis der Er-regerfrequenz zur Tankeigenfrcquenz abhiingt. hinter der Schiffsbewegung her. Grdflte Diimpfungswirkung wird or-reicht, \venn die Phase 90 betriigt. Des ist der Fall. venn
Erreger- und Tankeigcnfrcquenz fihereinstimmen. Für Pha-senwirikcl kleiner oder grbl3er iuls 90 ist die
Dümp[ungs-wirkung stets geringer. Wegen der kleineren
Erreger-momente auI3erhalb Resonanz rcichen jedoch auch kicine
Diimpfungsmomente nus.
Die vichtigste Erregerfrequenz ist die Rolieigenfrequenz des Schiffes, auf die also der Tank ahgesteilt werden muli.
Da aber die Roileigenfrequcnz des Schiffes mit Tank im
ailgemeinen anders. niimlich urn einen unbekanntcn Betrag kieiner ist als die Eigenfrequcnz ohnc Tank. bedarf es einer Versuchsreihe, urn den besten Tank zu ermittein. Rechne-risch 1st das Problem für U-formige Tanks geldst bis auf die Bestimmung dor Stromungsdürnpfung im Tank [22, 23. 241. Versuchsunteriagen linden sich in [23. 27.
30-34]. Für
Flachwassertanks heute Bbiicher Bauart 1st die rein
mathe-matische Abhandlung nocb unmi5giich [26] wegen der vdil[g
niehtlinearen Strdmungsvorgiinge: die Flüssigkeitsbcwegung gehorcht, nach dem Erschoinungsbild zu urteilen, den
Ge-setzen rifler Wellenbewegung über seichtem Grund.
Bei alien Tanks spirit die flmpfung des
Fiüssigkeits-stromes eine beherrschende Rolie. Kann sich ndmlich die Flüssigkeit frei bewegen wie in glatten, rechleckigen Tanks
[33, 35. 36. 44], so bchiiit sic wegen der groflen in ihr
stecken-den Energie die einer bcstimrnten Frequenz entsprechende Stromungsgeschwindigkeit noch liingere Zeit bei, wiihrend
das Schiff schon mit einer anderen Frequenz rout. Diese
Erscheinung führt zur Erhdhung der Roiinmplituden beson-ders aulierha]b der Resonanz. Sir kann nur durch
Hinder-nisse rn Stromweg behoben werden, die die
Fiussigkeits-energie rasch vornichten.
Em wesentlicher Vorzug von Schiingerdiimpfungstanks ist ihre Wirksnmkeit bei jeder Fahrtgcschwindigkeit. Sie
treten in Aktion, wann immer des Schiff rout.
Gemeinsame Verwendung von riossen end passiven
Tanks schoint em iiöchstmnfl an RolldSmpfung für jederl
Betriebszustand zu gewiihrleisten. li) U-förmige Tanks
Geschiosscne U-fiirmige Tanks wcrden mit Wosser odor 01 betrieben. Zur See offene Bauformen füi]en sjC}-1 brim
Roilen des Schiffes durch Seitenpforten mit Seewasser, des
auf demselben Weg wieder
ausliluft. Verhältnismiilligkleine frcie Oberfiuichen verursachen nur geringen Stabili-tbtsverlust. Das Umströmen der Flüssigkeit veriuiuft triige, was neben mangeinder Beherrschung der DiimpfungsgrdI3e
zur Amplitudenüberhiihung bei Nichtresonanz führt. Bei langsam rollenden Schiffen - Passagierschiften,
Frecht-schilien mit Roilperioden über 15 s - sind mit einem Flüs-sigkeitsgcwicht von etwa 1,5 o: des Dep]acements 43 bis 55 0/ Roilreduktion im Seegang zu erreichen. Perioden unter
12 s Dauer verlangen wesentlich hBheres Gewieht.
Die Frequenz ist in engen Grenzen durch Ventile im
Luft-ausgieichsrohr oder im Verbindungskanal einzusteilen. La-dungsiinderungen wie auf Frachtschiffen sind unzutrkgiieh. Mögliehst hohe Loge end Ausnutzen der voiien Schiffshreite
kommen der Wirkung zugute.
h) Flachwassertanks mit freier Oberfliiche
Auf Grund schneilen Flüssigkeitstransportes tritt die
Wirkung rascher em ills bei U-fdrmigen Tanks. Gewicht
und Raumbedirf sind niedriger bci gicielier Effektivitdt von
4555 l/
Rnllreduktion im Seegang. Sehilfc mitRoliperlo-den über
15 s benotigcn cm Flüssigkeitsgewicht von 0.5-1 0/ des Depiicements. Unter 12 s Periodendauer steigt des Gewicht auf 2-3 0/ des Deplacements, ist bier also mit clern von U-fdrmigen Tanks vergieichbar. Hinzu treten noch die Stahleinbaugewiehte.Ampiitiidenüherhohung im n ichtresonanten BereichWird
dureh Struimungshindernisse verringert. Diese bestehen otis EinychnOrungen, Gittorn odor Bienden (Bud 4). Für Gitter 33, 34! und Bienden [35] ist in Versuchen (lie jeweils gun-stigsite Steulung zu ermitleln. Für Schiffe mit geringer
An-ftingsstibiuitiit rignet sich der H-fdrmige Tank 12, 27, 28, 29, 37. 38] wogen der kicinsten freien OberllLiche.
Bud 4
Die Eigenfrequenz von Fiachwassertanics Ilifit sich in engen Grenzen (lurch de FlOhe der Flussigkeitsfüiuung
rogulieren. Mit abnehmender Wasserliefe sinuit allerdings das Diimpfungsmoment. Eingehaute Tunics können durch
geuinderte Fullung nur verstimmt, nicht aber bei
unveruin-derter Eigenfrequenz wirksamer gemacht werden.
Des Diimpfungsmoment ist der Wurzel aus dem
Roll-winkel ungefdhr proportional. Deshaib ist die Wirkung der
Tanks bet grollen Ampiituden sehwiieher als hei kieincn
Ausschliigen. Der Tank soilte die voile Schilfsbreite em-nehmen. Das Moment 1st der dritten Potonz dieser
Abmes-sung proportional. Em oberheib dci Rullachse angeordneter
Tank diimpft virkungsvoUer a1 em tiefliegender. Jedr T)9rpfangtaflk verringert die Anfangsstabil itiit und setzt
daniit die Schiffssicherhcjt herab.
Tanks crnpfchlen sich für Schjffe, die vern Bau her Ober Ballast- odor Lacletanks verfbgen. Ohne Modoilversuche
kinncn mit Ballasttanks im fltrieb Ei'fahrungen iiber die
F011rnengC gesammeit werden [39]. Gro{3c steife Frncbt-schdTc c'rreichen mit den im Vorangehenden angegcbencn
rlussiglitsgewichten allerdings nicht den genannten
Urn-fang an Hollreduktion. Dazu arbeiten Tanks zu trbge.
Dor Preis patentierter Tanks betrbgt von dem einer
Flossenanlage. Freie Tanks sind billiger. 2.3.2. Aktiviertc Tanks
Die Vorteile aktiviertcr Tanks gegenUber Flossen
be-ruben darin, dali sic bei jeder Geschwindigkeit die
Roil-bevegung diimpfcn und bei Ausfall des UmwiUzmotors
noch eine Rcstvirkung als passive Tanks behalten.
U-fiirmige Tanks sind beirn Einbau von Umwiilzaniagen
am besten geeignet, Pumpen kinnen leicht in die
Verbin-dungsrnhre für die Luft [40] odor die Flussigknit [41, 42, 43]
gelegt werden. Gut ahgestimmte Tanks reduzieren die Roll-bewegung in gleiche Hdhe von 80°/o und mehr wie Flossen. Wagon grolierer TriJgheit mull jedoch die anderthalbfacbe lietriebsicistung installiert werden. Das Anlagcngewicbt
be-lOuft sich auf 1 ± 3 o des Schilfsdcplacements. Es ist grülier als bei Flossen gleicher Wirksamkeit. Die Anlage fOhrt
elnen Stabilitiitsverlust herbei. Sic mull gewartct worden und verursacht Ger9usche. Wcrtvoller mitlschiffs liegender
SchilTsraum gcht verloren. Der Preis belr2gt etwa 750 von dom einer Flossenanlage [42].
Halbaictivierte Tanks regein bei geringern
Leistungs-bedarl die Durchflullrnenge mit HOle eines Ventils. Die
An-passung an die jeweilige Rollfrequcnz ist crreichbar. Die Wirkung soil hither liegen als bri passiven Tanks [42].
2.4.
Sch iingerdiimpfungsflossen
Zahirciche bekanntc Arboiten beschiiftigen sich mit dem Gebict der Schlingerdiimpfungsflossen, zuletzt 21. Flossen
erfdlien ihre Aufgabe gut. Sic ddrnpfen die Rolibewegung
im Seegang urn 80 o/o und mchr. Das ist u. a. cm Vcrdienst
der Aktivierung. Passive Flossen wiiren weniger
wirkungs-you als Schlingerkicle.
Flossen sind seitlich aus dam Schiff ragende Anhiinge mit stromungsgdnstigem Prolil. Dos etwa mit
Fohrtgeschwin-digkeit vorbeistobmende Wasser erzcugt Auftrieb und Widerstand, die boide mit zunehmendern Ansteliwinkel
wachseri. Einen Widerstanclszuwachs verursachen auch die Tasc"nrn einholbarer Flossen. Der Rumpfwiderstand ames rollgedfimpften Schiffes im Seegang ist kieincr als der elnes ungeddmpften Schiffes, so dali dos gedbmpfte Schiff trotz Flossonwider.stand in Wcllen schneller fbhrt. Bei hiiehsten Geschwindigkeitsansprüchen erscheint es jedoch wegen
Ab-reil3ens der Stromung und Kavitation giinstiger, schiffs-interne aktivierte Anlagen wie Tanks zur Ddmpfung zu verwenden.
Der Flossenauftrieb ist durch folgenden Ausdruck ge-geben:
L = 1i V2 A CL.
Daraus schlicfit man: bei kieincn Gcschwindigkeiten
lie-firn nur sehr grolifliichige Flos;scn den notigen Aultrieb. Eiri
dcc Sthiffsgriille angemessenes Flossenpaar verliert seine
Wirkung bei Geschwindigkeiten unter 10 bis 12 kn.
Eine kurze Roliperiode vcrlangt eine grolle Flussenfthche.
Unboeinflu!3t durch Flossen bleibt die Mandvriereigenschaft
dos Schiffes [42].
l)s Gewicht sctzt sich zusarnmen aus: Fiosse und Motor, Fiindoment und Auftriebsverlust der StauriiunAc. Es liegt boi 0.5 bis 2Db (los Duplaeemcnts [2, 46, 47]. Gut ausbalun-Curio Flossen bcdbrfcn nur geringer Antriebslo'ictung: etwa
5 bis 10 kW für Schiffe zwischen 30000 und 50 000 t
Deplace-Bud 5
ment. Sic ist bei kurzen Rollperiodcn mit rascher
Versteil-zeit hdher ais bci langsam roilenden Schiffen [46, 47].
Schlingerddrnpfungsflosscn sind untauglich für Wetter-schiffe, WachWetter-schiffe, VersorgungsWetter-schiffe, Fabrikschilie und andere vor Anker liegende odor langsamfahrende Schifie. Der Preis für Flossen heldult sich etwa auf dos Drei- bis Fünffache von passiven Tanks.
2.4.1. Geometric und Hydrodsjnandk
von Schlingerddmpfungsflossen
Es lassen sich drei Grundbauformen untcrschciden (Bud 5) VoIle Flosse. Sic 1st geeignet für einfache Anlagen mit
kicinem Auftrieb wie bei nicht einholbaren Flossen. Haupl- und Nebenflosse. Ohnc Gefahr des Abreillens
der StrOmung konn die Nebenflosse weit fiber den
Winkel dor Iiauptflosse hinaus angesteilt werden. Man gewinnt gegendhcr vollen Fiossen etwa 30 o/ Auftrieb. Diese Bauform ist die gebriiuchlichste. Sic überdeckt den miltieren Geschwindigkeitsbereich bis Ca. 25 kn. Eingehende Untersuchungen lieferten [48, 49, 50, 51]. Flosse mit Schlagklappe. Jenseits von etwa 25 kn
be-hindert starke Kavitation den Einsatz der bisher go-nannten Bauformen, In diesem Bereich bleiben edoch Flossen mit Schlagklappen wirkungsvoll [52]. Bei die-scm Typ ruht die Hauptflosse in Nullstiilung, nur die
Kiappe wird bis zu 60 abgewinkelt. Soiche Flossen
sirid an Schiffen noch nicht erprobt worden.
Zwei aus der Natur des umgebendon Mediums erwach-senden Gefahren beheiligen die Wirkung dcc Flusse:
Abreiflen der Strbmung: mit darn Abreillen der
Strd-mung fiillt der Auftrieb der Flosse ruckartig ab. Der Widerstand wlichst.
Kavitation: mit zunehmender Kavitation sinkt der Auftrieb stetig. Weitere Folgen sind Geriiusche und
Majerialerosjon.
Beide Erscheinungcn hflngen stark vom Seitcnverhiiitnis der Flosse ab. Abreillen der Strömung tritt bet b/c 2,0 bei
20 Ansteliwinkel auf. bei b/c 1,0 bci 30 Ansteilwinkel und bei b/c = 0.5 fast gar nicht. Grolie Seitenverhdltnisse
erfordern wegen des hohen Biegemomentes em dickes
Wurzelprofil, wodurch Kavitation gofordert wird. Der Auf-trieb sinkt mit dern Seitenyerh]iltnis. Bci einem
Seitenver-hflitnis b/c = 0,5 kann em angomesscner Auftrieb nur mit
1-lilfe von stark angeotcilten Schlagklappen errcicht wer-den [52]. Der dbliche KomprorniI3 dürftc bei bc 1,0
lie-gcn.
Eine Flosse er7iclt in der instationiron Schiffsstrdmung
wcniger Auftricb als in der stationiirri StrOmung bei der Moclellerprobung. Wird cine Flosse rotutorisch urn einen
be-5Oetu,'d Nbenf5'j5e
Fos0e mt 5ch(cgkkpen
stimmten \Vinkel hin- und hei'bewcgl, so ist ihr momen-tuner Auflrieb grüfler als bci cntsl)rethender stat jondrer
Ayistellund. Dic'i'r lUJelci des ,.transient lift ist urn so
slur-her. je kurser die Anslellzeil. ji grfier dits
SeilenvcihLilt-oh. rind je niediiger die Anstr ingeiuhwiniligkci1 st [8. 52].
Etwa oberhalb VOn 15 kn erlisdit Cr.
2.4.2. Bcsoodere Gesic/it.puokte der F'los.sensfeucranq Flossen wcrden nach der im Abschnitt 1 bcschricbenen
1\lethode gcsteuert, wobei nur ausfdhrliche und
komfor-label virkende RegcleinhcUen alle dici Bewegungssignale cinbcziehen. Das wichtigste Element ist B- . Mit diesem
Anleil ullein gcsteuerte Anlagen erzielcn hefriedigende
Ei-gebnisse [7, 8]. Die Regelung kann mit IflIfe der vom Mo-deli her bekannten Auftriebwinke]kurve erfolgen. in deni
die nierncntane Anstellage mit derjenigen verglichen wird, die den benötigten Auftrieb liefert. Bei einem anderen Ver-fahren wird mittels des Biegemomentes urn Flossenful3 der gei'ade vorhandene Auftrieb gemessen rind dem benbtigten gegendbergestellt. Urn das Flossenmatetial nicht zu Uher-lusten. wird mit Hilfe des Fuhrlgeschwindigkeilssignals da-für gesoigt, dull Anstellwinkcl und damit Auftrieh den
je-\veils zuldssigcn Hbchslwcrt nicht dherschreiten. Beide
Regellechniken erreichen gleichc Wirkung [9].
2.5. Seltenc Diimpfungssysteme
2.5.1. Krei.sel.slabilisalorc'n
Ahnlich wie bel passiven Tanks müssen Kreiselstahilisa-toren auf die Rollfrequenz des Schiffes ahgestimmt wet-den. Auf den kleinen, für Kreiselslubilisatoren geeigneten Schif-fen wic Eisbrechern, Lotsenbooten. U-Bunion und Jacbten
kann das Rollen his zu 81)" rind mehr unierdihr'kl wet-den.
Auf grOlieren Schiflen kommt man mit nur einern Krcisel nicht arts. Die niitige Drehgeschvindigkeit eines Kreisels isi
schr groil, so daLi derScheibendurcbrnesser durch die
Festig-keit des Material bestimmi wird. Das Gewicht bet riigt
zwi-sdien 1 und 3 0 des Deplacernents. 13cr Plalv.bedai-f ist
did-mal griller als
bei Schlingerddmpfungsflossen, herLei-stungsbcdarf doppelt so bach. Hohe Installations- und
Unteihaltungskosten kennzeiebnen den Kieisel als
Stabili-sator für Sondcrzwecke [58, 59, 60].
2.5.2. Fe,sfe Massc'n
Feste Massen rufen durch Pendein von Schilfsseite zu
Schiffsseitc em rolldiimpfendes Moment heivor. Sc.hwicrig-keiten werfen die Art des raschun Aniriebs und des Brcm-suns der grollen Massen auf. Einer vergleichbarcn Gefuhr
bci Kontroliverlust untei'liegt kein anderes
Diimpfungs-system. Del einem noeh heute vielversprechendem System
glitt cm hydraulisch angetriehenes Gewicht auf einet
Haib-kreisbahn von Seite zu Seite [58]. Gar nicht bcwihrt hahen sich auf Schicnen laufende Wagcn, die teils durch
Zahnrad-eingi-iff [61, 62] tells durch cm Olbad [59] gcbremst wurden.
2.5.3. VSP, Wnssers(ruhlantricb
Andere Schuberzcuger \vie Voith-Schneider-Propeller
oder Wasserstrahlpumpe [62, 63, 64, 65] stellen nur Ideen moglictier DLimpfungselemente dar. Als soiche sind sic nie
ausgofllhrt \vordcn, weil von vnrnherein cm herkhmmlicher
Stabilisatortyp genannt werden kann, der die Aufgabe bil-liger, sicherer und genauso wirksam erfülit.
3. Dämpfung der Stampf- und Tauchhewegung
3.1. Stampfdiimptungsflossen
3.1.1. Abrif} der Theorie her Stairipf- und Tauchbewepung unter Einschlujl rots Ddriipfungsflossen
Tm Gegensatz zum Rollspektrum ist das Energicspcktrum
der St.umpfhewegung cines Schiffes flach and bred. (Bud Oa).
Die Rolilsewegung ist gekcnnzeichnet duich geringe Dump-fung. dsoihalh besonders weitc' Amplituden in elnem schma-len Resonarizbcreich. IJolic Diirnpfungskrtifte dagegen
be-5357 0.559 097 59? 9,
- unS Stamp! :002' ,r eros Srn,!fes
25 50 :9 It 525,'
-0'rd0mx1Iberegoagsmfordr.rprss .S:gflosse [72]
Ilild 6
gleiten das Starnpfen. Die Bewegung zeigi nur schwache
Re-sonanz, ISOt inch ji'doch auf cinem breiten Frequenzband
erregen.
Wic arts zahlreichen Vei'dffcntlidiungen bekannt ist, tre-ten Stampf- und Tuuchbewegungen cines Schiffes stels ge-koppelt auf Dcshulb beschi-eibcn zwei Gleichungen den Be-wegungsablauf. Durc'h die Anwesenheit von SltimpfdLimp-fungsflassen vcrden einzelne Glieder verundert, so dull die
Gleichungen lautcn 86, 67, 68]: Siumpfen (I '09 1-)-
(N1N1' l)
+ ± (R190 R1 11h. 0 H-(I,,, F 1) - -H (N01 - N1259 ' l) + R,, . z =- M -H F1 '1. (27) Tauchen::i.. -H Ii,) - -H (N05 + Ni2) z +
-f R,, 'z -F (T
'1)(NcaNjssz l)
±(Ru, ± R119 1)O = F ± F1 . (28)
Aile mit Index 1 versehenen Koeffizienten gehen auf die Flosse zurück-, 1 ist der Abstand der Flossenaclise von der Stampfachse positiv für Bug)losscn, ncgativ für Heckflos-sen. Diese Gleichungen werden diskutiert, da sic
unmittel-bar etwas über die Wirkung der Flossen auszusagen
ver-mOgen.
Die Tiligheiten (I) werdcn durch Flossen vergrbflert.
GemLif] (0. =
/
R,, sinkt wegenunverlinder-I., +
tcm R,., die Tauchfrequenz. Bugflossen bewirken den-selben Effekt bci dci- Stampffrequcnz w, Heckilossen
lassen diese unveruindert.
UnabhLingig von der Flossenanlage werden die DIimp-fungen (N) erhiiht.
Die Kopplungsglieder sind sdiwieriger zu beurteilen. Im allgerncinen wird dutch die Trllgheits- rind Brick-stellglieder (R) die Eigenfrequenz beeinflullt. Die unter a) beschriebenen Tendcnzcn bleiben jedoch erhalten.
Die krijftige Kopplang von Stampfcn in die
Tauch-bewegung bcruht nut dern Dhimpfungsglied (Nic,
-N151, 1). Flossen wirkcn folgendermallen: Heckflossen verslfii'ken die Tauchbewegung, Bugliossen verringern sie. Ferner sri festgestcllt, dat] die Kopplung 'om Tart-then in die Stampfbcwegung nie.ht aitsgeprfigt ist. Das Diimpfungsglied (N,() N17 I) h:it von Schiffsform
zu Schiffsform verschiedene Wirkung und GröIle.
566 HANSA Schilla hrt Schiffbau Ilafen - 105. .lahrgang 1915 Messe-Sondernumnier
T,c9e,, mt &q5fo,o.
81% II
.1
Expei men tell an ci I'Cchn erisch - du rch Liisen der Cl
ci-('hUnPen (27) and (28) weiden dic'se cinfach gel unclenen
Aussigen bestiil ipt [(ii), 70, 71, 721 Bud 6b zcigt am Beispiel pissiver Bugflo.sen, dali die Tiuchbewe8ilng nur in dec Nihe der Iiesonanz gcnildii( wird. s nstIhCi verstjjikt. Dci niederfrequenter Erregung hebt und ionkt sich das
SchilT mit den Wellen. Keine Dinipfungsanl'age'kinn diese
Bevegung tilgen.
Die Ergihnissc von Modellversuc.hen werden irn
fulgen-den erghnzend zusammengefa!3t:
Die Wiibung von Stampfdimpfungsflossen ist
geschwin-digkeitsabhingig and konzontriert sich auf die Resonanz.
Bus Maximum cifler Stampfresonanzkurve kann von
pas-siven Bugflosscn urn 30 bis 40 0/o gesenkt werden. Im nalPr-lichen Seeging betriigt die Reduktion dec signifikanten
Amplthide 20 his 25. Durch Aktivierungen werden
bfich-slens 5 hinzugewonnen, da sehon passive Flossen grollen
Anstell\vinkeln begegnen.
HugIlos.en verringein die Taudmmplilade bci Resonanz und unniihernd 20 °;u. In nitfirlichem Seegang geht dicsei' Gewinn vdllig verloren, weil her die gciiBercn Bewegungen im nchtresonanten Frequenzbeieich den Ausschlag gehen.
Passive Heckflussen cliimpfen die S1impfbewegung nicht \vesenhlich. Selbst bei Aktivierung erceichen sic nicht die
Wiikung von liugilossen. Das hat mehiere Grdnde. Zurn
einen besitzen Heckilossen einen kurzen Hebelaim, dii die Stampfuehsc im allgemeinen well im llirleisc'hiIi liegt. Zum anderen iagen die Flossen in die Grcnzschiehl des Schiffs-rumpfes und durnit in energieiirmere Slriimung.
Ileckflosscn crhöhen die Tiuchimplilude in flesonanz
bei einern Series GO-Modell wuide sic veidoppell 70].
Aktivierte Anlagon beheben diesen NchIeil geringfugig. Sullen Flossen sowohi die Stampf- als auch die Tiiic'h-bewegung becinflussen, sincl passive lleckflossen ung eig-net. Von aklivieilen wie auch pissiven Bugllossen hingegen
dürfen gate Ergebnisse erwartet wcrdcn, die die iktivier-1cr Heckllossen übertrelfen.
Die Bewegungen cmos flosscngecliimpften Schilies liCn sich sehr genuu vocherbereehnen. wenn die Koeflizienlen
der Gleichungen (27) und (28) von einem frlodeliversuch her
beliannt sind [72]. Verwendet man jeduch einzig mit 1 bIte
dcr hvdrodyn:imischen Theinie ermittelte Koeflizienten,
decken sich Rechnung- und i\ludellergebnis recht
mangel-haft 168].
Mit nur wenigen Versuchsergehnissen belegt ist em
be-achtlicher Gewinn auf Scitcn der Propulsion [71]. Einersrits
sinkt der Rumpfwiderstand, andererseits gliittct sich der Zustrum zum Propeller. wenn die Stampfljewegung ab-geschw9cht wird. Mit einer Verringerung der
Antriebs-leistung urn 10 0/ und mehr kan gerechnet werden.
3.1.2. Schwieripkeiten ?yiit Flossen: Vibration en.
Lediglich zwei SchHi'e wurden bisher mit
Stampfdiimp-fungsflossen ausgcrustet: das hollLindische kombinierte
Frachtschiff ,,Rijndam" (1955) and der amerikanisthe
Rake-tentrligcr yarn Mariner-Tip USS Compass Island (1958).
Schon nach wenigen Stunden Einsatz in hLirterer See muli-tea lie Flossen beider Schiffe wieder entfernt \verdcn. Die Vorschiffc erlitten derartige Vibrationen, dali die Sicherheit
des ,Sthilics gefdhrdet schien.
Auth in Modellen wurdcn auf Flosseri zurhck7ufiihrende
Vibratjonen beobachtct und ihrc Ursache geklar [66, 69, 711.
Vibrationen des Vorschiffes kiinnen dureb horizontal (auf
(liP Pugwand) cider vertikal (auf die Flossenoberfiliche)
wir-kende Impulse erweckt werden. Die Bewegung ist zuniic.hst
aus Quereigenschwingungen zweiten und dritten Grades
SOWiCciner Torsionseigenschwingung ersten Grades
gekop-pelt. Wegcn dec Matcrialdbmpfung steiben die
hiiher-Icoqilenten Sehwingiirigen schr raseh aus. Kurzfristig bleibt
flock elflc Querschwirigung crstcri Grades 5f)Ucbar.
Die bcschriebenen Impulse ('ntsti'hCfl durch Slamming 06Cr Kivd ituon uder Icicles vecc'inl,. Des AuP ri'tcn von
Kiititin ri,ihrt
6 Iciri von den Flussen hi. Sic hildct sich beim Eintauchen dee Iluges v'egen die UnIc'rdruckcs, der an der I"lcssenuherfliiche heiischt. Defend sich dii Flosse nehe genug an der Wasscrobd'rlldche, fdllcn sich dieDarnpfblis-chen mit Luft auf. Dii Platzcn dcr Illasen breiten sich
pldtzlich Saugdrucke auf Flussen und Bugwand aus.
Torsionsinnipulse enstehcn hei nicht gleichzeitigem Zer-fell der Kavilationebliisen auf Pickborcl- unri SteuerborcI-seite. Gcgeniiber Slamming uncl Kavitation trill Ablbsung der Strömung als Vibi'ationscrreger in den Hinlergi'und.
3.1.3. Mafinalirnen gegcn Vibrationert
Slamming liitt in Anwesenheit von Flosscn seltener auf
als gewohnt. So versucht man in erster Linie, die Kavita-tiunswirkung als Errcgerquelle einzudiimmen. Es 1st
un-miiglicb. sic unlcr den Bedingungon von Flossen heck(imm-licher Bauart zu vermeiclen. Infolgedessen bcseitigt man die
Bauteile. auf die dec Kuvitationsdruck wirkt, oder wdhlt
andere Flossenbauprinzipien. Die Wiikung einmger i\IaIi-n hmei\IaIi-n wird i\IaIi-nachstehei\IaIi-nd bcscbcicbei\IaIi-n.
a) Liicher in den Flossen
Vibrationen gehen spüi'bar zurfick. Liicher bis zu 25 der Fiossenfliiche ecbmiilein die Stirnpfreduklion nichi. Die Tauchreduktion bidet jedoch unter ihnen. Irn bezug
uf die Vibrelicinsrnindecung zechnen sich Liingsschlitze
vor allen ancleren Luchverteilungeri aus (Bud 7 [69, 70,
74[).
b Ldcher in der Bugvand
Erst Luther von Flossenlfinge in der hilben T{hhe
begin-mn eine beaehtliehe Wickung hinsichtlich dec Vibra-tiunsverringerung zu zeigc'n. Die Stampfreduktion bit
unvecandcrt gegenfibor vollerflugwanib übei' die
Tauch-ic'du kI ion I iegen kin e Infurmitionen vor.
Es sincl ji'doch foriwlihiende Vibrationen geringcrer
In-lensitdt zit verzcichnon. Sic sind hvclroelastischer Natui
and wirden unlcl'st Litzt durch wciche Aufhiingung dcc
ohre F(osse m,l Flasse (Sec/es -&? 065-Mode/I)
ia qs Sic croter, It&atlor/5 -,stec,s,tdi' I frviilkurlicher MaCstab) 0,10 Vibrati055ir,ter,s/ tat /1 F/as seriforrn IllIci 7 _00
RANSA - SchjIlahrt - ScIiifTbaU -flafen 105.Jahrgang 1968 Messe-Sanclerriummer 567
0,7 02 43
O'ch der 8,vcd
Bud 8
Flossen am Bug und eine von dem Loch mitgerissene Luflblase (Bud 8 [68, 73]).
Vorgezogene Flosse
Eine vor der Bugkontur angebrachte Flosse ruft nur
noch hydroela stische Vibru I onen bervor. Stampf- und
Tauchrcduktion werden durch die Loge beg0nstigt
(Bud 8 [73]).
d) Strahiklappen an der Austi'ittskante
DUnne, kavitationsgunstige Profile m t abwinkelbaren
Strahlklappen erreichen zwei- bis dreimal rnehr
Auf-trieb ols herkdmmlichc ProfIle unci verinciden Kavita-tion [75]. Ihr Betrieb ist jedoch teuer.
B ci s pie 1: Urn an einem Flugzeugtriiger cler Forrestal-Klasse 25 °/o Stampfreduklion zu crzielcn, sind zum An-trieb der StrahldQsen 6000 PS odci 2 bis 3 0/o der
Ma-schinenleistung ndtig (rechnerisch ermittelt).
Alle genannten Mittel gegen Vibrationen erreichen etwa
den gleichen Grad an Wirksarnkcit. Jhre Nachteile sind
untersehiedlich. Wiihrund bei vorgezogenen Flossen hydro-elastische Schwingungen irn Vorschiffsbcreich insbesondere bei schianicen Schillsrürnpfcn zu bcfiirchten sind, wfichst durch Löcher der sowieso vorhandene Flossenwiderstand
an. Der Leistungsbedarf von Strahikiappen tiberlrifft bei
weitern den von normalen aktivierten Bugflossen.
Hcckflossen sind von Kavitation und Slamming weniger
gefi.ihrdet als Bugflossen. Geringer ist jedoch auch ihre Wirksamkeit. Sic stdren den Propellerzuflull und
bean-spruchen irn Fall der Aktivierung wertvollen Baum.
3.1.4. EinfIuJ3 verschieden er Flossenpa ranieter
auf die Bewegangsddmpfung
Wie schon erwfIhnt, vermOgen Flossen die Tauchbewe-gung in natdrlichem Seegang nicht zu unterbinden. Tm
fol-genden wird vereinfachend nur die Stampfreduktion
be-trachtet.
F lii c h e Mit der Flf3che wfichst die Wirkung proportional 169, 76]. GrdI3ere Fitichen als 1 bis 3/0 6cr Wasser-In icnflfIche dUrften den Sch iffsbetrieb (Anker) stark behindern. Die Slamminggefahr sirikt mit zunehnien-der Fifiche, die IntensitfIt verstdrkt sich jcdoch, falls
Slamming dc'nnoch eintritt.
Seitenverhhltnis
Der Einflull desSeitenverhfilt-nisses ist unhedeutend [74, 76]. Urn Ahreil3en 6cr
Strb-mung zu verhinclern, crnpliehlt sich em kleiner Wert, etwa b/c = 1 pro Flosse.
L a go d e r 1' 10S s e : liugflosscn soilten nicht weiter als
0,1 L hinter 6cm vorderen Lot angubrachi werden [69, urn ungfInstigrn Wc'rten vn Wid(rstandszuwachs und
Slampfrvduktin zu entahen. Natürlich steigt die
Vibrat ionsintensilit, je welter vorn die Ilosse liegt. Ankcr un(l Ankerketic' miissan zu handhaben scm.
Urn dem Slamming ouch in leichiheladenem Zustand aus dem Wege zu gehen, snilten Flossen die
tiefstmdg-lithe Loge am Bug einnehmen. Für Hecktlossen gilt Sinngemfiiles.
W i r b e 1 z a u n An den Flossenenden senkrecht gestelite Platten, sogenannte WirheizOune, sollen den Druck-ausgleich zwischen Flossenober- und -unterseite cr-schweren. Ihr Wirkungsgewinn ffIllt ebensowenig inS Gewicht wie das Absougen dee Grenzschicht, wodurch Kavitation unterbleiben soil [73, 76, 77]. Sic festigen
jedoch die Flossenstruktur [70].
3.1.5. Mittschijfsbiegemoment, Schiffsforrn Aktivierung nod licispiel
Das Mittschiffsbicgemornent vlrd durch Flossen nicht er-hiiht. Flossen rufcn zwar eine glcichgrolle Beanspruchung
dci Verbiinde hervor wie Wellen, jedoch verhindert die
gegenseitige Pha.senlage der beiden Momente dos Zusam-mentreffen der Maxima.
Die Stampfd3rnpfung vircl nicht zuletzt von der
Schiffs-form beeinfluOt. Em U-fiirrniger, aber oberhaib der
Was-serlinie ausfillender Bug erweckt stOrkere Dhmpfungs-krfiftc als con V-fiirmiger. In Wellen, die Linger als das
Schiff sind, bewfIhrcn zich allerdings V-Spanten [78]. Wel-lenhosen erhdhen den Stampfwidcrstand. Nach bisher
vor-liegenden Erfihrungen vermindert cm Wulstbug die
Slampf- und Tauchamplituden nicht [79]. Sogar das Cegen-teil kann eintretcn.
Die Steuerung aktiviertcr Anlagen darf sich nicht mit
dem Signal ,.Stimpfgeschwindigkeit' allein begnugen. veil zu vicle nichtlineare EinflfIsse vorherrschen [67, 72, 73]. Selbst eine raffiniert gcrcgelte Flosse verbcssert das Bewe-gungsverhalten jedoch nur unhedeutend. In Bud 9 sind die Auswirkungen ciner possiven und einer aktivicrten Bug-Ilosse auf die Stampf- und Tauchbewegung cmos
Series-60-0,65-Meddles bei F1 0,20 und verschiedcnen Wind-stLirken dargestellt [72]. Das Modell war mit der in Bud 9
gezeigten Flosse ausgerfIstet. die cine F'ltiche von 2,4 0 dee Wasserlinienflijehe besall. Dcc natUrliche Scegang 1st durch
Neumannspcktren berdcksichtigt. Bud 10 gibt den EinfluB
,tatpcss,i.erF7osse rn, a01,vorF/osse 5e,,".-50-65-MdI! 0øSS ncch &!d 9 aee' .._. budrn"
568 HANSA - Schifiahrt - SchifThau - Ilafen - ill. Jalugang - 1968 - Messe-Sendernummer
15 05 37 Si ,,ocfl &'rnd,-7 Bud 9 15 16 86 W6'ds7m/e,,xh m,f) ---tDuck,h - - ItYlflflTrWtioSSt ft.,d,i. j5 Y/ !'. 5C (0',-", kJI/) 513 5,
87 85 85 IBCI:.'s 47'5q 85 05 uris qxJ55525
0-005ubruwcchs -158 Pu 5C--015 2,175 020 0220 03 0 moth.,, 88 Bud 10 a-mU F1oss - 60-055-Mod&( 87-i
85 25 015 1,75 020 0225 D'S Lets vngvuwach5 5der Gcschwindigkeit auf die Bewegung und
Propulsions-daton dcsselben l\iodejls mit passiver Flosse wieder ['ii].
1\Ian erkennt, daB die Tauchbewegung in unregclmiiBiger
See nicht geringer wird. Slampien, Schub and Leiulung
\verden jedoch roduziert, wobei besonders dor Gewinn an Leistung hervorzuhcbun ist.
32. S t a m p f d B m p t u n g s t a n k s
Erst seit jüngster Zeit wird der Versuch unternommen.
durch Wasserlanks die Starnpfbewegung zu diimpfcn. Es liegen einige wenige Ergibnissc vor, die an Tanks mit gro-3cr freier Oberfitiche und an Tanks in der Var- and Hinter-pick gewennen werden.
Aus thcoretischen Bctrachtungcn lOOt sich schlieflen, dull offcne Tanks, wie sic von SchlingerdBmpfungsanlagon her bekanntsind, eineReduktion des Stampfrniixirnurns urn 20
herbeifuhren kOnncn. Dies svurde an eincm Schilfsrnodell
bcsttitigt, in das Tanks von 15 5/ der Schiffsliinge cingebaut
waren [801.
Wirkungsvoller und weniger platzraubcnd ist die Ver-wendung der Vor- und Hinterpiektanks. Durch Olfnen
dringt vhhrend des Eintauchcns dor Schil'fsenden Scow as-ser in die Tanks und strdnst heim Austauc'hcn wieder hin-aus. Ds'r Vorgang lBl3t sich durch die Wuhi der
Offnungs-querschnitte so steuern, dali einPhasenvorsprung der Tank-wasserbewegung gcgenüber dcc Schifisbewegung von 90 eintritt.
Vorsuche wurden mit elnem Tonncnlcger von 540 BET
durchgcführt. Obwohl nur dci Vorpicktank - mit freier
Oberfitiche von 1,70, der Wasserlinienfitiche - enisprechend eingerichtet war, bctrug die Stampfreduktion 30 bis 50
[81].
4. Anhang
4.1. Zeichenerkitirung
a, b, C Koeffizienten der Regeigleichung A FlossenfiSehe
h Flossenspannwcite
b I3reite clues Schlingertanks
(in Sehiffsquerriulitung gemessen) B Seh flsb reite
B WindstOrke nails Beau fort
C Schnenlange des Flos.senprolils
CII Blokkoefflzieiitcn
('I) Widerstandsbei overt
CL Au ft riebshc wart
E Summensignal Ocr Regeigleichung
F5 Fr,iijcjpsehe ZahI Fw J.I 114)I) do Well enk raft
g Erd besehic U 0114 UI
1-IANSA - Schjffahrt- Schjflhau - Jiafen - 105. ,Jahrgalrg - 19158 - Messe-Sondernummer 569
GM Mctazentiisehe lidhe Ii 1,li'ltc To, rib lrbhC
i I'i .bp.heitsinoment ciner frek'r,
Fiüscigkcits-oln'rllachcs
115v' 1(y)' 'l'rilgheitsknefflzient dos .Schiltes einselsl.
hydrodynrirnisdien Anteils für Rollen, Stampfen,
Tar relien
Koppi uirgstragheitsrnomente Stamp fen-Tauchen
byw. Tauchen-StaIrIpfen
I Trbbghcit.sinornCnt ciner Stabilisierungsanlage
Triiheitsmornent ciner Dampfungsflosse
1100 11(1 Kopplu1gstrtigheitsmom ant
elner Dlimpfungsflosse Lbinge eines Seldingertanlcs
Abstanci Starnpfachsc-Stampfdämpfungsflosse
L Auftrieb
Lpp scliiitslLinge zw. d. Loten
Ml Gcwichtsmnrnent eines Schlingertanks
M,T Stabilisierendes Moment ciner DLbtnpfurigsanlage Scheiteiwert des stabilisierenden Momentes Erregendes \Vel]cnmoment
M,0 Scheiteiwert des Wellenmoments GM Anion gsstabilitiit N(.5 y) (vergi. ,) Dbimpfungskoefflzient AW LeistungszUwachs im Scegang (vergL I( Rückstellkoeft5zient t Zeit
t Wassertiefe ames Schlingertanks
T Tiefb4ang T ,,- Sc'hubzuwaclis im Seegang T Roliperiode v [m si Gesc'hwindigkcit aligemein V I kn] Schittsgcschwindigkeit 5" Sl)i.'/.IOS('IOCSGewicht
x, y, z Kdrperaehsen ins carthcsischen
Koordmnaten-system'
z Ordinate der Tauchbewe5ung
2, z Taueharnptitudc. Seireitciwert bow. sugnifikante as Wellcrrschrdge
o Scheitciwert der Wellenschrbge
w V \'eldrangungsgcwicht
9 Vei-drbngung
w Frcquenzintci-vorll
Phosenvinkel RolIen-Stabilisierung.smoment
P1roiscnsvirskcl z'',-isel.ien Rollen
und Wellenmoment A Wellenamplitudo K = Ir a Wellcnzrrhl I WellenlOnge s Dimensionsloscs Gewichtsmoment cines Sthlrngertanks Spezifische Dichte r Roliwinkel
Br, qo1 - Rollampiitudc: Scheiteiwert bzw, signifikante
S to m p [winkel
Staniplamplitude: Seheiteiwert bow. signifikante Krcisfrequenz
FI:CqUCnZ des Welicnmomentes Rollfi-equenz
Sta mpffri' q uenz
Tauchfrcquenz
Dimensionslose Frcqucnz des stabilisierenden Moments
Abkür-punen ins Schrifttums-Verzeuthnus DTMB David Taylor Model Basin, Washinton D.C.
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