Einfluss der propellerschubbelastung auf die ruder-kräfte

Einleitung:

Die Manövriex-fâbigkeit cines.Schiffes wird weitgehend von den Kräften beeinflußt, die seine Steuerörgane au znbringcn vcrrnãgen. Schiffe, die häufig nianôvrieten,, wie zB. Schlepper, Versorger, Fähren, Maíincfahr-zeuge oder Binnenschiffe, müsSen daher über besonders'wirksarne Ruderanlagen verfügen. Entscheidend für die Größe der Ruderkräf-te sind im wesentlichen Geschwindigkeit und Richtung der Ruderanströmüng. DIC Wirk-samkeit cines Ruders beruht a f seiner Fähig-keit, die in der Anströmung enthaltene Idneti-sehe Energie so umzusetzen, daß möglichst hohe Querkräfte bei geringstem Widerstand

entstehen. Ausschlaggebend dafür sind be-züglich des Ruders die Grôße der Flüche, die Form des Umrisses und das Profil.

Hat das Stramungsfe)d vor dem Ruder cine über dein Querschnitt ungleichmäßige Ge-schwiudigkeitsvcrteilung. hervorgerufen z. B. dürth einen Propeller, so Ist auch noch die Anordnung des Ruders im Strömungsfcld von Bedeutung.

Die Ruder wcrdcfl meist hinter dem Pro-plle angeordnet. Das Strömungsfcld vor dem Ruder und in Verbindung damit die Ru-derkrifte sind abhängig von der Propeller-drehzahl, dem Propàllcrdurchmesser, dem Propellersteigungsverhällnis und der Pro-peller..Ansiröingesthwindigkeit.

Lab.

_{y. Scheepsbouwkund}

Technische HcgechooI

Deift

STC

Fachausschuß ,,Manövrieren" AGSV

Ergebnisse der 12. Sitzung des erweitertn Fachausschusses

Fortschxitlsbericht der AGSV

April 1985 in Lauenburg

Einfluß der Propellerschubbelastung auf

die Ruderkräfte

DipI.-Ing.B. Baumgarten, VBD Duisburg

Mitteilung der Versuchsans.talt für Binnenschiffbau e.V.,

Duisburg, Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen

Hochschule, Aachen, Mitglied der Arbeitsgemeinschaft

Industriel-1er Forschungsvereinigungen e.V., Köln.

Die 235. Mitteilung Ist eine Kurzfassung des VBD-Berichtes 1051.

Die Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e V

Köln, hat auf. Antrag der Versuchsánstalt in. dankenswerter. Weise

die Durchführung. des Versuchsprogrammes. ermöglicht.. Der

vollstän-dige Bericht kann zum Selbstkostenpreis. zuzüglich Porto von, der

Versuchsanstalt für Bjnnenschiffbau e.V.; Klöcknerstr. .77,

Eine Bezugsgröße, in der diese Eìnflußfàk-toren weitgehend vereinigt sind, ist der die Propellerbelastung anzeigende Schubbela-stungsgrad C

8 KT

.32

Von Seiten der Industrie wird immer wie-der die Frage nach dem Einfluß wie-der Propeller-belastung auf den Schraubenstrahl und damit auf die Ruderwirkung gestellt.

Die internationalen Klassiflkationsgesell-schaften bemühen sich z.Z., die Vorschriften für Ruder- und Steuereinrichtungen zu ver-einheitlichen. Dabei Ist vorgeschlagen wor-den, den Schubbelastungsgrad als Einflußgrö-ße bei der Bestimmung von Ruderkraft und Rudermoment zu berücksichtigen.

Die Auswirkungen der Propellerbelastung auf die hydrodynamischen Ruderkräfte und -momente können bisher größenmäßig nur abgeschätzt werden. Vereinzelte Arbeiten, die den Einfluß der Propellerbelastung be-inhalten, weisen nicht die notwendige Syste-matik auf, um danach Berechnungen zur Aus-legung von Ruderanlagen vornehmen zu können.

Mit der diesem Referat zugrundeliegenden Forschungsarbeit sollte vorrangig der Einfluß der Propellerbelastung auf die Ruderkräfte und -momente aufgezeigt werden.

Versuchsplanung

In Vereinbarung mit dem Germanischen Lloyd, Hamburg, wurde als Untersuchungs-objekt ein Trapezruder mit einem Seitenver-hältnis von b/c = 1,76 ausgewählt (Abb. 1).

Setrhif f - V,Ilsrhweberud,r

b

I.

Abb. i

Dem Verhältnis liegt die Proflilänge c auf 0,5 b zugrunde. Der Pfeilungswinkel an der Vorderkante des Ruders beträgt y = 6°, an der Hinterkante y = 9° Das Ruderprofil ent-spricht dem NACA-Profil 0018-5540.

Die Versuche zur Bestimmung der Ruder-krâfte und Schaftmomente in Abhangigkéit vom Schubbelastungsgrad Cft wurden als Freifahrversuche durchgefuhrt, da wegen Verallgemeinerung der Ergebnisse es nicht zweckmäßig erschien, die Einflüsse eines Nachstromfeldes in die Untersuchung einzu-beziehen.

Der Schubbelastungsgrad eines Propellers kann sowohl durch die Anströmge-schwindigkeit als auch durch die Propeller-drehzahl geändert werden. Dadurch wird gleichzeitig eine Variation des Propeller-strahidralls herbeigeführt (Abb. 2).

DPI dei PIi,XiIeI tI1)

e e! s, _i, , ts

Abb 2

t_a_{ei., pt.iJ}

itt

-

.' °.. sit

De Variation des Schubbelastungsgrades sollte möglichst den gesamten Betriebsbe-reich des verwendeten Propellérs erfassen. Vorgesehen wurden daher Werte von C = 0,5; 1,0; 5,0; 10,0 und 50,0.

Propellerdrehzahl und Propeller-Anstrô-mungsgeschwindigkeit sind für die einzelnen C.-Werte weitgehend so aufeinander abge-stimmt worden, daß der Kennzahleinfluß so gering wie möglich war. Erreichbar waren PropellerReynoldszalilen von R,,5 = 2,1

-3,2. 10.

Es wurden bei der Untersuchung zwei rechtsdrehende 4-fiugeige Propeller aus der Wageninger B-Serie mit einem Flächenver-hãltnis von AE/AO = 0,55 und den Steigungs-verhältnissen P/D = 0,6 und 1,0 verwendet. Die Propeller haben einen Durchmesser von

D=0,18m.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens Ist auch je eine Abstandsvariation in x- und y-Richtung als Versuchsparaxneter aufgenom-men worden (Abb. 3).

Als Abstand in x-Richtung, d.h. das Maß von Propellererzeugende bis Rudervorkante,

sindx= 0,306D=S5minundx=

-0,456 D .= - 82 mm angenommen worden.

Die seitliche Versetzung des Ruders zur Propellerdrehachse um y = 0,2 D = 36 mm erfolgte sowohl nach BB (-) als auch nach StB (+).

Versuchstechnik und -durchführung Die Versuche sind im großen Flachwasser-tank der Versuchsanstalt für Binnenschiffbau in Duisburg bei óiner Wassertiefe von h = 850 mm durchgeführt worden. Als Propçllerträ-ger diente en PropellerfreifahrPropçllerträ-gerät, das mit einem stufenlos regelbaren Synchronmotor bestückt war. Das profilierte Gerät beeinflußt die Propelleranstromung nur geringfugig, so daß mit guter Näherung als

Propeller-An-Anordmg ton Ruder sud PT000qer

Abb. 3

strömgeschwindigkeit VA die

Schleppge-schwindigkeit

V angenommen

werden konnte.

Das Messen der Ruderkräfte erfolgte mit einer Mehrkomponenten-Meßplattform, de-ren Kraftaufnehmer aus Dehnungsmeßstrei-fen bestehen.

Die Meßplattform war unter der Schlepp-wagenbühne fest angebracht, wobei sie so ausgerichtet war, daß die am Ruder angrei-fende Querkraft und der Widerstand in Rich-tung des schleppwagenfesten Koordinatensy-stems gemessen wurden. Bei Ruderûntersu-chungen mit freifahrendem Propeller sollte das Maß von Wasserspiegel - Mitte Propel-lerwelle zur Vermeidung von Lufteinbruch nicht kleiner als z., = 1,5 D sein. Im vorliegen-den Fall betrug das Tiefenmaß z.,, i ,62 D 292mm.

Das Ruder wurde hinter dem Propeller der-art angeordnet, daß UK-Ruder mit UK-Flü-gelspitze auf gleicher Höhe lagen. Somit er-gab sich eine Eintauchtiefe des Ruders (QK-Ruder Wasseroberfläche) von ; = 0,86 D =155 mm. Um bei den Versuchen kélne zu-sätzlichen Kraftanteile durch den freiliegen-den Ruderschaft zu messen, war der Schaft mit einem Strörnungsprofil verkleidet, das die gleiche Profillänge wie das obere Ruderprofil besitzt. Zum Ruder hin schloß die Schaftver-kleidung mit einer Endscheibe ab, die 5 mm breiter warals der Profilkörper (Abb. 3). Das Ruderselbst hatte keine Endscheibe.

Vor den Ruderkraftmessungen sind die Propellerkennwerte der verwendeten Propel-ler durch Freifahrversuche ermittelt worden.

Dabei wurde die

Fortschrittsziffer

J =

-VA/n. D durch Änderung der Propeller-An-strömgeschwindigkeit variiert, während die Pròpellerdrehzahl mit n = 900 min' = 15 s konstant blièb.

Die Ergebnisse der Propellerfreifahrten (Abb. 4) bildeten die Grundlage zur Berech-nung der bei den Ruderversuchen zu fahren-den Schleppgeschwindigkeiten bei vorgege-benem Schubbelastungsgrad und

ner Propellerdrehzahl bzw. der zu wählenden Drehzahl bei vorgegebenem

Schúbbela-i stungsgrad und vorgegebener

Geschwindig-keit. 0h 0'. O 52 23 0'. 03 56 0) 03 52 tI Abb.4 Versuchsauswertung

Die Auswertung der Ruderkraftmeßwerte und das Zichnen der Diagramme erfolgt über Datenverarbeitung. Weder die Meßwer-te noch die errechneMeßwer-ten Ergebnisse sind korri-giert oder ausgeglichen worden.

Wiedergegeben werden die dimensionslo-sen Kraft- und Momentbeiwerte des Ruders. Die Normierung erfolgte in der bei Tragflü-geluntersuchungen allgemein üblichen Form, so daß Vergleiche mit anderen Ergebnissen möglich sind. Es ist:

Co=1D/0,5QVAB2AR

Cc =

C/0,5

.

V,2 AR

CN =

N/0,5 Q. V2 .AR

C

(Aus der Abb. 5 ist die Definition der Ruder-kräfte ersichtlich.)

AR ist die projizierte Flache des Modeliru-ders. Sie beträgt AR=0,0288 m2. Das kleine c ist die Ruderprofillänge auf 0,5 b. V ist die

'- i

Deflnition der Kräfte cm Ruder

(AnrishO von iban)

C INI Rudsrquekrf

O INI. Rudorwid nf Idro)

X INI Rudartanpntialkraft

Y IN) Rudar000TmaLkuaft

N INnI

buoger, auf die Rudardrelsochse

i Ruderunuttllvinkel

cI1 Lagt das Momentennuilpunkteu bezogen auf den Ruderfrehpunkt

C loi Ruderprofillunge

Abb.5

Propeller.Abströmgeschwindigkeit am Ort der Rudervorderkante, auch als Ruderan-strömgeschwindigkeit V'. bezeichnet.

Für Ruder im Propellerstrahl läßt sich die Abströmgeschwindigkeit meßtechnisch nur sehr aufwendig erfassen, da der Propeller-strahl nicht nur axiale, sondern auch tangen-tialè Komponenten enthält.

Deshalb wurde eine axiale Geschwindig-keitVABnach dem auf dem Biot-Sawart

Ge-setz. beruhenden Verfahren von Gutsche [I] bestimmt.

Danach ist in einem endlichen Abstand hin-ter dem Propeller die Strahlgeschwindigkeit

VAN=VAB=VA[1+km(V1+L

I

Wie mehrere in der VBD durchgeführte vergleichende Strömungsgeschwindigkeits-Messungen im Propellerstrahl gezeigt haben, ergibt dieses Verfahren gute- Mittelwerte- der Strahlgeschwindigkeit.

STG

Der Abstand von Propellererzeugende-Ru-dervorderkante geht über denKorrektúrfak. tor km in die Rechnung ein. Da die Größe dieses Faktors über dem Propellerradius ver-änderlich ist, wurde der Wert für r= 0,7R eingesetzt, und zwar sowohl bei der Ruderan-ordnung y=O als auch y <O (BB) und y . O

(StB) (seitliche Ruderversetzung).

Wie bereits erläutert, konnte die Schlepp-geschwindigkeit V als Propeller-Ansträmge-schwindigkeit eingesetzt werden.

Ergebnisse

Vorab soll darauf hingewiesen werden, daß der jeweils angegebene Schubbelastungsgrad C aus dem während der Ruderkraftmes-sungen bei 6R = 0° gemessenen Propeller-schub errechnet worden ist. Da sich der Pro-pellerschub und damit KT im System Ru-der Propeller gegenüber dem des freifah-renden Propellers im allgemeinen ändert er-geben sich zum vorgeer-gebenen C-Wert, der als Ausgangsgròße für die Bestimmung der Propeller-Anstrômungsgeschwindigkeit und -drehzahl anhand der Freifahrdiagramme dient, Abweichungen.

Die folgenden Ausführungen basieren auf den Ergebnissen der Ruderkraftmessungen im Abstrom des Propellers mit dem großen Steigungsverhältnis von PfD = 1,0.

WiderstandsbeiwerteCD:

Bei einer Variation des Schubbelasturigs-grades durch Anderung der Propeller-An-stramgeschwindigkeit aber gleichbleibender Propellerdrehzahl (Abb. 6a+6b) ergibt sich mit kleiner werdendem C.c,, eine Erhöhung derCD-Werte. Es zeigt sich aber, daß Unter-schiede in den CD-Werten der beiden niedri-geren Schubbelastungsgrade bei der mittigen Ruderanordnung y = O lediglich bei dem größeren x-Abstand von x

= -

82 mm und Ruderwinkeln ÖR> 30° von Bedeutung sind, im Falle einer seitlichen Ruderversetzung von

y

< >

O überwiegend nur bei gegensinniger

Ruderversetzung und -anstellung (z. B. y> O Versetzung nach StB und ÔR< 0° Ruderlage nach BB) ebenfalls nur im Ruderlagenbereich

ö> 30° (Abb. 7 a

+7b).

Abb. 6b Abb. 6a Abb. 7a Abb. 7b

SIG

Die Beeinflussung der Widerstancisbeiwer-teCDinfolge Anderung des

Schubbelastungs-grades C1,, stellt sich je nach Ruderanordnung zur Propellerachse und der Ruderanstellung größenmäßig recht unterschiedlich dar. Bei mittiger Ruderanordnung y =0 sind die Aus-wirkungen bei BB- und StB-Ruderlage wéit-gehend gleich (Abb. 68 + 6b). Dagegen wer-den bei elnem seitlich versetzten Ruder (y < >0) die CD-Werte im C.-Bereith 0< C < = 10 im Ruderlagenbereich 6R > 30° dann stärker beeinflußt, wenn Versetzung und An-stellung entgegengesetzt, im Bereich C> 10 aber gleichgerichtet erfolgen (Abb. 7a).

Bei StB-Ruderanordnung sind die Unter

schiede in den CD-Werten der ein'lrien

Schubbelastungsgrade, vor allem bei ver-stärktet StrômungsablOsung oder Druckaus-gleich, kleiner als bei BB-Anordiiung. Das trifft sowobi für die gegensinnige als auch für die gleichsinnige Ruderanstellung zu. Die un-terschièdliche Beeinflussung der CD-Werte wird im wesentlichen durch den Dráil des Pro-pellerstrahles hervorgerufen. Besonders deutlich wird dies bei der Gegenüberstellung der Ergebnisse der beiden seitlichen Ruder-anordnungen und jeweils gleichsinniger Ru-derlage zur Versetzungsrithtung (Abb. 7 a + 7 b).

Bei gleichsinniger Ruderversetzung und -anstellung ergeben sich die höheren CD-Wet-te bei StB-, bei Gegensinnigkeit béi EB-Ver-setzung.

Zum Teil erheblich sind bei seitlicher Ru-deranärdnung die Differenzen zwischen C-Werten der BE- und StB-Ruderlage.

Bei StB-Versetzung entstehen bei beiden x-Abständen die höheren CDWerte und damit die höheren Widerstände nahezu uneinge-schränkt dann, wenn das Ruder in Verset-zungsrichtung angestellt. wird. Lediglich bei dem kleineren x-Abstand zeigt sich bei C> = 10 im Ruderlagenbereich 6R < 25° eine Ausnahme. In diesem Fall sind die Wider-standsbeiwerte für BE- und StB-Ruderlage nahezu gleich groß bzw. die der BB-Anstel-lung geringfügig größer.

Ein nach Backbord versetztes Ruder hat im Ruderlagenbereich mit anliegender Strö-mung, bei C < = i auch bei Ruderlagen mit verstãrktem Druckausgleich, dann den ge-ringeren Widerstand, wenn es nach BB gelegt wird. Liegt deutliche Strömungsablösung

Abb. Sa

68

Abb. Sb

oder Druckausgleich vor oder ist C,,,> 1, er-gibt sich der kleinere Widerstand bei gegen. sinniger Ruderlage und Versetzung, also bei Anstellung nach StB.

1m Ruderlagenbereich 6R = O - 30° gilt, daß mit ansteigendem Schubbelastungsgrad die Differenzen der Widerstandsbeiwerte der BB- zur StB-Ruderanstellung geringer wer-den. Bei größeren Ruderwiñkeln trifft weitge-hend die umgekehrte Tendenz zu.

Aus den Diagrammen mit C1,, = konst. und der Propellerdrehzahl als Parameter (Abb. 8a + 8b) Ist zu ersehen, daß sowohl bei symme-trischer als auch bei asymmesymme-trischer Ruder-anordnung davon ausgegangen werden kann, daß der Widerstandsbeiwert CD keine Ande-rung erfährt. Die erkennbaren Differenzen sind weitgehend auf versuchsbedingte Unge-nauigkeiten und die geringen Unterschiede in den gemessenen C,,,.-Werten der gegenüber-gestellten Versuchsvariationen

zurückzu-führen.

Bei allen hier untersuchten Ruderanord-nungen ist mit größer werdender Ruderan-stellung bis zum maximal eingestellten Ruder-winkel von = 60° BB und StB ein Anstieg der CD-Werte verbunden, wobei mit Ausnah-me des nach StE versetzten Ruders auch nach deutlich geänderter Druckverteilung am Ru-der bei etwa 6R > 30° BB oRu-der StB keine wesentliche Verringerung des Widerstands-gradienten 1CD/A6R eintritt:

Eine Vergrößerung des Abstandes Ru-der -- Propeller führt bei mittiger RuRu-deran- Ruderan-ordnung und Ruderwinkeln bR> = 20° zu einer Verringerung der CD-Werte (Abb. 9). 1m Ruderlagenbereich 0° < = 6R < = 20° sind nur bei BB-Ruderlage und dann auch nùr geringe Widerstandabeiwert-Anderungen festzustellen.

Bei dem asymmetrisch angeordnetem Ru-der Ist die AnRu-derungstendenz Ru-der CD-Werte infolge Abstandsvergrößerung in x-Richtung abhängig von der seitlichen Versetzungsrich-tung und der RuderanstellrichVersetzungsrich-tung (Abb. lOa + lob). So werden am nach StE versetzten Ruder bei steuerbordseitiger Ruderlage die CD-Werte des größeren x-Abstandes in jedem Fall kleiner. Größer werden sie dagegen bei BB-Ruderlàge bis etwa 8R = 35°. Bei BE-Ruderwinkeln 6R> 35° sind CD-Erhöhungen jedoch nur noch bei C < = 5,0 gegeben

Abb. 9

Ansonsten kann von kleineren aflenfalls un-veränderten CD-Werten ausgegangen werden.

Für das nach BB versetzte Ruder gilt unab-hängig von der Ruderanstellrichtung, daß ei-ne Vergrôßerung des x-Abstandes kleiei-nere C0-Werte ergibt, wobei die Unterschiede ge-genüber den ED-Werten des kleineren x-Ab-standes mit ansteigendem Rudérwinkel gro-ßer werden.

Querkraftbeiwerte

Für alle im Rahmen dieser Untersuchung durchgeführten Versuchsvariatiônen kann bezüglich der Auftriebsbeiwerte C bei anlie-gender Strömung, bis auf eine Ausnahme, da-von ausgegangen werden, daß eine Verringe-rung des Schubbelastungsgrades eine Erhö-hung der Beiwerte zur Folge hat (Abb. il a + lib). Lediglich bei seitlich versetztem Ruder wird im Ruderlagenbereich ° < = 5° aufgrund des Propellerstrahldrails die Staf-felung der Cc-Werte unterbrochen, wobei häufig auch eine Richtungsänderung der Querkräfte auftritt (Abb. 12 a + 12b).

Abb. 12a

und Größe bei einer Änderung des Schubbe-lastungsgrades C1,. im Ruderlagenbereich mit

deutlich veränderten Druckverteilungen ab-hängig von der Versetzungsrichtung Und der Anstellung des Ruders, d.h. ob gegensinnige oder gleichsinnige Ruderlage und Versetzung vorliegt.

Bei Gegensirinigkeit können in etwa die gleichen Einschränkungen wie bei der mitti-gen Ruderanordnung zur Propellerachse an-genommen werden. Die Auswirkungen einer C1,.-Anderung auf die Querkraftbeiwerte Cc sind bei backbordseitiger Versetzung des Ru-ders insgesamt gesehen ausgeprägter als bei steuerbordseitiger (Abb. 12a + 12b).

Bei gleichsinniger Ruderversetzung und -anstellung nach StB führt eine Anderung des Schubbelastungsgrades im C.-Bereich O < C1,. 10 und 30° nur noch zu geringen

Bei-wertänderungen, wobei die Staffelung der Cc-Werte nach Cn, nicht immer gegeben ist.

An backbordversetzten Ruder ist dieser Bereich ungleichmässiger Anderungstendenz der Cc-Werte auf den RuderlàgenhereichÖR = 25° - 40 °BB begrenzt. Für Ruderlagen ô > 40 SB trifft wieder zu, daß mit niedriger werdendem Schubbelastungsgrad die Cc-Werte größer werden.

Bei knstant gehaltenem Schubbelastungs-grad sind geringere Unterschiede in den Cc-Werten der einzelnen Propellerdrehzahlen und -Anströrngeschwindigkeiten, vorwiegend

Abb. 12b

im Ruderlagenbereich mit deutlicher Druck-verteilungsänderung, erkennbar (Abb. 13a + 13b). Das kann aber nicht nur auf die geringen Differenzen in den gemessenen Cn,-Werten der gegenübergestellten Versuchsvariationen zurückgeführt werden. Es ist vielmehr davon auszugehen, daß bei gleichbleibendem Schubbelastungsgrad eine Variation der Pro-pellerdrehzahl und -Anströmgeschwindigkeit im unteren Ruderlagenbereich bis zum Ein-tritt verstärkter Strömungsablösung bzw. Druckausgleiches keine, bei größeren Ruder-lagen eine geringe Anderung der Querkraft-beiwerte Cc bewirkt.

Unabhängig von der Ruderanordnung ist bei dem untersuchten Ruder, mit Ausnahme des größten untersuchten Schubbelastungs-grades Cn, = 50, mit zunehmender Ruderlage biszum Eintritt verstärkten Druckausgleiches nahezu ein linearer Anstieg der Cc-Werte festzustellen, d.h. der Auftriebsgradient

LC/L

bleibt angenähert konstant. Dabei ergeben sich am symmetrisch zum Propeller angeordneten Ruder die höheren Cc-Werte im BB-Ruderlagenbereich, der max. Cc-Weri jedoch, bedingt durch den spä-ter stattfindenden saugseitigen Druck abfall, bei StB-Ruderlage. Ein nach StB versetztes Ruder erzeugt die größeren CcWertebei An-stellung nach BB. Der Màximalwert tritt dagegen bei StBRuderlage auf (Abb. 14a -14b). (Fortsetzung in S & H 2/86)

STG

Abb.13a Abb. 13b Abb. 14a Abb. 14b

Schtff& Hafen/Kommaridobrücke. Heft 1/1986 69

Abb. lia Abb. lib

Für die symmetrische Ruderpositionierung trifft bei beiden untersuchten x-Abständen zu, daß bei anliegender Strömung die Beeflussung der Querkraftbeiwerte Cc-Werte in-folge einer Cm-Anderung absolut gesehen im BB- und StB-Ruderlagenbereich nahezu gleich ist (Abb. lia + lib).

Das bedeutet aber nicht, daß die höchsten CcWerte, die jeweils bei den niedrigsten C-Werten erreicht werden, backbord- und

steu-erbordseitig auch gleich groß sind.

Der Beginn deutlicher Druckverteilungs-änderung bzw. Druckausgleich zwischen Saug- und Druckseite des Ruders wird mit ab-nehmendèm C zu kleineren Ruderwinkein verschoben. Die veränderten Strömungsver-hältnisse am Ruder führen zu einem Abfall der Cc-Werte. Dabei kann es vorkommen, daß die Auftriebsbeiwerte des niedrigeren Schubbelastungsgrades bei gleichen Ruder-winkeln kleiner werden als die des nächst hö-heren, verstärkt zu beobachten bei asymme-trischer Ruderanordnung.

Am symmetrisch angeordneten Ruder ist diese C-Vei-ringerung, unabhängig vom x-Abstand, bei StB-Ruderlagen von etwa = 30° 50 °i C-Bereich 0< = 5 zu beobach-ten. Außerhalb dieser Grenzen und bei BB-Ruderlage liegt wiederum eine Staffelung der CcWerte in Abhängigkeit von vor.

Für die asymmetrische Ruderanordnung ist die Entwicklung der c-Werte in Richtung

Fachausschuß ,,Manövrieren" AGSV

Einfluß der Propellerschubbelastung auf die Ruderkräfte

Fortsetzung aus S & H 1/86

Bei BB-Versetzung treten bis 6R = 20° die höheren Cc-Werte bei StB-Ruderlage, ab ô

= 20° bei BB-Ruderlage auf. Die Maximal-werte werden bis C = 1,0 steuerbordseitig, Cm,> 1,0 backbrdseitig erzeugt. Für alle Ru-deranordnungen gilt, daß der Ruderwinkel, bei dem der jeweils höchste c-Wert einer Anstelirichtung erreicht wird, steuerbordsei-tigje nach Schubbelastungsgrad urn = 5 - 15°, teilweise bis ÖR = 20°höherliegt als backbòrdseitig. Eine Vergrößerung des Ab-standes Propeller-Ruder in x-Richtung führt am mittig angeodneten und an dem nach BB versetzten Ruder erst nach Eintritt des ver-stãrkten Druckausgleiches bzw. erheblicher Strômungsablôsung zu einer Anderung der to

Querkraftbeiwerte (Abb. 15a + lSb). Es ist ausnahmslos eine Verringerung gegeben.

Am nach StB versetzten Ruder können

auch im Ruderlagenbereich 25°< 8 <

25° Unterschiede zwischen den Cc-Werten beider x-Abstände auftreten (Abb. 15c). Die Anderuñgsrichtung der Bèiwerte Ist dabei ab-hängig von der Ruderanstellrichtung. Bei BB-Ruderlage bewirkt die Vergrößerung ds x-Abstandes eine Erhöhung, bei StB-Anstel-lung bis zum Eintritt deutlicher

Druckvertei-a. ..%5 , Cg.,.8I Abb.15a Abb.lSb Abb. 15c -P .M@ .Iá% I a' a. R i P'.; -M,,N y .a.. J. C834 88

-Abb. 16a orn Oc 88 -80 -1.2 by Abb. lSd -08 --02 -. -. . -- -. -.

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Abb. 16h -01. \

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\ a.o is, Ra P,ap-Sta,N OJO 156 STB Rl.,,fl.80fla8 y o. .551= 56 CC a .8200..Cm,.006 - P10,8.6. CTp.,O1.OP10.1.0. Ciy,057 52 08 01.

Schiff & HaferolKommandobrücke, Heft2/1986 57

56

CC

58

'S

Abb. 17a Abb. 17b

lungsänderung eine Verminderung, bei grö-ßeren Ruderlagen vereinzelt auch eine Erhö-hung. Unterschiede in den jeweiligen Maxi-maiquerkraft-Beiwerten zeigen sich, wenn überhaupt, nur im StB-Ruderlagenbereich.

Eine Erhohung des PfD-Verhältnisses von PID = 0,6 auf 1,0 führt im BB-Ruderlagenbe-reich mit anliegender Strömung und teilweise auch noch darüber hinaus zu größeren Quer-kraftbeiwerten, im Gegensatz zur StB-An-stellung, bei der die Cc-Werte abnahmen, be-stenfalls gleich bieiben.

Eine Zunahme ist bei StB-Ruderlage ledig-lich nach erfolgter deutledig-licher Di-uckverte-lungsänderung am Ruder bei Schubbela-stungsgraden C > 10 vorhanden.. Höhere Maximalwerte werden durch ein größeres PI D-Verhältnis nur bei BB-Ruderlage bei C <

10 erzielt (Abb. 15d). MomentenbeiwertCN

Eine Verringerung des Schubbelastungs-grades führt zu einer Erhöhung der CNm Werte. Dabei wird der Ruderwinkel, bei dem der jeweils höchste CN-Wert erreicht wird, mit abnehmendem C., kleiner. Die höchsten CN-Werte einer Ruderanstelirichtung erge-ben sich am symmetrisch angeordneten Ru-der nahezu aüsnahmslos bei RuRu-derlagen 6R₌ 20 - 30°, je nach Schubbelastungsgrad, also vor dem Einsetzen verstärkten Druckausglei-ches (Abb. 16a + 16b).

Eine Ausnahme bildet das Ruder hinter dem Propeller mit dem kleineren P/D-Ver-hältnis von PfD = 0,6 bei Schubbelastungs-graden C < = 1,0. In diesem Fall entstehen die höchsten CN-Werte jeweils bei 6R = 60° BB bzw.StB. Am seitlich angeordneten Ru-der werden bei gegensinniger RuRu-derverset- Ruderverset-zung und -anstellung die größten CN-Werte generell im mittleren Ruderlagenbereich er-zeugt, bei gleichsinniger Positionierung vor-wiegend bei 6R = 60°BB bzw. StB (Abb. 17a

+ 17b).

Das absolute CN-Maximum einer jeden Va-riation tritt nahezu ausnahmslos im BB-Ru-derlagenbereich auf. Nur am nach StB ver-setzten Ruder (y > 0) werden bei kleinem x-Abstand die Spitzenwerte bei StB-Ruderlage vereinzelt geringfügig größer als die der BB-Ruderlage.

Bis zum Eintritt

verstärkter

-

"b

Druckverteilungsänderung wirken bei diesem Ruder backbord- wie steuerbordseitig mitdre-hende Schaftmomente. Je nach Ruderanord-nung und Schubbelastungsgrad tritt im höhe-ren Ruderlagenbereich eine Verschiebung des Kraftangriffpunktes hinter die Ruder-drehachse und damit eine Anderung der Mo-mentendrehrichtung ein.

Eine Veriingerung des Propeller-Stei-gungsverhältnisses hat .allgemein kleinere.

CNmuWei'te zur Folge. Lediglich bei C ₌ 1,0 werden die Maximalwerte, die dann bei 8R = 60° BB bzw. StB auftreten, im Betrag grö-ßer. Eine Vergrößerung des Abstandes Rú-der - Propeller in x-Richtung hat bei symme-trischer Ruderanordnung nur im Ruderan-steilbereich, in dem Strömungsablösuñg odet verstärkter Druckausgleich am Ruder ein-tritt, nennenswerte Auswirkungen auf die Mornentenbeiwerte. Die N-Werte werden mit größer werdendem x-Abstand kleiner, Im Ruderlagenbereich 6R> 40° BB und SiB und bei anliegender Strömung sind nur geringe Unterschiede erkennbar. An einem asymme-trisch zu einem rechtsdrehenden Propeller

an-geordneten Ruder werden die CN-Werte durch eine Abstandsvariation in x-Richtung nur bei steuerbordseitiger Versetzung des Ru-ders beeinflußt. Bis zum Eintreten derDreh-richtungsänderung der Schaftrnornente, die bei dem kürzeren x-Abstand früher erfolgt als bei dem größeren, werden die CN-Werte des größeren x-Abstands höher. Danach ist eine umgekehrte Tendenz vorhanden.

Eine Änderung der Propellerdrehzahl und -Anströmgeschwindigkeit aber konstant blei-bendem Schubbelastungsgrad hat weder bei mittiger noch bei seitlicher Anordnung des Ruders Auswirkungen auf die CN-Werte (Abb. 18a + 18b). Auch die Lage des Mo-menten-Angriffspunktes _{unterliegt keiner} Veränderung.

Literatur

-(1) Gutsche, F.: Die Induktion der axialen

Strahl-zusalzgeschwindigkeit in der Umgebung der

Schraubenebene, Schiffstechnik, Band 3 (1955