3 RUT 1983
CHIEF
Ermittlung der Widerstandszunahme bei
Ballastfahrt mit stark achterlichem Trimm
auf begrenzter Wassertiefe
Dipl.-lhg. G. l_uthra
202. Mitteilung der Versuchsanstalt far Binnenschiffbau e.V., Duisburg Institut an der Rheinisch-WeStfalisoheri TeChnischen Hochschule, Aachen
Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Koln
Lab.
v. ScheffipOovykuncte
Technische Hogeiclios4
Delft
Trim Effects on Resistance in Ballast Condition
The effects of displacement changes and stern trim on power and speed of full-bodied tankers and bulk carriers in ballast condition in unrestricted and restricted water depth have been investigated with the aid of resistance
and propulsion tests with two models at load and different ballast drafts in various depths.
The comprehensive test results are given in VBD report 1020. This paper presents functional relationships inclusive of shallow water effects derived from these results, which provide a method to estimate speed gains or losses arising
out of displacement changes and trim in the whole range
of coverage and contribute towards solving associated
pro-blems in shipbuilding and ship operations with tankers
and bulk carriers.
1. Einleituag
Ftir einen erheblichen Teil der Reisezeit fahren Tanker
und Massengutfrachter im Ballastzustand, wobei die
Ver-drangung besonders bei den groBeren Einheiten
hau-flg 40 bis 50 0/0 der Konstruktionsverdrangung betragt. Bei Ballastfahrt wird allgemein em n stark achterlicher Trimm
eingestellt, damit die voile Eintauchung des Propellers
gewahrleistet ist und von der Antriebsseite her keine ilber-maBigen Verluste entstehen. Dabei wird die Widerstands-erhohung, die durch starke Vertrimmung gegenilber
gleich-lastig getrimmtem Schiff bei gleicher Verdrangung ent-steht, in Kauf genommen, weil sie im allgemeinen
gerin-gere Verluste verursacht als diejenigen, die bei teilausge-tauchtem Propeller entstehen. Quantitative Angaben fiber die Widerstandsverhaltnisse bei einer derartigen
Deplace-rnentsverringerung und Vertrirnmung lassen sich in der Literatur nur sparlich flnden. Insbesondere gibt es kaurn
Angaben ftir den Fall begrenzter Wassertiefe.
Die meisten der bekannten Verfahren zur ilberschlagigen Ermittlung der Leistung und Geschwindigkeit bei
verschie-denen Tiefgangen ([1] und [2] sowie Literaturangaben
dort) beschranken sich auf Deplacementsanderungen von weit weniger als 50 °/o, wobei der Geltungsbereich die bei Tankern und Massengutfrachtern vorliegenden Formpara-meter nicht erfaBt. Das gleiche gilt fiir den TrimmeinfluB
auf den Fahrwiderstand, der in [3] z. B. an Hand eines
geschleppten Schiffes, vor allem aber nur bei kleineren
Geschwindigkeiten wiedergegeben wird. Der Geschwindig-keitsabfall bei konstanter Leistung infolge starker
achter-licher Vertrimmung ist auf flachem Wasser wesentlich groBer als auf tiefem Wasser. Zugleich bewirkt der
aus-tauchende Bug eine durch Seitenwind bedingte
Beeintrach-tigung der Schiffsmanovrierfahigkeit. Diese darf gerade
auf flachem Wasser nicht schlechter werden, well die Tie-fenbeschrankung meistens auch eine geringere
Fahrwasser-Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen
Hoch-schule, Aachen.
Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieller
Forschungs-vereinigungen e. V., Köln.
Die Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigun-gen e. V. hat der .Versuchsanstalt für Binnenschiffbau auf
de-ren Antrag in dankenswerter Weise die Dur-chfiihrung des Versuchsprogramms zum obengenannten Thema ermoglicht und das Vorhaben aus Mitteln des Bundesministeriums fiir
Wirtschaft gefordert.
per ausfiihrliche Bericht 1020 kann von der VBD gegen
Er-stattung der Kopierkosten bezogen werden.
breite bzw. groBe Verkehrsdichte mit sich bringt. Wahrend eine Verringerung des Tiefgangsunterschieds am Vorschiff
durch zusatzliche Ballastaufnahme manovriertechnisch sicherlich besser ware, stellt sich die Frage, ob diese
Ma13-nahme auf flachem im Gegensatz zu tiefem Wass& auch
widerstandsmaBig annehrnbare Ergebnisse liefert.
Um die hier anstehenden Fragen wenigstens im
Teil-bereich zu klaren, insbesondere aber die
Geschwindigkeits-Leistungsveithaltnisse, die sich durch die Deplacernents-anderung einerseits und durch den Trimm andererseits in
Abhangigkeit von der Wassertiefe ergeben, deutlicher
her-auszustellen, sind beim vorliegenden Vorhaben Wider-stands- und Propulsionsmessungen an zwei
SchiffsModel-len groBer Volligkeit auf drei bzw. fiinf Wassertiefen
durchgefiihrt worden, wobei die Konstruktionsverdrangung auf 50 bis 40 0/0 verkleinert und jeweils drei verschiedenen Trirnmlagen untersucht wurden.
Die vollstandige Versuchsiibersicht sowie die
Modell-daten sind im Berichtsoriginal angegeben. Die Forrnpara-meter der Modelle entsprechen denen der neueren Tanker und Massengutfrachter. Sie unterscheiden sich im wesent-lichen in den Vorschiffsform. Es wurde neben dem
konven-tionellen Bug [5] auch eine Ellipsoid-Bugform gewahlt,
weil hieriiber zusatzliche Ergebnisse von einigen gebauten Schiffen vorlagen. Bugwulstvarianten konnten wegen des erheblichen Mehraufwands, da sie die Ergebnisse zusatz-lich und zugleich unterschiedzusatz-lich beeinflussen, im Rahmen dieses Vorhabens nicht untersucht werden.
Alle Versuche auf beschrankter Wassertiefe wurden im Flachwassertank der VBD mit L X B = 190 X 9,8 m durch-gefiihrt. Erganzend ist das Modell 1066 noch in der
Ham-burgischen Schiffbauversuchsanstalt in tiefem Wrasser
untersucht worden.
2. Versuchsergebnisse
Die auf die GroBausfiihrung umgerechneten Wider-standswerte sowie die vollstandigen Ergebnisse der
Pro-pulsionsversuche sind im ausfiihrlichen Bericht enthalten. Sie werden hier aus Platzgriinden weggelassen.
2.1 Erweiterte Answertung Widerstand
Die anschlieflend vorgenommene erweiterte Auswertung der aus den Widerstandsversuchen gewonnenen Ergebnisse geht wie bei den bisher meist bekannten Verfahren davon aus, daB der Schleppleistungsverlauf fiber der Geschiivin-digkeit bei vollbeladenem Schiff bekannt und der Einflufl des veranderten Tiefgangs bei Ballastfahrt auf Geschwin-digkeit bzw. Leistung zu errriitteln ist. Die Aufgabenstel-lung kann dann wie folgt prazisiert werden:
Wie andert sich die Geschwindigkeit (oder Leistung) bei ei-ner Verkleiei-nerung des Deplacements auf 50 bis 40 0/0 unter Beibehaltung der gleichlastigen Trimmalge des Schiffes?
Wie andert sich die Geschwindigkeit (oder Leistung) bei
einer derartigen Deplacementsverkleinerung mit gleichzei-tiger achterlichen Vertrimmung des Schiffes?
Wie andert sich die Geschwindigkeit (oder Leistung) ,bei einer Deplacementsveranderung wie unter a) und b), in
Abhangigkeit der Fahrwassertiefe?
Da der steile Widerstandsanstieg auf flachem gegentiber tiefem Wasser bereits bei sehr viel kleineren Geschwindig-keiten beginnt und wesentlic.h steiler verlauft, ist es nlcht
Ermittlung der Widerstands-
202. Mitteilung der Versuchsanstalt
zunahme bel Ballasffahrt
fur Binnenschiffbau e. V., Duisburg 1)
2) 3)mit stark achterlichem Trimm
Dipl.-Ing. G. Luthra
0,95
[ (Di / D3) kl-3] (Y3)h
(V3 / 112)h =
[D1 / D2) lc/ _2 TY2)h
Index 1: voll beladen
Index 2 u.3: zwei verscbiedene Ballasttiefgange im
40-50 Wo-Bereich.
FlachwasserverhaltniSse h < 1,2 Ti
Fiir Flachwasserverhaltnisse h < 1,2 Ti ist es nicht mtig-lich, die obigen Berechnungsunterlagen zu benutzen. Eine ahnliche Systematik laBt sich in diesem Fall ohne weiteres auch nicht aufstellen, vor allem weil die
Ausgang,sbedin-gung nicht eindeutig zu deflnieren ist. Es komrnt selten vor, daB der Sehleppleistungsverlauf des leeren oder, je
nach Wassertiefe, des teilbeladenen Schiffes auf mehreren
Wassertiefen bekannt ist. Eine Umrechnung der fiir eine Wassertiefe bekannten Schlepeldistungskurve des leeren Schiffes auf andere Wassertiefen, wie diese bei
vollbe-ladenem Schiff mit Hilfe der bekannten ,Verfahren [7, 8] wenigstens eberschlaglich moglich ist, kann kaurn oder nur sehr ungenau durchgefiihrt werden.
wiedergibt, abzuschatzen..Fer den Fall, daB filr die
Ballast-fahrt auf tiefem Wasser nur die Widerstandswerte vor-liegen, kann die Anderung des Propulsionsgetegrads
ge-genilber dem Schiff auf vollem Tiefgang nach dem im [9] enthaltenen Diagrarnth annahernd bestimmt werden. Das
Diagramm enthalt ee-Korrekturwerte für Schiffslangen
bis 160 m.
Eine linearisierte Extrapolation zu den hier
Vorliegen-den Langen zeigt eine gute Dbereinstirnrhung mit Vorliegen-den mit M 1066 auf tiefem Wasser ermittelten Anderungen des Pro-pulSionsgiitegrads bei 50 °/o-iget Ballastfahrt mit gleich-lastigem bzw. annahernd gleichgleich-lastigem Trimrn und laBt den SchluB zu, daB das besagte Diagramth fiir die hier in
Frage kommenden Formverhaltnisse rhit hinreich.ender
Genauigkeit extrapoliert werden kaim. Die Erhohung des Propulsionsgiltegrades 1D betragt in diesem Fall etwa 0,01.
Dagegen 1st die ee-Verbesserung sottrohl bei
gleich-lastiger Ballastfahrt auf flachern Wasser als auth im ver-trimmten Ballastzustand auf tiefem Wesser wesentlich starker mid liegt im ersten Fall be! h < 50 m sowie im zweiten Fall bei 8 1,250 bzw. 0,75° bereits in der
GrO-Benordnung von etwa 0,10. Bei diesen Vergleichsversu-chen war der achterliche Tiefgang stets groB genug, um
voile Eintauchung des Propellers zu gewahrleisten.
Die Verbesserung des Tiefwasser-Propulsionsgiltegrads irn vertrimmten Ballastzustand 1st so groB, daB die
trimm-bedingte Widerstandserhohung hierdurch aufgefangen
wird. Bei konstanter Wellenleisturbg 1st der Geschwindig-keitszuw-achs infolge der Deplacementsverringerung
vertrimrhten Schiff etwa vergleichbar mit dem Wert, der bei gleicher Ballastverdrangung aber mit gleichlastigem
Trimm irn korrespondierenden Widerstandsversuch festge-stellt Wurde, wie die zahlemnaBige Gagentiberstellung in
Tabelle 1 zeigt (Spalte 3 im Widerstands- und 4 im
Pro-pulsionsversuch).
Tabelle 1 Geschwindigkeitsverhaltnisse am M 1066 auf
tiefem Wasser
be! konstanter Schleppleistung (20 000 PS) = 14 710 kW be! konstanter Wellenleistung (25 800 PS) = 18 976 kW
vollbeladen 50 0h, Ballast 40 °A Ballast 40 °A Ballast
1,25°
gleichlastig gleichlastig glelchlastig vertrimmt
Auch wenn hieraus keine allgerneingiiltigen Aussagen
gerhacht werden k6nnen, deuten die Ergebnisse doch
dar-auf hin, daB zur Abschatzung des Geschwndigkeitszu-wachses bei konstanter Wellenleistung und vertrimmter
Ballastfahrt auf unbegrenzter biw
maBig begrenzterWassertiefe ebenfalls die in Widerstandsversuchen
er-rnittelten Deplacementspotenzen filr entsprechende
Bal-lastverdrangung, jedoch, ohne Trimmkorrektur, unter
Be-recksichtigung der PropuLsionegiltegradanderung gernaB [9]
herangezogen werden konnen.
Bei geringen Wassertiefen im Bereich h/ 1,6 laid darunter fiihrt em n solches Vorgehen aber zu nicht zufrie-denstellenden Ergebnissen, weil die auf tiefem Wasser fest-gestellte Verbesserung des SchiffseinfluBgrads und damit
des Propulsionsgiltegrads sich mit geringer werdender Wassertiefe abbaut. Ab h / Ti < 1,6 1st der
Schiffsein-fluBgrad auf Ballasttiefgang nicht nur etwa gleich fiir den
vertrimmten -mid den gleichlastigen Zustand (Fall 2 b und 4 b im folgenden Vergleich), sondern beginnt auch
kleiner zu werden als der entsprechende Wert des
vollbe-ladenen Schiffes. Die etreichten Geschwindigkeiten im
Widerstands- mid Propulsionsversuch bei konstanter
Schlepp- biw. Wellenleistung sind fiir em- und denselben
Trimmzustand miteinander vergleichbar Fall 2 a mit 2 b
bztv. 4 a mit 4 b und nicht 3 a mit 4 b wie auf tiefem
Wasser. 5 :e'ee
----
--,-;---77(.-..i.0,4° -.... 0=0,75 -...., -.... --....--, ... ..._ 1066 ---M 1121 . 1,25° 3 347h2BiId 5 Geschwindigkeitsverlust infolge hecklastigen Trirnms
be! konstanter Schletple1stung 40-50 Ballastfahrt
Aus diesem Grunde und weil das Schiff im vorliegenden Wassertiefenbereich nur auf Ballasttiefgang fahren kann, wird in Bild 5 der durch den Trimm entstehende Geschwin-digkeitsverlust bei gleicherVerdrangung ilber demWasser-tiefenverhaltnis wiedergegeben. Die Ergebnisse zeigen, daB der Geschwincligkeitsverlust mit geringer werdender Was-sertiefe zwar zunimmt, dieser aber widerstandsmaBig nicht
so groB ist, daB er eine zusatzliche Ballastaufnahme zur
Verringerung des Tiefgangsunterschieds am Vorschiff, wie in der Einleitung erwahnt, rechtfertigen wiirde. Die
Kom-pensierung des einen Verlusts hetet den anderen, durch
Verdrangungszuwachs hervorgerufenen, nic.ht auf. Irn Ge-gensatz hierzu ist vorwegnehmencl zu bemerken, daB unter Propulsionsbedingungen, wie die entsprechenden Versuche erkennen lessen, eine solche zusatzliche Ballastaufnahme bei unverandertem Hinterschiffstiefgang zwecks Erfilllung
beider Bedingungen. voile Eintauchung des Propellers
und Verringerung des hecklastigen Trimms ohne
zu-satzliche Gesehwindigkeitsverluste in cliesem
Wassertiefen-bereich moglich ist. 2.2 Propulsionsversuche
Im Gegensatz zu Widerstandsversuchen sind die
Pro-pulsionsversuche naturgernaB weniger geeignet, allgemein
iibertragbare KenngroBen abzuleiten, weil hierbei
meh-rere zusatzliche EinfluBfaktoren wie PropellergroBe, seine
Auslegung und Anordnung sowie Sog- mid
Nachstrom-ziffer eine nicht auBer acht zu lassende Rolle spielen. Bei
volligen Schiffen muf3 darilber hinaus mit .einer erheb-lichen Beeinflussung der Ablosung am Heck durch den
arbeitenden Propeller gerechnet werden. In der Praxis 1st es daher iiblich, die WeLlenleistung mit Hilfe des berech-neten Widerstands und des ilbenschlagig ermittelten Pro-pulsionsgiltegrads, der die genannten Einfliisse surnrnarisch
(I) (2) (3) (4)
15,78 kn 16,71 17,30 16,80
Yh 0,4 - 0.350.3 - 0250.2 -(V2/VI).101/D)Vk C1%,Sz10 Index 1; Vollbe(aden 2; Ballast 0 Ballast M 1066 M 1121 NT )1,2
PE= konst ; (F11E)h.4,152
50% 44% 40%
10 2,0
Bild 3 apPlacementpotenz in Abhangigkeit von der Wassertiefe
bei gleichhistigem Trinira 40=50 ,Ve Ballastfahrt
gleichlastigen Zustand in Bild 4 oben fur das Modell 1066
als Funktion des Trirnmwinkels 0 far vier Wassertiefen
im Bereich h > 1,2 Ti dargestellt. In Bild 4 unten sind die entsprechenden Werte fur beide Modelle bei Trimmwinkel
8 = 0,75° fiber dem Wassertiefenverhaltnis aufgetragen. Im Gegensatz zu den yh-Werten ist der TrimmeinfluB in
beiden Fallen unters.chiedlich und im Modell 1121 starker. Die Ursache fiir diese Abweichungen darfte zum groBten Teil in den Unterschieden der Bugform liegen.
Der Trimmquotient ye / ye 0 nahert sich
mit
flath-werdendem Wasser und bei groBerer
Ausgangs-Froude-Zahl mehr und mehr dem Wert 1, weil er auf yh bezogen
ist. Der absolute Geschwindigkeitsverlust, infolge des
Trimms, nimmt auf flachem Wasser jedoch zu (s. Mid 5). Vereinfachend laBt sich der Trimrnquotient iiber tg28 als
linearisierter Wert in der Form Yhe / Yhe 0 = mtg28 b;
m, b = f (h, v usw.) darstellen.
Mit dieser AuSarbeitung der Versuchsergebnisse 1st emn
Anfang gemacht worden, der fiir alle Wassertiefen h > 1,2 Ti und für Ballasttiefgange entsprechend 40-50 0/0
der Konstruktionsverdrangung, die Bestimmung der De-placementspotenz und ihre Korrektur fiir den
Trimmein-fluB ermoglicht, der aber durch Hinzuziehung weiterer Er, gebnisse noch verfeinert werden muB. Man kann mit ihrer Hilfe filr den gesarnten Geltungsbereich die durch
peplace-rnentsverringerung auf gegebener Wassertiefe bei
kon-stanter Schleppleistung resultierende Geschwindigkeitszu-nahme gegeniiber der auf gleicher Wassertiefe bekannten
Geschwindigkeit des voll beladenen Schiffes berechnen. Durch wiederholte Berechnung ist eine Abschatzung der
SchlePPleistungsminderung bei konstanter Geschwindig-keit Thoglich, welche dann zu erwarten ist, wenn das Schiff nicht mit vollem, sondern auf Ballasttiefgang fahrt.
Im Geltungsbereich der Wassertiefen lassen sich die
durch Deplacementsanderung zwischen 40 und 500/O ent-stehenden Geschwindigkeitszunahrnen oder -abnahmen rnit Hilfe der ehtsprechenden Deplacementspotenz und
toren auch dann bestimmen, wenn die Geschwindigkeit
der gleichen Wassertiefe statt bei vollern Tiefgang bei einem Deplacement innerhalb dieses Ballastbereichs
be-kannt ist: 1,0 0,9 0,8 0,7 M 1066 PE r konstZ(FnD von 0,152 1 r. c° 0,163 21,4m 3,0 m 51,4 m
Heck( astiger Trimm 2° M 1066 Trimm0 =0,75° I PE =konst"-:(Fn 1,05 a 1,00 095 0,90 02/ 0.5
Buhl 4 Deplacementpotenz in Abhangigkeit V OM Trimm 40-50 'is Ballastfahrt 04 1,05 1,00 a 0,95 Dz/D, .0,90 05 0,45 0,4'
daB fur die Ermittlung der Geschwindigkeitsanderung y k
einzusetzen ist.
Der EinfluB der Deplacementsverringerung auf die Ge-schwindigkeit in Abhangigkeit von der Wassertiefe filr den Bereich h > 1,2 Ti wird auch in Form von Deplacements-potenz y angegeben. Mit abnehme.nder Wassertiefe ist der Geschwindigkeitszuwachs bei gleicher Schleppleistung in-folge der verringerten Verdrangung bei Ballastfahrt
natur-gemaB wesentlich starker als dies auf tiefem Wasser der
Fall ist.
Bild 3 zeigt den Verlauf der Deplacementspotenz yh fiber
dern Wassertiefenverhaltnis als Quotient aus der dritten Wurzel der Ballastverdrangung und Wassertiefe h
zu-nachst ohne TrimmeinfluB. Es gilt hier:
(V2 / Vi)h (Di /D2)Yh k
Index 1 u.2: Vollbeladen bzw. Ballastzustand
(V2 / Vi)h: Geschwindigkeiten jeweils auf einer Wassertiefe k: der Quotient aus dem jeweiligen Deplacement und
der benetzten Oberflache
Yh: die Deplacementspotenz auf der entsprechenden
Wassertiefe.
Fiir die Auftragung ist das VerhaltnisfY v2 / h und nicht die sonst ilblichen Werte wie VAm/ h oder h / (h-T) bzw.
L / h gewahlt worden, weil sich samtliche errnittelten Yh-Werte in dieser funktionellen Abhangigkeit zu einer Kurve zusammenfiihren lassen. Irn Gegensatz zum
Tief-wasser bzw. Quasi-TiefTief-wasserbereich scheinen die
EinfluB-groBen Schlanitheitsgrad bzw. Bugform ihre Bedeutung auf flachem Wasser zu verlieren. Für
Deplacementsab-weichungen innerhalb des 40 bis 50 °A-igen Ballastzustands
muB das Wassertiefenverhaltnis allerdings geringfilgig korrigiert werden (a-Korrektur in Bild 3). Die aufgetrage-nen yh-Werte der beiden Modelle sind fiir eine konstante
Schleppleistung entsprechend der Fn-Zahl von 0,152 des
jeweils vollbeladenen Schifles auf tiefem Wasser ermittelt. I3ei grolleren oder kleineren Ausgangsleistungen (und
Ge-schwindigkeiten) wird die yh-Kurve entsprechend des
y-Verlaufs in Bild 1 (unten) nac.h unten bzw. nach oben
ver-schoben.
Der EinfluB des hecklastigen Trimms auf
Ge-schwindigkeitsanderungen bei Ballastfahrt ist ebenfalls
als Quotient der Deplacementspotenz im vertrimmten zum
0,15-0,1
moglich und auch nicht sinnvoll, die Auswertung zur Fett-stellung der Zusammenhange an Hand der durch
Deplace-thents- oder Trimmanderungen entstehenden
Leistungs-zunahmen oder Abnahrnen bei konstanter Geschwindigkeit vorzunehrnen, sondem hier die sich dadurch bei konstanter Schleppleistung ergebenden Geschwindigkeitsanderungen zugrunde zu legen.
Die Einbeziehung des Wassertiefeneinflusses auf die
GeschwindigkeitsverhaltniSse bei Deplacementsverringe-rung und Vertrimmung (Punkt c) ist schwieriger, weil sie
gleichzeitig die Problematik der Geschwindigkeits- und
Widerstandsanderungen des beladenen Schiffes auf flachem Wasser beriihrt.
Das letztere ist andervveitig nailer untersucht worden,
wie z. B. in [7 und 8], und kann nicht zurn Gegenstand der vorliegenden Untersuchung gemacht werden. Folglich muB such flit- Punkt c) vorausgesetzt werden, daB der Schlepp-leistungsverlauf des beladenen Schiffes auf flachem Wasser bekannt ist bzw. nach diesen bekannten Verfahren
ermit-telt wird und hier den Ausgang darstellt, was wiederum dazu führt, daB die Fahrwassertiefen in zwei Bereiche tuiterteilt werden miissen, namlith erstens groBer und
zweitens kleiner als der Konstruktionstiefgang des Schiffes.
Die nachfolgend ausgewertete Systematik schlieSt den
WassertiefeneinfluB fiir den ersten Bereich vollstandig em, wahrend ftir den zweiten Bereich, der dem Fall des extre-men Flachwassers gleichzusetzen ist, eine getrennte Aus-wertung der Ergebnisse vorgenommen wurde.
Punkt a)
Fiir die vergleichende Bewertung der Ergebnisse der
Schleppversuche ist der aus [2] bekannte Ansatz, der von bekanntem Schleppleistungsverlauf des beladenen Schiffes
ausgeht und die Zunahme der Geschwindigkeit filr den Ballastzustand bei gleicher Leistung mit Hilfe der
De-placementspotenz wiedergibt, benutzt worden:
V2 / = (D1 / D2) Y'; y' = f (Fn; D/L')
Index 1: vollbeladenes Schiff Index 2: Schiff im Ballastzustand
Fn: Froude-Zahl = V / jig L
D/L': Schlankheitsgrad
Die danach ermittelte Deplacementspotenz y' = (yk)
fiir beide untersuchten Modelle bei 40- bis 50prozentiger
Ballastfahrt auf tiefem Wasser wird in Bild 1 (oben) ftir je drei Trimmlagen aLs Funktion der
Ausgangs-Froude-Zahl dargestellt.
Um die Anderungen der Schiffsabmessungen und der Formparameter in einer moglichst einfachen Relation zu
erfassen, wurden spater die in der VBD vorliegenden
Werte von einigen weiteren Tankern undMassengutfrach-tern auf tiefem Wasser in die Auswertung einbezogen.
Aus ritehreren untersuchten GroBen erwies Sich hierbei die Einfiihrurig des Quotienteh k aus dem jetveiligen Deplace ment und der benetzten Oberfldche
k = Di/Si Ss/D2
am gtinstigsten, mit dessen Hilfe die Deplacementspotenz in der Form
y' = y k
wiedergegeben wird.
In Bild 2 sind die filr sechs verschiedene Schiffe so be-rechneten y-Werte zugarnmen nnt den relevanten Schiffs-daten aufgetragen. Dernriach spielen die Schifisabrnessun-gen dann keine bedeutende Rolle rnehr. Auch der EinfluB des Schlankheitsgrads innerhalb der hier vorkominenden Variation auf den y-Wert scheint gering zu sein. Die Auf-tragung detitet datauf hin, daB die Unterschiede in diesem Tell der Deplacernentspotenz vielinehr durch die Bugform bedingt sind. Die Weitere Auetvertung ist jeweils mit dem y-Wert durchgeftihrt worden. Die fiir die beiden Modelle gilltigen Werte auf tiefern Wasser werclen in Bild 1 (unten)
Wiedergegeben.
Punkte b) und c)
Im weiteren Verlauf 1st der y-Wert such als
Deplace-mentspotenz bezeichnet worden. Es 1st jedoch ru beachten,
Vqvi 0(DqD2)0 k Pi/si S2/02 0,10 0,05 o Irrn"/ 10313/0 Bugform Ellipsoid jKonvenlionell lEllipsoid
Zyl. mit Zyt.-Wulst Index 1 5 Vollbeladen 20 eallast 3 0,100 g.0,075 a OJ 0,075 Y a, M1066 10' Die. 53 rir'ffon-Er="0,4°1 ITrirnm B=01 \M1121 03. D/L3 .9,3 ye=p1( \M1121 V2ivi..(01102)" 010 015 0,20 rn01
Blld 2 Deplacementpotenz fiir Tanker und Massingutfrachter bei 40=-5O0/eiger Ballastfahrt auf tiefem Wasser
9.125 \103010.9,3 k Oils Sz/D2 ; ecCli=" PE = konst.
Fe =0,751
8.1,25°I
80 0,7501
Bild 1 Geschwindigkeitszunahme durch
Deplacementverringerung bei 40 50,/oiger
Ox .25°F
o isNI Di 0,14 016 0 /6 Fn 0 Ballastfahrt= konst. Wassertiefeh=
M1066 111121 x ° 3 g 290 6,3 332 9,3 337 9,0 337 9,0 174 8,7 331 8,6 0,025 0,12 004 0,16 0.18 Fa Di 0,14 0 f6 0,05 M1066 -'0' 0/0.8,3
Tabelle 2 Geschwindigkeitsverhaltnisse anf flaehem Wasser M 1 0 6 6 : a) bei PE = b) bei PD = Tv = Th = M 1 1 2 1 : a) bei PE = b) bei PD = Th = h = 26,0 in 13,5 m I a) b)
Die zahlenmaBige Gegenilberstellung in Tabelle 2 laBt
erkennen, daB im extremen Flachwasserbereich die Ge-schwindigkeitsanderungen in Ballastfahrt bei konstanter Wellenleistung in erster Lime vom groBten achterlichen
Tiefgang abhangig sind, der zur Gewahrleistung der
Pro-pellereintauchung
eine bestimmte GrOBe nicht
unter-schreiten darf. linter dieser Bedingung scheint es uner-heblich zu sein, ob der vordere Tiefgang durch geringere
Verdrangung uncl mit entsprechendem Trirnm kleingehal-ten odes durch zusatzliche Ballastaufnahme auf annahemd gleiche GroBe gebracht wird wie der hintere Tiefgang. So
ist auf Wassertiefen 21 bzw. 26 m entsprechend h / Th = etwa 2,0 bei festgehaltenem hiriteren Tiefgang Th und konstanter Wellenleistung praktisch kein Unterschied in
den erreichten Geschwindigkeiten fastzustellen, obgleich der vordere Tiefgang irn M1066 von 4,75 auf 8,50 m und im M1121 von 6,75 auf 8,50 m vergroBert wurde (Spalte 2
und 4 jeweils Zeile b) in obiger Gegeniiberstellung in
Tabelle 2). Au! h = 13 m- das entspricht einem h / Th-Ver-haltnis von 1,2 - zeigt das Modell 1066 in stark vertrirnm-tern und annahernd gleichlastigem Zustand iiberhaupt kei-nen Geschwindigkeitsunterschied mehr, obwohl die Ver-drangung zur VergleichmaBigung der Schwimmlage durch zusatzliches Gewicht von 40 auf 500/i der Konstruktions-verdrangung erhoht wurde.
3. Zusammenfassung
Der vorliegende Bericht befaBt sich mit dem EinfluB der Deplacernentsanderung und des achterlichen 'I'rimms auf
die Geschwindigkeit mid Leistung von volligan Tankern und Massengutfrachtern bei Ballastfahrt auf tiefem und flachem Wasser. Im einzelnen wurden Widerstands- und Propulsionsmessungen an zwei Modeleln jeweils im
be-ladenen und Ballastzustand bei verschiedenen
Trirnmyor-gaben auf fnehreren Wassertiefen durchgefiihrt und
fest-gestellt, wie sich dadurch bei konstanter Leistung die Ge-schwindigkeit andert.
Der Bericht enthalt die Versuchsergebnisse und die dar-aus in Weitergehender AuSwertung gewonnenen Berech-nungslinterlagen.
Die unter Einbeziehung des Wassertiefeneinflusses
ab-'-geleiteten und im Bericht Mitgetellten funktionellen
Abhangigkeiten gestatten, fur den gesamten GeltungSbereich
-die durch Deplacementsanderung und Trimm
entstehen-den Geschwindigkeitszunahmen oder Abnahmen bei
kon-stanter Leistung abzuschatien, und liefern einen Beitrag zur Losung. vieler Fragen des Schiffbaus und Schiffsbe= triebs in bezug auf Ballastfahrt eines Tankers oder Mas- .
sengutfrachters. -
4. Literatur
Platzwahl, W.: rberschlagige Ermittlung der Leistung bei ver-schiednen Tiefgangen. Schiff und Hafen, Heft 10/1960 - sowie Diskussionsbeitrag hierzu in Schiff und Hafen, Heft 1/1961 Henschke, W.: Einfluf) des Schiffsgewichtes auf die Geschwin-digkeit und Antriebsleistung. Schiff und Hafen, Heft 1/1981
Dankwardt, E.: Diagramm Ober Trimmeinflufl geschleppter
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The Shipbuilder and Marine Engine Builder 1963
Dankwardt, E.: Propulsionsgtitegrad bei Ballasttiefgang. Schiff-bautectutisches Handbuch, Bd. 2, 2. Auflage, S. 330
20 000 PS --- (14 710 kW) 25 800 PS = (18 976 kW) 18,00 m 8,50 m 7,67 4;75 18,00 in 10,50 m 7,67 11,00 (1) (2) (3) (4) 12.14 kn 15,48 16,31 15 68, 11,58 kn 15,52 15.68 13,40 14,25 13,31 12,78
