Untersuchungen der gegenseitigen geschwindig-keitsbeeinflussung von motorgüterschiff und schubverband beim passieren in einem tiefen- und breitmässig wesentlich begrenzten fahrwasser

8 FEB. 1913

- A Rail

EF

Untersuchung der ,gegenseitigen

Geschwindigkeits-beeinflussung von Motorgiiterschiff und Schubverband

beim,Passieren in einem tiefen- und breitenmaRig

wesendich lbegrenzten Fahrwasser

von Dipt.-Ing. Ernst Muller

1-30. IMitterlung der VersuChsanstalt fir 181'nnenschiffbau e. V., Duisburg, Institut an der RheinischrWestfalischen Technischem Hochschule Aachen

Ae,,/-vcd-4e

re---zv-z;79

tab. v.

Scheepsbouwkuncie

Technische

Hogeschool

Delft

Dipi.-Ing. Ernst Muller

Untersuchung der gegenseitigen

Geschwindigkeitsbeeinflussung von Motorgiiterschiff und

Schubverband beim Passieren in einem

tiefen- und breitenmaBig wesentlich begrenzten Fahrwasser")

130. Mitteilung der Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e. V., Duisburg,

Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule Aachen

1. Aufgabenstellung

In Schiffahrtskreisen ist allgemein bekannt, dab beim Passieren zweier Schiffe eine

gegenseitige Beeinflussung der Geschwin-digkeiten, des Trimms und der Parallelab-senkung erfolgt. Durch einige in der

Ver-suchsanstalt fOr Binnenschiffbau

durch-gefOhrte Forschungsvorhaben (1), (2), (3), (4), (5) sind grundsatzliche, qualitative Aussagen

Uber das Verhalten der Schiffe wahrend

eines Passiervorganges bereits mbglich,

quantitative Angaben mussen jedoch von Fall

zu Fall ermittelt werden, da die Vielzahl der

Einfluf3faktoren eine wesentliche Rolle spielt. Solche Einflubfaktoren sind,

die Fahrwasserverhaltnisse, die abhangig sind von

der Fahrwassertiefe, der Fahrwasserbreite,

der Querschnittsform und einer eventcell vorhandenen StrOmungsgeschwindigkeit

die GrOf3e der Schiffe, die im

wesent-lichen unterschieden werden durch

Lange,

Breite,

Tief gang

die Schiffsgeschwindigkeiten,

der seitliche Abstand der Schiffe

von-einander wahrend des Passiervorganges,

der Abstand der Schiffe von der

Seiten-begrenzung des Fahrwassers

(Spund-wand, Uferbaschung).

Wie in den o. g. Arbeiten bereits deutlich

herausgestellt worden ist, liegen die

Grenz-geschwindigkeiten im beschrankten

Fahr-wasser fUr em n ungestOrt alleinfahrendes

Schiff erheblich unter der

Stauwellen-geschwindigkeit

c = i'g

h **)

d. h. die gefahrenen Geschwindigkeiten sind

von vornherein nach oben bin begrenzt.

*) Die Mittel ',ur DurchfOhrung dieser Arbeit

wurden in dankenswerter Weise vom

Land Nordrhein-Westfalen, Landesamt fOr Forschung, zur Verfugung gestellt. **) Die Bedeutung der verwendeten Symbole

ist dem Symbolverzeichnis zu entnehmen.

Fur den Schiffsffihrer ist es jedoch wichtig

zu wissen, in welchem Umfang die

Ge-schwindigkeit seines Schiffes bei einer

Be-gegnung oder Uberholung verandert werden

muf3 und welche Rudermanaver ggfs.

ein-geleitet werden mOssen, urn Kollisionen mit dem Passierpartner oder der UferbOschung

zu entgehen, bzw. urn Grundberuhrung zu

vermeiden.

[in solches instationares, d. h. zeitlich ver-anderliches Problem ist infolge der groben

Variationsmbglichkeiten der aufgefuhrten

Einflubfaktoren einerseits, der zu erf011enden

einschrankenden hycirodynamischen

Rand-bedingungen andererseits, theoretisch auch

in absehbarer Zeit noch nicht exakt zu

be-waltigen. Ansatze hierzu gibt es zwar bereits,

jedoch befassen sich solche Arbeiten stets

mit mathematisch darstellbaren Korpern, die

sich in allseitig unbegrenzter FlOssigkeit

(also tiefgetaucht) bewegen, so dab unter

vereinfachenden Annahmen potentialtheore-tisch ihr StrOmungsverhalten berechnet wer-den kann. Der Einflub der verformten

Wasser-oberflache bleibt dabei unberOcksichtigt. Als interessantester Versuch in dieser Rich-tung mul3 die Arbeit von Collatz (6) gewertet

werden, der Berechnungen fur 2-dimensio-nale StrOmung mit Hilfe von unendlich

Ian-gen elliptischen Zylindern durchfuhrt.

Die derzeit einzige wirtschaftliche Unter-suchungsmoglichkeit ist der Modellversuch

(s. a. [7]), denn nur durch ihn kommt man

sowohl zu den fUr eine allgemeine Aussage wichtigen qualitativen Ergebnissen als such fur spezielle Falle (bostimmte Schiffseinhei-ten in einem bestimmSchiffseinhei-ten Kenai) zu quantita-tiven Zahlenangaben.

Die vorliegende Forschungsarbeit ist auf

mehrfach gebuberten Wunsch aus Kreisen

der schiffahrttreibenden Praxis durchgefiThrt

worden, wobei Wert auf Klarung des Fehr-verhaltens beim Begegnen und Dberholen

zwischen Schubverband und kleinem Motor-guterschiff gelegt wurde.

2. Hydrodynamische Betrachtungen

[in in Fahrt befindliches Schiff baut urn sich

herum em n Druckfeld auf. 1 m Vor- und

Achter-schiffsbereich ist Uberdruck vorhanden, i m

Mittelschiffsbereich Unterdruck. An der

Wasseroberflache macht sich des durch eine

Verformung bemerkbar; vorn und achtern

sieht man deutliche Erhebungen

Bug-und Heckstau wahrend im mittleren Teil

eine Absenkung, die Mittschiffsmulde

vor-handen ist. Dieser sog. lokalen

Oberflachen-verformung iiberlagern sich die freien

Wellen.

Durch die Druckunterschiede am Schiffs-kbrper, vor allem am Schiffsboden,

veran-dert sich aber auch die Schwimmlage sines Schiffes, und damit dessen zur Basis paral-lele Absenkung und dessen Trimm.

Wenn em n Schiff in einem Kanal oder einem kanalisierten Flub also in einem merklich

begrenzten Fahrwasser

fahrt, wird der

neben dem Schiff verbleibende Wasserquer-schnitt stark verringert. Aufgrund des Konti-nuitetsgesetzes

F

v = const

F = Wasserquerschnitt

v = Geschwindigkeit der Flussigkeit ergibt sich, dab die Flussigkeit mit erhohter

Geschwindigkeit neben dem Schiff nach hin-ten stremt. Das wiederum hat infolge Giiltig-keit der Bernoullischen Gleichung

v2 + Qgz + p = const.

2

eine Druckveranderung zur Folge, und zwar kommt es im wesentlichen zu einer weiteren

Verminderung des Unterdruckgebietes im

Mittelschiffsbereich und damit such zu einer

Vertiefung der Mulde neben dem Schiff, zu einer erhbhten Schiffsabsenkung und zu

einer veranderten Trimmlage gegenOber der Fahrt in allseitig unbegrenztem oder auch

nur tiefenmabig begrenztem Wasser. Die freien Oberflachenwellen spielen in der Kanalfahrt eine untergeordnete, bzw.

Ober-haupt keine Rolle, da die kommerzielle

Schiffahrt mit Geschwindigkeiten fahrt, die

eine Froud'sche Langenzahl von

Fn

=0,18

L

nicht Oberschreiten. Unterhalb dieser Zahl

ist bekanntlich die Wellenbildung so gering,

dab der Wellenwiderstand eines Schiffes

gegenOber den anderen Widerstandsanteilen verschwindend klein wird.

-IL.

Die Druckveranderungen urn em n einzeln

fah-rendes Schiff lassen sich mit Hilfe der

Poten-tialtheorie annahernd berechnen. Das setzt

voraus, dab die FlOssigkeit als

inkompressi-bel, homogen und zahigkeitsfrei betrachtet

wird. Zur weiteren Einschrankung wird

ange-nommen, de der Schiffsk6rper durch einen

verdrangungs- und langengleichen

mathema-tisch erfal3baren K6rper ersetzt wird und de dieser KOrper dann tiefgetaucht" fahrt, also ohne die Wasseroberflache zu

verfor-men. Berechnungen dieser Art sind bekannt und such durchgefOhrt warden.

Die Ergebnisse erfassen die

Stromungsver-haltnisse an einem Schiffskorper qualitativ

durchaus richtig. Fur einen rechteckigen Kanalquerschnitt laf3t sich mit Hilfe des

Spiegelungsverfahrens der Einfluf3 des be-grenzten Fahrwassers ebenfalls annahernd

richtig darstellen (1). - Weiterhin kann man die Verformung der Wasseroberflache fur

sin im Kenai fahrendes Schiff berechnen (8),

(9), (10), im FaIle der Linearisierung durch

Superposition die genannten Anteile zusam-menfassen und somit die StrOmungsverhalt-nisse urn em n fahrendes Schiff korrekter wiedergeben. Dabei braucht auf Grund der kleinen Froude-Zahlen nur der lokale Anteil

der Oberflachenverformung berOcksichtigt zu werden. Moglicherweise ergibt eine gewisse Iteration der Einzelergebnisse eine Verbes-serung des Gesamtergebnisses.

Anhand dieser Ausfiihrungen lalit sich

ab-schatzen, welchen Umfang die Berechnungen bereits fur em n einzeln fahrendes Schiff

an-nehmen und urn wieviel aufwendiger sie

beim Begegnen oder Uberholen zweier Schiffe werden. Collatz (6) errechnet fur den

Fall des Passierens zweier elleptischer

Zy-linder (2-dimensionale Betrachtung) die

ge-genseitig wirksam werdenden Krafte und

Momente. Dabei nimmt auch er, urn das

Berechnungsverfahren zu vereinfachen,

all-seitig unbegrenzte FlOssigkeit an, womit

zwangslaufig die Verformung der Wasser-oberflache vernachlassigt wird. Bisher sind in keiner Weise die Parallelabsenkung und

das Trimmverhalten der Schiffe bei rein

theoretisch rechnerischen Betrachtungen

berUcksichtigt warden.

Em n Ausbau der Rechenverfahren in dieser

Richtung ist nur mit Hilfe sehr grober und

schneller EDV-Anlagen moglich.

Deli die Kenntnis der Vertikalbewegungen

des Schiffes beim Passieren fur die Binnen-schiffahrt auf3erst wichtig ist, beweisen die

aufgetretenen FaIle von Grundberuhrungen. Darauf ist such in den Veroffentlichungen (2) und (4) eingehend hingewiesen worden. Im Verlauf der vorliegenden Arbeit wind

auf-gezeigt, in welch grofiem Mai3e gerade in

der Kanalschiffahrt auBer der gegenseitigen Geschwindigkeitsbeeinflussung die eingangs angefithrten EinfluBfaktoren des Fahrverhal-ten der Schiffe mitbestimmen.

Es soli hier such vermerkt werden, dal3 nach

Ansicht des Verfassers, die in der derzeit

gOltigen BinnenschiffahrtstraBenordnung

an-gefOhrten Geschwindigkeitsbestimmungen,

den heutigen Verkehrsbedingungen sowie

den wissenschaftlichen Erkenntnissen Ober

das dynamische Fahrverhalten im Verkehr

nicht genugend Rechnung tragen. So werden

z. B. fOr die westdeutschen Kanale die

Hgchstgeschwindigkeiten lediglich von einer Tiefgangsgrenze abhangig gemacht (§ 15.09-WK). Danach darf em n Motorguterschiff vom

Typ i. Welker" im Dortmund-Erns-Kanal bei

einem Tiefgang von T = 2,5 m noch mit

einer Geschwindigkeit von 10 km/h fahren.

Daf3 es bei einer Wassertiefe von h = 3,5 m hier am Heck zur Grundberuhrung kommen mu(3, ergibt sich eindeutig aus den Messun-gen in (4).

Als greer Mengel ist such anzusehen, daf3

fur das Begegnen und

Uberholen keine

oberen und unteren Geschwindigkeitsgrenzen vorgeschrieben werden (s. §§ 6.03

-6.11, 15.05-WK, 15.06-WK u. a.). Damit wird

es dem Schiffsfuhrer itherlassen ob, bzw.

wie welt er seine Geschwindigkeit beim Passieren einer anderen Einheit andert.

Hier-fOr sind aber hydrodynamische Kenntnisse

vorauszusetzen, die ihm wahrend seiner

Ausbildung mit Sicherheit nicht vermittelt

warden.

3. Durchfuhrung der Versuche

Zur Klarung der im vorigen Kapitel

darge-legten Probleme sind in der Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau, Duisburg, Modeliver-suche im Ma6stab 1:16 durchgefUhrt warden. Dabei gewonnene MeBergebnisse sind gultig fur die Randbedingungen bzw. Einfluf3groben, die durch die jeweils vorliegende Versuchs-anordnung wiedergegeben werden.

Die Modellversuche wurden im kleinen Tief-wassertank der VBD vorgenommen, in dem em n Zwischenboden einbetoniert ist, der dem

Profil des Dortmund-Ems-Kanals

(S0d-strecke, Projektzustand) entspricht.

Bekannt-lich sind die Wasserhbhen in den Karlalen

oft unterschiedlich. Deshalb wurden zwei

WasserhOhen untersucht,

h = 3,5 m 219 mm

und h = 4,1 m 256 mm.

(Die Modellwerte gelten fur den gewahlten

MaBstab 2, = 16.)

Der Wasserquerschnitt des DEK betragt bei h = 3,5 m FK = 106 m2 und bei h = 4,1 m FK = 130 m2

Fur die Versuche wurden die in der Tabelle I

angefOhrten Modelle folgender

Schiffsein-heiten verwendeti Tabelle II Schiffseinheit Schubverbancl MS Th. Bayer" TSchiff TModell Mir Tabelle I

I. Schubverband bestehend aus einem

15-m-Kanalschubboot und einem Europaleichter, Typ I. Die fur die groBeren westdeutschen

Kanale z. Z.

zulassige Lange von 85 m

wurde eingehalten. Schubboot VBD-Modell 630 Lb,.

=

15,0 m 938 fTlfrl Lpp 14,33 m 895 Mr1 8,0 m 500 IT1111 1,5 m 94 mm 85,9 m' 21,43 dm' 187,97 m2 0,734 m2 Leichter VBD-Modell 526 -= 70,0 = 9,43 T1

=

2,0 LWL1

=

67,46 =1202,15 Si = 859,66 = 18,85 T2

=

2,5 LWL2 = 68,44 -V2 =1517,8 S2 =- 934,65 F32

=

23,56 II. Motorguterschiff MS Th. Bayer" Ti Lwi.1 Si FE41 12 Lw12 V2 S2 FO2 ',Schiff km/h rn fT13 M2 m2 rn M3 m2 m2 453759 mm 125 mm 4216 mm 293,5 dm' 3,358 m2 0,074 m2 156 mm 4278 mm 370,6 dm' 3,655 m2 0,092 M2 VBD-Modell 672 33000 mm 125 mm 2978 mm 101,4 drn3 1,496 m2 0,039 IT12 156 mm 2993 128,3 dm' 1,682 m2 0,049 M2

Alle Versuche erfolgten mit E genantrieb

der Modelle.

Zur besseren Klarung der hydrodynami-schen Zusammenhange wurden die Ver-suche in drei Abschnitten durchgefiThrt.

3.1 Alleinfahrt der Schiffseinheiten in Kanalmitte

Es wurden dabei die

Wasserspiegelverfor-mung, die Zusatzgeschwindigkeit des Was-sers (RUckstrom), der Druck am Kanalboden

sowie Trimm und Parallelabsenkung des

Schiffes gemessen (Abb. 1). Folgende

Ge-schwindigkeitsbereiche sind untersucht

war-den: vmodell ',Schiff m/s km/h m/s 2,0 125

4-10 0,278-0,695

2,5 156

4-8

0,278-0,556

4-10

0,278-0,695 2,0 125

4-10

0,278-0,695 2,5 156

4-10

0,278-0,695

4-10

0.278-0,695 Wassertiefe h 3,5 m = 219 m 4,1 m 256 mm

-

48,0

=

5,0 2,0 47,65 415,3 383,0 9,98 2,5 47,9 525,5 430,8 12,47

-=

=

Lo,a, 'B m2 m2 m2 m m

=

=

=

=

m mm

=

=

Tabelle III 3.2 Passierversuche mit Bestimmung der Geschwindigkeitsanderungen

Begegnen Uberholen

Me13modell Passiermodell Mel3modell Passiermodell

Th. Bayer Schubverband Th. Bayer Schubverband

Geschwindigkeit v Geschwindigkeit v

Schiff Modell Schiff Modell Schiff Modell Schiff Modell

km/h m/s km/h m/s km/h m/s km/ T = 2,0 m 125 mm T = 2,0 m 125 mm T = 2,0 m 125 mm T = 2,0 m 125 mm T = 2,5 m 156 mm T = 2,5 m 156 mm Abb. 1 Wassertiefe h = 3,5 m 219 mm Wassertiefe h = 4,1 m 256 mm T = 2,5 m 156 mm T = 2,5 m ,= 156 mm

Beide Modelle fuhren mit vorgegebenen An-fangsgeschwindigkeiten. Wahrend des Pas-sien/organges wurden kontinuierlich die Ge-schwindigkeitsanderungen und die Stellung der Modelle zueinander gemessen (Abb. 2). Die untersuchten Modellkombinationen, Was-sertiefen, Tiefgange und Geschwindigkeiten sind Tabelle III zu entnehmen.

3.3 Passierversuch mit Langs- und Querkraftmessungen

Auch bei dieser Versuchsart fuhren beide

Modelle mit konstanter

Anfangsgeschwindig-keit. Wahrend des Passiervorganges war eine Geschwindigkeitsanderung des jewei-ligen MeBmodells nicht moglich, da es

we-gen der Kraftmessungen fest mit dem

Schleppwagen verbunden war. Trimm- und

Absenkungsbewegungen konnten jedoch

durchgefuhrt werden. Zusatzlich zu den

Kraftmessungen wurden in einem

Quer-schnitt des Versuchstanks der Bodendruck,

die Wasserspiegelverformung und die

Zu-satzgeschwindigkeit gemessen (Abb. 3). Da-bei muf3te besonders darauf geachtet werden,

da13 der Begegnungs- oder Uberholvorgang

im Bereich des Me5querschntits vor sich

ging und nicht weit davor oder dahinter.

4. Versuchstechnik

1. Tell Alleinfahrt der Schiffseinheiten

In einem Querschnitt des

Dortmund-Ems-Kanal-Modells wurden die

Wasserober-flachenverformung, die

Geschwindigkeits-anderung des Wassers neben dem Schiff und die Druckanderung an der Kanalsohle

gemessen, die durch em n allein in Kanalmitte fahrendes Schiffsmodell verursacht werden.

In Abb. 1 wird die Anordnung der

Mawert-geber gezeigt. Alle verwendeten Geber

er-mOglichten em n kontinuierliches Messen der

instationaren Vorgange. Die Meliwerte

wurden auf einem Lichtstrahloszillographen registriert.

Zum Messen der Wasseroberflachenverfor-mung wurde eine Wellensonde benutzt. Fur das Messen der

Geschwindigkeitsande-rung wurden Stauscheiben verwendet, die

es gestatten, den Stromungsverlauf

ein-dimensional nach GrOf3e und Richtung zu

erfassen.

Am Tankboden wurden die Druckanderungen

in Kanalmitte mit einer Quarzsonde

ge-messen, am BOschungsfuf3 mit einer in der VBD selbst entwickelten Drucksonde (induk-tiver Tauchanker).

Mit Hilfe einer Lichtschranke und mehreren

Unterbrechern, die an den jeweiligen

Kon-struktionsspanten der Modelle angebracht

sind, ist eine Synchronisierung der

Meli-werte und der Lage des Schiffsmodells zum

Mefiquerschnitt auf dem Oszillogramm

sichergestellt. Trimm und Parallelabsenkung sind in Oblicher Weise durch statische Mes-sungen ermittelt und notiert worden.

(Leichter) (Leichter) 6,0 0,417 5,9 0,41 8,0 0,553 5,0 0,35 3,2 0,222 7,8 0,545 9,1 0,635 5,0 0,35 4,0 0,28 7,8 0,545 7,3 0,507 4,0 0,28 6,3 0,44 7,8 0,545 7,2 0,50 4,0 0,28 7,3 0,506 7,8 0,545 9,0 0,624 7,8 0,545 T

=

2,0 m 125 mm T= 2,5m (Leichter) 156 mm T

=

_{2,0 m =, 125 mm T 2,5 rn L=_ 156 mm} (Leichter) 3,9 0,269 6,0 0,42 9,5 0,66 4,9 0,34 5,2 0,362 6,0 0,42 8,6 0,598 4,0 0,28 6,4 0,446 6,0 0,42 8,9 0,618 4,0 0,28 8,3 0,574 6,0 0,42 8,8 0,610 6,0 0,42 10,3 0,716 6,0 0,42 (Leichter) (Leichter) 6,3 7,9 4,7 6,2 0,438 0,546 0,325 0,432 6,0 6,0 7,1 7,1 0,418 0,418 0,495 0,495 8,4 10,2 0,580 0,705 4,8 4,8 0,335 0,335 Mefiquerschnitt em DEK-Modell Modell molls. 116

reit 1: Aleeinlohrl einesM.:fells

1720 ( 4.7510) 250 6:426, Stauscho. WNW rfte 6, .1 1

--7

m/s

Loge *r Modell. beim Begegnen und Uberholen un Dortmund - Ems -Nan.- Modell Yea Pomereersurne, 'des.. de, 0.o.undigkedsonderung

Tell. Passierversuche mit Bestimmung der Geschwindigkeitsanderung

Am Mef3modell wurde mit einem

fotoelek-trischen Geber und einem Zahlgerat sowohl

der zultickgelegte Weg als auch die

Ge-schwindigkeit in Zeitintervallen von 1

Se-kunde vom Beginn bis zum Ende der

je-weiligen Versuchsfahrt gemessen und regi-striert. Die Stellung der Modelle zueinander wurde mit Hilfe einer an Spt. 10 bzw. Spt. 0

auf dem MeBmodell befestigten

Licht-schranke und mit Unterbrecherkontakten

be-stimmt, die im Abstand der

Konstruktions-spanten am Schubverbandmodell angebracht waren (Abb. 2).

Auch am Passier- bzw. Gegenmodell ist zur Kontrolle die Geschwindigkeitsanderung ge-messen und separat registriert worden.

Die Modelle fuhren frei. Wahrend der

Ver-suchsfahrten wurden die

Propellerdreh-zahlen und damit die Geschwindigkeiten nachreguliert.

Die GeradfOhrung der Modelle erfolgte

mit-tels zweier parallel zur Tankmitte in einem

Abstand von 2y -= 781 mm 12,5 m

von-einander gespannter Langsdrahte. Die Drahte liefen durch vorn und achtern an den

Model-en fest angebrachte FuhrungsrollModel-en.

Trimm-und Absenkungsbewegungen der Modelle

waren freigegeben. Der Durchhang und eine

megliche seitliche Auslenkung der Drahte

wahrend des Passierens konnte durch

Vor-spannung auf em n Minimum reduziert werden.

Ted. Passierversuche mit Langs- und Querkraftmessungen

Bei dieser Versuchsreihe war des Mef3mcdell durch die Mef3glieder kraftschlOssig mit dem Schleppwagen verbunden, wahrend das

Ge-genmodell frei fahren konnte und nur durch

einen langsgespannten Draht gef0hrt wurde (Abb. 3).

Die Geschwindigkeit des MeBmodells ist durch die Kopplung am Schleppwagen

zwangslaufig auch wahrend der

Passier-phase konstant geblieben. Das Gegenmodell

konnte in dieser Phase

Geschwindigkeits-anderungen durchfOhren.

Als Kraftmef3glieder wurden am Merimodell

mit DehnungsmeBstreifen beklebte Ringe

verwendet. Die Langskraft ist im

spant, die Querkraft je 800 mm vom

Haupt-spent nach vorn und achtern versetzt

ge-Abb. 2

Abb. 3

messen worden. Innerhalb der Anfahrstrecke erfolgte die Regelung der Propellerdrehzahl derart, daf3 sich der jeweiligen

Geschwindig-keit entsprechend die Langskraft null

ein-stellte. Dadurch wurde wahrend des

Passier-vorganges nicht die Gesamtlangskraft

ge-messen, sondern lediglich die Langskraft-anderung. Mit dieser MaBnahme erhahte sich

die Meligenauigkeit wesentlich.

Trimm-und Absenkungsbewegungen sind als

Win-kel- bzw. vertikale Weganderungen ermittelt worden.

In der Mitte des Tankbodens und an einem

Bbschungsfuf3 wurden die Druckanderungen erfafit. lm gleichen Querschnitt wurden auch

die Wasserspiegelverformung neben den

Schiffen und die Wassergeschwindigkeit ge-messen. Der Durchgang des Gegenmodells

durch den MeBquerschnitt und die Lage

zum Mef3modell ist mittels zweier

Licht-schranken auf dem ortstesten bzw, dem

schleppwagenfesten Oszillographen

regi-striert worden. Mit Hilfe eines Schleppkabels

war es moglich, beide Oszillogramme zu synchronisieren und damit eine Zuordnung

eller Mebwerte zu erhalten.

Nahere Einzelheiten Ober die

Versuchstech-nik sind vom Verfasser in (3) beschrieben worden.

5. Ergebnisse und Auswertung

Es kennen an dieser Stelle nicht alle

Ergeb-nisse mitgeteilt werden. Die vollstandigen

Unterlagen sind gegen Erstattung des Selbst-kostenpreises bei der VBD erhaltlich.

5.1 Alleinfahrt der Schiffseinheiten

In den Abbn. 4-7 sind einige

charakteristi-sche MeBergebnisse aufgetragen. Die

obe-ren Diagramme geben die Verformung des

Wassespiegels und die

Zusatzgeschwindig-keit neben dem fahrenden Schiff wieder,

wahrend die unteren Diagramme die in

Kanalmitte und am Boschungsfuf3

auftreten-den Druckanderungen zeigen. Es ist

inter-essant festzustellen, dab bei ellen

unter-suchten Wassertiefen

Tiefgangverhalt-nissen ( = 1,75. 1,64; 1,4) hydrodynamisch

keine Bedenken gegen die

Fahrgeschwindig-keit von vs --= 10 km/h im

Dortmund-Ems-Kenai fur die Allein- bzw. Einzelfahrt des

Typ-schiffes Th. Bayer" bestehen. Die

hervor-Versuchsonordnung irn Dortmund- Ems - Mono, Mcdel I rey1 3 Posvereersucne, mess., de, duNn -uud Ouerkrdue.,ne

now. Suueopwage.

gerufene Wasserspiegelabsenkung und die Ubergeschwindigkeit des Wassers bewegen sich in GroBenordnungen, welche als

unge-fahrlich fur Schiffe und WasserstraBe zu

bezeichnen sind. Der auftretende Bodendruck ist ebenfalls auBerst gering und damit prak-tisch unbedeutend. Daraus kann man schluB-folgern, dab em n Schiff dieser

GrOf3enord-nung auch mit noch heherer Geschwindig-keit im Dortmund-Ems-Kanal und

Wasser-straf3en gleicher Kategorie fahren kann.

Bemerkenswert ist weiterhin, daf3 der vor dem Schiff auftretende Stau seitlich keine

grobe Ausdehnung besitzt. In einer

Entfer-nung von zwei Schiffsbreiten aus Kanalmitte

lessen die MeBergebnisse bereits vor dem

Schiff deutlich die Ausdehnung der sag.

Mittschiffsmulde und ihre Auswirkungen

(Wasserspiegelabsenkung, Ubergeschwindig-keit und Unterdruck) erkennen. Lediglich die

Drucksonde in Kanalmitte zeigt den

Uber-druck des Bugstaues an. Die in Abb. 4

sichtbare Wasserspiegelerhohung hinter und

neben dem Heck des Schiffes beruht zum grof3en Teil auf dem Einflu6 der bier vor-handenen in ihren Auswirkungen aber

ver-nachlassigbaren vom Schiff erzeugten freien Oberflachenwellen.

Der Schubverband bringt bei gleichen Was-sertiefen-, Tiefgangsverhaltnissen bereits bei

geringeren Geschwindigkeiten eindeutig

hohere MeBergebnisse (Abb. 5-7).

Die maximal gemessenen Werte verlagern

sich mit zunehmender Geschwindigkeit vom

vorderen Bereich (vordere Schultermulde)

Ober den Mittschiffsbereich nach hinten (hin-tere Schultermulde). Gleichzeitig werden die

Werte, absolut gesehen, groBer. Generell

gilt, dab bei gleichbleibendem Kanalquer-schnitt und groBer werdender Schiffseinheit, d. h. kleiner werdendem Verhaltnis n -= Fx/Ftg

Wasserspiegelabsenkung, Ubergeschwindig-keiten und BodendrOcke anwachsen.

Der Schubverband kann bei = 1,75

mit v = 0,626 m/s 9 km h

(Grof3ausf0h-rung) s. Abb. 5 noch ohne Bedenken einzeln gefahren werden. Vermutlich ist auch

die Geschwindigkeit von 10 km/h noch ge-fahrlos, doch ist diese Geschwindigkeit fur

= 1,75 nicht untersucht warden.

.3.

T

=

=

06

\ /

&

\

a ..0,I96 /s 8 lurz /0 /

0

\

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/

A.I /

,

r 4.. ../ ... ____ ALf 10,Am 6 0,16 m Abb. 4 1.0 ,0 5,0 6.0 02 02

raw'

5 \ 0 Sp, Abb. 6 Versuch mu Eigenantrieb 200

tin Modell des Dortmund- Ems - Kanals Typschiff Th.Bayer"(Etnrelfahrt)

( h = 219rnm; 3,5rn T. I56mm 029,0)

GeschwIndigkei I v = 0,694 mis 010,0 km/h

Wasserspieget und Geschwind,gkells

-onderung neben dem Schiff _fi

Sp 0

Druckanderung on der Konalsohle

a) in Kona/mile b) am Baschungsfu0

Wasserspleget- und Geschuancligkets

ohderung neben dem Schiff

Druckanderung on der Kanolsohle

cr) Kanalmlf le 5) am Baschungs full \ I / ,P Q0061 1,A,, 4 0098, Abb. 8 1

Versuch mit Eigenantrieb 200 6

im Modell des Dortmund -Ems-Kanals

Schiffstyp Schubverband"tEnze.hr I)

1,64 (Ink 256 mrn,4,1m i1,56mm22,5ro) 12 Geschwindigkot v = 0,695m/s 0 0,0 .km/h to.<

02

,',se .1.ko0.0 ..Le,[Afer

°/ 4,0 to 1,2 -Abb. 5 Abb. 7

Versuch mit Eigenantrieb 206 5

im Modell des Dortmund-Ems - Kanals

Schiffstyp Schubverband" r Einzeirahre

7- =1,75 ( h= 219mm 03,5m r= 25mm ,m)

Geschwindigkeie 0=0,626 m/s 0 9,01 km/h I

02

-Lechier !

Lerch.-Wasserviege, Lind Geschwrndig

keitsdnderung neben dem Schiff

Opt Z 5

4

A 0102 m/s 65.5, ilon/h

/

-"-4P.0.0022 lcp/cm -101 00510 kp/Am2

Druck:m.1,1,v on der banal sohte

a) in Konotrnttle b)arn libschungs -tun IA 2,0 a a SO0 2

Wosserspregel- und

Geschwindigkerts-Onderung neben dam Schttt

1 4,,

Slauscheihe ABA GO

40,7m _Ay20.5m/1,2 kmth

Druckanderung on der Ka...hie

a) in Kanotmitte b) am Baschungsfull

Utse 0600005,

Ap2 00075 itp/cm2 0,I200

0,_

Wasserquerschnitt des Dortmund- Ems - Kanals am Haupfspant etnes Echi If es

BWS Jor: SIOS NptOr

Or.Wrer

,

BS

Abb. 6 zeigt die Ergebnisse fur das mittlere

untersuchte -Verhaltnis von 1,64. Die

Heck-mulde hat sich schon stark ausgepragt; die

Ubergeschwindigkeit steigt an dieser Stelle

auf 72% der Fahrgeschwindigkeit an. Rein

hydrodynamisch gesehen ist selbst gegen

diese Grb5enordnung noch nichts

einzuwen-den, solange die parallele Schiffsabsenkung

und der steuerlastige Trimm

nicht Werte

erreichen, die zur GrundberOhrung fuhren.

Es kam bei v = 10 km/h am Heck allerdings

schon zur Bildung einer Wasserwalze. Diese

Wasserwalze kann sich, abhangig von

Ge-h

schwindigkeit und , Ober die ganze

Kanal-breite ausdehnen. Gleichzeitig vertrimmt sich

das Schiff stark hecklastig. Die Gefahr der

GrundberOhrung wird grOf3er.

Am bemerkenswertesten sind die in Abb. 7

dargestellten Ergebnisse fur

= 1,4.

Be-reits fur v = 0,557 m/s

8 km/ ist die

Wasserspiegelabsenkung in

der

hinteren

Schultermulde so grof3, daf3 die Stauscheibe

teilweise bzw. v011ig vom Wasser freikam.

Eine Geschwindigkeitsmessung lieS sich an dieser Stelle nicht mehr durchfOhren.

Sofern nicht Verhaltnisse vorliegen, wie sie

in den Abbildungen 6 und 7 dargestellt sind,

d. h. starke Wasserspiegelabsenkung in der

hinteren Schultermulde, verbunden mit

er-hOhter Ubergeschwindigkeit, kann in erster Naherung neben dem parallelen Mittelschiff eindimensionale StrOmung angenommen

wer-den. DafOr lassen sich

die Gesetze der

Hydraulik anwenden, wie von Kreitner (11)

bereits durchgefuhrt.

Der Kontinuitatssatz fur volumenbestandige StrOmung sagt aus, claf3 in jedem Querschnitt die durchflief3ende Wassermenge gleich grof3 ist. Pm ungestorten Querschnitt weit vor dem Schiff heifit das

FK

v = coast.

₍₁₎

FOr den Wasserquerschnitt neben dem

Hauptspant ergibt sich (s. Abb. 8) BWS1 + BWS2

[FK FE - ( B) h

2

B

sz] (v +A v) = coast.

(2)

Nimmt man an, daf3 das Schiff mit

gemaf3ig-ter"

Geschwindigkeit fahrt, wird

die

Ver-trimmung vernachlassigbar gering sein. Die

Absenkung des Schiffes besteht dann

ledig-lich aus der parallelen Absenkung sz ohne

Trimmeinfluf3. Setzt man als weitere Verein-fachung an

h

und BWS1 BWS2,

dann folgt aus Gleichung (2)

(FK Fe

BWS A h) (v +

v) =

const. ₍₃₎

Versuch mit Eigenantrieb ₂₀₀

7 im Modell des Dortmund-Ems-Kanals

Schiffstyp Schubverband"1 Ein2e/ idyl)

=1,4 (h=219mrna3,5rn T=I56mr,2,5m) Geschwindigkeit v= 0,557m/s to km/h 6650 HCcQ0,540 !Larch.' i0/ 0 Lechler 0,5 rn/si 7.2 ArnA AL, LIVL en .36 mr, Lerchler 40-S s, Soc 6,0 7.0 BO .1,4 0,4 .400)7 440271 0,6 -I 0.0 I 0 oh 0 5 0

/

/

-T

-20 0,2 0,0! 2,1 2,4 2,6

IDurch Gleichsetzurrg der Gleichungen fabelle IV

und (1) erhalt man

wobei s =

`Zah.lreiche Messungen 'M der VBD habenj

gezeigt, dal3 es ausreichend ist, die Zahl K

zu bestimmen, urn eine Bewertung abgeben

zu konnen, ob in diesem Sinne die

gefah-rene Geschwindigkeit noch ungefahrlich ist. Man muf3 dazu au6er der Schiffsgeschwin-,

digkeit lediglich noch die

Obergeschwindig-keit neben dem Hauptspant kennem.

nt Tabefle IV werden fOr einige charakfd-ristische Versuchsfahrten die K-Werte

wie-dergegeben, die sich. I'm Hauptspantbereich errechnen lessen. um, ,Falle des

Schubver-54,

2 3 ,4 5 6 7 8 9 10 II 12

5rhillsqescluinnaveil vs1.4404/I3

0

Abb.. 9

Versuch mit Eigenantrieb 21514,49 im Modell des Dortmund -Ems- Kanals ,Typschill Th.Bayer" Einzeifon4-4 kitsserspiegelabsenkung Houptspordquersthniff measteile = 2,045 4,4 523,5rn222,5m 444 42 V, FK

da VerhalInTs des gestOrten

Wasserquer-schnitts zum ungesterten Wasserquerschnitt

dgrstel It.

Setzt man, welter

A v

1

+

= k

so ergibt sich die,, einfache Gleichung

E

-iK =

1(5) 4'4 1,75 144,445m T2 2004 I,64 (014,14n, 1,Z5rn) Obergeschwindigkeit Jss, HouptsponiquerschnifQ Measielle = 2,204 L 41,64 , 475 45 025 47 04 44,44441194454.I0049104i1 v6, ('"al 0 2 .1 4, Ik=Werte 04t32 11,9 1;19 0,132 1,9 1,19 0,1,96 2,8 1,28

bandes &rid audh die maximalen K=Wer4te der hinteren Schultermulde aufgefOhrt.

In Verbindung mit den Abbildungen zeigen diese Zahlen, dal3 bis zu etwa K =

1,6 keine kritischen Zustande, bezogen auf das Fahrwasser im Kenai, vorhanden sind. Bei l< > 1,6 sate die Geschwindigkeit des

Fahrzeugs herabgesetzt werdem Diese Zahl

K kann nur em n Anhaltspunkt sein, urn die

Stromungsvorgange zu beurteiilen, da stark

vereinfachende Annahmen zu ihr fuhrten,

lund em n

so wesentlicher Einflu5 wie der

Schiffstrimm vollig auf3er acht gelassen wor-dept1st, Ekdendruckmessung Vrn HouptspontLquerschnd Me/Estelle = 0 I 0,2 03 04 0,5 045 47 05 modellpeschvoirchgltell (04/5.1 1 3 4 5 6 7 a 9 o It o Schillsposchwonchgken vs, 1-14m/hi ,Bodendruckmessung irr4 Frauptsponlqueisconityl

Neastelle 14- = 2,045 42 0.3 44 '41' 4-, 575 45 0,6 52 OA 4492e5ge964wu0=g44441 4,4 [WS] ..'.sCiaarsg09.0.0:a020.4, ,F4044M1

Av

Av

IK = Modell Schiff Av 1

t -v

[rnisi Ikrn/hi &hi! fstrimm o2 op

-In den Abbildungen 9-14 sind als Fazit der

vorangegangenen Uberlegungen die jeweilig sich neben dem Hauptspantquerschnitt

erge-benden Mef3werte fillr die untersuchten

Schiffstypen Ober der Geschwindigkeit

auf-getragen worden. Schiffsabsenkung und

Trimm werden ebenfalls wiedergegeben.

Da-bei wird deutlich, daf3 die geringen kopf-lastigen. Trimmwerte des MS Th. Bayer"

praktisch bedeutungslos fur das

Fahrverhal-ten sind, wahrend die bei hohen Geschwin-digkeiten auftretenden, stark steuerlastigen

Vertrimmungen des groBeren Schubverban-des berucksichtigt werden mussen.

4a3el4ges0hw.6144W1 v4441-04/51 45 04 02 op 4.1,75 "7-"--, -0, -10 0 2 3 44 5 9 7 49 9 10 11 42 --4...454041759e5e540i70I9ke4' vs (1074/03

Parolleleibsenkorg des Schilles

44 42 53 49 0,5 09 47 98 --.44,40erI0esc5wo72e04ea4,,,,E04/33 Ih/T !Modelil [m/s1 _ Schiff [km/hi] a) 'MS ,Th. Bayer" (e-Bereich) 10,6 1,75 0,695, '10,0 10,4 1,64 0,695 10,0 8,4 1,40 0,694 10,0 ,b) Schubverband (Leichter-s-Bereich)J 5,6 1,75 0,626 9,0 5,5 1,64 0,556, 8,0 5,5 1,64 0,695. 10,0 4,5 1,40 0,557 9,0 5,6 1,75 0,626 9,0 5,5 1,64 0,556 8,0 5,5 1,64 0,695 10,0 4,5 1,40 0,557 8,0

Versuch mit Eigenantrieb .096.440 Versuch mit Eigenantrieb

Modell des Dortrnund- Ems - Kanals im Modell des Dortmund-Ems-KanalSA

Tyaschilf Th.Bayer" (Einzerfohrt Typschiff .,Th.Bayer" (Ein.relfahri

(FK

-43WS Arh) (v + A vy

FK V v E9

₌

(4)

FK - Fe - BWS A f-ti

Abb., 10 Abb. 11

c) Schubverband, (Maximalwerte in Tier ihinteren

0,2 0 49 47 A. 441,50ell0wschwon040401 1-01/53 1 J I 4 5 6 7 6 9' 10 II 12 444 , 41/1.sges_cluvintl ell 0326 4,7 1,521 0,189 2,7 1,340 0,424 6,1' 1,610 -0,390 5,6 d ,700' Mulde) 0,382 5,5 1,61 0,200 2,9 1,36 0,500 7,2 1,71p9 >0,500 >7,2 >1,898 04 05 0,4 -0,4 II

4-7

0,3 '4 9

-(3) 1

-A

-trn = 3 4 5

Abb. 12

5.2 _{Passierversuche mit Bestimmung der}

Geschwindigkeitsanderungen

In den Abbildungen 15 und 16 sind die

Er-gebnisse der Begegnungsversuche

fur verschiedene Wassertiefen, Tiefgange und Geschwindigkeiten wiedergegeben. Es zeigt sich allgemein, dal-3 em n Schiff im

Kanal schon zu Beginn eine

Geschwindig-keitserhOhung erfahrt, d. h. es wirkt sofort die Mulde des Gegenkommers auf die

Ge-schwindigkeitsanderung em. Das Schiff wird gewissermaBen in die Mulde hineingezogen. Die geringe Gritif3e des Bugstaus hat

keiner-lei Auswirkung auf die

Geschwindigkeits-anderung.

Die starkste Geschwindigkeitserhbhung ist

etwa dann vorhanden, wenn Bug MS Th.

Bayer" in H6he Heck Schubverband liegt. Nach beendeter Begegnung stellt sich die

Anfangsgeschwindigkeit fast unmittelbar

wieder em.

Abb. 15

Abb. 13

Bei der Vielzahl der durchgefUhrten

Ver-suche ist nur in einem einzigen Fall wahrend

des Begegnens das kleinere

Motorguter-schiff Th. Bayer" zum Stillstand gegenuber Land gekommen, und zwar bei der gering-sten gefahrenen Eigengeschwindigkeit von

0,222 m/s 3,2 km/h (s. Abb. 15).

Aller-dings war der Begegnungsvorgang

prak-tisch schon

abgeschlossen. Zu einem

ROckwartsfahren der kleineren

Schiffseinheit wah rend des

Be-gegnens ist es

in keinem der

untersuchten Falle gekommen.

Beim Oberhol en sind zwei

Moglichkei-ten in die Betrachtung einzubeziehen:

a) das Mef3modell (MS Th. Bayer")

Ober-holt den Schubverband, d. h. v

Bayer

< v

Schubverband

,

0e555wsochgNer550nclerun0 des MS Th.Boyer" been Begegnen ml einem Sonubverbond unDortmund-Erns- Kano( neuum 55.0117.5. r ,25

Wamm99/9 n 2r9.9 9 1,5 6,

Abb. 16

Abb. 14

b) der Schubverband iberholt dos

Me13-model!,

Schubverband < Bayer

Der erstgenannte Fall ist in den Abbildungen

17 und 18 wiederum fur unterschiedliche

Wassertiefen, Tiefgange und

Geschwindig-keiten dargestellt. Das Hineinfahren des

MS Th. Bayer" in die Mulde des

Schub-verbands wird durch eine relativ geringe

Geschwindigkeitszunahme bei MS Th.

Bayer" kenntlich. Das Hinausfahren aus der Mulde in der 2. Halfte des Uberholvorgangs

hat dagegen eine wesentlich starkere

Ge-schwindigkeitsabnahme zur Folge. Der Uber-holer erreicht nach Beendigung des Oberhol-vorgangs seine Anfangsgeschwindigkeit erst bedeutend spater wieder, verg lichen mit dem Begegnungsvorgang.

-GeschwintligkeitsOnaerung des MSJA.Boyer- beern Begegnen mit (.nern Satubverbond tm Dortmund- Ems -Canal

2.4969 ms., e..r. 2,566,76,2,

Gesre..9694.r 04115516, Sp km/n - - - .6,60 256,

04951615 irmar

0,6

al

₈

14==. Versuch mit Eigenantrieb 41. 12

im Modell des Dortmund- Ems-Kanals SchiffslypSchubverband- (Einzetichrt)

Versuch mit Eigenantrieb

im Modell des Dortmund-Eau-Kt:mats Schiffstyp Schubverband" forellohrl )

Versuch mit Eigenantrieb A.

im Modell des Dortmund-Ems-Kanals Schiffstyp Schubverband"ifinzettohrt) 14 4,0

/

Bodendruckmessung tm Haaptsponlquerschniii Wassersplegetobsenkung im Houptspon1querschnttl r 64 (ill 61a r, 1.4 2.5m MetYste!!e =1,086 _1,2 -Men,. I e =0

r

50 Schsffstromm

*

-

/1

f ,5171 r:2c,r) - -9. 00 -(6455m, T629m) os to - _{0, 02} 53 as on 52 ₀₅ O., 0.5 0.0 01 Alocrellgesthworraigireil /./5,/ 5061.91goschr.666660 0.sErno] 0, 02. 03 0.4 05 0.6 02 99.19Ilqeschwodig [m/s] 2 J 4 5 6 7 6 9 to n Sclultveacnwothq., Clon/M11 2 .1 4 5 6 7 8 9 10 11

SchrlIsqeschwmargkeil Eirmaj ₂ 6 - Paratietoosenkung des

3 5 6 7 8 9 f0 it _Schtlfes

Obergeschwindtgkei im Houptsportiquerschni Selu asqeschworelarorrvs ponag

?.? 5-MeOstelle 6 1,171 Bodendruckmessung rn Haupt sponlquerschnill

Mel) stelle 1,086 :11 h 564,h 7-1.75 06 4

-/

'

/

7 -,s4 -,7s t 0.1^

_"

0 -al 02 0.3 0.4 0.5 Q6 on -MotleligeschwIndigNoll rm/13

712111

0,5 92 QJ 04 0.5 OS 07 6 7 ₈ 5

Schrasp.chwendig NM vs_(anon] 91006l10065hwom0igMelf tr11/91 611 01 0, 0.4 0.5 00 al

Modell geschwindeql. 10 6 3 -0,6 G.Cn..01,11,0154.8.4.4.1 0,SA .9 216 .06/8 119 MI 10 6 7 6 3606 940S69.19,199,0 50,60 046 4 .1

r0

5 o 961,201

- .4.- .ye_{zu Spf}Spi 10van MS

evy.-des 545)00061

(1.6 f111 all 9 0 7 6 4 J 0 6 0 S5) 4151 6616151610M 159

6089 SIM. 10 an 6.5...Boyer"46 601 des 4.55! Loy. 575'S von r4,80yer- a 57.1 rte 040 SAWN..

/

4 6 1.3m -2 Sp, 556 r0

Geschwincligkerisdn&.rung ti-§ #ayer'.. beim abi?hoien emes

Schubverbundes On Dortmund -Ems- Kama

voshvi.i. n 12,5,n 55,00.05,5 -54,054, .1 . mm zo

. mm 20 IT 7,(JetWOMII(0.0. SchoPronnne no455m/s55 lima.

11.01m/s

pm/.

-Abb:, 17

Wenn die Different der Anfangsgeschwindig

keiten beider Fahrzeuge weniger als v

0,175 m/s _4! 2,5 km/h betrug, konnte MS

Th. Bayer" die Uberholung nicht beenden. Die AnstrOmgeschwindigkeit des MS Th.

Bayer" war infolge der Ubergeschwindigkeit

in der Mulde des Schubverbands so grof3,

daf3 ohne wesentliche Leistungserhohung die

Uberholung nicht durchgefuhrt werden

konnte. Wenn Hauptspant MS Th.. Bayer" neben Hauptspant Leichter lag, ergab sichl eine so starke Geschwindigkeitsrninderung des MS Th. Bayer", da6 der Schubverband wieder aufholte. Motorschiff Th. Bayer" fiel

jedoch nicht ganz hinter den Schubverband zurOck, sondern holte seinerseits wieder auf,

wenn sein Vorschiff in HOhe des

Schub-boots lag. Aus ahnlichen, ,bereits

durchgefuhrten Versuchen (2), (3), (5) ist

bekannt, daf3 sich die Schiffe so welt

auf-schaukeln", bis es zu einem

Nebeneinander-herfahren kommt, wobei beide Schiffe eine

Geschwindigkeitsanderung erfahren. Infolge

der begrenzten Lange der Versuchsstrecke konnten hierfOr jedoch keine quantitativen

Messungen ausgefuhrt werden.

Ras 0.44.

1

-I I 444, i 410011 r,d Ole 4.1n r

K'

/

'Ay !../ t'`" On

We'

0.4 44 ,P Abb. 19 0' I 7 PCS .17 5el5007'IeK414P {On 4,4111 LIM Abb,.20 Oberhoten im Domnund-Ems-5000/ Wester.. he Mem, 05 se,

1 n

Abb,,

1 1 !

4 444 47-a -r

GeschvvindigketiSanderung des MS JO. BOyer'beirn Uberholen eines

Schubverbundes inn Dortmund- Ems -Nona/

540414,./. 11136mm, SzPuerreone /UM, Z5t,0

GeSCII,050i01151 senve0m,2 7n2335 .,48

APP..

('5)5 5 0 2 J 5 II 78 2, 10 011,1121031 (AS (15) 02) Mt

Lege 5p1.10 /40,130,IT Lou Sp,. fen 713,Boyer-zu 5,0- pes 1.005575 Sp1.1* 54544,144,5

5,3 Passierversuchejrlit Law- LifIdI

Querkraftmesiun§en

Der charakteristische Verlauf der Quer- und

Langskraftanderungen und der Trimm- und

Absenkungsanderungen, die em n kleines Schiff

beim Begegnen oder Uberholen eines Schub-verbandes erfahrt, ist in den Abbildungen 1.9 und 20 dargestellt. Zusatzlich sind die

Verformung der Wasseroberflache, die

Stro-mungsgeschwindigkeit der Wasserteilchen

und der Sohlendruck wahrend des

Passie-rens in die Abbilldungen. aufgenornmeri

worderi.

Abb. 7119, zeigt, daf3 auf der geringen

Wassef-tiefe sehr bald gefahrliche Situationen ent-stehen konnen, wenn beide Schiffe sich mil gleichbleibend hoher .Geschwindigkeit

be-.gegnen. Die maximare Parallelabsenkung

des MS ,,Th. Bayer" erreicht mit 2% der

Schiffslange den doppelten Wert der Wasser-spiegel-Absenkung, die

Ruckstromgeschwin-digkeit neben dem Schubverband ist von

fast gleicher GrOf3enordnung wie die Schiffs-.geschwindigkeit selbst,

Als kritisch in bezug auf mogiiiche Grund-beruhrung von Th. Bayer" ist der Moment. des starksten steuerlastigen Trimms zu be-zeichnen, da in diesem Fall auch noch eine

recht erhebliche Parallelabsenkung vorhan-den ist. Der Abstand zwischen Schiffsbovorhan-den

am Heck und Kanalsohle betragt nur noch

etwa 20 mm (Modellmaf3) 32 cm

(Grof3-ausfUhrung). Dieser Zustand ist dann vor-handen, wenn Hauptspant Th. Bayer" und,

Hauptspant Schubboot %nnahernd gleichauf

fliegen.

Die Anderung der Langskraft (Widerstand)

verlauft entsprechend der Anderung des

Trimms und entsprechend der

Geschwindig-keitsanderung (s. Kap. 5.2), d. h. wenn MS

,Th. Bayer"

in

die vom Schubboot

ver-ursachte Mulde kopflastig hineinfahrt, gibt

es eine Widerstandsverringerung (Geschwinn digkeitserhohung), beim steuerlastigen

Hin-ausfahren eine Widerstandserhohung (Ger

schwindigkeitsverminderung.)..

Ihteressant ist die Aussage des

Querkraft-und Momentenverlaufs. Aus (3) ist bekannt, daf3 em n Schiff beim Passieren eines

ande-ren die durch den Anfangsimpuls

hervor-gerufene Kursanderung beibehalt und

--.14 Z 0-44. 001 001(-p)" 5 0 I 2 2 4 8 9 47he NI re) PO la

Lag. :0 a,, OS4S0.,/k W.. Snce.hters

.50044400les

Loge SP,

Des glerche trifft fair den Fall b) zu. Hier

gelang in keinem der vergleichsweise durch-gefUhrten Versuche eine Uberholung. Wenn

der Bug des Leichters Ober Mitte MS Th. Bayer" hinauskam, wurde MS Th. Bayer" mitgezogen. Es erfolgte em n gegenseitige§,

Aufschaukeln. Einwandfreie

Geschwindig-keitsmessungen waren dabei nicht

durchzu-fOhren.

Wahrend der Begegnungs- vor allem aber wahrend der Uberholversuche, konnten In,

den einzelnen Phasen der gegenseitigen

Oberholung, Gierbewegungen und Querver-setzungen beobachtet werden, die in

Abhan-gigkeit von den eingangs ervvahnten Para-metern besonders von den

Geschwindig-keiten unterschiedlich gro13 waren. Mit den

langsgespannten Fuhrungsdrahten war in

der eigentlichen Uberhol- oder Uberdek-kungsphase dieses Ausbrechen" der Mo-.delle nicht ganz zu vermeiden,. Des fuhrte

zu der Uberlegung, die beim Passiervorgang auftretenden Krafte auch iris Kenai zu

mes-sen, wie es fruher bereits im seitlich

unbe-'grenzten, Fahrwasser durchgefuhrt worden

.§st (3/,

Abb

Begngnon rn Dortmund -Ems-Kanal g. ormas... fa ..rn S114.1F1.1d des keine as 4 0 7

-18

standigen Drehbewegungen und

Querverset-zungen entsprechend den Momenten- und

Querkraftverlaufen durchfuhrt. Ganz beson-tiers gilt des fur die 'kprzzeitigen

1Begeg-nungsvorgange.

Die iMefiergebnisse fOr em n alleinfahrendes Schiff zeigen an der Wasseroberflache keine

Auswirkungen eines Staugebietes urn

Vor-schiffsbereich (s.

Abbn. 4-7),

d. h. emn

Gegenkommer fahrt sofort in die Mulde,

also in em n Unterdruckgebiet hinein.

Demzu-folge m013te das Vorschiff des Gegenkom-mers angezogen werden, es muf3te also

eindrehen. Die in den unteren Diagrammen der Abbildung 19 aufgetragenen Querkraft-und Momentenverlaufe (c(;), cm) zeigen je-doch das Gegenteil an. Es erfolgt beim

Be-4gegnen im Kanal zuerst em n Abstof3en und em n Abdrehen. Die Erklarung clef& ist foL-gende: Das StrOmungsfeld eines fahrenden 'Schiffes besteht aus

Geschwindigkeitsande-rungen nach GrOf3e und Richtung und damit verbunden aus Druckanderungen.

,Neben dem Bug des Schiffes ist die

Stro-mung nach aul3en gerichtet. lnfolge des

lifer bereits vorhandenen Unterdruckgebiets tritt em n Niveaugefalle (Mulde) em, das eine Querschnittsverengung bewirkt. Dies bedingt nach Kontinuitatsgesetz und nach Bernoulli,-Gleichung eine Vergrof3erung des

Geschwin-digkeitsvektors. Ole nach aul3en gerichtete

Komponente der so. entstehenden

StrO-mungskraft ist offensichtlich groBer als die ,nach innen gerichtete Gefallekraft. Daraus erklart sich die zu Beginn des Begegnens,

vorhandene abstaende Querkraft.

Der rasche Vorzeichenwechsel im Verl'auf der Querkraft- und Momentenkurven wird

von einem Schiff infolge seiner groBen

Masse nur zum Tei.I oder Oberhaupt nicht in einen Wechsell der Querversetzung und der Drehbewegung umgesetzt. Der anfang-lich gegebene Kraftimpuls ist beim

Begeg-nen ausschlaggebend' fOr die Kursanderung,

und nur diese Kursanderung ist durch,

ent-sprechendes 'Ruderlegen zu korrigieren.

Das 'Oberholbeispiel (Abb. 20), zeigt im

Mittel eine geringere

Wasseroberflachen-Verformung und Ubergeschwindigkeit als

beim Begegnen. Hierbei 1st zu berucksichti.-gen, daf3 der Schubverband, der im wesent-lichen die StOrungen verursacht, .mit

gerin-gerer Geschwindigkeit fahrt als beim

Be-gegnen. 'Fur Trimm-, Absenkungs- und

Langs-kraftverlauf gelten sinngerna13 die Ausfuh-rungen des Begegnungsfalls; dagegen zeik gen Querkraft und Drehmoment zu Beginn

des Uberholens em n eindeutiges Anziehen

bzw. Eindrehen des MS Th. Bayer",, d. h.

der Uberholer lauft

in

die Bahn des zu

Uberholenden hinei.n. Obwohl die .nachfolgend

auftretenden abstaenden Krafte und

ab-drehenden Momente wegen der relativ

lanY-geren lUberholzeit die Bewegungen des

.Schiffesimit Sicherheit beeinflussen, ist auch Ihier der Anfangsimpuls entscheidend fur die

Querversetzung und Drehbewegung. D i e

Kollisio.nsgefahristbeilm

Uber-holen in jeder Phase d.es

Vor-gangs gr f3er ails beim

Beg.eg-nen.

Sym,bolyerzeichhis BS BWS1 JBWS2

=

1,2.s

2 Cm,

--di F 'FK Fn = K Lpp Lb. LWL

M = (0v

d--(av +.0"h ).-f-L PP

n =

Qv Oh sz V. V. VM e = 102 h p v FK [rnrrl] [mm] tml; [mm] lEm14 i[.rnm]: 4mIl; [mmi '[rnrc [m]; [mm] [mu]; [rnm]i itmi; [mmil [kp] [mkPi ikcID/ml Ekp] [kp] [rn,2] [m]l; [mm] [rn]; [M31 [m/S] [m/s] [km/h] Er111;. frnmll Dkp/m2] [km/h]; [rn/s] Sdhiffsbreite

Breite der Kanalsdhle

iBreite des stillliegenden Wasserspiegels iirn Kenai!

Breite des gestorten Wasserspiegel's im Kana Stauwelilengeschwindigkeit

Langskraftbeiwert

Momentenbeiwert

Querkraftbeiwert,

normierter Abstand der vordererk lund hinteren Querkraftme3stekle vorp, Hauptspant (dividiert.

durch Lpp)

A,bstand ,des .Verdr.-0 > vom Hauptspant Wasserquerschnitt alggemein Kanalquerschnitt ungestOrt Hauptspantquerschnitt roud'sche .LangenzaM Gravitationskonstante Wassertiefe Geschwindigkektszand Schiffslange allgemein Modell-Lange allgemein Lange zwischen den; Loten Lange Ober alles

Lange in der Wasserlinie Langskraft.

Moment urn die Hochachse

Ungestorter Kanalquerschnitt/Hauptspantflache !Druck vordere Querkraft hintere Querkraft benetzte Schiffsoberflache "parallele Schiffs-(Modell)-Absenkung, Schiffstiefgang, iModelltiefgang Verdrangung Geschwindigkeit allgemein Modellgeschwindigkeit Schiffsgeschwindigkeit Abstand aus 'Kanalmitte

OrtshOhe

gestorter Kanalquerschnitt

ungest. Kanalquerschnitt

1Maf3stabszahll

Dichte von SuBwasser, 15 °C Trimrnwinkel Wassertiefenveranderung, Wasseroberflachen-Verformung Druckanderung 'Geschvyindigkeitsanderung C CL= A g L [m]; [m/s] [M] [m2] [m2] [m2] [Tim] [m] m4 [M]; [m/s2]

Abschlief3end sollen fur quantitative

Aus-wertungen der Abbe. 19 und 20 noch einige Erklarungen gegeben werden: In den oberen Diagrammen gibt die Einteilung der Abszis-senachse die Loge des Schubverbands,

ge-nauer des Leichters und des Schubboots.

zum Me13-Querschnitt wieder. Die Zahlen

zeigen dabei die Spante in Zehnerteilung an. Die mittleren und unteren Diagramme haben

als Abszissenteilung die Lage des Haupt-spants von MS Th. Bayer" zum jeweiligen

Spent des Schubverbands. Alle Diagramme

sind zeitlich bzw. ortlich einander zugeord-net, d. ft aus der jeweiligen Abbildung kann Ion sowohl die Lage der Modelle zuein-ander als uuch gleichzeitig die LE,ge zum

MeNuerschnitt entnehmen. Die

aufgetrage-nen Mef3grOf3en sind durch geometrische

GrOf3en des Mef3modells MS Th. Bayer"

dimensionslos gemacht worden, urn einen

Vergleich mit den Werten der Ein:elfahrt

zu ermbglichen. Lediglich bei den Kraftbei-werten und dem Momentenbeiwert ist als

Bezugsgeschwindigkeit zur Normierung die Geschwindigkeit des Schubverbands

heran-gezogen worden, da durch diesen Einfluf3

die Kraft- und Momentenanderungen erst entstehen. Die Beiwerte werden we folgt

gebildet:

6. Zusammenfassung

Mit den ModeIlen eines einreihig, eirgliedri-gen Schubverbands und eines

Motorgiiter-schiffs vom Typ Th. Bayer" wurden im

DEK-Modell Versuche mit Eigenantrieb

durch-gefOhrt. Es sind in einem Kanalquerschnitt

die Wasseroberflachen-Verformung. die

Ruckstromgeschwindigkeit und der Sohlen-druck gemessen worden, wobei die Modelle

in Kanalmitte fuhren. Die MeBergebnisse

geben Aufschluf3 Ober dos Stromungsfeld

eines im Kanal fahrenden Schiffes. Die Ver-suche wurden mit verschiedenen Tiefgangen auf zwei verschiedenen Wassertiefen

durch-gefuhrt.

In einer zweiten Versuchsreihe sind

Begeg-nungs- und Uberholversuche zwischen

Schubverband und MS Th. Bayer" durch-gefuhrt worden, wobei die Anderungen der Geschwindigkeiten der jeweiligen Modelle

gemessen worden sind. Wichtigstes

Ergeb-nis dieser Versuche ist, dab bei einer Be-gegnung zwischen Schubverband und klei-nem Motorg0terschiff letzteres in keiklei-nem Fall soweit behindert wurde, dab es Fahrt

uber den Achtersteven aufnahm, d. h. durch den Einfluf3 des Schubverbandes entgegen

seiner urspriinglichen Fahrtrichtung mit

zu-rOckgenommen wurde.

Als letztes wurden mit einer 3. Versuchs-reihe, die wahrend des Passierens am

klei-neren Schiff auftretenden Langs- und Quer-kraftanderungen und die

Momentenanderun-gen urn die Hochachse gemessen. Daraus

entstehende Kursanderungen wurden disku-tiert.

Dipl.-Ing. Ernst Muller

Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e.V. 41 Duisburg Oststraf3e 77 Coc.

=

.:e V2

_S

Schubv.

Bayer

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92

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Schubv.

L PP

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BaYer

tvf 9 T

2

Schubv.

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_Bayer

_Bayer

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(

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Oh )

Bayer

QV # Qh

Bayer

v2

2

Schubv.

L2

_ppeayer

-

TBayer

(Me5modell: MS Th. Bayer")

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