Fortschrittsberichte Nr. 1 bis 10–Untergrupppe Manövrieren

I B 198B

ARCHi EF

Hi -h°

AGSV-MU

Arbeitsgemeinschaft

Schiff bauversuchsanstalten

Untergruppe Manövrieren

FORTSCHRITTSBERICHTE NR. 1 BIS 10

Lab,

_{y. Scbeepsbouwkune}

Technische Hogeschool

Deli t

HAMBURGISCHE SCHIFFBAU -VERSUCHSANSTALT GMBH

VERSUÇHSANSTALT FUR BINNENSCHIFFBAU E.V,DUISBURG

VERSUCHSANSTALT FUR WASSERBAU UND SCHIFFBAU,

Bibliotheejc van de

Afdeling Scheepsbouw- en ScbeepvaatJwnde

Technische Hogeschool, Deift

DOCUMEÑTATIE

_I:

j

1. Sachverzeichnis

Seite 10 Fortsthrittsberithte der AGSV-MU

Vorwort

Prof. Dr-Ing. S. Schuster Regelungstechnik

Bericht über das "International Symposium on Directional Stability and Control of Bodies Moving in Water, London 17.-21. April 1972"

S. D. Sharma 3

Künstlich erzeugte Kursinstabilität eines Schiffes und deren Folgen

P. Voigt 8

Mathematische Modelle zur Beschreibung des Kurs-verhaltens von Schiffen

H. Thöm

Gierstabilität und Steuerbarkeit von Schiffen K. Jordan

Widerstand und Stabilität von Wasserfahrzeugen bei Queranströmung

H. Schneekluth

Berechnung des Fahrtverlustes infolge Wiñd auf Grund von Windkanal- und Schrägsdileppversuchen H. Kringel

Ein Rotor-Ruder im praktischen Einsatz

J. Brix 49

JASTRAM-Ruderrotoren

F. Weiß 51

Fahrtverlust eines Tankers der 300 000-tdw-Klasse beim Driften unter Windeinfluß

H. Kringel Manövriertechnik

Bericht über das 'International Symposium on

Direc-tional Stability and Control of Bodies

Moving in Water, London 17.-21. lU. 1972 S. D. Sharma

ROBINSON-Kurven des Propellerdrehmomentes und Propellerschubes aus Voraus- und Rückwärtsfahrt aüf tiefem und flachem Wasser

J. Brix, J. Blaurodc und F. Steidlinger

Charakteristik des am Schiffskörper angeordneten Propellers bei extremer Belastung

W. Grollius

Inhaltsverzeichnis

Bericht über die Arbeit des ITTC-MC

J. Brix 38

Mathematische Modelle zur Beschreibung des Kurs-verhaltens von Schiffen

H. Thöm 38

Richtlinien über Manövrierunterlagen auf Seeschiffen 39

Abschätzung des zeitlichen Manövrierverhaltens nach den Steuereigenschaften eines typähnlichen Schiffes

J. Brix 40

Zur Bemessung der Größe des Querstrahlsteuers

J. Brix 59

22 _{Ruderstellzeit und Rudergröße}

R. Beyer 62

26 Bericht über die 14th International Towing_{Tank Conference, Ottawa 1975}

J. Brix 68

Manövriersimulatoren in Japan

W. Kundler 69

Simulatoren in der Ausbildung nautischer Schiffsoffiziere

G. Zade

57

Ein mathematisches Modell zur Simulation des Manövrierverhaltens von Schiffen für die Anwendung in Trainingssimulatoren M. Schmidt, K. H. Unterreiner

Ein Beitrag zur Ermittlung optimaler

Haupt-3 abmessungen für die KSR-Lagerung von

Becker-Hochleistungsrudern R. Beyer

Ein Vorsdilag für die Beurteilung der

3 Stoppfähigkeit von Schiffen

R. Dien

Das Stoppverhalten von Großtankern

5 R. Brenke 86

Seite Bericht über den Stand der Arbeit des ITTC-MC

H. Thieme 6

Bericht über die 13th ITTC', Berlin - Hamburg 1972

H. Thieme 8

Künstlich erzeugte Kursinstabilität eines Schiffes und deren Folgen

P. Voigt ₈

Bericht uber die Tagung "Ship Operation Automation", 2.-5. 7. 1973 in Oslo

H. Thöm 25

Berechnung des Fahrtverlustes infolge Wind auf Grund von Windkanal- und Sthrägschleppversuchen

38 H. Kringel 26

Bericht über das vierte Ship Control Systems Symposium vom 27.-31. 10. 1975 in Den Haag

K. Jordan 66

Hydrodynamik

Sdirägsdileppversuche und einige Erkenntnisse, die hieraus gewonnen werden können

J. Brix 16

Schrägschleppversuche auf begrenzter Wasserfläche

E. Müller 21

Unkonventionelle Steuerorgane - Eine Ubersicht 29,

52 K. Limbath 46

71

73

79

2. Autorenverzeichnis

Seite

Beyer, R., Ruderstelizeit und Rudergröße 62

Ein Beitrag zur Ermittlung optimaler Hauptabmessungen für die KSR-Lagerung von Becker-Hochleistungsrudern

Blauroch, J., J. Brix und F. Steidlinger, ROBINSON-Kurven des Propellerdrehmomentes und Pröpeller-sdiubes aus Voraus- und Rückwärtsfahrt auf tiefem

und fladiem Wasser

Brix, J., J. Blaurock und F. Steidlinger. ROBINSON-Kurven des Propellerdrehmomentes und Propeller-. sdiubes aus Voraus- und Rückwärtsfahrt auf .tiefem und flachem Wasser

Brix, J., Schrägschleppversuche und einige

Erkennt-nisse, die hieraus gewonnen werden können 16

Bericht über die Arbeit des ITTC-MC

Abschätzung des zeitlichen Manövrierverhaltens nath den Steuereigenschaften eines typähnlidien

Schiffes 40

Ein Rotor-Ruder im praktischen Einsatz 49

Zur Bemessung der Größe des Querstrahisteuers 59

Bericht über die 14th International Towing

Tank Conference, Ottawa 1975 68

Dien, k., Ein Vorschlag für die Beurteilung

der Stoppfähigkeit von Schiffen 83

Grollius, W., Charakteristik des am Schiffskörper

angeordneten Propellers bei extremer Belastung 5

Bericht über das vierte Ship Control Systems

Symposium vom 27.-31. 10. 1975 in Den Haag 66

Kringel, H., Berechnunq des Fahrtverlustes infolge Wind auf Grund von Windkanal- und

Schräg-sdileppversudien 26

Fahrtverlust eines Tankers der 300

000-tdw-Klasse beim Driften unter Windeinfluß 57

Kúndler, W., Manövriersimulatoren in Japan Limbach, K.. 2. Fortschrittsberidtt Fortsdirittsbericht Fortschrittsbericht Unkonventionelle Steuerorgane -Eine Ubersitht Fortsdirittsbericht Unkonventionelle Steuerorgane -Eine Ubersidit

79 (Fortsetzung der Zusammenstellung im

4. Fortsdirittsberidit) Fortschrittsbericht 3 8. Fortsthrittsbericht 9. Fortsdirittsbericht Meyerhoff, K., 1. Fortschrittsbericht 3

Sharma, S. D., Bericht über das Internatioria1

38 Symposium on Directional Stability and Control

of Bodies Moving in Water,

London 17.-21. April l972

Fortschrittsbericht

Müller, E., Schrägschleppversuche auf begrenzter

Wassertiefe 21

Bericht über die 13th ITTC, Berlin - Hamburg 1972

Thöm, H., Bericht über die Tagung Ship Operation

Automation', 2.-5. 7. 1973 in Oslo 25

Mathematische Modelle zur Beschreibung des

Kursverhaltens von Schiffen 38

Vervielfältigt aus Schiff & Hafen/Kommandobrücke

Seite 40 46 49 56 69 3 3

Jordan, K., Gierstabilität und Steuerbarkeit von Thieme, H., Bericht über den Stand der Arbeit

Schiffen 52 des ITTC-MC

Schmidt, M. und K. H. Unterreiner, Ein mathematisches Modell zur Simulation des Manövrierverhaltens

von Schiffen für die Anwendung in

Trainings-simulatoren 73

Sdineekluth, H.. Widerstand ünd Stabilität von

Wasserfahrzeugen bei Queranströmung 22

Schuster, S., Einleitung zum 2. Fortschrittsbericht 7

Steidllnger, F., J. Blaurock und J. BriX, ROBINSON-Kurven des Propellerdrehmomentes und Propeller-schubes aus Voraus- und Rückwärtsfahrt auf tiefem

und flachem Wasser 3

Unterreiner, K. H. und M. Schmidt, Ein mathematisches Modell zur Simulation des. Manövrierverhaltens von Schiffen für die Anwendung in

Trainings-simulatoren 73

16

Voigt, P., Künstlich erzeugte Kursinstabilität eines

25 Schiffes und deren Folgen

Wéiß, F., JASTRAM-Ruderrotoren 51

29

Zade, G.. Simulatoren in der Ausbildung nautisdier

37 Sdiiffsoffiziere 71

69 8

lo FORTSCHRIT'TSBERICHTE DER. AGSV-MU

Die deutschsprachigen Teilnehmer der Internati'onálen

Konferenz der Schiffbauversuchsanstalten (1TTC) hatten

vor etwa 8 Jahren diese Arbeitsgerneinschaftzur ständigen

gegenseitigen Information bei der Vorbereitung und zur

Koordinierung ihrer Fachbeiträge zu diesen Konferenzen

gegründet. Von den entsprechend den Technischèn Komitees

der ITTC gebildeten Untergruppen wurde die für die

Manöv-riereigenschaften der Schiffe zuständige schon ünter ihrelTl

ersten Leiter Dipl.-Ing. Thieme besonders iitksam. über die

ursprünglichen Ziele hinausgehend griff sie unter ihrem

jetzigen Leiter Kpt. Dipl.-ing. J. Brix die von der Praxis

herangetragenen Probleme aisf, faßte die besonders an diesem

Gebiet dér angewandten Schiff shydrodynainik interessierten

Fachleute aus den verschiedensten Disziplinen zusammen und

wurde

chlièßiich als eigeiständigr Fachauchuß in die

Schiffbautechnische Gesellschaft aufgenommen.

Zehn Fortschrittsberjchte sind bisher in der Fachzeitschrift

"Schiff und Hafen" erschienen, die eine Fülle von Übersichten über

Probleme, Lösungen, Verfahren und Geräte der Manövriertechflik

von Schiffen, sowie viele neue Gedanken, Modelivorstellungen,

Konstruktionsbeispiele und Entwicklungshinweise bieten.

Wissensçhaftlich wie praktisch leisten diese Veröffentlichungen

sowohl dem Schiff.bauer als auch dem Regelungstechniker, dem

Nautiker wie dem Ingenieur, wertvolle Hilfe. Offensichtlich.

ist man hier dabei, eine wesentliche Lücke in unseren

bishe-rigen Erkenntnissen zu schließen.

Möge die Zusammenfassung der bisher erschienenen Berichte,

wie sie dankenswerterweise vom Seehafenverlag hiermit

herausgegeben wird, die Verbreitung weiter fördern, das

Ver-ständnis erleichtern und der Schiffahrt nutzen, wo es ganz

besonders um die Sicherheit geht.

Prof. Dr.-Ing.. Siegfried Schuster

Leiter der Arbeitsgemeinschaft

ANSCHRIFTEN DE R SCHIFFBAU_VERSUCHSANSTT DER AGSV

HAMBURGISCHE SCHIFFBAUVERSUCHSANSTALT GMBH

Bramfelder Straße 164

2000 H.amburg 60

VERSUCHSANSTALT FOR

BINNENSCHIFFBAU EV

Klöcknerstraße

4100

Duisburg

VERSUCHSANSTALT FOR WASSERBAU UND SCHIFFBAU

-

MUller - Breslau -

Straße ( .SchleuseniflSel

)

1000

Berlin

12

AGSV-MU Arbeitsgemeinschaft

Schiff bauversuchsanstalten

Untergruppe

Manövriereigenschaften')

2)

1. Fortschrlttsberlcht

Ergebnisse der 7. Tagung in Duisburg, 27. April 1972

TeiInehmr waren R. Beyer, Hannover -M. Bäckenhauer, Hamburg - R. Brenke,

Bremen - J. Brix, Hamburg - C.

Flei-scher, Uerersen - Dr. W. Gi'aff, Duisburg

- W. Grollius, Duisburg - Dr. H.

Heu-ser, Duisburg - Dr. L. Kretschmer. Wien

- W. Kundler, Kiel - G. Luthra,

Duisburg Dr. K. Meyerhoff, HamDuisburg

-E. Müller, Duisburg - U. Pfaffelberger, Hamburg - Dr. E. Schäle, Duisburg - Prof. Dr. H. Schneekluth, Aachen - Dr. S. D. Sharma, Hamburg - H. Thieme,

Ham-burg - H. Thöm, Darmstadt.

Die Versuchsanstalt für Binnenschiffbau

e.V., Duisburg, hatte für dieses Treffen ihre Räume zur Verfügung gestellt.

a) Bericht über das international Sympo-sium on Directional Stability and

Con-trol of Bodies Moving in Water, London 17. bIs 21. April 1972" (S. D. SHARMA,

HSVA-ifS)

Das Symposium wurde vorn Department of Mechanical Engineering, University

Col-lege, London, für einen begrenzten

Teil-nehmerkreis ausgerichtet. Einige der

ins-ges. 30 Beiträge behandelten theoretische

und experimentelle Fragen der

Kursstetig-keit, der Kursregelung und der

Manöv-riereigenschaften, insbesondere auch von

Fahrzeugen in begrenzten Gewässern, in

geschlepptem Zustand, bei Anfahr- und

Stoppvorgängen, im Seegang und bei hoher Geschwindigkeit. Zu Versuchspraktiken mit

PMM-Geräten und der Analyse von

Mo-dell- und Großversuchen zur Ermittlung

der hydrodynamischen Koeffizienten und

zur Verwendung dieser Kennwerte in

Simu-latoren lagen Beiträge vor. Den aktuellen

Themen der Beeinflussung von Kursstetig-keitseigensd'saften völliger Tanker im Ent-wurfsstadium, der Wirksamkeit von Quer-strahlsteuern, Hochleistungsrudern und an-deren unkonventionellen Steuerorganen

wa-ren weitere Vorträge gewidmet. Mit dem

Erscheinen der vollständigen Vortragstexte

und Diskussionsbeiträge ist in Kürze zu

rechnen.

') Bazüglith der Ziele und Zusammensetzung der

AGSV-MU sei cul SdIff und HafenS, Heft 5/

1912. S. 317 verwiesen.

9 Anschrift: J. Brix, Hamburgisdie Schiffbau-Ver-sudisanstalt GmbH. 2Hamburg 33, Bramfelder

Straße164,Tel. 61 75 51/53. Sekretäre: K.

Meyer-hoff und K. Limbach, Hamburg.

b) Schriftlicher Beitrag:

,,ROBINSON-Kur-ven des Propellerdrehmomentes und

Propeiierschubes aus Voraus- und

Rüdcwärtsfahrt auf tlefem und flachem

Wasser" (J. BRIX, J. BLAUROCK,

F. STEIDLINGER, HSVA) *)

1. AllgemeInes

Die stationären Größen des

Propeller-drehmomentes Q (mMp) und des

Propel-lerschubes T (Mp) bei konstanter Geschwin-digkeit y (kn) jedoch variierten Voraus- und

Rüdçwärtsdrehzahlstufen n (U/mm) des

Propellers werden in sogenannten ROBIN-SON-Diagrammen dargestellt. Diesen

Dia-grammen können insbesòndere folgende

Größen entnommen werden:

a) Die Höhe des für die jeweilige

Fahrt-richtung auftretenden negativen

Pro-pellerdrehmomentes in dem Drehzahl-bereich, wo der durch den Fahrtstrom

beau fsthlagre Propeller als Turbine wirkt;

b1 Dr 1Vrlauf der' Schubkurve, aus dem

ersichtlich ist, ob eine Vergrößerung der für die jeweilige Fahrtrichtung gültigen

Rüdcwärtsdrehzahl eine Erhöhung des

negativen Schubes, also cinc

Verbesse-rung der Bremswirkung zur Folge hat.

Der Momentenverlauf nach a) ist für

den Maschinenbauer von besonderem

Interesse, da bei Schiffsantrieben ohne Kupplung nicht eher umgesteuerl wer-den kann, als ein bestimmtes negatives

Maximalmoment unterschritten ist. Das bedeutet, daß die Sdsiffsgeschwindigkeit

und damit die

Fahrtstrombeaufschla-gung des Propellers zum Einleiten des

Urnsteuermanövers . auf einen gewissen

Wert abgefallen sein muß. Daher ist im

Zusammenhang mit den

ROBINSON-Diagrammen die Kenntnis der

Geschwin-digkeitsabnahme als Funktion der Zeit

erforderlich.

Für Schiffe großer bewegter Massen, d. h.

großer Verdrängung, und relativ geringer

Maschinenleistuñg geben die bei stationärer Fahrt des Schiffsmodells gewonnenen

RO-) Die Ergebnisse werden mit freundlicher Geneh-migung der Werft Nobiskrug GmbH mitgeteilt

und mögen zu dem Themenkomplex

Manöv-rieren auf flachem Wasser beitragen.

BINSON-Kurven genauere Auskunft als für Schiffe geringerer Masse und relativ hoher

installierter Leistung, da bei letzteren in-folge der raschen Geschwindigkeitsabnahme beim Reduzieren der Propellerdrehzahl in-stationäres Verhalten des Drehmomentes Q und des Schubes T eintritt. Nimmt man

jedoch an, daß. möglichst schnell umge-steuert werden soli und in kurzen Zeit-intervallen quasistationäre Zustände gelten,

so können die stationär gewonnenen

RO-BINSON-Diagramme eine wertvolle Hilfe für die Bemessung von Regeigliedern, Kupplungen, Wellenbremsen u.a.m. sein.

Grenzkurven für die ROBINSON-Dia-gramme sind die Freifahrtkurven des Sdiu-bes und des Momentes. Wird bei Freifahrt von der Propellerdrehaahl n0 mit dem

Mo-ment Q, und dem Schub T0 die Drehzahl

reduziert, die Geschwindigkeit o jedoch

beibehalten, so sinken das Moment und der Schub ab und erreichen bei vorausdrehender Schraube den Nuliwert.

Nachdem der Schub negatives Vorzeichen

angenommen hat, wirkt der Propeller bei

weiterer Drehzahlreduzierung als Turbine. Wird schließlich bei Vorausfahrt der

Rück-wärtsdrehzahlbereich durchfahren, werden

unterschiedliche Kurvencharakteristiken an-getroffen (vergleiche hierzu [1]). Sie

kön-nen mehr oder weniger stetig zunehmen

oder einem Grenzwert des negativen Schu-bes und Drehmomentes zustreben. Indessen zeigen die Kurven jeweils cines untersuch-ten Systems Schiff - Propeller im

ailge-mejnen gleiche Tendenz des Schubes und

des Drehmomentes.

Schlffsdaten und Propelierdaten Schiffstyp: Zweisdiraubenfährsdiiff,

die-selelektrisch, mit

Festpropel-1cm

Länge zwischen Lp1) 139,60 m

den Loten

Breite auf Spanten B = 17,35 m

Tiefgg. (gleichiastig) T

=

5,90 m Verdrängung hierbei V = 9 200 m3 Modellmaßstab ¿ = 20 Propellerdurch-messer D = 3 500 mm Steigungsverhälrnis PfD = 1.114 Flächenverhältnis Ae/Ao = 0,99 Flügelzahl z = 6

Propellerdrehsinn: nach außen schlagend

Versuchedurchführung

Die Aufnahme der

ROBINSON-Dia-gramme erfolgte aus Voraus- und aus

Rück-wärtsfahr.t. Zuvor wurden. die Freifahrt-kurven für beide Fahrtrithtungen aus den

vorliegenden Propulsionsversudaen auf

tie-fern Wasser erstellt und die Kurven des Drehmornentes und des Sdiubes bei

Still-stand des Schiffes (Pfahlzugkurven) für

Voraus- und Rüdcwärtsdrehzahlen

ermit-telt.

Die ROBINSON-Kurven wurden bei drei verschiedenen Vorausgeschwindigkeiten

Abb. 1: ROBINSON-Kurvon des, PropellerdrehmOmentes O

2Okn, 15 kn, 10 kn) und drei

Rüwärts-gesdiwindigkeiten (y 16 kn, 12kn, 8 kn)

auf tiefem Wasser aufgenommen. Das

Mo-deli wurde hierbei vom Sthleppwagen mit

konstanter Gesdtwindigkeit geschleppt, die Propellerdrehzahl stufenweise geändert und

aus den Sdiub- und Drehmornentenregi

strierungen bide,r gekoppelter

Propeller-antriebe das arithmetische Mittel gebildet.

Eine maßstabsbedingte Drehzahlkorrektur,

die für den Zweisdirauber beim Maßstab

20 gering wäre, erfolgte nicht.

Zur Beantwortung der Frage nach dem

Fladiwassereinfluß auf die auf tiefem

Was-ser gewonnenen Werte wurde ein Teil

dieser Messungen auf Fladiwasser bei einer

Wassertiefe entsprechend h 8,40 m

wie-derholt. Hièrbei konnte die Freifahrtkurve nur für einen Teil des Drehzahlbereidis

er-mittelt werden, da bei höheren Drehahien und demzufolge höheren Gesthwindigkei

ten Grundberührung durch starke

Vertrim-mung eingetreten wäre.

t

Abb. 2:

,,'

4. Die Ergebnisse

Abb. I und 2 zeigen die

ROBINSONDia-gramme des Drehmomentes Q und des

Schubes T. Bei Stillstand des Schiffes

(Pfahl-zugkurve) zeigt sich kein

Flachwascrein-fluß, die Meßwerte des Sdiubes und des

Dréhrnomentes liegen in der

Tiefwasser-kurve. Die Freifahrtkurven des Sdsubes

und der Drehmomente liegen für die

Flach-wasserfahrt - wie bekannt ist -

beträdit-lidi über den Tiefwasserkurven. Dic RO-BIÑSON-Kurven des Momentes und des

Sdaubes auf Fladiwasser laufen von dèn

Fladiwasserfreifahrtkurven ausgehend in die ROBINSON.'Kurven für Tiefwasser ein und

trennen sich vom gemeinsamen Verlauf

erst bei - für die jeweilige Fahrtriditung

gesehen - Rückwärts4rehzahlen. und zwar

mit der Tendenz zi höheren Werten. Die

.Sdiubkurven sind bei Rüdcwärtsdrehzahl

stetig zunehmend, wodurch die in [1]

ge-machten Aussagen, thöglidssr schnell auf die 'volle Rückwärtsdrehzahl umzusteuern,

be-stätigt werden.

y

r1p1

w

ROBINSON-Kurven dec Propellerechubee T

Diskussionsbeiträge

S. D. SHARMA (HSVA US):

Dic ROBINSON-Kurven, wie sie die

Ver-fusser aufgetragen haben, gibt es seit über

50 Jahren. Ihre Nützlichkeit steht außer

Zwèifel. Aber man wundert sich, warum

nicht der Versuch gemacht wurde, die

gleiche Information in dimensionsloser Forni

unter Ausnutzung der bekannten Vorteile

einer Diniensionsanalyse darzustellen. Es ¡St offensichtlich, daß die übliche Are, Propel. lerdiarakteristiken wiederzugeben, nämlich durch Auftragung des Schub- bzw. Momen-tenbeiwertes

KT T/n2D4

KQ == Q/Qn2D5 über der Fortsdirittsziffer

J = VínD

hier versagen muß, und zwar aus dem ein-fachen Grunde, daß im praktisch durchaus

interessanten Falle np.O alle drei Werte

KT, KQ und J gegen unendlich streben.

Außerdem ist die Ziffer J kein eindeutiges Maß für die Anströmung des Propellers,

L

t..

Ilomen/

Ok

UAFA.

V'

fA

ji'

2

)

VA. T

J

r

-

/

I

die besser durch einen Fortsthrittswinkel

ß = arc tan (VAhtnD)

und eine Gesamtgesdawindigkeit

V,, = + (nnD)

gekennzeichnet werden kann. Daraus erge-ben sich viele Möglichkeiten sinnvoller

di-mensionsloser Darstellung der

Propeller-charakteristiken in allen vier Quadranten. Am einfachsten könnte man die Beiwerte

C.. =

und CQ = Q/oV02D°

über dem Winkel fi auftragen. Das habe

ich mit den Originalmeßwerten (im tiefen

Wasser) der Verfasser in den Abb. 3 und 4

getan. Die Wirkung ist verblüffend. Trotz

des sicherlich durch den Schiffskörper be-dingten Froudezahleinflusses fällt die

ge-samte Schar der ROBINSON-Kurven jeweils

in eine einzige Kurve zusammen. Diese

Auf-tragung gewährleistet somit die üblichen

Vorteile der Dimensionsanalyse, nämlich

Unabhängigkeit vom Maßstab und

Maß-system, konomie der Darstellung und

Speicherung usw. Sie veranschaulicht auch

gewisse physikalische Zusammenhänge. So

liegen die Nuildurchgänge der Ci,

CQ-Kur-ven natürlich in der Nähe von fi = Ø und +.r, wo Ø den geometrischen

Steigungs-winkel bezeichnet. (Hier ist z. B. C5 = arc tan (P/nD) = 19,5). Der Bereich C'i. sin ß

> O kennzeichnet einen nutzbaren Schub, der Bereich Cq cos fi < O ein nutzbares Drehmoment. Im übrigen Bereich wirkt der Propeller wie eine reine energieumsetzende

Bremse.

Die diniensionslose Darstellung läßt

er-kennen, daß im vorliegenden Fall die Wahl der Meßpunkte nicht ganz optimal war. Bei einer Wiederholung des Versuchs würde man

0,2 b

Abb. 3

a---

leo. VO0

o

o.

C

Abb. 4

die Fortsdirittsgeschwindigkeitefl und Dreh-7ahlen zweckmäßigerweise so wählen, daß sich eine annähernd äquidistance Verteilung

der Meßpunkte in der Variablen /? ergibt.

Hat man einmal die Kurven ni Bereich

fi 0 bis 3600 ermittelt, so bat man 311e

möglichen Kombinationen gleidiförntiger

Fortschritts- und Drehgeschw indigkeiten

vollständig erfaßt. Für eine numerische Dar-stellung der Schub- und Momentenbeiwertc als Funktionen des Fortschrittswinkels bie-tet sich die FOURIER-Reihe an. Wenn man die Versuchsergebnisse in dieser Weise

ein-mal sicher ausgestrakt hat, kann man sie,

falls aus Gründen der leichteren Anwendung

erwünscht, wieder als dimensionsbehafcete

ROBINSON-Kurven auftragen.

Es sind auch zahlreiche Verfeinerungen

der obigen Darstellung vorstellbar. Zum Beispiel könnte man die Anströmung an

einem signifikanten Radius, etwa 0,7R, ein-setzen, d. h.

V, = VVs ± (0,7 .rnD)2

fi = arc tan VAI(O,7 tnD)

und als Bezugsfläche die abgewickelte Flü-gelfläche nehmen, also

CT TI I. oV,ìAii

usw. Das könnte sich bei der Auswertung

einer systematisdi variierten

Propellerfa-milie als insgesamt vorteilhaft erweisen. P.S. Nadi der Tagung erfuhr ich, daß die oben vorgeschlagene Darstellung bereits für dic Auswertung der

Vierquadranten-messungen an der Wageninger

B-Sdirauben-Serie mit Erfolg angewandt wurde, siehe

,The Wageningen B-Screw Series" by

iSO" 20

W.P.A. van Lammeren, J. D. van Manen.

and M.W.C. Oostervcld in Transactions of

The Society of Naval Ardtrects and

Ma-rifle Engineers, New York, Volume 77 (1969) pp. 269-317.

wirken von Schiff und Maschine bei

Uni-steuervorgängen. Dr. H. HEUSER (VBD)

machte auf den sicherlich vorhandenen

Tiefgangseinfluß aufmerksam.

W. GROLLIUS (VBD):

Charakterl8tlk des am Sdiiffskörper ange-ordneten Propellers bei extremer Belastung Im Zusammenhang mir Untersuchungen

von Masdiincnmanövern, die zu zeitlich

veränderlichen Bewegungsworgängen des

Schiffes in Längsrichtung führen

(Besehicu-nigungs-. Verzögerungs- und Stoppmariö-ver), sind in der VBD iii stationären

Ver-suchen Schub und Drehmoment des

Pro-pellers gemessen worden. Dabei wurde hei jeweils konstanter (positiver bzw. inegativer) Drehzahl in einem weiten Bereich die (po-sitive bzw. negative) Sdtiffsgesdtwindigkeit variiert.

Die Ergebnsse derartiger Messungen mit

einer anderen Parametervariation

Varia-tion der Drehzahl bei konstanter Gesdiwin-digkeir - werden in der Literatur

allge-mein in Form des ROBINSON-Diagramms

dargestellt. Eine andere interessante

Dar-stellungsart ergibt sich, wenn man aus den Meßwerten die dimensionslosen Beiwerte

Cnos,en,n,k05on, SdUnYokn,,P(O

o.ng.o'a'O'*O P,*peflrn ht. flirt,,!., Oele,!.';

i .,ç,5flflfl d...-gtn a,,, Mao,!! i

5

-8 -12 -IS 0 0 +

i

R. BEYER (TU Hannover). unterstützt

durch Ausführungen von R. BRENKE (AG

Weser"), verwies dagegen auf den Nutzen

der Darstellung in dinaensionsbebaftetcn

Größen für Aussagen über das

Zusammen--02

T

KT=

n2 D

:KQ.

-O n- D'.

bildet und diese, nach dem hier angewende-ten. Variationssthema zusammengefaßt, über einer scheinbaren Fortschrittsziffer

V

n-D

aufträgt, die mit der Schiffsgesdiwindigkejt

V gebildet wird. Es ergibt sich eine

Dar-stellung (Abb. 5), die dem bekannten

Pro-pellerfreifahrtdiagramm [2] sehr ähnlich

ist. Während die KT-Werte für verschiedene Drehzahlen sozusagen, auf einer Kurve

lie-gen. ergibt sich aus den KQ-Werten eine

entsprechend den Drehzahlen geordnete

Kurvenschar, Ausdruck des hierbei stärkeren Zähigkeitseinfiusses.

In Verbindung mit den normalen Pro-pcllerfreifahrtkurven läßt sich in dem Dia-gramm die Mitstromziffcr als Stredienver-hältnis darstellen. In der 'beigefügten

Dar-stellung ist die KT-Kurve für Freifahrt

,,vor.sus" eingetragen, womit ith für cinch

bcliebigen Fahrzustand die' Mitstromziffcr r.ad, der KT-ldentirät ergibt zu

V

n D -- n D

'V

n L)

zeigt. d.iß der Mitstroni in erster Lmie von der Prop.ellcrhelastung abhängig ist und nur in geringem Maße von der Drehzahl.

Unter der Voraussetzung, daß durch Mj-schinenmanöver hervorgerufene Bewegungs-vorgänge quasistationär ablaufen, läßt sich

das aus stationär gewonnenen Meßwerten

aufgestellte Diagramm auf derartige

Pro-bleme anwenden. Die Umdeutung auf

in-stationäre Verhältnisse ist in Abb. 5

dar-gestellt. Die Auftragúiigsart besitzt dem

ROBINSON-Diagramm gegenüber den

Nath-teil. daß der Nulidurchgang der

Propeller-drehzahl nith erfaßt wird. Insofern ist die Darstellung weniger für die Analyse der

instationären Drehzahlphase (z.. B.

Um-steuern beim Stoppen) al's vielmehr für die darauffolgende stationäre Phase interessant, die den wesentlichen Teil des Bewegungs-vorgangs einschließt. In diesem Zusammen-hang bildet das Diagramm einen

Ausgangs-punkt für die numerische Behandlung der

Schiffsbewegung. Symbolik D (m) Propeller-durchmesser Fortsdi rictsziffer Schubbeiwert Drehmomenten-beiwert (s-1) Propellerdrehzahl Q (mkp) ' Propeller-drehmomen t T (kp) Propellerschub V (mis) Schiffs-geschwindigkeit VA (mis) Propellerfortschritts-geschwindigkeit WT

()

Mitstromziffer aus K'i'-Idenrität (kps±1m4) Dichte von Wasser

C) _{Bericht über den Stand der Arbeit des} ITTC-MC3) (H. THIEME, ItS)

Der deutsche Delegierte des JTTC-MC

erläuterte eingehend den Entwurf des

Ma-noeuvrability-Comm ictce-Berithts (Stand

März 1972). Besonders interessant sind die

im Anhang gegebenen, vom Komitee er-arbeiteten Beiträge zu folgenden Themen:

,,Code of Trial Manoeuvres', 'Methoden zur Durchführung von Spiralversuchen und

zur Ermittlung der Steuereigenschaften,

Modell-Schiff-Korrelation und

Maßstabs-effekte, Analyse der Vergleichsversuthe mit freifahrenden und gefesselten Modellen des ,.Mariner'-Typs in verschiedenen Versuchs. anstalten, Ergebnisse der Fragebogenaktion bezüglich der Manövricrversuche in

seiten-und / oder tiefenbeschränktcn Gewässern,

unkonventionelle Steuerorgane und Stopp-eigenschaften der Schiffe.

Alle, eingereichten Beitrge werden vom

Komitee als Material für dessen Bericht

angesehen und als Vorabdrudce dn

Kon-ferenzteilnehmern zugeleitet.

') International Towing Tank Conference

Ma-noeuvrability Commlttee. K-r K41 VA

nD

()

()

()

d)Sonstlges '

Folgende Probleme wurden kurz

ange-sprochen: .

Quersthleppversuthe. H. THLEME (Ifs)

stellte die- Bedeutung der, stationären

Q uerschleppwiderstände auf das Vertreiben

eines Schiffes bei Angriff äußerer Kräfte

heraus. _{J. BRIX (HSVA) verwies auf' das}

hiervon abweichende hydrodynamische Ver-halten bei instationären Querstapellaufvor_ gängen.

Unterschiedliche Ergebnisse von Stopp manövern mit Sthwesterschïfen. R. BRENKE

(AG _{Weser") berichtete ' über starke}

Ab-weichungen des Stoppverhaltens bei großen Tankern, die wahrscheinlich auf 'die zufäl-lig verteilten Anfangsbedingungen des Ma-növers zurückzuführen sind.

Ermittlung der Bahnkurven bei

Manövrier-versuchen auf Schiffen. Das von mehreren

Seiten ngesprothene 'Thema, möglichst exakte' Bahndaten bei Sdiiffsmarsövrjerver.

suchen zu gewinnen, führte zu einer

Dis-kussion über die Hifjx- bzw.

DECCA-Funkvcrmessung, die Vermessung einer

aus-gcworfenen Boje _{mittels Bordradar óder}

optischer Peilung. Als Beispiel 'einer

der-artigen Bahnvermcssung durch .Bordradar

und landfesre 'Marken wurde von Prof.

H.' SCHNEEKLUTh und Dr. W., GRAFI

(vBr)) der Fahrstrejfen und das darin

orientierte Schiff beim Durchfahren des

Düsseldorfer Knies" gezeigt [3].

Die Versammlung beschloß, sich zur ach-ten Tagung der AGSV-MU am Freitag, dem 13. Oktober 1972, 11.30 'Uhr, in der Ham-burgischen Sdiiffbau-Versuchsanstalt zu tre f-fen, wofür als Fachbeiträge vorgesehen sind':

I) _{Künstlich erzeugte Kursinstabilität eines}

Schiffes und deren Folgen"

Il) ,,Schrägschleppversuche und deren Nut-zen für Theorie und Praxis".

K. Meyerhoff Uteratur

(1] Mödel, W., Hattendorff, H.. G.: Untersuchung

von Stoppmanävern im Gefahrenfalle." Schiff

und Hafen. Heft 51966.

[2] Nordstròm, H. F.:,.Screw Propeller

Characte-ristics. Publicatjo of The Swedish State

Shipbuilding Experimental Tank, Nr. 9,

Gâte-borg 1948.

(31 Schäle. E. .,Nautisthe Versuche mit großen

Schubverbâriden auf dem Rhein zwischen Köln und Duisburg." Schiff und Hafen', Heft 6/1972.

AGSY

i:eiñShaft

ScfflffbauverSUChSaflStattefl.-.úñtergtuppe

növriereigenschaften 1) 2)

Einführung

Als zu Beginn der Vorbereitungen zur 13. Internationalen Konferenz der SehiffbauversuchsanStalten (ITTC), die

dann im September

des vergangenen Jahres in Berlin und Hamburg stattfand, den auf dem Gebiet der angewandten Schiffshydrodynamik tätigen

deutsch-spradiigen Wissenschaftlern die dringende Notwendigkeit zur stärkeren gegenseitigenInformation und zur Koordinierung ihrer Beiträge

offenbar wurde, gründeten sie die AGSV, die sich in Untergruppen entsprechend den Technischen Komitees der ITTC gliedert. Dank

.der Initiative von I-I. Thieme, dem damaligen deutschen Vertreter im ITTC Technical Committee Manocuvrability,

wurde als erste dic

Untergruppe Manövriereigensdiaften arbeitsfähig. Sie hat ihre Aufgabe im Hinblidt auf die Konferenz beispielhaft erfüllt

und sich

dar-über hinaus als lebensfähig erwiesen, wie ihr hiermit. vorgelegter, zweiter Fortsthrittsberitht beweist.

Zweifellos können mit einer.solchen Berichterstattung nicht dic gründlichen Fathvorträge der Schiffbautcdinisthcn

Gesellschaft und die

eingehenden Abhandlungen in den Fachzeitschriften ersetzt werden, aber sic gibt aufschlußreichen Einblidt in die

Diskussionen, wie sie im kleinen Kreis laufend in denSchiffbauvcrsuchs,anstalten und den vergleichbaren Instituten stattfinden, wenn sich dort Forschung sind

Praxis zur Lösung akuter Probleme eines jeweils ganz bestimmten bcsthrdnkten Aufgabenbereichs treffen. So wie der

daraus erwachsende

Gedankenaustausch der Forsdiungsstellefl untereinander dürfte auch die Information auf breiterer Basis von Nutzen sein.

Vielleicht kann

gerade das besonders praxisnahe Problèm der Manövriereigeflsthaften der Schiffe, das Forscher, Erbauer und Benutzer

gleichcrmaßcn interessiert, am leichtesten éine allgemein früchtbare Diskussion anregen, denn dic wesentlichste Voraussetzung sinnvoller Dienstleistungen

der SchiffbauversuchSanStaltefl für die Schiffbaupraxis ist die bciderseitige Kenntnis der Aufgaben und der zu

ihrer Lösung gegebenen Möglichkeiten.

2. FortschrittSberiCht

Ergebnisse der 8. Tagung, Hamburg 13. Oktober 1972

Teilnehmer waren:

R. Beyer, Hannover - C. Boic, Hamburg - H. Brehme,

Ham-burg - R. Brenke, Bremen - J. Brix, Hamburg - C. Dalldorf, Hamburg - Prof. H. Eichhorn, Wedel - C. Fleischer, Uetersen

- K. Jordan,

Berlin - K. Karger, Duisburg - W. Koch,

Ham-burg - W. Kundler, Kiel - Pr. H. Kwik, Hamburg - K.

Lirn-bach, Hamburg - G. Luthra, Duisburg - Dr. E. Müller,

Duis-burg - U. Pfaffelberger, HamDuis-burg - Dr. S. D. Sharma,

Hamburg Ii. Strehlow, Wilhelmshaven H. Thieme, HamHamburg

-H. Thöm, Darmstadt - P. Vòigt, Geesthatht - B. Wagner, Kiel - K. Wilke, Hamburg.

Die Hamburgische

Sch,iffbau_VCr5Uch5n5tt

G m b H hatte für diese Tagung ihre Räume zur Verfügung gestellt. a) Allgemeines

Die Teilnehmer wurden begrüßt durch Herrn Direktor H. P. RADER (HSVA), der das' zunehmende Interesse an Manövrier-problemen herausstellte und die Aufnahme von J. BRIX in das

ITTC-manoeUv rability committee bekannt gab.

Die Tagung wurde mit einem Dankwort an H. THIEME für

dessen im ITTC-manoeuvrabilitY committee geleistete Arbeit

eröff-i) Bezüglich der Ziele und Zusammensetzung der AGSV-MU sel auf Schiff und Hafen. Heft 5/1972, S. 317 verwiesen.

9 Anschrift: J. BrIx, 'Hamburglsthß SchlffbaUVerSUthSaflStalt GmbH,2 Ham-burg 33, Bramfelder Straße 164. Tel. 61 75 51/53, Sekretäre: K. MeyerhOff und K. Llmbath, Hamburg

Prof. Dr.-Ing. S. Schuster

Leiter der Arbcitsgemeinschaf t Schiffbauvcrsudtsanstaltefl

net. Das große Interesse an den Problemen des Steuerns und Manövrierens von Schiffen hat dazu geführt, daß der

Inceresscnten-kreis für die AGSV-MU ständig zugenommenhat. Um dea

Themen-kreis der AGSV-MU außerhalb der TTCMC3)Empfchlungcn nicht

zu stark aufzufächern, soll der Mitgliede,rkreis auch zukünftig auf

Vertreter der Versuthsanstalten. der issenstháftlichen Institute, der

Zulieferindustrie, der Sthiffssicherheitsbchörden und der Werften

beschränkt bleiben.

b) Nächste Tagung der AGSV-MU In Wien

Es liegt eine Einladung

der SchiffbautechniSChcn

Ve r su ch s a n s t al t W i e n vor, das nächste Treffen im Früh-jahr 1973 in deren Hause abzuhalten. Als Termin für die 9.

Tâ-gung der AGSV-MU ist dei 27. bis 29. April 1973 vorgesehen.

Für die Wien-Tagung ist ein Themenkreis vun allgciseineni

Interesse geplant:

L Schrägschleppversuche und dercu Nutzen für Theorie und

Praxis - Manövrieren unter Einfluß äußerer Kräfte und

Momente" (auf der 8. Tagung der AGSV-MU nicht behandelt).

Zur Bemessung der Rudcrgrößen" - Historisches -

Faust-regeln - IMCO Arbeiten - neue Erkenntnisse

(Forums-diskussion).

,,Kursstetigkeit oder Kursstabilität?' eine Begriffsdefinition -regelungstechnische Aspekte (Forunisdiskussion).

Besichtigung der Schiffbautedinischen Versuchsanstalt Wien. c) Entgegennahme des 1. FortschrlttsberictiteS

Pünktlich zur Tagung wurde der 1. Fortsdirittsbcridu der

AGSV-MU vom Seehafen-Verlag Erik

Blurnenfeld

vorgelegt und der Inhalt nach Durchsicht durch die Teilnehmer gebilligt.

Bezüglich des Beitrages b) des 1. Fortschrittsberichtes gab H. BREHME (Th. Zeise) zu bedenken, daß bei Umsteuermanövern

Kavitationserscheinungen auftreten können, welche die in den

Abb. i bis 4 dargestellten Eigenschaften des Propellers nachteilig 7

beeinflussen kömien. S. D. SHARMA (IfS) wurde als

Teilprojekt-koordinator des SFB 98 gebeten, die Umsteuereigenschaften von

Propellerñ unter kavitarionsähnlidien Bedingungen in das

For-schungsvorhaben des SFB 98 aufzunehmen, da die

Stoppeigenschaf-tenvon Schiffen Bestandteil des Themenkreises des SFB 98 sind.

d) Bericht über die '13th Berlin - Hamburg 1972

(H. THIEME, IfS)

Behandelte Themen des ITTC-MC3) in der Zeit von 1969 bi

1972 waren i wesentlichen die Empfehlungen der P12th ITTC",

Rom 1969:

Freifahrende und gefesselte Modelle, Manövrier-Kennzahlen,

Er-weiterung der Meßgrößen bei größeren Schiffen,

Manövrier-methodik, Modell-Schiff-Korrelation und Maßstabscffckrc,

Frage-bogenaktion bezüglich des Manövrierverhaltens in seiten- und tiefenbesdiränkteri Gewässern, Manövrierein richtungen, Studium des

Stoppverhaltens- und anderer instationärer Bewegungszustände.

Endgültige Empfehlungen des Menövrierkomitees

vom 13. September 1972 .

Auswahl. Definition und Meßmethoden für die Bestimmung von Art und Betrag der ManövriereigenSthaften eines Schiffes bei

Dienstgeschwifldig-keit. niedriger Fahrt und am Stand sollte weiterer Prüfung unterzogen werden. Das Augenmerk sollte sich auch auf die besonderen

Anforde-rungen -unter verschiedenen Umweltbedingungen. wie Z. B. Flachwasser.

Wind und Seegang erstrecken. (Prof. K. NOMOTO, Japan).

AIs Richìlinie für Schiffsprobefailrtefl und ForschungsprOgramme sollte ein neuer ManövrierversuchS-COde als Ersatz für den ITTC-Code 1963 formuliert werden. Bestehende Probefahrts-Codes sollten hierbei

hinzu-gezogen, - und neue nautisch bedeutsame Manöver sollten bei der Erl

Stellung dea Codes erwogen werden. (B. NIZERY, Frankreich).

Die Obersidit und Analyse von Material zur Modell-Schiff-Korrelation

sollte ausgeweitet werden. Obergartgszustâflde sollten hierbei einbezogen

werden.. Die MitgliedSorgaflis9tiOflefl werden nochmals dringend

er-sucht, dem Komitee. Material zükommen zu assen, welches auch die

entsprechenden Hauptantriebsbediflguflgefl und die

Ruderwinkelgeschwin-digkeiten (Ruderlegezeiten) bein1altet. Die Maßstabseffekte sollten

wei-terhin analysiert wèrden. und es besteht ein Bedarf an Ergebnissen

speziell angelegter GeosimMOdell-VetSUthS5eriefl. In die Betrachtung

sollte auch der besondere Fall des MaßstabeinflLisSes auf die Kräfte

und das Drehmoment des Ruders einbezogen werden. (R. K. BURCHER,

. Großbritannien). .

4-; . Zur Untermauerung éiner Studi über die Gültigkeit der gegenwärtig

gebräuchlichen quasi-stationären Techniken zur Prognose werden weitere experimentell und theoretisch gewonnene Informationen benotigt. (R. K.

BURCHER. Großbritannien). . . . -- . -

-.

5. Da das- Standard_ModelÑerSuchsPrOgramm- im Rahmen der

Zusammen-arbeit der ITTC nunmehr formell abgeschlossen ist. sollte jetzt die

zweite Aufgabenphase der Analyse gefesselter Modelltectinikon aktiv

verfolgt werden, um die Korrelation von Computer-Berechnungen mit den Ergebnissen von frei manövrierendert Modellen und

Großausfüh-rungen zu überprüfen. (Dr ..H. EDA & M. GERTLER, USA). ..

..-Das StandardModell-VersUchsPr09tamm hat einige Möglichkeiten. für

eine vergleichende Béurteilung der Ergebnisse, verschiedener. Modell

versuchspraktiken mit gefesselen Modellen aufgezeigt. Die Mitglieds-Organisationen werden ersucht, Angaben irgendwelcher Art zur

Ver-fügung zu stellen, welche Wiederholungsversuctle mit PMM-Geräten,

Rundlaufelnrichtungen und GeradeausschleppVersUchefl betreffen. (L.

WAGNER-SMITF, Dänemark). . .

-Eine zunehmende Anzahl von Modeliversuchen wird zur Prognose

dea-Verhaltens von völligen Schiffen wie großen Tankern durchgeführt.

Hierbei sind besondere SträmungserscheinUngerk beobachtet worden.

die die Messungen und demzufolge die Deutung der Ergebnisse

be-einflußt haben. Folglich wurde ein besonderes Rundschreiben zur

War-nung und Anleitung an die MitgliedsorganiSatiOfleri der ITTC im

No-vember 1971 verteIlt. Spezielle Kräftemessungen und

Strömungsbeob-achtungen werden benötigt, um Mittel und Wege zur Handhabung dieses Problems zu finden. Die Mitgliedsorganisatioflefl sind aufgerufen,

jeder-art diesbezügliche Informationen zu beschaffen. (L. WAGNER-SMITT,

Dänemark).

Die ModellversuchsmethOden bezüglich des Manövrierens in

beschränk-ten Gewässern und in. der Nähe anderer Schiffe sollten weiterhin durchdacht werden. Dies schließt Versuche mit gefesselten, teils gefes-selten und freifahrenden Modellen und die daraus folgenden Prognosen

und zugehörigen theoretischen Ansätze ein. (Dr. N. H. -NORRBIN.

Schweden).

Die Manôvriereigenschaften und die Steuerfähigkait eines Schiffes beim

Stoppen und bei anderen Obergangszuständen -des Antriebs sollten

weiterhin erforscht werden, einbezogen die Probleme des

Maßstab-effektes. Gesichtspunkte, die die PropellerøigenSchaftefl betreffen,

soll-ten in Zusammenarbeit mit dem Propeller-Komitee durchdacht werdén.

(Dr. M. RACAMARIC. Jugoslawien).

Eine Übersicht über die bestehenden VersuchsmethOdefl für

unkonven-tionelle" SteuerOrgafle und deren Einfluß auf die Manôvrlerfähigkeit

dea Schiffes sollte aufgestellt werden. Diese Techniken sollten weiter-entwidelt werden mit der Zielsetzung, Methoden zur Verfügung zu stellen, die Wirksamkeit dieser Steuerorgane unter verschiedenen

Be-triebsbedlngungen zu ermitteln. (J. BRIX, BRD).

Auf die interessanten Spezialabhandlungen im Anhang des

Ko-mitee-Berichtes4) wurde hingewiesen, und zwar:

3) International Towing Tank Conference, Manoeuvrability Committee

I) _{Die vollständigen} Proceedings of the 13th ITTC 1972" sind demnächst

erhältlich

8

e) Schriftlicher Beitrag

,,Künstlich erzeugte Kursinstabflität

eines Schiffes und deren Folgen"

(P. VOIGT, GKSS - Geesthacht)

Kursinstabilität eines Schiffes äußert sich darin, daß das Schfi nur durch häufiges Ruderlegen auf Soilkurs gehalten werden kann.

Die Folge ist ein Gcsthwindigkeitsabfall bei konst.snr gehaltener

Leistung oder cine Leistungszunahme bei konstant gehaltener Geschwindigkeit.

Eine in der Regel wirkungsvolle konstruktive Maßnahme zur

Verbesserung der Kursstetigkeit ist dic Montage einer festen

Gillungsfiosse über dem Ruder. Hierdurch wird ein stabilisieren-des hydrodynamisdies Moment erzeugt, sobald das Schiff von der stationären Fahrt in gerader Richtung abweicht. Ist eine derartige

Konstruktion nicht möglich, kann die Kursscctigkeit - wenn der

Sdiiffsbetrieb das erlaubt - auch durch heddastiges Trimmen des Schiffes verbessert werden. Kopflastiges Trimmen wirkt sich

da-gegen nachteilig auf die Kursstetigkeit aus.

Bestätigt wird dieser Sachverhalt sehr gut durch dic Ergebnisse, die während einer Meßfahrt auf NS Otto Hahn" gcwQnnen wur-den und über die im folgenwur-den kurz berichtet wird.

Die Versuche konnten bei konstanter Verdrängung in hedc-lastigem und kopfhedc-lastigem Trimmzustand durchgeführt werden.

A) Kursstetigkeitsversudie

Zur Beurteilung des Kurssterigkeitsverhaltens eines Schiffes wird der Vérlauf der ,,Spiralkurve" herangezogen, dic in der Regel bis

zu Ruderlagen von = 150 aufgenommen werden muß, urn den

Kurvenverlauf in der Umgebung der interessierenden Mittschiffs-ruderlage sicherzustellen. Hierbei ist es unerheblich, nach welcher der nachstehend genannten - Methoden die Kurve ermittelt wird.

(St b)

L

Abb. 1: TypIsche SplralkurvencharakterlBtlken

In Abb. I sind typische Spiralkurven wiedergegeben. Für die

Aus-sage über das Kursstetigkeitsverhalten ist es ferner bedeutungslos,

ob die Spiralkurve bei 5r O oder bei einem anderen neutralen

Ruderwinkel bei dem die Drehgesdiwindigkeit O ist, die

Abszisse schneidet.

Typ -

a-

b C

dl

Steuerverhalten schlecht schlecht gut _gSbed

Kir6tabilitót unStabll unstabll stabil überstobil

AnhangI: Durchführung von Spiralversudien" (L. WAGNER

-SMITT) - .

-AnhangH: Steuereigenschaften im geschlossenen Regelk reis«

(K. NOMOTO und L. WAGNER-SMITT)

AnhangIII: ,,Modell-Sdiiff-Korrelation" (R. K. BURCHFR)

AnhangIV: Unmittelbare Maßstabseinflüssc" (M. RAK AMARIC)

AnhangV: ,.Ubercinstimmung der Versudisergehnisse mit dem

,Mariner'-Typ (A. SUAREZ)

Anhang VI: Vergleidasversudie mit einem ,Mariner'-Typ-Modell"

(M. GERTLER)

Anhang VII: Ergebnisse der Umfrageaktion bezüglich der

Modell-Mariövrierversud,e auf seitcn- und/oder

tiefenbe-schränkten Gewässern" (N. H. NOR.RBIN) Anhang VIII: Übersicht über unkonventionelle Steuerorgane"

(M. AUCHER)

Bb. 30 20 10 10 20 30 St 02 Ruderwinkelde ti s 4.. V Q8 Q Q6 1.0

Abb. 2: Kurssteligkeltsversuche, stabiler Zustand

nach Dieudonne nach Bach - nach Bris [s] 701 \ stabiler Zusland '4, instabiter Zustand 40 ('i 30-20 10 0

\

_\

\

Ruderwinkel ¿p L'I Abb. 6: stutzzeiten stabiler Zustand instabiler Zustand Bb lb

Abb. S: Kursst.tlgk.itsveriucha, lnstablisr Zustand

260 -240. 220- 200180 -

160-Schiff und Hafen, Heft 4/1973, 25. Jahrgang

b) »reversed spiral-test nach BECH

Hier wird die mittlere Ruderlage R als Funktion der

vorge-gebenen Drehgesthwindigkeit ermittelt. Es wird bei diesem

Test angestrebt, eine konstante Drehgesdiwindigkeit einzuhalten, die - vor allem in den instabilen Bereichen eines kursinstabilen Schiffes - nur durch ständige Ruderlagenänderung erreichbar ist.

Für diesen Versuch ist ein Drehgesthwindigkeitsanzeiger (Wende-zeiger) erforderlich.

istabiler Zustand instabiter Zustand

Abb. 8: Ausweichzeiten (s) _Sstabiler Zustand_{instabiler Zustand}

280 10 20 3OStb Ruderwinkei¿p(l 0.2 Jdtp Jzlp dâR( ilt_),6*R _für

_5i

-SLF(-3 14- 12-10. 8 IO < O kursstab. Verhalten Typ c O überstab. Verhalten Typ d ± unstabjles Verhalten Typ b > C unscabiles Verhalten 'lyp a (3) stabiler Zustand instabiler Zustand 2'O ab Ruderwinkel4, Ii Abb. 10: SchlffaiAngenfahrzelten

g

(1 = f (Y) =

f

ò1 (t) d t o (2)

Da ale der in Abb. I dargestellten Spiralkurven eindeutig sind,

wenn y als die unabhàngige Variable angesehen wird, ergibt sich

nach BECH für alle Werte von jeweils ein Wert 5rt.

c) Spiraltangententest nach BRIX [1]

Aus den in Abb. I dargestellten Spiralkurven ist ersithtlith, daß auch mit der Steigung der Tangente an die

Spiraliturven-typen im neutralen Ruderwinkel n Aussagen über die

Kursstetig-keit gemacht werden können.

a) Spiraltest nach DIEUDONNE

Hier wird die konstante Drehgesdiwindigkeit ' als Funktion

der Ruderlage 5R ermittelt. Aus der geraden Kursfahrt bei voller

Geschwindigkeit wird das Ruder auf einen Ruderwinkel irt gelegt

und dic konstante Drehgesthwindigkeit 'p, die nach dem

An-der Kursschrieb i(t) eine Gerade. Dieses Verfahren wird für dieschwcnkvorgang erreicht ist, gernesen. ist ip konst., so liefert

interessierenden Ruderlagen wiederholt und als

f ()

'p =

(1) dargestellt. 10 30 Ruderwinkel 4, ('3 Abb. 5: Drehg.schwlndlgkelt lb zò 3 Ruderwinkel p(] Abb. 4: Anscliweniczeiten stabiler Zustand rtstabiler Zustand

40- stabiler Zustand_{nstabilerZustand}

30 20-lo 20 io Ruderwinkel 6 ('3 Abb. 7: Oberschwlngwinke 10 _io Ruderwinkel ¿. (i

Abb. 9: Zelten fOr eine voile Kursschwlngung

lo ₎ Ruderwirikel 4(.] nach 0ieudonn noch Beth - nach Bris 1,0 y (.s 1,,4. 1,2

o.

Qe-Q6 [s] 120

Die Ermittlung der ,,Spiraltangente im kursstabilen Zustand ist im Modellversuch wie auch auf einer Probefahrt bei idealen WetterbedingUflefl in einfacher Weise und ohne großen

Zeit-aufwand möglich.

Im kursinstabilen Zustand empfiehlt es sich, in der Umgebung

des neutralen Ruderwinkels einige Punkte nach BECH zu ermitteln, da bei vorgegebener erwinkcländeruflg 4 â das

Schiff ohne

iiip = O oder mit

A' < O bzw. zlp > O reagierenkann.

Die Abb. 2 und 3 zeigen die Ergebnisse der bçi idealen Wet-terbedingungen (BF 01,. ruhige See, leichte NW-lichc Dünung)

gemachten Kursstecigkeitsvers1ch Im hecklastigen Zustand (2 m

Trimm) sind die Spiraikurven vom Typ c (kursstabilcr Zustand),

im kopflastigen Zustand (1,5 m Trimm) vom Typ a (kursinstabiler

Zustand) der in Abb. I dargestellten Spiralkurvenchakteri

Die Spiraltangenten approximieren den Kurvenl.iuf in der

Um-gebung des neutralen RuderwinkelS

= O. In der

Gesamt-tendenz ähneln die Spiralkurven einander. Bei höheren

Ruderwin-kein wird hei BECH eine geringere Drehgesdiwindigkeit gemessen

als nach DIEUDONNE, was darauf zurüdzuführen ist, daß das

drehende Schiff zunehmend .n Fahrt vcriiert. Aus dem gleichen

Grunde liegen dic DrehgcschW.ifldigkeit höhr, wenn mit kleinen

R.uderwinkcln begonnen und zu größeren Winkeln übergegangen

wird. Dieser Vorgang ist durch Pfeile an den jeweiligen

Meßpunk-ten gekennzeichnet.

Bei enem rsuthsmethodenvergleich ist bzgl. Vcrsudisdur'thfüh

rung und Auswertung folgendes zu sagen:

DIEUDONNESpiraltest:

Die Vrsuthsdurchführung, Instrumentierung und Auswertung ist sehr einfach, jedoch ist der Versudiszeitaufwand 'am größten.

Freier Seeraum für die Drehmanöver ist Voraussetzung.

BECH's Spiraltest:

Für die rsuthsdurchführung sind ein Wendezeiger und eine

geübtc Person Voraussetzung. Die Vcrsuchszeit ist gegenüber a)

wesentlich geringer, die Auswertüng redit mühsam. Wie bei a)

ist der Versuch nur in freiem Seegebiet durchführbar.

BRIX' Spiraltangententest

Hierfür ist ebenfalls ein Wendezeiger erforderlich. Der Versuch

kann nur bei idealen Wetterbedingtingen durchgeführt werden.

Die Versuchszeit beträgt wenige Minuten. Da nur kleine

Ruder-lagen untersucht werden, äußert sich dieser Test in einer

schwa-chen Kursschwingung urn den Soilkurs und stellt deshalb keine

besonderen Anforderungen bezüglich eines verkehrsarmen

See-gebietes.

B) ManövrierverSud1e

Zur Beurteilung der ManövriereigensdIaftefl wurden

STAN-DARDMANCVRTF.EPSUIE nach KEMPFdurchgeführt,

de-ren charakteristische Kenngrößen, wie Anschwenkefl,Drehgeschwin

digkeit, Stützen, Oberscthwingwinkel, Ausweichen, volle

Kurs-schwingung und Schiffslängenfahrzeit, als Funktion der Ruderlage

in den Abb. 4-10 aufgetragen wurden. Die Kenngrößen sind

jeweils für den stabilen und instabilen Zustand ermittelt wordeñ. Diskussion der Abb. 4IO:

Abb. 4 zeigt die Daten für das Anschwenkmanöver bei =

10° KursabweichUng nach Legen des Ruders. Hieraus ist kein

erheblicher Einfluß der Kursinstabilität ersichtlich, weil bereits bei ' = 10° KursabweichUflg Gegenruder gelegt wurde.

Die ß5ckborddrehgeschwifl&gkeit ip nach Beendigung des

Steuer-bordstützmanövers ist in Abb. 5 gegeben. Sie ist im instabileri

Fall beträchtlich höher, führt damit zu einem vergrößerten Drall,

der sich in erheblich höheren Cberschwingwiflkeln und

Stützzei-ten des BackbordstütZmanö'Jers zeigt. Die Abb. 6 und 7 zeigen

diese vom nautischeñ Gesichtspunkt wichtigen Kenngrößen.

Die mit Ausweichen bezeithnete erste Malbsdswingung um den

AusgangSkurS ist in Abb. 8 gezeigt. Insbesondere im Bereich klei-nerer bis mittlerer Ruderlagen wird ein größerer Zeitbedarf sicht-bar, der bei gleicher Tende4z auth in der vollen Kursschwingung

erscheint, die in Abb. 9 dargestellt ist. Schließlich zeigt Abb. 10

die aus der vollen Kursschwiñgung T (s) berechnete dimensionslose Schiffslängenfahrzeit

'o

SLF T

V

die für = 10° Ruderbge und kleinere Mas-sengutschiffe üblicherweise zwischen SLF = 11,0 ... 12,0 liegt.

Béi den sogenannten ,,Wedelmanövern' mit R

= ± 150 und

± 30° zeigte es sich, daß im kursstabilen Zustand der

Kurswinkel nnähernd urn den Soilkurs oszilliert, während sich

im kursinstabilen Zustand die Kursschwingung nach derjenigen Seite vom Solikurs entfernt, nach der zuerst Ruder gelegt wurde.

C) Eitfluß des instabilén Kurs'verhaitens auf den Leistungsbedarf und die Sdiiffsgesthwindigkeit

Die im folgenden geschilderten Messungen hatten den Zweck,

den ökonomischen Aspekt der Kursstabilität, nämlich den

Lei-stungsmehrbedarf bzw. den Geschwindigkeitsabfall, durch Meßwerte

deutlicher herauszustellen.

6° 3° 0° 3° 6°

Bb. Stb.

stabiler Zustand

Abb. 11: HIstogramme der

6° 3° 0°

30 6° Bb. Stb. stabiler Zustand 15° 12° 9' 6' 3° 0° 3° 6' 9° 12° 15° B Stb. instabiler Zustand Ruderlagen; n = 96mm-' 5°12° 9° 6°

3° 0° 3° 6°

90 1215° Bb. Stb. instabiler Zustand

Abb. 12:HIstogramme der RuderIagQn, n = BOmIW-'

Im kursstabilen Zustand von NS Otto Hahn wurden

Lei-sturigs- und GesthwindigkeitsmessUngefl bei zwei verschiedenen

Propellerdrehzahlen durchgeführt, wobei die Sollkursfahrt einmal

vom Kursregler gesteuert wurde, in einer añschließenden

Mes-sung das Ruderverhalten des kursinstabilen Falles am kursstabilen Schiff von Hand nachgesteuert wurde. Das Ruderverhalten im

kurs-stabilen und kursinkurs-stabilen Fall ist über 15 Minuten mit dem

HSVA-Klassiergerät klassiert worden und in den Abb. 11 und 12

dargestellt. Aus diesen Histogrammen ist ersichtlich, daß im

kurs-instabilen Fall ein beträchtlich größerer Rüderwinkelbereich zur Kurskorrektur überstrichen wird. Das Ruder wird hierbei relativ häufiger bei größeren Ruderlagen als bei der

Mittschiffsruder-anlagé angetroffen. Im kursstabjlen Zustand ist dagegen die

an-getroffene Ruderlage nicht größer als 5R ± 3°. Der durch

das Ruderverhalten ini kursinstabilen Zustand bei Fahrt im kurs-stabilen Zustand zu erwartendé Lcistungsmehrbedarf der

Haupt-maschine bzw. Gesdiwindigkeitsabfall ist aus Abb. 13 ersichtlich. Hieraus ergibt sich

a) auf der Basis konstanter Leistüng PD = const. 8500

WPS ein GesdrQvindigkeitsabfall um Av = 3,4 0/0 bei

kurs-instabilem Verhaltcn und

auf der Basis gleicher Geschwindigkeiten y = conSt. =

15,5 kn ein Leistùngsmehrbédarf um AP1 = 13°/o bei

kursinstabilem Verhalten. y _[kn] 20 -15 -10 50 0 70 80 0 1ÒO n UpmJ

Abb. 13: Lelstungs-, Geschwlndlgkelte- und Propellørdrehzaht.Dlagramm NS ,OTTO HAHN"

Hierfür sind folgende Ursachen anzugeben:

Das häufig oszilliereñde Rùder erhöht den Sdiiffswiderstand,

die Geschwindigkeit fällt ab. Die somit geringere

Propellerfort-sd,rittsziffer _J bewirkt ein Steigen der Drehmomenten- und

Schubbeiwerte KQ und KT. Der höhere Drehmomentenbeiwert KQ äußert sich in einer größeren Leistung, der höhere Propellersthtsb T kompensiert einen Teil der Widerstandszunahme.

-1,25 -1 00 -0,75 -0,50 -0,25 +0,00 0,25 stabiler Zustand

-u--- r-u---"____

u-.

AA-TENDENZ ZU INSTABILEM VERHALTEN

.

U BERSI A B IL

.

005

Abt, 14 Statistische Daten zum Spiraitangententest

Schiff und Hafen, Heft 4/1973, 25. Jahrgang [wPsJ (stâbiler Zutand) jedoch Ruderverhal-ten desinstabilen Zûstândès nach-esteuert 0,10 0,15 v/L (lis) J INSTABILER BEREICH

Die unter a) und b) gegebenen Werte des Leistungsanstiegs bzw. Gesthwindigkeitsabfalls bei kursinstabilem Ruderverhalten ieigen eindringlich, daß der Frage der Kursstabilität bcträchtiche

Bedeu-tung zukommt, die bereits im Projektstadium zu klären ist.

Ergibt erst die Fahrpraxis mit einem kursinstabilen Schiff diese

Erkenntnis, so ist es für wirkungsvolle konstruktive Anderungen in den meisten Fällen zu spät. Die Ergebnisse der

Manövrierver-suche, insbesondere die Gieranfälligkeit im kursinstabilen Fall,

unterstreichen diese Bemerkungen

Die Messungen siñd im Auftrag der GKSS gemeinsam mit der

HSVA durchgeführt worden. Dem HSVA-Team sei hiermit herz-lichst gedânkt.

f) Diskussionsbeiträge

Schriftlicher Diskussionsbeitrag:

Der HSVA-Spiraltangententest (J. BRIX, HSVA)

Aus den Ausführungen von Herrn VOIGT geht hervor, daß

es für die Beurteilung der Kursstetigkeit nach dem ,,Spiralversudi,

sei es nach DIEUDONNE oder nach BECH, unwesentlich ist,

mit welcher Drehgeschwindigkcit p das Schiff auf mittlerè oder

große Ruderwinkel reagiert. Entscheidend sind Vorzeichen und

Steigung di,','d1 der Spiralkurve in der Umgebung des neútralcn

Ruderwinkels â'j, wo dic Spiralkurve dic Abszisse schneidet. Die

Kenntnis von Vorzeichen und Steigungswinkel der

Spiralkurven-tangente ist daher für die Aussage über die Kursstetigkeit völlig

ausreichend, sofern genug statistisches Material vorhanden ist, die

Kursstetigkeit nicht nur festzustellen, sondern deren Güte audi

mit einem Zahienwert zu belegen.

Aus diesem Grunde habe ich im Jahre 1969 den S p i r a I t a n

g e n t e n t e s t [1] vorgeschlagen, -jedoch vor einer

Veröffentli-diung zunächst Versuthsergcbnisse an Modellen und Sthiffen

ab-gewartet, die in Abb. 14 für verschiedene Schiífstypen als

Funk-tion des Geschwindigkeits-/Schiffsläñgen-Verhälcnsses v/L (lis)

ge-geben sind.

Von Herrn VOIGT wurden Ergebnisse von Bordmessungen

-vorgelegt, welche dic Brauchbarkeit des Verfahrens beweisen und

dic Versuchsdurchführung schildern. Die Ermittlung der Spiral-tangente erfolgt im Modellversuch auf ganz analoge Weise. Der

dic Spiralku rventangente approximierende Differenzenquotient

(di'!

dIR)

'R'R

i - Schlepper, Kutter £ Bagger

O Schnel Ifrachter, Containerschitte

Massengutschiffe 50 000 t Massengutschiffe 50000 t 0,20 0,25

,0

P0 [ws] 9 0Ó0 8000 7000 - 6000- 50004000 3000

-Ini Mittel:

= 0,253 l/s; 2 = 20; KF(R*) / I = 0,057 1/s.

Abb. 17 gibt einen Ausschnitt des auf dem NS DOTTO HAHN ini kursstabilen Zustand gewonnenen Meßsdariebs wieder. Die

zu-gehörige Auswertung der von Herrn VOIGT in Abb. 2 seines

Beitrags gezeigten Spiraltangente ist nachstehend gegeben.

- Eichung: 1 Skt 0,042 s/s. R uderlagenänderung At,IAöt (Skt) (°/s) (lis) (5) Im Mittel: K(3R*) 0,184 lIs.

Da der neutrale Ruderwinkel = 0° ist, durchläuft die

Spiral-tangente folgende Punkte (; ):

( 0,92; + 5), (0; 0), (+ 0,92; 5),

wobei positive Drehgesthwindigkeit i (°Is) nach Stb. und positiver Ruderwinkel 6R (°) als Backbordruderwinkel gelten.

Das Spiraltangentenverfahren ist in der

angegebe-nen Weise nur im kursstabilen Fall durchführbar. Im

Bb.

o o

+15 +10

Abb. 15: Modellvoreuchsachrieb nach dem Spiraitangenten-verfahren

Abb. 16: D1EUDONNE-SpIrei-kurve und Spiraltangente nach dem Meßschrléb vors Abb. 15

Abb. 17: MeSechrieb zum Spi. raltangentenvereuch auf NS ..OTTO HAHNS (vergi. Abb. 2) Spiral tangente DIEU0NN - Spirale tb.

k u r s i n s t a b i le n F all ist eine analoge Differenzenauswertung

und damit die Ermittlung der Spiraltangente möglich, wenn der

Bereich um den neutralen Ruderwinkel ÔRC nach dem BECH'schen Verfahren untersucht wird.

Für viele wertvolle Hinweise zu diesem Verfahren möchte der Verfasser Herrn Professor Dr.-Ing. O. GRIM (HSVA) an dieser

Stelle seinen herzlichen Dank sagen.

'

--jH

-*---4.s.r4'4

.---

,.-..-iIE!IuIr

___fl

-- -

I-iIiUII!Ii

Auy_

'» -I . .

iii

I II . . ---T .11 ' s -

____

.a::

.LikI

I,

t

4L

iii.

¡

-.

wunm

IH..UI

Ei»

isamiar-.

1111

IIflmUHiu.--

_' I iIUUIIRrnIIIuIIIMII

IIJIJIU9

,.-'T L. -¿1 àj (°) 4' (°/s) 4tIL1ò (l/s) + 4,4

1,098

0,250 3,0 + 0,829

0,276

2,1 + 0,488 0,232 o - 2,5° Bb. = + 2,5° 11,0 0,462 0,l85 2,5° Bb. -- 2° Stb. = 4,50 + 19,5 + 0,819 0,182 J _{für n -* IRt} (4)

Maßstabsfaktor 2 gefunden» gift für das Schiff

rcpräsenticrt innerhalb des untersuchten Ruderwinkclbereichs den

V e r s t ä r k u n g s f a k t o r der NOMOTO'sthen Steuergleichung

[2]. Wird im Modellversuch ein Betrag K' (R*) (lis) bei einem

K (5n)

K (*)

(ils) l'2

Der in Abb. 15 gezeigte Modellversuchsschrieb ergab nach der

Differenzenauswertung (01. 4) die in Abb. 16 eingezeichnete

Spiraltangente an die nach DIEUDONNE ermittelte Spiralkurve.

H. THbM (TU Darmstadt):

Die schlechte Kursstetigkèit der NS ,,Otto Hahn im

kurs-instabilen Fa1l laßt sich durch folgende Betrachtungen im

ge-schlossenen Regelkreis (siehe Abb. 18) erklären:

Das Steuerverhalten des Schiffes sei in einfachster Form durch die

lineare Differentialgleichung (6) beschrieben .

T+1pKR

, (6):. Ihr entspricht die in Abb. 18 (Block Sthiff") eingetragene

t)ber-tragursgsfunktion. Als Regler wird ein Poportional-Regler mit dem Verstärkungsfaktor Krt angenommen.,'

KR

Reglèr Schiff

Abb. 18: Kursragelkrels mit den Bezeichnungen

= KurswInieI

= Ruderwinkel

Die im instabilen Fall gemessene Spralkurvc (Abb. 3 im Fach-beitr- von P. ' VOIGT) werde im Bereich kleiner Ruderwinkel durch Anlegen der Tangente linearisiert. Die negative Steigung dieser 'Tangente kann nun als negativer Wert des, Verstärkungs-faktors K auf der' rechten Seite der Differentialgleichung (6) ein-geführt werden.

Wir betrachten also ein ir. sich kursstabiles Schiff mi: einer

cgenüber dem Normalfall umgekehrten Reaktionsweise.

-Mit einem solchen Schiff und unter den obigen V,orausset:oingen

( audi kleine Ruderwinkel) ist der geschlossene Regelkreis nach.

Abb. I 8 instabil. Denn auf eine positive Differenz (spsIi _

:cagicrt dcr Regler mit positivem Ruderwin.kcl -- 1 (spsoii

ri), und dies vergrößert wegen K< o jetzt die Regclabweidiung, statt sie zu verkleinern.

Ebenso ist bei Handsteucrung schlechte ,Kursstetigkeit zu

erwar-ten.. weil der das Norrnalsdìiff gewohnte Rudergänger sich -nur schwer auf dic umgekehrte Reaktionsweise des hier betrachteten Schiffes einstellen kann.

Dic Erklärung des Regelverhaltens wird noch dadurch korn-pli'.iert. daß gerade ins ,,kursinstabilen Fall" oft der. Bereich kleiner

Rudé'rwinkcl verlassen wird. Für große Ruderwinkel reagiert da3

Schiff närnlch wieder normal, wie aus der Spiralkurve ersthtlich

ist. 'Das bedeutet, daß sich der Regelkreis ins allgemeinen hei

relativ großen Ruderbewegungen stabilisieren wird. W KUNDLER (Anschütz & Co GmbH., Kiel):

Die Darstellung der Kursinstabilität in einer Ruderdiaraktcristik, dic die Abhängigkeit zwischen dem Ruderwinkcl 5 und der

statio-nären Kurs-Winkelgeschwindigkeit i,' wiedergibt, kann leicht zu

dem Irrtum verführen, daß eine Vorzeichenumkehr der

Ruder-wirkung bei angenäherter Gcradcausfahrt stattfindet. Eine solche

Umkehr würde erfolgen, wenn in der Differentialgleichung

Ti T7 p + (Ti 4 T2) ., + sp K (i3 + Ti . i5) (7)

der Faktor K sein Vorzeichen wechseln würde. Es ist jedoch aus

teilwéisc schon sehr alten Arbeitèn [3, 4, 5] bekannt, daß die Kurs-instabilität durch den Driftwirikel, das heißt den Ansteliwinkel des Schiffskörpers gegen die Wasserströmung, verursacht wird, wobei der Driftwinkcl angenähert der Winkelgcsthwindigkeit des Kurses

proportional ist und ein ihrer Richtung entsprechendes

Ausbreds-moment" verursacht. Dens ist ein hydrodynamisdies Dämpfungs-moment entgegengerichtet, das bei größeren Winkelgcsdiwindig-keiten das ,,Ausbrcchrnoment" wieder aufhebt.

Es dürfte demnach als sicher gelten, daß die Kursinstabilität sich prinzipiell in einer Vorzeichen-Umkehr des ip-Terms in der obigen Differentialgleichung äußert. Wegen des hydrodynamischen

Dämp-fungscinflússes macht sich die Instabilität nur bei kleinen

Drift-winkeln, das heißt bei kleinen Werten der Winkelgeschwindigkeit

bemerkbar, was man aus der dargestellten Rudercharakteristik ablesen kann.

K

p (i+Tp)

Schiff und Hafen, Heft 4/1973, 25. Jahrgang

Legt man also für Kursinstabilität ein negatives- Vorzeichen bei i zugrunde, so erkennt. man, daß eine Verstellung des Ruder-winkels durchaus eine Winkelbesdileunigung im entsprechenden

Sinne hervorruft. Dem *irkt nur zunächst noch die

Winkel-geschwindigkeit für einige Zeit entgegen, da es einige Zeit dauert,

bis sie sich infolge der einwirkenden Winkelbeschleunigung merk-'

bar geändert hat.

Aus der instabilcn Differentialgleichung mit einem negativen

sp-Terni geht hervor, daß der eigentliche störende Effekt der

Instabilität für das Kurshalr,en nicht darin besteht, daß sich die

Richtung der Ruderwirkung ändert, sondern darin, daß das Ruder

sehr viel früher als gewohnt ausgelenkt werden muß, urn das

Schiff auf dem vorgegebenen Kurs zu halten.

Es dürfte für die Beurteilung der Instabilität bedeutsam sein,

geeignete Merkmale für den Grad der Instabilität festzulegen. Dic oft benutzte Ruder/WinkelgeschwindigkeitSkeflflhiflie, die ohnehin

leicht zu Fehlschlüssen führt, ist dafür nicht ausreichend. Neben

dieser Charakteristik. spielen die Verzögerungszeitkonstanten T1 und T2 eine mindestens ebenso' große Rolle. Das eigentliche

Kri-terium, an dem der Grad der Instabilität abgelesen werden kann,

is! in irgendwelchen Beziehungen zwischen der stationären

Insta-bilität und den Verzögerungszeitkonstanten versteckt. Es deutet sich an, wenn man die Frequcnzgangkurven, z. B. im

Bode-Dia-gramm, aufzeichnet (siehe [6]. Abb. 4 bis 6). Ein und dieselbe

instabile Rudcrtharakteristik kann bei verschiedenen Verzögerungs-zcitkonscantcn zu verschiedenen Frequenzgangbildern führen, an

denen sich schon 'recht gute Merkmale für den Grad dr Instabili-tät erkennen lassen. Die KursinstabiliInstabili-tät zeigt sich darin, daß der Phasenwinkel zwischen Kurs- und Ruderbewegung bei niedrigen

Frequenzen bei _2700 liegt. Je weiter die Phasenkuivc über die Linie von _1800 ansteigt, mit umso weniger Vorhalt kann ein

Regler das Schiff, auf Kurs halten.- Daraus kann nan ohne weiteres

ableiten, daß auch ein Rudergänger umso weniger frühzeitig rea-gieren muß, urn den' Kurs in der beabsichtigten Weise zu

korn-giercn [6]. - , ' ',

-H. THOM (TU Darmstadt):

Die Aussage, daß für den kursintstabilcn FalP' dic

Vorzeichen-umkehr in der von Herrn DipI.-Ing. Kundler erläuterten Wei

auf der linken Seite der Differentialgleichung für das Sdsiffsver-halten einzuführen ist, sollte noch experimentell bestätigt 'crden.

Dies könnte wohl am einfachsten an Hand von Zeitverläufcn

der Drehgeschwindigkeit (tYbergangsfunktioncn) bei srungförmi-gcr Verstellung des Ruderwinkels (ausgehend von der

Geradeaus-fahrt und (3 = O) ins Bereich kleiner Ruderwinkel erfolgen.

Denn für 'ein in sich stabiles Schiff mi negativem

Verstär-kungsfaktor K muß die Obergangsfunktion auf eine konstante

Drehgeschwindigkeit einschwingen.

-Andererseits muß für ein, in sida kursinstabiles Schiff, d. h.,

wenn die Vorzeidenumkehr auf der linken Seite' der

Differen-tialgleichung eingeführt wird, die Ubergangsfunktiors monoton oder oszillatorisch gegen Unendlich streben.

S. D. SHARMA (Ifs) stellte die Frage, ob die in Abb. 3

dar-gestellten Meßpunkte bei kleinen Ruderwinkein tatsächlich nach

-dem DIEUDONNE-Verfahren ermittelt wurdcñ.

Diese Fragestellung wurde von H. THIEME '(Ifs)' durch die

Bemerkung ergänzt,' daß der Spiraltest nach DIEUDONNE meict

nicht im stationären Zustand, d. h. bei = konst. u n d y konst. gefahren wird, bzw. gefahren werden kann.

-H. BREHME (Th. Zeise) iarf die Frage auf, ob mit

Wende-zcigcrn genauere Ergebnisse- zu erzielen sind als bci Benutzung'

von Kurskreiseln. H. KWIK (Ifs) merkte zur Frage der

Eindeu-tigkeit der Ergebnisse aus dem S p i r a I t a n' g e n t e n y e r f a h

-r e n an, daß Spi-ralku-rvencha-rakte-ristiken de-r in Abb. 19