Aktive bugsteuerorgane für moderne binnengütter-schiffe

26 IWI1979

ARCH ¡EF

AKTIVE BUGSTEUERORGANE

FÜR MODERNE BINNENGÜTERSCHIFFE

Schlussbericht

zu den Forschungsvorhaben Nr.2954 und 3239

der

Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e. V.

AIF, Köln.

Verfasser: Prof. Dr. Ing. H. Heuser

181. Mitteilung der Versuchsanstalt für Binnenschiffbau e.

VBD, Duisburg

Eigendruck der VBD, Dezember 1977

Lab.

_{y. ScheepsbouwktrnJ}

Technische Hogeschool

Ort. Dtum

Versuchansta1t fur

Binnen-schiffbau e V , Duisburg

NathedéFòrschungsstelle

orschungsthema

Aktive Bugsteuerorgane fur modeñie Binnenguterschif fe

ichenbéricht.*) f.ürdieZéit vom -

-Schluí3beritht') Abschluß des Vrhabenï am-1 30J

YArkûnÑìi'Jrefféndes streèpen.

DUISBURG, di .30.. Juni 1976

ÁnLäbI

k:B

_Ù1fe

Auftraggeber Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e V , Koin

:;.:;.

DerBeritht énthä'lt: ..34. Séiten, Text.. 2 Seiten Literaturhinweise 2 Séiten Symbolverzeichnis 3. 'rotokolle

43 Diagramm- und Zeichnungs-Anlagen 2 -Fcto-AxiÍàgen

sasjältfür

Bericht

Duisburg

Wegen der identischen Themenstellung und des nahtlosen tìbergangs von

Versuchs-durchfuhrung und Auswertung des Basisvorhabens Teil I, AIF-Nr

2954, zun

Er-

t-ganzungsvorhaben Teil II, AIF-Nr

3239, werden die Ergebnisse bêider Teile ir

vorliegenden Abschlußbericht geschlossen prasentert

Die Abmessungen moderner Binnenschif fe - insbesondere ihre Lge-

nehmen in

den letzten 'Jahren stetig zu Schubverbande uberscheten die bisher iblichèn

Schiffslngen sogar um ein mehrfaches. Die jiingstç Tendenz èht auf dem

Nieder.-rhein zu Cesamtiangen von 265 m bei 22,80 ir Breite und einer gesau'ten

Wasser-verdrängung b i.s zu 19.000

m3.

-Das Problem stellt sich so, daß eine Steuerhilfe am

ug der Motorguterschiffe

bzw

der vorderen Leichter eines Schubverbands von betimmten

Cesamtiangen

ab notwendig wird, wn die Verkehrssicherheit auf deh stark

befahrenen

Binnen-wasserstraßen voll aufrechtzuerhalten

Im Vergleich zu den Verhaltnissen bei Seeschiffen gehen

die Anforderungen an

Bugsteietorgane fur

roße Binnenschiffe wesentlich weitr Sie umfassen so

unterschied?llche Zielvorstelluien

wie

das genaue Kurshalten im engen Fahrwasser bei

Stillstand

iindlérêSchiff.

das èxakte:Ansteuern einer S

Geschwindigkei t

.-';

daHenmanövrieren a'n ein

--Schif ii

strömandêm Wasser,

werden soll.

chleúseneinf4hrt

ei geringe-r

sti lliegendes

antriebsloses-das im Verbard in5itenoImneñ

arèh ïuf4ieErmittl

Versuchsán*talt fur BinnenSchiffbaue.V. Duisburg

schiffe der Binnenschiffahrt"

' durg'éfúFrt.

das toppnaus vqller Talfahrgeschwindigkeit bei

teil-austauchendem Hauptntriebspropellr

diet Ux{1erstutzux

des Hauptafftiebotgaii's beim Voftrfeb

des Schiffes. auf-sehr fiachem Wasser..

r

DeshäLb scheiden assiveBugtèúerorane in Form von-Flächenrudern

Manovrierhilfe fur Binnenschiffe praktisch aus

-. -.

...-...-.

--;

Über den Entwurf und die Ausfuhrung von aktiven Bugsteuerorganen sind eine

große Anzahl von Arbeiten bekannt geworden

Sie befassen sich nahezu

aus--

--

-schließlich mit Bugpropellern in Querkanalen, wie sie bei Seschiffen

ublicher-weise verwexídetwerden

Über den Einfluß der Schiff sgeschwindigkeit aufden

effektiven Querschtfb, ihsbesonder

im'hoheren Geschwitdigkeitsereich,

urden

einige wenize Untersuchungen durchgefuhrt

Über den Flachwassereinfluß auf den

effektiVen Querschüb durch Ändertuxi

An-saugbedingungen fur das Bugsteuerorgan liegt keine systematische Arbeit vor

Ein Verzeichnis wichtiger Veroffentlichungen ist ais Anlage beigefugt

Die VBD hat im Auf trag

dè's Làñdesamts-fUr Fdïschurg von

ordrFiêiestfa1en

in den letzten Jahren eine Untersuchung mit aktiven Bugsteuerorganen unter

dem Titel

"Modellmaßige Untersuchung aktiver Bugsteuerorgane fur Fracht7

und-Fahrgast--

-als eiqzige.

. ' :

Diese Arbeiten befassen sch mit 2 ausgewahlten Typen von Bugsteuerorganen

an einem Schubleichter und einem mittlgroßen Fahrgastschiff

Sie wurden bi

2 Tiefgangen und auf

I

Flachwassertiefe durchgefuirt

Alle daniàligen Messungen

ung gier Quer!- und Langskraf te mitNodellefi in

I

bestimmtent

Maßstib-béhränkt.-Versuchsanstalt für Binneñschjffbau e.V. Duisburg

Bericht: 798

Dabei hat sich erneutbestätigt, daß ein Vergleich der Ergebnisse mit Versuchs-resultaten der andersartigen Bugsteuerorgane an Seeschiffen nicht möglich ist.

Insofern war auch eine eventuelle Koordinierung mit Vorhaben für Seeschif fe an anderer Stelle nicht sinnvoll, da sowohl die Randb.edingungen als auch die.

Ausführung der Bùgsteuerorgane an Binnen- und Seeschiffen zu große

Unter-schiede aufweisen.

Das durchgeführte Forschungsvorhaben diente im wesentlichen de Klärung

folgender offener Fragen:

Anordnung der Steuerorgane am Vorschif f moderner Binnengüterschiffe.

Flachwassereinfluß auf den effektiven Querschub bei verschiedenen

Fahrt-stufen als Funktion von Tiefgang und Antriebsleistung.

Wirksamkeit bei Stoppuianövern und als Vortrïebshilfe (Längskraft). Übertragbarkeit von Flachwasser-Mode limessungen. an Bugsteuerorganen auf die Großausführung (Maßstabseinfluß).

II. PLANUNG und DURCHFÜHRUNG der MODELLVERSUCHE

Die Versuchsplanung ist so angelegt worden, daß die genannten Fragérikomplexe weitestgehend abgedeckt werden konnten..

Die Messungen wurden an Vorschiffen von Typleichtern durchgeführt. Ihre Formge-bung (Pontonbug) hat sich luch bei Neubauten von Großmotorschiffen durchgesetzt.

Es stellte sich im Laufe der Abwicklung der Vorhaben nach Sichtung von Zwischen-ergebnissen heraus, daß im Sinne der Aufgabenstellung bestimmte Untersuchungen intensiver, d.h. mit mehr Varianten als im Antrag vorgesehen, durchgeführt werden

Wegen derfesten Begrenzung der zur Verfugung stehendei Mittel waren

dement-sprechende Kurzuigen oder Wegfall von Versuchen an anderer Stelleunumgdnglich

So war z B

in den Antragen fur das Vorhaben die Untersuchung von nur 2

ver-schiedenen Bugsteueranlagen eingeplant

lii Laufe der Bearbeitung kam eine

be-deutende Neuextwick1ung auf den Markt, deren

èrgleicjiendeBewertung fur den

Gesamterfolg des Vrhabens von wesentliche

Bedeutung war

Inolg(dessen wurde

dieses Bugsteueroran als dritte Variante in die Modellversuche einbezogen..

Zum Ausgleich mußten Streicliungen an den zu Teil IlgeplanEen Anfertigungen

und der Wegfall der direkt praxisbezogenen Manovrierversuche hingenommen

wer-den

Dieses Vorgehen ist jedoch im Sinne einer Verbreiterung der grundlegenden

Aussagen zum Generaithema folgerichtig

_{Es schaft im ubrigen alle}

Voraus-setzungenzu einer jezielten abschließeiden

earbeitung

de;

Problenkreises

im Rahmen eines Erganzungsvorhabens

ç

BASISVERSUCHE

VERS UCHSART WIDEkSTAND

(Pröpeller-Nr.)

3,0

3,0

3,0

5,0

16 16 16

a) Bugsteuerorgan NAVIPR0P---Anordnung gemaß Anlage ¡3

VERSÚCHiÄT

Die Propeller 191 - 193 unterscheiden sich nur durch den Maßstab, ihre spezifischen Daten sind gleich Die Propeller 193 -195 haben gleichen Maßstab und gleiche absolute Große, unterscheiden sich jedoch in den Kennwerten, sodaß hiermit eine Drehzahl/Leistungsanpassung moglich ist

Versuchsanstalt für Binnenschiffbau e.V. Duisburg

HÂÙ?TVÉRS1JCHE:

mit Einzelleithtè±, T7p É IVa Bereich der Antriebsleitung der

Que und Läng

-..kraftmessungen

ugsteuerorgane jeweils ca

100 - ÓäPS

:r.:

MODELL- WASSER- LEICHTER GESOEWINDIG- BEI4ERKUNGEN

MASSTAB TIEFE- TIEFGANG KEITSBEREICH

:X- m . m -I-- km/h

-0- 16.

0,65 0,65 3,00 0,65 0 - 16 BB u StB-MESSUNGEN -3OO - '- O- - 12 BB u.

SSUÑÓEÑ

0,65 0 - 16 BB u StB-SSUNGEN p 193 194, 195, 3T,ÓO 3,00 0,65

0-

8 O F6 BB u.StB-ÑÉStJNGEN

P 1I4; i9..

- -. Wjdertañd. 3,0 0 -16 NAVIPROP eingebaut

Modell 'des.:E :ei tersinit. verringer.thr LängeY

Bugsteuerogan

RP 152, Anordnung gemaà Anlage22

in

Fall À = 7 handelt es sich um ein bei allen Versuchenverwendets

TEIL-VERSUCHSRT

Quer-:ur4

kraf tnessungen

Bericht::

798

MODELL- WASSER- LEICHTER- GESCHWINDIG BERKUNGEN

MASSTAB TIEFE tIEFGANG KEITSBEREICH

À in

mt

kin/h

5,0

3,0

3,5

3,0

_HO

Winke1s te hun gen

rundum

,, 12

5,0

3,0

0 -

8

7 Winkelstehlen

3,5

3,0

-O

rundum

5,0

3,0

0 -

8 ,

7 Winkeisteilungen

3,5

3,0

O-

4

rundum

iderstand

7

5,0

3,0

0 -

8

SRP 152 angebaut,

- .

'

Propeller arretiert

3,5

3,0

O - 4..

'7WinkélstLtgen

rundum

HMàdeiides E II a-Leichte,r.s mit verringerter Länge.

i:atï.x

7haridelt es sich um ein bei alien Versenvrndete:

j

16

5,0

3,0

SRP' 152 anebùL

Propeller arretiert

3,5

3,0

0 -

4

7 Winkelsteilungen

rundum

12 .

5,0

3,0

0 -

8

SRP 152 angebaut,

Propeller arretiert

3,5

3,0

0-

4

7 Winkeistellungen

rundum

sanstalt fur Binnenschiffbau

Versuchs aníta.I t

c) Bugsteuerorgan SCHOTTEL-JET, Anordnung gemaß Anlagen 31, 31a in einem vorderenTotho1z.

UCHSAR

Quer- und Langs-kräfte

r. Bi nnenschiffbau

...V.[UJi.bU!g;

Béricht:

..798

-9-3,000

.5 P wie A =16 3,000 O wie A = 16, jedoch ohne Schutzgi.tter. 0,650

0,784:,.,O .

wie À = 16 3,000: 0 wie A = 16.

3,000

-. wie A = 16 .0 wie A =. 16 7 Winkeistellungen rundum. TOTHOLZFORM B

A'àugöffìñg

_E!.t

.Schutzgit.te.t

t

-

18 Ansaugöffnung geschlossen

O -

19 Ansaugoffnung offen 3,OOO. O - 17 Ansaugöffnung-... . .,;

géhioen''

O - 17. Ansaugöffrtun offen .0 .15..TotholzformA O - .15 Totholzform B

O-

15 P...9 olzform' C

Im Fall A = 7 handelt es sich um ein bei allen Versuchen verwendetes

TEIL-Mode 11 des E II a-Leichters mit verringerter Lange

MODELL- WASSER- LEICHTER-

GESCHWINDIG-MSTAB. TIEFE

IEFGANG KEITSBEREICH

Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e.V. Duisburg

NAVIPROP sRP 1152 SCHOTTEL-JET WtDÈRSTANDSMESSUNGEN 36Ó°-schwenkbar

Bericht:

7982

III. VERSTJCHSERGEBNISSE, VERGLEICHENDE BEWERTUNG

Die Menge der Einzel-Versuchsreihen des sehr umfangreichen Vorhabens machte eine EDV-Auswertung unumganglich Sie wurde mit Hilfe eigener Programme uber die

VBD-Ferndatenstation TRANSDATA an der SIEMENS 4004 - Großrechenanlage in Dusseldorf durchgefuhrt

Nachfolgend werden die Resultate mit den 3 untersuchten aktiven Bugsteuerorganen

Propeller horizontal

Ansaugen vóm Sdhiffsboden

Ausstoß über Querkanal nach BB bzw. .StB

Schottei-Ruderpropeller frei-ujiterdem Vôrschif f

zunächst einzeln dargestellt nd danach vergleichnd bewertet.

-Vorab einige Bemerkungen zu den BASISVERSUCHEN Widerstand und Propellerfreifahrt

'DieBugformen môderner Gütermotorschiffe sind ähnlich oderIgleich dei entprechen-den Leichterformen Hinsichtlich der Breite sind die Maße der Guterschiffe in der uberwaegenden Anzahl 9,50 m (entsprechend Typleichter E I) oder 11,40 m (entsprechend

Typleichter Eli bzw. E II a).

Alle die Bugsteuerorgane betreffenden Messungen wurden mit Typleichtern E II a

durchgefuhrt Dabei konnen die LANGSKRAFTE in Fahrt bezuglich ihrer Auswirkung

auf Beschleunigung bzw Verzogerung der Schiff sbewegung nur richtig beurtexit Steuerglocke in vorderes Tothoiz e in geb

aüt-Propeller horizontal

Ansaugen vom Schiffsboden

ersuchsanstalt fur Binnenschiffbau

e1cht798

Deshalb war es notwendig, die Widerstandsversuche nicht nur fur die E II Einzelleichter als direkte Versuchsobjekte, sondern auch furE 1-Leichter

zu fahren Die Konfigurationen sind so gewailt, daß außer den entsprechenden

auth das. alleinfabrende Mo.torschi ffthid::diei..anatogeñ

Motorschiff-Verbande - MS +1 Leichter in Reihe fur die Bergfahrt, MS + I

Leichter nebeneinander fur die Talfahrt - zumindest naherungsweise4flit erfßt ,werdèñ(Anlagn 1.- 4).

Da die Widerstande der verschiedenen praktisch vorkonirnenden

VeTbandszusatrl!nen-stellungen fur Typleichter E II (E II a) in der VBD systematisch untersucht wurden (VBD-Bericht Nr 778), könnten die Messungen zum vorliégenden Thema. auf èn Einzélléichter beséhänk.t werden.

Uber die grundlegenden Versuche mit den Modellen ohne Anhange hinaus war

... .

es erforderlich, den Einfluß eines vorderen Tothoizes als Trager des

_-.:?

SCHOTTEL-JET auf den Widerstand zu ermitteln

Anlage 32 zeigt den hohen Zusatzwiderstañd, der bei geoffnetem Einlaß

-imLee.itiefgang?bi zu 80 % ;'

im beladenen Tiefgang bi zu 45 7

des Leichterwiderstandes ohne Tothoiz erreichen kann Selbst untr

Berucksichtigung der relativen tiberzeichnung von Anhangewiderstanden im

Modellversuch ergaben sich somit unerwartet hohe Zusatzwiderstande

-Wir weisen darauf hin, daß die hier untersuchte ursprungliche Form des

-ein vórdere-s Tothoiz nicht entstehen.

-SOEIOTTEL-JET mit 360°-Schwenkbarkeit des Ausstoßkrummers bisher noch nicht

in die Schiffahrtspraxis eingefuhrt ist (siehe dazu auch das Modell,

Fotoanla-gen I u 2) Unter gleicher Bezeichnung ist vielmehr eine Variante nu-t Ausstoß

durch Einzelkanale verfugbar, deren Zahl 2 bis 4 - je nach der Anzahl der ge-wunschten Schubrichtungen - betragt Diese Variante ist in aller Regel voll

Versuchsanstaltfur Binnenschiffbau e.V. Duisburg

PROPELLER IFAHRTYERSUCHE

den:Moellmaßstab

SRP)

tshidìi

tÈii u trénnen.

Beriàht::'798

Die wahrend der Versuche verwendeten Modelipropeller sind vorab freifahrend

dúrtheinéssén worden, um.die.. Kennlinien der. Propeller i. Noraiposition..

(hor:izta1eWeilè)u ermitteln.

nu durch

unterschieden Jerglefch in Anlage 10) Anlagen"7, 8, 9 enthalten Freifahrten

PÍD-'O,727;- Q9O9;. 0,545;.

bei gleichem Modellmaßstab À = 7 (Vergleich in Anlage 11 ) Die genannten

Dia-gramme berucksichtigen Maßstabseinflusse auf den Wirkungsgrad noch nicht

Die Maßstabsfaktoren, bezogen auf den naturgroßen, freifahrenden Propeller, wurden fur die Anstrongeschwindigkeit V = O als 'unktion der Drehzahl nach ¿er

-- -' ;,

,.7

-.-ublichen Méthode getrennt errechnet und in Anlage 12 dargestellt

Sie werden dazu verwendet, den gesamten, versuchsmaßig ermittelten Maßstabs-einfluß in den Proelleranteil und den aus Gehause bzw Vertikalschaft (beim

Versuchsanstalt für Binnenschiffbau e.'

Bericht

798

.-.'tr

bie HAUPTVERSUCHE, zusammengestellt auf S

7 - 9, utifassen die Messung von

i. 1.tÁil&eméines.

-Du isbU ig,

Drehzahl, Drehmoment, Quer- und Langskraf ten als Funktion von Wassertiefe,

Tiefgang, Geschwindigkeit fur die verchiedenen Steuerorgane in den

unter-schiedlichen Modellmaßstaben

i

Bugsteuerorgn NAVIPRPP

-anèìt sich

1áII

jèmß Anl4i3uxn iñiÜbeangvom

Schiff's-boden zur vorderen Gillung angeordneten Propeller mit nahezu

vertikaler

-Achse (im vorliegerden Fall

2,50

nach hinten geneigt) de

von znten

ansaugt und durch einen

rechteckigen Querkanal uber ein verstellbares

Fuhrungsblech

ahlweise nach BB oder StB ausstoßt

Der Kanalquerschnitt betragt mit 0,75

mL

_ca

₈₀

7 der Propellerflache

Die zeichnerTischen Unterlagen

0berwintr

zur Verfugung

. 4'

-:

stel].te

einerzeit die Firma 'dLAUSEN.,

Die systematische, vergleichende Auswertung der Modellvrsuche mit den

3 Geosimausfuhrungen bezuglich QUEPKRAFT Q als Funktion der

WELLEN-LEISTUNG

P 'irn1j1rp

ranolatioì

.=-,---

diè

-

"'

ergab zunachst einen Gesamt-Maßstabseffekt m.r auf die zur Erzeugung

einer bestimmten Querkraf t erforderlicie Leistungan der

ropeTLÍer-we 11e

Der Teil-Maßstabseinfluß fur Cehause und Kanale

errechnet

sich mit Hilfe des Ì'ropeller-Maßstabseffektes (Anlage

2) zu

Die in der Großausführuñg-erfprderliche .Antriebsleistutìg.

kann somit aus der direkt umgerechneten Modelleistung

,VeíuchsanstaIt für

D 75

B ¡ nenschi

ft

bau r

Bericht:

fl'

= Modell-Drehmoinënt. n' = Modell-Propellerdre1za1 A Modellmaßstáb

und den beiden Maßstabseinflussen gerechnet werdenl

i

Die Aufteilung von mJ. in mG und ist notwendig, damit bei Verwendung eines

Propellers mj.tabweichenden Werten von Durchmesser, Nenndrehzahl und/oder Flugellange auf 0,7 x Radius, der dafur separat

eÌmitte1te.Prope1lerMaß-stabseffekt in die Be'rechnimg eingefuhrt werden kxLn

'.Abchrîit IV.

.Mode1Ipap stab .

J...-Durchmesser der Ansaugoffnung im Modell

L

-Maßsabseinfluß Gehäúsé + Kanäle

Beispiel Durchsser der Ansaugoffnwlg in der Großasfuhrun

Bemerkungen zu einem evtl Maßstabseinfluß auf die Propellerdrehzahl siehe

. ...

und sonut der Durchmesser der Modell-Axisaugoffnung am Propeller betra4chtet werden, sofern die geometrischen Verhaltniswerte der flach dem System NAVIPROP

gebauten Bugsteuerorgane bei den unterschiedlichen Ausfuhrungen in der Praxis gleich bzw annahernd gleich sind In Anlage 14 sind dementsprechend die

Abso-1utdurchmessr auf der Abszisse mit angegeben, damit der Gehause-MaßstabseinlUß auch dann ermittelt werden kann, wenn der Propellerdurchmesser dar naturgroßen Ausführung

nD

11Ò

rn abweicht.

REYN'-Z ahi

Als bèstinmnd fur den Maßstabseinfluß des Gehausesdarf die fur Kreirohre

:Bi

nefls'ch ¡ ffbau e. V Dis,bîii

Eins der wichtigsten Bedtteilungskriterien fur den praktischen1 Einsatz

von Propulsionsorgnen jeder Art ist die je Leistmgseinheit erzeugte

feïtive

Basierénd aüf dem ScHÚBBELASTUNGSGRÄD

wird ublicherweise die .spezifische LEISTUNCSBELASTUNG der Propellerfiache

vorgenommen.

.als Abszisse fu

die Darstellung

-15-krümmungen 4uskunf.t gibt (Anlage

_:16

verwendet

Im vorliegenden Fall entspricht die effektive QUERKRAFT

Q0

innmaß d

Sciubkraf

T

Aïilagé-15 zeigt die Abhangigkeit

ur den

-NAVIPROP...im Standc(V = O)

s

Eineitleichènde.:Beertung wird,im letzten Abchnitt. .4ieses ,Beribhts

-I . 4. Ei-nf.luß

er.:Sc IIFFSGÉScHWINI5IGKEIT-. auf. diéffekt.iéuérktàft

i...'

. ... .

Dieser Zusammenhang ist fur die Praxis von esodrer Bedeutung, da er

uber denNutzen 1er Bugsteuerorgane fur d.s Kurshalten bei Seitenwind

und die Verminderung des Driftwinkels beim Durchfahren von

Fahrwasser-Im Fall des NAVIPROP ist eine eindeutige Zuordnung zum Tief gang

erkenn-.bar

ei großenrTiefgang liegen die Ausstoßoffnungen in der verbreiterten

Kimm des Vorsehiffs weit unterhalb der Wasserlini

Ein bet;áchtlicher

Anteil der Strahienergie geht als Bremswirkung aUf das Schiff fur die

.:Querkraf t verloren uñãi4rd als D -fférenz

gSf t

Diese:

Querkraftverluste wachseì mit der Fahrgeschwindigkeit bei großem

Feststellungen

genies sen..

Versuchsanstalt' fur Binnenschiffbau e. V. Duisburg

Bèiicht:

79

Zur Erhartung kann die Darstellung des Winkels der resultierenden

in, Anlage werde n:

bei großem Tiefgang25°,

bei Lér.t-ifari.' 16°..

Bei einer Fahrgeschwindigkeit von 10 km/h betragt die Abweichung des

(aus Differenz-Lañgskraft und aus Querkraftmessungen errechnet)

Die Tendenz zur Ablenkung des Schubstrahls wird bei Axlagen mit Quer-kanal sicherlich auch durch Annaherung an die Fahrwssersohle verstarkt auftreten,-sodaß man sie allgemein als iit abnehmendem

Wasserhohenver-hal tui s

h

-wachsend bezeichnen darf Weiteren Aufschluß geben die nachfolgenden

I '5 Ansau&verlusteL Umlenk- und Leitun&sverluste im GehauseL Austrittsverluste

Wahrend der Modellversuche wurden außer Propellerdrehzahl, Drehmoment,

Querkraf t. nd .iferezLängskraf t auch der 'iale 'Schub des Propel1ets-'

Aus dem Verhaltnis Q/T konnen Ruckschlusse auf die Verluste vor und hinter dem Propeller und ihre Ursachen gezogen werden

Anlage 18 zeigt eine klare Abhangigkeit de's Q/'È

auch bei deF,ahrethchwiidîgkeit 0.

In diesem Fall kommen ausschließlich innere Verlust und besonders im

Extremfall h = 3,5 ni, TL = 3,0 m - der Einfluß der Sohlennahe als

Ur-sachen in Betracht

-Zur Erzielung des gleichen effektiven Querschubes Q)nuß bei Verkleine-rung der Wasserhohe unter der Ansaugoffnung im Schiff sboden eine . den

Soj a der Fahrwassersohle erhohte Schubkaf t T

it

der Propellerwelle aif gebracht werden, sodaß Q/T geringer gird

Versuchsanstalt für Binnenschiffbau ev. Duisburg

Bericht:

798

Hier dürfte das Verhältnis der freien Wasserhöhe zutnPropellerdurchmesser. die maßgebende Einflußgröße sein, (h. - TL)/D.

Andererseits sind die Austrittsverluste bei Leertiefgang größer, da die Ausstôßkanäle in diesem Zustand zú etwa 45 % ihrer Querschnittsfläche

austauchen. Deshalb steigen die Werte Q/T bei Übergang vom beladenen auf das leere Schiff nicht in dem Maße, wie es aus dem großeren

Boden-abstand zu erwarten wäré.

Der festgestellte Einfluß des Propellerdrehsinns ist aus der

.drehsinnbe-dingten unterschiedlichen Geschwindigkeitsverteiltmg in den beiden Querkanal-abschnitten auf StB- und BB-Seite und den daraus resultierenden Unter-'

schieden der Verluste hinter dem Propeller zwanglos zu erklären.

Anlage 19 zeigt das Q/T-Verhältnis für die größte untersuchte Wasserhöhe unter der Ansaugöffnung als Funktion der Geschwindigkeit. Analog zu

Anlage 16 ergibt sich eine Zunahme von Q/T, d.h. eine verbesserte Wirkung des Bugsteúerorgans mit der Geschwindigkeit.

Weitgehend frei von Bodeneffektenkominen positiv zur Wirkung:.

a) die Verminderung der Austrittsverluste durch Eintauchen der

Ausstoßöffnungen in Fahrt.

b)die zu.erwarten4e Drucksenkung durch das Geschwindigkeitsprofiï der äußeren Kinurnströmung vor den Ausstoßöffnungen.

e) die Ausnutzung eines kleinen Anteils. der kinetischen Eflergie der

Anströmung infolge der Lage der Ansaugöffnung im Übergang vom

horizontalen Schiff sboden in die vordere Gillung und der Neigung

derPropellerebene gegen die Horizontale urn 2,5° (siehe Anlage 13).

1.6. Wahl des Preller-Stei&un&sverhältnisses P/D

Mit dem NAVIPROP konnten Vergleichsversuche mit 3 Propellern, die sich

nur im Stei,gungsvèrhäl.tnis unterschieden, gefahren ,werden. Das Ergeb-nis hinsichtlich der für höchste Querkraft je Leistungseinheit zu.

wählenden Steigung zeigt Anlage 20. Es erwies sich, daß der Abstand des

-17-mit ca O,5'7 nuf noch sehr gering war7

Fur die hchtige Wahl des Steigungsverha1tni-sses Werten von

:, -'

ei rgegebeneu

t

Erie1bare effèktive Querkräf te:

V O ;

P/D = 0,61,

KO,21O-V = 16 km/h; p/:D = 0,65, K*

_Q= ìp

Z1:

Q/P = 8,79 kj/PS

Propeflerditen

recht sdrehend

Versuc h.sànStalt

für. Binnenschiffbau

Bericht::798:

1.7. Verlé.ich Modell Großausführwl&

Dem Bearbeiter lag das Protokoll eines naturgroßen Versuchs nat dem sg BUG-JET der Schottel-Werft (nicht tint SCHOTTEL-JET zu verwechseln)

vor, der ohne Ausstoßkanale auf einen Versuchsponton aufgebaî.it war Es

handelt sich um einen nur leicht modifizierten NAVIPROP, sodaß der Ver-gleich zulssig ist Umlenk- und Leitungsverluste, die beim Einbau in

ein Vorschif f entstehen, wurden seitens des Herstellers mit ca 6 % angenommen;

Bis auf das Flachenverhaitnis und die Flugelumrißform stimmt der Pro-4lpropeller VBD-Nr 192 (Anlage 6) uberein

ie naturgroßen Versuche wurden samtlich am Pfahl, V = O, gefahren

Anlage 39 zeigt den Vergleich zwischen den auf Großausfuhrung bezogenen Werten 'D und den entsprechenden Ergebnissen des Naturversuchs

Berucksichtigt man einerseits den geschatzten Ansatz der Einbauverluste im Typleichter E II a, andererseits die großeren Meßprobleme beim Natur-versuch, so darf der Vergleich als befriedigend bezeichnet werden

Versuchsanstalt fur' Binnenschiffbau

.:-RUDERPROPELLERSR1 52

2.1. .All&emei.nes

Es handelt_sich gemaß Anlage 22 um einen unter dem Vorsehiff des

Typ-leichters EUROPA II a in der Mittellangschse des Schiffes angeordneten,

36O° schwenl5baren RUDERPROPELLER

Die Verwendung solcher Anlagen als

Bugsteuerorgan ist weit verbreitet

Sie werden fur diesen Einsatz

normaler-weise hohenverstelibar gewahit, um bei kleinem und vor allem

bei

Leer-tief gang den Propeller voll getaucht halten und so Lufteinbruch vermeiden

zu konnen

Hier liegt auch ein Nachteil dieses einfachen, leicht

nach-rustbaren und vielseitig nutzbaren Bugsteuerorgans

seine Gefahrdung durch

Grundberuhrung im ausgefahrenen Zustand

Auch gegen von vorn

herantrei-bende, im Wasser schwimmende oder schwebende Fretndkorper besteht durch die

eiponierte Anordnung éinEHgrößere. Empfindlichkei:t.

Die Versuchsmodelle wurden nach zeichnerischen Unterlagen der

SCHOTTEL-WERFT, Say/Rhein, in dEr VBD gefertigt.'

.

Maßstabseinflüsse

Die systematische vergleichende Auswertung der Modellversi.che ¡rat

den

3 Geosim-Ausfuhrungen bezuglich QUERKRAFT Q als Funktion der

Wellen-leistugP' und ihre'Extrapolation auf die Großausfuhrung (A = 1) ergab

zuziachst euen Gesamt-Maßstabeffekt m,

auf die zur Erzeuig einer

be-stimmten Querkraf t erforderliche Leistung-an der tropellerwelle

Das Unterwasserehause und der Vertiklschaf t des Antriebs vor

dem

Pro-peller unterliegen einem Teil-Maßstabseinfluß m, der nach E.nfuhrung des

Propeller-Mßstabseffekts, m

(Anlage 12), mit

m =

errechìiet wurde.

Die Aufteihjng von m,r in m und mp ist notwendig, damit bei

Verwendung

eines PropeLlérs mit abweichenden Werten von Durhmesser,

Nenndrehzahl,

und/oder Flilgeilange auf 0,7 x Radius der dafur separt ermittelte

VerìuichsanstäJt. für BinnenSchiffbau

Bericht: :798

A1 bestiÙitherÍdfür den:MßstabseinfIuß des unter sergehäuses.wid des.

Vertikalschafts des SRP 152 darf die Reynoldszahl am Profil des Ver-tikalschafts angenommen werden In Anlage 23 sind deshalb die Absolut-werte der Profillangen nut angegeben, damit der Maßstabseinfluß der

Unterwasserteile auch dann ermittelt werden kann, wenn die Profillange der naturgroßen Ausfuhrung von 9 =0,412 m abweicht (siehe dazu auch

Ab-sthnit 1.2.Y

Bemerkungen zueinem evtl Maßstabseinfluß auf die Propellerdrehzahl

siehe Abschiii-tt IV.

2 3 ezifihe Querkraf te

Unter Bezugnahme auf die Erlauterung in Abschnitt I

die Auswertung

wachsende Kavitationsgefährdung fur den Propeller bringt, auf die jedoch im vorliegenden Bericht nicht naher eingegangen weiden kann Das gleiche

gilt auch fur die beiden anderen untersuchten Bugsteuerorgane - vor allem, wenn sie mit einem Schutzgitter vor der Ansaugoffnung versehen sind

2.4.Ejnfluß der Schiffseschwindißkeit- auf die effektive uerkraft

Wegen der BEschrankung der Versuche auf den Tief gang TL = 3,00 m und den damit gesicherten Luftabschluß des Propellers in seiner Normalstellung.

(nicht abgesenkt) kann ein Tiefgangseinfluß nicht nachgewiesen werden Dies ist auch deshalb nicht einwandfrei nglich, weil die erforderliche

Propeiierábsenküng bei kleinen Tiefgäiigen gleichzeitig. den Einfluß des

Vorschiffs auf den Propeller verändern würde

"PD

-21-:'enthaïtÄnlage.24

Versuchsaflstai

für Binnenschiff.bàu e. V. 'Duisburg

län&sachse

Bericht: 798

Anlage 25 zeigt deutlich den Einfluß des Propellerdrehsinns Er fuhrt zu sehr unterschiedlichem Verlauf der Querkraf t uber der

Geschwindig-keit, je nach Strahirichtung (StB bzw BB), Man kann jedoch feststellen, daß bei Geschwindigkeiten von mehr als 10 km/h unabhangig von der Strahl-richtung die Standschubwerte uberschritten werden In der gegen Seiten-wind besonders empfindlichen Talfahrt mit leerem Schiff bringt also der

Bug-Ruderpropeller umso hohere Querkraf te, je schneller gefahren wird

Ein analoges Resultat ergaben fruhere Versuche (VBD-Bericht Nr 650) mit

ahnlichen Modellen im Maßstab 1 10, damals jedoch noch ohne Kenntnis

und Berucksichtigung von Maßstabseinflussen der Unterwasserteile vor dem

Propeller Dort sind auch die Auwirkungen von Anderungen des Leichter-tiefgangs und der Propellerposition relativ zum Schiff erkennbar

2 5 Querkraftverlauf bei Schwenken der Propellerachse relativ zur Schiff

s-Mit unveranderter Wellenleistung

D andert sich bei Schwenken der Pro-pellerachse um den Winkel y zur Schiffslarigsachse die erzielbare

Quer-kraf t Anlage 26 stellt den Querkraftverlauf, bezogen auf die Querkraf t

bei y = 900, als Funktion des Schwenkwinkels y, mit der

Schiffsgeschwin-digkeit als.. Parameter dar.

::Wésentlichstes Ergebnis ist diePhasenversehiebung der Querkraftkurven durch die Langsanstromung des Schiffes in Vorausfahrt

Die Differenzen in den Kraf ten bei BB und StB-Strahlrichtung infolge desPrope-IIerdrehsinns unterliegen ebenfa].ilseinem starken.Geschwindig-keitseinfluß (vergl. dazu auch Anlage 25).

Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau

2 6 "Richtun& der Resultierenden ausuer- und Lan&skräf ten

Wie in Abschnitt 1 4 der orliegenden Ausarbeitung bereits dargestellt,

ist eine betrachliche Widerstandszunahlfle durch den-unter 900 zur Schiffs-lñgsachse ausgestoßenen Schubstrahi festzustellen Als Maß dafur kann der Winkel der Resultierenden nat der Schifflañgsachse, TR' angesehen werden

Anlage 27 zeigt den Wikel als punktionvonWiikeltellung der Propeller-welle und Fahrgeschwindigkeit Die Abweichung der Schubrichtung von der Ahsrichtung bei Stillstand ist im wesentlichen durch denPropellerdreh

sinn und durch Schiff sfortheinfluß bedingt

i allen Langskraft-Ermittlungen ist der jewei-lige Schiffswiderstand ge-niaß Abschnitt III rechnerisch eliminiert wotden

Die bei Querab-Propellerachsrichtuflg erzeugte BREMSKRAFT L errechnet

Beispiel:

Länskräfte

Analog zu aer Ermittlung der spezifischen Querkrafte, dargestellt in

Anlage 24, wurden die LANGSKRAFTE je Einheit derAntriebsleistwig als Funktion der Leistungsbelastung des iropelers

fur den Zustand "Leichte am Pfahl" (V = 0) berechnet Sie sind fur die naturgroße Ausfuhrung in Anlage 28 enthalten

sich, zu

= 72°

= _{.413 I (Bremskraf t)'}

= 1,45 (Strahirichtung nach BB)

Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e.V. Duisburg

Bericht:

798:

Der Verlustàn effektiver Langskraft bei Position 0' = Vortrieb gegenuber Position 1800 = Stopphilfe

ist mit 20 bis 22 7 relativ groß, da im Fall 00 das Vorschiff voll vom

Propellerstrahl beauf schlagt und damit der ef.fektive Schub wesentlich

- QUERKRAFT am Pfahl, bei der fur

den Propeller keinerlei Storeinflusse aus der Schiff sform entstehen,

liegt die Langskraft auch bei der Propellerposition 1800 infolge

Sag-einwirkung am Vorschiff des Leichters noch ca 8 - 10 7 niedriger

(An-iage 24)..

Diese Ergebnisse sind - zusammen mit den Einflussen aus der

Fahrgeschwin-digkeit geiiäß Anlage 9.-vpn großer Bedèùtüng: fUr.dieVerwendung des Ruderpropellers einerseits als STOPPHILFE, andererseits als

VORTRIEBS-ORGAN eine Leicïiters im Hafen. bzw. zsätzÏidhes Vbrtriebàorgan. cinesi.

großen Schiffes oder Verbandes auf schwierigen Stromstrecken Sehr bezeichnend ist die Minderung des nutzbaren Bremsschubes als

Funktion der Lei stungsbelas tung des Propellers

Wegen der notwendigen Umlenkung der Stromungsrichtung im Ansaugbereich des Propellers werden die Schubverluste bei gliicher Vorausgeschwindigkeit gegenuber Stillstand umso geringer, je großer die Antriebsielstung

am Propeller ist Demgegenuber sind die Verluste beim VORTRIEB

(Position

00)

erwartungsgemaß nur von der Geschwindigkeit abhangig

2.8 tängskraftverlauf bei Schwenken ,der Propellerachse relativ zur

S Chiff s iän&sach se

Anlage 30 gibt Aufschluß uber den Verlust an absoluter Lanskraft beim Schwenken des Propellers im Stand oder in Fahrt aus der Position 00

her-aus Die Grenzwinkel fur Richtungsunikehr der Langskraft sind

Geschwindig-keitsabhangig Bei V5 = O liegt analog zu Anlage 28 die Schubkraft als Stopphilfe (y = 180°) ca 25 7 hoher als bei Vortrieb (y = 00)

Versuchsaflstalt für Binnenschiffbau e.V. Duisburg:

Bericht:

₇₉₈

Zusammen mit Anlage 26 ergebeñ. sich bisher nicht békännte Einzelheiten

über den tatsächlichen Kräfteverlau.f am Vorschiffunter der Einwirkung

eines stufènios schwenkbaren Bugsteuero.rgans bei unterschiedlichen -Fahrgeschwindigkeiten.

3. SCHOTTEL-JET

3. 1.

Das im Rahmen diesesVorhabens untersuchte Bugsteuerorgan ist der Schottel-Jet in seiner ursprunglich konzipierten Ausfuhrung Gemaß

Anlagen . 31und 31 a handelt essich um einen Propeller mit vertikaler. Achse, der vorn Schiffsboden ansaugt- und den Schübstrahl über einen

3600 _{schwenkbaren Krummer stufenlos durch ein kegelstumpfformiges}

Ge-hause austreten laßt Die Basisplatte mit der Ansaugoffnung wird mittels

profiliertér Stützen vom Gehäuseoberteil gehalten. Der Aus.trittskegel

ist zur Vermeidung großer Umlenkverluste sehr breit, sodaß ein erheb-licher Platzbedarf im Vorschiff entsteht (siehe Fotoanlagen i und 2).

Deshalb und wegen der sonst zwangsläufig weit zurückgesetzten Anordnung des Bugsteuerorgans mit daraus entstehenden Schwierigkeiten bezuglich Lade-raumlange wurde der Einbau in ein breites vorderes Tothoiz gewdhlt, das

gleichzeitig einen Verdrangungsverlust des Schiffes durch den Schottel-Jet ausschließt Die Widerstandserhohung durch das Totholz erwies sich 3edoch als so groß, daß diese Anordnung nur mit verschließbarer Ansaugoffnung

praktisch brauchbar sein dürfte (Anlage 32).

Obgleich der HerstelÏe,r umfangreiche naturgroße Versuche mit dem ursprUng-lich als 360°-Steuerhilfe gedachten Schottel-Jet durchgeführt hat,. werden

die Anlagen in:der Praxis bisher nur mit 2-, 3- oder 4-Kanal-Auslaß gebaut. Sie besitzen aber in der Form des hydrodynamisch gunstig ausgefuhrten

- Krümmers mit- Strömungsleitblechen ein zentrales Steuere letüeitj das die Umlenk-Verluste gegenübèr dem NAVIPROP wesenTtlich redúziert.

Die Versuchsinodelle (A = 7 in Plexiglas) wurden nach zeichnerischen

Unterlagen der SOTTEL-ERFT, Spay/Rhein, in der VBD gefertigt.

-25-Versuchsanstait für Binn:enschiffibatí. e V Duisburg

Bericht::

798;

Die in A.lag .31 dargestellten unterschLedlïchenForme des Totholzes.

wurden gepruf t, um die Möglichkeiten einer Widerstandsreduzierung zu

er-mitteln Die gemessenen Differenzzen sind gering, alle Quer- und

Langs-kraftmessungenwurdenmit.'dèr Totholzfórm:B durchgeführt.'. Wegen der

zu-satzlichen Aufnahme in das Versuchsprogramm konnte das Bugsteuerorgan

SCHOTI'EL-JET nur im Zustand am Pfahl (V = O) gepruft werden

32. Ma8stabsinfiüsse

Die systematische vergleichende Auswertung der Modellversuche mit den

3 Geosim-Ausfuhrungen bezuglich Querkraf t Q als Funktion der Wellenleistung

und ihre Extrapolation auf die Großausfuhrung (A = 1) ergab zunachst einen Cesamt-Maßstabseffekt mr auf die zur Erzeugung einer bestimmten

Quer-kraf t erforderliche Leistung an der Propellerwelle

Der Krummer und das Gehause unterliegen einem Teil-Maßstabseinflu8 m der nach Einfu1rung des Propeller-Maßstabseffekts m (anlage 12) mit

Die Äùftéilungvöri in m und n1 istnotwendig, darnit::bi Verwendung eines

Propellers mit abweichenden Werten von Durchmesser, Nenndrehzahl und/oder Flugellange auf 0,7 x Radius der dafur separat ermittelte Propeller-Maßstabs-effekt in die Berechnung eingefuhrt werden kann

Als bestimmend fur den Maßstabseinfluß des Gehauses ist die Reynoldszahl fur

Kréisrohre

und. soiit:de. Durchmesser; der odell-MsaUgöffnung ath Propeller

anzu-sehen, sofern die geometrischen Verhaltniswerte der nach dem System

SCHOTTEL-JET in seiner ursprunglichen Fórni (360°-Steuerung) gebauten Bug-steuerorgane gleich bzw annahernd gleich sind

Versuchsanstal.t für Binnenschiffbau

e V. DùisbUr9

Bericht:. 7.98

In Anlage 33 sind dementsprechend die Absolut-Durchmesser auf der Abszisse

mit angegeben

So kann der Gehause-Maßstabseinfluß auch dann ermittelt

werden, wenn der Propellerdurchmesser der naturgroßen Ausfuhrung von

D = 1,10 m abweicht

(siehe dazu auch Abschnitt

1

2 )

Bemerkungen zu einem evtl

Maßstabseinfluß auf die Propellerdrehzahl

siehe Abschnitt IV

3.3..

2_uerkräfte

Unter Bezugnahme auf die Erlauterungen in Abschnitt

1 3

und 2 3

enthalt

Anlage 34 die Auswertung

für die naturgroße Ausführung des SCHOT.TEL-JET.

Außer den Eigebnissén. mit freier Ansaugöffnung wurde der Einfluß des

Schutzgitters gemaß Anlage 31 erfaßt

Dadurch entstehen Verluste in

Hohe von ca

3 7 der Querkraf t

Es muß betont werden, daß diese Aussage

nur fur das gepruf te Gitter gilt

Wesentliche Abweichungen durch Wahl anderer

anderer Gitterteilu g oder Stabquerschnitte sind .mögliéh.

3.4. Quèrkraftverlauf .bei ..Schwenken des Kriixnmers relativ zur Schiffslänhse

Mit unveranderter Wellenleistung andert sich beim Schwenken des Kruinmers

den Winkel ..y zur Schiffslängsac1ie die erzielbàre Querkraft..

Anlage

stellt den Querkraftverlauf bezogen. aúf die Querkraf t bei.

y =

900

_{als Funktion v6n y dar.}

_.

Wie beim SRP 152 ist eine leichte Phasenversetzung - Querkraftmaximum

bei y = + 980

- festzustellen.

3.5. Spezifische Läiìkräf te

Anlage: 36 enthält: die Kurven der Längskraf t j e Leisttmgseinhei.t

für die naturgroße Ausführung im vorderen Totholz des Typleichters.

-27-Ver.suchsanstalt für Biflne.nschiffbau é.'V. Duisburg

Bericht: 798:

Dié Unterschiede zwischen den Psitioneñ

O= Vortrieb.

und 1800 Stopphiife sind mit 7,5 % bei PD/AO = 500 PS/rn2

bis 13 % bei PD/AO 100 PS/rn2

generell wesentlich geringer als beim SRP 152 und danTherhinaus stark abhangig von der Leistungsbelastung des Propellers

Im Vergleich zu der spezifischen Querkraf t (mit Schutzgitter) getriaß Anlage 34 erreicht die effektive Langskraf t bei y = 1800 noch etwa

5 Z höhere spezifische Werte.

Bezogen auf einen mittleren Vergleichswert

P/A = 300

PS/rn2 vërhalten sich die effektiven Schubkräfte.

Q : L180o = 0,90 :

0,96

Beim SRP 152 betrug dieses Verhältnis:,

T _Q L10,o =' 0,83 : 1,14

Der Unterschied ist bedingt durch die Art des. Bugsteuerorgans selbst

und insbesondere seine Anordnung unter dem Leichter-Vorschiff

Der Quotient Vortrieb/Stopphilfe (L0o L180o) ist beim Schottel-Jet wesentlich großer als beim SRP 152 Wegen der Lage der Ausstoßoffnung

im Schiff sbóden wirdbeim. Schottel-Jet èin erheblich geringerer .Schiffs-' körpereinfluß'wirksam.

f.,

'.

- ::. .

Die Quérkräfte (y 90°) sind beim SRPÌ52 wegen fehlenden Schiffskörpei-.

einflusses. größer als. beide Längskräfte, beim Schottel-Jet treten Verluste

an der scharfen seitlichen Unterkante des Austrit.tskegels bèi y =. 900 auf (siehé Anlage 31 a), die im Fall y =l8Ó° durch die Formgebung des Tothoizes (Variante B) vor der Ansaugoffnung weitgehend vermieden werden Dadurch ergibt sich die effektive Langskraft bei y = 1800 großer als die effektive Qúerkraf t (y

900).

.

Vòrsuchsaflstalt.

für Bi

nnensôhiffbau e.

3 6

Lan&skraftverlauf bei Schwenken des Kruminers relativ zur

Schiff slán&sachse

Anlage 37 zeigt den Verlauf der Langskraf t als Funktion des

Schwenkwinkels y

Analog zur Querkraf t ist hier der Nullpunkt -

Richtungsuirkehr - des

effektiven Schubes auf 98

verschoben

Entsprechend den Darlegungen in

Abschnitt 3 5

ist L180o = 1,09

L0o

3 7

Ansau&verlusteL Umletik- und Leitunverluste im GehauseL

Austrittsverluste

Wie in Abschnitt I

5

fur den NAVIPROP kommentiert, wurde auch beim

SOTTEL-JET: zûsätzlich der axiale Propé1Ierchub .T gemessen,óda8

zusanrnj.t den.

gemessenen Quer- und Langskraf ten eine Aussage

uber die Verluste moglich ist

Die relativ geringeren Verluste bei den

Langskraften, Strahlrichtung voraus

(STOPPHILFE), als bei den Querkraf ten und bei den Langskraf ten,

Strahlrich-tung nach achtern (VORTRIEB), deckt sich #nit den Feststelfuñgen in

Ab-schnitt 3.5. zur Größdè

.îéseUérichi4esindalso offnichtlich'ü

Diffrnzendér

AUS-TRITTSVERLUS.TE bedingt.;

Im Vergleich zum NAVIPROP zeigt Anlage 38 ebenfalls eine

Abhangigkeit

der Verluste vom Wasserhohenverhaltrtis

Quantitativ egeben sich im Mittel

großere prozentuale Verluste, besonders bei der

kleinen Wassertiefe,

h = 3,5 ni

Die Umlenkverluste werden bei Stillstand des Leichters in allen

';Richtungen gleich groß sein.

SCHOTTEL-JET hat infolge des großeren Utnlenkwinkels von

I

loo

gegenuber

900

_{bei NAVIPROP geometrisch ca}

_{6 7 zusátzliche Verluste durch die}

Ver-tikalkononente der Schubkraft.

Andererseits ist der Krummer mit Leitbiechen sicher gunstiger als die einfache

Unilenkung bei NAVIPROP

Auch die Leitungsverluste sind wegen der geringen

benetzten Lange deutlich geringer als bei NAVIPROP

Nachteilig fur den SCHOTTEL-JET ist der hohere Austrittsverlust, der beim

Übergang des Schubstrahls vom Krummer in den Austrittskegel entsteht

kungsgrades.

Berièht:79.8

-29-Sehr wesentlich ist der im Faktor Q/T bzw L/T nicht sichtbare Unterschied

des je Leistungseinhéit, erzeugtei. Schibes; T, und damit des Propel1ewi.

Vérsuòhsanstalt für Biflnensihiffbàu è. V Duisburg

Die Versuchsergébnisse zeigen, daß die Anordnung des propellers

in einem kurzen Kreiskanalabschnitt (SCHOTTEL-JET, Anlage

31)

mindestens 10 7 hoheren Schub je Leistungseinheit als die

An-ordnung des NAVIPROP (Anlage 13) bringt

Auf diese Weise werden insgesamt hohere gehausebedingte Verluste

uber-kompensiert, sodaß die spez

Querkrafte bei SCHOTTEL-JET eindeutig

größèr sind als bei NAVIPROP.

Ergänzend .wird..zum SCHOTTEL-JET darauf hingewiesen, daß bei Fahrt

(V5 = O) - hier versuchsmaßig nicht gepruft - die Möglichkeit des sog

hydraulischen Kurzschlusses besteht

Dieses Phanomen kann sich negativ

aiswirken dadurch, daß das Ansaugen duròh den in unmittelbarer Nahe

der Ansaugoffnung austretenden Schubstrahl behindert wird

Nahere

Einzelheiten konnten erst nach entsprechenden Beobachtungen und

Messungen gegeben werden

Diesistvon-4erPraxi her derzeitnicht aktuell, da-wie in Abschnitt.

3 1

vermerkt - die Anwendung zunachst nur mit 2-, 3- oder

4-Kanal-Aus-laßsystem eingèführt Ist.

3.8. Veleith MODELL - CROSSAtJSFUHRUNC

Dem Bearbeiter lag das Protokoll eines naturgroßen Versuchs mit dem

SCHOTTEL-JET vor, bei dem der Krummer des JET mit dem Antrieb ohne ein

Gehause auf einem Versuchsponton aufgebaut war

Es handelt sich um

Versuche ohne Schutzgitter nat einem Propeller folgender Abmessungen

Bericht:

7.98

rVBD-Propeller.

zùm .Vergleich

1,10 m

0,127

0,54

4

Die iàssertiefe betrug 4,50 m. pie Austrittsöffnwigdes Krürs befand sic.h

bei einer éßreihe uiter, bei einer zweiten über

ér. Was séroberf lEche.:

D =

1.,10 m

P/D

0,845

AE/Ao =

0,695

ersuchsanstalt fur Binnenschiffbau

Anlage 40 zeigt den Vergl&ich zwischen den auf Großausfuhrung bezogenen Werten O'D undi den Ergebnissen des Natufversuchs, wobei anzumerken ist, daß bei den umgerechneten Nodeilmessungen die Steuerglocke zusatzliche Um-lenk- und Reibungsverlute bringt

Der Vergleich zeigt im Mittel 5 % nidrigere Werte aus den Modeilversuchen - ein Prozentsatz, der als Verlust durch die Steuerglocke eher ûber- als unterschritten werden durfte

Die Übereinstimmung mit den naturgroßen Messtigen ist somit gut und relativ besser bewertbar als beim NAVIPROP

Unabhangig von diesem Vergleich ist erwartungsgemaß festzustellen, daß bei Ausstoßoffndng unter der Wasserberffache erwartungsgetnaß ca 4 - 6

Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e.V. Duisburg

Bèricht:

798

Der vorliegende Abschlußbericht enthalt die geschlosene, vergleichende Dar-stellung systematischer Modellversuche mit 3 aktiven Bugsteueanlagen, die

sich fur die Randbedingungen und Anforderungen der Binnenschiffahrt besonders qualifiziert haben Sie sind unter den Bezeichnungen

NAVIPROP SEP 152

S CHOTTEL-JE T

bkannt geworden.

Die Versuche hatten zum Ziel, bisher vorliegende Untersuchungen in sinnvoller Weise zu erweitern sowie leicht zu handhabende Unterlagen fur die Beurteilung

und die Auswahl vän Bugsteuerorganen zu schaf-fen.

Im einzelnen konnten folgende Fragenkouiplexe behandelt und die darin bisher

estehenden Kenntnislucken ausgefullt oder zunundest verringert werden

Übertragbarkeit von Modellmessungen mit aktivèn Bugeuqrganen

àuf die naturgroße Ausführung (MaßstabseinfiüsseY.

Es gelang, die:Maßstabseinflüsse der ehäusebw..der vor dem Pro-peller angeordneten Teile der Kraftubertragun (beim SEP 152) von dem nach ub licher Me thode ge rechne ten drehzahlabhangi gen

Propeller-Maßstabseffekt zu trennen und so den gesamten Maßstabeinfluß als Faktor der Leistun an der Propellerwelle fur die 3 untersuchten

Bugsteuerorgane darzustellen

Ein Maßstabseinfluß auf die Drehzahl des Prellers konnte nicht

eindeutig nachgewiesen werden Seine Existenz ist auch zweifelhaft, da - im Gegensatz zu am Schiff sheck angeordneten Propellern - eine nicht Froude-ahnliche Anderung des Reibungsnachstroms als verant-wortliche Einflußgroße fur einen Drehzahl-Ma8stabseinfluß bei

Versuçhsaflsialt für Bifln.,ns.chiffbaU é. Y.. D.,usbrg

Bericht

798

'Erfttg der effektiven Quer- iid Lngse.

Die gemessenen Krafte konnten in ihren vielfaltigen Abhangigkeiten erthíttelt:und dargestellt werden..So ergeben sch die Einflüsse von

-Wassertiefe, Tief gang des Schiffes

Leistungsbelastung des Propellers Stráhlaustrittsrichtung

Geschwindigkeit.. de.s Schiffes

auf Quer- und Langskrafte fur die 3 untersuchten Bugsteuerorgane Die Langskrafte liefern eindeutige Aussagen uber den Wert von SRP 152 und ScHOTTEL-JET als Bremshilfe bzw Vortriebsunterstutzung

Die besonders wichtige Gegenuberstellung der verschiedenen Anlagen bezuglich der spezifischen Quer- und Langskrafte am Pfahl (V = O)

in den Diagrammanlagen 41 und 42 laßt den SCHOTTEL-JET in besonderer Weise fur alle an ein Bugsteuerorgan zu stellenden Anforderungen

ge-y

Ein Vergleich.der gemesseiienSchubkräfte n der Propelierwelle mitj den effektiven Querkräften ließ Rückschlüsse auf die Ansaug- und

Austrittsverluste sowie da.e Utnienk- und Leitungsverluste in den

Ge-hausen von NAVIPROP und SCHOTTEL-JET zu

Anordnung aktiver Bugsteuerórgane am Vorschiff moderner Binnen-güterschif fe.

Hier konnten einerseits die Unterschiede zwischen horizontaler und vertikaler Propellerachse.bzw. freiem und in eip Gehäusé

einbezogenem Propelle.r heratisgestellt werden. Bei den

Steueror-ganen in Gehauseanordnung wurden die Position der Ansaugoffnung,

die Widerstandserhohung des Schiffes durch Anbau eines vorderen

Totholzes zur Aufnahu des Bugsteuerorgans. sowie der Einfluß eiñes Schutzgitters auf die erzeugte Querkraf t gepruf t und beurteilt

fùr BinnenSchiffbau e. V. Duisburg

Bericht

98'

Auslegen des Steigungsverhaltnisses des Propellers eines Bug-steuerorans mit vertikaler oder nahezu vertikaler Achse

Die Versuche mit dem NAVIPROP wurden zusatzlich mit Propellern unterschiedlicher Steigungsverhaltnisse gefahren, sodaß eine

Basis für 41e. richtige Wah1 dieses Kennwerts:,: abhängig von. vor-. gegebener Lei sting, Nenndèhzahl und. ,Fahr:geschwindigke

tithg-lich-ist.

Einè.Beispielechnung wurde angefügt.

Ein geplantes Erganzungsvorhaben zur Durchfuhrung praxisnaher Modeil-Manovrier-untersuchungen konnte die gewonnenen Erkenntnisse aus stationaren Messungen unter den instationaren Gegebenheiten der Schiffahrtspraxis in sehr

wunschens-Weise erhärten bzw. vervollstätidigeï.

Der Bearbeiter dankt Herrn Obering W Nussbaum fur seinen hervorragenden Einsatz bei der mehrjahrigen Durchfuhrung und Auswertung der Modellversuche

IS I ..den. 3OJwi 1.976 Prof He/Ju r RSUcHSASThLT FUR BINNENSIFFBAU e

DUIrS BUR G

(Prof.

Versuchsanstalt für Binnenschiffbau e.V. Duisburg

Bericht:

₇₉₈

LI TE RATURH INWE IS E

H. Jastram

"BUGSTRAIILRUDER"

Jahrbuch STG, 52. Band, 1958

F. Gut sehe

"MODELLVERSUCHE MIT NEUZEITLICHEN RUDERANLAGEN"

Schiff und Hafen,

11. Jahrg.,1. Heft, Jan. 1959

J.W. English and B.N. Steele

"THE PERFORMANCE OF LATERAL THRUST UNITS FOR SHIPS

AS AFFECTED BY FORWARD SPEED AND PROXIMITY OF A WALL"

NPL Ship Division Report SH 28/62, 1962

H.H. Heuser

J.W. English

Nils H. .Norrbjn

Kaname Taniguchi,

Kyoji Watanabe,

Hironao Kasai

H.H. Heuser

"VERBESSERUNG DER MANÖVRIERF2ÇHIGIIT VON

SCHUBVERBAN-DEN DER BINNENSCHIFFAHRT"

Schiff und Hafen, Heft 1/1963

"TEE DESIGN AND PERFORMANCE OF LATERAL THRUST UNITS FOR SHIPS"

Quarterly Trans,, RINA, July 1963

Bericht der Staatlichen Schwedischen Schiffbau

Versuchsanstält in G5teborg

"STEUERN BEI GERINGER FAHRT - PROBLEME UND HILFSMITTEL"

HANSA - Schiffahrt - Schiffbau - Hafen,

101. Jahrgang - 1964 - Nr.

10

Nagasaki Téchnical

Institute, Technical Headquarters

"INVESTIGATIONS INTO THE FUNDAMENTAL CHARACTERISTICS AND OPERATING PERFORMANCES OF SIDE THRUSTER"

MITSUBISHI TECHNICAL BULLETIN, MTB 010035 May 1966

"SCHIFFBAULICHE MASSNAHMEN ZUR ERZIELUNG OPTIMALER

VERKEHRSSICHERHEIT BE I MODERNEN, GROSSEN BINNEN-SCHIFFEN"

Schiff und Hafen, Heft 11/1966

Ir. O. Busseinaker

M.R.I.N.A., Schottel-Nederland N.y.

"SCHOTTEL UNITS FOR THE PROPULSION AND MANOEUVRING OF DREDGING MATERIAL AND THE DYNAMIC POSITIONING

OF OFFSHORE EQUIPMENT"

Prepared for second World Dredging Conference,

WODCON '68, Rotterdam - October 14-18, 1968

H. Schneekluth

"MANÖVRIERVERHALTEN VON GROSSCHUBVERBÄNDEN"

Zeitschrift ftir Binnenschiffahrt und

Wasser-straßen, Heft 8/1971

-VersuchSañstaltfur Bunnenschiffbau eV. Duisburg

E. Schäle; Schydló

Bericht:

798

"MANOEUVRING DEVICES IN SHIPS"

The Naval ArchitedtjApl:í974'

"S TE 13E RPROPELLER"

Schiff und Hafen, Hft1Ïi7

"MASSNAHN ZUR ER1UÑGDER

SUBVERBANDE BEI TALFAHRT

'BEtADÉNEN LEICH±ERK

Sónderheft 4, KidSI

(VBei'ne Ver5ffentlichung)

"MODE LLMAS SI GE UNTERSUCHUNG AKTIVER BTJGSTEUE1RORGANE

FUR FRACHT- UND FAHRGASTSCHIFFE DER BINNENSCHIFFAHRT"

richt Nr. 650. on' 10fl9f2 ;. (bisher unveröffetlicht)'

VERKEHRSSICHERHEIT VON

Iff T LEEREN ODER TEIL;:

FFAHRTS VERSUCHE

"NATTJRGROS SE VERGLEICHENDE UNTERS UCHUNG VON BUGS

TEUER-ORGANEN AN SCHUBVERBANDEN UND GROSSMOTORSIFEEN AUF GERADEM UND GEKRUMMTEM FAHRWASSER ZUR ERHOHUNG DER

VERKEHRSSICHERHEIT"

Veroffentlichung als 'orschungsbericht des Landes NRW in Vorbereitung

Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau

_u

SYMBOL VERZEICHNIS

SYMBOL DIMENSION BEDEUTUNG

s

PS

V

¼-Lange ds Schiffes in der Wasserlinie

Breite des Shiffê

auf Spänten

'

Tiefgang des Leichters bei gleichiastiger Trirnmlage

Was serverdrangmg de s S chif f es

6ckkoÉff'iuiën t,

Propellerdurchmesser

kp (Mp)

Schiffswiderstand, total

W1idérständs1ei.stmg

rn.

,Krersf:lache. des Pr9peliers

1 _r

abgewickelte Flugeiflache des Propellers

Anstromgeschwindigkeit des Propellers

)uiïbu'r

Korrespondierende mittlere Fahrwassertiefe zum rdell-L

versuch

-km/h

Fort schrittsgeschwindigkeit des Schiffes relativ zum

Wasser

Aùsstoßrichtung thit der Schiff.Iätgsächsé

RT..V

270

s

(V

in km/h)

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der Schiff siangsachse

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Krunmmr-n,

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Propellers gemeseù:;'

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Schiffslangs-richtung

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Bug-steuerorgs

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SYMBOL

sinitalt für Binnenìchif

.DIMBNSiOÑ BEDEUTUNG

Mod11inaßstab

Aktive- Bugsteuerorg?ne. fur thdèrne Binnenguterschiffe

autabmessun&en des 1eichters EUROPA I

'Auftraggeber A'beitsgemeinChaf t Industriellei Forschungsvereiniguflgerl

VBD-Móde1lNr. 526/527 780/781

Lange uber alles L = 70,00 m

69:45

Br.te auf Spanten

BSt

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Tif gang TL 3,00 rn

Blockkoe ffizient Länge über al les .jänge in der WL Breite. auf Spanteñ. Tiefgang

Jassverdrngung

r. Biñnèn:sc h't fbaiïø.

Bricht2:798a Protokoll II

Akt ive-Bugsteuerorgane fur moderne Binnenguterhiffe

Auf t.r.ggeber Arbeitsgemeinschaft Indus i lerFors chwigsvereini gmgen e V

Hautabmessuñ&èn des ieichtérs., EUROPA II .a

VBD-Mdè11.N

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uftTraggbe Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigmgen e

.Haudater'der

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Aktivei 'ugsteuerorgat fur modernen Binnnguterschiffe

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