5 JUNI 1980
Lab. vi. Scheepsbouwkuntle
Einwirkung der Ruderprofildicke und des Anstellwinkels
in Vorausfahrt der an Schubbooten anzubringenden
Flankenruder auf Sogziffer und Antriebsleistungsbedarf
Einwirkung der Ruderprofildicke und des Anstellwinkels
in Vorausfahrt der an Schubbooten anzubringenden
Flankenruder auf Sogziffer und Antriebsleistungsbedarf*)
Die vorliegende Arbeit gibt eine zu-sammenfassende Darstellung
der zum
gleichen Thema in den VBD-Berichten 884 und 911 [I] behandeltenModellversu-che wieder. Der erstgenannte Bericht
enthalt ausfiihrliche Ergebnisse der Tros-senzug- und Leistun,gsmessungen an ei-nem Zwei-Schrauben-Schubboot mit drei verschiedenen Ruderanlagen, woraus die Sogziffer und damit der EinfluB der je-weiligen Ruderanlage auf den Antriebs-leistungsbedarf ermittelt worden ist. Die Fortsetzung im zweiten Bericht befaBt sich mit vergleichenden Versuchen an Drei- und Vier-Schrauben-Schubbooten, um die StOrung durch die Flankenruder an Mehrwellenanlagen hinsichtlich des SchiffseinfluBgrads und Leistungsbedarfs zu untersuchen.
Dariiber hinaus sind in alien Fallen die ortlichen horizontalen Stromungsvekto-ren jeweils in Ebene der Flankenruder aufgemessen worden., die einen Auf-schluB iiber die Umstromungsverhaltnis-se bei der Ausilistung von Schubbooten mit Flankenrudern geben .und ermogli-chen, daB diese so angebrdriet Werden konnen, daB sie in der Vorausfahrt die geringste StUrwirkung verursachen.
Wahrend die Berichte **) die Linien-risse der untersuchten Schubbootmodelle sowie die grafische Darstellung aller Ver-suchsergebnisse enthalten, sind diese hier teilweise weggelassen worden, um die Anzahl der Abbildungen geringer zu hal-ten. Eine Gesamtiibersicht tiber die Ver-suche ist rechts aufgefiihrt, wahrend 2.1 die wesentlichen Modelldaten enthalt.
Die Arbeitsgetheinschaft I ndustriel ler For-schungsvereinigungen e.V., Köln, hat der
Ver-suchsenstalt far Binnenschiffbau e.V.,
Duis-burg, auf deren Antrag in dankenswerter Weise die Durchfuhrung des Versuchsprogramms
Zurn obengenannten Thema errnaglieht ithd
dae Vorhaben aus Mitteln des Bundesrniniste-riums far Wirtschaft gefordert.
Xerox-Kopien von beiden Berichten kannen
zum Selbstkostenpreis bezogen vierden Von der Versuchsanstalt far Binnenschiffbau e.V., KlacknerstraBe 77, 4100 Duisburg 1.
Effect of profile thickness and angle of attack of flanking
rud-ders in pusher tugs on thrust deduction and propulsion power
This paper contains an overall review of model tests on the above subject descri-bed in VBD reports 884 and 911. The significant results of these tests with a twin-, a triple- and a quadruple screw pusher tug with altogether 3 different types of rudders are presented. In particular they cover comparative bollard pull and populsive power measurements as well as investigations on local flow conditions in the region of flanking rudders.
From bollard pull and propulsion tests specific data on thrust dedeuction fraction and on increment of propulsive power due to flanking rudders in relationship with practically interesting factors such as rudder form, pusher tug type and speed and draught of the pushed train of barges have been determined and presented in the form of diagrams. They illustrate as to which rudder forms are favourable and toge-ther with the ascertained flow conditions supply design data to minimize the distur-bance, which originates from the flanking rudders and has an adverse effect on the ahead operation of the tug. With the optimized arrangement of flanking rudders it can be anticipated that the propulsive efficiency will be improved and the risk of ca-vitation and vibration excitation reduced.
Ubersicht iiber die Versuche
Tank 9,8 m breiter und 190 m langer Verauchstank der vBp
Ruhendes Wasser; Wasseitidfe ent-sPrecheUd h 5,0 m in Natur
AuDen Innen 1 x R 488 AuSen Lnnen
m 043 iv. 2xD 126 2xD 127 Flossenruder 2xR 489
(Haupt .I. Flanken III) 2iR 49D
Versuche A Alieinfah7E717 771 Verband M 838 AlleiETT:Verband 148 AileilT 43 i.Verband a) .TroasenaugMess. bei V IkO/U Anlagen I, II u.xI7 0/4,0/8,0/ 12,0/ Anlage III 0/4,0/8,0 Anlage I 8,0 Anlage IV 8,0 b) Propulsionsvers. Leichter+Tiofg-iml Anlage III 3,2/2,8/2,5 Anlage I 3,2/2,8 Anlage /V 1,2/2,8 Messung cl.Zustr. richtungen a.Ort d.FlinkeUeuzier knlagen
I und III Anlage I
An lage I Schubleichter: m 751 762, Typ EUROPA
Modell- und Propellerdaten S. unter 2.1II
im zweigliedrig-swillingsverband
DUsen !4adell_ Anlagebezeich. and DUsen Hauptruder je Propeller Flankeuruder je PraPeller Ruder _nach Becker 2 x D 124 x R 474 Flossenruder 2 x R 475 nrofiir oben kurz
41.1I5T_IzDg -A 771 /I. lAbb,11n.Dc Biesbosch 2 x D 106 1 x R 465 Mit Leitkopf 2 x R 466 einfiehes Trofil. n. Schilling 2 x D 106 2xR 401 + 2xR 402 21cH 403 + 2xR 404 druppenruderanlage der Weserwerft M 838
wie open
3 x D 124 1 x R 474 2 x R 475
189. Mitteilung der Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau e. V., Duisburg, Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule, Aachen
Dipl.-Ing. G. Luthra Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e. V., Köln
Modelle Schubboote: 2=Schrauber M 771
X. 16 3Schrauber M 838
2,1 Modell- und Propellerdaten
2.1 Modell- end Propellerdaten
Propeller Durchmesser D 2,10 Steigungsverh. P/D 1,052 Flachenverh. AE/A, - 0,710 PlUgelzahl z - 4 TrOfillange °07R In 0,884 Drehsinn V. hinten gesehen Versuchsdurchfuhrung
Wie eingangs bereits erwahnt, wurden Trossenzugmessungen am Zwei-Schrau-ben-Schubboot mit 3 verschiedenen Ru-deranlagen durchgefiihrt. Die jeweilige Ruderanordnung ist in Abb. 1
zeichne-risch .dargestellt. Diese Versuchsart, bei der der Belastungsgrad des Propellers bei gegebener Gescbrwindigkeit durch Ande-rung der Propellerdrehzahl geandert und der SchubilberschuB bzw. die Trossen-kraft gemessen wird, ist wegen der guten Mengenauigkeit besonders dann
geeig-net, weian nur kleine Differenzen der Er-gebnisse erwartet werden. Da in erster Linie der Einflui3 des jeweiligen Ruder-profils auf die Sogziffer bzw. Leistung erfaBt werden sollte, wurden die Mes-sungen mit dem alleinfahrenden Schub-boot vorgenommen.
Die vergleichenden Messungen mit je-der je-der drei Ruje-deranlagen erfolgten er-stens nur mit Hauptruder und zweitens mit Haupt- und Flankenruder, um so ein-mal die Ergebnisse der Hauptruder unter sich gegeniiberstellen
zu konnen und
zum anderen die durch Anbringung der Flankenrucler hervorgerufene Ver-schlechterung zu ermitteln. Die Null-Lage der Flankenruder wurde hierbei von den vorangegangenen Versuchen [2, 3 und 41 iibemommen mid auch fur die spater durchgeffihrten Trossenzug- undLeistungsmessungen an Zwei-, Drei- und Vier-Schrauben-Schubbooten beibehal-ten. Bei den letztgenatinten Versuchen bestand die Aufgabe darin, den EinfluB der Flankenruder in Wechselwirkung mit der Schubbootsform bzw. Anzahl der Pro-peller naher zu untersuchen. In diesem Fall war das Schubboot stets im Zwei-gliedrig-Zwillingsverband gekoppelt.
Die Aufmessung der Stromungsverhalt-nisse im Bereich der Flankenruder er-folgte mittels hierfiir in der VBD
angefer-Cos
P 186 r/1 P186 nfl u.P196 r AuBen Innen P 46 r/1 P 52 r/1
1,92 1,92
Versuchsergebnisse 4.1 Trossenzugmessungen
Die aus den Trossenzugmessungen ab-geleiteten ,Momenten- und Schubbeiwerte KQ und KT fiir Propeller und Diise wer-den iiber der Fortschrittziffer J für das Zwei-Schrauben-Schubboot mit 3 ver-schiedenen Ruderanlagen, wovon her 2 wiedergegeben werden, in den Abb. 2 und 3 dargestellt. Sie lassen den EinfluB dieser Ruderprofile erkennen. Es ist zu beriicksicbtigen, daB die Fortschrittziffer mit Hilfe der Schiffsgeschwindigkeit Vs berechnet wurde, wahrend diese Fir die
her ebenfalls eingetragenen
Freifahrt-kurven aus tatsac.hlicher Eintrittsge-schwindigkeit VA ermittelt wurde. Dies und der Umstand, daB die Diisen im Schubboottunnel integriert werden, wo-durch sie im Gegensatz zum
Freifahrtver-such nicht als Vollringdiisen zur Geltung
kommen, erklart zum graten Tell die
Unterschiede zwischen den entsprechen-den Kurven.Durch die Flankenruder wird sowohl das vom Propeller aufgenommene Dreh-moment als auch der von ihm abgegebe-ne Schub erhoht. Auch der Dilsenschub vergroBert sich. Eine Ausnahme zeigt die Gruppenruderanlage III, bei der eine starkere Abhangigkeit dieses Einflusses von dem Propellerbelastungsgrad zu er-kennen ist. Bei zunehmendem Bela-stungsgrad ist es offensichtlich, claB die mit kurzen und schlanken Profilen verse-hene Gruppenruderanlage die Ansaug-stromung am wenigsten start. Diese Ru-der beeinflussen vielmehr die Diisenum-stromung, wodurch die Diisenwirkung geringfiigig vermindert wird. Tendenz-maBig verschiebt sich die KT- und KQ-Charakteristik in Richtung des nicht urn-mantelten Propellers.
Fir die praktische Bewertung ist je-doch die Sogziffer t, definiert als t 1
-RT/T (RT = Gesamtwiderstand, T = Gesamtschub), besser geeignet, weil die-se den Vergleich des jeweiligen wirksa-men Schubs ermoglicht.
Die aus den
Trossenzugmessungen ermittelten Sogzif-ferwerte bei den drei Ruderanlagen sind in den Abb. 4 bis 6 in Abhangigkeit vom Belastungsgrad des Propellers bei ver-gleichbaren Geschwindigkeiten und Pro-pellerdrehzahlen aufgetragen. Fiir den Zustand Schubboot nur mit Hauptru-dem" zeigt sich, daB die Sogziffer bet alien 3 Arten von Hauptrudem urn den Wert t = 0,2 schwankt, d. h. die durchden.Sog hervorgerufenen Selaubverluste
betragen etwa 20 °/o. Dieser Wert gilt fiir das Schubboot ohne Leichterverband. Die kurzen und schlanken Profile der Mehr-flachenruderanlage III weisen als Haupt-ruder keine Vorteile auf. Sie schneiden im iiblichen Bereich der Schubbelastung eTh sogar etwas schlechter ab, vermut-lich weil sie vollstandig vom Schrauben-strahl angestrOmt werden, wahrend die Einflachenruder der Anlagen I und II zum Teil im Nabenbereich der Propeller-strahlflache 1iegen. Der Nachteil ist je-doch nur gering und wird mehr als aus-qeglichen, wenn das Schubboot mit
Haupt- und Flankenrudern ausgeriistet
wird.
Die Flankenruder verinehren die sog-bedingten Schubverluste zusatzlich urn 11 bis 15°/o bei Anlage I, wobei der hohe-re Wert nur far den Behohe-reich der kleine-ren Belastungsgrade gilt. Dagegen zeigt die Anlage III das giinstigste Verhalten. Die zusatzlichen Schubverluste betragen etwa 100/o bei geringen Propellefbela-stungen, nehmen aber mit steigendem Belastungsgrad rapide ab. Im
interessan-ten CTh-Bereich hetragt dieser Wert
etwa 3 bis 4 0/o und verschwindet ganzlich bei starkeren Belastungen.
Die nachfolgende Tabelle gibt einen zahlenmaBigen Vergleich der Sogziffer bei 3 Werten von
T
-Cm -v82 An Modelle Streckenschubboote M771 M836 M843 Schubleichter M 751 - 762 2-Schrauber 3-Schrauber 4-Schrauber Typ. EUROPA IILange UA Lu 35,0 35,0 37,0 76,5 Breite a.Spt [m] 14,0 14,95 15,0 11,33 Tiefgang Em) 1,75 1,70 1,65 2,8 3,2 Lange WL [m] 33,9 33,89 36,0 73,05 73,78 Verdrangung V 1m3] 525,5 553,5 608,1 2195,0 2528,9 Benetz. Oberf1.5 .2 [m 1 545,2 696,3 616,7 1192,0 12.<7,7 Valligkeit dia 1-1 0,622 0,643 0,682 0,947 0,945
UK Spiegel (l.Basis [m] 1,55 1,55 .1,54
Zweigliedrig-PropeIlerlage v.-Spt.04m] 3,90 3,-64 3,37 Zwillingsverband:
[m] 7,50 8,80 9,20 Gesamtverdrangung
seitl.Abstand[AuBen
der Propeller. Innen [m] Mitte 3,00 in m3
&She Propellerwelle Ether Basis [m] 1,12 1,11 1,08 8780,0 10116,0 0,964 0,90 0,56 0,56 4 4 0,603 0,60
tigten und bisher benutzten Zylinderstau-rohren von 6 mm AuBendurchmesser. Diese gestatteten, die horizontalen Ge-schwindigkeitsvektoren in den Schnitt-punkten eines gedachten Netigitters Ober eine senkrechte Ebene zu erfassen. Die Ausdehnung der Menebene er-streckt sich fiber die gesamte H6he und
Tiefe des jeweiligen Ruderprofils. Die
MeBebene durch die vorgegebene Mitte des Ruderschafts beim Zweiflachenruder (wie z. B. Anlage I) war in Ubereinstim-mung mit der angenommenen Nu114.age des Flankenruders schrag gewahlt, d. h. sie bildete gegeniiber der Schiffslangs-achse einen nach vorn geoffneten Win-kel von 100.
Die jeweiligen Driicke an den 3 Off-nungen des Staurohrs wurden Ober Druckdosen und Menverstarker, wo sie als Differenzen gegen den von einem Pi-tot-Rohr in der ungestorten Stromung ab-genommenen Bezugsdruck angezeigt wurden, gemessen. Die Registrierung der
Mel3daten erfolgte mittels EDE-Anlage
Die Sogziffer aus Trossenzugmessun-gen an den Drei- und Vier-Schrauben-Schubbooten ist in Abb. 7 aufgetragen. Im Gegensatz zum Schrauben-Schubboot waren diese beiden im Zwei-gliedrig-Zwillingsverband angekoppelt und lessen den EinfluB des Leichterver-bands auf die Sogziffer erkennen. Gegen-iiber dem alleinfahrenden Schubboot er-tint sich die Sogziffer im Verband urn etwa 5 bis 10 Prozentpunkte, wobei der kleinere Wert den hoheren Schubbela-stungen zuzuordnen ist. Die Erhohung gilt sowohl fiir den Zustand ohne als auch mit Flankenruder.
Der Vergleich der Schubboote unter sich zeigt, daB die Schiffsform oder die Anzahl der Propeller nur einen geringen EinfluB auf die Sogziffer haben, der bei hoheren Schubbelastungen kaum mehr vorhanden ist. Bedingt durch die geringe-re Wellenleistung je Propeller beim Vier-Schrauben-Schubboot ist die Sogziffer bei vergleichbarem Gesamtschub hier giinstiger als beim 3-S-Schubboot. Bei ho-heren Schubbelastungen sind jedoch kei-ne kei-nenkei-nenswerten Unterschiede feststell-bar.
Die Stoning durch die als Flankenru-der angeordneten GruppenruFlankenru-der in Anla-ge IV ist auch hier Anla-gerirtAnla-ger und besta-tigt die bereits bei Versuchen mit einem Zwei-Schrauben-Schubboot festgestellten Resultate.
4.2 Leistungsmessungen
Leistungsmessungen mit 2-, 3- und 4-SchraubenSchubbooten, jeweils im Zweigliedrig-Zwillingsverband, wurden gemaI3 Versuchsiibersicht in 2.) durch-gefiihrt. Die Ergebnisse dieser Messungen einschlieBlich des jeweiligen Propeller-und Diisenschubs werden in den Abb. 8 bis 10 wiedergegeben, wahrend die dar-aus erraittelten LeistungskenngroBen in den Abb. 11-13 aufgetragen Sind. Hier-bei sind vollstandigkeitshalber die Ergeb-nisse des 2-S-Schubboots von der voran-gegangenen Untersuchung iibernommen worden.
Zu den Auftragungen ist noch zu be-merken, da13 die Schubwerte fur die bei-derseits symmetrisch angeordneten
Pro-peller und Diisen jeweils nur fiir die
Steuerbord-Anlage bzw. Anlagen angege-ben sind. Mit Ausnahme der Werte fiir den mittleren Propeller im 3-S-Schubboot sind diese deshalb zu verdoppeln, urn den jeweiligen Gesamtschub zu berech-nen. C
-
T=Gesamtschub Th VSAO F.,/2. 2.Propeller + Diisen
Sogziffer t
CTh
Aulage I
Anlage II
Anlage III
Die Widerstandsmessungen mit dem Verband bei verschiedenen Leichtertief-gangen wurden ausschlieBlich mit dem 2-S-Schubboot, das bra Verband angekop-pelt war, durchgefiihrt. Die beiden ande-ren Schubboote wurden in dieser Weise nicht untersucht. Sie lessen jedoch keine wesentlichen Widerstandsveranderungen erwarten, da sie annahernd gleiche
Hauptabmessungen aufweisen.
Zur Ermittlung der Sogziffer sind die
jeweiligen und
Propellerschub-werte sowie der Widerstand des Ver-bands mit angekoppeltem 2-S-Schubboot bei Nicht-Vorhandensein der Flankenru-der benutzt worden. Eine nennenswerte Beeinflussung der Sogziffer durch Ver-nachlassigung dieses geringen Wider-standsanteils der Flankenruder ist nichf anzunehmen. Die so ermittelten Werte sind in den Abb. 11-13 aufgetragen.
Der Verlauf der Sogziffer im unteren Geschwindigkeitsbereich bei ellen 3 Schubbooten ohne Flankenruder zeigt eine Staffelung der Kurven zu hoheren Werten bei zunehmendem Leichtertief-gang. Diese Tendenz, die auch im
Zu-stand mit Flankenrudern" mehr oder
weniger erhalten bleibt, ist vor allem auf die Erhohung des Schubbelastungsgrads zunickzufiihren, die aus der Tiefgangs-vergroBerung bei konstanter Geschwin-digkeit resultiert. Bei der jeweiligen Dienstgeschiwindigkeit, entsprechend ei-ner Leistung von PD = 2650 kW, ist die Sogziffer fiir alle untersuchten Tiefgange und bei ellen 3 Schubbooten annaherndgleiah und zeigt
keinen wesentlichenTiefgangseinfluB. Der absolute Wert bei Nicht-Vorhandensein der Flankenruder liegt bei etwa t = 0,27 bis 0,29.
Auf der anderen ,Seite kann festgestellt werden, daB die Erhohung der Sogziffer durch Flankenruder vorwiegend vom Schubbelastungsgrad und von der Profil-form der Flankenruder abhangig ist. Sie wird vom Ankoppeln des Schubboots im Verband oder von der Tiefgangsande-rung der Leichter im untersuchten Be-reich zusatzlich kaum oder nur indirekt beeinfluBt. Die als Flankenruder ange-ordneten Gruppenruder in Anlage III bzw. IV bewirken eine Erhohung der Sogziffer um 3 bis 5 Prozentpunkte (At = 0,03 bis 0,05), wahrend die der Anlage I mit 6 bis 8 Prozentpunkten t = 0,06 bis 0,08). etwas schlechter abschneiden. Diese Werte entsprechen einem sogbedingten Wirkungsgradverlust (Verlust in Schiffs-einfluBgrad) von 6 °/o bzw. 10 Vo. Da sich
gleichzeitig aber auch der Nachstrom an-den, wodurch der SchiffseinfluBgrad zu-satzlich beeinfluBt wird, ist die Erho-hung des Leistungsbedarfs infolge der Anbringung von Flankenrudern nicht ganz identisch mit diesen Werten und zeigt auBerdem eine geringe, aber den-noch deutliche Abhangigkeit von dem Leichtertiefgang, wie aus Abb. 14 ersicht-lich ist.
Zur Nachstromz.iffer selbst ist zu be-rnerken, daB die in den Abb. 11-13 ein-getragenen Werte aus dem Freifahrtdia-gramm des jeweiligen Pro,peller-Diisensy-stems unter Annahme der Schub- und der Momentenidentitat ermittelt wurden. Es ist jeweils der iMittelwert in Betracht gezogen worden. Die Annahme der Schub- bzw. Momentenidentitat ist nicht ganz korrekt, weil die Diise am Schub-boot im Gegensatz zum Freifahrtversuch teilweise in den Rumpf eingelassen wird und damit nur partiell wirksam ist.
Wah-rend die so ermittelte Nachstromziffer
als absoluter Wert fehlerbehaftet sein
kann, duffle die Anderung des Nach-stroms durch Flankenruder zutreffen.
Diese Anderung ist beim Mittelpropel-ler des 3-Schrauben-Schubboots (Abb. 12) nur gering, weil er von vomherein eine sehr hohe Nachstromziffer aufweist und die Ansaugstromung vorwiegend aus dam Bodenbereich erfolgt. Deshalb ist auch der EinfluB des Verbandstiefgangs hier unwesentlich. Dagegen sind bei den Seitenpropellern in diesem Fall und bei den AuBenpropellern im 4-S-Schubboot, die mit zunehmendem Leichtertiefgang mehr von den Seiten ansaugen, sowohl die durch Flankenruder bedingte. Ande-rung des Nachstroms als auch der Tief-gangseinfluB starker.
Die von den Flankenrudern hervorge-rufene Erhohung des Leistungsbedarfs wird fiir elle 3 Schubboote in Abb. 14 als Funktion der Geschwindigkeit wiederge-geben. Als Parameter werden .der Leich-tertiefgang und die an die Propeller ab-gegebene Leistung eingetragen. Sie ver-deutlichen, daB mit zunehmendem Leichtertiefgang und gleicher Leistung, d. h. bei steigendem Schubbelastungs-grad, die Verluste 'geringer werden und bestatigen somit die Ergebnisse der Tros-senzugmessungen. Eine Ausnahme zeigt das 4-Schrauben-Schubboot, bei dem der TiefgangseinfluB umgekehrt ist. Hier waren die Flankenruder nur
an den
auBeren Propellern an.gebracht, wo sie den Nachstrom mit einer deutlichen Ab-hangigkeit vdna Tiefgangseinflul3 am starksten vergroBern, wahrend die Sog-ziffer nur unwesentlich erhoht und von der Tiefgangsanderung innerhalb des un-tersuchten Bereichs zusatzlich kaum noch beeinfluBt wird.ZahlenmaBig betragt die Enhohung
des Leistungsbedarfs durch Flankenruder ca. 5 0/o bis 10 °A.
AbschlieBend enthalt Abb. 15 eine Gegentiberstellung der
PropulsionsgOte-3,0 (
ohne Flankenruder
.mit
Flankenruder
0,200,33 0,270,24 0,220,2910 0,
(ohne Flankenruder
mitFlankenruder
0,180,30 0,200,29 0,200,23oo
ohne Flankenruder
0,125 0,14 0,16'Pfahl- (mit
Flankenruder
grade aller 3 Schubboote. Zur Berech-nung dieser Werte wurde, analog zur Er-mittlung der Sogziffer, in alien Fallen der Widerstand bzw. die Schleppleistung des Verbands mit an.gekoppeltem 2-Schrau-ben-Schubboot benutzt. Die Berechnung wurde fur den Zustand Schubboot ohne Flankenruder" durchgefahrt. Mit
ange-brachten Flankenrudern werden diese
Werte etwas niedriger ausfallen. Ange-sichts der hoch belasteten Propeller kann der Propulsionsgutegrad durchweg als gut bezeichnet werden. Die Propellerbe-lastung beim 2-Schrauben-Schubboot ist am ungiinstigsten und erklart, warum dieses den beiden anderen Schubbooten unterlegen ist. Der Propulsionsg-iitegrad liegt je nach Schubbootausfiihrung zwi-schen 41 °A und 50 2/0.
4.3 Striimungsmessungen
Da fur die Nullstellung in Vorausfahrt der am Schubboot angeordneten Flan-kenruder in erster Linie die horizontalen Anstr6mrichtungen von Bedeutung sind,
werden diese ohne Angabe der
Ge-schwindigkeitskomponente für alle drei Schubboote in den Abb. 16-20 dargestellt, wobei sie in den waagerechten Schnitt-ebenen Fangs der Ruderprofile um 900 utn-geklappt und entsprechend der schrag gewahlten MeBebene seitlich versetzt sind. Uber die Profillange mid besonders bei jeweils innenliegenden Flankenru-dem auch urn die Profilhohe sind die Zu-stronarichtungen im Ansaugkegel der Diise sehr unterschiedlich. Ein .mittlerer Nullstellungswinkel füi die Ruderflache,von. dem die ortlichen Anstromwinkel
nicht zu stark abweichen, laBt sich eher ffir kurze Profile herauslesen, als wenn diese langgestreckt sind. Das erklart
auch die Uberlegenheit der kiirzeren Pro-file der Gruppenruder in den Anlagen III und IV gegeniiber den langen Ruderblat-tern in den Anlagen I bzw.
Die ortlichen Anstromrichtungen
las-sen arkennen, daB die auBeren
Flan-kenruder an alien Seitenpropellem weni-ger AnlaB zu Storungen geben als die inneren Ruder. Die nachfolgende Uber-sichi gibt den jeweiligen arithmetischen Mittelwert der gesamten MeBflache. Darunter in Klammern und in
Schrag-schrift with gleichzeitig die jeweilige
mittlere Abweichung für alle zur Mittel-wertbildung herangezogenen MeBpunkte angegeben.
Die Anstromrichtungen in Ebene der auBeren Flankenruder zeigen eine gerin-gere Abweichung vom jeweiligen Mittel-wert. Dariiberhinaus scheint em n Zusam-menhang zwischen dem mittleren Winkel bzw. der Nullage des Ruders und dem Abstand der zugehorigen Propellerwelle aus Schiffsmitte zu bestehen. Ohne
end-gBltige fiber die Richtigkeit
die-ser Annahme zu iiehen, wofiir eingehen-de Unterauchungen einiger weiterer Pa-rameter, wie z. B. Verbandstiefgang und Propellerdrehsinn erforderlich sind, kann festgestellt Werden, daB der sich nach warn offnende Nullagenwinkel 30 mit
ZU-Anstromrichtungen, Mittelwerte:
Schubboot au sf tihrung :Flanken-ruder
Mitte Schiff
und Welle(Mittelpropeller)
StB InnenMitte Welle
Seiten
propeller
AuBenSeitl. Abstand der
Propellerwelle aus
Schiffsmitte
nehmendem Abstand yp nahezu stetig groBer wind in der Form
30AuBenruder
= 0,47 yp2 - 1,03 yp ± 1,05 30 = Flankenruder
Nullagenwinkel
Y0 = Abstand der Propellerwelle aus Schiffsmitte
Bei den inneren Rudern ist keine sol-che Tendenz feststellbar. Die
Anstrom-richtungen hier sind von unten nacli
oben wendeltreppenartig aufgebaut, wo-bei die Ansaugung unterhalb der Propel-lerwelle mehr von der AuBenseite er-folgt, wahrend der Zustrom °ben anna-hemd die Richtung der TunnelOffnung annimmt.Die beiclen Ruder am mittleren Propel-ler des 3-S-Schubboots ergeben eine zur Mittel-Langsachse asymmetrische Nulla-ge. Der sich nach vorn offnende mittlere Nullagenwinkel betragt 3,5° und 10,5° für Backbord- bzw. Steuerbordruder. Die-ser Versatz bei sonst symmetrischer An-ordnung weist auf den EinfluB des Pro-pellerdrehsinns hin. Dentnach scheint der rechtsdrehende Mittelpropeller die Nulla-ge der hier anNulla-geordneten Flankenruder um 3,50 nach rechts zu verschieben.
Zusammenfassung
Die vorliegende Arl3eit enthalt eine Getamtiibersicht iiber die zum gleichen Thema in den V13D-Berichten 884 land 911 behandelten Modellversuche. Es werden die wesentlichen Ergebnisse dieser
Ver-suche mit je einem Zwei-, Drei- und
Vier-Schrauben-Schubboot mit in.sgesamt 3 vertchiedenen Ruderanlagen wiederge-geben. Ina einzelnen beinhalten sie ver-gleichende Trossentug- und Leistungs-messungen sowie die Untersuchung derX X 0 -3,5° 5,0° 4,0° (5,4°) (4,0°) (7,0°) (7,5°) 10,0° 13,0° 17,0° 16,0° (5,8°) (3,5°) (3,0°) (3,4°) 1, 5 0 m 3,75 an 4,40 in 4,60 an
ortlichen StrOmungsverhaltnisse im Be-reich der Flankenruder.
Die Trossenzugmessungen zeigen den EinfluB der einzelnen Ruderprofile auf
die Sogziffer in Abhangigkeit vom
Schubbelastungsgrad bei alleinfahrendern Schubboot und mit dem Schubboot im Zweigliedrig-Zwillingsverband. En we-sentlicher Unterschied zwischen den 3 Arten von Hauptrudern ohne Vorhanden sein der Flankenruder ist nicht festzu-stellen. In diesem Zustand betragt die Sogziffer durchschnittlich etwa t = 0,2 für das alleinfahrende und t = 0,27 bis 0,29 für das im Verband angekoppelte Schubboot.
Die Flankenrucler beeinflussen die
Sog-ziffer unterschiedlich stark, wobei die
schlanken, kurzen Profile der Gruppenru-deranlage am giinstigsten abschneiden. Die Propulsionsversuche bestatigen diese Ergebnisse und liefem die Daten iiber den EinfluB der Flankenruder bei ver-schiedenen Leichtertiefgangen auf Sag und Nachstrom und .damit auf die Erho-hung des Antriebsleistungsbedarfs. Die Erhohung betragt je nach Verbandstief-gang, Flankenzuder- und Schubbootaus-fiihrung sowie Gesamtleistung zwischen 5 Vo und 10 0/o.
Die festgestellten Umstromungsver-haltnisse verdeutlichen, daB es vor al-lem die inneren Flankenruder sind, die am unterschiedlichsten angestromt wer-den. Zur besseren Anpassung an die An-stromrichtungen sind hier ktirzere Profile iiberlegen. Eine weitere Verbesserung ist vorstellbar, wenn jeweils das innere Flankenruder in der Mitte geteilt und mit einem Anstellwinkelversatz zwischen dem oberen mad unteren Teil versehen with, wobei die Trennlinie etwa parallel
.1
BB -3,5° X
(4,9°)
10,5° X
0.5' ; 0.55 0,3 '0.2
_Arstoio -m"
Ara
RUderanlagewary-3
I! Sor Ruderanlage pLa.0 raft RuderanlageAbb. 1: Elnbauzelchnung fUr 2-S-Streakenschubboot M 771
0,1
0.2
0.3
0.5
Abb. 2: Trossenzugmessungen - Voraus
Schubboot-Modell 771, Ruderanlage
-
001 .04- 601
0.6 j v. n.Dp P. 0,55 10.K0 0.5 0.45 0.3 0.2 0,1 0.4 0,2 0,1 0,2 0.3 04' 0.5Abb. 3: Troseenzugmessungen - Voraus
Schubboot-Modell 771, Ruderanlage
- - ohne Flankenruder - mit Flankenrudern
Lei fungsverhattnis be n =,lionst.
1,0 8 5 6 2. 8010 20 30 40 50 60 80 POO TR0p1510 Cm -P12 Ao
Sogzlffer sus TrossenzUgMessungen bel konstanter Drehzahl,'24-Schubboot Modell 771
0 V5 4 4,0 km/h 0 = 8,0 km/h V0= 12,0 km/h is Op Prop. KTOOse Ruderonloge 0 V =Olt0.2 0.1 09 .168 0.3 0.2 1.0 1-P I-? 1.0 Sogziffer ad I
Leisfungsverhilltres bed n konst
;
;
5
;
; ; ;10
Abb. 5: Sogzlffer aus Trossenzugmessungen
be! konstanter Drehzahl, 2-S-Schubboot Modell 771
Flonkenrudern I lanlh V= 2
knyh,----...
I ohne Ronkenruder SegzifferverholOns, 1 I 1._ 250I.,17r
CUP. 0.0' 1 Le Leistungsverhditnis bei n = konst. . 2 2 .1 45 3-S-Schubboot M838, Ruderonlage 0 V.8,0 kmlh is ISO 01616 250 P.3 FP6 it 4 km/h km/h 20 30 40 50 60 10 00 c _ 4110115161 P/2 30 4.0 50 60 3000 - P/2 ' AOAbb. 8: SogzIffer sue Trossenzugrnessungen
be! konstanter Drehzahl, 2-8-Schubboot Modell 771
20
5
0
20
Cm. TProp. ISIS on,Aun..,
Abb. 7
' P12'q
SOgzIffer aus Trossenzugmessungen Schubboot Im.Zwelglledilg-ZwIllIngsverband Waisertlefe h,--50-m, TL = 2,0m
Ruderonlage Ve0. AI Ruderonioge
0
V =Or,
t LO bei V.0 4 -S-SchUbboot M843 Ruderoniage I --km1h V.1.0 kmlh 0 / V.0 10. 30 60 SO 00 'ea Tp Impl 12 40001 PE:Po (PS! .5. 3000: 2000 1000, Abb. 8: LelshingsmessungenLSchubboot M 771 Im Zwelglledilg-ZwIllIngsverband Risderanlage Wassertlefe h =4,0 m
'Tp StB 10 6 £000 !Psi 5 12m n300 no 250 7600 2000: 200 2000] WOO 2000 6 2 30 PE i 10 10 Vs I(km/I,! =2.8 m
tiff
Adij'11
=.3.2m hlbob:et pruder - moll; VS ikm/h1 Abb. 9: Lelstungsmessungen3-S-Schubboot M 038 Im ZwelglledrIg-ZwIllIngsverband Ruderanlage 0 Wassertlefe h = 5,0 m
15 2 6 To SIB 411401 0 To Mine 2TIMPI ... :. . .. . .. . 0 0 v V V era," cr..Q. o iImimm..._, -Ko --i-id-o A Vs 4. 0 V. = 4,0 V. . ItOkm/h V. = 12.0km/h 7 v....' km/h , N.8 ".... ro,T, .6 .
ri
x
,
To/Tp ..,. , 0 V.-
--
ohne mit Fkmkenruder Flankenrudern -.,.. -... , `'...-,
.+. o dr..n
...-.-..v\ 00 2aio 0.29 aao 425 0.20 430 2000 1000 6 4 TO I Inners 1.32m 42,6in oo Schubboot '1) ohne }Flonkenruder 50 ittWI 4000 "4 300 PE:1113 WAN rts (PS) I 250 9500 3000 4200 150 -70 Abb. 10: Leishingemessungen Wassertlete .h = 5,0 m 44-Schubboot M 843 In Zwelgiledrig-ZwillIngeverband Ruderiage 0'. 12 7i 432m 11, 0.7 46 as Q4 03 an 10 77 12 13 14 75 VS 69.1/91
Abb. 11: Sog- und Nischstromverhfiltnlese
. Zwelgiledrigawillingsverband, Wassertlefe h = 5,0 m 2-S-Schubboot M 771, Ruderaniage 1.3 1.1 10 2.11m Ntmlhl 12 13 15 =3.2n Zero 0M11-0 so To Innen c 3.2m notionamettnnonaithw Gus Schub. u.lIddronldnIddn11191 2.5m tom wwwwwwito 11 15 VslIon/91 Mittel ro eller . / 15 70 12 13 6 15 Vs Ilan/h / . 14 1 Irn6,91
Abb. 12: Sog- und Nachstromverhilitnisse
ZweloiledrIg-ZwillIngsverband, Wassertiete h = 5,0 m 3-S-S-chubboot M 838, Ruderanlage 0 S. 54 Gt. 152 to 72 II /6 /5 V0 b 1.1 In 1 Sigriff or In FIanknruder I 1
Abb. 13: Sog- und Nachstronwerhilltnisee
Zwelgiledrig-ZwillIngsverband, Wassertiele h = 5,0 m 4-S-Schubboot 843, Ruderaniege
0
2-S-SchUbboot M771 Ruderanlage 3 -S- Schubboot M838 Rucleranlage (i) 4 -S.- Schubboot- M 843 uderanlage FOAbb. 14: Erhahung des Lefetungsbedarfa durch Anordnung
von Flanicenrudern ZweigliedrIg-ZwillIngsverband, Wassedlefe h = 5,0 m --,J111;.711". M-4-r4 , __Eno I AL' 1.2 /.1 1.0 09 0.11 1.2 1.0 49 12 6 r _ j o NrOstofon u mute Rudancnoll 2.1rn IInnenpropeller And0rtn9 dos 740c001000 durch Flankoniuddr Aufienpropaller 10 13 I r .3 2. 12 V: m.ithi Flankenruder 14 15 Vs normi r LI: . ---.-1 . .. - --;--, j-5---," I-;..i ... 1 ,
,
,..,n1: r I ..r -"---;:_u.s. "" i ,'1_ arc T_I-54.: tettl_.4::-.4
r----r -r----r----1---,...10-1_,:_;.:,-,-,,.1 .3i7---H.-.-. 4-,..._
,--4 'r-4,..4_.,-;--o
, ,t -'L_ c=4. r._ tte___ --L/151Abb.18: Horizontal° Anstramdchtungen am jewelligen Oil doe Ruders
Schubboot M 771 (ohne. Flankenruder)
Zwelglledrig-ZwFiffngsverband TL = 3,2 m Wassertlete -h = 5,0 'm fleschwIndIgkeit V = 14,4 km/h Propellerdrehzehl n .= 242 UPM ilo 0.5 0.4 0,3 0,5 0.4 0,3 0,4 0,3 Ta -Lt 3.2 2 -5 - Schubboot M771 I I I 3 5 -Schubb oot M83 To .2,8,m TL= 2.8m 4 -5 -Schubboot M843 10 It Abb. 15: PropulelonegOtegrad Schubboot im ZweiglledrIg-Zwillingsverband Weesertlefe h = 5,0 m r5. T*45._14_1. rirk9 or 1 -1`1.' l+a* 9100.1161 und , I 111.. Ruddrecloo 12 13 14 15 Vs ikmilt St B -Propeller
Abb. 17: Horizontal° Anstr8mrfchtungen am JewellIgen Oil
dee Flankenrudere
3-S-Schubboot M 838 (ohne Flankeriruder)
2 m Dreigliedrig-Zwillingeverbrusd TL ' Wassertlete h = 5,0 m GeschWindlOkell V = 13,55 km/h Propellerdrehzahl n 239 UPPA zs: 4' r° .1.56 1
1110
1111Erep=
VOP
Nd0s7efon ied MR. ea ' reAbb. 18: Horizontal° Anstramrichtungen am Jewelligen Oil
dee Flankenrudere
3-S-SchUbboot M 898 (ohne Fienkenruder)
Dreigliedrig-ZWillingsverband TL = 3,2 m -Waseertiefe h = 5,0 m OeschwIndigkeit V = 19,55 km/h Propellerdreltzahl n = 238 UPM
Abb. 18: Horizontals Anstramrichtungen am fewelligen Oil
des Flankenrudere
4-S-Schubboot M 849 (ohne Flankenruder)
DreigliedrIg-Zwillingsverband TL m Wassertiefe h = 5,0 m Cleechwindigkeit V = 13,25 km/h Drehzahl n = 283 UPM 44 644r itkL:Kt_ tnnenn,dar 1M/tee/propeller' 70' at" -oNelblehn -RadanoteR _ en Aufienructer 1. 'ere.F. sta- Aullenpropelled
Abb..20: Horizontals Anati8Mrichtungen am..feweiligen Oil
des Flankenrudere
44-SChUbboot M -843 (ohne Flankenrilded
3,2 . m :Dreigilede1040/1111figeverband TL Waseertlefe h = 5,0 m CleschWIndIgkell V 00 13,25 km/h 17*
/
, . 49 Au fienpropeler 6 1 Aulhan 4 2 0.7 Tr) li4Z8m Aullen 4 MN Tel 2 Innen 03zur Gillung Verlauft, um der ,Schilg nach oben gerichteten Zustromtng Rechnung zu tragen.
Die AnstrOmriahtungen am Ort der auBeren Flankenruder lassen vernitteri, daB hier em n ZUsammenhang zWischen dem mittleren Nullagewiriket Und dem seitlichen Abstand der zugehorigen Pro-pellerwelle aus der SChiffsreitte, besteht, wahrend der mittlere Pfopeller am 3-Schrauben-Schubhoot atif den thoglichen EinfluB des Propllerdrehsinns hinweiSt.
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