ARCHIEF
Dipl.-Ing. G. Luthra
236. Mitteilung der Versuchsanstalt fiir Binnenschiffbau e. V., Duisburg
Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule, Aachen
Mitglied der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen é. V., Koln
1. Einleitung
Die Ergebnisse von Modellmessungen
zwecks Ermittlung des Leistungsbedarfs und der Fahreigenschaften von GroBaus-fiihrungen zu benutzen, ist im Schiffbau emn lange geiibtes Verfahren. Die Umrechnung der an Schiffsmodellen gemessenen Krafte auf die GroBausfiihrung, sofern das Modellunter dem Schleppwagen gefesselt bleibt und sich die Messungen auf Vortrieb und
Ruder beziehen, erfolgt nach erprobten
Umrechnungsverfahren, die Gegenstandeingehender experirnenteller
Untersu-chungen gewesen sind (siehe z. B. [1] bis [6]) und unter bestimmten
Voraussetzun-gen zu zuverlassiVoraussetzun-gen Ergebnissen fiihren.
Bekanntlich liegt die Schwierigkeit darin,
daB sich das Froude'sche und das Reynold-'sche Ahnlichkeitsgesetz im Modellversuch
nicht gleichzeitig erfiillen lassen. Stimmt
die Froudezahl zwischen Modell und
GroB-ausfiihrung iiberein, so ist die Reynolds-zahl des Modells erheblich kleiner als die des Schiffes, mit der Folge, daB das
Rei-bungs- und Ablosungsverhalten nicht mehr vergleichbar ist und beim Modell die
zahig-keitsbedingten Widerstandsanteile relativ
zu groB sind. Wird das Modell im Versuch
ausschlieBlich durch die eigenen
Propul-sionsorgane angetrieben, urn die nach
Froude umgerechneten Geschwindigkei-ten zu erreichen, so wiirde dies bedeuGeschwindigkei-ten,daB wahrend des Versuchs der Propeller zu
hoch belastet ist, wodurch in Verbindung
mit dem MaBstabseffekt der
Propulsions-und Steuerorgane die StrOmungs- Propulsions-und
Druckverhaltnisse urn das Modell weiterverandert werden.
Kurzfassung des VBD-Berichtes 1155
Die Arbeitsgemeinschaft Industrieller For-schungsvereinigungen e. V., Köln, hat der Versuchsanstalt fiir Binnenschiffbau e. V., Duisburg, auf deren Antrag in dankenswer-ter Weise die Durchfuhrung des
Versuchs-programms ermOglicht und das Vorhaben aus
Mitteln des Bundesministeriums fur
Wirt-schaft gefOrdert.
Der vollstandige Bericht kann zum
Selbstko-stenpreis zuziiglich Porto und Mwst. von der Versuchsanstalt fiir Binnenschiffbau e. V., Klocknerstr. 77, 4100 Duisburg 1, bezogen
werden. Bild 1
Lab. v. Scheepsbouwkunti4
TechilisChe _Hogeschool
,Ermittlung
des':Mafistabgeinfiusses.auf
und Mantivrierverhalteti
von
Binnenschiffsmodellein
einer Geosimserilel
Urn am Modell u. a. bei
Propulsionsmes-sungen die gleiche Propellerbelastung wie am Schiff zu erreichen, wird das Modell in
Fahrtrichtung zusatzlich
mit einer den
MaBstabseffekt kompensierenden Kraft, auch Reibtingsabzug genannt, gezogen. Dies ist am langs gefiihrten Modell unter
dem Schleppwagen leicht zu
bewerkstelli-gen beim freifahrenden Modell dagegen
nicht oder nur schwer moglich.
Modelle miissen in der Regel frei gefahren werden, wenn ihr dynamisches Fahrverhal-ten untersucht werden soil. Dies ist beson-ders der Fall, wenn die Schiffahrtsversuche im Zusammenhang mit dem vvasser- bzw. fluBbaulichen Modellversuch durchgefiihrt werden. Sie erfordem, daB sowohl das zu
untersuchende Bauwerk wie Mich die
Schiffseinheiten im gleichen MaBstab her-gestellt werden und zur Verftigung stehen.Im Interesse einer sicheren. Obertragbar-keit der Ergebnisse auf die
GroBausfiih-rung sollte das Modell moglichst groB
ge-wahlt werden, andererseits steigen bei
meist groBfladhigen Batp.verksmodellen
der Platzbedarf und die Kosten mit steigen-der ModellgroBe sehr stark an. Aus
Platz-und Kiistengriinden viird man iminer be-strebt sein, mit einem ModellmaBstab im unteren .Bereich des fur wasserbauliche Versuche zulassigen ausztikornmen. Fur die SchiffahrtsersuClie siid lire Modelle
dann zu klein. Daraus.ergibt. sich die
Not-wendigkeit, Korrekturfaktofen zu finden,
die es erlaub,en, physikalisch:bedingte Ab-weichtmgen bei Messungen mit freifahren-den Schiffsmodellen, ,auelx kleinerer Ab-messungen, weftgeherid"aazuheben, darnit eine genauere Ubertragung.der so gewon-nenen Ergebnisse.auf.die Verhaltensweise
der GroBatisfiihrung vbrgenornmen wer
den kann.
Ausgehend von dieser Situation sind beim
vorliegenden Vorhaben Geosimversuche durchgefiihrt worden; urn .so auf experi-mentellem Wege die mastabsbedingten Abweichungen in Propulsions- und Ma-novrierkenngroBen bei Modellen
unter-miloototINWPIPME=ii
. NEMMUNIMI
11.11== aMVIErwmirltubstzwrAvArrem
maanrang mot
mummEmmor
Imommimmue
0 'I6 7 L 5 07 B 930.
Geosim- Modellbersicht
Basisentwurf u. Ausfithrung Schiff swerft Ebert, Neckarsteinach
425 259 17 277 1117 11/7 11S5 Modell-NE 4 LiJA In] (ml11 H i ml Tp.p. (ml V-I n31 Op In I np IOW Bericht-Nr. L. KRIEGER 1 104,950 10,950 3,250 3,000 3055 1,625 375 805 I 858 ' 929 10 10,495 1,095 0325 0,300 ' 3,055 0,163 1186 1235 16 6,559 0,684 0,203 0,188 0,746 0;102 1500 1271 20 5,248 0,548 0,163 0,150 0,382 0,081 1677 1272 25 4,198 _0,438 0,130 0,120 0,196 0,065 1875
schiedlicher GrOBe festzustellen und damit
Unterlagen fur die weitere Untersuchung
der MaBstahseinfliisse beim Manovrieren zu gewinnen.
Irn einzelnen sind Propulsionsmessungen
am langs gefahrten Modell unter dem
Schleppwagen in vier MaBstaben durchge-fahrt geworden, wobei einmal die iniibli-cher.Weise errechnete Reibungskorrektur
angewendet wurde und in der zweiten
Ver-suchsreihe unterblieb. Letzteres kommt dem freifahrenden Modell gleich, nur bei geftihrtem Modell unter dem
Schleppwa-gen loOnnen Schleppwa-genauere MessunSchleppwa-gen erfolSchleppwa-gen. Untersucht wurde hierbei der beladene Zu-stand auf drei Wassertiefen.
In ahnlicher Weise, d. h. bei 1 Tiefgang und
3 Wassertiefen, sind anschlieBend
Stan-dard-Manovrierversuche mit freifahrenden Modellen durchgeftihrt worden.
Messungen am naturgroBen Schiff runden die Untersuchung ab.
Schiffs- und Modelldaten
Die modellmalligen Untersuchungen wur-den mit maBstabsgetreuen Modellen eines modernen Einschrauben-GroBmotorsch&
fes, das in der GroBausfiihrung mehrfach vorhanden imd als sogn. Rundfahrer zum
Befahren der WasserstraBenklasse IV ein-gesetzt ist, ciurchgeffihrt. Ein Modell von diesem Schiff im MaBstab 1: 10 war in der VB,D bereits vorhanden. Drei weitere Mo-. delle wurden fur, die Untetsuchung neu
an-gefertigt.
Die ModellmaBstabe dinschlieBlich des
vorhandenen Modells wurden in folgenden Abstufungen gewahlt:
= 10; 16; 20; 25
Bild 1 zeigt..die Vor- find
Hinterschiffs-' Zeichnung und eine ebersicht der Geosim-Modellserie, wahrend Bild 2 die Propeller-und Ruderanordnung im kleinsten Modell,
stellvertretend auch fur die andeten
Mo-delle, wiedergibt.
Die Versuche mit der GroBausfiihrung
warden auf tiefem Wasser im Bereich desHollandischen Dieps gefahren.
Modellver-suche wurden im groBen Schlepptank der
VI3D auf drei Wa:ssertiefen entsprechend h = 10,0 m; 5,0 m und 3,5m durchgefiihrt. Die Standard-Z-Mantivertests mit den
bei-den grol3en Modellen konnten wegen der. hierfiir vorgesehenen Ruder- und.
Stutz-winkelkombinationen von 200/100 und
400/100, wie sie bei- diesem Versuch
iibli-cherweise eingestellt werden, nicht im
Schlepptank erfolgen, da die zur gung stehende Tankbreite bei diesen Mo-dellabmessungen nicht ausreichte. DieseVersuche wurclen nur auf einer Wassertiefe
im Oberwasser der Schiffahrtsschleuse
Raffelberg durchgefiihrt.Versuchsergebnisse
3.1 Propulsionsmessungen
Die Propellerfreifahrtdiagramme und die
Ergebnisse der Propulsionsmessungen mit der Geosim-Modellserie in vier MaBstaben auf drei Wassertiefen sind in der iiblichen
Auftragungsweise im ausfiihrlichen
Be-
Sp,-25
Brad 2
richt vorhanden. Sie werden hier aus Platz-granden nicht wiedergegeben.
Die Gegeniiberstellung zunachst der
Lei-stungswerte des Schiffes aus dem
her-Propulsionsmessunqen mit GeosimOerie
I-S-GOtermatorschiff llefgang T. 2,8m Wassertiefeh =10.0 m TIT 1,4 1.0 min 1,0 S, Fn PD , T , n oit T , n' ohne R.1""mblug 2.10 5 10. 1.10. 2.10. 1.10. 2.10. R, Bild 3
kommlichen Versuch (d. h. mit Reibungs-abzug nach ITTC) 'nit vier Modellen besta-tigt die bisher bekannte Tatsache, daB die
Leistungswerte far abnehinende
Modell-groBe auf flachem Wasser holier ausfallen.
Mit flacher werdendem Wasser wird der
Unterschied groBer.
Das maBstabsabhangige, abweichende
Verhalten auf flachem Wasser ist dadurch zu erklaren, daB, wahrend die ITTC-Kor-relationslinie den Reibungswiderstand
un-abhangig von der Wassertiefe iiber der
Reynoldszahl fhdert, sich der wirklicheReibungswiderstand mit flacher
wdendern Wasser in zunehmendem MaBe
er-Milt. Bei solchen Versuchen auf flachem
Wasser wird demnach bei einem kleineren Modell gegeniiber einem grOBeren ein zu
geringer Reibungsabzug in Rechnung ge-stellt. Hierdurch entstehen auch bei Be-riicksichtigung des Oblichen Reibungsabzu-ges Obertragungsdiskrepanzen, die urn so greiBer ausfallen, je kleiner das Modell und je flacher das Fahrwasser ist.
Die Obertragungsdiskrepanzen in solchen
Versuchen mit freifahrenden MOdellen
sind naturgemal3 noch groBer, da der Rei-bungsabzug im allgemeinen ganzlich weg-gelassen wird. Der sich so ergebende
Lei-stungsmehrbedarf und die Erhohung des
Propellerschubs und der Drehzahl werden in den Bildern 3 und 4 gezeigt. Dargestellt
werden diese als Quotientwerte aus den Leistungen, Schiiben und Drehzahlen bei Propulsion ohne (gekennzeichnet mit
ei-nem Asterisk) und mit Reibungsabiug. Bild 3 zeigt diese Quotienten fiir die nach
Froude umgerechneten
Geschwindigkei-Prdputsionsmessungen mit Geosimserie
1-0-0iltermotarschiff netang 0=2,8m Geschwindigkeir Fri =0,10 riT 1,4 1,2 1.0 n'/n 1.3 1,2 1.1 1,0 Kerroocrotrund.. 10 1620 25 100m 0 0 0 3,5 Der k R 684 g m.
f
-h-
--PIP
Basis 1 -12 Schnitt AA Einbauzeichnunq 10 KA 1 A 1496.90 7
n
Amm
Pr:/p..;Goa low Iota 016
10 0 0 16 a 35 0 E V 2. O. 5.10 1-10' 2.10. 510. 1.100 210' Bild 4 IR,
5 6 (./sec) 1,0 0,8 0,6 V -.0.0,6 E3.17..2;0,5 " 0,4, Bdd 11
Z - Manovertests miP Geosimserie ' 1-5-Giitermotorschift
88.111,u3 der Wassertiefe PrOpeUerdrehzerd n = 300 UP M Manitab 22: R uder -.15tfitzwinkeL 10 5 35 10 Wassertiefe Irn 40°./10.
stellt werden (Selbstpropulsionspunkt des Mo'dells), urn den relativ groBeren
Rei-bungswiderstand des Modells zu
iiberviin-den. Dies fiihrt zu relativ hoheren Propel-lerbelastungen im Modell, die urn so grelBer werden, je kleiner das Modell ist.
Es wird, allgemein die Auffassung vertre-ten, daB die hierbei im Modellversuch
auf-tretenden, durch Reynolclszahl-bedingten MaBstabseffekte sich gegenseitig
aufhe-ben. Man geht davon aus, daB die
niedrige-re Geschwindigkeit und damit die
schwa-chere Anstromung des Ruders im Modell, die sich aufgrund der relativ zur
GroBaus-fiihnmg dickeren Grenzschicht einstellt, durch Zusatzgeschwinciigkeit infolge der
relativ hoheren Schubbelastung des
Pro-pellers kompensiert wird und somit die efL fektive Anstromting des RUders im
Propel-lerstrahl fur. Modell und GroBausfuhrung
ahnlich 1st.
Fliertber kann aUs den vorliegenden Ver-Suchen keine Aussage abgeleitet werden, aber in einer anderen Arbeit ist u. a. eine diesbezfigliche Uhtersuchting init einem
seegehenden Tanker durehgefiihrt worden [8]. ES Wurde neberi der Vielzahl von Ma-neiVrierverstichen eine Serie Von
Z-Mario-vern gefahren, bei denen eine misatzliche
konstante Schleppkraft auf das Model
aus-geiibt wurde. Die jeweilige Schleppkraft wurde nach verschiedenen Kiiterien be-stirtimt, wobei atich der Fall tmtersucht
Wuirde, daB die PropellerdrehZahl des
Mo-dells dem Selbstpropulsionspunkt der
GroBausfuhrung entspraeh. Der Vergleich
der GroBausfiihrungsmessungen mit den Ergebnissen aus diesen Modellversuchen
haben erkennen lassen, daB die Auffassung fiber die gegenseitige Aufhebung der bei-den Reynoldszahl-bedingten. MaBstabsef-fekte wenigstens bei dem volligen Tanker
auf nefem Wasser nicht aufrecht erhalteti werden karm. Die Spezialversttehe
erhar-ten vielmehr die Vermuning, daB die effek-tive Drehzahl un Modellversuch weder niit dem Selbstpropulsionspunkt des Model-Is,
noch mit dem der GrOBausfiihrung fiber,
einstimmen muB. Es bleibt allerdings noch
zu klaren, welches Kriterium fur die Aus-wahl der erforderlichen Schleppkraft und damrt der Drehzahl anzthvenden ist. Eine Verallgemeinerring wird kaum meglich sein. Vielmehr ist tu erwarten, daB dieses
je nach Schiffsfonn, Ruderatiordnung,
ModellmaBstab und Wassertiefe
untei-schiedlieh ausfallt
4. Zusammenfassung
Bei modellmaBigen Untersuchungen iiber
das Manavrier- und Fahrverhalten eines
Is 110 100 90 80 1. .2c 7 6 Bad 12
Z-..flantivertetti mitt Geosimserie
I-s- Gd teriirofors-chiff Einflu8 der Wassertief e Propelterdrehzahl n = 300 UPS Mafistab. 225° ' Ruder -/Stiitzwinket 20./10° /10 35 10 35 Wassertiefe (ml
Schiffes, besonders wenn these im Rahmen
des wasserbaulichen VersuchS
durchge-fiihrt werden, koinmt der Frage der
Ubtragbarkeit der Modellergebnisse eine
er-hate Bedeutung zu, weil die groBflachigen
Bauwerkskonstruktibnen irn Modell aus Platz- und Kostengrunden klein gehalten
werden, mit der Folge, daB auch die
Schiffsmodelle dann meist zu klein sind. Sie werden auBerdeni bei solchen VerSuchen in der Regel frei gefahren,,d. h. eine Kom-pensation der MaBStabseffekte, %Vie es Z. B. beim Propulsionsversuch mit gefthrtem
Modell vorgenommen wird, ist nicht oder nur schwer moglich.
Is] 40 30 20 a, .5 1,2 11 > ' ". 1,0 0,7 CU 1,0 0,9 10,8 a3 0,7 (1) I°Isecl 1,1 1,0 ;7, 0,9 0,6 Si 3 0, Mid 8
Z-Manifivertests nit Geosimserie
1-5 -Gutermotorschiff Wassertiefe h .10 m Drehzchl. n WPM]. Manstab. Ruder-IStutzwinket 209 /109
Iii
L.1 LiLI ;7: 20 25 c c 1 10 16 20 25 Bild 7 GroBausfahrung em n lwrzer Propulsionsversuch gefahren. Fiir die Modelle sind die Drehzahl- und Geschwindigkeits-Relatio-nen aus der jeweiligen Auftragung derPro-pulsionswette des Versuchs ohne
Rei-bungsabzug entnorrunen worden.Eine schematische DarstellUng der Para-meter aus dem Z-ManOVer sowie deren De-finitionen werden in Bild 6 angegeben.
Die Ergebnisse
der Z-ManOver-Tests,gruppiert nach Wassertiefen, werden in
den Bildern 7 bis 12 wiedergegeben. Bild 7
enthalt die absoluren und die mit Langen-fahrzeit dimensionslos gemachten Werte
Z-Manovertests mit Geosimserie
1-5-Giltermotarschiff Wassertiefe h .10 m Drehzaht n WPM] .MaDstab Ruder-/StiitzwinkeL 209/189 40°/ 10°
MEM
SWAM
IRWIN
IMO
409/10°der Anschwenk- und Stiitzzeit der
GroB-ausfahrung und der 4 Geosim-Modelle
je-weils auf der Wassertiefe von h 10,0 m
bei zwei Ruder- und Statzwinkelkombina-tionen und zwei Drehzahlen.
Bild 8 zeigt eine entsprechende Auftragung der CJberschwingwinkel turd der
Drehge-schwindigkeit, wahrend Bild 9 die beiden
restlichen MamovrierkenngrOBen, narnlich die Ausweichzeit und die Zeit fiir eine voile Kursschwingung wiedergibt. Der
Querver-satz konnte bei den auBerhalb der VBD
durchgefiihrten Versuchen nicht gemessen werden.
Urn einen direkten Verg,leich vomehmen zu kannen, sind die absoluten Werte der gemessenen Zeiten auf die
GroBausfilh-rung umgerechnet worden.
Z -Mantivertests Mit Geosimserie 1-5 -Giltermotorschiff Wassertiefe h .10 m to [ 1110 Bild 9 Ruder-/Stutzwinkel 209/10° Li LI Li 1-1 1 10 16 20 25
Wie man anhand der aufgetragenen Punkte
erkennt, sind zwischen der GroBausfah-rung und den Modellen unterschiedlicher
GroBe in Anschwenkzeit ta bzw. A und in Dauer einer Kursschwingung T bzw. SLF keine nennenswerten Abweichungen
fest-zustellen. Bei den anderen KenngroBen
sind zwar Abweichungen vorhanden, zum Teil sind diese jedoch auf MeBungenauig-keiten zuraciczufiihren, die bei dieser
Ver-suchsart mit relativ grOBeren Toleranzen
behaftet sind. So sind im GroBversuch zum Beispiel auBere Storeinflasse, hervorgeru-fen durch Wind und Wasserstromung,
vor-handen, deren Auswirkungen kaum oder
nur schwer abgeschatzt werclen konnen. Seth man die aus den Modellversuchen
er-mittelten Werte zu denen des GroBver-suchs ins Verhaltnis, so liegen diese Ver-haltniswerte im allgeMeinen Zwischen etwa 0,9 und 1,10. Eine Ausnahme bilden die
Statzzeiten beim 20°/10°-ManOver und die
Oberschwingwinkel beim
40°/10°-Mano-ver. flier zeigt es sich, daB die beiden klei-nen Modelle im ersten Fall zu giinstige und im zweiten Fall zu hohe Werte aufweisen.
Diese gegensatzliche Tendenz laBt sich nicht erklaren und ist moglicherweise auf
auBere Storeinfliisse zurackzufahren.
Abgesehen von diesen Abweichungen ist
eine eindeutige Tendenz, daB z. B. alle
Mo-dellwerte untereinander
maBstabsabhan-gig oder als Kollektiv gegeniiber der
GroB-ausfahrung niedriger oder hoher liegen,
nicht zu erkennen.
Aluiliche Ergebnisse hat eine in der
jang-sten Zeit durchgefiihrte Untersuchurig der Schiffbauversuchsanstalt Potsdam im
See-schiffsbereich [7] erbracht. Dort wurden für em n Frachtschiff die KenngroBen Dreh-geschwindigkeit,
Geschwindigkeitsverhalt-nis und Drehkreis'durchmesser von sech-zehn verschiedenen Drehkreis- und An-schwenkversuchen im Modell und in der GroBausfahrung miteinander verglichen
und herausgefunden, daB die Korrelations-faktoren bei diesen KenngrOBen zwischen 0,85 und 1,10 lagen.
ZManövertsts mitt Geosimseri'e
1.5-Gil teMnotar whiff Einflul3 der Wasserliefe PropelierdrehzahL n n- 300 UPS Ma Ustab Isl 10 5 35 10 35 Wassertiefe [m I Bild 10
Bilder 10 bis 12 zeigen die
ManOvrierkenn-groBen der beiden kleineren Modelle als
Funktion der Wassertiefe. Eine eindeutige MaBstabsabhangigkeit der KenngrOBen ist
auch auf den beiden kleineren
Wassertie-fen nicht zu erkennen. OfWassertie-fensichtlich sind
die Unterschiede zwischen den
Ergeb-nissen beider Modelle auf flacheremWas-ser mit wenigen Ausnahmen geringer als auf tieferem. Auf der anderen Seite ver-deutlichen die aufgetragenen Werte den
EinfluB der Wassertiefe, der sich beim
Ubergang zu extreni flachen Wasser von h = 3,5 m besonders stark bemerkbar macht. Anzutheiten ist noch, daB die ManOvrier-versuche, wit eingangs bereits erwahnt,je-weils mit konstanter Drehzahl Und nicht
mit konstanter AnfangsgeschWindigkeit
durchgefahrt wurden. Wird die
korrespon-clierende Anfangsgeschwindigkeit
kon-stunt gehalten, so muB die Drehzahl und
danfit die Propellerleistung im Modell
ge-geniiber dem Schiff relativ hoher
einge-Drehzahl MaOstiliA n [6PM] 10 16 20 25 300 0 V 333 V L.1 I-1 Li Li Li As 1 10 16 20 25 _ .333_ 0 IJ V 300 0 0 V 10 16 20 25 10 16 20 25 CC, [°116 .s 14 cn 12 LJ 10 `01 .0 Li Li 6.1 Li 1 10 16 20 25
r As
Li Li Li Li / 10 16 20 25 100 90 80 Li 57. 'CT/ .0 3 T 300 Es1 .250 200 /50 I;7 6 01 01 L.; 9 Li >8 20 1,0 a, 0,9 0,8 17/ 07 0,5 300 0 110.9 0,8 333 to Vten bei kleiner werdenden Modellen als
Funktion der Reynoldszahlen. Die
Auftra-gung gilt fur die korrespondierende
sertiefe von h = 10,0 m.
Die Auftragung laBt erkennen, daB die
Er-hOhungen bzw. Quotienten der
Propul-sionskeringrol3en, abgesehen von der
ge-ringen Streuung, keine nennenswerte
Ab-hingigkeit von der Geschwindigkeit inner-halb des untersuchten Bereichs aufweisen.
Dagegen sind die maBstabsbedingten Er-hiihungen, insbesondere die der
Quotien-ten aus den Leistungen P*D/PD, beachtlich.
So betragt dieser Wert fur das groBe
Mo-dell mit k = 10 im Mittel 1,37 bzw. 37%.
Bei den nachsten, kleineren Modellen mit = 16 und 20 steigt er auf 60 bzw. 64% und beim kleinsten Modell mit A = 25 betragt die Zunahme fast 80 %.
Bild 4 zeigt den EinfluB der Wassertiefe auf
die Propulsionsquotienten bei einer de-schwindigkeit entsprechend der
Froude-zahl von Fn = 0,10 bzw. der
Schiffsge-schwindig,keit von V = 11,5 km/h. Wie er-sichtlich, tendieren die Quotienten mit ge-ringer werdender Wassertiefe zu kleinefen Werten, wobei besonders der Quotient aus den Leistungen eine urn so starkere Abnah-me zeigt, je kleiner das Modell ist. Qualita=tiv scheint diese Aussage richtig zu sein. Quantitativ muB sie jedoch differenziert betrachtet werden, da die Po-Werte (d. h. die hier im Nenner stehenden
Leistungs-werte aus den Versuchen mit Reibung.skor-rektur), wie bereits erwahnt, bei kleineren Modellen und geringeren Wassertiefen
in-folge des abweichenden
Widerstandsver-haltens, das durch den Reibungsabzug
nach ITTC nur ungeniigencl beriicksichtigtwird, holier ausiallen. Folglich wird der
Quotientwert P*D/Po entsprechend
klei-ner. Selbst dann ist jedoch testzustellen, daB die Quotientwerte bei kleineren
Mo-dellen immer hither sind als bei groBen. Fiir die Ub- ertragbarkeit der Ergebnisse aus Versuchen mit freifahrenden Modellen,
besonders wenn es sich um Fahrverhalten
und Manovrieren handelt, sind die
Lei-stungswerte nicht so sehr maBgebend. Viel-mehr ist der Schubbelastungsgrad des
Pro-pellers hier von groBer Bedeutung, weil
dieser beim selbstangetriebenen Modell
in-folge des hoheren Widerstandes (al s der
des Schiffes) rerativ hoher ist. Die hohere Schubbelastung bewirkt, daB nicht nur der Nachstrorn, der, bedingt durch die niedrige
Reynoldszahl des Modells, sonst relativ starker ist, verringert wird, sondem auch die Geschwindigkeit des Propellerstrahls
und damit die AnstrOrnung des Ruders re-lativ starker ausfallt.
Der EinfluB der hOheren Schubbelastung
des Propellers auf den Nachstrom kann den Propulsionsdiagrammen im ausfiihrlichen
tericht entnommen werden.
Die Erhohung der Schubbelastung selbst
wird in Bild 5 gezeigt. Fiir die Berechnung des Schubbelastungsgrads
GbzW. C
ni *-n, -TM bzw..p12 Vm2Ao
mit Tm = Propellerschub Ao = Propellerdiskflache (Modelhverte) . 5,0 m 6,35 5 mist die jeweilige Modellgeschwindigkeit Vm
benutzt worden. Dargestellt ist die Erho-hung -bei freifahrendem Modell fur die Geosimserie als Quotient aus
Schubbela-stungen u"ber der Reynoldszahl Als
Para-meter ist die Froudezahl br.v.
Geschwin-digkeit aufgetragen.
Die Auftragung lagt keine Abhangigkeit
des Quotienten von der Fahrgeschwindig-keit erkennen. Dagegen ninunt er mit
klei-ner werdendem ModellmaBstab stark zu.
So steigt der Wert von C*Th/Co, = 1,25 bei
=- 10 auf C*Th/Cni = 1,45 bei A = 25.
Beide Werte gelten Kir die Wassertiefe von
h = 10,0 m. Bei kleineren Wassertiefen bleibt diese MaBstabsabhangigkeit
erhal-ten, der absolute Wert nimmt jedoch ab. Er
betragt auf der Wassertiefe h 3,5 m im
Mittel 1,15 bei A = 10 und 1,35 bei A = 25.
3.2 Manovrierversuche
Zur Ertnitthing und Beurteilung der
Ma-riovriereigenschaften eines Schiffes gibt es
verschiedene Standardversuche, die von
den Schiffbauversuchsanstalten und ande-ren Forschungsinstituten entsprechend ih-ren Anlagen und Moglichkeiten im Modell-versuch durchgefiihrt werden. Die zumeist benutzte Methode ist der
Standardmanov-rierversuch bzw. das Z-ManOver nach
KEMPF. Beim vorliegenden Vorhabensind Z-Maniiver durchgefiihrt worden,
nicht nur, weil sie zur Beurteilung desMa-novrier- und Fahrverhaltens gut geeignet
sind, sondem auch, weil sie-sich ohne gra-Bere Einschrankungen sowohl im
Modell-verSuch als auch in der GroBausfiihrung
durchfiihren lassen.
Wie eingangs bereits erwalmt, war es je-doch aufgrund der Tank- und
Modellab-messungen nicht moglich, diese Versuche mit allen.Modellen der Geosimserie auf
al-len drei Wassertiefen durchzufiihren. Wel-che VersuWel-che mit welWel-chem Modell und auf welcher Wassertiefe durchgeftihrt wurden, ist nachfolgend angegeben:
GroBausfiihrung: Z-Manover und
Wen-= 1)
demanover auf einer
Wassertiefe von antra-hernd h = 10 m in
Vui-le Gat (Niederlande) GroBere Modelle: Z-Manover irn
Ober-= 10 und 16 wasser
der Schleuse
Raffelberg auf einer
Wassertiefe von etwah = 4m
Kleinere Modelle: Z-Manover auf 3
kor-)t.= 20 und 25 respondierenden
Was-sertiefen von
h = 10,0 m; 5,0 m und 3,5 m
Die Durchfiihrung der Z-Manover wurde in der bekannteri Weise vorgenommen,
wobei Ruderwinlcel im Bereich von 200 bis 400 bzw. 500 untersucht Wurden. Die
Kurs-abweichung, bei der das Gegenruder er-folgte, war in ebereinstimrnung mit dem
iiblichen Wert auf 100 eingestellt.
Bei frei thanOvrierendem Modell kann man die Propellerdrehzahl so wahlen, daB sich
bei Getadeausfahrt die gewiinschte Mo-dellgeschwindigkeit ergibt oder diese so
einstellen, daB sie dem Selbstpropulsions-punkt des Schiffes entspricht. Da mehrere
Wassertiefen untersucht wurden und der
GeschWindigkeitsbereich auf diesen
Was-sertiefen sehr unterschiedlich ist, wurden
fur these Versuche bei alien Modellen
durchgehend zwei Drehzahlenentspre-chend n = 300 U/min und 333 U/min, wie sie auch in der GroBausfiihrung eingestellt waren, untersucht.
Die Beurtedung der Manovrierfahigkeit ei-nes Schiftes wird anhand bestimmter
Para-meter des Z-Manovers, wie Anschwenk-zeit, StiitzAnschwenk-zeit, Oberschwingwinkel etc,
Standard' Mantivrierversuch 15Gamr.motorichin 5.41xsollmt
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c 3/57.3 [limn Ian lame Drehgesc.1.19.1 nech
Beads.
E V/L clhoon Ion lose Auswelduelten
5LF = V/L elle. ion lose NuesschwIngeng
Slid 6
vorgenommen. Zur besseren ebertragung der Modellwerte bzw. zum besseren
Ver-gleich mit den Werten anderer Schffe wer-den these Kennziffem in zeiten angegeben. Eine
Schiffslangenfahr-zeit LN ist die Zeit, die das Schiff bzw. Modell zum Zurucklegen seiner Lknge in der Geradeausfahrt bentitigt. Um die den
Drehzahlen zugeordneten
Schiffsge-schWindigkeiten zu errnitteln, wurde in der
!HMO., SCIIE PARSTILLONO
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Proputsionsme'ssungeh mit Geotimserie.
1 --Gutermotarschiff lietgang T2,8 m ; Bild 5 2.10° 5-10° 1.10° 2.10° 5.10° 1.10° 2.10. Rn
