Fahrverhalten unterschiedlich abgeladener leichter innerhalb eines schubverbands

FRCHIEF

_{Fahrverhalten unterschiedlich abgeladener Leichter}

innerhalb eines Schubverbands

Lab.

_{v. Scheepsbouwkuncit}

Technische Hogeschool

Delft

Dipl.-Ing. G. Luthra

229. Mittellung der Versuchsanstalt fiir Binnenschiffbau e.V., Duisburg

Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule, Aachen

Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e.V., Köln

Fahrverhalten unterschiedlich abgeladener Leichter

innerhalb eines Schubverbande)

Dipl.-Ing. G. Luthra

229. Mitteilung der Versuchsanstalt fiir Binnenschiffbau e. V., Duisburg

Insitut an der Rheinisch-Westfalischen Tecimischen Hochschule, Aachen

Mitglied der Arbeitsgerneinschaft Industrieller Forschungsvereinigungen e. V., KoIn

1. ElllieltUng

Durch die erfOlgte Srandardisierung der Hauptabtnessungen der Schubleichter in

der BinnenSchiffahrt 1st em n Integridren die=

ser Leichtet zu WiderstandsmaBig giinstige-ren Verbanden moglich. Die Transportbe-dingungen jedoch gestatten es haufig nicht, daB alle Leichter des Verbands niit glei= chem Tiefgang fahren. Unterschiedlich ab-geladene, LeiChter konnen den Vetbands-- Widerstand und dannt den Energiebedarf fiir den Vortrieb fibermaBig erhOhen. Als Abhilfe bietet sich eine Vorverttimmung der Leichter an, wie sic im vorangegange-nen Vorhaben [1] untergucht worden 1st. Hierbei wiirde das Widerstandsverhalten eines zweigliedrigen Einzel-, Zwillings=

und Drillingsverbands

mit und ohne

Trimmvorgaben tnitersucht und die gun= stigsten Tritnnilagen bzw. Verbandsforma-tionen ennittelt.

Bei untetschiedlich abgeladenen Leichtem in -einem Verband lassen sich mit ausglei-chenden TrimmVorgaben an weniger tief-tauchenden Leidhtern erheblidhe Verbes-serungen erzielen. Die RealiSierung dieser Manahme ist jedoch triit einem beachtli-chen Beladtingsmehraufwand verb-Widen. Als gleichwertige oder noch giinstigere Al-ternative, besonders beim Zwillings- und Drillingsverband, bietet sich die Moglich-keit, die, beladenen und die leeren Leichter statt nebeneinander jeweils hintereinander so anzuordnen, daB die Notwendigkeit ei-ner Vorvertrimmung entfallt oder auf emn Minimum herabgesetzt wird.

Bei gleiehmaBig beladenen Leichtem ist ei-ne Quasi-Durchwelbung des i3odens der Leichter durch relativ einfach zu verwirldi-chende Vorvertrimmung von sehr graern Mitten.

Kurzfassung des VBD-Berichts 1133

Die Arbeitsgemeinschaft Industrieller For-schungsvereinigungen e. V., Köln, hat der Versuchsanstalt'fur Bitmenschiffbau e. V., Duisburg, auf deren Antrag in dankenswer-ter Weise die Durchfithrung des

Versuchs-programms ermtig,licht und das Vorhaben aus

Mitteln des Bundesmuustenums fiir

Wirt-schaft gefordert.

Der vollstandige Bericht kann zum

Selbstko-stenpreis zuziiglich Porto von der

Versuchs-anstalt für Binnenschiffbau e. V.,

Klock-nerstr. 77,4100 Duisburg 1, bezogen werden.

Das Hintereinanderschalten der beladenen und der leeren Leichter im ersten Fall fahrt zu einer asymetrischen Massenverteilung um die Verbandlangsachse, wodurch Gier-momente entstehen, die mit standig geleg-tem Ruder kompensiert werden miissen. In wieweit hierdurch die Propellerleistung und das Manovrierverhalten beeinfluBt werden, ist nicht bekannt.

Im zweiten Fall kann die Durchwalbung des Bodens die Ktu-sstetigkeit des Ver-bands negativ beeinflussen.

Mit der vorliegenden Fortsetzung des Vor-habens werden neben der Minderung des Antriebsleistungsbedarfs vor allem Daten fiber die Manovrierfahigkeit von Verban-den aus vorvertrimmten bzw. asymme-trisch zusammengesetzten Leichtem ennit-telt, damit die Verwirklichung dieser ener-gieeinsparenden MaBnahmen ohne Beden-ken hinsichtlich der Verkehrssicherheit er-folgen kann.

2.- Oberslcht Ober die

Versuche

Die Modellversuche wurden im 190 m lan-gen und 9,8 m breiten Flachwassertank der VBD durchgefiihrt.

Das Versuchsprogramm umfaBte

Lei-stungsmessungen und

Standard-Mano-vrierversuche mit Schubeinheiten,

be-stehend aus einem Schubboot und zwei-gliedrigen Verbancien aus zwei, drei, vier und sechs Leichtern des typs Europa 11" in verschiedenen Formarionen.

Es wurden vorhandene Modelle im MaB-stab 1: 16 aus dem Vorrat der VBD be-nutzt. Die Hauptdaten des Zweischrauben-Schubboots, das bei Verbanden aus bis zu vier Leichtem eingesetzt wurde und des Dreischrauben-Schubboots fin den An-trieb der Sechser-Verbande, sind zusani-men nut den Ausgangswerten eines Leich-ters nadhfolgend angegeben.

Die Tiefgange der Leichter im gleichlasti-gen und vertrimmten Zustand sowie die zu-gehorigen Verdrangungen sind jeweils bei den grafisch wiedergegebenen Ergebnissen in Diagramm-Anlagen vermerkt und wer-den deshalb hier nicht vriederholt. Die Untersuchung wurde in zwei Versuchs-reihen, gegliedett nach der eingangs

er-wahnten Aufgabenstellung, durchgefiihrt, um den EinfluB des Vortrimms bzw. der Formationsbildung bei unterschiedlich

ab-geladenen Leichtern einerseits und die

Trimm-Effekte bei gleichmaBig beladenen Leichtem andererseits getrennt zu ermit-teln.

I. Unterschiedlich abgeladene Leichter Propulsionsversuche mit zweigliedrigen Verbanden aus zwei, drei, vier tmd sechs unterschiedlich tieftauchenden, aber je-vveils gleichlastig getriinmten L,eichtem. Systematische Anderung der Anzahl und der Koppelformation der auf T = 2,8 m beladenen bzw. der nut T = 0,74 m nahezu leeren Leichter im Verband.

wie in a), jedoch die quasi leeren Leich-ter in twei- und dreispuriger Formation vertrimmt, um eine Anpassung an defer-tauchende Leichter im gleichen Verband zu verwirklichen.

Standard-Manovrierversuche mit aus-gewahlten Formationen am a) mit belade-nen und leeren Leichtem in symmetrischer und asymmetrischer Anordnung.

Gleichmal3ig vollbeladene Leichter Propulsionsversuche mit zweigliedrigen Verbanden in em-, zwei- und dreispurigen

Pormationen. Pie Heck-an-Heck

ange-koppelten Leichter waren zur tinstellung einer DurchWoibung der bodeniMie je-weils hecklastig Verttimmt.

Standard-ManOverversuche mit den

Formationen wie in a).

3. Versuchsergebnisse

Die auf die GroBausfiihrung umgerechne-ten Ergebnisse der Propulsionsversuche sind jeWeils in vergleichender Gegenaber-darstellung der Wellenleistungsktuven in Abhangigkeit von der Verbandsgeschwin-digkeit im ausfiihrlichen tericht enthalten. Sie werden hier in gektirzter Darstellung wiedergegeben und erOrtert.

3.1 Unterschiedlich abgeladene Leichter 3.1.1 Zweier-Verband

Abb. 1 links zeigt die Ergdbnisse der Lei-stungsmessungen an einem 2weier-Ver-band in dem der vordere Leichter leer und der hintere bdladen ist. Das Diagramm ver-cieutlicht den EintluB der Koppelordnung. In diesem Fall ist es vorteilhaft, statt der

Trimm

'0

Abs. [cm Trimm 1_41 20-Stl. 10_ 1--z. 20- 40-PD [kW] 2000 1500-1 0 00 5 00-10 12 14 16 _ I 12 lkm/h1 V = 4390 m' = 1070 m' 1 14 16

iiblichen Heck-art-Heck-Anordrnmg den hinteren beladenen Leichter Mit Bug an Heck des Vorderen leeren Leichters

anzu-koppelia. Die Leistungseinsp'arung bei 14 km/h Verbandsgeschwindigkeit auf der Fahrwassertiefe h = 4,0 in betragt hier etwa 200 kW bzw. 17,5%.

Als Vergleich werden die Leisiungswerte des gleithen Verbands, in dent die beiden Leichter nahezu leer bzW. auf T = 2,8 in 13elaclen sind, rechts in Abb. 1 dargestellt. Der zahlenmaBige Vergleith der spezifi-sehen LeIstung der angesprochenen vier Varianteh bei V = 14 km/h wird in Abb. 2

gezeigt.

1

3.1.2 Dreier-Verband

Die LeisturigskurVen eines Dreier-Ver-bands, in derh em n Leichter auf T = 0,74 in nahezu leer und zwei auf T = 2,8 in beladefi sind, lassen erkennen, daB betfachtliche Leistungseinsparungen miiglich gind, Wenn did beladenen Leichter nicht

nebeneinan-der, sondem hintereinander angeordnet

werden. Durch diese MaBnahnie betragt der Leistungsgewinn bei konstanter Ge-schwindigkeit von V = 12 lczn/hI etwa 485 kW bzw. 28 %.

Bei konstanter Leistung von 1500, kW steigt

die deschwindigkeit von 11,6 auf'12,3 kni/h oder 6

Per zahlenmaBige Vergleich der auf die Verdrangung beiogenen spezihsehen shriven iwiSehen den beiden -Pormationefi .bei V = 12 km/h kann der Abb. entnom-men werden Die Abbildung zeigt zusat2--licit eine vergleichende Gegentiberstelltmg der SteuerkenngroBen der beiden Forma-tionen. Die hierbei veNIrendeteri, dimen-sionslos gemachten Beidichnungen sind in _einer schemalischen Darstellimg des Stan-dard-ManovrierVersirchs in Abb! 5 erlau-tert.

Die Reaktionsschnelligkeit atif Stetterimpulse, gekerinzeichnet dwelt Aitschwerz. -ken A und den DrehgeschWindigkeitswert C des Verbands mit hintereinander

ange-,

Lange ftber alles .. . .

. ... .

Liu% [m] 35,00

Breite auf Spanten B [m] 14,00

Tiefgang T [m] 1,75

Lange in der WL Lyn, [m] 33,90

Verdrangung V [ma] , 525,30')

Benetzte Oberflache S [ma] 545,20')

1 X Seitenflache Ss [m2] 55,10 Hauptrudera) R 465/474 Typ . . .

... .

.

: .... .

. . . d'Biesbosch/Flossenr.

Flankenruden

.

. ... .

. . . .

...

.. .

. . . 2 R 466/475 Diise 2 X D 193 Propeller P 186r/1 Durchmesser . . .

. ... . ....

D [m] Steigungsverlfaltnis . . .

: P/D

[-]

Flachenverhaltnis . . .

. ... .

AE/Ao

[-]

Fliigelzahl Z

[-]

Profillange . . .

. ... .

CO375R [M]

te---Drehstnn

e

-1) ohne Stinzkorper 2) je Propeller; R 465/466 in PropuLsionsversuchen 35,00 14,95 1,70 33,87 540,90 564,50 R 474 _ Flossenruder 2 x R 475 3 x D 124/220 186r/l, 196r 2,10 1,052 0,71 4 14C)` CY' r 76,50 11,33 0,74 2,801 68,15 73,06' 535,00 2195,001 848,00 1192,00 35,40 173,90'

(SpantenriB Siehe Abbildung 15) (.41 2 0-K 1. 10 4.2

-

Abb. 1 Leistungsvergleich Abs. 20-1c m 0- 3._ Tri mm STI.

unterachiedlich abgeladene Leichter

r,

einspurige Formation

Modelldaten

Zweischrauben- Dreischrauben, EUROPA Ha

Schubboot Schubboot Leichter

M 1183 M 1229 M 751-762

Ilefgang 0,74 m 2,80 m

[IcirW31

V.= 2730ff?

spezifische Leistung bei V=14 km/h Wassertiefe h;4,0 m

Abb. 2 Vergleich der spezifischen Leistung

Zweier-Verband; unterschiedfich abgeladene Leidder

ordneten beladenen Leichtem wird erheb-lich verlangsamt, bleibt aber innerhalb der in [11] festgestellten Werte für Schubver-bande. Der Querversatz aLs eine weitere wichtige GroBe auf den Binnenwasserstra-Ben bleibt praktisch unverandert, so daB die Durchfuhrbarkeit dieser MaBnahme in der Praxis als gegeben angesehen werden

lcann.

Ffir die Geradeaus-Streckenfahrt ist es in beiden Fallen erforderlich, die durch die asymmetrische Massenverteilung entste-henden Giermomente durch auBerniittige Nullage der Ruder auszugleichen. Der

not-wendige Ruderwinkel ist mitunter eine

Funktion der Geschwindigkeit. Bei vorlie-genden Wassertiefen-Tiefgangsverhaltnis-Sen und im Geschwindigkeitsbereich 10 bis 12 km/h betragt er bei hintereinander ange-ordrieten beladenen Leichtem 11° bis 12°,

wahrend bei der Formation mit diesen

Leichtem nebeneinander etwa 5° bis 6° aus-reichen.

In Propulsions- und Manovrierversuchen wurden bei jeweiliger aeschwindigIceit die

zugehorigen Ruderwinkel durch

Quer-kraftmessungen emlittelt und eingestellt. 3.1.3 Vierer-Verband

Bei Vierer- Und SechserNerbanden wurde nur die Heck-an-Heck-Koppelanordnung untersucht, da bei vOrangegangenen Wi-derstandsmesstingen [1] kein weseritlicher EinfluB in dieser Hinsicht festzustellen war. Der ungiinstigste Fall hier ist, Wenn eine Halfte der Leichter beladen und andere Halfte leer ist und diese jeweils

ne-beneinander angeordnet werden. burch

die Unstetigkeit der Bodenlinie fart diese Formation zu iibermaBig hohem Bedarf an Antriebsleistung.

Mit dein Ausgleichen der

Bodenunstetig-keit iin Verbandslangsschnitt durch

Trimmvorgaben an leeren Leichtem, ver-wirklicht irn vorliegenden Fall durch zu-satzliche Ladungsaufnahme von 892 t je Leichter, lassen sich deutliche Verbesse-rungen erzielen. In der Praxis ist jedoch die

_D kmW3] 0.4 0,3 -J 0.2 0.1 0 438 1 1:19 0,360

F.1

a

FA

. gebnisse liefert. Im Propu1sionsversuch

Leichtertiefn,ang _{war das Schubboot gegeniiber der}

Langs-Beltiden 2,8 m achse des Verbands urn den gleichen Be-Ballast 0,74 rn trag versetzt angeordnet wie die seitliche

Verschiebtmg der Lage des

Gewichts-schwerpunkts des Verbands.

Der zahlenmaBige Vergleich der verdran-gungsbezogenen spezifischen Leistungen

der wichtigen Fonnationen des

Vierer-Verbancis Werden in Abb. 4 gezeigt, wah-rend Abb. 7 die ManovrierkenngroBen von zwei Varianten wiedergibt, die leistungs-maBig mit beiden beladenen Leichtem ne-beneinander die unginstigste und mit den belactenen und leeren Leichtem jeweils hintereinander die giirtstigste Formation darstellen. Wie ersichtlich, entstehen ma-novriertechnisch durch Umstellung der tormationsbildung keine wesentlichen Veranderungen oder Beeintrachtigungen der Mantivriereigenschaften. Erwartungs-gemail ist die Anschwenkzeit bei Forma-tion

0

hOher. Die dimensionslose An-schwenkzeit A = 1,616 ist praktitch iden-tisch mit dem vergleichbaren Wert des

be-faclenen einspurig-zweig,liedrigen Ver-bands [11].

0.355 spezi Fische Leistung bei V =12 km/h 0.255 Wassertiefe h = 4.0 m

Realisierung dieser MaBnahme oder eine Umverteilung der Ladung zwecks Trimm-vorgabe mit erheblichem Beladungsmehr-aufwand verbunden.

Einfacher zu realisieren dagegen und noch vorteilhafter ist die Losung mit hinterein-ander angeorchieten beladenen und leeren Leichteni. In diesem Fall entstehen eben-falls durch die asymmetrische Massenver-teilung Gierrnomente.

Zur Ausgleichung dieser Giermomente bei Geradeausfahrt bieten sich zwei Mog,lich-keiten, namlich eine auBermittige Voran-stellung der Hauptruder oder em n seitliches Versetzen des Schubbootes. Im ersten Fall war eine Voranstellung der Hauptruder je nach Vorausgeschwindigkeit von 7° bis 9° erforderlich. Die vergleichenden Propul-sionsmessungen mit beiden Anordnungen in Abb. 4 lassen erkennen, daB das seitliche Versetzen des Schubboots giinstigere

Er-Standard - Mena vrierversuch

Flossenruder 6R 30°;

38 14

Abb. 3 Vergleich der spezifischen Leistung und SteuerkenngroBen Dreier-Vezband; unterschiedfich abgeladelie Leichter

V r. 10km/ h h 5.0m ,2021,/, 3 V2 532

®

®

1 =1 O. 7 0 099 0.28 0.29 3.1.4 Sechser-Verhand

Untersucht warden bier zwei Ausgangsva-rianten, wobei in einem Fall eine Halfte der

Leichter beladen und die andere Halite

leer war und im zweiten Fall vier Leiehter beladen und zwei leer waren.

Der ungiinstigste Fall ist, daB alle belade-nen Leichter hinten und alle-leeren Leich-ter vorne angeordnet werden. Mit ausglei-chenden Trimmvorgaben clurch zusatzliche Ladungsaufnalune Von 892 t je Leichter werden zwar in der Leistungs-Geschwin-digkeits-Relallon trotz der gri5Beren La-chingsmenge Verbesserungen erzielt (Ver-gleich im Bericht), aber vorteilhaft ist auch in diesen beiden Fallen, daB die beladenen

und die leeren Leichter statt nebeneinan-der jeweils hintereinannebeneinan-der angeordnet wer-den, damit die Anzahl der Spuren mit un-terschiedlich abgeladenen Leichtem auf

'5 Leichtertiefgang Beladen 2,8 m Ballast 0,74m C.) C kiEU3

0 1222EIEE

em n Minimum beschrankt bleibt oder gar nicht vorhanden ist.

Der Vergleich der verdrangungsbezogenen spezifischen Leistungen des Sechser-Ver-bands bei V = 10 km/h atif der Fahrwasser-tiefe von h = 4,0 m wird in Abb. 6 gezeigt. Die giinstigsten Formationen sind in diesen beiden Fallen (3 bzw. 4 beladene Leichter) auch die, bei denen die jeweils beladenen und die leeren Leichter hintereinander an-geordnet sind und das Schubboot seitlich vertetzt ist, um die durch die asymmetri-sche Massenverteihmg entstehenden Gier-momente auszugleichen.

Abb. 7 zeigt den Vergleich der Steuerkenn-groBen. Eine nennenswerte Beeintrachti-gung der Steuereigenschaften durch die

asymmetrische Formationsbildung der

Verbande ist nicht festzustellen. 3.2 GleichniaBig beladene Leichter

Die Ergebnisse der Propulsionsversuche -mit zweigliedgigen Verbanden aus zwei, vier unci Sechs betadenen Leichtern in em-, zwei- bzw. dreispurigen Formationen las-sen den positiven EinfluB des Vortrimms gegentiber dem gieichlastig beladenen Zu-stand deutliche erkennen. Die durch heck-lastige VorvertrimMung der Heck-an-Heck angeordneten Leichter erreichte Durch-wolbung der Boclenlinie lieferte in alien Fallen giinstigere Ergebnisse: Je nach GrO-Be des Verbands und des in GrO-Betracht gezo-genen Leistungsbereichs ist die Leistungs-einsparung bei gleicher Geschwindigkeit unterschiedlich.

Abb. 8 zeigt eine zahlenmaBige Obersicht des spezifischen Leistungsbedarfs, wobei vereinfachend eine konstante Geschwin-digkeit von V = 11 km/h fur alle Verbande zu Grunde gelegt worden ist. Da die

Zwei-er- und Vierer Verbande fiblicherweise je, doch schneller fahren, ist die wirkliche Lei-stungseinsparung in beiden Fallen wesent-lich groBer als dies hieraus zu entne/unen ist. Bei V =14 km/h ist der Leistu.ngsbedarf ffir den einspurigen Verband z B. um 15 % getinger turd bei V = 12 km/h far den zwei-spurigen Verband betragt der Leistungsge-winn etwa 20 %.

Die gfinstigen Trimmvorgaben sind im all-getneinen bei den Vorderen LeiOhtern

et-Was gtoBei als bei den hinteren. Die

Trimmvorgabe fiihrt dazu, daB der Tief-gang am Heck der vorderen Leichter bzw.

in Verbandsmitte 40 bis 60 cm grOBer ist als

am Bug oder an den Verbandsenden. Im Vergleich zu gleichlastig beladenen Leich-tern vergrOBert sich der Tiefgang m Rube-schwimmlage um 20 bis 30 cm und laBt die Frage aufkornmen, ob eine solche Vorver-trimmung in Anbetracht der haufig vor-kommenden Flachwasserverhaltnisse ver-wirklicht werden kann.

Da die L,eichter in beiden Fallen infolge der dynamischen Vertrimmung in Faint ihre Schwimmlage derart andern, daB die vor-deren Leichter kopflastigen und die hinte-ren steuerlastigen Trimm annehmen, be-wirkt die hecklastige Trimmvorgabe eine VergleiclimaBigurig des Tiefgangs. Die ef-fektive -TiefgangsVergrOBerung ist dann kaum vorhanden oder wesentlich geringer.

Je nachdem ob der Vorteil der

Bo-dendurchwolbung zur Herabsetzung der Leistung bei gleicher Geschwincligkeit oder zur ErhOhung der Geschwindigkeit bei gleicher Leistung genutzt wird, ist der

ef-fektive Tiefgang zwischen 0 unc120 cm

grO-13er als der vergleichbare Wert des jeWeils 6

Abb. 4 Verg,leich der spezifisc,hen Leistung

Vierer-Verband; unterschiedlich abgeladene Leichter

SR B 4, 40 12° 8° 4° 0 4° 8° 12° - 20 30 -- 106

'

30 StB 0 3 F IQ 300 40 I m i

4*E3E]

= 5460 m3 T .2.8m T=0.74 m a .4!"..1 our

A

sreg =72/.1. m3

cEEEE

= 5460 m3 = 5460 m3 Tiefgung T in Wane-nets lb 5,0 GesthrIndIgkelt =11.4 km/h Statzwinkel 4 ° E = th INT7rkB B T=2.8m T =074m T =2A m T = 2.8 m T =0.74 m 0.136 Abb. 5 Standard-Manovrierversuch Schubver band ISCHEMATISCHE CIARSTELLUNO Gleichlastig Gleichlastig /Vertrimmti Gleichiastig diMensionslose Anschwenkze4an dimensionsloser Querversatz dimensionslose Ausweichzeiten diMenSionslose KdrzschwingUng [Schubboot mittig Aurlermithig

Spezifische Leistung bei V =11 km/h Wassertiefe h 4,0 m

k

O. 07 fa.

dimensionsloSe stattaeit (Steuerbord)

dimensionslose Drehgeschwindigkeit nach Bac]cbord drIsSt1 ed 1 20 10 A SO _ 6 70 ID 90 100111 I 1 0 ZItI: uervers tzung

A=

ta VL x B B = t V s

0,73C

B -41

4-7-i

C = 53 , 3

A 2I to 10.9 c 0.8 T; 4 3 2 a. 0,6 0.5 0,4 a 0,3 0.2 .03!:11 417,Z311

Spezifische Leistung bei V=10 km/h Wassertiefe h =4,0 m

CO II 0 60

0

g

rea

0.127

r A

0.144

V

4 as/ 1.616 T=2-8m T=0.74m T=2.8 m T=2.8 m T=0.74m

0 cIFEEI

cEEIEEI

8190 re3 10 866 013 8190 m3 206

Abb. 6 Vergleich der spezifischen Leistung

Sechser-Verband; untersthiedlich abgeladene Leidtter

T=2.8m T=0.74m

0

4 T=2.8m T =0.74m 9850 re JEW 40.1 2,27/22111/11111

r

4 or MO' ar 1111111Ellillie

Abb. 7 Vergleich der Steuerkenngrfifien bei V = 10 km/h, Wassertiefe Ii = 5,0 m,

Ruderwinkel bR = 30°, unterschiedlich abgeladene Leichter

114 098 0795

rA

gleichlastig

beladenen Verbands. Dies

diirtte fiir

die Verwirklichung der Bo,

dendurchwaibung kaum em n Hindernis

dar-stelldn.

Auch manOvriertechnisch sind, wie der Vergleich der StetierkenngrOBen in Abb. 9 zeigt, keine groBeren Unterschiede festzu= stellen. Ledigleich wird der Uberschwing-winkel bei vorvertrimmten Leichtern be, deutend kleiner, was fur die Handhabung des Verbands nur positiv ist. Dafiir muB eine etwas kleinere Drehgeschwindigkeit in Kauf genommen werden.

4. Zusammenfassung

Irn Rahmen des vorliegenden Vorhabens ist das Propulsionsverlialten eines zwei-gliedrigen Schubverbands bestehencl aus zwei, drei, vier und sechs unterschiedlich ahgeladenen Leichtern niit

und ohne

Tritranvorgaben an weniger tieftauchen-den L,eichtem untersucht wartieftauchen-den. In einer weiteren Versuchsreihe wurde ei-ne Quasi-DurchwOlbung der Bodenlithe des gleichmaBig beladenen zweigliedfigen

Verbands durch Vorvertrimmung der

Heck-an-Heck angekoppelten Leichter

eingestellt und die Vetminderung des An-triebsleistungsbedarfs gegenaber gleichla-stig getrimmten Leichteni gemessen. Mit ausgleichenden TrimmvOrgaben an leeren Leiehtern im ersten Fall lassen sich erhebliche Leittung,seinspaningen

errei-chen. Wegen des

Beladungsmehrauf-wands, aber auch wegen der Antriebslei-stung, 1st es vergleichsweise jedoch giinsti-ger, bei einspurigen Verbanden die Kop-pelformation u andern mid den hinteren beladenen Leichter mit Bug an Heck des vorderen leeren Leichters anzuordnen. Bei den unterstiehten Wassertiefen-Tiefgangs-verhaltnissen bettug die hierdurch erzielte Leistungseinspaning 17,5 %.

Bei zwei- mid dreiSpurigen Verbanden ist es vorteilhaft, die beladenen und die leeren Leichter statt nebeneinander jeweils hin-tereinander anzuordnen. Die Leistungsein-spatting derartig zusammengesetztet Vet, bande gegenfibet der Fofination, in der die leeren Und die beladenen Leichtersymme-triseh um die Langsachse angeordnet said, ist noch groBer. Im vorliegenden Pali be-trug der auf den Leistungsbedarf der sym-metrischen Formationen bezogenedewinn 54% bei zwei- und 58 % bei dteispurigen Verbanden.

Der Bericht zeigtin vergleichender Gegen-iiberstellung die leistungsmaBigen Vorteile und liefert quantitative Angaben iiber die durch diese MaBnahme in Eitizelfallen er-zielbaren Verbesserungen.

Die Propulsionsmessungen mit durchhan-gendem Baden des Verbands zeigen, daB Leistungsmindeningen bis etwa 20 % bei konstariter -deschwindigkeit rridglich sirid,

wobei der eifektive Tiefgang, d. h. der

Tiefgang tinter gerficksichtigung des dy-namsichen Minns, gegentiber-den lastig getriminteriLeichtern sich kaum oder

nur unwesentlich vergrO13ert.

AnschlieBend sind in beiden Fallen Stan-dard-ManOvrierversuche niit ausgewahlten Varianten ausgefiihrt worden, urn den Ein-fluB der asymmetrischen Fonnationsbil-dung bzw. der auBermittigen Anordnung des Schubboots im Verband und die Aus-wirkungen der BodendurchvirOlbung auf die Manovriereigenschaften festzustellen. Die Ergebnisse zeigen keine wesentlichen Beeintrachtigungen in dieser Hinsicht und

7 0.4 0.3 2 0.2 'a 1 E g 0 179 0.385 0 goA

lassen den SchluB zu, daB die bier

beschrie-benen MaBnahmen zur Leistungseinspa-rung ohne Einschrankung der Verkehrssi-cherheit durchgefiihrt werden konnen. Literaturangaben

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Performance Related to Operation of In-land Pushed Tows

DC: Pan American Congress on Naval

Engi-neering in Guayaquil, Ecuador, Juli 1985

[7]

[9]

8

Abb. 8 Vergleich der spezifischen Leistamg; gleichmi1fig abgeladene Leichter EinfluB des Vortrimms

5 to 6 2 0,6 0,5 0.4 0,3 ei 0,2. SLF 12 en 10 8 "it 6 PD k m 0 3 Cl '.15 0,2 . .e 0,1 0.

o 40=223

ist 4390 m3 .8780m'

or Ar

_Ar

V..13560M3

Spezifische Leistung bei y.ii km/h Wassertiefe hr 4,0 m 0 104 0 099

mr 47 A

Air 1,53

V .7

Mir AP

A% A 922 8 2_ 1 085 rt9

& 0 01

Gleichlastig VertInmt a

4:azzzztazzz

Tiefgang Imi TLr2,O 2,7 2,9 3A 12,6

50 0 151 0,135

a

2,0 1_41,0 = In 0 313 2,7 2,9 3,0 2,6 0 252

Abb. 9 Vergleich der Steuerkenngro8en bei V = 11,35 km/h, Wasserfiefe h 5,0 Ruderwinkel ö = 30°; gleichmnig-abgeladene Leichter, EinfluB des Vortrimms

V

AV

Ar

AV A A' A

0

A 2,0 1 92_ 0 3,1 3,1 2,5 2,5 a 26 0

F

Algunos aspectos sobre el comportanoiento

hidrodinamico relacionado con barcazas

de empuje

Dipl.-Ing. G. Luthra

230. Mittellung der Versuchsanstalt far Binnenschiffbau e.V., Duisburg

Institut an der Rheinisch-Westfalischen Technischen Hochschule, Aachen

Mitglied der Arbeitsgemeinschaft IndustrieIler Forschungsvereinigungen e.V.,In

Los b.eneficios econOmicos del

transpOrte interior por agua ya hap

merecido el reconocimiento

gene-ral en cuanto a. constittir este el

medio .mas barato de mover

car-gas; estithandose que este .sittema.

desempefiara un rol mas

tante aUn- en el futuro,

especial-mente en aquellos paises en los

euales el combustible esta siendo

cada vez mas eseasb:

Sin embargo, ell° no Significa

que la comu.nidad naViera deba

ceder en su ernpefio de .mantener

este modo de transporte lo mas

eompetitivo posible Este hecho es

cabalmcnte reconocido en los

pai-ses de Europa occidental, donde

se des:m-6116 un concepto de em-,.

puje basado en el siStema

nnpe-rante en el rio Mississippi de los

Estados Unidos de America.

La gran ventaja de este metodo,

en comparaciOn con el remolque

de tiro en linea, consiste eh una

mayor produetividad, debido a la

necesidad ' de un menot nUmero

de tripulantes; una rnejor

thin de

las Niias:

navegables, y

mayor seguridad

en el trafico. Conseeu en tem ente, -su .

introd

=-diem err el rio Rhin y sus: .aguas

vinculadas, bacia fines de la

cle-cada del 50 y ptincipios de la del

60, tuvo un importante cfecto

ra-cionalizador sobre la navegaciOn

par aguas interiores en la. region.

Similarmente, el continuo

enfa-sis poeStO en la economia del

com-bustible

a

partir. de la crisis der

petrOleo, ha

instigado una

eanti-dad do esquernas tendientes a re-.

ducir los requerimiontos de

poten-cia de

.las.

_{embarcaciones. Desde}

el punto de vista hidrodinamico,

estos generalmente se orientan a

mejoras en el disetio en lo que

bace a resistencia y propalsiOn:

Tambien .en estos dos aspeetos,

los metodOs de empuje son

rela-tivamente superiores,

particular-rnente cuanclo el tamario de ]as

barea.zas es normalizado y estas y

el empujador

Sc

ajustan a ciertos

eriterios de diseiio, como los que

Sc

_{encuentran, por ejemplo, en los}

trabaios eitados en ]as referencias

(1). a (10). ,Los aspectos

te-ndien-tes a mejorar las caracteristicas

hi-drodinamicas .por eneinia de las

modificaciones de diseiio, son de

naturaleza interdiseiplinaria y caen

en el dominio de los operadores.

Considerando este Ultimo punto

de vista, se pretcnde describir en

este artioulo algunos parametros

del rendimicnto hidrodinamico con

sus datos cuantitativos

correspon-dientes, que las administraciones

de las empresas de navegaciOn or

empuje podran emplear en sus

consideraciones Para lograr

opera-tiones mas racionales y

mono-micas.

Los topicos tratados

compren-den barcazas a calado variable,

datos de maniobrabilidad de re-.

molques en distintas formaeiones

y fuerzas interactivas entre trenes

de remolque que se pasan entre si.

Barcazas a distintos calados

En el pasado se ha prestado

ppm atenciOn al adrizaje y eI

apa-rejado de las barcazas en un

con-voy. Con un mayor enfasis puesto

Fig. 1 Potencia propulsora especifica par tonelada de carga 6111 (m3 de

desplazamiento) a una velocidad de 12 km/h. Las barcazas estan cargadas uniformemente a 280 m de calado y con un desplazamiento de 2.195 m3.

La profundidad del aqua es de 5 m.

en la econoinia, este aspect() me=

rece abora una consideraciOn -Inas

profunda,

hi-11ft)

mas cuanto

.las

condiciones operativas.

fretuente-inente iMplican el acoplamiento de

barcazas de calados muy

diferen-tes en un mismo convoy.

La potencia propulsora. requeri,

da para un conjunto de cse tipo

es indebidamente elevada y

pue-de llegar a pue-desvittuar una

. de las

principales ventajas que trae

.apa-rejada la hotinalizaciOh del taina,

no y

la forma de- ]as bartazas en

este,

sino altamente eficiente y

flexible sistema de transporte.

El Instituto de Investigaciones

para la Construceion de Embar

caciones de Navegackin interior,

de .Duisburg, .Reptiblica Federal

de Alernania (Versuchsanstalt fiir

Binnenschiffbau

e. V - VI3D), ha

llevado a cabo una serie de

in-vestigacion es

sabre

resiSteneia,

propulsion y maniobrabilidad de

tales conjoritos_ de.

barcazas. Las.

uniclades utilizadas cn los ensayos

eon modelos respondieron al tipo

normalizado .Europa Ha.

Este articulo este based° en el trabajo del Dr. !rig. G. K. Luthra, del Institute de Inves'igaciones pare la Construccion de Em-barcaciones Fluviales, de Duisburg, Alemania Federal. presented° ante el Congreso del INN eh Guayaquil, en Julio de 1985. ,10.2 o o 0 147 0.119 177

La

14). 07.72 0229 .,131 POTENCIA/DESPLAZAMIENTO 2 V

CC=

.-1;:=4MEEP-POTPWC1A/ LARGA UnL .c=1 1 3 Pea le 0.3 c!

-.UT,CEEE--0 31-.UT,CEEE--0

Las dimensiones de estas

bat-cazas son: 76,5 in de eslora y.11,4

metros de manga. Con un calado

de 3,90m las mismas pueden

lle-var una Carga de 2.700 toneladas

.Rhin es lin tio abierto a la

navegatiOn a lo largo de casi la

totalidad de su extension. Las

li-mitaeiones de calado son dictadas

prineipalmente por. fluctuaciones

en prolundidad temporarias.

Co-intinmente los convoYes estan

cons-tituidos por cuatro .unidades,

formaciones de dos en ancho y dos

en largo. En el sector aleman del

Rhin estan autoritadas las

forma-clones de seis barcazas y general;

mente se constituyen de dos en

aficho por tres en largo naveganr

do rio -arriba, y de fres en

;Indio

por dos en largo, rio abajo.

Los' trenes de empuje cbieos de

solo una o dos barcazas

se-em-plean generalmente para

nave-gaCiOn ryar tios con esclusas y

ea-nales. La mayoria de las esclusas

ban sido adecuadas plum el

trail.-sito de convo.yes de basta 12

me-tros de .ancho In .250 m de. largo.

En estos casos, las bareazas

pue-den ser cargadas hasta un

cala-do de 2,50 rn 6 2,80 metros.

Como caracteristica de disefio,

Ia proa de estas einbareaciones

tie-sic roda chata con un lanzamiento

de 25 .a 30 rrrados. Ultimarnente

se

ha considerado ventajoso

in-cluir una proa con seceiones en

V. La popa .es del tipo de espejo

profundo o semi-integrado.

Dis-puestas en formaciones de 2

uni-0.3 0.2 0.1 1.037 2.316

0 =a3m

tL--1 ESPECIFICA A V., 12 krnth COEFICIENTE DE MANIOBRABILII:I::',D TIMONES CON ALETAS oR .30*

0.3 0.2 01

0 =EiEl

l

54600

T721.4

@cEEEEI

/

dades de largo, eon urns, dos o

tics en ancho, las barcazas se

aco-plan popa a popa presentando asi

un fondo practicamente uniforme

cuando estan cargadas al mismo

cal ado.

Esto representa el caso ideal de

carga y ha. sido sistematicamente

experiment:1db para diversas

corn-posiciones de barcazas y una

can-tidad de condiciones de calado y

profundidad en los ensayos de

re-sistencia y propulsion. La figura

N9 1 muestra los requerimientos

especificos de potencia pot

tone-lada de carga y par metros

cai-cos

del desplazamiento total de

a

Fig. 2 ComparaciOn de potencias especificas y coeficientes de manio-brabilidad en convoyes de tres barcazas. El celado de las barcazas car-gadas es de 2,80 m y vacias 0,74 m. A) Cambio de enfilacion, B) Control de guirlada, C) Relacion de giro, 0) Transferencia lateral, a) Angulo de

rebase. ,r,oparugg

T2.:m T°07"

2.8.% T 0.74m T 2.8 an POTENCIA ESPECIFICA A V= 11 km/h 0.207 G) V

Fig. 3 Comparacion de potencias de propulsion especificas en

convo-yes de cuatro barcazas. 1) todas niveladas, 2) niveladas/apopadas,1 3a)

niveladas, con empujador centrado, 3b) niveladas con empujador despla-zado. A) Todas cargadas a 2,80 m de calado, B) todas vacias con 0,70 m

de calado.

tales formaciones a tin calado de

2,80 in y con una profundidad del

agua de 5 metros.

La condiciOn

dcsfavorabie

sc

presenta (Aland° algunas batcazas

en. un convby estan

totalMente

cargadas mientras que otras solo

lo estain parcialmente o, en ciisos

extremos, aui vacias. Aqui el caso

Inas critico comprende los

convo-yes de dos unidadeS de largo con

on total de tres, cuatro o seis

bar-cazas (11, 12 ).

La figura N9 2 presenta una

comparaciOn de los requ'erimientos

dc potencia

especifica

parii tin

convoy de tres barcazas en

cual

fres estan cargadas y una Vacia.

Como inaica csta ilustraciOri,

requerimicntos de. poteneia

,pue-der, ser considerablemente

redu-cidos en este- easo al ubicar las

barcazas cargadas una detra's de

la otra, en lugar de aparearlaS. En

la formaciOn designada cow (2)

es neeesario desViar mas

ti-mones a los efcctos de

compen-sar el momento de guifiada ;que

surge de la asimetria en maSa y

cmpuje, pero .tal como lo indica la

cOmparacion de los coeficientes de

maniobtabilidad al pie del

diagra-ma, esto no time cfecto

sigdfica-tivo sobre las cualidadcs del go-.

Nemo. Los coeficientes de

mzinio-brabilidad utilizados en este 'caso

him sido derivados de sendas

prue-bas en Zig-zag.

En las figuras 3 y 4 se

presen-3 3 2 2 1

0 0

0 0

i77 vpi 0.28 0 i9 Y-560 to

0 fkw

_CEBEE

T .2.8 m u.1 T 51.60 1111 T _0.74 0 147 PROFUNDDAD = 4 m 0167 0 13, 0.355 POTENCIA 0.255

tan los efectos de las barcazas a

calalos variables sobre los

reque-rimientos de pofencia en convoyes

mayotes, de 4 a 6 .barcazas. 'Para

redonclear hi infOrmacion, estds

diagramas tambien indican los

re-queTimientoS especificos de

poten-cia part los dos casos extremos en

los cuales todas las- bartazas'en la

formaciOn estan cargadas a un

ea-Lido de 2,80m o todas estari casi.

yachts al calado. liviano de C.:14 m.

Estos

resultados corresponden a

una -profundidad de agua de 4m.

En Los convoyes a, 4 y 6

.bar-cazas, es evidente que Ia

forma-ciOn mas desventajosa es aquella.

en la que las unidades proeles

es-tan con calado reducido rnicntras.

clue

las popeles van cargadas a

pleno, clebido a que se produce

un indebido fuerte increment° en

Ia resistencia como Tesultado de

la cliscontinuiclad de la

configu-raCiOn del fond°,

Esto puede .ser

evitado si se

procura apopar las

barcazas

menor calado para obtener una

configuracion mas aviadas en el

fond° 411 como se indica en la

va-riante (2). En el ejemplo seitalaclo

se obtuvo el apopamiento

agregan-do .una carga de. 890 toneladas a

cada barcaza vacia.

Evidenternente que -esta ventaja

.poclria rneforarse .si, .en lugar de

agregar peso,. se logra el

.apopa-rnierito deseado mediante la

redis-tribuciOn de la carp existente, es

decir, pasando parte de la carga

el4GfarAta S50222a2r1.111 0

441

1 T2.8m T.,0.7m kW m' 0 3as

a.

Q T.2.11m r.zim T.0.71.86 GeIGEMMI 0.206

0 cE iB

_{T2.616 T0.71.m}

0

0 CEETE3

3 BARCAZAS CARGADAS

1616 2 BARCAZAS CARGAUAS _{4 BARCAZAS CARGADAS}

ZZ3 110

/

0.867 0.9

1 01.9

de las barcazas posteriorcs pata

ubicarla en las vacias.

No obstante,

estos

ajustes de

carffa y calado no siempre son

po-sibres de realizar o, en .su defect°,

pueden llegar a incrementar los

costos operacionales en les lugares

de carga o arm ado de los

convo-yes, lo que los tornaria

prohibiti-VOs Una alternativa mas aceptable

c igualmente efectiva consiste en

acoplar las barcazas cargadas y

las-vaccas respectivamente 'ma &tills

de otra en la medida de lo

posi-ble. Las configuraciones en (3) y

(5) de las fignras 3 y 4 Muestran

tales combinadiones.

Esto lleva a una distribUciOn

asi-metrica de la carga con

referen-0.3 0.2 INEVICl/LeIfdif/41 POTENCIA ESPECIFICA A V= 10 km/h PROFUNDIDAD h = 4 0 IA

Fig. 4 Comparacion de potencias de propulsion especificas en convo-yes de seis barcazas. A) Todas cargadas a 2,80 m de calado, B) Todas

ifacias con 0,74 m de calado.

AreIrZliMI =r1,000250CAGi 000LONIIIIMMI IMIKOZ/ZILACZa %Geed

0

Fig. 5 Comparacion de manicbrabilidad con aletas de tirnon a 30°, a

10 km/h de velocidad y con una profundidad de 5 metros. A) Cambio de enfilacion, B) Control de guiriada, C) Relacion de giro, a) Angulo de

re-base.

cia a la linea dc crujia del.

con-junto creando asi un moment° de

guiiiada durante

la maraa. .En

pruebaS comparativas de

propul-sion se detertninO que es mejor

compensar este momento

mediante ho ubicaciOn del ernpujador en

-fOrma asimetrica, en lugar de

apli-car una desviaciOn permanente

En

itos

ensayos realizados

el remolcador fue ubicado despla,

zado del eeritto en ttna .medida

equivalente al corrimiento en el

sentido transversal, del centro de

gravedad de las barcazas agrupa,

.das en forma asimetrica.

La figura N9 5 muestra una

comparaciOn de

coefiderites de

,maniobrabilidad Hentre

formacio-nes dispuestas simetricamente

pe-ro con desveritajas en cuantO a la

conjuntos no se ye afectada.

8190 m3

Maniobrabilidad

La maniobrabilidad en su

inte-gridad es de primerisima

impor-tandia en la navegaciOn par aguas

interiores, fundamentalmente

des-de el punto des-de vista des-de la

seguri-dad en el transit°. Desempetia un

rol igualmente vital en la toma de

decision por parte del operaclor al

enfrentar nuevos contratos,

cuan-do debe definirse par faCtores

ta-les coma la potencia de los

re-resistencia

al avanee, y aquellas

asimetricas que requieten el

me-8190 413 9650 m!

nor consumo de potencia, ambas

T.2.8m Ti0.71.m

con la misma carga otil y a

iden-10866 m1

9850 m1 ticas velocidades.

Resulta clam

que la maniobrabilidad de tales

1.16100207.46

molcadores, tamano de las

barca-zas y convoyes, selecciOn del

equi-po, etc. Para las finalidades de in

evaluaciOn, la prueba del zig-zag

u.

es muy adecuada ya que no solo

indica la aptitud de la embarca-

40

ciOn para girar o mantener su

rumbo, sino que tambien

suminis-tra la informacion sobre el tiempo

que reqUiere para tomar una

ac-ciOn evasiva para eludir

obstacu-los u otras naves en aguas

res-tringidas.

Fuerzas generadas

por remolques pasantes

Otra area de problemas

relaeio-nados con el tamatio y la

opera-ciOn bajo aspectos de seguriclad

consiste en las fuerzas

interactuan-tes entre bare° y barco cuando

dos ,conjuntos de barcazas se pa,

san entre si. 'El VBD ha Ilevado

a cabo prucbas con modelos

eo-rrespondientes a convoyes de dos

barcazas de frente pot dos de

lar-go, durante las (males se midieron

las fuerzas y Mon-lentos de

gui-iiada, deformaciones de la super,.

ficie dcl agua, presiones sabre el

fond° del canal, .asiento c

innier-skin de uno de los' ednvoyes al

encontrarse con otro del mismo

ta-maiio. 'Los parametros que .fueron

variados al respect° fueron:

cala-do, distancia lateral entre los

con-voyes, .velotidades y profundidad

del agua.

En todos los casos se denotO un.

significativo aliment° en las

fuer-zas nteractivas, cuyo increment°

se ham .rnas pronunciado cuando

la distaneia lateral se reduce a

me-nos de 0,46 m o cuando el agua.

libre debajO de la quilla se

re-duce a menos de 0,7 m, en .cuyo

caso se presenta el riesgo

adicio-nal de que uno de los eonvoyes

o ambos queden varados.

El VBD. disponc de amplia

in-formaciOn sobre los ensayos

reali-zados, la que puede recabarse por

eserito

del citado

instituto

para

ser recibida en idioma alemah al

Onico cost° de In reriroducciOn y

gastos de envio.

ConcIusiones

Los resultaclos disponibles de ]as

investigaciones realizadas y, las

ge-neralidades expuestas en este

tra-bajo,

_{si se aplican en}

combina-41.

30 1.0 50 60 70\

20 30 1. 50

ciOn con factores adicionales de,

rivados de condiciones locales,

ser-viran de ayuda a. los operadores

cuando deban seleccionar priori,

dades c impleinentat decisione&

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