DD256485B5

DD256485B5 - Hinterschiffsform fuer Einschraubenschiffe

Info

Publication number: DD256485B5
Application number: DD29871786A
Authority: DD
Inventors: Wendtland Pat-Anw Peter; Jens Bartels; Alfred Dudszus; Klaus Nering; Siegfried Sassenburg
Original assignee: Alfred Dudszus
Priority date: 1986-12-30
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1996-01-25
Also published as: DE3742399A1; DD256485A1

Description

Die Erfindung betrifft die Gestaltung der Hinterschiffsform von Einschraubenschiffen im Unterwasserbereich zur Reduzierung der spezifischen Antriebsleistung.

Bei der Projektierung moderner Schiffstypen wird zunehmend Schwerpunkt auf die Minimierung der erforderlichen Antriebsleistung durch eine Erhöhung des Propulsionsgütegrades bei gleichzeitiger Senkung des Schiffswiderstandes gelegt. Betriebsökonomische Forderungen hinsichtlich maximaler Transportfunktionen und minimaler Baukosten bedingen Schiffsliniengestaltungen, die diesen Zielstellungen entgegenstehen. Die Minimierung der Schiffslänge sowie Kriterien der Maschinenraumgestaltung bewirken völlig gestaltete, stark ausfallende Schiffslinien im Achterschiff, die allgemein Verschlechterungen des Propulsionsgütegrades bedingen. Diese Wirkungsgradverschlechterungen werden durch strömungsleitende und propulsionsverbessernde Schiffsformen und Zusatzeinrichtungen mehr als kompensiert. Mit der Anordnung von Zustromausgleichsdüsen vor oder hinter dem Propeller (DE 2 540 596, DE 3 216 578, GB 2 073 689, US 4 309 172) bzw. der Anordnung von Strömungsleitflächen (DE 858 213, SU 388 958,GB 1 409, GB 2 111 007) versucht man, in partiellen Bereichen der Propellerkreisebene der dem Propeller zufließenden Strömung einen dem Propellerdrehsinn entgegengesetzt gerichteten Vordrall, eine Strömungsrichtungskorrektur bzw. eine Beschleunigung zu geben, um besonders große Schwankungen der Geschwindigkeitsgradienten des Nachstromes sowie Strömungsturbulenzen zu vermeiden. Da diese Einrichtungen jedoch unmittelbar der Sogwirkung des Propellers ausgesetzt sind, verschlechtern sie die Sogziffer und rufen durch Wirbelablösungen an ihren Begrenzungskonturen zusätzliche Kavitationserscheinungen am Propeller hervor. Des weiteren können diese Einrichtungen auf Grund ihrer flächenmäßig begrenzten Ausdehnung nur einen kurzzeitig strömungsrichtungskorrigierenden Impuls auf eine bereits ausgeprägte Strömung ausüben, so daß es neben der Erhöhung des Reibungswiderstandes zu Umlenkungs- und Beschleunigungsverlusten in der Strömung kommt.

Mit der Anordnung von Heckwulstkonstruktionen ist es gegenwärtig am effektivsten, den Propulsionsgütegrad zu verbessern, die Propellerkavitation sowie die propellerinduzierten Schwingungserregungen zu minimieren. Die Verbesserungen basieren auf der Erreichung nahezu rotationssymmetrischer Isotachenverläufe vorwiegend in der unteren Propellerhalbkreisebene. Durch die Verwendung eines stärker ausgeprägten Heckwulstes (DE 2 441 556) kann die Nachstromziffer auf Kosten des Schiffswiderstandes verbessert werden.

Bei schlanken Heckwulsten (DD 123 172) für Schiffe mit schlanken Wasserlinien im Heckbereich wird die mittlere Nachstromziffer nur geringfügig vergrößert, wobei der Schiffswiderstand nahezu konstant bleibt und sich die Neigung des Propellers zur Schwingungserregung und Kavitation verringert. Schlanke Schiffslinien im Achterschiffsbereich lassen sich nur bei wenigen Schiffstypen, wie schnellen Container- und Fahrgastschiffen, realisieren.

Nach der Patentschrift DE 3 226 727 A 1 wird der Unterwasserbereich des Hinterschiffes derartig unsymmetrisch ausgebildet, daß infolge der Unsymmetrie ein Vordrall des Propellerzustromes entgegen der Propellerdrehrichtung eine Verbesserung der Propulsion durch die Senkung der Drallverluste sowie eine Minderung der Schubexzentrizität bewirkt wird. Die Verringerung der Wasserlinieneinlaufwinkel in den stark belasteten Propellerquadranten der nach oben schlagenden Propellerflügel wird durch eine Vergrößerung der Wasserlinieneinlaufwinkel im gegenüberliegenden Quadranten erzielt. Dadurch ist eine Beeinflussung der Sogziffer nur bedingt möglich und eine direkte Leitwirkung der energiereichen Grenzschichtströmung in die obere Propellerhalbkreisebene nicht gegeben. Strömungsleitwirkungen werden bei dieser Konstruktion nur über die Kombination mit zusätzlichen Leiteinrichtungen, wie Flossen und Düsen, erzielt.

Durch die DD 237 143 ist eine Hinterschiffsform für Einschraubenschiffe mit in der Mittschiffsebene angeordneter Propellerwellenmitte bekannt, welche im Bereich der Stevenkontur (I) oberhalb der Propellerwellenmitte (II) bis zur Konstruktionswasserlinie (III) auf etwa 15-20 % der Schiffslänge verwunden ist und die im Bereich des oberen Quadranten der Propellerkreisebene, in dem die Propellerflügel nach unten schlagen (V), einen Knick (XII) aufweist, der sich über 15-20 % der Schiffslänge ausdehnt und in der Stevenkontur (I) der Propellerkreisebene ausläuft und deren Bereich unterhalb der Propellerwellenmitte (II) als symmetrischer Heckwulst (XII) in Tropfenform ausgebildet ist. Mit diesem Entwurf wurden noch nicht die erwarteten Effekte einer vereinfachten Bauweise erzielt.

Bekannt ist schließlich auch eine Hinterschiffsform, bei der die Asymmetrie parallel zur Schiffsmittellängsebene ausgeführt ist (DE 2 253 761). Der Nachteil dieser Hinterschiffsform besteht vor allem darin, daß keine Vergleichmäßigung der Propellerbelastung in radialer Richtung erreicht wird. Es werden zwar die inneren Flügelschnitte belastet, jedoch wird zuviel Drall an den Außenschnitten außerhalb der Propellerebene erzeugt.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Hinterschiffsform zu gestalten, die eine Reduzierung der erforderlichen Antriebsleistung ermöglicht, damit den Treibstoffverbrauch reduziert und kostengünstig in der Fertigung ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hinterschiffsform zu gestalten, die eine Erhöhung des Propulsionsgütegrades bei unwesentlicher Beeinflussung des Schiffswiderstandes und der Kavitation am Propeller sowie eine Reduzierung der propellerinduzierten Druckschwankungen bewirkt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der symmetrisch gestaltete Heckwulst unterhalb der Konstruktionswasserlinie etwa 10-15 % des Propellerdurchmessers seitlich der Mittschiffsebene in Richtung der Quadranten der nach oben schlagenden Propellerflügel verschoben ist. Die Propellerwellenmitte bleibt dabei in der Mittschiffsebene liegen. Unterhalb der Propellerwellenmitte ist das Hinterschiff mit einem symmetrischen Heckwulst in Tropfenform ausgebildet, wobei der Stevenauslauf zur Basis parabolisch verläuft. Durch den Heckwulst wird eine nahezu rotationssymmetrische Nachstromverteilung über die untere Propellerhalbkreisebene erreicht. Die Verringerung der Wasserlinieneinlaufwinkel in den Quadranten der nach oben schlagenden Propellerflügel bedingen eine Verbesserung der Zustrombedingungen sowie eine weitestgehende axiale Ausrichtung der dem Propeller zufließenden Strömung. Die Gestaltung des parabolischen Auslaufes bewirkt, daß die Ausbildung von Kimmwirbeln weitestgehend ausgeschlossen wird. Die Erhöhung der mittleren Nachstromziffern und die Senkung der Sogziffer durch die Entlastung der hochbelasteten Quadranten der Propellerkreisebene bewirken eine Verbesserung des Propulsionsgütegrades. Im Bereich zwischen der Propellerwellenmitte und der Konstruktionswasserlinie sind die Wasserlinien einseitig verwunden und zwar in Richtung des Quadranten der oberen Propellerhalbkreisebene, in dem die Propellerflügel nach oben schlagen. Die maximale Verwindung befindet sich dabei auf vorzugsweise ²I₃ des Abstandes zwischen Propellerwellenmitte und Konstruktionswasserlinie. Die Länge des einseitig verwundenen Bereiches des Hinterschiffes beträgt 15-20 % der Schiffslänge.

Die einseitige Verwindung der Mittschiffsebene bewirkt einen dem Propellerdrehsinn entgegengesetzt gerichteten Vordrall des Zustromes zur oberen Propellerhalbkreisebene und eine Verbesserung der Propulsion durch die Senkung der Propellerdrallverluste. Der erfindungsgemäße Knick bewirkt die Leitwirkung der energiebehafteten Grenzschichtströmung in die obere Propellerkreisebene, wobei der Auslauf des Knicks in der Stevenkontur oberhalb der Propellerflügelspitzen liegt. Die Neigung des Knicks ist dem Strömungsverlauf angepaßt, um Turbulenz- und Ablöseerscheinungen am Knick zu vermeiden. Anhand von Zeichnungen soll die Erfindung erläutert werden

Figur 1:

Zeigt den Spantquerschnitt des erfindungsgemäßen Hinterschiffes.Die Stevenkontur I ist oberhalb der Propellerwellenmitte Il bis zur Konstruktionswasserlinie III partiell einseitig verwunden, wobei sich das Maximum der Verwindung VIII auf ²I₃ des Abstandes zwischen Propellerwellenmitte Il und Konstruktionswasserlinie III befindet. Unterhalb der Propellerwellenmitte Il ist der Bereich der Wasserlinie als symmetrischer tropfenförmiger Heckwulst XIII ausgebildet, der um den Betrag XIV seitlich der Mittschiffsebene IX in Richtung der Quadranten der nach oben schlagenden Propellerflügel IV, Vl verschoben ist und einen nahezu rotationssymmetrischen Isotachenverlauf in der unteren Propellerhalbkreisebene Vl, VII bewirkt. Der Knick XII ist im Quadranten der nach unten schlagenden Propellerflügel V der oberen Propellerhalbkreisebene angeordnet. Er beginnt etwa bei einer Schiffslänge von 15-20 % und endet in der Stevenkontur I oberhalb der Propellerflügelspitzen. Die vertikale Neigung des Knicks gegenüber den Wasserlinien ist der vom Schiffsboden her aufsteigenden Grenzschichtströmung angepaßt. Unterhalb des Knicks richtet sich die Spantkontur auf und ist im Bereich des Heckwulstes XIII nahezu senkrecht. Dabei nimmt der Winkel zwischen den Spantkonturen unterhalb und oberhalb des Knicks kontinuierlich ab. Die Spantform im Bereich der Propellerflügel Vl, IV besitzt eine betonte V-Form

Figur 2:

Zeigt den Wasserlinienriß des Hinterschiffes. Die durch die Stevenkontur I dargestellte Verwindung erstreckt sich über einen Bereich von etwa 15-20 % Schiffslänge und geht dann in das symmetrische Achterschiff über. Der Heckwulst XIII ist durch die symmetrische Gestaltung der Wasserlinien gekennzeichnet, wobei der Heckwulst XIII um den Betrag XIV seitlich aus der Mittschiffsebene Xl verschoben ist. Die Propellerwellenmitte Il bleibt in der Mittschiffsebene IX liegen.

Claims

Hinterschiffsform für Einschraubenschiffe mit in der Mittschiffsebene angeordneter Propellerwellenmitte, welche im Bereich der Stevenkontur (I) oberhalb der Propellerwellenmitte (II) bis zur Konstruktionswasserlinie (III) auf etwa 15-20 % der Schiffslänge verwunden ist und die im Bereich des oberen Quadranten der Propellerkreisebene, in dem die Propellerflügel nach unten schlagen (V), einen Knick (XII) aufweist, der sich über 15-20 % der Schiffslänge ausdehnt und in der Stevenkontur (I) der Propellerkreisebene ausläuft und deren Bereich unterhalb der Propellerwellenmitte (II) als symmetrischer Heckwulst (XII) in Tropfenform ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heckwulst (XIII) in Richtung der Quadranten der nach oben schlagenden Propellerflügel (IV, Vl) um 10-15 % des Propellerdurchmessers seitlich aus der Mittschiffsebene verschoben ist.

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2 Seiten Zeichnungen