DD256485B5

DD256485B5 - Hinterschiffsform for 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.The invention relates to the design of the Hinterschiffsform of Einschraubenschiffen underwater to reduce the specific drive power.

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.In the design of modern ship types is increasingly focused on minimizing the required drive power by increasing the Propulsionsgütegrades while reducing the ship's resistance. Operational economic demands with regard to maximum transport functions and minimal construction costs require ship-line designs that conflict with these objectives. The minimization of the ship's length as well as criteria of the engine room design cause completely designed, strongly dropping ship lines in the stern, which generally cause deterioration of the Propulsionsgütegrades. These efficiency degradations are more than compensated for by flow-conducting and propulsion-enhancing ship shapes and ancillary equipment. With the arrangement of inflow compensating nozzles in front of or behind the propeller (DE 2 540 596, DE 3 216 578, GB 2 073 689, US 4 309 172) or the arrangement of flow guide surfaces (DE 858 213, SU 388 958, GB 1 409, US Pat. GB 2 111 007) attempts to provide a direction of propeller rotation directed vortex in partial areas of the propeller circuit plane of the propeller flow, a flow direction correction or acceleration to avoid particularly large fluctuations in the velocity gradients of the wake and flow turbulence. However, since these devices are directly exposed to the suction effect of the propeller, they worsen the Sogziffer and call forth by vortex shedding at their boundary contours additional cavitation phenomena on the propeller. Furthermore, due to their limited extent, these devices can only exert a momentary flow-direction-correcting impulse on an already pronounced flow, so that in addition to the increase in frictional resistance, deflection and acceleration losses occur in the flow.

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.With the arrangement of the rear bead constructions, it is currently the most effective to improve the grade of propulsion, minimize propeller cavitation, and propeller-induced vibration excitations. The improvements are based on the achievement of nearly rotationally symmetric Isotachenverläufe mainly in the lower Propellerhalbkreisebene. By using a more pronounced Heckwulstes (DE 2 441 556), the Nachstromziffer can be improved at the expense of ship resistance.

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.With slender rear bulkheads (DD 123 172) for ships with slim waterlines at the rear, the average downstream coefficient is increased only slightly, while the ship's resistance remains almost constant and reduces the inclination of the propeller for vibration excitation and cavitation. Slender ship lines in the stern area can only be realized with a few ship types, such as fast container and passenger ships.

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.According to the patent DE 3 226 727 A 1, the underwater area of the rear of the ship is designed asymmetrically such that due to the imbalance of a Vordrall the propeller counter to the propeller rotation an improvement of the propulsion by reducing the swirl losses and a reduction of Schubexzentrizität is effected. The reduction of the waterline entry angles in the heavily loaded propeller quadrants of the upwardly propeller blades is achieved by increasing the waterline entry angles in the opposite quadrant. As a result, an influence on the Sogziffer is only conditionally possible and a direct guiding effect of the high-energy boundary layer flow in the upper propeller semi-circle level is not given. Flow guiding effects are achieved in this construction only via the combination with additional guide devices, such as fins and nozzles.

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.By the DD 237 143 a Hinterschiffsform is known for Einschraubenschiffe arranged in the midships plane propeller shaft center, which in the Stevenkontur (I) above the Propellerwellenmitte (II) to the construction waterline (III) is wound to about 15-20% of the ship's length and the in the area of the upper quadrant of the propeller circle plane, in which the propeller blades hit downwards (V), has a kink (XII) that extends over 15-20% of the length of the ship and runs out of the propeller circle plane in the Stevenkontur (I) and its area below the propeller shaft center (II) is designed as a symmetrical Heckwulst (XII) in drop form. This design has not yet achieved the expected effects of a simplified design.

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.Finally, a rear-ship form is also known, in which the asymmetry is executed parallel to the longitudinal center of the vessel (DE 2 253 761). The disadvantage of this Hinterschiffsform consists in the fact that no equalization of the propeller load in the radial direction is achieved. Although the inner wing sections are loaded, too much swirl is generated at the outer sections outside the propeller plane.

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.The object of the invention is to design a rear ship shape that allows a reduction of the required drive power, so that reduces fuel consumption and is inexpensive to manufacture. The object of the invention is to design a Hinterschiffsform, which causes an increase in the Propulsionsgütegrades with insignificant influence on the ship's resistance and cavitation on the propeller and a reduction of propeller-induced pressure fluctuations. According to the invention the object is achieved in that the symmetrically shaped rear bead below the construction waterline is about 10 to 15% of the propeller diameter laterally of the midships plane in the direction of the quadrant of the propeller blades thrusting upwards. The propeller shaft center remains in the midships plane. Below the center of the propeller shaft, the stern is formed with a symmetrical tail bead in the form of drops, with the stern end run parabolic to the base. The rear bead achieves an almost rotationally symmetrical downstream flow distribution over the lower propeller semi-circle plane. The reduction of the water inlet angles in the quadrants of the upwardly propeller blades require an improvement of the inflow conditions as well as a far-reaching axial alignment of the propeller flow. The design of the parabolic spout causes the formation of Kimmwirbeln is largely excluded. The increase of the mean downstream figures and the reduction of the suction digit by the relief of the highly loaded quadrant of the propeller circle plane cause an improvement of the Propulsionsgütegrades. In the area between the propeller shaft center and the construction waterline, the water lines are twisted on one side in the direction of the quadrant of the upper propeller semi-circle plane, in which the propeller blades strike upwards. The maximum twisting is in this case preferably ² l _{3 of} the distance between the center of the propeller shaft and the design waterline. The length of the one-sided twisted area of the rear end is 15-20% of the ship's length.

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 werdenThe one-sided twisting of the midships plane causes a propeller rotation opposite directed pre-whirl of the influx to the upper propeller semi-circle level and an improvement of the propulsion by reducing the Propellerdrallverluste. The kink according to the invention effects the guiding action of the energy boundary layer flow in the upper propeller circle plane, wherein the outlet of the bend in the Stevenkontur lies above the propeller blade tips. The inclination of the bend is adapted to the flow pattern to avoid turbulence and separation phenomena at the bend. The invention will be explained with reference to drawings

Figur 1:FIG. 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-FormShows the Spantquerschnitt the Hinterschiffes invention. The Stevenkontur I is above the Propellerwellenmitte Il up to the construction waterline III partially wound on one side, with the maximum of twisting VIII to ² I _{3 of} the distance between the propeller shaft center Il and design waterline III. Below the propeller shaft center II, the area of the waterline is formed as a symmetrical drop-shaped rear bead XIII, which is displaced by the amount XIV laterally of the midships plane IX in the direction of the quadrants of the upwardly propeller blades IV, V1 and a nearly rotationally symmetrical Isotachenverlauf in the lower Propellerhalbkreisebene Vl, VII effects. The kink XII is located in the quadrant of the downwardly propeller blade V of the upper propeller semi-circle plane. It starts at a ship length of 15-20% and ends in the Stevenkontur I above the propeller blade tips. The vertical inclination of the bend with respect to the water lines is adapted to the rising from the ship's bottom boundary layer flow. Below the bend, the frame contour is aligned and is almost vertical in the area of the rear bead XIII. The angle between the former contours below and below the bend decreases continuously. The frame shape in the area of the propeller blades VI, IV has a pronounced V-shape

Figur 2:FIG. 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.Shows the waterline tear of the rear ship. The torsion represented by the Stevenkontur I extends over a range of about 15-20% ship length and then merges into the symmetrical aft ship. The rear bead XIII is characterized by the symmetrical design of the water lines, wherein the rear bead XIII is laterally displaced by the amount XIV from the midship plane Xl. The propeller shaft center II remains in the midships plane IX.

Claims

Rear hull form for single-screw vessels with mid-plane propeller shaft center, which is wound in the region of Stevenkontur (I) above the Propellerwellenmitte (II) to the construction waterline (III) to about 15-20% of the ship's length and in the upper quadrant of the propeller circle, in which the propeller blades beat down (V), has a kink (XII) which extends over 15-20% of the ship's length and runs out in the Stevenkontur (I) of the propeller circle plane and whose area below the propeller shaft center (II) as a symmetrical Heckwulst (XII) is formed in the form of drops, characterized in that the rear bead (XIII) in the direction of the quadrant of the upwardly propeller blades (IV, Vl) is shifted laterally from the midships plane by 10-15% of the propeller diameter.

For this

2 pages drawings