DE10103137A1 - Vorrichtung zur Steuerung eines Wasserfahrzeuges - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung dient zur Steuerung eines Wasserfahrzeuges, das einen Antriebspropeller und ein in Richtung einer Fahrzeuglängsachse vor oder hinter dem Antriebspropeller angeordnetes Ruder aufweist. Das Ruder ist um eine Drehachse verschwenkbar ausgebildet. Die Drehachse erstreckt sich im wesentlichen in vertikaler Richtung. Das Ruder weist eine mindestens bereichsweise gekrümmt verlaufende Mittelebene auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Wasserfahrzeuges, das einen Antriebspropeller und ein in Richtung einer Fahrzeuglängsachse vor und hinter dem Antriebspropeller angeordnetes Ruder aufweist, das verschwenkbar ausgebildet ist und bei dem sich die Drehachse im wesentlichen normal zur Bootslängsachse erstreckt.

Bei der Propulsion von Wasserfahrzeugen durch Schraubenpropeller, insbesondere bei U- Booten, tritt das Problem auf, dass durch den Antriebspropeller ein Drall erzeugt wird. Drall bezeichnet hier eine Rotationsbewegung des Fluids in Propellerdrehrichtung um die Propellerachse. Dieser Drall hat zur Folge, dass der Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Antriebsenergie in eine Vorwärtsbewegung des Wasserfahrzeuges reduziert wird. Dies führt zu einem erhöhten Energieverbrauch.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, dass der Wirkungsgrad beim Antrieb des Wasserfahrzeuges erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ruder eine mindestens bereichsweise gekrümmt verlaufende Mittelebene aufweist.

Durch die gekrümmt verlaufende Mittelebene des Ruders ist es möglich, den sogenannten Propulsionsgütegrad deutlich zu verbessern. Der gekrümmte Verlauf der Mittelebene des Ruders hat zur Folge, dass auch vom Ruder ein Drall erzeugt wird. Durch eine geeignete Dimensionierung des Krümmungsverlaufes des Ruders ist es möglich, zumindest eine teilweise Kompensation des Dralls des Schiffspropellers derart zu erzeugen, dass eine resultierende Kraftwirkung in Bewegungsrichtung des Wasserfahrzeuges ausgerichtet ist.

Eine typische Ausbildung besteht darin, dass die Mittelebene wahlweise einzeln oder in Kombination durch Profilwölbung oder einen Profilanstellwinkel zur lokalen Anströmrichtung gebildet wird, wobei Profilwölbung und Anstellwinkel über die Ruderspannweite veränderlich sind.

Eine Anwendung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Wasserfahrzeug als ein U-Boot ausgebildet ist.

Zur Unterstützung eines günstigen Strömungsverlaufes wird vorgeschlagen, dass das Ruder sich hinter der Drehachse Richtung stromabwärts verjüngt.

Eine konstruktiv einfache Gestaltung wird dadurch bereitgestellt, dass das Ruder einteilig ausgebildet ist.

Ein vergrößerter Gestaltungsspielraum kann dadurch bereitgestellt werden, dass das Ruder mehrteilig ausgebildet ist.

Insbesondere ist daran gedacht, dass das Ruder mit einem Klappenruder versehen ist.

Eine besonders hohe Wirksamkeit bei gleichzeitig kompaktem Aufbau kann dadurch erreicht werden, dass das Klappenruder eine gekrümmt verlaufende Mittelebene aufweist.

Insbesondere ist daran gedacht, dass die gekrümmt verlaufende Mittelebene zur Vordrallerzeugung ausgebildet ist.

Ein besonders effektiver Einsatz der Antriebsenergie wird dadurch unterstützt, dass die gekrümmt verlaufende Mittelebene zur Drallkompensation des Propellers ausgebildet ist.

Zur Anpassung an üblicherweise vorliegende Strömungsbedingungen wird vorgeschlagen, dass eine maximale Wölbung und/oder Anstellwinkel relativ zur lokalen Anströmrichtung des Ruders bei Geradeausfahrt des Wasserfahrzeuges in einem mittleren Ruderbereich angeordnet ist.

Zur Anpassung an eine konkrete Propellerrealisierung wird vorgeschlagen, dass sich die lokale Wölbung und/oder der lokale Anstellwinkel des Ruderprofils größtenteils in die Drehrichtung des Propellers bei Geradeausfahrt des Wasserfahrzeuges erstreckt.

Eine vorteilhafte Dimensionierung wird dadurch definiert, dass das Klappenruder etwa 20% der Fläche eines resultierenden Gesamtruders ausmacht.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen horizontalen Schnitt durch ein Ruder mit gewölbt verlaufender Mittellinie und einem Anstellwinkel gegenüber der Strömungsrichtung bei einer Geradeausfahrt des Wasserfahrzeuges,

Fig. 2 modifizierte Gestaltungsformen zu Fig. 1 mit gewölbt verlaufender Mittellinie aber ohne Anstellwinkel gegenüber der Strömungsrichtung bei einer Geradeausfahrt des Wasserfahrzeuges,

Fig. 3 eine modifizierte Gestaltungsform zu Fig. 1 ohne Wölbung aber mit Anstellwinkel gegenüber der Strömungsrichtung bei einer Geradeausfahrt des Wasserfahrzeuges,

Fig. 4 eine Skizze zur Veranschaulichung einer beeinflussenden Ruderspannweite und

Fig. 5 eine Skizze zur Veranschaulichung des Maßes der Drallerzeugung über die Ruderspannweite.

Fig. 6 die Anordnung eines Hauptruders mit zusätzlichem Klappenruder und

Fig. 7 die Anordnung gemäß Fig. 5, bei der zusätzlich das Klappenruder eine Wölbung aufweist.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 weist ein Ruder (1) eine Mittelebene auf, die mit einem gekrümmten Verlauf versehen ist und in dem Schnitt durch die Mittellinie (2) sichtbar wird. Die Wölbung (7) ist die maximale senkrechte Entfernung der Verbindenden der austretenden Ruderkante (4) und der eintretenden Ruderkante (8) zur Mittellinie (2). Die Mittelebene ist im Bereich des Schnittes gegenüber der Anströmrichtung (10) um einen Winkel (9) angestellt.

Die Mittelinie (2) ist jeweils gleich weit von den beiden Seitenflächen (5, 6) entfernt. Das Ruder (1) ist relativ zu seiner Drehachse (3) verschwenkbar angeordnet. Die Drehachse (3) verläuft normalerweise im vorderen Drittel des Ruders (1).

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 2 weisen die dargestellten Rudervariationen eine Wölbung (7) der Mittelebene zur Drallerzeugung auf, jedoch keinen Anstellwinkel (9) wie in Fig. 1. Die dargestellten Schnitte zeichnen sich dadurch aus, dass durch einen geeigneten strömungsgünstigen Verlauf der Seitenflächen (5, 6) eine Wölbung erzeugt wird.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der zur Drallerzeugung keine Wölbung (7) wie in Fig. 1 und 2 genutzt wird, sondern ein Anstellwinkel (9) gegenüber der Anströmrichtung. Der dargestellte Schnitt zeichnet sich durch die Symmetrie der strömungsgünstig geformten Seitenflächen (5, 6) um die Mittellinie (2) aus.

Wie in den Darstellungen gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 abgebildet, kann die Krümmung der Mittelebene des Ruders durch Wölbung (7) sowie durch einen Anstellwinkel (9) gegenüber der Anströmrichtung (10) erreicht werden. Beide Maßnahmen können wahlweise einzeln, oder in Kombination eingesetzt werden, um den gewünschten Drall zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt in einer Seitenansicht die Anordnung des Ruders (1) im Bereich des Rumpfes des Wasserfahrzeuges (2), wobei der Rumpf (2) in Strömungsrichtung (3) hinter dem Ruder (1) einen Propeller (4) trägt. Derjenige Bereich des Ruders (1), der den auftretenden drall beeinflusst, ist schraffiert (5) dargestellt.

Fig. 5 veranschaulicht an zwei Beispielen in Verbindung mit Fig. 4 das Maß der Drallerzeugung (6) über der Ruderspanne. Das Maximum der Drallerzeugung (7) ist im mittleren Bereich der beeinflussenden Ruderspannweite (5) angeordnet. Es ist besonders erkennbar, dass das Maß der Drallerzeugung(6) zu den Rändern der beeinflussenden Ruderspannweite (5) klein im Vergleich zu dem Maximum der Drallerzeugung (7) ist.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Ruder (1) mit einem zusätzlichen Klappenruder (11) versehen ist, das relativ zum Ruder (1) um eine Drehachse (12) verschwenkbar ist. Bei der in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsform wird der gewölbte Verlauf des resultierenden Gesamtruders, das aus dem Ruder (1) und dem Klappenruder (11) ausgebildet ist, durch eine Verschwenkung des Klappenruders (11) relativ zum Ruder (1) erzeugt.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 7 weist das Klappenruder (11) eine Wölbung (7) auf. Hier wird der gewölbte Verlauf des resultierenden Gesamtruders durch die Wölbung (7) des Klappenruders (11) bzw. durch eine Kombination der Wölbung (7) des Klappenruders (11) mit einem vorgebbaren Anstellwinkel erreicht.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Wasserfahrzeuges, das einen Antriebspropeller und ein in Richtung einer Fahrzeuglängsachse vor und hinter dem Propeller angeordnetes Ruder aufweist, das um eine Drehachse verschwenkbar ausgebildet ist und bei dem sich die Drehachse im wesentlichen in vertikaler Richtung erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ruder (1) eine mindestens bereichsweise gekrümmt verlaufende Mittelebene aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelebene wahlweise einzeln oder in Kombination durch Profilwölbung oder Profilanstellwinkel schräg zur lokalen Anströmrichtung gebildet wird wobei Profilwölbung und Profilanstellwinkel über die Ruderspannweite veränderlich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserfahrzeug als ein U-Boot ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Ruder (1) in eine der Drehachse (5) abgewandte Richtung verjüngt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ruder (1) einteilig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Ruder (1) mehrteilig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ruder (1) mit einem Klappenruder (11) versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenruder (11) eine gekrümmt verlaufende Mittelebene aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmt verlaufende Mittelebene zur Vordrallerzeugung ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmt verlaufende Mittelebene zur Drallkompensation des Propellers (4) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Drallerzeugung durch Wölbung (7) und/oder Anstellwinkel (9) in einem mittleren Bereich der beeinflussenden Ruderspannweite angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Wölbung (7) und/oder Anstellwinkel (9) des Ruders in eine Drehrichtung des Propellers (4) erstreckt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Klappenruder (11) etwa 20% der Fläche eines resultierenden Gesamtruders ausmacht.