DE102004020924A1 - Vorrichtung zur gleichzeitigen Steuerung und Rolldämpfung von Schiffen - Google Patents

Abstract

Die im Wasser schwimmenden Schiffe sind frei bewegliche Körper mit sechs Freiheitsgraden, die neben den drei translatorischen Bewegungen bei Seegang Drehungen um alle drei Achsen ausführen. Besonders bei Schiffen mit hohen Aufbauten (Passagierschiffe, Autotransporter) und viel Decksladung (Containerschiffe) ergeben sich aus der Drehung um die X-Achse, die als Krängen oder Rollen bezeichnet wird, immer wieder Probleme. Bei Passagierschiffen werden die Passagiere seekrank und bei Containerschiffen führen extreme Rollbewegungen zum Verlust von Deckscontainern der höheren Lagen. Daher werden Passagierschiffe, RoRo-Schiffe und seltener Containerschiffe mit Einrichtungen zur Rolldämpfung ausgestattet. Zur Rolldämpfung werden vorwiegend Flossenstabilisatoren oder Schlingertanks eingesetzt. Es sind auch Verfahren bekannt geworden, die eine Rollstabilisierung durch das Ruder ermöglichen. DOLLAR A Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die in der Lage ist, gleichzeitig die Steuerung von Schiffen durchzuführen und eine Dämpfung der von Wellen induzierten Rollbewegungen zu bewirken. Die Rollstabilisierung wird erfindunsgemäß durch eine Vorrichtung ermöglicht, die mindestens aus einer Haupt- und einer Hilfsrudermaschine und einem Ruder mit zwei getrennten Ruderflächen besteht und dadurch gekennzeichnet ist, dass die obere Fläche zur Steuerung und die untere Fläche zur Rolldämpfung dienen kann.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die in der Lage ist, gleichzeitig die Steuerung von Schiffen durchzuführen und die Dämpfung der von Wellen induzierten Rollbewegungen zu dämpfen.
• Schiffe werden durch Ruderanlagen bestehend aus einem im Wasser befindlichen Ruderblatt und der zur Erzeugung der Ruderkräfte benötigten Rudermaschine gesteuert. Ruder werden bei Schiffen in der Regel am Heck angebracht und sind drehbare Platten oder Verdrängungskörper mit Tragflügelprofil. Bei der Drehung der Ruder um den Ruderwinkel werden Kräfte erzeugt, die als Steuerkräfte für das Schiff verwendet werden. Diese Steuerkräfte führen zur Drehung (Gieren) um die Hochachse des Schiffes. Sie ergeben sich aus der Druckverteilung um das Ruder, dabei ist die der Strömung zugewandte Seite die Druckseite und die der Strömung abgewandte Seite die Saugseite. Die Ruderwirkung erfolgt durch die Verstellung des Ruderblattes und ist abhängig von der Schiffsgeschwindigkeit und dem Ruderwinkel.
• Neben diesen Steuerkräften werden beim Ruderlegen Momente auf das Schiff ausgeübt, die eine Krängung, d. h. eine Drehung um die Schiffslängsachse verursachen (s. a. Bild 1). Die im Wasser schwimmenden Schiffe sind frei bewegliche Körper mit sechs Freiheitsgraden, die neben den drei translatorischen Bewegungen bei Seegang Drehungen um alle drei Achsen ausführen. Besonders bei Schiffen mit hohen Aufbauten (Passagierschiffe, Autotransporter) und viel Decksladung (Containerschiffe) ergeben sich aus der Drehung um die X-Achse, die als Krängen oder Rollen bezeichnet wird, immer wieder Probleme. Bei Passagierschiffen werden die Passagiere seekrank und bei Containerschiffen führen extreme Rollbewegungen zum Verlust von Deckscontainern der höheren Lagen. Daher werden Passagierschiffe, RoRo-Schiffe und seltener Containerschiffe mit Einrichtungen zur Rolldämpfung ausgestattet. Zur Rolldämpfung werden vorwiegend Flossenstabilisatoren oder Schlingertanks eingesetzt.
• Es sind auch Verfahren bekannt geworden, die eine Rollstabilisierung durch das Ruder ermöglichen. Dabei werden mit einem zusätzlichen Rolldämpfungssystem die zur Dämpfung benötigten Daten erfasst und als übergeordnete Betätigungssignale an die Ruderanlage gegeben. Die Ruderanlage und das Ruderblatt selbst wurden dafür nicht oder nicht wesentlich geändert. Die Wirkung erfolgt über eine Rollbewegung des Schiffes, die neben der Gierbewegung vom Legen des Ruders induziert wird. Dadurch war die Wirkung häufig nicht so effektiv wie gewünscht und die Anlagen wurden nicht mehr genutzt wie z. B. auf der ESTONIA.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine wirkungsvollere Vorrichtung zur Verfügung zu steilen. Die Rollstabilisierung wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung ermöglicht, die mindestens aus einer Haupt- und einer Hilfsrudermaschine und einem Ruder mit zwei getrennten Ruderflächen besteht und dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Fläche zur Steuerung und die untere Fläche zur Rolldämpfung dienen kann (s. a. Bild 2).
• Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die durch die untere Ruderfläche induzierte Moment, um auf das Schiff wirkende äußere stoßartig auftretende krängende Momente auszugleichen. Diese äußeren krängenden Momente entstehen aus Windböen oder Seegang und werden dann gezielt durch innere krängende Momente reduziert, die durch schnelles Ruderlegen des unteren Ruders ausgelöst werden.
• Durch periodischen Seegang auftretende krängende Momente lassen sich durch die Regelmäßigkeit gezielter und im Ergebnis besser dämpfen, als unregelmäßig stoßartig auftretende Momente. In der Revierfahrt mit geringem Seegang werden beide Ruderflächen zusammengeschaltet und führen aufgrund der erheblich größeren Fläche zu einer vergrößerten Ruderwirkung.
• Zur Aufteilung der gesamten verfügbaren Ruderblattwirkung ist innerhalb der in Bild 2 als Kurs-Roll-Regler bezeichneten Einheit ein Optimierer vorhanden, dessen prinzipielle Funktion in Bild 3 dargestellt ist. Ziel der Optimierung ist, dass die Kursregelung Vorrang vor der Rolldämpfung hat und dass zur Rolldämpfung die verfügbare Ruderblattwirkung unter Berücksichtigung der maximal möglichen Ruderwinkel bestmöglich ausgenutzt wird. Im Bereich A (Bild 3) wird abhängig von der von einem übergeordneten Regler gewünschten Ruderwirkung zur Kursregelung und zur Rolldämpfung eine Vorgabe für die Ruderlagen δ1 und δ2 ermittelt. In den Bereichen C werden beide Ruderblätter auf ihren Maximalwert in der jeweiligen Richtung gestellt, um bestmöglich den Kurs ohne Berücksichtigung der Rolldämpfung regeln zu können. In den Bereichen B wird nur jeweils eines der Ruderblätter auf seinen Maximalwert gestellt, das andere wird so eingestellt, dass sich die gewünschte Ruderwirkung bezüglich der Kursregelung ergibt, die Rolldämpfung ergibt sich untergeordnet bestmöglich im Rahmen der verfügbaren Ruderblattwirkung.
• Die genaue Definition des Begriffes "Ruderblattwirkung" in Bild 3 hängt von der Gestaltung der übergeordneten Regelung ab. Die Form der Kurvenscharen wird im allgemeinen auch an die aktuelle Beladung und Geschwindigkeit des Schiffes angepasst werden müssen.
• Die vorzugsweise Ausführungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–4 und den Bildern 1 und 3.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Steuerung und Rolldämpfung von Schiffen, umfassend mindestens eine Steuerung (z. B. Kurs-Roll-Regler), eine Haupt- und eine Hilfsrudermaschine (Rudermaschine 1 und 2) und den beiden Ruderblättern (Ruder 1 oben, Ruder 2 unten), dadurch gekennzeichnet, dass die obere Ruderblattfläche vorzugsweise zum Steuern und die untere Ruderblattfläche vorzugsweise zur Rolldämpfung dient.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerte für die Lage der beiden Ruderblätter als optimal in dem Sinne ermittelt werden, dass die Kursregelung Vorrang hat und dass zur Rolldämpfung die verfügbare Ruderblattwirkung bestmöglich ausgenutzt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Blatt eine Flosse oder eine Düse die Rolldämpfung verstärkt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1–2, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere und untere Lagerung des Ruderschaftes erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollwirkung durch Endscheiben verstärkt wird.