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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Ruder mit asymmetrischen Querschnitten und spezieller ein Ruder mit einem asymmetrischen Querschnitt, welches auf eine solche Weise gestaltet ist, dass ein oberes Ende und ein unteres Ende einer Vorderkante des Ruders jeweils wechselweise zur Backbordseite und zur Steuerbordseite in Bezug auf eine rotierende Welle des Ruders geneigt sind und die Vorderkante des Ruders auf einer geraden Verbindungslinie ausgebildet ist, welche das obere Ende und das untere Ende miteinander verbindet.
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Stand der Technik
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In jüngster Zeit hat ein zunehmendes Interesse an der Manövrierfähigkeit eines Schiffes Untersuchungen gefördert, welche sich mit dem Konstruieren eines optimalen Ruders und dem Bestimmen der Leistung einer Ruderanlage, welche die Manövrierfähigkeit berücksichtigt, beschäftigen. Ferner hat das Interesse an einer Minimierung der kavitationsbedingten Erosion des Ruders ebenfalls zugenommen.
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Im Allgemeinen werden die Ursachen, weshalb eine Beschädigung von Rudern auftritt, klassifiziert in Spitzenwirbelkavitation und Nabenwirbelkavitation, welche durch Propeller verursacht werden, und Eigenkavitation des Ruders, welche durch eine Vergrößerung einer Strömungsgeschwindigkeit eines einfallenden Stroms oder eines Eintrittswinkels hervorgerufen wird.
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Der obere Abschnitt eines Ruders wird typischerweise durch Spitzenwirbelkavitation beschädigt. Der Abschnitt des Ruders, welcher dem Mittelpunkt einer Propellerwelle entspricht, wird hauptsächlich durch Nabenwirbelkavitation beschädigt. Außerdem können in einem speziellen Fall der obere und untere Abschnitt des Ruders durch Kavitation des Ruders selbst (Eigenkavitation) beschädigt werden, und die Vorderkante des unteren Endes des Ruders kann durch Rudersohlenkavitation beschädigt werden. Ein solcher Ruderschaden infolge von Kavitation variiert in Abhängigkeit von den Ursachen für die Kavitation und vom Typ der Kavitation. Daher müssen zunächst eine Analyse des Verhaltens der einzelnen Arten von Kavitation und eine Untersuchung des Mechanismus, durch den Kavitation auftritt, durchgeführt werden.
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In jüngster Zeit wurden grundlegende Untersuchungen des Kavitationsverhaltens unter unterschiedlichen Blickwinkeln durchgeführt, und es wurden zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Da jedoch der Umfang dieser Untersuchungen nur auf das Gebiet, über welchem Kavitation auftritt, oder auf das Ausmaß der Kavitation begrenzt war, ist es sehr schwierig, das Kavitationsverhalten unter den Bedingungen einer komplexen Wasserströmung genau zu analysieren, zum Beispiel unter den Bedingungen einer Anordnung des Ruders hinter dem Propeller.
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Weiterhin war aufgrund des in jüngster Zeit vorhandenen Trends, die Größe und Geschwindigkeit von Schiffen zu erhöhen, ein zunehmendes Interesse an einer Verbesserung der Manövrierfähigkeit und Bestimmung der Größe bzw. Leistung einer Ruderanlage in Reaktion auf eine Erhöhung des Drehmoments des Ruders zu verzeichnen. Ein Strömungsfeld, das sich in dem Bereich bildet, in welchem sich das Ruder bewegt, ist jedoch aufgrund der Rotation des Propellers sehr kompliziert. Es ist daher schwierig, das Ruder, welches sich über einen vergleichsweise großen Winkel bewegt, genau numerisch zu analysieren. Daher ist es auch nicht einfach, die optimale Leistung der Ruderanlage zu bestimmen. Somit wurde die optimale Leistung unter Bezugnahme auf diejenige früherer Schiffe bestimmt.
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In dem Bestreben, die oben genannten Probleme zu überwinden, wurden vielfältige Verfahren zum Bestimmen des Drehmoments des Ruders vorgeschlagen. Aus vielerlei Gründen, wie etwa aufgrund des Maßstabseffekts, des Interferenzeffekts mit dem Schiffskörper, dem Propeller und dem Ruder usw. ist jedoch ein relativ großer Fehler vorhanden, verglichen mit den Ergebnissen einer Probefahrt eines realen Schiffes.
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Im Falle eines durch einen Propeller angetriebenen Schiffes befindet sich das Ruder im Nachstrom des Propellers, um die Geschwindigkeitseigenschaften des Schiffes und die Manövrierfähigkeit zu erhöhen. Wenn sich zum Beispiel der Propeller nach rechts dreht, tritt im Falle eines Abschnitts des Ruders, welcher sich über dem Mittelpunkt der Propellerwelle befindet, infolge der Addition einer von links nach rechts gerichteten Rotationskomponente des Propellers und der Geschwindigkeit des Schiffes der Nachstrom so in das Ruder ein, wie in 3a dargestellt ist. Im Falle eines Abschnitts des Ruders, welcher sich unter dem Mittelpunkt der Propellerwelle befindet, tritt infolge der Addition einer von rechts nach links gerichteten Rotationskomponente des Propellers und der Geschwindigkeit des Schiffes der Nachstrom so in das Ruder ein, wie in 3b dargestellt ist. Der Eintrittswinkel, unter welchem der Nachstrom in das Ruder eintritt, variiert in Abhängigkeit von der Art des Schiffes, der PS-Zahl des Motors und der Form des Propellers. Der Eintrittswinkel variiert außerdem in Abhängigkeit vom Radius des Propellers. In Abhängigkeit vom Eintrittswinkel variieren der Hilfsvortrieb des Schiffes und die Kavitation im Bereich des Ruders.
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Obwohl typische Ruder für Schiffe einen symmetrischen Querschnitt aufweisen, wie in 4a dargestellt, ist es günstiger, wenn ein Ruder einen asymmetrischen Querschnitt aufweist, wie in 4b oder 4c dargestellt, um die Eigenschaften des Schiffes zu verbessern und eine Kavitation im Bereich des Ruders zu verhindern. Jedoch wird im Falle des Querschnitts des Ruders von 4c eine diskontinuierliche Fläche an einer Position gebildet, die dem Mittelpunkt der Propellerwelle entspricht. Im Bereich der diskontinuierlichen Fläche werden ein Strömungsabriss und Kavitation hervorgerufen, wodurch die diskontinuierliche Fläche des Ruders erodiert und korrodiert wird. Da diese Probleme die Fahrt des Schiffes behindern, sind regelmäßig Wartungsarbeiten und Reparaturen erforderlich. Im Falle von 4b macht die nichtlineare Form der Vorderkante des Ruders sehr komplexe Arbeitsgänge der Fertigung des Ruders erforderlich.
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Das Bezugszeichen 61 bezeichnet eine Vorderkantenlinie eines typischen Ruders, welche aus der Richtung der Bugseite mit einer Mittelachse des Ruders zusammenfällt. Das Bezugszeichen 62 bezeichnet eine Vorderkantenlinie eines an den Kielwasserstrom angepassten Ruders. Das Bezugszeichen 63 bezeichnet eine Vorderkantenlinie des Typs mit festem Winkel.
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Offenbarung
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Technisches Problem
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Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung in Anbetracht der obigen, beim Stand der Technik auftretenden Probleme entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ruder bereitzustellen, welches einen asymmetrischen Querschnitt und eine geradlinige Vorderkante aufweist, wodurch es die Geschwindigkeitseigenschaften des Schiffes verbessert und Kavitation im Bereich des Ruders verhindert, und welches derart gestaltet ist, dass die Herstellung des Ruders und die Wartung und Reparatur desselben erleichtert werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ruder mit einem asymmetrischen Querschnitt bereitzustellen, welches die grundlegenden Eigenschaften des Ruders verbessern oder beibehalten, die Drehmomenteigenschaften verbessern und die Schäden infolge von Kavitation minimieren kann, und welches eine optimale Konstruktion aufweist, die für die Verwendung in einem realen Schiff geeignet ist.
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Technische Lösung
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Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Ruder bereit, das an einem Heck eines Schiffes vorgesehen ist. Wenn eine Länge von einer Vorderkante des Ruders bis zu einer Hinterkante desselben als Abschnitt von 0 bis 1 auf der X-Achse eines Koordinatensystems festgelegt wird und ein Dickenverhältnis des Ruders an einer rotierenden Welle als 1 festgelegt wird, und ein Dickenverhältnis des Ruders als eine Funktion der Koordinaten der X-Achse durch dimensionslose Werte von [Tabelle 1] ausgedrückt wird, weist das Ruder einen Grundquerschnitt auf, welcher den dimensionslosen Werten von [Tabelle 1] innerhalb eines Fehlerbereiches von ±5,0% genügt. Der Querschnitt des Ruders weist von der Vorderkante bis zu einem Rotationszentrum des Ruders eine asymmetrische Form auf und weist von dem Rotationszentrum bis zu der Hinterkante eine symmetrische Form auf, wobei die asymmetrische Form auf eine solche Weise bestimmt ist, dass auf der Basis eines Mittelpunkts des Grundquerschnitts des Ruders, welcher bei einer X-Koordinate gebildet wird, bei welcher die Dicke des Ruders am größten ist, der Grundquerschnitt des Ruders in einer vorbestimmten Richtung gedreht wird, die einer Richtung entspricht, in welcher ein Propeller rotiert, und um einen vorbestimmten Winkel, der von einem Abstand abhängt, welchen er von einem Mittelpunkt einer rotierenden Welle des Propellers aufweist, und dass eine Rotationskomponente eines Abschnitts des Querschnitts von der Vorderkante des Ruders bis zum Rotationsmittelpunkt proportional zur ersten bis fünften Potenz eines Abstands entlang der X-Achse desselben ist. Falls der Propeller nach rechts dreht, ist ein unteres Ende der Vorderkante des Ruders auf einer rotierenden Welle des Ruders zu einer Steuerbordseite des Schiffes um 5,0 ± 1,5 Grad geneigt, und ein oberes Ende der Vorderkante des Ruders, welches symmetrisch zu dem unteren Ende in Bezug auf einen auf einer horizontalen Mittellinie des Propellers befindlichen mittleren Punkt des Ruders ist, ist auf der rotierenden Welle zu der Backbordseite des Schiffes um 5,0 ± 1,5 Grad geneigt, und falls der Propeller nach links dreht, ist das untere Ende auf der rotierenden Welle zu einer Backbordseite des Schiffes um 5,0 ± 1,5 Grad geneigt, und das obere Ende ist auf der rotierenden Welle zu der Steuerbordseite des Schiffes um 5,0 ± 1,5 Grad geneigt. Die Vorderkante des Ruders ist auf einer Verbindungslinie ausgebildet, welche das obere Ende, den mittleren Punkt und das untere Ende der Vorderkante des Ruders miteinander verbindet, so dass die Vorderkante des Ruders geradlinig ist. [Tabelle 1]
| X-Koordinate | 0,0 | 0,01 | 0,025 | 0,1 | 0,2 |
| Dickenverhältnis | 0,0 | 0,215463 | 0,331737 | 0,644341 | 0,865753 |
| Y-Koordinate | 0,35 | 0,5 | 0,7 | 0,9 | 0,95 |
| Dickenverhältnis | 0,997687 | 0,923819 | 0,624256 | 0,246542 | 0,139929 |
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Wie oben beschrieben, sind bei der vorliegenden Erfindung, da die Vorderkante des Ruders mit einem asymmetrischen Querschnitt geradlinig ist, nicht nur die Vortriebseigenschaften des Schiffes im Vergleich zu dem herkömmlichen Ruder verbessert, wie in 5 dargestellt, sondern auch die Arbeitsgänge der Fertigung des Ruders und die Wartung und Reparatur desselben werden vereinfacht, so dass die Produktionskosten und Wartungskosten gesenkt werden. Ferner können, da das Ruder der vorliegenden Erfindung den asymmetrischen Querschnitt aufweist, welcher in geeigneter Weise an den Nachstrom angepasst werden kann, in den das Ruder eintritt, die Geschwindigkeitseigenschaften des Schiffes verbessert werden, und eine Erosion oder Korrosion des Ruders infolge eines Strömungsabrisses oder infolge von Kavitation kann verhindert werden. Weiterhin ist bei der vorliegenden Erfindung die Vorderkante des Ruders geradlinig, so dass der Konstruktionsprozess und die Fertigung des Ruders deutlich vereinfacht werden können. Außerdem können mit der vorliegenden Erfindung vielfältige weitere Wirkungen erzielt werden, darunter die Gewährleistung einer besseren Manövrierfähigkeit, eine Verbesserung der Geschwindigkeitseigenschaften des Schiffes, eine Verringerung der Kavitation, so dass eine Beschädigung des Ruders durch Kavitation verhindert wird, eine Verringerung der Größe bzw. Leistung der Ruderanlage und eine Erzielung ausreichender Drehmomenteigenschaften trotz der Verbesserung der Eigenschaften bezüglich der Verhinderung von Kavitation.
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Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt Ansichten, welche ein asymmetrisches Ruder und einen Querschnitt des Ruders gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen;
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2 ist eine Ansicht, welche die Form des Querschnitts eines Ruders gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 zeigt Ansichten, welche die Beziehung zwischen einem Ruder und einem Nachstrom entsprechend der Position auf der Basis einer zentralen Welle eines Propellers veranschaulichen;
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4 zeigt Ansichten, welche einige Formen von Vorderkanten herkömmlicher asymmetrischer Ruder zeigen; und
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5 ist ein Diagramm, welches Ergebnisse eines Schleppversuches zum Vergleichen der Geschwindigkeitseigenschaften des Ruders der vorliegenden Erfindung mit denjenigen des herkömmlichen Ruders zeigt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorderkante
- 11
- Mittlerer Punkt der Vorderkante
- 12
- Unteres Ende der Vorderkante
- 13
- Oberes Ende der Vorderkante
- 14
- Vorderkante-Verbindungslinie
- 20
- Hinterkante
- 31
- Querschnitt am mittleren Punkt der Vorderkante
- 32
- Querschnitt am unteren Ende Punkt der Vorderkante
- 33
- Querschnitt am oberen Ende Punkt der Vorderkante
- 100
- Ruder
- 200
- Rotierende Welle
- 300
- Horizontale Achsenmittellinie des Propellers
- 400
- Vertikale Achsenmittellinie des Propellers
- 500
- Steuerbordseite
- 600
- Backbordseite
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Beste Ausführungsform
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ruder
100, welches an einem Heck eines Schiffes vorgesehen ist. Wenn eine Länge von einer Vorderkante
10 des Ruders bis zu einer Hinterkante
20 desselben als Abschnitt von 0 bis 1 auf der X-Achse eines Koordinatensystems festgelegt wird und ein Dickenverhältnis des Ruders an einer rotierenden Welle
200 als 1 festgelegt wird, und ein Dickenverhältnis des Ruders als eine Funktion der Koordinaten der X-Achse durch dimensionslose Werte von [Tabelle 1] ausgedrückt wird, weist das Ruder einen Grundquerschnitt auf, welcher den dimensionslosen Werten von [Tabelle 1] innerhalb eines Fehlerbereiches von ±5,0% genügt. Der Querschnitt des Ruders weist von der Vorderkante bis zu einem Rotationszentrum des Ruders eine asymmetrische Form auf und weist von dem Rotationszentrum bis zu der Hinterkante eine symmetrische Form auf. Die asymmetrische Form ist auf eine solche Weise bestimmt, dass auf der Basis eines Mittelpunkts des Grundquerschnitts des Ruders, welcher bei einer X-Koordinate gebildet wird, bei welcher die Dicke des Ruders am größten ist, der Grundquerschnitt des Ruders in einer vorbestimmten Richtung gedreht wird, die einer Richtung entspricht, in welcher ein Propeller rotiert, und um einen vorbestimmten Winkel, der von dem Abstand abhängt, welchen er von dem Mittelpunkt einer rotierenden Welle des Propellers aufweist, und dass eine Rotationskomponente eines Abschnitts des Querschnitts von der Vorderkante des Ruders bis zum Rotationsmittelpunkt proportional zur ersten bis fünften Potenz eines Abstands entlang der X-Achse ist. Falls der Propeller nach rechts dreht, ist ein unteres Ende
12 der Vorderkante des Ruders auf einer rotierenden Welle
200 des Ruders zu einer Steuerbordseite des Schiffes um 5,0 ± 1,5 Grad geneigt, und ein oberes Ende
13 der Vorderkante des Ruders, welches symmetrisch zu dem unteren Ende
12 in Bezug auf einen auf einer horizontalen Mittellinie
300 des Propellers gebildeten mittleren Punkt
11 des Ruders ist, ist auf der rotierenden Welle
200 zu der Backbordseite des Schiffes um 5,0 ± 1,5 Grad geneigt. Falls der Propeller nach links dreht, ist das untere Ende
12 auf der rotierenden Welle
200 zu der Backbordseite des Schiffes um 5,0 ± 1,5 Grad geneigt, und das obere Ende
13 ist auf der rotierenden Welle
200 zu der Steuerbordseite des Schiffes um 5,0 ± 1,5 Grad geneigt. Die Vorderkante
10 des Ruders ist auf einer Verbindungslinie ausgebildet, welche das obere Ende
13, den mittleren Punkt
11 und das untere Ende
12 der Vorderkante
10 des Ruders miteinander verbindet, so dass die Vorderkantenlinie
14 des Ruders geradlinig ist. [Tabelle 1]
| X-Koordinate | 0,0 | 0,01 | 0,025 | 0,1 | 0,2 |
| Dickenverhältnis | 0,0 | 0,215463 | 0,331737 | 0,644341 | 0,865753 |
| Y-Koordinate | 0,35 | 0,5 | 0,7 | 0,9 | 0,95 |
| Dickenverhältnis | 0,997687 | 0,923819 | 0,624256 | 0,246542 | 0,139929 |
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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2 ist eine Ansicht, welche die Grundform für einen asymmetrischen Querschnitt eines Ruders gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Ausgehend von einem Mittelpunkt bei der X-Koordinate, bei welcher die Dicke des Ruders am größten ist, wird der Grundquerschnitt des Ruders in einer vorbestimmten Richtung gedreht, die einer Richtung entspricht, in welcher ein Propeller rotiert, und um einen vorbestimmten Winkel, der von dem Abstand abhängt, welchen er von einem Mittelpunkt einer rotierenden Welle des Propellers aufweist. Eine Rotationskomponente eines Abschnitts von einer Vorderkante des Ruders bis zu dem Mittelpunkt der Rotation wird proportional zu der ersten, zweiten, dritten oder vierten Potenz eines Abstands entlang der X-Achse bestimmt. Die Bestimmung der Rotationskomponente des Abschnitts von der Vorderkante bis zum Mittelpunkt muss der Bildung der Form des Grundquerschnitts des Ruders folgen. Ein Verfahren zur Bildung der Form des Grundquerschnitts des Ruders besteht in Folgendem. Bei der vorliegenden Erfindung gilt, was die Form des Querschnitts des Ruders anbelangt, wenn die X-Koordinate der Vorderkante des Ruders ”0” ist und die X-Koordinate der Hinterkante ”1” ist, und wenn die Dicke an der Vorderkante als die Y-Koordinate ”0” festgelegt ist und die Dicke des Ruders an der rotierenden Welle, bei welcher das Ruder am dicksten ist, als die Y-Koordinate ”1” festgelegt ist, für das Dickenverhältnis des Ruders als Funktion der X-Koordinaten Folgendes. Wenn die X-Koordinate 0,1 ist, liegt das Dickenverhältnis des Ruders im Bereich von etwa 0,612124 bis etwa 0,676558. Wenn die X-Koordinate 0,5 ist, liegt das Dickenverhältnis des Ruders im Bereich von etwa 0,877628 bis etwa 0,970009. Wenn die X-Koordinate 0,7 ist, liegt das Dickenverhältnis des Ruders im Bereich von etwa 0,593043 bis etwa 0,655468. Wenn die X-Koordinate 0,95 ist, liegt das Dickenverhältnis des Ruders im Bereich von etwa 0,132932 bis etwa 0,146925.
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2 ist eine Ansicht, welche die Form des Querschnitts des Ruders gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform wird ein Punkt der Vorderkante 10 des Ruders 100, welcher auf einer horizontalen Achsenmittellinie 300 des Propellers liegt, als ein mittlerer Punkt 11 der Vorderkante 10 des Ruders 100 bezeichnet. Ein Punkt der Vorderkante 10 des Ruders 100, welcher sich am untersten Ende des Ruders 100 befindet, wird als ein unteres Ende 12 der Vorderkante 10 des Ruders 100 bezeichnet. Ein Punkt der Vorderkante 10 des Ruders 100, welcher sich an einer Position befindet, welche symmetrisch zu dem unteren Ende 12 der Vorderkante 10 des Ruders ist, bezogen auf den mittleren Punkt 11 der Vorderkante 10, wird als ein oberes Ende 13 der Vorderkante 10 des Ruders 100 bezeichnet. Unter diesen Bedingungen ist im Falle des Propellers, welcher nach rechts dreht, das obere Ende 13 der Vorderkante 10 des Ruders 100 von der rotierenden Welle 200 zur Backbordseite 600 des Schiffes unter einem vorbestimmten Winkel A geneigt. Außerdem ist das untere Ende 12 der Vorderkante 10 von der rotierenden Welle 200 zur Steuerbordseite 500 des Schiffes unter einem vorbestimmten Winkel B geneigt. Die Vorderkante 10 des Ruders 100 ist auf einer Verbindungslinie ausgebildet, welche das obere Ende 13, den mittleren Punkt 11 und das untere Ende 12 verbindet. Jeder der vorbestimmten Winkel A und B beträgt 5,0 ± 1,5 Grad.
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Anders ausgedrückt, bei dem Ruder 100 gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Abschnitt der Vorderkante 10 des Ruders 100, welcher sich über der horizontalen Achsenmittellinie 300 des Propellers befindet, auf der Backbordseite 600 angeordnet, bezogen auf eine vertikale Achsenmittellinie 400 des Propellers. Der Abschnitt der Vorderkante 10, welcher sich unter der horizontalen Achsenmittellinie 300 befindet, ist auf der Steuerbordseite 500 angeordnet, bezogen auf die vertikale Achsenmittellinie 400.
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Obwohl das obere Ende 13, das untere Ende 12 und der mittlere Punkt 11 der Vorderkante 10 des Ruders 100 zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung in 2 als Punkte dargestellt sind, sind sie in Wirklichkeit nicht in Form von Punkten auf dem Ruder ausgebildet.
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Wie oben beschrieben, ist das Ruder gemäß der vorliegenden Erfindung so gestaltet, dass der Abschnitt (unteres Ende) der Vorderkante des Ruders, welcher sich unter dem auf der horizontalen Achsenmittellinie liegenden mittleren Punkt befindet, zur Steuerbordseite unter einem Winkel geneigt ist, der im Bereich von 3,5° bis 6,5° liegt, bezogen auf die rotierende Welle des Ruders, und so, dass der Abschnitt (oberes Ende) der Vorderkante, welcher sich über dem mittleren Punkt befindet und bezüglich des mittleren Punktes symmetrisch zu dem unteren Abschnitt (unteren Ende) ist, zur Backbordseite unter einem Winkel geneigt ist, der im Bereich von 3,5° bis 6,5° liegt, bezogen auf die rotierende Welle.
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Der Grund, weshalb das untere Ende und das obere Ende der Vorderkante des Ruders zur Steuerbordseite und zur Backbordseite unter Winkeln geneigt sind, die im Bereich von 3,5° bis 6,5° liegen, besteht darin, dass ein Winkel, bei welchem eine maximale Erhöhung der Geschwindigkeit erreicht wird, in Abhängigkeit von der Art des Schiffes unterschiedlich ist. Zum Beispiel betrug, wie anhand von Modellversuchen überprüft wurde, im Falle eines Schiffes wie etwa eines Schüttgutfrachters oder eines Tankers, bei welchem eine vergleichsweise geringe Belastung auf den Propeller ausgeübt wird, der Winkel, bei welchem eine maximale Zunahme der Geschwindigkeit erreicht werden kann, 3,5°. Im Falle eines Schiffes wie etwa eines Hochgeschwindigkeits-Containerschiffes, wenn eine vergleichsweise hohe Belastung auf den Propeller ausgeübt wird, betrug der Winkel, bei welchem eine maximale Zunahme der Geschwindigkeit erreicht werden kann, 6,5°.
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Obwohl für Zwecke der Veranschaulichung die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, ist für Fachleute klar, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen möglich sind, ohne vom Umfang und von der grundlegenden Idee der Erfindung abzuweichen, welche in den beigefügten Ansprüchen offenbart werden. Diese Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen fallen in den Schutzbereich der Ansprüche.
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Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Tabellen beschrieben.
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Beispielhafte Ausführungsform 1
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Es wurde ein Modellversuch zur Manövrierfähigkeit eines 7.800-TEU-Containerschiffes durchgeführt, um den Einfluss der Form des Querschnitts des Ruders auf die Manövrierfähigkeit zu untersuchen. Die Manövrierfähigkeit wurde bei einer Vorwärtsgeschwindigkeit des Schiffes von 24,67 Knoten unter den Bedingungen des maximal möglichen Tiefgangs untersucht.
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Unter Verwendung eines hydrodynamischen Koeffizienten, der aus dem Ergebnis des Modellversuches ermittelt wurde, wurden Ergebnisse eines Initial-Turning-Versuchs, eines Drehversuchs, eines Zick-Zack-Versuchs, eines Spiralversuchs usw. numerisch analysiert. Hierbei sind die Hauptdaten des Ruders 10 (RUDER 1) und des herkömmlichen Ruders (R353) folgende [Tabelle 2], und die Ergebnisse der Versuche sind in [Tabelle 3] angegeben. [Tabelle 2] Hauptdaten der Ruder
| | R353 | RUDER 1 |
| Typ | Herkömmlich | Twistiert, vollbeweglich |
| Fläche des beweglichen Teils, AR [m2] | 80,608 | 68,033 |
| Flächenverhältnis, AR/LT2 × 100 [%] | 1,724 | 1,470 |
| Aspektverhältnis [–] | 1,457 | 1,369 |
| Höhe [m] | 11,970 | 9,65 |
T
2: Maximal möglicher Tiefgang [Tabelle 3] Vorhergesagte Ergebnisse von Standardmanövern
| Typ des Manövers | R353 | RUDER 1 | IMO* |
| (Annäherungsgeschwindigkeit: 24,67 Knoten) | Backbord | St.-bord | Backbord | St.-bord | |
| Initial turning | Track Reach (tatsächl. zurückgelegter Weg) [LzdL] | 1,75 | 1,77 | 1,71 | 1,82 | 2,5 |
| 35' Ruderlegung | Advance (Längsweg) [LzdL] | 2,96 | 2,98 | 3,06 | 3,11 | 4,5 |
| Transfer [LzdL] | 1,47 | 1,47 | 1,57 | 1,59 | - |
| Taktischer Durchmesser [LzdL] | 3,48 | 3,47 | 3,57 | 3,65 | 5,0 |
| 10'/10° Zickzack | 1. Überschwingwinkel [°] | 9,58 | 10,01 | 13,55 | 10,85 | 17,57 |
| 2. Überschwingwinkel [°] | 17,5 | 17,02 | 20,41 | 21,86 | 36,35 |
| 20'/20° Zickzack | 1. Überschwingwinkel [°] | 15,23 | 15,65 | 17,50 | 16,28 | 25,00 |
* IMO MSC 137(76), Standards für Manövrierfähigkeit von Schiffen
LzdL = Länge zwischen den Loten
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Ferner wurde ein Eigenantriebs-Versuch (Self-Propulsion Test) in einer Schlepprinne durchgeführt, um die Geschwindigkeitseigenschaften zwischen dem Fall, in dem das herkömmliche Halbbalanceruder in dem 7.800-TEU-Containerschiff eingebaut ist, und dem Fall, in dem das asymmetrische Vollbalanceruder in dem 7.800-TEU-Containerschiff eingebaut ist, zu vergleichen. Die Ergebnisse des Eigenantriebs-Versuchs sind in 5 dargestellt. Wie aus 5 ersichtlich ist, wird, wenn das asymmetrische Vollbalanceruder verwendet wird, die Geschwindigkeit ohne Verlust von Ruderkraft in dem gesamten Bereich, in dem das Schiff fahren kann, um 2% gegenüber der Geschwindigkeit im Falle der Verwendung des herkömmlichen Halbbalanceruders verbessert.
