DE1207820B

DE1207820B - Hull

Info

Publication number: DE1207820B
Application number: DESCH31858A
Authority: DE
Inventors: Ernst Noennecke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-08-07
Filing date: 1962-08-07
Publication date: 1965-12-23

Description

Schiffskörper Bei den üblichen Schiffskörpem für ein Einschraubenschiff bzw. Schiff mit Mittelschraube, bei welchem das Hinterschiff gegenüber der senkrechten Längsmittelebene symmetrisch ausgebildet ist, ist die Zuströmung zum Propeller auf der Seite des Schiffes, auf der sich die Propellerflügel nach oben bewegen, merklich ungünstiger als auf der anderen Seite. Dies hat nicht nur zur Folge, daß der Vortriebswirkungsgrad des Propellers merklich schlechter ist als der Vortriebswirkungsgrad eines Propellers in einer ungestörten Strömung, sondem hat außerdem zur Folge, daß die Möglichkeit begrenzt ist, die Hinterschiffsvölligkeit zu steigern, da sonst die Wasserlinieneinlaufwinkel zu groß werden und passive oder sogar gegenläufige Strömungen auftreten. Durch die nicht rotationssymmetrische Zuströmung des Wassers zum Propeller treten ferner am Propeller periodisch hydrodynamische Kräfte auf, die vom Propeller in die Wellenleitung übertragen werden und in der Wellenleitung und in der Maschine Drehschwingungen und Biegeschwingungen erregen können, welche über die Lager in den Schiffskörper übertragen werden. Man weiß, daß bei einer geraden Flügelzahl des Propellers die periodischen Änderungen des Propellerschubes und des Drehmoments und bei einer ungeraden Flügelzahl des Propellers die periodischen Änderungen der Querkraft und des Biegemoments überwiegen und daß die schwingungserregenden Kräfte mit zunehmender Flügelzahl das Propellers kleiner werden. Endlich treten bei der üblichen symmetrischen Ausbildung des Hinterschiffes häufig an den Enden der Propellerflügel bei Heraustreten der Flügel aus dem Nachström-ebiet des oberhalb der Propellerwelle liegenden Teiles des Schraubenstevens Kavitationserscheinungen auf.Hull With the usual hulls for a single screw ship or ship with a central screw, in which the stern opposite the vertical The longitudinal center plane is symmetrical, the flow to the propeller is on the side of the ship where the propeller blades are moving upwards less favorable than on the other side. This not only has the consequence that the propulsion efficiency of the propeller is noticeably worse than the propulsion efficiency of a propeller in an undisturbed flow, special also has the consequence that the possibility is limited to increase the aft ship's completeness, otherwise the waterline inlet angle become too large and passive or even opposing currents occur. Through the Non-rotationally symmetrical inflow of water to the propeller also occur on Propeller periodically exerts hydrodynamic forces from the propeller into the shaft line are transmitted and in the shaft line and in the machine torsional vibrations and can excite bending vibrations, which via the bearings in the hull be transmitted. It is known that with an even number of blades on the propeller the periodic changes in propeller thrust and torque and an odd one Number of blades of the propeller the periodic changes in the lateral force and the bending moment predominate and that the vibratory forces with increasing number of blades that Propellers get smaller. Finally step into the usual symmetrical training of the aft ship often at the ends of the propeller blades when stepping out of the Vane from the post-flow area of the part above the propeller shaft of the screw stevens cavitation phenomena.

Es ist schon bekannt, bei einem Schiffskörper unter dem Heck eine Leitflosse für das Schraubenwasser vorzusehen, die entgegen der Propellerdrehrichtung gekrümmt ist, so daß dem der Schraube zuströmende Wasser ein der Drehrichtung der Schraube entgegengesetzter Drall erteilt wird. Durch diese Maßnahme wird eine Verbesserung der Anströmung der Schraubenflügel und damit eine Wirkungsgradverbesserung der Schraube erreicht. Mit dieser Maßnahme läßt sich jedoch kein Einfluß auf die Völligkeit des Hinterschiffes erzielen.It is already known to have a hull under the stern Provide guide fin for the screw water, which is opposite to the direction of rotation of the propeller is curved, so that the water flowing into the screw one of the direction of rotation of the Screw opposite twist is given. This measure results in an improvement the flow to the propeller blades and thus an improvement in the efficiency of the propeller achieved. With this measure, however, no influence on the completeness of the Achieve aft ship.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gchiffskörper für Seeschiffe zu schaffen, bei dem die Zuströmverhältnisse zur Schraube in solcher Weise verbessert sind, daß ohne Einbuße an Schraubenwirkungsgrad und ohne Vergrößerung der periodischen hydrodynamischen Kräfte die Hinterschiffsvölligkeit gesteigert werden kann.The object of the invention is to provide a hull for seagoing vessels create, in which the inflow conditions to the screw improved in such a way are that without loss of screw efficiency and without increasing the periodic hydrodynamic forces the aft ship's completeness can be increased.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei dem Schiffskörper nach der Erfindung die Hinterschiffsforrn in der Weise unsymmetrisch ausgebildet, daß der oberhalb der Propellerwelle liegende Teil des Hinterschiffes gegenüber dem unterhalb der Welle liegenden Teil entgegen der Drehrichtung des Propellers verdreht ist und somit im Bereich des Schraubenbrunnens die Mittellinien der waagerechten Schnitte durch den Schiffskörper von der Längsmittelebene des Schiffes entgegen der Drehrichtung des Propellers - und zwar von dem der Wurzel der Propellerflügel bis zu dem den Enden der Propellerflügel gegenüberliegenden Bereich zunehmend - weggeneigt sind, so daß von achtem gesehen der Schraubensteven oberhalb der Propellerwelle mit der Längsmittelebene einen gegen die Drehrichtung des Propellers geneigten Winkel bildet.To solve this problem, the hull shape of the hull according to the invention is designed asymmetrically in such a way that the part of the rear part lying above the propeller shaft is rotated against the part lying below the shaft against the direction of rotation of the propeller and thus the center lines in the area of the screw well the horizontal cuts through the hull from the longitudinal center plane of the ship against the direction of rotation of the propeller - from the root of the propeller blades to the area opposite the ends of the propeller blades - are inclined away, so that, viewed from eighth, the screw stem above the propeller shaft with the longitudinal center plane forms an angle inclined against the direction of rotation of the propeller.

Der Teil des Schraubenstevens unterhalb der Propellerwelle wird in bekannter Weise ohne Ruderhacke ausgebildet und entweder weitgehend weggeschnitten oder so ausgeführt, daß der in der Seitenansicht des Schiffes etwa die senkrechte Verlängerung des oberen Teiles des Schraubenstevens darstellt.The part of the screw stem below the propeller shaft is in known way formed without a rowing hoe and either largely cut away or designed so that the side view of the ship is about the vertical Represents extension of the upper part of the screw stem.

Bei einem Schiffskörper mit einer Hinterschiffsform nach der Erfindung tritt das Wasser mit einem Vordrall, der entgegengesetzt dem Propellerdrehsinn gerichtet ist, in die Propellerebene ein. Dadurch ist die Anströmung des Propellers auf der Seite des Hinterschiffes, auf der sich die Schraubenflügel nach oben bewegen, gegenüber der Anströmung bei der symmetrischen Ausbildung des Hinterschiffes merklich besser. Als Folge hiervon kann man die Hinterschiffsvölligkeit gegenüber derjenigen bei symnietrischer Ausbildung des Hinterschiffes steigern, bis bei der unsymmetrischen Ausbildung die Grenze erreicht ist, bei der gerade noch die Strömung auf der Seite anliegt, auf der sich die Propellerflügel nach oben bewegen. Man kann praktisch die Völligkeit am Hinterschiff so weit erhöhen, daß die durch die größere Völligkeit bewirkte Verschlechterung des Propellerwirkungsgrades die Wirkungsgradverbesserung durch die unsymmetrische Ausbildung des Hinterschiffes wiederauffiebt. Das bringt besonders bei großen Schiffen mit niedriger Froudscher Zahl (F = wobei v=Schiffsgeschwindigkeit in m/sec, - g = Erdbeschleunigung in m/sec2 und L = Länge zwischen den Loten in Meter, d. h. die zwischen Ruderachse und Schnittpunkt von Vordersteven und Tiefladelinie gemessene Länge ist, und entsprechend großen Völligkeiten einen beachtlichen Tragfähigkeitsgewinn. Hierbei wird unter dem Völligkeitsgrad der Verdrängung das Verhältnis des tatsächlichen Volumens des unter Wasser befindlichen Teiles des Schiffes zu einem Vierkant mit einer der Länge des Schiffes zwischen den Lotenentsprechenden Länge, einer der größten Breite des Schiffes in Höhe der Wasserlinie entsprechenden Breite und einer der Tiefe des eingetauchten Teiles des Schiffskörpers entsprechenden Höhe verstanden.In the case of a hull with a stern shape according to the invention, the water enters the propeller plane with a pre-twist which is directed opposite to the direction of rotation of the propeller. As a result, the flow towards the propeller on the side of the stern on which the propeller blades move upwards is noticeably better than the flow given the symmetrical design of the stern. As a consequence of this, the completeness of the aft ship can be increased compared to that with a symmetrical design of the aft ship, until the asymmetrical design reaches the limit at which the flow is just present on the side on which the propeller blades move upwards. You can practically increase the completeness of the stern to such an extent that the deterioration in the efficiency of the propeller caused by the greater degree of completeness resumes the improvement in efficiency due to the asymmetrical design of the stern. This is particularly beneficial for large ships with a low Froud number (F = where v = ship speed in m / sec, - g = acceleration due to gravity in m / sec2 and L = length between perpendiculars in meters, d. H. is the length measured between the rudder axis and the intersection of the fore stem and the low loader line, and correspondingly large degrees of completeness mean a considerable increase in load capacity. Here, under the degree of completeness of the displacement, the ratio of the actual volume of the underwater part of the ship to a square with a length corresponding to the length of the ship between the perpendiculars, a width corresponding to the greatest width of the ship at the level of the waterline and a width corresponding to the depth of the understood immersed part of the hull corresponding height.

Man kann natürlich auch, wie an sich bekannt, die Verbesserung der Wasserzuströmung zur Schraube allein dafür verwenden, die Geschwindigkeit des Schiffes zu steigern oder an Maschinenleistung einzusparen. Wirtschaftlich besonders bedeutungsvoll ist jedoch die Möglichkeit der Tragfähigkeitsvergrößerung.Of course, as is known, one can also improve the Use the water flow to the propeller solely for the speed of the ship to increase or to save on machine performance. Particularly important from an economic point of view however, there is the possibility of increasing the load capacity.

Es wurden mit dem Modell eines 100 000-t-dw-Tankers mit normaler Hülterschiffsforin und alternativ mit einer unsymmetriscben Hinterschiffsforin Widerstands- und Propulsionsversuche durchgeführt. Für beide Propulsionsversuche wurde die gleiche vierflügelige Schraube aus dem Vorrat der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt verwendet. Es handelte sich um ein Trennmodell, so daß für beide Versuche die gleiche Vorschiffsforin verwendet werden konnte. Beide Schiffe wiesen das gleiche Deplacement und die gleiche Deplacomentsverteilunz auf. Der Völligkeitsgrad der Verdrängung betrug öpp#0,81,8.Were carried out with the model of a 100,000-t-dw-tanker with normal Hülterschiffsforin and alternatively with a unsymmetriscben Hinterschiffsforin resistance and propulsion tests. The same four-winged screw from the supply of the Hamburg Shipbuilding Research Institute was used for both propulsion tests. It was a separation model so that the same fore section could be used for both experiments. Both ships had the same displacement and the same distribution of depreciation. The degree of completeness of the displacement was öpp # 0.81.8.

Mit dem ersten Modell wurde idit der vorgpgebenen Leistung von 18 130 WPS eine Geschwindigkeit von 15,18 kn erreicht. Dieses Ergebnis wurde an Hand der statistischen Unterlagen, wie sie bei der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt vorliegen, geprüft, und der Entwurf mit gut bewertet.With the first model, a speed of 15.18 knots was achieved with the specified power of 18 130 WPS. This result was checked on the basis of the statistical documents as they are available at the Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt, and the design was rated as good.

Mit der gleichen Leistung erreichte das Modell mit unsymmetrischer Rinterschiffsform eine Geschwindigkeit von 15,30kn. Damit konnte mit der Ausbildung des Schiffskörpers nach -der Erfindung die Geschwindigkeit um 0,12.kn verbessert werden, was einer Leistungseinsparung von 2,8% entspricht, d. h. im vorliegenden Fall einer Einsparung -von etwa 500 WPS gleichkommt. Um das Ausmaß dieser Verbesserung für Schiffe dieser Größenordnung richtig beurteilen zu können, wurde untersucht, welcher Deplacementsvergrößerung ein Geschwindigkeitsabfall von 0,1 kn entspricht. Es ergab sich, daß statt eines Geschwindigkeitsgewinnes von 0,1 kn das Deplacement um 1000 t vergrößert werden kann, die als Tragfähigkeitsgewinn betrachtet werden können.With the same performance, the model with the asymmetrical stern ship shape reached a speed of 15.30 knots. Thus, with the design of the hull according to the invention, the speed could be improved by 0.12 kn, which corresponds to a power saving of 2.8%, i.e. H. in the present case equates to a saving of around 500 WPS. In order to be able to correctly assess the extent of this improvement for ships of this size, it was investigated which displacement enlargement corresponds to a speed drop of 0.1 kn. The result was that instead of a speed gain of 0.1 kn, the displacement can be increased by 1000 t, which can be seen as a gain in carrying capacity.

Bei der unsymmetrischen Ausbildung des Hinterschiffe& hat man es gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ferner in der Hand, Aen oberhalb der Propellerwelle liegenden Teil des Hinterschiffes gegenüber dem unterder Welle liegenden Teil so zu verdrehen, daß nicht gleichzeitig an zwei Flügeln des Propellers große Kraftänderungen auftreten. Es können die Flügelzahl des Propellers und die Hinterschiffsform so aufeinander abgestimmt werden, daß die Kraffänderungen an den einzelnen Flügeln nacheinander erfolgen und daß die Summe dieser Kraftänderungen - das ist die periodisch an dem Propeller angreifende Kraft - klein bleibt. Das gilt für einen Propeller mit gerader als auch mit ungerader Flügelzahl. Wenn Flügelzahl und unsymmetrisches Hinterschiff optimal aufeinander abgestimmt sind, was durch eine sich auf einen Modellversuch stützende Berechnung ohne weiteres möglich ist, gilt bei der erfindungsgernäßen Gestaltung des Schiffskörpers die Regel, daß die schwingungserregenden Kräfte mit zunehmender Flügelzahl kleiner werden, und zwar hier unabhängig davon, ob es sich um eine gerade oder ungerade Flügelzahl handelt. Wenn man von einem Propeller mit Vier Flügeln auf einen solchen mit fünf Flügeln übergeht, werden also nicht nur die periodischen Änderungen des Propellerschubes und des Drehmoments kleiner, sondern auch, obwohl nunmehr ein Propeller mit einer ungeraden Flügelzahl vorhanden ist, die periodischen Änderungen der Querkraft und des Biegemoments kleiner. Theoretische überlegungen haben ergeben, daß der günstige Einfluß der Unsymmetrie der Hinterschiffsform auf die Verkleinerung der -schwingungserregenden Kräfte - wenn #die Hinterschiffsform auf Grund eines Modellversuchs und einer Berechnung für diegewählte Flügelzahl optimal gestaltet ist - weitaus größer ist als der durch eine Vergrößerung des Völligkeitsgrades des Schiffskör ,p.ers von 0,81 auf etwa 0,82 bedingte ungünstige Einfluß auf die schwingungserregenden Kräfte. Die mit der unsymmetrischen Ausbildung der Hinterschiffsforrii erzielte Verringerung der schwingungserregenden Kräfte kann aber auch dazu .benutzt werden, die Flügelzahl des Propellers zu verringern; z. B. kann, wenn die Schwingungen nicht reduziert werden müssen, bei der Anwendung der Erfindung statt eines Propellers mit vier Flügeln ein solcher mit drei Flügeln gewählt werden, wodurch sich die Kosten des Propellers verringern und igleichzeitig auch ein geringer Gewinn an Pro.pellerwirkungsgrad erhalten wird.With the asymmetrical design of the aft part, according to a further feature of the invention, it is also possible to rotate the part of the aft part above the propeller shaft relative to the part below the shaft so that large changes in force do not occur simultaneously on two blades of the propeller. The number of blades on the propeller and the shape of the aft ship can be coordinated so that the changes in force on the individual blades take place one after the other and that the sum of these changes in force - that is, the force acting periodically on the propeller - remains small. This applies to a propeller with both an even and an odd number of blades. If the number of wings and the asymmetrical aft section are optimally matched to one another, which is easily possible by a calculation based on a model test, the rule applies to the design of the hull according to the invention that the vibration-causing forces decrease with increasing number of wings, regardless of this, whether it is an even or an odd number of wings. If you switch from a propeller with four blades to one with five blades, not only are the periodic changes in propeller thrust and torque smaller, but also, even though a propeller with an odd number of blades is now available, the periodic changes in lateral force and of the bending moment is smaller. Theoretical considerations have shown that the favorable influence of the asymmetry of the stern shape on the reduction of the vibration-inducing forces - if # the stern shape is optimally designed on the basis of a model experiment and a calculation for the selected number of wings - is far greater than that due to an increase in the degree of completeness of the Schiffskör, p.ers from 0.81 to about 0.82 due to an unfavorable influence on the vibration-causing forces. The reduction in the vibration-causing forces achieved with the asymmetrical design of the sternship shape can, however, also be used to reduce the number of blades on the propeller; z. For example, if the vibrations do not have to be reduced, when using the invention, instead of a propeller with four blades, a propeller with three blades can be selected, which reduces the cost of the propeller and at the same time also results in a small gain in propeller efficiency .

Da bei -der erfindungsgemäßen unsymmetrischen Ausbildung -des Hinterschiffes die Anströmung der Propellerflügel verbessert wird, ist auch gleichzeitig die Kavitationsgefahr merklich geringer.Since -the asymmetrical training according to the invention -the aft ship the flow to the propeller blades is improved, there is also a risk of cavitation at the same time noticeably lower.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail in the drawings.

F i g. -1 und 2 zeigen einen Längsriß und einen Querriß des HintersclÜffes. eines gemäß der Erfindung gestalteten Schiffskörpers, bei welchem der Schraube,asteven unterhalb der Propellerwellr weggeschnitten ist und somit dashiritere Ende des Kiels schräg zur Propellerwelle, heraufgezogon ist.F i g. -1 and 2 show a longitudinal and a transverse view of the rear end. of a hull designed according to the invention, in which the screw, asteven below the propeller shaft, is cut away and thus the lower end of the keel is pulled up obliquely to the propeller shaft.

In den F i g. 3 und 4 ist -der Längsriß und der Querriß eines gemäß der Erfindung gestalteten Schiffskörpers dargestellt, der sich gegenüber dem in den F ig. 1 und 2 dargestellten Schiffskörper im wesentlichen nur -dadurch unterscheidet, daß hier der Schraubensteven unterhalb der Propellerwelle eine Verlängerung des Schraubenstevens oberhalb -der Propellerwelledarstellt.In the F i g. 3 and 4 -the longitudinal elevation and the transverse elevation of a hull designed according to the invention is shown, which is opposite to that shown in FIGS. 1 and 2 only differ essentially in that the propeller shaft below the propeller shaft represents an extension of the propeller shaft above the propeller shaft.

Claims

Claims: 1. Hull for a screw-in ship or ship with a central screw, d a d urch g e - indicates that the shape of the stern is asymmetrical in such a way that the part of the stern located above the propeller shaft is opposite to that located below the shaft Part is rotated against the direction of rotation of the propeller and thus in the area of the screw well the center lines of the horizontal cuts through the hull from the longitudinal center plane of the ship against the direction of rotation of the propeller - from the root of the propeller blades to the area opposite the ends of the blades increasing - are inclined away, so that, viewed from eighth, the screw stem above the propeller shaft forms an angle with the longitudinal center plane which is inclined against the direction of rotation of the propeller.

2. Hull according to claim 1, characterized in that the number of wings of the screw and the inclination of the screw stem part above the propeller shaft compared to screw stem part below the propeller shaft are chosen so that only one screw wing faces a screw stem part. Documents considered: German Patent No. 927 190; U.S. Patent No. 2,564,560.