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Passives Schiffsstabilisierungssystem Die Erfindung betrifft ein passives
Schiffsstabilisierungssystem mit einem langgestreckten, sich quer durch den Schiffsrumpf
erstreckenden Flüssigkeitsbehälter, der von einem Flüssigkeitskörper mit freier
Oberfläche bis etwa zur halben Höhe ausgefüllt ist, und mit einem von einer Längswand
des Behälters bis zur anderen verlaufenden und symmetrisch zur Längsmittellinie
des Schiffes angeordneten Wehr.
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Es ist ein statisch wirkender Flüssigkeitstank für Wasserfahrzeuge
zur Beeinflussung des Stabilitätsmomentes in Abhängigkeit von dem Neigungswinkel
des Fahrzeuges durch möglichst phasenlose Verlagerung der Flüssigkeitsmasse bekannt.
Mit diesem Tank soll die Anfangsstabilität für einen beschränkten Bereich von etwa
± 30 herabgesetzt werden. Der Tankboden ist nach der Mitschiffsebene zu erhöht
ausgebildet, und der Tankfüllungsgrad ist so gewählt, daß die Verkleinerung der
frei beweglichen Flüssigkeitsoberfläche durch Trockenlaufen des Tankbodens erfolgt.
Ein derartiger Flüssigkeitstank bringt unter anderem eine beträchtliche Verminderung
des Ballastgewichtes.
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Bei passiven Schiffsstabilisierungssystemen ist auch der Einbau eines
langgestreckten Wehres bekannt. Das Wehr erstreckt sich jedoch nur über einen geringen
Teil des Behälterbodens und ist deshalb nur zur Energievernichtung geeignet und
bestimmt.
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Auch ist der Einbau von Drosselstellen in langgestreckte Stabilisierungstanks
bekannt, wozu mehrere alleinstehende Rohre Verwendung finden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem passiven Schiffsstabilisierungssystem,
bei welchem eine Phasenverschiebung zwischen der Frequenz des Stabilisierungssystems
und der Eigenfrequenz des Rollens des Schiffes besteht, so daß auf dieses Stabilisierungskräfte
und -momente ausgeübt werden, das pro Gewichtseinheit der im System befindlichen
Flüssigkeit erzeugte Stabilisierungsmoment und damit den Wirkungsgrad des Systems
zu erhöhen.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei
einem passiven Stabilisierungssystem der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß
das Wehr sich beidseitig über eine Strecke, die etwa der Hälfte der Länge des Behälters
entspricht, erstreckt, und etwa halb so hoch wie der stationäre Flüssigkeitsstand
ist. Die Lehre des Erfindungsgegenstandes geht somit dahin, die bei Tanks zur Veränderung
der Schiffsstabilität zwecks Herbeiführung einer möglichst geringen Wasserfüllung
an sich bekannte dammartige Erhöhung als Wehr auszuführen und mit den Vorteilen
eines Wehrs zu verbinden. In dem passiven Schiffsstabilisierungssystem nach der
Erfindung beseitigt das langgestreckte Wehr die wenig wirksame Flüssigkeitsmasse
über der Mitte des Behälterbodens, ermöglicht aber eine genügende Flüssigkeitsströmung
über das Wehr hinweg, so daß auf das Schiff Stabilisierungsmomente ausgeübt werden
können.
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Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung
in einer Ausführungsform beispielhaft erläutert. Es zeigt F i g. 1 schematisch
einen Schiffsrumpf mit der Anordnung des passiv wirkenden Stabilisierungssystems
nach einer Ausführungsform der Erfindung, F i g. 2 einen Horizontalschnitt
nach der Linie 2-2 der F i g. 1, wobei die Flüssigkeit weggelassen ist, F
i g. 3 einen vertikalen Längsschnitt nach der Linie 3-3 der F i
g. 2 und F i g. 4 einen vertikalen Querschnitt nach der Linie 4-4
der F i g. 3.
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Die F i g. 1 zeigt einen Schiffsrumpf 10, in dem zwischen
zwei Decks das Stabilisierungssystern 12 montiert ist, das sich in der Richtung
seiner Längsachse im wesentlichen über die ganze Breite des Schiffs 1,0 erstreckt.
In dem Stabilisierungssystem 12 befindet sich ein Flüssigkeitskörper. Bei einem
Rollen des Schiffs strömt ein Teil dieses Flüssigkeitskörpers von der einen Seite
des Stabilisierungssystems 12 zur
anderen, so daß in einer nachstehend
ausführlicher beschriebenen Weise ein Stabilisierungsmoment auf das Schiff
10 ausgeübt wird.
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Aus den F i g. 2 bis 4 geht hervor, daß das Stabilisierungssystem
einen langgestreckten Tank 14 besitzt, der Seitenwandplatten 16 und Stimwandplatten
18 hat. Wie am besten in F i g. 2 gezeigt wird, ist die Längsabmessung
des Behälters 14 wesentlich größer als seine Querabmessung. Die Seitenplatten
16 und die Endplatten 18 sind durch Schweißen oder auf andere Weise
zwischen den beiden Decks des Schiffs montiert, so daß das obere Deck 21 die eine
Decke und das untere Deck 22 den Boden des Behälters 14 bildet.
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Symmetrisch in dem Behälter 14 ist ein langa -gestrecktes Wehr 20
angeordnet. Dieses Wehr 20 be sitzt zwei Platten 26, die sich quer durch
den Behälter 14 erstrecken und unten mit dem Boden 22 des Behälters 14 einstückig
und oben im Abstand von der Decke des Behälters 14 angeordnet sind. Aus einem nachstehend
angegebenen Grund sind beide Platten von der Vertikalen zur Mitte des Behälters
14 hin geneigt. Eine horizontal angeordnete Platte 28 erstreckt sich zwischen
den oberen Seitenrändern der geneigten Platten 26 von der einen Seitenwandplatte
16 zur anderen. Das Wehr 20 erstreckt sich annähernd über die Hälfte der
Längsabmessung des Behälters 14. Die Oberfläche der Platte 28 kann aufgerauht
sein, damit die kinetische Energie der über dieser Platte strömenden Flüssigkeit
in einer nachstehend ausführlich beschriebenen Weise zerstreut wird.
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Mehrere Rohre 30 begrenzen mit Zwischenwandplatten
32 mehrere vertikal angeordnete Drosselstellen 34. Diese bilden
zusammen mit den Stirnwandplatten 18 an den beiden Enden des Behälters
14 je
einen Flügelbehälter 50. Die Drosselstellen 34 dienen zum Zerstreuen
von kinetischer Energie der durch die Drosselstellen hindurchtretenden Flüssigkeit
und bis zu einem gewissen Grad auch zum Dämpfen der Bewegung der Flüssigkeit in
dem Behälter 14.
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Das Rohr 36 ist mit den Platten 26 verbunden, und seine
Mündungen sind durch diese Platten hindurch offen. Das Rohr 36 ist mit einem
üblichen handbetätigbaren Absperrorgan 38 versehen, das die Bewegung von
Flüssigkeit in dem Rohr 36 wahlweise steuert. Das Rohr 36 und das
Absperrorgan 38 sollen nur eine Verbindung zwischen der einen Seite des Behälters
14 und der anderen für den Ablauf der Flüssigkeit durch übliche, nicht gezeigte
Ablaufrohre ermöglichen. Im normalen Stabilisierungsbetrieb ist das Absperrorgan
38 normalerweise geschlossen, und es fließt keine Flüssigkeit durch das Rohr
36.
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In dem Behälter 14 ist in seiner ganzen Flächenau#dehnung ein Wasserkörper
angeordnet, dessen Spiegel in seinem stationären Zustand ein einheitliches Niveau
40 hat. Das System soll so konstruiert sein, daß der stationäre Flüssigkeitsstand
40 in der ganzen Flächenausdehnung des Behälters 14 etwa dem Doppelten des Abstandes
zwischen der Platte 28 und dem Boden des Behälters 14 entspricht. Hierbei
wird von i dem stationären Flüssigkeitsstand ausgegangen, der bei dem für die Auslegung
des Tanks maßgebenden Schiffszustand erforderlich ist.
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Nachstehend wird die Wirkungsweise des Systems genau beschrieben.
Wenn das Schiff in ruhiger See fährt und nicht rollt, ist die Flüssigkeit im wesentlichen
gleichmäßig auf die beiden Flügelbehälter 50
verteilt, so daß keine Kippkräfte
auf das Schiff ausgeübt werden. Wenn das Fahrzeug dagegen rollt, beispielsweise
in ungeschützten Gewässern, ist die Eigenfrequenz dieses Rollens von der Massenverteilung
des Schiffes abhängig. Durch die Einstellung des stationären Flüssigkeitsstandes
40 des Flüssigkeitskörpers in dem Behälter 14 kann die Eigenfrequenz des Stabilisierungssystems
12 auf die Eigenfrequenz des Rollens des Schiffs abgestimmt werden. Da das Stabilisierungssystem
vollkommen passiv ist, besteht eine Phasenverschiebung zwischen der Frequenz des
Stabilisierungssystems und der Eigenfrequenz des Rollens des Schiffs, so daß auf
dieses Stabilisierungskräfte und -momente ausgeübt werden.
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Das langgestreckte Wehr, das von den Platten 26
und 28 gebildet
wird, bewirkt eine Herabsetzung der Flüssigkeitsmenge, die notwendig ist, damit
auf das Schiff optimale Stabilisierungsmomente ausgeübt werden. Man nimmt
an, daß der am wenigsten wirkame Teil der Flüssigkeit in dem passiv wirkenden Stabilisierungssystem
sich über der Mitte des Bodens des langgestreckten Behälters, beispielsweise des
Behälters 14 befindet, Das langgestreckte Wehr 20 gemäß der Erfindung beseitigt
nun diese wenig wirksame Flüssigkeitsmasse und deren Wirkungen, während eine genügende
Flüssigkeitsströmung über das Wehr möglich ist, so daß auf das Schiff Stabilisierungsmomente
ausgeübt werden können.
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Wenn daher das Schiff mit seiner Eigenfrequenz rollt, strömt Flüssigkeit
von dem höherliegenden der beiden Flügelbehälter 50 durch die ihm zugeordneten
Drosselstellen 34, über das langgestreckte Wehr 20 und durch die Drosselstellen
34, die dem tiefer liegenden Flügelbehälter 50 zugeordnet sind in diesen
tiefer liegenden Flügelbehälter. Durch die Flüssigkeitsströmung und den Druckverlust
an den Drosselstellen 34, die den Flügelbehältern zugeordnet sind, und infolge der
rauhen Oberfläche der Platten 28 werden beträchtliche Mengen kinetischer
Energie zerstreut. Die Platten 26 sind zur Mitte des Behälters 14 hin geneigt,
damit eine stärkere Flüssigkeitsströmung möglich ist. Es wird zwar nicht angenommen,
daß eine bestimmte Teilmenge des Wassers sich während eines vollständigen Rollvorgangs
von einem Flügelbehälter zum andern bewegt, doch man erkennt bei der Betrachtung
des in dem Behälter 14 befindlichen Flüssigkeitskörpers als Ganzes, daß die Flüssigkeit
von dem einen Flügelbehälter durch die Drosselstellen und über das langgestreckte
Wehr 20 in den entgegengesetzten Flügelbehälter strömt.
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Es versteht sich, daß im Rahmen der Erfindung in dem System jede geeignete
Flüssigkeit verwendet werden kann, beispielsweise Heizöl, Bunkeröl oder Seewasser.