DE1556826B2

DE1556826B2 - Bug fuer verdraengungsschiffe

Info

Publication number: DE1556826B2
Application number: DE1968M0077515
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Maierform Trust Registered
Current assignee: Maierform Trust Registered
Priority date: 1967-03-17
Filing date: 1968-03-08
Publication date: 1977-10-27
Also published as: DE1556826A1; DE1556826C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Bug für Verdrängungsschiffe aller Art mit einem vor das vordere Lot vorspringenden Bugwulst, dessen vorderster Punkt und dessen Breitenmaximum über der Ballastwasserlinie und in der oberen Hälfte des Tiefganges liegen und der unterhalb des Breitenmaximums nach Art eines V-Spantenschiffes ausgebildet ist.

Ein derartiger Bug für Verdrängungsschiffe ist aus der Zeitung VDI-Nachrichten, Nr. 5, vom 1.2.67, Seite 6 bekannt.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, diesen Bug so zu verbessern, daß er bei allen Beladungszuständen und insbesondere auch im Ballastzustand zu einer beträchtlichen Widerstandsminderung bzw. erheblichen Geschwindigkeitsgewinnen führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Höhe des vordersten Punktes des Bugwulstes über der Ballastwasserlinie V2 bis ²h der Bugwellenhöhe am Ort des Stevens beträgt.

Die Bugwellenhöhe bezieht sich auf ein entsprechendes im Ballastzustand mit der Dienstgeschwindigkeit laufendes Schiff ohne Bugwulst und ist ein in der Schiffbautechnik allgemein bekannter Begriff (Henschke, Schiffbautechnisches Handbuch, 2. Aufl., Bd. 2, 1965, Seite 157). Gemäß der Erfindung liegt also die Ballastwasserlinie deutlich unterhalb des vordersten Punktes des Bugwulstes. Dennoch wird auch bei Ballastfahrt eine erhebliche Widerstandsverminderung erzielt, weil sich in dem angegebenen Bereich das Wasser bei mit Dienstgeschwindigkeit fahrendem Schiff bis über den vordersten Punkt hinaus staut und somit auch Bereiche der oberhalb des vordersten Punktes liegenden Fläche des Bugwulstes erreicht, wo es wie bei einem untergetauchten Bugwulst entlangströmt. Auf diese Weise werden auch beträchtlich unter dem vordersten Punkt des Wulstes liegende Schwimmwasserlinien für den Betrieb des Schiffes bei verringertem Fahrtwiderstand ausgenutzt, so daß der Tiefgangbereich, in dem die widerstandsmindernden Effekte des Bugwulstes voll zur Geltung kommen, wesentlich erweitert ist. Überraschenderweise werden aber Geschwindigkeitsgewinne auch noch bei mit unterhalb der Dienstgeschwindigkeit fahrendem Schiff erzielt, wenn das Wasser sich nicht bis zur oberen Seite des Bugwulstes hochstaut.

Dadurch kann dieser Schwankungsbereich wesentlich größer als bei allen bekannten Bugwulstschiffen sein, ohne daß auf die widerstandsmindernde Wirkung des Bugwulstes bei irgendeinem der vielen möglichen Tiefgänge verzichtet werden müßte. Umgekehrt gelangt aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Ballastwasserlinie um einen genau definierten Betrag unterhalb des vordersten Punktes bei einem im allgemeinen vorgegebenen Abstand zwischen Tieflade- und Ballastwasserlinie der vorderste Punkt in eine solche Höhe, daß über den gesamten Tiefgangsbereich verteilt deutliche Verbesserungen in bezug auf den Fahrtwiderstand zu verzeichnen sind. Damit überwindet die Erfindung den Hauptnachteil aller bekannten Bugwülste, deren Wirksamkeit, sofern erhebliche Tiefgangschwankungen vorkommen können, bei bestimmten Tiefgängen gut, bei anderen aber weniger gut oder gar nicht merklich ist.

Optimale Verhältnisse hinsichtlich des Fahrtwiderstandes bei Ballastfahrt werden erzielt, wenn die Summe aus der Höhe des vordersten Punktes über der Ballastwasserlinie und aus dem Krümmungsradius des Stevens am vordersten Punkt im wesentlichen gleich der Bugwellenhöhe am Ort des Stevens ist.

Durch seinen hochliegenden Auftriebsmittelpunkt beeinflußt der erfindungsgemäße Bugwulst überdies die Stabilität des Schiffes günstig. Wegen seiner hohen Wirksamkeit kommt man mit kleineren Bugwulstvolumen aus, wodurch insbesondere bei nachträglichem Einbau keine Trimmschwierigkeiten auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 einen schematischen vertikalen Längsschnitt eines Bugs gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die linke Hälfte eines Schnittes nach Linie U-II in F i g. 1 (die rechte Hälfte verläuft spiegelsymmetrisch),

Fig.3 einen Fig. 1 entsprechenden Schnitt, wobei jedoch die Stauung des Wassers (Bugwelle) im Bereich des Bugwulstes bei Ballastfahrt veranschaulicht ist,

F i g. 4 eine erste Form des Schnittes nach Linie IV-IV in Fig. 1 mit der Definition des Winkels bei keilförmig zugeschärftem Bug,

F i g. 4a eine andere Form des Schnittes nach Linie IV-IV in F i g. 1 mit der des Winkels bei nicht keilförmig zugeschärftem Bug, wobei sowohl in F i g. 4 als auch in F i g. 4a nur die eine Hälfte des Schnittes dargestellt ist, während die andere Hälfte spiegelsymmetrisch verläuft.

In F i g. 1 ist schematisch die Stevenlinie eines Schiffsbugs dargestellt, welcher aus dem Unterwassersteven 16 und dem verkürzt dargestellten Überwassersteven 17 besteht. In die Figur eingezeichnet ist die Tiefladelinie 18, d. h. diejenige Linie, bis zu der das Schiff in das Wasser eintaucht, wenn es sich in dem Belastungszustand, für den es konstruiert ist, befindet.

Des weiteren ist in die Zeichnung die Ballastwasserlinie 19 eingetragen, d. h. diejenige Linie des Schiffes, bis zu der es im entladenen, mit Ballast gefüllten Zustand eintaucht. Die Ballastwasserlinie 19 ist aufgrund eines achterlichen Trimms des Schiffes häufig etwas nach vorn geneigt.

In Fig.2 ist ein vertikaler Schnitt senkrecht zur Kiellinie am Ort des vorderen Lotes 12 in Fig. 1 schematisch dargestellt. Als vorderes Lot ist bekanntlich

das Lot an demjenigen Orte des Schiffskörpers definiert, wo die Tiefladelinie 18 den Steven 16, 17 durchschneidet. Wie ersichtlich, liegt beim Bug nach den F i g. 1 und 2 das vordere Lot 12 geringfügig vor dem am weitesten zurückspringenden Teil 21 des Stevens und oberhalb des nach vorn vorspringenden Bugwulstes.

Nach den F i g. 1 und 2 befinden sich sowohl der vorderste Punkt 20 des Unterwasserstevens 16 als auch die breiteste Stelle 22 des Unterwasserspantes 11 am Ort des vorderen Lotes über der Ballastwasserlinie 19 und in der oberen Hälfte des Entwurfstiefganges T. Der Bugwulst ist unterhalb des Breitenmaximums 22 nach Art eines V-Spantenschiffes ausgebildet.

Nach F i g. 1 hat der Unterwassersteven 16 relativ zur Kiellinie 15 oberhalb des am weitesten vorspringenden Punktes 20 im Durchschnitt einen geringeren Absolutwert der Neigung als unterhalb dieses Punktes. Diese Ausbildung führt dazu, daß die vor dem Unterwasserspant 11 in Fig.2 gelegenen Spanten in geometrisch ähnlicher Weise ausgebildet sind.

Die Höhen des vordersten Punktes 20 des Unterwasserspantes 16 und des Breitenmaximums 22 des Unterwasserspantes 11 über der Kiellinie 15 können gleich sein. Diese Ausbildung ist für langsamere Schiffe mit einer Froude-Zahl bis zu etwa 0,28 bevorzugt. Bei schnelleren Schiffen mit Froude-Zahlen größer als etwa 0,29 wird das Breitenmaximum dagegen vorzugsweise um ein Stück d unterhalb des vordersten Punktes 20 angeordnet. Der Abstand d beträgt vorzugsweise 5 bis 15% des Abstandes des Breitenmaximums 22 von der Kiellinie 15. Das Breitenmaximum kann bei den schnelleren Schiffen sehr nahe dem halben Tiefgang 772 liegen.

Der vorderste Punkt 20 soll im allgemeinen nur um 4% der Schiffslänge über das vordere Lot vorstehen, da andernfalls die Klassifikationslänge des Schiffes größer angenommen werden muß. Im allgemeinen steht daher der vorderste Punkt 20 um etwa 2 bis 3% der Schiffslänge vor das vordere Lot des Schiffes vor.

Die Höhe h des vordersten Punktes 20 des Bugwulstes über der Ballastwasserlinie 19 soll '/2 bis ²h der am Steven vorliegenden Bugwellenhöhe eines entsprechenden mit der Dienstgeschwindigkeit fahrenden, wulstlosen V-Spantenschiffes betragen, dessen Steven sich von der Kiellinie 15 ausgehend über das im wesentlichen geradlinige Stück 23 weiter geradlinig nach oben fortsetzt.

Aufgrund einer derartigen Ausbildung stellen sich nämlich bei Ballastfahrt die schematisch in Fig.3 dargestellten Verhältnisse ein, d. h., das Wasser 25 der Bugwelle steigt am Bugwulst über die Ballastwasserlinie

19 hinaus an und überspült auch den vordersten Punkt

20 sowie Flächenbereiche auf der Oberseite 24 des Bugwulstes. Nach hinten zu fällt dann das Wasser wieder sanft über die Seitenflächen des Wulstes zur Ballastwasserlinie 19 ab. Auf diese Weise wird auch bei Ballastfahrt der widerstandsmindernde Wulsteffekt erzielt.

Die Höhe h beträgt vorzugsweise '/2 bis ²/3 der oben definierten Stauhöhe Η_ψ, welche empirisch an einem Modell ermittelt werden kann oder auch mittels der folgenden Formel:

Hierin bedeutet:

/i^(mm) = ν² ίβΟ- cos,, -32

y 1 _r

,(mm)

Tr

tgh

Stauhöhe in mm,

Geschwindigkeit in Kn (Knoten),

Tiefgang vorne in m,

halber Wasserlinien-Eintrittswinkel

(F i g. 4 und 4a),

Tangens hyperbolicus,

Winkel des geradlinigen Steventeils 23
relativ zur Vertikalen (F i g. 1).

tgh (1,77 - tg y).

Fig.4 zeigt die Definition des Winkels ψ bei spitz zulaufendem Bug.

F i g. 4a zeigt die Definition des Winkels ψ, wenn der Steven stark abgerundet ist. In diesem Falle ist ψ durch die folgende Beziehung definiert:

F
^tg ''' " (L/20)² '

worin die Schiffslänge in m zwischen vorderem und hinterem Lot und F die Wasserlinien-Fläche auf der LängeL/20 des Vorschiffes bedeutet. Mit anderen Worten sind die schraffierte Fläche F und das rechtwinklige Dreieck in F i g. 4a flächengleich.

Der Krümmungsradius r (Fig. 1) des Stevens am vordersten Punkt 20 beträgt vorzugsweise ^xh bis '/2 der Stauhöhe. Im allgemeinen soll, die Summe aus Λ und r gleich der Stauhöhe sein. Optimale Bedingungen hinsichtlich des Wulsteffektes bei Ballastfahrt werden also erzielt, wenn gilt:

r + h = Λ _ψ .

Nach F i g. 1 weist der Unterwassersteven 16 unterhalb des am weitesten vorspringenden Punktes 20 einen geraden oder annähernd geraden Teil 23 auf, welcher einen Winkel auf 20° bis 40° mit der Vertikalen einschließt.

Der auf der Oberseite 24 des Bugwulstes verlaufende Teil des Stevens weist ebenfalls einen geraden oder annähernd geraden Bereich auf, der einen Winkel von 15° bis 30° mit der Horizontalen einschließt. Der Winkel soll auf jeden Fall nicht kleiner als 35° sein. Da der Steven auf der Oberseite 24 des Bugwulstes stets einen Wendepunkt aufweist, kann die Neigung der Wendetangente als Maß für die Neigung des Stevens an der Oberseite 24 angesehen werden.

Der Bug eignet sich auch besonders für eisfahrende Schiffe.

In diesem Falle werden die Wasserlinieneintritte scharf ausgebildet werden, um das Eis sicher zu zerschneiden. Diese beispielsweise wie in Fig.4 ausgebildete Anschärfung ist nur zwischen der Ballast- und der Tiefladewasserlinie erforderlich. Zwischen den beiden Wasserlinien ist im übrigen der Steven als vorschriftsmäßiger Eissteven ausgebildet.

Der auf der Oberseite 24 verlaufende Teil des Bugwulstes sich in der angeschärften Form deswegen besonders zum Eisbrechen eignet, da die Eisplatten unterfahren und von unten nach oben aufgebrochen werden. Dabei kommt die untere mit Wasser benetzte Seite der Eisschollen in Berührung mit dem Schiffskörper, was gegenüber einer Berührung mit der oberen im allgemeinen beschneiten Seite der Eisschollen den Vorteil hat, daß der Reibungswiderstand zwischen Schiffskörper und Eisscholle nur etwa ¹AtO des Reibungswiderstandes zwischen beschneiter Oberfläche und Stahlkörper beträgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bug für Verdrängungsschiffe aller Art mit einem vor das vordere Lot vorspringenden Bugwulst, dessen vorderster Punkt und dessen Breitenmaximum über der Ballastwasserlinie und in der oberen Hälfte des Tiefganges liegen und der unterhalb des Breitenmaximums nach Art eines V-Spantenschiffes ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (h) des vordersten Punktes (20) des Bugwulstes über der Ballastwasserlinie (19) '/2 bis ²h der Bugwellenhöhe am Ort des Stevens beträgt.

2. Bug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Krümmungsradius (r) des Stevens am vordersten Punkt (20) zwischen '/3 und '/2 der Bugwellenhöhe am Ort des Stevens beträgt.

3. Bug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der Höhe (h) des vordersten Punktes (20) über der Ballastwasserlinie (19) und aus dem Krümmungsradius (r) des Stevens am vordersten Punkt (20) im wesentlichen gleich der Bugwellenhöhe am Ort des Stevens ist.