DE1953136A1 - Schnelleinsatzfaehige Tieftauchfahrzeuge Schnelleinsatzfaehige Tieftauchfahrzeuge - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR. HUGO WILCKEN DIPL.-ING. THOMAS WlLCKEN D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE S2-S4 Ί Ω f Ί 1 'S /s

Ivoo136

Lübeck, d. 20.10.69 Th.W./dr

Angelder:

Edmund ]Jichols-Roth, fiom (Italien)

SehneHeinsatzfähige Tieftauchfahrzeuge

10.0. Zusammenfassung

10.1 Dit Erfindung betrifft im allgemeinen schnelleinaatzfähige Tieftuuchfahrzeus-e, abgepaßt an verschiedene strategische, taktische und logistische Aufgaben, die auch eine Torpedolenkwaffe einschließen. Die Erfindung ist besonders für Unterseefrachter geeignet, jedoch nicht nur auf diese beschränkt. Die folgende Besonreibung schließt mit den Ausdrücken "Tieftauchfahrzeug" oder "Unterseeboot" all jene Bootskörper ein, die einen Eigenantrieb für hohe Geschwindigkeiten sowohl an der Wasseroberfläche, als auch im Tauchzustand unter hydrostatischem Druck besitzen, wobei sie die wesentlich höhere Geschwindigkeit unter Wasser entwickeln.

10.2 Bisher wurden Unterseeboote vorzugsweise mit einem kreisförmigen oder zylindrischem Querschnitt des üruckkörpers konstruiert, um ein immerhin ertragbares Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht zu erzielen, wobei die Vorstellung hauptsächlich auf.¹ der Voraussetzung beruhte, daü allen diesen Booten eine ausachiieblich strategische oder taktische Aufgabe zukam, während ihrer Verwendung alü achnelleinsatzfähiges, logistisches fahrzeug

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ΐ * LObedr (0431) 7 5g£?, Mvoti Dr. H. Wik&.n, Curou (04505) 210 · Οίρ!-Ι»β- Th. WIM.cn, lotxttk (0*51) SSl»

•onki CoKBWJibonlt A. G., W. Ub.d, Klo.-Nr. »0187 Pmnd>»riiι Hamburg 1381 If

^!sowie als Unterseefrachter wenig Beachtung geschenkt wurde.

'■ ·' ♦ ■

MO.3 Ich habe eine Konstruktionsmethode für Unterseeboote entjwickelt, die auf veränderlichen Geometrieformen, welche eioh aus

ielliptisch-parabolisehen Integralen ableiten, beruht, bei der

leine wesentliche laminare Strömung über den Großteil dea Boots-

'Körpers erzielt wird, indem sie sich der diagonal aufwärts nach jachtern aoei- die Rückenpartie des Bootskörpers gerichteten Strömung bedient, welche durch das Zusammenwirken der durchschnittlich aufwärts gerichteten Wasserverdrängung und der Vorwärtsbewe- ! ■ i

gung die höchste Unterwasserfahrt erhält, bei welch immer gegebe-j hem Kraftantrieb bezogen auf die effektive Pferdestärke; die neben bei zu einer Lösung des als "Gray'sehe Paradox¹¹ bekannte Naturphänomen führt.

10.4 Erster Zweck der Erfindung ist es, ein Unterseeboot der Gestalt zu schaffen, das zu einem gegebenem Rauminhalt die geringst praktische Oberfläche aufweist, die zur Seetüchtigkeit auereichti d.h. etwa zwei Drittel der Volumenleistung einer Kugel gleicher Oberfläche entspricht, oder umgekehrt, ungefähr das 1,5-fache, detr Oberfläche einer Kugel gleichen Volumens und somit eine höhere J Volumenleistung als ein Tauchschiff anderer Konstruktion erreicht

10.5 Ein weiterer Zweck der Ärfindung ist ea, ein Unterseeboot der Gestalt zu schaffen, dessen Stabilität durch die Manipulation] der vertikalen und horizontalen Schwerpunktsebenen der Segellot- ! rechten, sowie der Auftriebsechvverpunktsebene im Hauch zu st and veri-

lagert werden kann zusammenhängend mit des flug-, Heck- und Segel-j jordinaten im Integralverhältnis untereinander stehen, sodaß der j

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vertikale Abstand 2wißchen der horizontalen Schwerpunktsebene und ι der halben geometrischen Schiffehöhe, "in der vertikalen Equatori+ ■ alebene gemessen, nicht kleiner als ein Zehntel der größten Hohe

des Schiffsrumpfes (über die Beplattung) misst. !

10.6 Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, ein Unterseeboot ! der Gestalt zu schaffen, dessen Manövrierfähigkeit durch ein ode^ nehrere Steuervorrichtungen, wie insbesondere Querruder, Höhen- i

ruder sowie Seitenruder mitsamt der dazugehörigen Servo-Mechanik j reguliert wird, wobei die Manövrierfähigkeit und die Stabilität
miteinander in bezug auf die Stabilisierungszusätze, wie das Se- £;e], Stabilisierungsflossen, Kielklappe, hintere Rückenflosse
und hintere Kielflosse, die nachfolgend verzeichnet sind, im
Zusammenhang stehen.

10.7 Ein weiterer Zweck der Erfindung ist es, ein Unterseebot |

■ j der Gestalt zu schaffen, dab es eine vorgesehene Auftriebsreserve hat, die das Freibordmaß des Bootes im aufgetauchten Zustand bestimmt, und dessen vorgesehene Auftriebsreserve von der Zulassung: behörde anstelle dee Freibordmaßes zur Berechnung der Ladelinie
zugelassen wird, welche wiederum den maximalen Durchschnitts- I tiefgang bestimmt, zu dem das Boot rechtmäßig getaucht werden
darf. '

10.8 Weitere Zwecke bestehen in der Begrenzung der Turbulenzzoner über dem Rumpf ur.d in der Verminderung des nachfolgend ; hpsrhriebenen Residualwiderstandes auf ein Minimum, wobei die . höchstmögliche Dienst^eschwindigkeit im Tauchzustand für welch
inuTtor ,tfcgobeneiE Kraftantrieb-in, beruft auf die effektive Pferde-

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stärke gewährleistet wird. . !

10.9-1 Diese Zwecke werden erfüllt durch die Annahme einer integral-el-liptisch-parabolisehen Rumpfkonzeption, die im allgemeinen im Querschnitt der vertikalen Schwerpunktsebene und allen !parallel dazu liegenden Ebenen elliptisch ist, dabei jedoch einen geringeren Kurvenradius an der oberen Ordinate als an der unteren Ordinate aufweist. . .

jIO.9-2 Zwei veischiedenförmige Halbellipsen werden aneinanderigefügt und ergeben die zuvorgenannten elliptieohen Querschnitte 'in der Vertikalebene, die in oder im wesentlichen in der horizontalen Schwerpunktsebene eine gemeinsame Achse, aufweisen und in

idieser Ebene ineinander übergehen. Bin diese Voraussetzung erfüllendes Konzept wird nachfolgend als integral elliptisch-parabolisches Konzept bezeichnet.

:10.10 Es sind daher zwei verschiedene Variante» zu erkennen, !und zwar mit Hinsicht auf den Querschnitt durch die vertikale 'Schwerpunktsebene des Bootskörpers. _:

j .

10.11 Bei der ersten Variante verlauft_edie große Aohse der zusammengefügten Halbellipsen vertiakl. Bei der zweiten Variante ist das Verhältnis der Breite zur Höhe umgekehrt, sodaß die große Achse quer und horizontal und die kleine Achse vertikal verläuft. In keinem Falle ist die Achse kleiner als ein Zehntel der Länge zwischen den Loten.

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10.12-1 Demgemäß ist eine praktische Ausführungsform des Sirfindung sgegenstande s ein Unterseeboot, dessen Rumpf im allgemeinen der Form eines Ellipsoides oder Paraboloides entspricht, dessen große Achse sich entlang der horizontalen Schwerpunktslinie erstreckt. Der durch den Schwerpunkt verlaufende vertikale Querschnitt sowie alle dazu parallel liegenden Vertikalebenen sind, bezogen auf die vertikale Schwerpunktülirüe, symmetrisch, bezogen auf die horizontale Schwerpunktslinie jedoch asymmetrisch, wobei sie an der oberen Ordinate einen kleineren Kurvenradius als an der unteren Ordinate aufweisen.

10.12-2 Bei allen Varianten ist der elliptisch-parabolische Querschnitt des Bootes in den horizontalen Ebenen, bezogen auf die vertikale Schwerpunktsebene, asymmetrisch.

10.13 Der Erfindung gemäß ist zur HichtungsStabilität des Bootes ein Segel (d.h. Rückenflosse) mit anschließendem Übergangsprofil vorgesehen, um turbulente Strömungen vom Oberdeck abzuleiten.

10.14 Weiterhin kann unterhalb der durch den Schwerpunkt gehenden Horizontalebene eine bewegliche Stromlinienleitflache vorgesehen sein, um einen Auftrieb und/oder einen negativen Auftrieb 2.U erzeugen und das Boot bzw. sein Heck beim Beschleunigen oder Verringern der Geschwindigkeit während der Unterwasserfahrt durch Ausgleich der Stirnangriffsflache des Segels in der vertikalen Ebene von unterhalb der horizontalen Schwerpunktalinie zu halten, fj das Boot vom Bau aus zu einer Instabilität neigt.

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10.15 Für das Unterseeboot kann unter anderem ein freiflutender Rumpfabschnitt im Bereich der Lade- und Ballastabteilurigen und ein druckfester Rumpfabschnitt für Unterkünfte und Maschinenraum vorgesehen werden.

10.16 In vorteilhafter Ausgestaltung kann das Boot ein Bruckausgleichsysteru in Form frei schwebender Decken- oder Bodentanke oder beweglichen Membranen faltbaren Materials im Bereich des Laderaumes auf v/ei sen, die unmittelbar den umgebenden Wasserdruck aufnehmen und übertragen um einen Druckausgleich innerhalb und außerhalb des Schiffskörpers und zwischen den Schotten zu schaffen, wobei das als Ballast gefahrene Wasser dem Umgebungsdruck ausgesetzt ist: dabei sind die Badebord- und Steuerbordballasttanks zwischen dem Oberdeck und den frei schwebenden Deckenoder Bodentanks bzw. den beweglichen Membranen aus faltbarem Material im Bereich des Laderaumes zum Zweck des Druckausgleiches durchgehend verbunden.

10.17-1 Als Antrieb für das Unterseeboot kann eine Einzelschraube oder ein Mehrschraubensystern vorgesehen werden, das in geeigneter Lage in der horizontalen Schwerpunkteebene angeordnet ist und so unmittelbaren Schub gegen den Schwerpunkt selbst ausübt.

.10.17-2 Beispielsweise kann für das Boot eine vertikale Stütafloese vorgesehen sein, die dazu dient, außenbords hinter dem Heck, Radial-Axiallager zur zusätzlichen Lagerung von schweren gleichläufigen Tandem- oder gegenläufigen Propellern zu tragen, welche sich dadurch auszeichnen, daß sie besonders frei von

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asymnietrisehen Schub- oder nachteiliger Drehmomenteffekten sind, wobei der höchste Antriebswirkungsgrad jeglicher Propelleranordnung erhielt wird.

10.18-1 Ein derartiger Antrieb weist vorzugsweise koaxiale gegenläufige, in einer Stopfbuchse umlaufende Stummelwellen auf, die von dem am Maschinenende angeordneten Conipound-Primär-Untersetzungsgetriebe über eine Hauptwelle sowie ein im Heck angeordnetes Compuund-Sekundär-Unterset&ungsgetriebe angetrieben werden. Das Primär- und das Sekundärgetriebe sind so ausgelegt, das der Gegenlauf ohne zusätzliche Reibungsverluste über die möglichst kurzer koaxialen Stummelwellen übertragen wird.

10.18-2 Bei einer alternativen Anordnung kann der Antrieb der Stuminelwellen aus einem einzigen im Heck gelagerten Untersetzungsgetriebe durch die Stopfbuchse direkt übertragen werden« In diesem Pail erfolgt der Antrieb über die Hauptwelle vom Compound-Untersetzungsgetriebe am Maschinenende bereits mit effektiver Schraubendrehzahl.

10.19 Dabei können sowohl gleichläufige Tandempropeller mit gleicher Schraubenblattzahl, als auch gegenläufige propeller verwendet v/erden. Bei letzterer Anordnung belastet die führende Schraube die nachfolgende und wirkt so verstärkend auf diese, die daher ein Schraubenblatt weniger als die führende hat.

10.20 Zusätzlich und zum selben Zweck können die Schrauben von einer Venturidüse umgeben sein, die die Wasserströnmngsgeschwindigkeit um die Schrauben über das Bootsmomentum hinaus beschleu-

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nigen, wobei die Propeller fest angeordnete oder auch hydraulisch bedienbare Veretellflügel aufweisen können»

10.21 Die Stützflosse außenbords kann einen elektro-hydrauliscb betätigten Kegel enthalten, der aus awei Hälften besteht, die das Außenbordlager aufnehmen und dessen Basis noch innerhalb der Venturidüse liegt; dieser Kegel ist um einen Winkel von 22,5° aus seiner Nullage auf- und abwärts verstellbar, um eine Strömungsinduktion in Portsetzung der durch die Düse erzeugten Leitströmung beizutragen.

8.0 Erläuternder Beschreibungsteil

8.01 Die in der Beschreibung enthaltenen Bezeichnungen und Ausdrücke sind hier im darstellenden und nicht im beschränkenden

Sinne gebraucht. Im übrigen ist der Inhalt dieser Beschreibung nicht so auszulegen, daß irgendeine wesentliche Tatsache oder ein Bezug dadurch vermutlich ausgeschlossen wird, die ansonsten in derselben enthalten wäre. Die Polgerungen, die sich aus einem i'eil der Beschreibung ergeben, sind als Bestandteil des Gesamtanspruches zu verstehen.

8.02 In diesem erläuternden Beschreibungsteil wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die diagrammatisehe Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes darstellen, und denen die in der Beschreibung verwendeten Formeln und Ausdrücke

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zugrundeliegeni

101 - Längsschiffslinie

102 - Position der Querschnitte

106 - Kielstabilisierungsflosse achtern

107 - Anstellwinkel der Kielklappe

108 - Kielklappe in eingezogener Stellung

109 - Kielklappe in ausgefahrener Stellung

achterliche

110 - Kantenordinate des Segels

111 - bugseitige Kantenordinate des Segels

112 - Rückenstabilisierungsflosse achtern

113 - Basis des Segels

-114 - Rückenkoordinate achtern

115 - Heckflosse, die die Außenbordlager trägt

116 - Kielkoordinate achtern

117 - leitflossen zur Aufnahme der Höhenrüder

118 - Bugstrahlruder

119 - Leitflossen zur Aufnahme der Querruder

120 - theoretische Strömungslinien, die Wasserverdrängung nach oben erzeugen

121 - theoretische Strömungslinien in Längsschiffs-

richtung, durch Vorwärtsbewegung erzeugt

123 - Maschinenraum und Unterkünfte

124 - Auftriebsreserve

125 - Druckkörper

126 - Ladebehälter mit Schwebedeckenvorrichtung

127 - Laderäume

128 - Außenbord-Radial-Axiallager

129 - Ölpumpe

130 - direk tu bei· tragender» Planetengetriebe

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131 - Eingangswelle vom Maschinen-Untersetzungsgetriebe

bei 80 bis 120 Upm

132 - Ausgangswelle zu den gegenläufigen Stummelwellen bei

• 80 bis 120 Upm

133 - Hauptradiallager

134 - Sekundäres compound-gleichzyklieches Untersetzungsgetriebe, das auf die gegenläufigen Stummelwellen wirkt

135 - Hauptaxiallager

136 - Stopfbuchse

137 - Venturidüse zur Erzeugung einer Stromrichtung

138 - justierbarer Leitkörper zur Erzeugung einer gelenkten

Strömung

139 - Leitflosse zur Aufnahme des Seitenruders

143 - neutralisierte Zone zwischen der-turbulenten und

laminaren Strömung der beiden Strömungssysteme

144 - Sogerscheinung in der turbulenten Strömungszone

145 - Propellerturbulenz entlang der Schublinie

146 - Zone laminarer Strömung

147 - Zone laminarer Sekundär-Trennung

8.02-1 Fig. i(a), 1(b) und i(c) zeigen die grundsätzliche Bootskörperform der Variante -1 als elliptischen Zylinder in Endansicht, Profil und Draufsicht, wobei das vertikale Querschnittsverhältnis erläutert wird.

8.02-2 Figo 2(a), 2(b) und 2(c) zeigen die horizontale Ausbildung der Bootskörperforrn als elliptischen Zylinder in der Draufsicht, wobei das horizontale Quersclmittsverhältnia erläutert wird.

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8cO2-3 Fig. 3.1 (a), 3.1(b) und 3.1 (c) zeigen die Ausbildung des Bootskörperpröfils ohne Anhänge als modifiziertes Ellipsoid, wobei das Längsschnittverhältnis erläutert wird.

8.02-4 Fig. 3.2/3(a), 3.2/3(b) und 3.2/3(c) sind ähnliche Ansichten des Bootskörpers und des Turmes bzw. Segels und zeigen die Stabilisierungskielklappe (falls vorhanden) in der ausgefahrenen bzw. eingezogenen Stellung;

8.02-5/6 Fig. 3.4-i(a), 3.4-1(b) und 3.4-1(c) zeigen den Turm bzw. das Segel in der Anordnung im Drehpunkt, ausgeglichen durch die hintere Rückenflosse und die Kielstabilisierungsflossen;

8.02-7 Fig. 3.4-2(a), 3.4-2(b) und 3.4-2(c) zeigen den Turm vor der vertikalen Schwerpunktsquerebene VGG, ausgeglichen durch die hintere Rückenflosse und die Kielstabilisterungsfloasen und demzufolge reduzierte Höhe des Bugs;

8.02-8 Fig. 3«5(a), 3.5(b) und 3.5(c) zeigen das Segel in der bevorzugten Anordnung in "Gegendrehpunkt" mit einer Deckverkleidung vor der Vorderkante, wobei der Ausgleich bei diesem Zustand nur durch die Kielklappe (eingezogen gezeigt) erfolgt;

8.02-9 Fig. 4.1(a), 4.i(b) und 4«i(c) sind ähnliche Ansichten wie Fig. 3.4-1 und 3«4-2 und zeigen die Anbauten des Bootskörpers, nämlich die Heckflosse, die Propeller und die Steueranhänge bei Anordnung des Turms im Drehpunkt.

8.02-10 Fig. 4.2/3(a), Fig. 4-.2/3(b) und 4.2/3(c) sind ähnliche

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Ansichten wie Fig. 3.5 und zeigen die Anbauten des Bootskörpers, nämlich die Heckflosse, die Propeller und die Steueranhänge bei Anordnung des Turms im "Gegendrehpunkt".

8.02-11 Pig. 5(a) und 5(b) zeigen schematisch Endansicht bzw. Draufsicht der durch die Durchschnittsaufwärtsverdrängung und die Vorwärtsbewegung um den Bootskörper der Fig. 3.1, 4.1 und 4.2/3 erzeugten theoretischen Strömungslinien;

8.02-12 Fig» 8(a) und 8(b) zeigen im Profil bzw. in der Draufsicht die tatsächlichen Zonen laminarer Strömung, turbulenter Ablösung, Wellental- und Laminarablösung um den Bootskörper eines Bathydynasc&phs, insbesondere den kritischen Strömungswiderstand, der hinter der vertikalen Schwerpunktsquerebene um den Bootskörper nach den Fig. 3·1> 4.1 und 4·2/3 herum in Erscheinung tritt;

8.02-13 Fig. 7.1(a), 7.1(b) und 7.1(c) zeigen Querschnitte zur Errechnung des Rauminhalts des ganzen oder eines Teiles des Bootskörpers durch Differential-Geometrie, bei der der Bootskörper entlang der längsschiffslinie, bzw» der vertikalen Schwerpunktslinie VCG theoretisch aufgeteilt wird, um Räume zu bilden, die auf der Back- und Steuerbordseite durch die Bootskörperhülle und durch vorderes und hinteres Lot begrenzt sind, wobei dieses Verfahren auch für die Anordnung der Längs- und Querschotte, wie z. B. in Fig. 7«4 gezeigt, benutzt wird; Fig. 7.1-2 stellt eine analytische Form der äußeren Bootskörperoberfläche für die Berechnung dar;

8.02-14 Fig. 7.2 zeigt in Vertikal- und Längsschnittunsichten

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die Beziehung zwischen der Druckhülle und der druckfreien Hülle in Werten der berechneten Auftriebsreserve, die in dem ringförmigen Raum zwischen den in den Abschnitten 3.11-1(a) und 3.11-1(e) angegebenen Formen enthalten ist;

8.02-15 Fig. 7·3 zeigt in Vertikal- und Längsschnittansichten die Beziehung zwischen der Druckhülle und der druckfreien Hülle in Werten der berechneten Auftriebsreserve, die in dem ringförmigen Raum zwischen den in den Abschnitten 3»11-1(b) und 3.11-1(c) und Abschnitt 3.11-1d angegebenen Formen enthalten ist;

8.02-16 Fig. 7.4(a), 7.4(b) und 7.4(c) zeigen im Querschnitt, im Profil bzw. Draufsicht eine schematische Ladungs- und Ballastanordnung, bei der zwei längslaufende Schlagschotte vorgesehen sind, die den Umgebungsdruck ausgleichende schwimmende Decken im Bereich der Ladetanks eines l'ankers (Abschnitt 3.11 -1a) tragen;

8.02-17 Fig. 6 zeigt schematisch die gegensinnig umlaufende Wellen- und Propelleranordnung mit dem in der Heckflosse angeordneten Außenbordlager; Fig. 6(b), 6(c), 6(d) und 6(e) zeigen verschiedene v/ahlweise Tandemanordnungen und gegensinnig umlaufende Schrauben;

8.02-18 Fig. 9(a) zeigt den auseinandergezogenen Aufbau der Keckflomje mit der Anordnung der Außenbordlager und der Stopfbuchüf;; Fig. 9(b) zeigt die Anordnung der Heckflosse mit dem direkt übertragenden Planeten-Getriebe, das die koaxialen, gegenf;i.fini^ umlaufenden WeIJ en mit den AuÜenbordlagern antreibt

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(Propeller, Venturidüse und Leitkörper sind entfernt); Fig. 9(c) zeigt die Umlaufsrichtungen des in Fig. 9(b) gezeigten Getriebes; Fig. 9(d) ist eine ähnliche Ansieht wie Fig. 9(b), jedoch mit einem sekundären Planetenuntersetsungsgetriebe und Fig. 9(e) ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 9(&), zeigt jedoch die Befestigungsart der die Außenbordlager tragenden Heckflosse am Bootskörper;

8.02-19 Fig. 10(a), 10(b) und 10(c) zeigen eine Unteransicht, eine Endansicht und eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht einer Einzelheit, in der die Abstützung, die Propeller, die Venturidüse und der verstellbare Leitkörper dargestellt sind;

8.02-20 Fig. 1i(a), 11(b) und 1i(c); 12(a), 12(b) und 12(c), 13(a), 13(b) und 13(c) sowie 15(a), 15(b) und 15(c) sind Ansichten, die den Fig. 1(a) und i(c); 2(a), 2(b) und 2(c); 3.1(a), 3.1 (b) und 3.1(c) sowie 4.1(a), 4.1(b) und 4.i(c) entsprechen, jedoch eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, genannt Variante-2, zeigen, in der Fig. 14(a), 14(b) und 14(c) eine Bootskörperform zeigen, die wahlweise anstelle der in Fig. 13(a), 13(b) und 13(c) gezeigten verwendbar ist.

8.02-21 In allen Darstellungen muß der Hinweis auf die Ebene "CB'¹ richtig "D/2" heißen, (das ist die Hälfte der größten geometrischen Höhe des Bootskörpers), da diese beiden Ebenen xiicht notwendigerweise zusammenfallen.

10 9 8 17/1 Γ) 3 3

- 15 2. Erläuterungen der Bezeichnungen

2.01 T-2: Standard-Tanker von etwa 16.500 DWT

2.02 DWT: Ladegewicht in tons(je 2.240 Lbs), die Tragfähigkeit

des Schiffes

2.03 LWT: das Gewicht des Schiffskörpers einschließlich der

Anhänge, der Maschinenanlage und Vorräte in tons (je 2.240 Lbs)

2.04 Verdrängung: DWT + LVYT in tons = Volumen der Seewasserver

drängung bei einer mittleren Dichte von I0O27 - 1.030

2.05 HGG: horizontale Schwerpunktebene

2.06 VCG: vertikale Schwerpunktebene

2.07 Tiefgang: Tiefe des Kiels unter der Wasserlinie bei Über

wasserfahrt (Linie der Wasseroberfläche)

2.08 FP : vorderes Lot des Schiffes

2.09 AP : hinteres Lot des Schiffes

2 ο 10 Leichtschiffzustand: Das Schiff mit leeren Lade- und Ballasttanks, wobei es nicht ohne Hilfe manöverieren kann

2o11 Ballastzustand aufgetaucht: Ladetanks leer- Ballasttanks

voll

2.12 Ladezustand aufgetaucht: Ladetanks voll - Ballasttanks leer

2.13 Tauchzustand: Ladetanks voll - Ballasttanks voll

2.14 Ellipse: Figur die erzeugt wird, wenn ein Kegel durch eine

Ebene geschnitten wird, die mit der Grundfläche einen kleineren Winkel als die Kegelseiten einschließt und deren Fläche ^ab beträgt

2.15 Elliptischer Zylinder: Zylinder mit elliptischem Quer

schnitt und geraden Seiten

Volumen = T^ abL -> _

7~ / ~4 T""⁷

und Oberfläche = 2 f· ab + / Vλ + -^j χ dx

b
wobei a = vertikale Halbachse

b = horizontale Halbachse 1 0 9 8 1 7 / i f ι Β 3

L = Länge zwischen den Loten
c = Längshalbachse

(Die Zeichen a, b, L und c bedeuten in der nachfolgenden Beschreibung immer dasselbe)

2.16 Ellipsoid: Körper, der in allen Einrichtungen betrachtet

eine elliptische Form hat

4
mit einem Volumen: -^/~'> abc

und einer Fläche : 4 Γ"« (ca+cb+ab)

2.17 Schiff: geschlossener Raum, der im wesentlichen inner

halb von Parametern enthalten ist, die aus mathematischen Koordinaten hergeleitet sind und als solche ein Schiff bezeichnen»

2.18 Unterseeboot: Schiff, das nach Wunsch tauchen und auftau

chen kann, während es mit eigener Kraft fährt.

2.19 Ladelinie: Linie, die den maximalen mittleren Tiefgang

bestimmt, bis zu dem ein Schiff zulässig eintauchen darf (Betr. International Load Line Convention 1930/1966; U.S. Coast Guard Load Line Regulations CG-176; Board of Trade Rules, 1908; U.S. Load Line Act, 1929 und Ergänzungen dazu).

2.20 Freibord: Der senkrecht abwärts gemessene Abstand an der

Seite des Schiffes von Oberkante Decklinie bis zur Oberkante Ladelinie.

1 0 9 8 1 7 / :'i ν ι>;;

1 9 5 ? 1 3 β

_ j ι _

2.21 Stabilität: Im wesentlichen bestimmt durch den Äquatorial

schnitt in der Ebene VGG, wo er die horizontale

Schwerpunktsebene und die des Auftriebsmittelpunktes schneidet.

2.22 Auftrieb: Die Hubkraft, die der Schwerkraft entgegenwirkt-

und gleich dem Gewicht der verdrängten Flüssigkeit ist.

2.23 CB: Der Auftriebsmittelpunkt, d.h„ der über dem Kiel

gemessene geometrische Schwerpunkt des eingetauchten Volumens, wobei CEL die Lage des Schwerpunktes in getauchtem Zustand und CB₂ die Lage des Schwerpunktes für den aufgetauchten Zustand des Schiffes ist.

2.24 Stromlinienfläche: Die Form des Schnittes der Hauptebene,

wenn sie von einer parallel zur Symmetrieebene liegenden übene geschnitten wird, wie z. B. die kritische untere Fläche eines Gleitbootes oder die Bodenfläche der vertikalen Kbene gegenüber dem Meeresboden.

2.25 Äquator: Maximale Umfangslinie eines Zylinders, einer

Kugel, eines Jälllpsoids oder eines Paraboloids.

2.26 Reibungswiderstand: Die an der benetzten Oberfläche des sich

bewegenden Schiffes wirksame, die Geschwindigkeit mindernde ßremakraft. 109817/1083

2.27 Restwiderstand: Summe der - Wellenbildung

- Widerstand am Hinterteil des Bootskörpers

- Luftwiderstand über der Wasserfläche, die gegen die Bewegung des Schiffes, die Geschwindigkeit mindernd, wirken.

2.28 EHP: Effektive Pferdestärke, die notwendig ist,

um die Summe des Reibungs- und Restwiderstandes bei der Bewegung des Schiffes in ruhigem Wasser zu überwinden.

2.29 Kugel-Koeffizient: Das Verhältnis der benetzten Oberfläche

des getauchten Bootskörpers zur Oberfläche einer entsprechenden Kugel (4/7 gleiche Volumen ( /3'^V*) hat.

einer entsprechenden Kugel {A'fhv ) , die das

2.30 Vertikaler Schnittkoeffizient: Das Verhältnis der vertika

len, durch die Ebene von VGG gehenden Schnittfläche des Bootskörpers (/T^ab) zu der fläche

ο des umschreibenden Kreises (ψ?τ ), wobei

r - a igt.

2.31 Radialkoeffizient: Das Verhältnis der grö ßten Bootskörper

höhe zum Radius einer Kugel mit gleichem

Rauminhalt (^₁ / V ') ;
V ΤΠ

2.32 Bucht: Die Krümmung des Oberdecks in Querschiffrichtung (d.h. rechtwinklig zur Längsachiffs

linie); 1098 17/1083

Laminare Strömungj Schicht oder Schichten der Strömung

nahe der Oberfläche eines eingetauchten Körpers, die im wesentlichen parallel zu dieser Oberfläche frei von Wirbeln verlaufen und die vor der VCG-Ebene und/oder unter der HCG-Ebene eines getauchten Körpers auftreten;

2,34 Turbulente Strömung: Strömungsverlauf, der voll kleiner

Wirbel ist und entlang der Oberfläche eines getauchten Körpers hinter der VGG-Ebene und/oder über der HGG~Ebene auftritt und durch die Reynoldsche Formel

jj_{e =} Geschwindigkeit χ Länge χ Flüssigkeitsdichte

Flüssigkeitsviskosität

bestimmt ist-

3. Beschreibung

3.01 Für die Konstruktion des Bootskörpers wird eine im Grund ellipsoide Form gewählt, deren Widerstandsfähigkeit zwischen der eines Zylinders und einer Kugel liegt und deren kleine Achse nicht geringer ist als ein Zehntel der Hauptachse und somit elliptischen/parabolischen Integralen entspricht.

3.02 Größte Höhe - auch "D" genannt - ohne Anhänge:

Sie wird über die Außenseite der Beplattung von Oberkante Kiel bis Oberkante Bootskörper gemessen.

Der Bootskörper hat einen vertikal asymmetrisch ellipti-

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195313R

sehen Querschnitt, d.h. die HCG-Linie liegt unter der CB₁-Linie und über der Kiellinie, so daß das Verhältnis zwischen dem Abstand der HCG-Linie vom Oberdeck (auch mit "g1 " bezeichnet) und

der Höhe der HCG-Linie über dem Kiel (auch mit "g" bezeichnet) im wesentlichen 2:1 (zulässige Abweichung von 3:2 bis 3i1 einschließlich) beträgt, wobei der größere Anteil über und der kleinere Anteil unter der HCG-Trennlinie liegt, die in die Ebene der größten Breite des Bootskörpers zu legen ist. Diese Höhe stellt den maßgeblichen Paktor des Entwurfs (Fig. 1, 7·2·, 7·3, 11) dar.

3»03-1 Größte Breite(ohne Anhänge,auch mit "B" bezeichnet): Bei der Variante-1 stellt die Breite ein Nebenmaß dar, das durch die Höhe in der äquatorialen VCG-Ebene bestimmt ist» Das Verhältnis der Höhe zur Breite beträgt im allgemeinen 3:2 (zulässige Abweichung von 2:1 bis 5:4 einschließlich), wobei die Höhe immer das größere Maß ist; weiter wird vorausgesetzt, daß die Breite nicht mehr als die doppelte Höhe vom Kiel bis zur HCG-Linie ("g") beträgt (sie kann auch geringer sein), so daß der kritische Querschnitt und/oder der Endaufriß unter der HCG-Ebene eine hydrodynamische halbkreisförmige oder scharf,,gekrümmte, halbelliptische Wulst-Form aufweist (Fig. 1,2, 5, 7.2, 7.3).

3o03-2 Durch Aufwärtsverschiebung der HCG-Ebene im Querschnitt vergrößert sich die Höhe vom Kiel zur HCG-Linie ("g") strota-

linienförmig vertikal oder nimmt umgekehrt bei Abwärtsversdhiej bung der HCG-Ebene eine abgeflachte Krümmung an, so daß das

j Aufrichtmoment (bzw. "In₁" und "n^," als seine Kenngrößen) mit

i- 10 9817/1083

ί ' . · . cso.t \\ ■ ■

Bezug auf den Auftriebsmittelpunkrt bei Tauchfahrt ("OB ") bei der
Bestimmung der Stabilität des Schiffes anpaßbar ist, vorausgesetzt, daß diese Manipulation nicht den vertikalen Abstand m-, ^: zwischen den HOG- und L/2-Ebenen auf weniger ala ein Zehntel der ^:, größten Höhe des Bootskörpers (einschließlich Beplattung) vermindert.

3 «.04-1 Länge zwischen den Loten (ohne Anhänge, auch mit "L"
bezeichnet):

Es ist beim Entwurf von fundamentaler Bedeutung, daß die Länge
zwischen den Loten nicht das Zehnfache der kleineren Querschnittsachse des Bootskörpers (einschließlich der Beplattung) überschreitet, um die grundlegende elliptisch/parabolische Integralfunktion
zu erfüllen, die dieser Form eigen ist (Fig. 1, 2, 3, 11, 12, 13,
14).

3.04-2 HCG- und VOG: Lie VCG-linie verläuft immer in der Ebene [

der größten Höhe und schneidet die HOG-Linie in der Ebene der !

größten Breite (d.h. in der Aquatorebene) des Bootskörpers, wobei '

die Lage der VOG-Linie im Schnittpunkt mit der Längsachse (d.h. ·

der Längsschiffslinie) des Bootskörpers, gemessen vom vorderen i

Lot ("Fl·") bis zur Mittschiffsstellung ("g") durch die Gleichung f

Lxg= VGG von FP i

^D ' ■ ί

bestimmt ist (die zulässige Abweichung beträgt 25 $ bis 40 $> τοη \

ι-L einschließlich) , während die VGG-Linie umgekehrt bei Schiffen, [■

deren VCG-Linie hinter der Mittachiffsebene ("M") liegt, durch 1

■ i-

die Gleichung \

LXg₁ = VOG von fP

109817/1083

_ ₂₂ _ 195? Ί 3 R

bestimmt ist. Dies bestimmt in der Hauptsache die Schiffsform, indem das Verhältnis VCG/FP j VUG/AT immer gleich dem Verhältnis g : g., ist (Fig. 3, 7.2, 7.3, 13, 14).

3.5-1 Da es sich grundsätzlich um elliptisch/parabolische Integrale handelt, kann man ein Computerpaket entwickeln, aus dem ohne weiteres die optimale Form innerhalb des angegebenen, variablen Geometriebereichs mit den Schlüsseleingangsdaten (z_aß. L, D, B, L₁ und die Lage des Turms bzw. Segels oder wahlweise L/D-Koeffizienten, Volumen und gewünschter Reserveauftrieb) auswählbar ist, die mittels automatischer Digitalaufzeichner übertragen werden, um die erforderlichen Linien, Schnitt- und Einzelteilzeichnungen in einem fortlaufenden Arbeitsablauf zu erzeugen (Tabellen 3.11-1 und 4.06-9).

3«05-2 Die Computerprogrammierung erfolgt durch ein Lochkartensystem, reduziert zu einem magnetischen oder gelochten Band, wie folgt:

(a) Stufe I, es wird die erforderliche Anzahl von integralen elliptischen Koordinaten mit Bezug auf die HCG- und VCG-Ebenen erzeugt, die die grundsätzlichen Vertikal- und Querschnitte ergeben (Fig. 1. 11);

(b) Stufe II, es wird die erforderliche Anzahl von integralen elliptisch/parabolischen Koordinaten im Horizontalschnitt als Teil eines räumlichen Koordinatensystems erzeugt (Fig. 2, 12);

si 10 9 817/1083

(c) Stufe III, es wird die erforderliche Anzahl von integralen elliptisch/parabolischen Koordinaten im Längsschnitt als Teil eines räumlichen Koordinatensystems erzeugt (Fig. 3°1,

■ 13, 14);

(d) Stufe IV, es wird die erforderliche Anzahl von integralen elliptisch/parabolischen Koordinaten, die sich auf Bauteile des Druckkörpers, des Zwischendecks und der Schotte beziehen, als Teil des gleichen räumlichen Koordinatensystems erzeugt (Figo 7c2, 7.3, 7.4);

(e) Stufe V, Bestimmung des Gesamtvolumens, der Auftriebsreserve, der benetzten Oberfläche und des volumetrischen Wirkungsgrades (als Kugel-Koeffizient bezeichnet) (Figo 7·1—1, 7.2, 7.3, 7.4, 13, 14);

(f) Stufe VI, Bestimmung der gesamten äußeren Anhänge des Schiffes (Fig. 3.4-1, 3.4-2, 3.5, 4.1, 4.2/3,'15);

(g) Stufe VII, es werden die integralen elliptisch/parabolischen Körperkonturen und die den Rumpf umgebenden Strömungslinien für jedes Schiff besonders bestimmt, wobei die benetzte Oberfläche gezeigt ist, auf die der Strömungswiderstand der Zone turbulenter Strömung um den Bootskörper herum einwirkt (Fig. 7.1-2, 8);

wobei das Programm entweder von Stufe I oder Stufe V weiterlaufen kann.

109817/1 η 33

3o06-1 Nach Stufe I erscheinen somit die Steuer- und Backbordaußenlinien in der Endansicht unsymmetrisch elliptisch, d, h. groß gerundet am Kiel und klein gerundet gegenüber am Deck, also eine charakteristische Birnenform. In dieser Stufe ist der Bootskörper grundsätzlich ein elliptisches Zylindroid, hydrodynamisch geformt und dem theoretischen parallelen Aufwärtsstrom des Y/aasers angepaßt, der durch die Verdrängung um seine vertikale Achse entsteht, was ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist (Fig. 1, 5, 11).

3«06-2 Nach Stufe II werden im Grundriß die Back- und Steuerbordaußenlinien des ursprünglichen elliptisehen/zylindroiden Bootskörpers in eine zwischengeordnete zweite unsymmetrische Dimension entwickelt, deren Verhältnisse vor und hinter der VCG-Ebene identisch mit den vertikalen Verhältnissen der ersten Stufe sind, wobei die größte Breite in der VCG-Ebene als gemeinsame Querachse genommen ist und

(a) die nach vorn gerichtete Längshalbachse die Längsschiffslinie von HCG/VCG bis zum vorderen Lot ist (das auch mit "FP" bezeichnet wird);

(b) die nach hinten gerichtete Längshalbachse die Längsschiffslinie von HCG/VCG bis zum hinteren Lot ist (das auch mit "AP" bezeichnet wird);

was wiederum ein wichtiges Erfindungsmerkmal darstellt, das die theoretische parallele, nach achtern gerichtete Wasserströmung über den Bootskörper bei der Vorwärtsbewegung in Eichtung der Längsachse gestattet (Fig. 2, 5, 12).

10 9 8 17/1083

3.07-1 In der Seitenansicht erscheint der Bootskörper zunächst als ein rechteckig-paralleler Körper. In der Stufe III wird er dann schließlich in eine im wesentlichen ellipsoide bis paraboloide Form umgewandelt, wobei gegebene Scheerlinien, die in viertelelliptischen oder -parabolischen Kurven von der oberen Tangente am Oberdeck in der VCG-Ebene ausgehend gezeichnet sind und nach vorn und hinten vertikal an den oberen Bug- und Heckordinaten tangierend und ähnlich am Kiel an den entsprechenden unteren Bug- und Heckordinaten einlaufen. Der Turm bzw» das Segel und andere Anbauten werden dann ihrerseits durch Bezugnahme auf diese Bootskörperlinien bestimmte Las Schiff ermöglicht so die tatsächliche diagonale, nach achtern gerichtete Aufwärtsströmung des Wassers über den Rückenbereich (Pig. 3» 8, 13).

3.07-2 Die Höhe des Hecks am hinteren Lot (AP) (auch mit "a," bezeichnet) vermindert sich proportional zur .Entfernung der VCG-Linie vom vorderen Lot (FP) oder umgekehrt nimmt die Höhe des Hecks proportional zur Annäherung der VCG-Linie an FP bezogen auf die Länge zwischen den Loten zu, was durch die Formel

^ _{= Höfae des Hecks bei}

VGG von AP

ausgedrückt wird.

Das heißt:

(a.) Entgegen der Annahme früherer Patentinhaber werden die Kiel- und Becklinien bei der Annäherung zum Heck um so paralleler je weiter vorn die VCG-Linie liegt, so daß das Heck im Profil stumpf erscheint, wobei die Folge dieses |

109817/1083 I

stumpfen Profils die vertikale Stromlinienform in Endansicht ist, da die Annahme eines weniger stumpfen Heckprofils auf Kosten der vertikalen Wasserscheideebene für die Aufwärtsverdrängung gehen würde, was ein Gieren des Schiffes bewirken würde (Pig. 5, 8);

(b) Das Heckprofil wird als mit AP zusammenfallende Lotrechte aufgefaßt, wobei die über und unter der HCG-Ebene gemessene Höhe dem Hauptverhältnis g. : g entspricht (nachfolgend mit "obere Heckordinate" oder "USO", bzw. "untere Heckordinate" oder "LSO" bezeichnet) (Fig. 3.1, 13, H).

3.07-3 Die Bughöhe bei PP (auch mit "a₂" bezeichnet) vermindert sich proportional bei Annäherung der VGG-Linie an die Mittschiffs- - lage (auch mit "M" bezeichnet) oder umgekehrt die Bughöhe nimmt proportional zu, wenn die VGG-Linie näher an PP gebracht wird, bezogen auf die Schiffslänge zwischen den Loten, und zwar wie folgt:

L
(a) D - (-4— . D) = &2> nämlich die Bughöhe bei PP, wenn das Segel hinter der VCG-Ebene liegt, d. h. im Gegendrehpunkt (Abschnitt 3·Ο9-4), so daß die vordere Längsschnittfläche (L₁- a₁ + L... aO + L... a₂ die hintere Längsschnittfläche

1/4 ^(Lpi a. + L₂, a₆) + L₂. a,- + Seitenfläche des Turms g . a, im Verhältnis zur Schiffelänge, ausgedrückt als 1 ,

^L1 ausgleicht (Fig. 3«1, 3«5);

(b) a₂ = a,-, nämlich die Bughöhe ist gleich der Heckhöhe, wenn der Turm rittlings auf der VCG-Ebene angeordnet ist, d.h.

109817/1083

im Drehpunkt (Abschnitt 3.09-3), so daß die Seitenfläche des Turms g . a zwischen der vorderen Längsschnittfläche 1/4 '-Ir (^-1' ^ai + L^a-;) + L₁ ^ ap und der hinteren Längsschnittfläche ΐ/4-;^Γ (Lp-a. + Lp-ag) + L₂<ar in direktem Verhältnis

zur Schiffslänge, ausgedrückt durch -y^ ausgeglichen ist

^₁

(Fig. 3.1, 3.4, 3.4-1);

L.. j.\
(c) D - ( * ' = a₂, nämlich die Bughöhe bei FP, wenn der Turm vor der VCG-Ebene angeordnet ist (Abschnitt 3«O9-5), so daß die vordere Längsschnittfläche 1/4,^ (L₁ ■ a-j + L^a-.) + L^a₂ + Seitenfläche des Segels g . a die hintere Längsschnittfläche 1/4'^ (L₂-A, + L₂'ag) + L₂ a^ im Verhältnis

L — L₁ zur Schiffslänge, ausgedrückt als —j- , ausgleicht

(Fig. 3.1, 3.4-2);

(d) Der Vorsteven wird in jedem Falle als mit FP zusammenfallende Lotrechte aufgefaßt, wobei die über und unter der HCG-Ebene gemessene Höhe dem Hauptverhältnis g₁ : g entspricht (nachfolgend mit obere "Bugkoordinate" oder "UBO" bzw. untere Bugkoordinate" oder "LBO" bezeichnet (Fig. 3.1).

3.07-4 Die vorderen und hinteren Deckslinien sind elliptische Kurven, die oben am Deck in der VCG-Ebene horizontal ineinander übergehen und vertikal und tangential an der oberen Bugordinate bzw» der oberen Heckordinate einlaufen, es wird somit

(a) eine horizontale Bezugslinie von der oberen Bugordinate, die VCG-Ebene schneidend, gezogen, die die Längshalbachse

109817/1083

für die vordere Deckkonstruktion darstellt und

(b) eine horizontale Bezugslinie von der oberen Heckordinate, die VCG-Ebene schneidend, gezogen, die die Längshalbachse für die hintere Deckkonstruktion darstellt, um das Kielprofil auszugleichen (Fig. 3.1, 13).

3 ο08 Hydrodynamik

3»08-1 Ein wesentlicher Teil der Erfindung befaßt sich damit, daß die Durchschnittswasserverdrängung eines getauchten Körpers sowohl aufwärts als auch nach achtern relativ zu seiner Vorwärtsbewegung gerichtet ist. Eine Tieftauchkugel, die im wesentlichen auf eine vertikale Ab- oder Aufwärtsbewegung beschränkt ist, zeigt in demonstrativer Weise die Aufwärtsverdrängung. Mit anderen Worten, wenn man einen Körper vertikal im Wasser sinken läßt, erzeugt er einen aufwärts gerichteten V/asserstrom im allgemeinen in Richtung seiner vertikalen Achse, und wenn man denselben Körper zur Oberfläche anhebt, erzeugt er sogar eine aufwärts gerichtete Druckwelle» In ähnlicher Weise erzeugt auch ein Bathydynascaph eine Durchschnitt saufwärtsverdrähgung während es sich über oder unter wasserinit einer Geschwindigkeit bewegt, selbst wenn es sich im wesentlichen parallel oder diagonal zuir. Meeresboden bewegt.

3o08-2 Es sei nunmehr angenommen, daß die durchschnittliche Wasserverdrängung eines getauchten "Schiffes aufwärts gerichtet ivst und da» Schiff sich vorwärts bewegt. Hierbei kann eint- lan A-nare Strömung -beobachtet werden, die der Kontur de ο Schif \'ϊ-\< i^;r]'er

109817/1083 :

vom Bug im wesentlichen in paralleler Richtung zur Langeachse I)iü zur Äquatorebene VGG folgt, die von dort an eine -Ablenkung diagonal nach oben und achtern über die Rückenzone des Bootskörpers in Form einer Reihe von stumpfen parabolischen Kurven erfährt, die von der VCG-Ebene ausgehend (die damit errechnet ur:d konstruiert v/erden können) und am Oberdeck in einem geschlossenen ütroni turbulen.ter Ablösung etwa von mittschiffs bis zur Utigeiicirehpunktslage freigehen.

3o08-.} über der HCG-Ebene können diese ütrömungslinien theoretisch parallel zur SchiITslängsachse bis zur VGG-Ebene aufgezeichnet werden, von wo sie je eine Farabel bilden, die diagonal aufwärts an der Rückenzone und zwischen der Mittschiffs- und der Gegendrehpunktslage vom Schiffskörper freigehen ο Unter der HGG-Ebene tritt tatsächlich eine Aufwärtsströmung durch Verdrängung /.wischen dem Bug und der VGG-Ebene auf, übersteigt Jedoch nicht die HGG-Ebene, da ihr die größere Geschwindigkeit der nach achtern gerichteten Strömung entlang diesem l'eil des Bootskörpers entgegenwirkt - was wahrscheinlich darauf zurückzuführen ist, daß das Sehifi' viel langer als hoch ist - wobei sie absorbiert und zur VGG-Ebene mitgenommen wird. Strömungslinaen, die theoretisch als parabolische Kurven aufgezeichnet werden können, die von äf-i- Oberkante des Kiels zweimal in einem stumpfen Winkel rfcf H:k ti f.-T-t werden, gehen in den kumulativen Achterausstrom entlang der HGG-Ebene bis zur VGG-Ebene über« Der anfänglich stärkere .achterstrom kann jedoch die kumulative, durch die Verdrängung unter der HGG-Ebene hervorgerufene Strömung nur solange unterdrücken, wie diese gegen den allmählich zunehmenden Querschnitt deo Bootskörpers wirkt, und zwar bis zur VCG-Aquatorebene.

109817/1083

Hinter der VCG-Ebene nimmt der Bootskörperquerschnit'- ab und die bisher unterdrückte durch die Verdrängung hervorgerufene Aufwärtsströmung offenbart sich dort, indem sie die Achterausotrömung 1.0Lt sich aufwärts führt. Dies kann theoretisch durch stumpfwinklige,-parabolische, von der VOG-Ebene (im Profil) und von der entsprechenden HCG-Ebene (im Aufriß) aufsteigende Kurven dargestellt werden, so daß der Gesamtstrom diagonal aufwärts achteraus über die Rückerizone des Bootskörpers und frei vom Oberdeck zwischen der Mitte des Schiffes und der Gegendrehpunktslage in einem zusammengefaßten Strom turbulenter Ablösung weitergeht„ Dieser zusammengefaßte Strom turbulenter Ablösung kann durch druckempfindliche Röhren, die in einen Modellbootskörper eingebaut sind, gemessen werden und ist charakteristisch für den Bathydynascaphentwurf (Figo 5,8).

3.08-4 Der Heckabschnitt hinter der Gegendrehpunktslage ist offensichtlich laminarer Ablösung unterworfen, bei der die Aufwärt sströmung infolge der Verdrängung durch die Vorwärtsbewegung verändert wird, um sich harmonisch diagonal aufwärts nach hinten der Rückenzone des Bootskörpers anzupassen und vom Oberdeck ohne Turbulenz freizukommen. Dies kann theoretisch durch parabolische, von der Oberkante des Kiel in einem stumpfen Winkel ansteigende Kurven (Fig. 5, 8) dargestellt werden, was durch ein Wellental, das die beiden Strömungssysteme trennt, gekennzeichnet ist. Hierbei erstreckt sich eine laminare Strömung in der einen oder anderen Form über den größeren Teil de3 Bootskörpers, der unterschiedlich auf 50 ⁰Jo bis 85 ψ von L veranschlagt wird, was von der tatsächlich gewählten Form abhängt (Fig. 7·2, 7«3, 5, 8).

109817/108 3

3.08-5 Bei Bootskörpern, bei denen die Abstände L. und g integral-elliptische Beziehung zueinander haben, wie bei dieser Erfindung, kann das Einsetzen der Aufwärtsbewegung und damit die turbulente Ablösung der Strömung ohne weiteres beim Entwurf unter Kontrolle gehalten werden (Fig. Ί.2 , 7«3)· Die resultierende Back- und Steuerbordströmung· führt die einfallende Turbulenzströmung frei vom Oberdeck zwischen der Mitte dec Schiffes und der Gegendrehpunktslage fort. Eine Wasserscheideverkleidung erstreckt sich an dieser Stelle vom Turm zum Oberdeck, um Wirbelbildungen über dem Oberdeck beim Freikommen der turbulenten Strömung üu verhindern (Fig» 3-5, 4.1, 4.2/3).

3.08-6 In allgemeinen wird die Strömungsablenkung aufwärts mit Bezug auf L um so flacher, je schneller das Schiff ist, do h. desto größer ist der Bereich der turbulenten Ablösung über die Länge des Schiffes, was das Axiom des RestwiderStandes erklären hilft, der mit der dritten Potenz der linearen Dimensionen zunimmt, wenn die Geschwindigkeit im Verhältnis der Quadratwurzel der linearen Dimensionen erhöht wird, und wie dieser Faktor bei der Wahl des Entwurfs unter Kontrolle gehalten werden kann«, Beispielsweise wird der Typ 3<-11-1a ein kleineres und daher günstigeres Verhältnis der Mittschiffsoberfläche, die der turbulenten Ablösung bei hoher Geschwindigkeit ausgesetzt ist, haben, als beispielsweise der Typ 3«11-1<1 (Fig. 7.1» 7.2, 7.3, 8).

3.08-7 Wenn nun entsprechend die Form des Typs 3.11-1a mit einem Delphin oder einem Schwertwal, des Typs 3«11-1b oder 3»11-1c mit eir.en Blauwal, des Typs .3.11 —1 d. mit einem Seiwal (sei whale), des Typs 3.11-1e mit einem Finnwal, des Typs 4.06-9c mit einem

109 8-1 7/1 Οδ 3. .

Walhai (whale shark) oder Weißspitzenhai (white tipped shark) usw., erklärt dies schließlich das "Graysche Paradox", bei dem die zoologischen und geophysikalischen Phänomena übereinstimmen.

3.08-8 Bei der Variante-1 tritt die Strömungsablenkung nur in der Vertikalebene auf. Bei der Variante-2 tritt die Strömungs- ■ ablenkung in der Borizontalebene vor der VCG-Linie auf und verläuft darm umgekehrt in die Vertikalebene hinter der VCG-Linie. Dieo erklärt die Annahme des lotrechten Stevenverlaufes am Bug und Heck der Variante-1, bzw. des waagerechten Stevenverlaufes am Bug und des lotrechten am Heck der Variante-2.

3 ο09 Kommandoturm

3o09-1 Es verbleibt die Lage und Funktion des Turins bzw.. Segels in Wechselbeziehung zu setzen, was für den Strömungsverlauf wesentlich ist, da die Verkleidung zwischen Turm und Deck als Wasserscheide dient, die die beiden Kräfte am Zusammenfluß des durch die Verdrängung aufwärts und durch die Bewegung achteraus strömenden Wassers so zusammenfaßt, daß sie diagonal an Back- und Steuerbord und über den Rückenabschnitt des Schiffes in groben Umrissen entlang einer von HCG/VCG zu M in der Deckebene und darüber hinaus gezogenen Achse vorbei strömen. In der Breite erstreckt sich die Strömung bis hinter diese Achse und diagonal parallel, gegebenenfalls etwas fächerförmig, da dieser turbulente Strom vom Kiel zum Gegendrehpunkt und darüber hinaus ansteigt, was anderenfalls einen kritischen Wirbel über dem Deck bilden würde. Das Segel und/oder seine Umkleidung führen dieyen Strom turbulenter Ablösung frei vom Oberdeck des Schiffes in der f.e^.ebeuen Richtung fort (Piß. 3.5» 4.1, 4.2/3, 5', 8, 15).

10 9817/1083

_ 33 - 1953135

3.09-2 Der Turm bzw. das Segel dient im wesentlichen dazu, dem Schiff während des Kurvenfahrens Richtungsstabilität zu geben -

(a) Ob es sich in der Drehpunkts- oder Gegendrehpunktslage befindet, wirkt seine Breitseite diametral um die HCG-Linie der Trägheitskraft am Kiel des Schiffes entgegen, d. h. im Falle der Variante-1, so daß die Achse "g" durch den Abstand "a" ausgeglichen ist (Fig. 3.4-1, 3.4-2, 3.5, 4.1,.4.2/3, 7.2, 7.3);

(b) Indem seine Breitseite diametral der am Heck des Schiffes um die VGG-Linie angreifenden Zentrifugalkraft entgegenwirkt, wohingegen die vertikale Achse des Turms (auch mit "SP" bezeichnet) im Gegendrehpunkt in idealer Weise mit dem Massenzentrum der Kasse hinter der VCG-Iibene zusammenfällt, mit anderen Worten ausgedrückt, es wird der Abstand L-j durch den gleichen Abstand L., gemessen vom hinteren Lot "ausgeglichen, was durch die Formel

L . g₁ = SP von FP oder AP » L₁ D '

ausgedrückt wird (Fig. 3.4-1, 3.4-2, 3.5, 4.1, 4o2/3, 7.2, 7o3).

3.O9-3 Der Turm kann der Länge nach in Drehpunktslage angeordnet fcjeir., so daß SP mit der VCG-Ebene zusammenfällt. Die Drehpunktslage ist jedoch für große Schiffe ungeeignet, da der Turm in dieser Lage der während des Kurvenfahrens am Heck wirksamen Zentrifugalkraft nicht genügend entgegenwirken kann, es sei denn, ea werden hintere Rücken- und Kielstabilisierungsflossen, vorge-

10-98 17/10*83

sehen (Fig» 3.4-1, 4.1, 15).

3.09-4 Wahlweise kann der Turm der länge nach in Gegendrehpunkty lage angeordnet sein, so daß SP mit der CP-Ebene zusammenfällt, welches die bevorzugte Lage ist (Fig. 3»5» 4.2/3).

3.O9-5 Wenn der Turm bzw« das Segel vor der VC'G-Ebene angeordnet ist, wird die Bughöhe im Längsschnitt reduziert, um die zusätzliche Seitenfläche des Turms auszugleichen, gegeben durch die Formel^ 1/4 "/T (L₁-a₄ + L₁ &₆) + L₁ «a₅ 7 - Γ1/4 /T (L-, · a., + L₁ ^a₃) + L^a₂"? und den Längsschnitt hinter der VCG-Ebene im Hauptverhältnis L₁ : L₂ auszugleichen (Fig. 3.1, 3.4-2).

3*09-6 Die Haupteinzelheiten für den Turm der Variante-1 sind folgende:

(a) Höhe des Turms über dem Oberdeck ■ "g";

(b) Länge der Turmbasis entlang dem Oberdeck _= "a"i

(c) Breite der Turnbasis = 1/5· der Höhe, so daß die Fläche des Turms + der Anhänge über der HCG-Ebene im Vorderaufriß die Fläche der Anhänge unter der HCG-Ebene im Vorderaufriß im Hauptverhältnis "g.," : "g" ausgleicht;

(d) Vertikalquerschnitt bei SP. stellt eine Halbellipse dar, bei der die kleine Achse die Basisbreite und die große Halbachse die Höhe des Turms ist;

(e) Horizontalschnitt, stellt eine unsymmetrische Ellipse dar, bei der die kleine Achse in der SP-Ebene liegt und die Hauptachse mit der Längsschiffslinie zusammenfällt;

109817/1083

(f) Längsschnitt:

Das Verhältnis der Vorderkante £ Ordinate LEO) zu "g" entspricht dem Verhältnis des Abstandes der Ebenen von HGG und UBO zu "g^¹;

Das Verhältnis der Hinterkante (Ordinate TEO) zu "g" entspricht dem Verhältnis des Absta.ndes der Ebenen von HCG und USO zu "g^" .

Der Turm erzeugt daher ein Strömungsbild, das mit dem des Schiffskörpers vereinbar ist (Fig. 3.4-1, 4.4-2, 3.5, 4.1, 4.2/3, 5, 8).

3.O9-7 Der Turm wird zunächst in der Seitenansicht als rechteckig angenommen und dann gemäß dem bereits beschriebenen Bootskörperprofil abgeändert, um solch ein vereinbares Strömungsbild zu erzeugen, immer vorausgesetzt, daß:

(a) die Hinterkante lotrecht verläuft und, wenn der Turm sich in der Drehpunktslage befindet, eine Umkleidung trägt, die sich nach achtern bis GP erstreckt, um Wirbelbildüngen entlang dem Achterdeck zu vermeiden, wobei das Umkleidungsprofil als konkav-parabolische oder einviertelelliptische Kurve gezeichnet ist, die sich von der Koordinate der Hinterkante des Turms bis zu CP am Oberdeck abwärts erstreckt (Fig. 4.1);

(b) die Vorderkante lotrecht verläuft und, wenn der Turm sich ir, der Gegendrehpunktslage befindet, eine Umkleidung trägt, die sich nach vorn bis zur VCG-Ebene erstreckt, um Wirbelbildungen auf dem Oberdeck zu vermeiden, wobei das Uinklei-

10 98 1 7/1 Pol

dungsprofil als parabolische oder viertelelliptische Kurve gezeichnet ist, die sich als vertikale Tangente an der Koordinate der Turmvorderkante beginnend abwärts bis zum horizontalen, tangentialen Einlauf in Oberdeckebene in der VCG-Ebene erstreckt (Fig. 3-5, 4.2/3);

(c) die Seitenfläche etwa gleich a χ g angenommen und aus dieser Rechteck!"orm reduziert wird wie bei den oberen Bug- und unteren Heckoordinaten des Schiffes, um einen Längsausgleich zu schaffen (Fig. 3-41, 3«4-2, 3.5).

3.10 Der Turm wird somit nur beiläufig ein Zugang in das Schiff, und für Schiffe mit Maschinen und Unterkünften achtern werden gesonderte Zugänge zum Maschinenraum iic Heck unabhängig vom Turm vorgesehen«

3.11 Beispiel

Die Hauptabmessungen der Variante-1 können in Prozenten der Länge zwischen den Loten (ausschließlich der Anhänge) ausgedrückt werden, um die verschiedenen Bootskörperformen zu beschreiben, z. B. wie folgt:

3.11-1

Variante-1 a b c d e

Länge zwischen den

Loten (L) ± 100 100 100 100 100

größte Höhe (D) * 15 15 15.570 16.667 20

größte Breite (B) j£ 10 10 10.380 10 10

HCG vom Kiel (g) 6 .5 5.190 5

- 37 -10 9 817/1083

	- 37 -	a	40	20'fo	7	b	5	C	380	1953	d	13	6	j ·!	f
Variante-1	9	60		2	10	.333	10.	785	11.667		e	I
HCG vom Deck (g1)	7.500	20			.500	.667	7.	595	8.333		15	I
CB1 über dem Kiel (a)	1.500	40		.500	.333	2.	-	3.333		10	I
CB1 über, HCG (m.,)	) -	5		-	.333		-	-		5		i I- I
CBp über dem Kiel (a-	-	3 ) 5 9	33	-	.500		190	-		-		I
CB2 von HCG (m2)	Zwischendeck bis Ober deck (g2) 3	6	66	5 .500 10	5.	333	6.667		-		ί I ί
VCG von FP (L1) i	7.500	33	5	33.	667	30		10
VCG von AP (L£)	1.200	33	.500	66.	333	70		25
VCG von CP (L3)	6.667	7	1	33.	333	40		75
CP von AP (L1)	0.667	7	.667	33.	785	30		50
Höhe d.Hecks AP (aj	0.7855		.667	7.	190 785 380	9.524		25
(min) Bughöhe bei FP (mittl] (a2) # (max)	0.846 0.857 0.880	7	.7855	5. 7. 10.	190	6.667 9.524 11.667	13	.333
Turmhöhe über Deck	—		.881 .893 .905	5.	785	5	13	10 - .333 15	I
Turmlänge auf Deck *	(mm) Kugel-Koeffizient(mittl)0.659 (max) 0.667	6	—	7.	038	8.333		5
Breite d. TurmbasLs (minimum)	Konstruktions-Auf- triebsreserve £%.	0	.661 .662	1.	424	1		io
L/D-Koefficient Jt	0	.333$	6.	667	6		1
VSC	0 0 0		0.	7855	0.600		5
HSC		O.	888 893 881	0.7855	0	.500
(min) LSC (mittlJ (max)	0 0	0. 0. 0.	-	0.897 0.908 0.909	0	.7855
Volumen (etwa) £%	33		667 667	-	0 0 0	.920 .928 .933
	0. 0.	333$	0.662 0.662		—
33.		0 0	.658 .658

I = Eingangsdaten Phase I. (Fig. 7.2, 7.3, 7.4 - Zwischenformen nicht gezeigt)

tt = Eingangsdaten Phase V. 7.1-1,

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-38- 195? 136

wobei die optimale Form des Bootekörpers einem elliptischen Zylindroid bis Ellipsoid entspricht, dessen volumetrischer Wirkungsgrad oder'Kugel-Koeffizient¹¹ (auch mit "SC" bezeichnet) einer Kugel gleichzusetzen ist, da das Ideal letzten Endes einem kugelförmigen Körper entspricht, d. h. einer Tauchkugel, die ein gegebenes Volumen bei geringster Oberfläche aufweist, deren absoluter volumetrischer V/irkungsgrad als Einheit gesetzt wird.

3.11-2 Eine Tauchkugel kann sich jedoch praktisch nicht vorwärts bewegen und benötigt etwa ein Drittel ihres ursprünglichen volumetrischen Wirkungsgrades, um sich mit ausreichender Leistungsfähigkeit, ausgedrückt in Vorwärtsbewegung, einem Bathydynascaph anzugleichen, dessen mittlerer volumetrischer Wirkungsgrad etwa zwei Drittel des ursprünglichen absoluten ausmacht. Dies erscheint "Teil eines Universalgesetzes ausgedehnter Anwendung zu sein (hier mit "Theorie der Symmetrie und Asymmetrie des Raumes" bezeichnet)»

3.11-3 Je größer somit die dynamische Leistungsfähigkeit des Schiffes ist, je mehr fällt sein relativer volumetrischer Wirkungsgrad unter SC O₀667 ab und umgekehrt je kleiner die dynamische Leistungsfähigkeit des Schiffes ist, je höher steigt sein relativer volumetrischer Wirkungsgrad über SO 0.667 an.

3.12 Da der Blockkoeffizient eines Überwasserschiffes von einem Tiefgang (moulded draught) abhängt, der mit 85 1° der Seitenhöhe (moulded depth) angenommen ist, der Tiefgang eines Unterseebootes demgegenüber jedoch unendlich veränderlich ist, bis er gleich seiner ganzen Höhe ist, sind diese und verwandte Bezugsformen, die normalerweise bei Oberflächenschiffen zur Anwendung kommen,

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klar erkennbar unbefriedigend "bei der Bewertung von Unterseebooten, und es wird daher stattdessen ein absoluter "Kugel-Koeffizient" eingeführt, um vergleichbare Vierte des voluinetri sehen Wirkungsgrades und der dynamischen Leistungsfähigkeit in folgender Weise zu erhalten:

3.12-1 Das Verhältnis der in der VCG-Ebene genommenen vertikalen Schnittfläche zur Fläche des den ursprünglich elliptischen Zylinder umschreibenden Kreises (als "Vertikalschnittkoeffizient" oder "VSC" bezeichnet) ist ausgedrückt durch

ab oder B (Fig. 1);

7 ^B

3.12-2 Das Verhältnis der in der HCG-Ebene genommenen horizontalen Schnittfläche zur Fläche des umschreibenden Rechtecks, das den Grundriß des ursprünglich elliptischen,Zylinders darstellt (als "Horizontalschnittkoeffizient" oder "HSC" bezeichnet), ist durch die Konstante i/4'Tausgedrückt (Fig. 2);

3ο 12-3 Das Verhältnis der in der Längsschiffsebene genommenen Längsschnittfläche zur Fläche des umschreibenden Rechtecks, das das Profil des ursprünglich elliptischen Zylinders darstellt, (als "Längsschnittkoeffizient" oder "LSC" bezeichnet) ist durch die Formel

LSC = 1/4¹X(L^₁ + L.ja-3 + L₂a^ + L₂ ²^) ^{+ L}1^a2

DL
ausgedrückt, wobei die Absolute. Einheit ist (Fig. 3.1)»

3.12-4 Das Volumen des modifizierten Ellipsoidbootskö'rpers in

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195313G

- 40 seiner Endform beträgt nach einer angenäherten Formel etwa:

V = fkloL . HSC . LSC

kann jedoch genauer durch Differential-Geometrie ermittelt werden (Fig. 7.1-1, 7.1-2);

3.12-5 Die Oberfläche des modifizierten Ellipsoidbootkörpers ir. seiner Endform wird durch Differential-Geometrie für jedes Schiff ermittelt, da es keine genaue, geschlossene Formel gibt; die dem am nächsten kommende lautet wie folgt:

A = 4/3 Y (ab + bc + ^fh^ · ^SC) Fig. 7.1-1, 7.1-2);

3.12-7 Der Kugel-Koeffizient des modifizierten Ellipsoidbootskörpers in seiner Endform wird wie zuvor durch Differential-Geometrie ermittelt, wobei die am nächsten kommende angenäherte Formel wie folgt lautet:

cn - 3 ( V3/4 abL . HSC . LSCj²

ab + bc + ΤΤξΤττ ^LSC

wobei die Absolute Einheit ist und der mittlere volumetrische Wirkungsgrad 0.667 beträgt»

3„12-8 Die .benetzte Oberfläche eines voll beladenen Überwasserschiffes bezogen auf die vollständig getauchte Oberfläche eines äquivalenten Unterseebootes X3t durch folgende Formel festgelegt:

15o6 Υ Verdrängung in tons ο L ψ 4/3'^(ab+bc + jf^fr- LSC), die zur Vergleichsrechnung beim Erfindungsgegenstand dient.

3 ο 13 Ein Tieftauchfahraeug, das im wesentlichen den vorstellenden

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hydrodynamischen und "baulichen Merkmalen gemäß der Erfindung
entspricht, wird als "Bathydynascaph" bezeichnet.

4. Folgerung

4.01 Um zu beweisen, daß die Polgerungen aus der der Erfindung
zugrundeliegende Hydrodynamik stichhaltig sind, wird das Verhältnis der Tiefe zur Breite umgekehrt, so daß die Hauptquerschnittsachse nunmehr quer und parallel zum Meeresboden liegt,
während die kleine Querschnittsachse nunmehr vertikal und rechtwinklig zum Meeresboden liegt. Die HOG-Linie mit Bezug auf die
Kiel- und Decklinie und die VCG-Linie mit Bezug auf das vordere

und hintere Lot des Schiffes liegen wie zuvor fest. Die neue j

Form wird als "Variante-2" bezeichnet (Fig. 11). ^;

4.02 Obwohl dae Verdrängungsvolumen, die benetzte Oberfläche, [

die Länge zwischen den Loten und die hauptsächlichen Einzel- I

f hei ten im wesentlichen die gleichen bleiben wie zuvor, wurde fest- [

gestellt, daij diese Fora einen wesentlichen geringeren v/irkungs- j

grad als die Variante-1 aufweist. Das führt zu dem Schluß, daß Γ

der vom Boden und den Bodenbereichen hinter der „VCG-Ebene der \

Strömungsgeschwindigkeit entgegenwirkende Widerstand größer als |

irgendwo anders entlang dem Schiffskörper iat, und daß dies

offensichtlich die bestimmenden Faktoren sind, wenn diese kritische Reibungsüone vergrößert und die kritische Wasserscheideebene diagonal über dLe Rückenzone hinweg mit der Höhe des
Schiffes demgegenüber vermindert wird.

4.03-1 Ua die Variante-2 in Anbetracht des geringen Tiefgangs

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gewisse Vorteile hat, können die ihrer Porin eigenen Nachteile teilweise aufgehoben werden, indem die nach achtern aufwärts gerichtete Strömungsablenkung über den Rückenbereich des Schiffes hinweg, die durch das Zusammenwirken der durchschnittlichen Aufwärts Verdrängung und Vorwärtsbewegung entsteht, gemäß der Erfindung dadurch nutzbar gemacht wird, daß der Bodenbereich der Variante-2 stromlinienförmig gestaltet wird, wodurch wohl eine kompliziertere Schiffskörperform entsteht als bei der VarLante-1, jedoch die notwendige Wasserscheideebene geschaffen wird, um eine annehmbare normale Leistungsfähigkeit des Schiffes zu erzielen, nämlich wie folgt:

(a) Strömungsablenkung in der horizontalen Ebene über den Bug und das Vordeck zur VCG-Ebene hin (Figo 12) deren benetzte Oberfläche auszugleichen ist -

(b) entsprechende Strömungsablenkung in der vertikalen Ebene über den Bodenbereich hinter der VCG-Ebene zum Heck hin (Fig. 13), so daß

(c) _{3 31} ,_{2 1 1}

b zw ο

V^] = ^₂ ^{s L}

proportional zum Längsschiffverhältnis sind, wobei die Schnittflächen der äußeren Anhänge als Ausgleich für das Schiff als Ganzes verwendet werden;

(d) diagonal aufwärts gerichtete Stromungsablenkung hinter der VCG-Ebene durch ablenkende Krümmung im Bodenbereich des Schiffskörpers als in der Draufsicht konkav erscheinende

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viertelelliptische Kurven, die in der vertikalen Ebene an Back- und Steuerbord des als " Variante-2E" bezeichneten Schiffes f

wirksam sind (Fig. 12). |

4.03-2 Wahlweise und zum gleichen Zweck können anstelle der Ab- [;

I lenkkurven im Bodenbereich des Schiffskörpers feinere Konturen an Back- und Steuerbord hinter der VGG-Ebene vorgesehen sein, nämlich als in der Drauf si cht konvex-parabolische Kurven, die sich von der horizontalen Berührung in der VCG-Ebene zu ihrem Apogäum bei AP erstrecken, was wiederum einen Ausgleich durch entsprechende Parabeln erfordert, die die viertelelliptischen Kurven im Profil vom horizontalen Berührungspunkt in der VCG-Ebene zu ihren Apogäum bei FP ersetzen, so daß

2/3L₂B : (2/3 L^₁ + 2/3 L.,g) = L₂ J L₁

bzw ο

ρ roportional zum Längsschiffverhältnis sind, wobei die Schnittflächen der äußeren Anhänge als Ausgleich für das Schiff als Ganzes verwendet werden, das als "Variante-2P" bezeichnet ist (Fig. 14).

4o04-1 Die Heckhöhe bei AP (auch mit "a^" bezeichnet) nimmt proportional mit dem Zurückversetzen der VGG-Ebene von FP ab, oder umgekehrt nimmt die Heckhöhe proportional mit der Annäherung der VGG-Ebene an FP mit Bezug auf die Länge zwischen den Loten zu, ausgedrückt durch:

D-(Y-¹ .D) = Heckhöhe bei AP Ca₁-"); 1 098 17/1033

195313R

so daß die Hinterkante des Heckprofils als vertikale Linie angenommen wird, die mit AP zusammenfällt und im Verhältnis g-, : g über und unter der HGG-Ebene gemessen wird (nachfolgend mit "obere Heckordinate" bzw. "untere Heckordinate" bezeichnet) Fig. 13).

4.04-2 Die Bugbreite bei PP (auch mit "bg" bezeichnet) nimmt bei der Annäherung der VCG-Ebene an die Mittschiffslage (auch mit "M" bezeichnet) ab, oder die Bugbreite nimmt umgekehrt bei der Annäherung der VCG-Ebene an PP mit Bezug auf die Länge zwischen den Loten zu, ausgedrückt durch:

L₁
B - C · B) = Bugbreite bei PP (min.)»

B - (γ-ί- . B) β Bugbreite bei PP (mittel); L

L
B - Gjr-i . B) = Bugbreite bei PP (max.);

(a) so daß die Vorderkante der Bugebene eine querschiffs verlaufende Linie ist, die mit der FP-Ebene zusammenfällt und symmetrisch nach Back- und Steuerbord von der längsschiffs verlaufenden Mittellinie in der HCG-Ebene gemessen wird (nachfolgend mit "Backbordordinate" oder "PBO" bzw. "Steuerbordordinate" oder "SBO" bezeichnet); und

(b) der Bugschnitt durch viertelelliptische Kurven vervollständigt wird, die vom horizontalen Berührungspunkt in der VCG-Ebene in die Back- bzw. Steuerbordbugordinaten querschiffs tangential laufen und deren längsgerichtete HaIb-

10 9817/1 083

- 45 achse L₁ und deren (luergerichtete Halbachse bj- ist (Fig. 12)

4.04-3 Bei der Variante-2E wird'die mittlere Breite im Gegendrehpunkt ("GP"), dessen Abstand von AP gleich dem Abstand L. ist, als gleich D angenommen, so daß die Draufsicht des Hecks durch eine Halbellipse gebildet wird, deren Basis CP, deren Längshalbachse L. und deren Querhalbachse b₂ ist (Pig. 12).

4.04-4 Der Mittelschiffshorizontalschnitt der Variante-2£ ist mit konkaven, viertelelliptischen Kurven konstruiert, die vom tangentialen Einlauf in der VCG-iibene zu den horizontalen Berührungspunkten bei "C-t an Back- bzw ο Steuerbord verlaufen und deren Basis GP, deren Längshalbachse L-, und deren Querhalbachse b₁ ist (Fig. 12) .

4o05-1 Da die Variante-2 breiter als hoch ist und der größere Teil ihrer Masse über der HGG-Ebene liegt, beeinflußt dies die Stabilität beim Kurvenfahren, wobei die Trägheitskraft das Schiff mit dem Hebelarm S₁ zwingt, sioh einwärts und abwärts aus der Vertikalen um die HCG-Linie zu neigen; dem wirkt der Auftrieb entgegen, der das Schiff mit dem Hebelarm "a" urn die GB.-Linie aufzurichten sucht, wobei hierzu noch die Wirkung der Schwerkraft am Kiel "g" hinzukommt, was ein Aufrichtemoment "a" + "g" ergibt.

4.0t>-2 Die Höhe des Turms über Deck entspricht daher der Achse "^₁ » und seine Basis entlang dem Deck "a+g", und da der Turm ein Verdrängungskörper in Ellipsoidform ist, kann seine Basisbreite nicht weniger al3 ein Zehntel der theoretischen Langachse sein, tatsächlich -^S es sei denn, es aind Bücken- und Kielstabili-

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_ 46 - 1953138

sierungsilossen vorgesehen, um die notwendige Querschnittsfläche im Bodenbereich aufzubringen und so alle Proportionen des Turms zu vermindern.

4o05-3 Der Turm wird zusammen mit den anderen äußeren Anhängen beim Ausgleich der Wirkung auf das Schiff als ganzes berechnet (Fig. 15) und kann, wie bei der Variante-1 (Pig. 4.1, 4.2/3), Höhensteuer tragen, folgendermaßen:

(a) Hintere Rücken- und hintere Kielstabilisierungsflossen sind sowohl bei der Variante-2E als auch bei der Variante-2P unerläßlich. Diese "Schwanzebene¹¹ schließt auch die Seitenruderanordnung ein. Die Hauptdimensionen sind:

Höhe über der Heckordinate bei AP = "a+g"

Tiefe unter der Heckordinate bei AP =" 6;" .

Die hinteren Rücken- und hinteren Stabilisierungsflossen sind Verdrängungskörper und als Teil eines Ellipsoids ausge bildet, so daß ihre Breite an der Basis nicht weniger als ein Zehntel ihrer theoretischen Langachse betragen kann. Die Konstruktion erfolgt durch Ziehen einer parabolischen Kurfe von der Oberkante der Flossen zum Oberdeck an der hinteren Rückenkoordinate bzw. zum Kiel an der hinteren Kielkoordinate.

(b) ffenn am Heck auf der Back- und Steuerbordseite Querruder vorgesehen sind, kann die hintere Kielstabilisierungsflosse fortfallen, vorausgesetzt, daß die vertikale Hebelwirkung eines jeden Querruders im lindaufriß nicht weniger als "

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_ 47 -

(c) Die Querruder bewegen das Schiff entlang einer Achse = "a+g" um die Entfernung "g.." in der horizontalen Ebene. Im übrigen ist die Anordnung der Querruder und Höhensteuer mit Bezug auf die HGG- und VCG-Ebenen wie bei der Variante-1.

(d) Die Steuerflächen werden additiv zusammen berechnet.

4o06-1 Die Umkehrung der großen und kleinen Querschnittsachsen des Schiffskörpers ändert die Berechnung entsprechend: -

4.06-2 Der vertikale Schnittkoeffizient entspricht nunmehr dem Ausdruck ^ ^

VSO = ~ oder -g (siehe Figo 11) r

4o06-3 Der horizontale Schnittkoeffizient entspricht nunmehr der Formel

BL

für die Variante-2E (Figo 12) und 2/3 L₀B + L₁ b. +

HSO =

DL

für die Variante-2E (Fig. 13) und

_{LSC =} L₂a₅+i/4-'/7'(L₂a₄+L₂a₆) + 2/3 L^.,

DL für die Variante-2P (Fig. 14).

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BL für die Variante-2P (Pig. H).

4o06-4 Der Längsschnittkoeffizient entspricht nunmehr der Formel:

LSO ⁼

- 48 4o06-5 Das Volumen beträgt in geschlossener Form etwa

V = feML . HSC . LSC

kann jedoch genauer durch Differentialgeometrie ermittelt werden . (Abschnitt 3-O5-2f). (Fig. 11, 12, 13, 14).

4o06-6 Die Oberfläche wird genau durch Differentialgeometrie ermittelt (Abschnitt 3.05-2f).

Die Oberfläche beträgt in geschlossener Form etwa

A = 4/3-^^J(ab + jjj~7 HSC + ~τ~ρ LSC) , (Pig. 11, .12, 13, 14).

4„06-7 Der Kugelkoeffizient entspricht nunmehr der Formel:

_{SC β} 3(V3/4-abL . HSC « LScfl²

^ ■ ^bV^{HSC +} vw ^LS0

wobei die Absolute Einheit ist, um den angenäherten volumetrisehen Wirkungsgrad des Schiffes innerhalb der Grenzen der geschlossenen Formel zu erhalten.

4.06-8 Die im Abschnitt 3.12-8 angegebene Formel lautet nunmehr wie folgt: _15e6- ^Verdrängung _{±n tQKB} ^ ^ ^

4/3«ab + -^-HSO + ^I^LSC),

zum Zweck der Vergleichsrechnung der benetzten Oberfläche eines Überwasserschiffes gegenüber der vollständig getauchten Oberfläche eines äquivalenten Unterseebootes.

4.06-9 Beispiel:

Die Hauptmessungen der Variante-2 können in Prozenten der Länge

10 9 8 17/1033

zwischen den Loten (ausschließlich der Anhänge) wie folgt ausgedrückt werden:

Variante-2	(D) J	(a)	W	(ο)	(d)
Länge zwischen den Loten (L) £	(B) ϊ	100	100	100	100
größte Höhe	bei CP	10	10	10	10
größte Breite	(g)	12	13.333	14	15
mitti.Breite	Cg1)	10	10	10	10
HCG vom Kiel	(a)	4	3.333	3	2.500
HGG vom Deck	U1)	6	6.667	7	7.500
CB1 über Kiel	(a7)	5	5	5	5
CB1 über HCG	U2)	1	1.667	2	2.500
CB2 über Kiel	bis (g2)				—-.-
CB2 von HCG	(U1) I			.
Zwischendeck Oberdeck	(L2)	2	3.333	4	5
VCG von PP	(L3)	40	33.333	30	25
VCG von AP	(L1)	60	66.667	70	75
VCG von CP	AP (a5) 3	20	33.333	40	50
OP von AP	(min.) 2	40	33.333	30	25
Heokhöhe bei	FP (mittl.) (max.) 7	.333	5	5.714	6.667
	De ok	.400	4.444	5.600	7.500 ■ ■ " . . E
Bugbreite bei <V *	(min.) (max.)	4 •200	6.667 8.890	8 9.800	.. 10 V 11.250
Turmhöhe über	6	6.667	7	7.500
Turmlänge auf Deck	5 10	5 10	5 10

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Variante-2

(a)

(b)

(c)

(d)

Breite der / .„ X_{1 onn} Turmbasis (min.)1.200

L/B Koeffizient ji 8.333 VSG 0.833

ISC 0.828

(min.

(mittl

(max.

Volumen (etwa)

Kugel-Koeffizient

0.778

(min)

J 0.653

Konstruktions-Auftriebsreaerve

1.333	1.400	1.500
7.502	7.H3	6.667
0.750	0.714	0.667
0.857	0.871	0.893

0.762

O066I

33«333#

0.750

0.665

0.733

0.671

t =■ Eingangsdaten Phase I. (Fig. 11 bis 15) Zwischenformen = Eingangsdaten Phase V. nicht gezeigt

4.07 Es kann daher mit Sicherheit gefolgert werden, daß diese zweite Bathydynasoaphform eine ausreichende Leistung aufweist, um die diesen Schiffen zugeschriebenen Vorteile zu erzielen, ohne jedoch die wirklich hohen, die Variante-1 auszeichnenden Geschwindigkeiten zu erzielen, was die Verwendung für Schiffe mit etwa I6.5OO DWT und darüber und für solche Schiffe, deren reduzierte Reisegeschwindigkeit mit Hinsicht auf ihren geringen Tiefgang gerechtfertigt ist, empfiehlt.

5. Betrieb

5.01 Während tin Bathyeoaph rechtwinklig zum Meeresboden durch alloähliohe Auftriebsabgabe sinkt und duroh allmähliohe Ballaet-

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abgabe steigt, nämlich luftballonähnlich, gibt dae Bathysdynascaph nur.Reserveauftrieb ab, um sein Gleichgewicht zu halten und fährt, nachdem es getaucht ist, mittels Maschinenkraft abwärts und zur Oberfläche, d. h. diagonal zum Meeresboden.

5.02 Sowohl Unterwasser- als auch Überwassermanöver werden mit geringer Vorwärtsfahrt, die 8 Knoten nicht überschreitet, durchgeführt, wobei für das Manöver -

(a) die Vorwärtsgeschwindigkeit reduziert wird und die Kielklappe (falls vorhanden) ausgefahren ist (Fig. 3·2/3);

(b) die Oberfläche mit dem Turm durchbrochen wird, wobei Navigationshilfen und der Schnorchelmast ausgefahren werden;

(c) das Schiff an die Oberfläche gesteuert wird und die Tauchzellen um den vertikalen Schwerpunkt an Back- und Steuerbord mittels Dampf und/oder Druckluft ausgeblasen werden (Fig. 7.2, 7.3, 7.4);

(d) mit dem Auspumpen der Haupt-Vorpiektauchzellen, wenn beladen, begonnen und zusätzlich

(e) Seewasser aus den Hauptladungstanks beim Annähern an den Ladehafen in Ballastfahrt gepumpt, die Kielklappe (falls vorhanden) eingezogen und die Überwasserfahrt erhöht wird:

(f) weiter das Entleeren der VCG- und Vorpiek-Tauchzellen durchgeführt wird, während die Hauptladetanks im Endhafen beladen werden;

109817/100 3 '

(g) die Ausfahrt auf See über Wasser bis über das Kontinentalschelf hinaus erfolgt;

(h) Reduzierung der Geschwindigkeit auf langsam voraus, Einziehen der Navigationshilfen, Ausfahren der Kielklappe (falls vorhanden) und gleichmäßiges Fluten der Tauchzellen (Fig. 7.2, 7.3, 7.4, 15);

(i) und bei Unterwasserfahrt das Einziehen der Kielklappe (falls vorhanden), während Fahrt aufgenommen und bis zur vollen Fahrt voraus beschleunigt wird,

durchgeführt werden.

5.03 Die Auftriebsreserve ist mit dem Entwurf des Schiffes festgelegt und beträgt im allgemeinen 20^ bis 50$ des verdrängten Volumens, abhängig von der Ladungsdichte, die das Freibordmaß des Schiffes im beladenen Zustand an der Oberfläche bestimmt, wobei die während der Unter- und Überwassermanöver anwendbaren Betriebszustände die eines getauchten Schiffes sind, bis das zugeordnete minimale Freibordmaß erreicht ist, worauf dann das Schiff als den beherrschenden Oberflächenkräften ausgesetzt angesehen wird und beginnt sich wie ein Überwasserschiff in diesem Zustand zu benehmen.

5cO4 Stabilisierungsanhänge

5*04-1 Die hintere Kückenflossenkoordinate erhält man, indem eine Diagonale von CB./VCG zu der hinteren, oberen Ecke des die Seitenansicht umschreibenden Rechtecks gezogen und der Sclmitt-

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punkt mit der oberen Deckslinie auf die Draufsicht projeziert wird. Um die hintere Rückenstabilisierungsflosse zu konstruieren, wird auf einen Lot aufwärts entlang AP von XJSO aus eine Strecke abgemessen, die im Falle der Variante-1 der Abstand "g" und bei der Variante-2 der Abstand "g+a" ist, worauf dann eine Parabel vom Scheitel zum Oberdeck an die obige Koordinate gelegt wird, die die Vorderkante der Plagge darstellt.

5 o04-2 Die hintere Kielkoordinate wird gefunden, indem eine Diagonale von HCG/VCG zur hinteren unteren Ecke des die Seitenansicht umschreibenden Rechtecks gezogen und der Schnittpunkt mit der unteren Kiellinie auf die Draufsicht projeziert wird. Um die hintere Kielstabilisierungsflosse (falls vorgesehen) zu konstruieren, wird auf einem Lot abwärts entlang AP von LSO aus eine Strecke abgemessen, die in'jedem Falle der Abstand "a,-" ist, worauf dann eine Parabel von diesem Scheitel zur Kiellinie an die obige Koordinate hochgezogen wird, die die Vorderkante der Stabilisierungsflosse darstellt.

5.04-3 Die Stabilisierungsanhänge sind Verdrängungskörper (Fig.. 3.1, 3.4-1, 3.4-2, 4.1, 13, H).

5.05 Steueranhänge

5.05-1 Querruder und/oder Höhenruder sind an den Stromlinienflachen auf der Back- und Steuerbordseite des Schiffes vorgesehen und dienen zum Kurvenfahren und Trimmen bei Tauchfahrt, nämlich:

(a) vorn so,daß die Steuerflächen immer vor der VGG-Ebene wirken, zuzüglich zu denen, die

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(b) hinten angeordnet sind, und die immer hinter der GP-Ebene und in entgegengesetzter Richtung zu den vorderen wirken;

(c) oben so, daß die Steuerflächen immer von oben gegen die CB -Ebene wirken, zusätzlich zu denen, die

(d) unten angeordnet sind, und die immer von unten gegen die HCG-Ebene und in entgegengesetzter Richtung zu den oberen wirken; wobei diese Ruder so kombiniert sind, daß sie eine optimale Hebelwirkung auf die Schiffsmasse sowohl in vertikalen als auch in horizontalen Ebenen ausüben, die bei Betrachtung aus irgendeinem Winkel in allen Richtungen wirksam und so angeordnet sind, daß die maximale diagonal aufwärts nach achtern über den Rückenbereich des Schiffes gerichtete Strömungsgeschwindigkeit in den wirksamsten Stellungen an den Steuerflächen angreift. Die Propelleranordnung wirkt ergänzend und treibt gegen die HCG/VCG-Ebenen,

d. ho nach vorn und abwärts gegen die Stromlinienwirkung der Steuer- und Stabilisierungsflächen des Schiffes (Fig. 4.1, 4.2/3, 5, 8, 15).

5«05-2 Vorn am Schiffskörper vorgesehene Querruder werden unter der HGG-Ebene und vor der VCG-Ebene angeordnet, wo sie das Schiff entlang der Achse "g" (projiziert von der Spitze durch die Basis am Schiffskörper zur HCG/VCG-Ebene im Endaufriß) um den Abstand "a" bei der Variante-1 und entlang der Achse "g+a" um den Abstand "D" bei der Variante-2 bewegt, wobei die Back- und Steuerbordquerruder unabhängig voneinander und in entgegengesetzten Richtungen zueinander, gesteuert von einem Steuergerät, wirken

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(Pig. 4.1,' 4.2/3, 15).

5o05-3 Die Haupteinzelheiten der Stromlinienleitflachen vorn am Schiffskörper sind folgende:

(a) Länge der Basis entlang dem Schiffskörper Variante-1 = "g";

Variante-2 = "D";

(b) Länge der Hinterkante

Variante-1 = ⁿg"
Variante-2 = "g+a";

(d) Neigungswinkel zur HCG-Ebene = abwärts von der Horizontalen (im Endaufriß) "bis zum Schnitt mit einer durch den oberen Teil des Kiels gezogenen Ebene;

(f) Dicke am max. Querschnitt =' 1/1.0 bis 1/5 der Länge der Hinterkante;

(g) bewegliche Querruder = etwa 1/3 der Stromlinienleitflache, um 2 mal 221/2° aus der Nullage anstellbar;

(h) die Unterseiten haben einen stromlinienförmigen Querschnitt, d. h. eine viertelelliptische Form;

(i) die Vorderkanten (eintretenden Kanten) sind als konvexe Parabelkurven von den Spitzen nach vorn an den Rumpf gezogen}¹

(j) die Hinterkanten sind rechtwinklig zum Schiffskörper gezogen;

109817/10 83

-56- 1853136

5·Ο5-4 Die hinteren Höhenruder v/erden in Verbindung mit den vorderen Querrudern benutzt und daher in oder über der CB₁-Ebene angeordnet, wobei jedes das Schiff entlang der Aohse "a" um den Abstand "g" bei der Variante-1 und entlang der Achse "g." um den Abstand "D" bei der Variante-2 bewegt. Die Höhensteuer übeix auf die Schiffsmasse nur in der vertikalen Ebene eine Hebelwirkung aus, wobei sie parallel und in entgegengesetzten Sichtungen zu den vorderen Querrudern, synchronisiert durch ein Steuergerät, wirken (Pig. 4.2/3).

5.05-5 Die Hauptmerkmale der Stromlinienleitflachen, wenn sie hinten am Turm oder an der hinteren Rückenstabilisierungsflosse angeordnet sind, sind folgende:

(a) Länge der Basis entlang dem Turm oder der Flosse Variante-1 _= "g"

Variante-2 = "D";

(b) Länge der Hinterkante (jede)
Variante-1 = "a"
Variante-2 = "g.,";

(d) Neigungswinkel zur HCG-Ebene = KuIl

(f) Dicke am max. Querschnitt _= /10 bis /5 der Länge der Hinterkante;

(g) bewegliche Höhenruder = etwa /3 der Stromlinienleitflache, um 2 mal 22/2° aus der Eullage anstellbar;

1098 1 7/ 1 PQ3

(h) die Unterseiten haben ein stromlinienförmiges Profil, d. h. eine viertelelliptische Form;

(i) die Vorderkanten sind als konvexe Parabelkurven von den Spitzen nach vorn an den Turm oder die Flosse gezogen;

(j) die Hinterkanten sind rechtwinklig zum Turm oder zur Flosse gezogen oder können konvexe Parabelkurven sein.

5«05-6 Achtern am Schiffskörper angeordnete Querruder werden in Verbindung mit den vorderen Höhenrudern verwendet und sind daher unter HGG-Ebene gewöhnlich am Heck angeordnet, um das Schiff entlang einer Achse "a" um einen Abstand "a" bei der Variante-1 und entlang einer Achse "a+g" um einen Abstand "D" bei der Variante-2 zu bewegen, wobei die Back- und Steuerbordquerruder unabhängig voneinander und in entgegengesetzten Richtungen zueinander sowie vertikal entgegengesetzt zu den vorderen Höhenrudern, synchronisiert darch das Steuergerät, wirken (Fig., 4.1).

5.05-7 Die Hauptmerkmale der Stromlinienleitflachen, wenn sie hinten am Schiffskörper, gew.öhnlioh am Heck angeordnet sind, sind folgendes

(a) Länge der Basis entlang dem Schiffskörper Variante-1 = "a"

Variante-2 = "D"

(b) Länge der Hinterkante

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Variante-1 _= "a"
Variante-2 = "a+g"

(d) Neigungswinkel zur HCG-Ebene » abwärts von der Horizontalen (im Endaufriß) Ms zum Schnitt mit einer durch den oberen Teil des Kiels gezogenen Ebene;

(f) Dicke am max» Querschnitt = /10 oder /5 der Länge der Hinterkante;

(g) bewegliche Querruder = etwa /3 der Stromlinienleitflache, um 2 mal 22 /2° aus der Nullage anstelibar;

(h) die Unterseiten haben einen stromlinienförmigen Querschnitt, d. h. eine viertelelliptische Form}

(i) die Vorderkanten sind als konvexe Parabelkurven von den Spitzen nach vorn an den Schiffskörper gezogen;

(j) die Hinterkanten sind rechtwinklig oder als konvexe Parabelkurven an den Schiffskörper gezogen (im Grundriß).

5.05-8 Die vorderen Höhenruder werden in Verbindung mit den hinteren Querrudern benutzt und sind daher in oder über der CB₁-Ebene, gewöhnlich am Turm, angeordnet, wobei jedes das Schiff entlang der Achse "a" um einen Abstand "g" bei der Variante-1 und entlang der Achse "a+g" um einen Abstand "g.j" bei der Variante-2 bewegt. Die Höhenruder üben auf die Schiffsmasse nur in der vertikalen Ebene eine Hebelwirkung aus, wobei sie parallel und in entgegengesetzten Richtungen zu den hinteren Querrudern, eynchroni-

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.59- 1353136

siert durch das Steuergerät} wirken (Pigo 4.1, 15).

5o05~9 Die Hauptmerkmale der Stromlinienleitflächen, wenn sie vorn am Turm angebracht sind«, sind folgende?

(a) Länge der Basis am Turm bei
Variante-1s nicht größer als "g"
Variante-2s nicht größer als "g^"

je nach Erfordernis angepaßt, um die hinteren Querruder im Verhältnis L.:L₂ auszugleichen;

(b) Länge der Hinterkante
Variante-1 == "a"
Variante-2 =■ "a+g";

(d) Neigungswinkel zur HCG-Bbene = Null;

(f) Dicke am max. Querschnitt =* 1/10 bis 1/5 der Länge der Hinterkante;

(g) bewegliche Höhensteuer = etwa 1/3 der Stromlinienleitflache, um 2 mal 22 /2° aus der Nullage anstellbar^,

(h) die Unterseiten haben einen stromlinienförmigen Querschnitt, d. h. eine viertelelliptiscbe Form;

(i) die Vorderkanten sind als konvexe Parabelkurven von den Spitzen nach vorn an den Turm gezogen;

(j) die Hinterkanten sind rechtwinklig zum Turm gezogen.

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5 «»06 Um Steuerfähigkeit bei geringen Geschwindigkeiten bei Überwasser- und Unterwasserfahrt sowie eine inerte Manövrierfähigkeit bei gestoppten Maschinen, z. B₀ während des Be- und Entladens zu ,erzielen, können kleinflächige Stromlinienleitflachen durch "nasse" motorgetriebene Schrauben aktiviert werden, die sich zusammen mit den Quer- und Höhenrudern bewegen, wobei stromlinienförmig verkleidete, in die Hinterkanten eingebaute oder schwenkbar innenbords angeordnete Motoren verwendet v/erden. Es können in Venturidüsen eingebaute Verstellpropeller vorgesehen sein, die bei voller Geschwindigkeit gewöhnlich in Segelstellung stehen,

5.07 Wenn Quer- und/oder Höhenruder und/oder Seitenruder nicht aktiviert sind, ist für inertes Manövrieren ein Bugstrahlruder (lateral bow thruster) in der Vorpiek in der HCG-Ebene vorgesehen, wobei dessen Austrittskanäle an Back- und Steuerbord während der Fahrt des Schiffes abgedeckt werden. Der Durchmesser des Bugstrahlruders kann bis zur Hälfte des Durchmessers der Schiffsschraube betragen.

5c08 Die Steueranhänge sind Verdrängungskörper.

5 »09 Bei der Berechnung der erforderlichen Gesamtfläche der Steuerflächen werden die Steuerflächen vor und hinter der VCG-Ebene zusammengenommen und in allen drei Ebenen entsprechend den Hauptverhältnissen L^L₂ und gtg., ausgeglichen.

5.10 Einziehbare Anhänge

5.10-1 Ein Bathydynascaph soll in sich bei Jeder Geschwindigkeit

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ohne Belastung der Steuerflächen stabil sein. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, daß eine veränderliche Stromlinienflache unter der HCG-Ebene vorgesehen ist, die in der Lage ist, die Strömung "bei CP abzulenken, um das Heck anzuheben und das Schiff gleichlastig zu halten, wobei zu beachten ist, daß Zwischenstellungen zum Anheben zwischen der aus- und eingefahrenen Stellung der Kielklappe vorgesehen sein können. Diese Vorrichtung wirkt der Unterseebooten eigenen Neigung entgegen, den Bug aus der Horizontalen bei Beschleunigungen oder Verzögerungen bei Vorwärtsfahrt auf- oder abwärts zu neigen, was auf das durch den Turm bei geringer Fahrt hervorgerufene Ungleichgewicht in der Vorderansicht zurüozuführen ist, wenn das Schiff im Entwurfsstadium nicht vollständig ausgeglichen werden kann»

5.10-2 Die elektro-hydraulisch einfahrbare Kielklappe wird zur Erhöhung des Auftriebs am Heck während der Beschleunigung oder Verzögerung der Vorwärtsfahrt abgesenkt und wirkt vollständig abgesenkt als eine "Wasserbremse"„ Die Kielklappe kann um eine Schwenkachse an ihrer Vorderkante drehbar sein_t wobei das Schwenkgelenk zweckmäßig hinter einem Querschott oder Festigkeitsbauteil angebracht ist, und an den Schiffskörper heran eingefahren wird. Wahlweise kann die Kielklappe durch Vorwärtsgleiten in den Schiffskörper eingefahren werden (Fig. 3.2/3).

5.10-3 Die Hauptmaße der Kielklappe sind folgendes (a) Langachse hinter CP

Variante-1 = "g"

Variante-2 = "a+g"

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(b) Breite der kleinen Achse
Variante-1 = 2/3 "g"
Variante-2 = 2/3 "a+g";

(c) Breite an der Basis, d. h. am Schwenkgelenk bei CP Variante-1 = 1/3 "g"

Variante-2 = 1/3 "a+g";

(d) Bodenflächet Rhombusförmig

5.10-4 Die Kielklappe ist kein Verdrängungskörper

6. Antrieb

6„01 Wenn ein Unterseeboot eine größere Tonnen/Meilen/Knoten-Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Nutzlast mit Bezug auf seine Verdrängung im Vergleich zu einem Oberflächenschiff gleicher Leistungsfähigkeit aufweist, wie es in den Abschnitten 3.12-8 und 4.06-8 angenommen ist, verfügt es ebenfalls über die größere Leistung und die dadurch erzielbare größere Nutzlast« Unglücklicherweise kann diese verhältnismäßig größere Leistung nicht von einem einzigen Propeller, es sei denn bei den kleinsten Booten, übertragen werden«

6.02 Darüber hi^naus ist die Anordnung von zwei oder mehr Propellern an der Back- und Steuerbordseite in der HGG-Ebene für Unterseeboote charakteristischerweise ungeeignet, da jeder asymmetrische Schub, wenn auch noch so klein, über jedes Maß hinaus in dem dreidimensionalen Medium vergrößert wird, so daß ungünstige Drehmomentreaktionen zusammen mit einem Abfall des

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Antriebswirkungsgrades des Schiffes die Folge sind, ein Zustand, der nicht durch Belastung der Steuerflächen ausgeglichen werden darf.

6.03 Dies "begrenzt die Schubübertragung auf Propelleranordnungen entlang der Längsschiffslinie in der HCG-Ebene, gleichgültig, ob ein einzelner Propeller oder hintereinander gleichsinnig oder gegensinnig umlaufende Propeller verwendet werden, die alle koaxial angeordnet sind und direkt in Richtung -von HCG/YCG treiben. Bei erhöhtem Gewicht von Wellenanordnung und mehreren Propellern, die mittels Radial-Axiallagern in Längsrichtung innerhalb einer vertikalen, sich hinter AP erstreckenden Heckflosse gelagert sind, ist die Anordnung wie folgt:

(a) 4/9-flügliger Einzelpropeller (Außenbordflosse wahlweise)

(b) 2x5-flügliger Tandempropeller, die auf einer einzigen Welle befestigt sind (Fig. 6b);

(c) 5+4-flüglige gegenläufige Propeller auf koaxialen Wellen (Fig. 6c);

(d) 4+3-flüglige gegenläufige Propeller auf koaxialen Wellen (Fig. 6d) oder

(e) 5+6-flüglige gegenläufige Propeller auf koaxialen Wellen (Fig. 6e);

wobei die gegenläufige Anordnung keine nachteilige Lrehmomentreaktion hat und den höchsten Antriebswirkungsgrad ergibt bei Annahme einer maximalen Dauerbelastung von 4000 bis 5000 SHP für jeden Propellerflügel (Fig. 6, 9)·

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6.04 Die Propeller können innerhalb einer venturiartigen Düse "bzw. eines Kanals angeordnet sein, der zur Beschleunigung der Wasserströmung durch die Propeller über die tatsächliche Schiffsgeschwindigkeit hinaus dient, um den Antriebswirkungsgrad zu erhöhen.

60O5-I Induzierte Strömung wird durch Ausstoß der innerhalb der venturiartigen Düse gelenkten Strömung über die Basis eines Wulstes oder konischen Profilteils hinaus erzielt, das in die Stützflosse hinter den Propellern eingesetzt ist und das Radial-Axial-Außenbordlager abdeckt (Pig. 10), wobei die induzierte Strömung um einen Winkel von 0° bis 22 1/2° abgelenkt wird.

60O5-2 Der Wulst oder konische Profilteil besteht aus zwei Hälften, die das Badial-Axial-Außenbordlager an Back- und Steuerbord der Stützflosse aufnimmt, dabei kann es in dem vorbestimmten optimalen Winkel der induzierten Strömung fest eingestellt sein oder es kann mittels eines elektro-hydraulisehen, vom Steuergerät betätigten Verstellmechanismus einstellbar sein (Pig. 10).

6„06 Die venturiartige Düse ist einteilig an dem lösbaren hinteren Teil der Stützflosse angebracht und mit der Flosse entfernbar. Alternativ ist die Düse in zwei Hälften gegossen, die an Back- und Steuerbord an die Flosse über den Propellern an Ort und Stelle angeschraubt sind (Figo 9» 10) .

6ο08 Die gegenläufige Drehung der koaxial angeordneten Propeller erfolgt durch ein Planeten- und/oder Verbundplanete ti- Untersetzung 3- oder ein Direkt-U bertra^jun^s^e triebe, d«. h.:

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6.08-1 Ein Primär-Verbund-Untersetzungsgetriebe überträgt den Eingangs-Antrieb von den Maschinen über eine gleichgerichtet umlaufende Hauptwelle mit etwa 1500 bis 1800 Umdrehungen in der Minute auf ein Sekundär-Verbund-Untersetzungsgetriebe, das im Heck angeordnet ist und den Abtrieb über gegensinnig umlaufende Stummelwellen und im Schiff liegende Haupt-Radial-Axial-Lager bei 80-120 Umdrehungen je Minute oder je nach Erfordernis liefert. Die Drehrichtungsumkehr erfolgt mit den Hauptmaschinen und/oder einem Primär-Verbund-Umkehr-Untersetzungsgetriebe, das am Maschinenende angeordnet ist<> Es sind keine weiteren Getriebe vorgesehen, und es gibt daher auch keine Reibungsverluste in der Übertragung infolge der gegenläufigen Drehung außer dem allgemein annehmbaren Spielraum, ausgedrückt in Prozenten der abgegebenen Weilenleistung (Fig. 9a, 9d).

6.08-2 Eine ähnliche, für bereits gebaute oder besondere Schiffe geeignete Anordnung, bei denen es erwünscht ist, gegenläufig rotierende Propeller ohne Änderungen der Maschinen und Getriebe einzubauen, sieht vor, daß der Eingangstrieb mit der üblichen Propellerdrehzahl von 80 - 120 Umdrehungen je Minute (oder nach Erfordernis) unmittelbar in ein Verbundübertragungsgetriebe geleitet und mit der gleichen Drehzahl von 80 - 120 Umdrehungen je Minute (oder einer anderen gegebenen Eingangsdrehzahl) auf die koaxialen, gegenläufig rotierenden Stummelwellen unter Inkaufnahme der zulässigen Reibungsverluste in dem zusätzlichen Getriebe übertragen wird (Pig. 9b, 9c).

6.08-3 Jede der Anordnungen dient im wesentlichen dazu, die koaxial angeordneten gegenläufig rotierenden Stummelwellen so

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kurz wie möglich, vereinbar mit dem Mindestabstand der Innen- und Außenbordlager, zu halten, wobei vorzugsweise Bollenlager vorgesehen sind, die je eine Schubkraft von 150 Tonnen f und eine Radialkraft von etwa 35 Tonnen f bei 80 bis 120 Umdrehungen je Minute aufnehmen können (Fig» 9a, 9b, 9c, 9d, 9e).

6„08-5 Die Stummelwellen laufen mit Ölschmierung in Weißmetall-Lagerbuchsen, die am Innen- und Außenbordende Stopfbuchsen aufweisen, wobei das Stevenrohrlager in einer Hochdruckstopfbuchse angeordnet ist, die eine Einheit mit diesem ganzen Abschnitt bildet.

6.09 Die Welle erstreckt sich entlang der Mittschiffslinie in der HCG-Ebene und endet in einem wulstförmig verkleideten Hadiä.-Axial-Außenbordlager, das in der Stützflosse angeordnet ist. Die Welle trägt Propeller in Tandemanordnung oder gegenläufig rotierend, deren-Flügel aus einem rechteckigen Ausschnitt im Profil der Stützfloese herausragen, wobei der Propellernabenquerschnitt der maximalen Breite der Stützflosse im Endaufriß entspricht (Pig. 6, 9).

6c10 Um die das Radial-Axial-Außenbordlager abstützende Heckflosse bei Anordnung von Propellern in Tandem- oder gegenläufiger Anordnung zu konstruieren,, wird eine viertelelliptische Kurve _s horizontal vom Berührungspunkt an der unteren Heckordinate ausgehend, konstruiert, aufwärts hinter dem Heck au dem vertikalen Berührungspunkt an der unteren Plpasenordinate, dann lotrecht zur oberen Flossenordinate und dann nach vorn in einen viertelelliptisehen Bogen horizontal zum Berührungspunkt an der oberen

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Heckordinate gezogen. Die unteren und oberen 3?lossenordinaten entsprechen den unteren und oberen Deekordinaten des Schiffes. Die Heckflosse ergeheint asymmetrisch elliptisch im Endaufriß und halbelliptisch im Grundriß und Seitenansicht, wobei die kleine Achse dem Durchmesser der Propellernaben entspricht. Die Heckflosse ist ein Verdrängungskörper und muß als Ganzes gegen den. Schiffskörper ausgeglichen werden.

6,11- Bei Anordnung eines einzigen Propeller wird keine Heckflosse vorgesehen, wobei in diesem Fall die Welle nur in den innenbords liegenden Lagern gelagert ist.

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Claims (15)

1. DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKE

   Anmelder:

   Edmund Nichols-Roth, Rom (Italien)

   Patentansprüche

   ?) Schnell einsatzfähiges Tieftauchfahrzeug, als "Bathydynascaph" bezeichnet, gekennzeichnet durch eine Bauweise, mit der eine im
   wesentlichen laminare Strömung entlang dem größeren Teil des
   Schiffskörpers erzielt wird, indem der Strom turbulenter Ablösung etwa in der Mittschiffszone durch das Zusammenwirken der durchschnittlichen AufwärtsVerdrängung und der Vorwärtsbewegung in
   eine diagonale Strömung über den Rückenbereich des Schiffskörpers gezwungen wird, dem sich eine Zone laminarer Ablösung entlang
   dem Hinterschiff anschließt, so daß ein Trog um den Gegendrehpunkt zwischen den beiden Strömungen gebildet und dadurch sowohl der
   Reibungs- als auch Restwiderstand beim Entwurf kontrollierbar ist, um eine maximale Unterwasser-Dauergeschwindigkeit für jede gegebene Maschine , bezogen auf die effektive Pferdestärke, zu erzielen
   (durch eine Lösung des als "Graysches Paradox" bekannten natürlichen Phänomens).
2. 2. Tieftauchfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein gegebenes Volumen bei der kleinsten, mit der Seetüchtigkeit praktisch zu vereinbarenden Oberfläche aufweist, indem sein
   volumetrischer Wirkungsgrad bezogen auf die dynamische Leistungsfähigkeit (Leistungsfähigkeit der Bewegung) als getauchter Körper quantifiziert wird, der grundsätzlich elliptisch/parabolischen
   Integralen entspricht, d.h. etwa zwei Dritteln des volumetrischen

   10 9 8 17/108 3

   Wirkungsgrades einer Kugel gleicher Oberfläche oder umgekehrt 1,5 mal der Oberfläche einer Kugel gleichen Volumens (ausgedrückt als Kugelkoeffizient, dessen mittlerer Wert 0,667 beträgt und absolut die Einheit ist).
3. 3. Tieftauchfahrzeug nach Anspruch 1 und 2, mit einem Schiffskörper, der eine veränderliche geometrische Form, elliptisch zylindroid bis ellipsoid/paraboloid, aufweist, dessen kleinere Querschnittsachsen nicht weniger als ein Zehntel seiner Längs hauptachse betragen, gekennzeichnet durch integral miteinander in Bezug stehende asymmetrische elliptisch/parabolische Vertikal-, Horizontal- und Längsebenen, die entsprechend den angegebenen elliptisch/parabolischen Punktionen, Formeln und Tabellen bestimmt sind.
4. k. Tieftauchfahrzeug, im wesentlichen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, abgeleitet von seinen Kugelkoeffizienten, ein sicherer hydrostatischer Arbeitsdruck bei jeder gegebenen Betriebstiefe einschließlich der Bodentiefe erzielbar ist, gleichgültig, ob eine strukturelle Außenhaut und/oder Rahmenwerk und/ oder Gitterwerk sich durchdringender Teile zu seiner Konstruktion verwendet werden.
5. 5. Tieftauchfahrzeug nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilität beim Entwurf durch Verschiebung der Konstruktionslinien VCQ, HCG, AP, FP, SP, CP und CB. bestimmt wird, so daß der vertikale Abstand zwischen HCG- und der D/2 -Ebene als Kenngröße für das aufrichtende Moment des Schiffes nicht kleiner als ein Zehntel der größten Höhe des Schiffskörpers ist (einschließ-

   109817/1083 ."³ "

   lieh der Platten), gemessen von Oberkante Kiel zum Oberdeck in der VCG-Ebene, und zusammen mit den Bug-, Heck-, Turm-, hinteren Rücken- und hinteren Kielkoordinaten entsprechend den angegebenen Formeln, Tabellen und Diagrammen in Wechselbeziehung steht.
6. 6. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Manövrierfähigkeit durch Steueranhänge, wie Querruder, Höhenruder, Stromlinienleitflachen, Seitenruder und Hilfsvorrichtungen wie beschrieben, bewirkt wird, die in der Lage sind, das Schiff einen kontrollierten Drehkreis fahren zu lassen und die es gestatten, daß für alle praktischen Zwecke der Beschreibung Manövrierfähigkeit und Stabilität ineinandergreifen.
7. 7. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden und/oder an den Seiten eine Trimmvorrichtung (besondere Bezeichnung: "Kielklappe") unter der HCG-Ebene vorgesehen ist, um die Stirnfläche des Turms in der vertikalen Ebene beim Beschleunigen oder Verzögern unter Wasser durch Erzeugung von Antrieb und/oder Abtrieb auszugleichen und das Schiff gleichlastig zu halten, ohne die Steuerflächen aus der Nullstellung zu verstellen.
8. 8. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine beim Entwurf bestimmte Auftriebsreserve aufweist, die das Freibordmaß des Schiffes bestimmt, das es an der Wasseroberfläche aufweisen soll, um die beim Entwurf bestimmte Auftriebsreserve von den zuständigen Behörden anstelle des Freibordmaßes für Zwecke der Ladelinienberechnung anerkennen zu lassen, um den maximalen mittleren Tiefgang zu bestimmen,

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   den das Fahrzeug gesetzlich zulässig haben darf.
9. 9. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Treiflutender Schiffskörperabschnitt in Form von Ballast- und Auftriebsabteilungen und ein druckfester Schiffskörperabschnitt j der Ladung aufnimmt, sowie Unterkunftsund Maschinenräume enthält, vorgesehen sind, die beide einen einteiligen Schiffskörper bilden.
10. 10. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise ein freiflutendes Druckausgleichsystem vorgesehen ist, das mittels schwimmender Decken- und/oder Bodentank5 oder beweglicher Membranen oder zusammenfaltbarer Gewebehüllen im Bereich der Ladungsabteilungen in der Lage ist, den umgebenden Wasserdruck unmittelbar aufzunehmen und zu übertragen, um den Druck innerhalb und außerhalb des Schiffskörpers und zwischen den Schottwänden auszugleichen.
11. 11. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder alle beschriebenen Merkmale, Zusammensetzungen und Zusammenbauverfahren durch einen Elektronenrechner und automatische Digitalaufzeichner eingegliedert werden, die durchweg auf elliptisch/parabolischen Integralen basieren.
12. 12. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise eine vertikale Stützflosse vorgesehen ist, die hinter dem Heck Radial-Axial-Außenbordlager trägt, In denen Wellen für hintereinander angeordnete gleichsinnig oder

    - 5 1098 17/1083

    gegensinnig umlaufende Propeller gelagert sind, eine Anordnung, die frei von Schubasymmetrie oder schädlichen Drehmomentreaktionen ist und von allen Propelleranordnungen den maximalen Antriebswirkungsgrad ergibt.
13. 13. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung von gegensinnig umlaufenden Stummelwellen, die durch eine Stopfbuchse oder "nasse" Elektromotoren aus einem Sekundär-Verbund-Untersetzungsgetriebe im Heck über eine mit einer Zwischendrehzahl umlaufende Hauptwelle von einem Primär-Verbund-Untersetzungsgetriebe am Maschinenende angetrieben sind, die Untersetzungen zwischen den Primär- und Sekundärstufen so angeordnet sind, daß bei einem minimalen Reibungsverlust ein gegensinniger Umlauf erzielt wird.
14. 14. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Anordnung von gegensinnig umlaufenden Stummelwellen, die durch eine Stopfbuchse aus einem direkt übertragenden Verbundgetriebe im Heck über eine mit der Propellerdrehzahl umlaufende, von einem Verbund-Untersetzungsgetriebe am Maschinßnende angetriebene Hauptwelle angetrieben sind, ein gewisser Leistungsverlust durch die zusätzliche Getriebereibung in Kauf genommen wird.
15. 15. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 1*1, daß bei hintereinander angeordneten, gleich oder gegensinnig umlaufenden Propellern der vordere Propeller den dahinter angeordneten ständig entlastet und seine Wirkung erhöht, und daß bei gegensinniger Umlaufsanordnung der hintere Propeller ein Blatt weniger als der

    109817/1083

    .vordere aufweist, und daß beide Propeller zur Beschleunigung der Wasserströmung durch dieselben über die tatsächliche Geschwindigkeit des Schiffes hinaus von einer venturiartigen Düse umgeben sein können, die entweder in einem Stück mit der Stützflosse gegossen und mit dieser entfernbar oder in zwei Hälften hergestellt sein kann, die von jeder Seite an die Flosse über den Propeller an Ort und Stelle angeschraubt sind.

    l6. Tieftauchfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützflosse einen elektro-hydraulisch betätigten Kegel aufweist, der aus zwei Hälften besteht und die Außenbordlager trägt und dessen Basis innerhalb der Venturidüse liegt, und daß der Kegel entweder fest oder in seiner Auf- und/ oder Abwärtsneigung innerhalb eines Winkels von 45° veränderlich ist, um eine induzierte Strömung in Portsetzung des durch die Düse geleiteten Stroms in Richtung der durchschnittlichen Aufwärtsverdrängung während der Vorwärtsfahrt unter Wasser oder abwärts gerichtet bei Überwasserfahrt, zu erzeugen.

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