DE19933942A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verringern der Reibung beim Gleiten von Schiffen im Wasser - Google Patents

Abstract

Um den Reibungswiderstand zwischen einem Schiffsrumpf und der diesen Schiffsrumpf aufnehmenden Wasserfläche zu reduzieren, wird zwischen der Unterseite des im Wasser eingetauchten Schiffsrumpfes und der unterhalb des Schiffsrumpfes befindlichen Wassermasse eine Luftschicht ausgebildet, die mit Druckluft aufrecht erhalten wird, und die den Schiffsrumpf trägt. Die Luftschicht wird durch eine vom Schiffsrumpf nach abwärts stehende und vollständig in Wasser eintauchende Umfangsschürze begrenzt. Sie ist zwischen Unterseite des Schiffsrumpfes und der tragenden Wasserfläche in mindestens zwei Luftkammern unterteilt. Diese Luftkammern sind nach außen durch die starre Schürze und nach innen durch den Schiffskiel begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 3.

Der Energieverbrauch beim Fortbewegen von Schiffen ist insbesondere bei höheren Fahrgeschwindigkeiten wegen der hohen Reibungsverluste zwischen Wasser und Schiffsrumpf sehr hoch. Es wurden zur Reduzierung dieser Reibungsverluste erhebliche Anstrengungen unternommen, den Schiffsrumpf durch stromlinienförmige Konstruktio­ nen diesen Gegebenheiten anzupassen und auf diese Weise den Energieaufwand zu reduzieren. Nach wie vor verbleibt jedoch, daß die Relativbewegung und damit der Reibungswiderstand zwischen Schiffsrumpf und Wasser einen beträchtlichen Energie­ aufwand für das Fortbewegen eines Schiffes fordert.

Eine andere Art der Fortbewegung von Wasserfahrzeugen wird seit vielen Jahren durch die Luftkissenfahrzeuge realisiert. Hierbei wird unterhalb eines weitgehend planen Aufbaus eines Wasserfahrzeuges, im wesentlichen in Form eines plattenförmigen Schiffskörpers mit vom Fahrzeugaufbau über der Wasseroberfläche nach abwärts ste­ henden Schürzen ein Luftkissen ausgebildet, das durch Kompressoren erzeugt wird und das das Fahrzeug über der Wasseroberfläche trägt. Die Fortbewegung des Schiffes erfolgt in der Weise, daß das Fahrzeug im Abstand der Schürzenhöhe über der Was­ seroberfläche (oder auch über einer Landoberfläche) auf dem Luftkissen schwebend gehalten wird, so daß die Fortbewegung mit minimaler Antriebsleistung über einen Horizontalantrieb vorgenommen werden kann, da die Reibungsverluste im Falle einer Längsbewgung zwischen dem Luftkissen und der das Luftkissen nach unten begren­ zenden Wasseroberfläche minimal ist. Das Fahrzeug schwebt auf dem Luftkissen, das oberhalb der Wasseroberfläche durch die Schürzenanordnung seitlich begrenzt wird, um ein Austreten der Luft von dem Kissen soweit wie möglich zu verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, herkömmliche Schiffe mit Kiel so auszubilden, daß die Reibung zwischen der Außenseite des Schiffsrumpfes und den Wassermassen, die den Schiffsrumpf tragen, entscheidend reduziert wird.

Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 und den Merk­ malen des Anspruches 2 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird eine Luftschicht zwischen dem Schiffs­ rumpf und der diesen Schiffsrumpf tragenden Wasserfläche in Form einer Luftschicht bzw. eines Luftpolsters ausgebildet, das längs des Schiffsumfangs durch steife, voll­ ständig in das Wasser eintauchende und über die gesamte Umfangserstreckung des Schiffsrumpfes ausgebildete Schürzen begrenzt wird, die von der äußeren Umfangsli­ nie des Schiffsrumpfes nach abwärts verlaufen. Die über den gesamten Umfang verlau­ fende Schürzenanordnung erstreckt sich am Schiffsrumpf soweit nach unten, daß eine zwischen der Umfangsschürze und dem mittigen Kiel, sowie nach oben durch den Schiffsrumpf und nach unten durch die tragende Wasserfläche ausgebildete Luftkam­ mer entsteht, die durch den Schiffskiel in mindestens zwei Teilkammern unterteilt ist. Eine weitere Unterteilung der Kammern kann in Längsrichtung des Schiffes durch Querwände erfolgen.

Die Unterteilung der Luftschicht in mindestens zwei Teilluftkammern, die durch den Kiel voneinander getrennt sind, dient dazu, die Luftdruckverhältnisse zu beiden Seiten des Kieles in unterschiedlicher Weise steuern zu können und die Wirkung des Kieles für das Manövrieren des Schiffes aufrecht zu erhalten. Unterschiedliche Druckverhält­ nisse auf beiden Seiten des Kieles können beispielsweise von Vorteil oder erforderlich sein, wenn bei hohem Wellengang dem Schwanken des Schiffes durch unterschiedli­ chen Druckaufbau in den Luftkammern entgegengewirkt werden soll. Durch die Ver­ schiebung von Luftmassen aus der einen in die andere Kammer ist ein Gegensteuern bei auftretenden Schwankungen möglich.

Die aus zwei oder mehr Teilkammern bestehende Luftkammer unterhalb des Schiffs­ rumpfes hat die Funktion einer Luftglocke. Diese Luftkammer ist größenordnungsmäßig etwa in einer Tiefe von 8-10 m unterhalb der Wasseroberfläche ausgebildet, je nach der Größe des jeweiligen Schiffes, so daß dort ein Luftdruck von ca 1 bar herrscht. Die Höhe der Luftschicht ist mindestens so groß, daß Wasser mit dem Schiffsboden nicht in Kontakt kommen kann.

Die Umfangsschürze ist am Bug und am Heck dem Schiffsrumpf angepaßt ausgebildet und gerundet geformt, wobei die Bugnase berücksichtigt wird. Im Bug- und Heckbe­ reich ist das untere Ende der ansonsten etwa vertikal nach abwärts gerichteten Schürze nach unten und innen gewölbt ausgebildet, so daß in diesem Bereich die Luftschicht in Form der Luftkammern zwischen diesen Wölbungen der Schürze eingeschlossen ist. Am Heck des Rumpfes ist eine schlitzförmige Öffnung so ausgebildet, daß die Öffnung für das umströmende Wasser, das aus den Luftkammern austretende Luft enthält, als Rückholeinrichtung wirkt und die Luft, die zu entweichen versucht, nach oben und zurück in die Luftkammer gedrängt wird.

Damit bestehen auf einem relativ kleinen Teil des Schiffes die normalerweise herr­ schenden Verhältnisse, nämlich Bug- und Heckrumpf in Kontakt mit dem umgebenden Wasser, im übrigen Teil des Schiffsrumpfes jedoch liegt der Rumpf auf der Luftschicht auf, die als Gleitkissen wirkt. Die in den Luftkammern enthaltene Luft trägt somit den Schiffsrumpf und bewegt sich zusammen mit dem Schiff als tragendes Kissen durch das Wasser.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Aus­ führungsbeispieles erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Längsseitenansicht eines Schiffes in schematischer Darstellung mit Luft­ kammer,

Fig. 2 eine Schnittansicht durch das Schiff nach Fig. 1 längs der Linie I-I,

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ausbildung der Schürze am Bug, und

Fig. 4 eine schematische Ausbildung der Schürze am Heck.

Ein Schiffsrumpf 1 ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Am Bug 2 ist eine Bugnase 3 angeordnet, das Heck des Schiffes ist mit 4 angedeutet. Zwischen Bug 2 und Heck 4 sind, wie in Fig. 2 dargestellt, entlang der Längsseiten des Schiffes 5, 6 vom Rumpf nach abwärts ragende Schürzen 7, 8 starr mit dem Schiffsrumpf verbunden, die im Be­ reich unterhalb des Rumpfbodens 9 Kammern 10, 11 ausbilden, die über eine Kom­ pressoranordnung 12 mit Luft gefüllt werden. Die unterste Begrenzung der Schürzen 7, 8, die in Form von starren, vertikalen Plattenwänden aus Metall, Kunststoff oder dergl. an den Schiffsrumpfseitenwänden 5, 6 befestigt sind, begrenzen die Luftkammern 10, 11 nach außen und haben in der Praxis eine Höhe, die von der Größe des Schiffes ab­ hängt, z. B. zwischen 5 und 10 m. Der Schiffskiel 13 unterteilt die Kammern 10 und 11 und ragt weiter im Wasser nach unten als die unterste Begrenzung der Schürzenanord­ nung 7, 8.

Vorzugsweise werden zum Aufpumpen der Luftkammern 10, 11 getrennte Kompresso­ ren 12 oder entsprechende Steuervorrichtungen verwendet, um bei Schwankungen des Schiffes den Druck in den Kammern steuern zu können und damit die Lage des Schif­ fes zu beeinflussen und zu stabilisieren.

Die Ausbildung der Schürzen 7, 8 am Bug und am Heck ist vorzugsweise so gewählt, daß die untere Begrenzung der Schürze gewölbt ist, wie mit 2a und 4a in den Fig. 3 und 4 angedeutet, damit einem Entweichen der Luft aus den Kammern 10, 11 entge­ gengewirkt wird. Zusätzlich ist an der Heckseite 4 in der Schürze eine in Form eines Schlitzes, einer Öffnung, einer Lippe oder dergl. 14 ausgebildete, z. B. mit einer Um­ lenkvorrichtung 15 versehene Rückholeinrichtung 14, 15 vorgesehen, die die Aufgabe hat, die am Heck aus der Luftkammer 10, 11 entweichende Luft zusammen mit dem umströmenden Wasser 16 wieder in die Luftkammer zurückzuführen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herabsetzen des Reibungswiderstandes zwischen Schiffsrumpf und Wasser beim Gleiten von Schiffen in Wasser, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen der Unterseite des in Wasser eingetauchten Schiffsrumpfes und der unter­ halb des Schiffsrumpfes befindlichen Wassermasse eine Luftschicht eingebracht und aufrecht erhalten wird, die soweit mit Druckluft aufgebaut wird, daß der Schiffsrumpf von der Luftschicht getragen wird, daß die Luftschicht durch eine vom Schiffsrumpf nach abwärts stehende und vollständig in Wasser eintauchende Umfangsschürze begrenzt wird, und daß die Luftschicht zwischen Unterseite Schiffsrumpf und tragender Wasserfläche in mindestens zwei Luftkammern unter­ teilt wird, die nach außen durch die starre Schürze und im Inneren durch den Schiffskiel begrenzt wird.

2. Vorrichtung zum Herabsetzen des Reibungswiderstandes beim Gleiten von Schif­ fen in Wasser, mit einer den Schiffsrumpf umgebenden, vom Rumpf nach abwärts stehenden Umfangsschürzenanordnung, und einem Kompressor zum Aufbauen einer Luftschicht unterhalb des Rumpfes, dadurch gekennzeichnet, daß die gesam­ te Schürzenanordnung (7, 8) am Schiffsrumpf (1) vollständig unterhalb der Was­ seroberfläche befestigt ist, daß die Schürzenanordnung aus steifem, nicht nachgie­ bigem Material bzw. aus nachgiebigem Material mit fester Versteifung ausgebildet ist, daß unterhalb des Schiffsrumpfes mindestens zwei nach unten offene Luft­ kammern (10, 11) zwischen Schiffsrumpf und der Oberfläche der verdrängten Wassermasse unterhalb des Schiffsrumpfes ausgebildet sind, die mit Druckluft aus einer Kompressoranordnung (12) gefüllt und aufrecht erhalten werden, derart, daß die Luftkammern eine zwischen der den Schiffsrumpf tragenden Wasserfläche und dem Schiffsrumpf vorgesehene und aufrecht erhaltene Luftschicht ausbilden, auf der der Schiffsrumpf ruht und gleitet, und lediglich der Kiel (13) des Schiffsrumpfes und die umlaufende Schürzenanordnung mit dem Wasser in Kontakt stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Bug (2) und am Heck (3) des Schiffes die vom Schiffsrumpf (1) nach abwärts stehende starre Schür­ ze (7, 8) gerundet (2a, 4a) ausgeführt und die Bugnase (3) des Schiffsbugs einbezo­ gen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Heck (4) des Schiffsrumpfes (1) die Luftkammer bzw. die Luftschicht (10, 11) durch eine nach unten ausgebauchte Wölbung (4a) des Schiffsrumpfes abgeschlos­ sen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schürze (7, 8) am Heck (4) eine Rückholeinrichtung (14, 15), die z. B. aus einer schlitzförmigen Öffnung (14) und einer Umlenklippe (15)aufweist, die so ausge­ bildet ist, daß zumindest ein Teil der ausströmenden Luft zusammen mit dem Randwasserstrom (16) in die Luftkammer (10, 11) zurückgeführt wird.