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Die Erfindung betrifft ein Schutzgitter für einen Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs eines Wasserfahrzeugs umfassend Gitterelemente, wobei das Schutzgitter in einem am Tunneleinlauf angeordneten Zustand in einer entlang einer Längsachse des Tunnels gesehenen Aufsicht bezüglich einer Tunnelmittelebene, wobei die Tunnelmittelebene einen Winkel von 0° bis 60° zu einer Waagerechten aufweist, einen oberen Bereich und einen unteren Bereich aufweist. Ferner betrifft die Erfindung einen Tunneleinlauf und einen Tunnel eines Querstrahlantriebs.
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Stand der Technik
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Querstrahlantriebe von Wasserfahrzeugen, insbesondere Querstrahlsteueranlagen oder Querstrahlruder, können unter anderem als Bug- oder Heckstrahlruder ausgebildet sein und sind auf Schiffen unterhalb der Wasserlinie quer zur eigentlichen Fahrtrichtung eingebaute Antriebe, die dem besseren Manövrieren dienen.
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Querstrahlantriebe weisen Schutzgitter im Tunnelein- und/oder Tunnelauslauf auf, um den Schiffswiderstand herabzusetzen und um den im Tunnel des Querstrahlantriebes angeordneten Propeller vor Beschädigung durch Feststoffe im Wasser zu schützen. Je nach Schiffsform ist der Wasserzulauf im Tunnel nicht gleichförmig und homogen, sondern durch Ablösezonen und Wirbel geprägt. Bei sehr kurzen Tunneln haben sich diese Störzonen bis zum Erreichen des Propellers noch nicht wieder beruhigt und vergleichmäßigt. Dies hat eine ungleichmäßige Propellerzuströmung mit Erzeugung von Vibrationen und Druckpulsen an der Tunnelwand zur Folge. Geräusch- und Vibrationsbelastung sind noch weit in das Schiff hinein spürbar. Querstrahlantriebe werden oft so tief wie möglich im Kiel des Wasserfahrzeuges eingebaut, zum einen, um zu verhindern, dass bei einer geringen Beladung des Wasserfahrzeuges der Tunneleinlauf beziehungsweise der Tunnel über die Wasseroberfläche aufsteigt, zum anderen, um das nutzbare Innenvolumen des Wasserfahrzeuges nur geringfügig zu reduzieren.
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Insbesondere bei tief im Kiel eingebauten Querstrahlantrieben und bei großen Spantwinkeln und Wasserlinienwinkeln im Bereich des Tunneleinlaufs öffnet sich der in der Regel waagerecht im Schiffsrumpf angeordnete Tunnel des Querstrahlantriebes, insbesondere der untere Tunnelbereich oder die untere Tunnelhälfte, in einem spitzen Winkel zu dem den Schiffsrumpf umgebenden Wasser. Dies führt dazu, dass im Betrieb des Querstrahlantriebes in den Tunneleinlauf eingesaugtes Wasser beim Einströmen starke Verwirbelungen aufweist. Diese Verwirbelungen sind insbesondere im unteren Bereich des Tunnels, bzw. in der unteren Tunnelhälfte oder dem unteren Tunneldrittel, speziell an der unteren Tunnelwand, besonders stark ausgeprägt. Die auftretenden Verwirbelungen sorgen dafür, dass das Geschwindigkeitsfeld des einströmenden Wassers in einer Ebene quer zur Längsachse des Tunnels nicht homogen und gleichmäßig ist, und dass es im Bereich der unteren Tunnelwand sogar zu Rückströmungen kommen kann. Dies hat zur Folge, dass der Propeller des Querstrahlantriebs, insbesondere bei kurzen Tunneln, im oberen Bereich mit höheren Wassergeschwindigkeiten angeströmt wird als im unteren Bereich, was zu periodischen auftretenden Strömungsabrissen und zu periodischen Kraftstößen auf die Propellerflügel führt. Pro Flügeldurchgang durch den unteren Tunnelbereich tritt ein Kraftstoß auf, welcher ein starkes Biegemoment auf den Propeller ausübt.
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Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schutzgitter für einen Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlruders eines Wasserfahrzeuges bereitzustellen, welches das Strömungsfeld bzw. Geschwindigkeitsfeld von in den Tunnel des Querstrahlantriebes einlaufendem Wasser gleichrichtet beziehungsweise harmonisiert, sodass die Belastungen, insbesondere Biegemomente, auf den Propeller verringert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Schutzgitter für einen Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebes eines Wasserfahrzeuges vorgeschlagen, wobei das Schutzgitter Gitterelemente umfasst, wobei das Schutzgitter in einem am Tunneleinlauf angeordneten Zustand in einer entlang einer Längsachse des Tunnels gesehenen Aufsicht bezüglich einer Tunnelmittelebene, wobei die Tunnelmittelebene einen Winkel von 0° bis 60° zu einer Waagerechten aufweist, einen oberen Bereich und einen unteren Bereich aufweist, wobei die Anzahldichte der Gitterelemente im unteren Bereich größer ist als die Anzahldichte der Gitterelemente im oberen Bereich und/oder wobei das Schutzgitter im unteren Bereich eine dichtere Gitterstruktur als im oberen Bereich aufweist und/oder wobei der untere Bereich eine größere Abdeckung durch die Gitterelemente als der obere Bereich aufweist.
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Tunnel von Querstrahlantrieben befinden sich oft im Bug oder im Heck eines Rumpfes eines Wasserfahrzeuges. Aufgrund der dort vorliegenden Spantwinkel und Wasserlinienwinkel weist die Öffnung des Tunneleinlaufs, welche durch die Schnittfläche des im Wesentlichen kreisrunden Tunnels mit der Außenwand des Rumpfes des Wasserfahrzeuges gegeben ist, eine in etwa ovale oder elliptische Form auf. Schutzgitter für Tunneleinläufe von Querstrahlantrieben sind daher entsprechend dieser in etwa elliptische Form ausgebildet. In einer Aufsicht entlang der Längsachse des Tunnels, weist die Projektion des Schutzgitters jedoch die Form des Tunnelquerschnitts auf, das heißt dass das Schutzgitter bei einem kreisrunden Tunnel in der Aufsicht entlang der Längsachse des Tunnels ebenfalls kreisrund erscheint.
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Im Folgenden wird unter der Längsachse des Tunnels eine gedachte Linie verstanden, welche im Wesentlichen, bevorzugt genau, senkrecht zur Schiffsmittelebene und durch in etwa, bevorzugt genau, den Mittelpunkt des Tunnels im Bereich des Tunneleinlaufs verläuft. Eine Tunnelmittelebene ist jede Ebene, welche senkrecht zur Schiffsmittelebene ausgerichtet ist und in etwa, bevorzugt genau, durch die Tunnelmitte im Bereich des Tunneleinlaufs verläuft. Die Tunnelmittelebene unterteilt den Tunneleinlauf und damit ein am Tunneleinlauf angeordnetes Schutzgitter in einen oberen und einen unteren Bereich. Die Tunnelmittelebene kann einen Winkel von 0° bis 60° zu einer Waagerechten bzw. zu einer Horizontalen aufweisen.
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Bei der Vorwärtsfahrt eines Wasserfahrzeuges verlaufen die Wasserstromlinien, also jene gedachten Linien, welche das Strömungsfeld des am Rumpf vorbeiströmenden Wassers beschreiben, insbesondere am Bug im Bereich der Tunneleinläufe der Querstrahlantriebe aufgrund der dort vorliegenden Spantwinkel und Wasserlinienwinkel oft in einem Winkel zwischen 0° und 60°, in der Regel zwischen 5° und 15°, zur Waagerechten beziehungsweise zur Horizontalebene. Dies hat zur Folge, dass bei der Vorwärtsfahrt aufgrund der Anströmung des Tunneleinlaufs von vorne auch der Bereich der für die Kraftstöße auf den Propeller des Querstrahlantriebs verantwortlichen Verwirbelungen im unteren Tunnelbereich in Fahrtrichtung nach vorne wandert. Um die Abweichung der Wasserstromlinien von der Waagerechten zu berücksichtigen, können Schutzgitter verdreht oder rotiert am Tunneleinlauf angebracht sein.
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Eine Wasserstromlinie, welche in etwa durch den Mittelpunkt des Tunnels am Tunneleinlauf verläuft, unterteilt den Tunneleinlauf und ein an dem Tunneleinlauf, insbesondere verdreht, angeordnetes Schutzgitter in einen oberen und in einen unteren Bereich. Die Tunnelmittelebene kann dann so gewählt werden, dass sie die durch den Mittelpunkt des Tunnels am Tunneleinlauf verlaufende Wasserstromlinie enthält.
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Dies bedeutet, dass auf der Steuerbordseite des Schiffsrumpfes eine Tunnelmittelebene gewählt werden kann, welche in einem Winkel von 0° bis 60° zur Waagerechten gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist. Auf der Backbordseite kann die Tunnelmittelebene in einem Winkel von 0° bis 60° mit dem Uhrzeigersinn gegenüber einer Waagerechten beziehungsweise einer Horizontalebene gedreht sein.
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Bevorzugt weist die Tunnelmittelebene einen Winkel von 0° bis 20°, besonders bevorzugt von 2° bis 15°, insbesondere bevorzugt von 3° bis 10°, weiter insbesondere bevorzugt von 5° bis 7°, zur Waagerechten auf.
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Grundsätzlich kann die Tunnelmittelebene, bzw. deren Winkel zu der Waagerechten oder Horizontalebene frei gewählt werden. Jedoch ist es vorteilhaft, wenn die Tunnelmittelebene entweder parallel zu der Waagerechten oder parallel zu einer Wasserstromlinie bei Vorwärtsfahrt des Schiffes gewählt wird, da derart festgelegte Tunnelmittelebenen für die Beschreibung der Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besonders geeignet sind.
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Im Folgenden beziehen sich Begriffe wie „oben“, „unten“, „oberer Bereich“, „unterer Bereich“ und verwandte Bezeichnungen stets auf die gewählte Tunnelmittelebene. Entsprechend wird eine um einen Winkel von 0° bis 60° zur Waagerechten gedrehte Tunnelmittelebene zur Bezugsebene für diese räumlichen Relationen.
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Die gewählte Tunnelmittelebene teilt den Tunnel und damit auch das am Tunneleinlauf angeordnete Schutzgitter in einen oberen und einen unteren Bereich auf, wobei im unteren Bereich die Anzahldichte der Gitterelemente größer ist als die Anzahldichte der Gitterelemente im oberen Bereich und/oder wobei im unteren Bereich eine dichtere Gitterstruktur als im oberen Bereich vorliegt und/oder wobei der untere Bereich eine größere Abdeckung durch die Gitterelemente als der obere Bereich aufweist.
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Sind beispielsweise in der Aufsicht entlang der Längsachse des Tunnels die Gitterelemente in der Art eines rechtwinkligen Gitters ausgebildet, wobei eine Anzahl Gitterelemente senkrecht zur Tunnelmittelebene ausgerichtet sind und wobei eine weitere Anzahl von Gitterelementen parallel zur Tunnelmittelebene ausgerichtet sind, so werden für die Betrachtung der Anzahldichte, der Dichtheit der Gitterstruktur und der Abdeckung der Gitterelemente nur die Gitterelemente beziehungsweise der Teil der Gitterelemente betrachtet, welche sich jeweils im durch die gewählte Tunnelmittelebene definierten oberen und unteren Bereich befinden.
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Dies bedeutet, dass bei einem in der Aufsicht rechtwinklig ausgebildeten Schutzgitter die senkrecht zur Tunnelmittelebene verlaufenden Gitterelemente durch die Tunnelmittelebene in zwei Hälften geteilt werden, wobei die Hälften der Gitterelemente, welche im oberen Bereich liegen, dem oberen Bereich zugeordnet werden und wobei die Hälften der Gitterelemente, welche im unteren Bereich liegen, dem unteren Bereich zugeordnet werden. Parallel zur Tunnelmittelebene verlaufende Gitterelemente werden entsprechend dem oberen Bereich zugeordnet, wenn diese im oberen Bereich liegen, und dem unteren Bereich zugeordnet, wenn diese im unteren Bereich liegen.
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Erfindungsgemäß ist die Anzahldichte, also die Anzahl von Gitterelementen pro Flächeneinheit, in der Aufsicht auf das Schutzgitter im unteren Bereich größer als im oberen Bereich und/oder das Schutzgitter weist im unteren Bereich eine dichtere Gitterstruktur als im oberen Bereich auf und/oder der untere Bereich weist eine größere Abdeckung durch die Gitterelemente als der obere Bereich auf. Im letztgenannten Fall bedeutet dies, dass im unteren Gitterbereich, definiert durch die gewählte Tunnelmittelebene, die optische Abdeckung des Tunneleinlaufs durch die Gitterelemente des am Tunneleinlaufs angeordneten Schutzgitters größer ist als im oberen Bereich.
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Vorteilhafterweise bewirkt die größere Anzahldichte der Gitterelemente im unteren Bereich beziehungsweise die dichtere Gitterstruktur im unteren Bereich beziehungsweise die größere Abdeckung im unteren Bereich, dass die Strömung von in den Tunneleinlauf, bevorzugt in den unteren Bereich des Tunneleinlaufs, insbesondere beim Betrieb des Querstrahlantriebes, eintretendem Wasser hydrodynamisch derart beeinflusst wird, dass die Strömung, insbesondere im unteren Tunnelbereich, schneller wieder an die, bevorzugt untere, Tunnelwand zum Anliegen kommt, beziehungsweise dass die im unteren Tunneleinlauf auftretenden Wirbelzonen auf einen kleineren räumlichen Bereich eingeschränkt werden. Hierdurch werden auch die Bereiche von Rückströmungen verkleinert und insbesondere stärker in der Nähe des Tunneleinlaufs konzentriert. Dies führt dazu, dass das Geschwindigkeitsfeld des einströmenden Wassers im Bereich des Propellers des Querstrahlantriebs gleichgerichtet bzw. harmonisiert wird, wodurch die Kraftstöße und Druckimpulse auf die Propellerblätter reduziert und abgeschwächt werden.
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Das Schutzgitter ist für Querstrahlantriebe, insbesondere Querstrahlsteueranlagen oder Querstrahlruder geeignet, wobei die Querstrahlantriebe Festpropeller, Verstellpropeller oder auch Rim-Thruster aufweisen können.
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Bevorzugt ist die Anzahldichte und/oder die Dichtheit der Gitterstruktur und/oder die Abdeckung durch die Gitterelemente im unteren Bereich so ausgebildet, dass kein Versperren des Tunneleinlaufs, insbesondere im unteren Bereich, stattfindet.
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Vorteilhafterweise wird durch diese Maßnahme eine Erhöhung der Kavitationsneigung am Propeller verhindert.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass im unteren Bereich mehr Gitterelemente als im oberen Bereich angeordnet sind.
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Ist beispielsweise in einer Aufsicht entlang der Längsachse des Tunnels, insbesondere in einer Aufsicht senkrecht zur Schiffsmittelebene das Schutzgitter ein im Wesentlichen rechtwinklig ausgebildetes Schutzgitter wobei das Schutzgitter Gitterelemente aufweist, welche senkrecht auf der Tunnelmittelebene stehen, und wobei das Schutzgitter Gitterelemente aufweist, welche parallel zur Tunnelmittelebene ausgerichtet sind, so sind im unteren Bereich gegenüber dem oberen Bereich bevorzugt zusätzliche parallel zur Tunnelmittelebene ausgerichtete Gitterelemente angeordnet. Die zusätzlichen Gitterelemente können dabei im Wesentlichen identisch zu den anderen Gitterelementen ausgebildet sein.
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Durch das Vorsehen zusätzlicher Gitterelemente im unteren Bereich, sodass im unteren Bereich mehr Gitterelemente als im oberen Bereich angeordnet sind, wird in den Tunneleinlauf einströmendes Wasser hydrodynamisch vorteilhaft beeinflusst, sodass insbesondere im Bereich der unteren Tunnelwand ein schnelleres Anliegen der gestörten Strömung an die Tunnelwand erfolgt, wodurch eine Gleichrichtung beziehungsweise Harmonisierung des Geschwindigkeitsfeldes im Bereich des Propellers erzielt wird.
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Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Gitterelement, insbesondere ein Gitterelement im unteren Bereich, ein Strömungsleitelement ist.
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Das als Strömungsleitelement ausgebildete Gitterelement kann dabei als ein zusätzliches Gitterelement betrachtet werden, welches die Anzahldichte und/oder die Abdeckung durch die Gitterelemente im unteren Bereich gegenüber dem oberen Bereich erhöht und/oder durch dessen Anordnung eine dichtere Gitterstruktur im unteren Bereich ausgebildet wird.
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Das als Strömungsleitelement ausgebildete Gitterelement beeinflusst das einströmende Wasser, insbesondere im Betrieb des Querstrahlantriebes, derart, dass die Wasserströmung, welche an diesem Gitterelement vorbeiströmt, schneller wieder an die Tunnelwand zum Anliegen kommt.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Strömungsleitelement in der Aufsicht in einem Winkel von 0° bis 60° zu einer Waagerechten ausgerichtet ist, und/oder dass mindestens ein Strömungsleitelement eine Strebe, eine Stange, eine Leiste, eine Platte und/oder eine Wabenanordnung ist.
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Die Tunnelmittelebene kann wie vorbeschrieben so gewählt werden, dass in ihr diejenige Wasserstromlinie liegt, welche bei einer Vorwärtsfahrt des Wasserfahrzeuges durch den Mittelpunkt des Tunneleinlaufs verläuft. Bewegt sich das Wasserfahrzeug nicht gegenüber dem umgebenden Wasser, kann die Tunnelmittelebene als horizontal ausgerichtete Ebene gewählt werden und somit einen Winkel von 0° zu einer Waagerechten beziehungsweise zu einer Horizontalebene aufweisen.
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Die Strömungsleitelemente sind dementsprechend in einem Winkel von 0° bis 60° zu einer Waagerechten ausgerichtet und verlaufen insbesondere zu der Tunnelmittelebene parallel. Ist die Tunnelmittelebene nicht verdreht gegenüber einer Waagerechten, schließt also die Tunnelmittelebene insbesondere einen Winkel von 0° mit der Waagerechten ein, so sind auch die Strömungsleitelemente parallel zu der Waagerechten beziehungsweise zu der Horizontalebene ausgerichtet.
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Das mindestens eine Strömungsleitelement kann eine Strebe, eine Stange, eine Leiste, eine Platte und/oder eine Wabenanordnung sein. Sind die weiteren Gitterelemente ebenfalls als Strebe, Stange, Leiste oder Platte oder Wabenanordnung ausgebildet, so ist das mindestens eine Strömungsleitelement identisch mit den weiteren Gitterelementen ausgebildet. Jedoch kann auch vorgesehen sein, dass die Gitterelemente als Strebe, Stange, Leiste oder Platte ausgebildet sind, während das mindestens eine Strömungsleitelement eine andere Form aufweist. Beispielsweise können die Gitterelemente als Streben ausgebildet sein, wohingegen das Strömungsleitelement als Platte ausgebildet ist.
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Besonders bevorzugt ist mindestens ein Strömungsleitelement in Form einer Wabenanordnung ausgebildet, wobei die Wabenanordnung im unteren Bereich des von der Tunnelmittelebene unterteilten Schutzgitters angeordnet ist. Eine Wabenanordnung kann durch im Querschnitt polygonale, insbesondere sechseckige Röhren, ausgebildet sein. Die Röhren sind bevorzugt im am Tunneleinlauf angeordneten Zustand des Schutzgitters in Richtung der Längsachse des Tunnels ausgerichtet und ragen somit vom Schutzgitterelement über eine vorgegebene Länge in den Tunnel hinein. Die Wabenanordnung kann jedoch auch aus anders geformten Röhren gebildet sein. Insbesondere sind runde Röhren oder viereckige Röhren für die Ausgestaltung der Wabenanordnung denkbar.
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Die die Wabenanordnung bildenden Kanäle oder Röhren des wabenanordnungsförmigen Strömungsleitelementes unterteilen im am Tunneleinlauf angeordneten Zustand des Schutzgitters den Tunneleinlauf in voneinander getrennte Strömungskanäle mit im Vergleich zum Tunnel geringen Querschnitt. Insbesondere im unteren Bereich des Schutzgitters bzw. des Tunneleinlaufs einströmendes Wasser wird somit durch die Wabenanordnung räumlich begrenzt, sodass sich nur kleine Wirbelzonen ausbilden können und sodass diese Wirbelzonen insbesondere auf den Bereich der Wabenanordnung und somit auf den Bereich des Tunneleinlaufs konzentriert werden. Dies führt zu einer Gleichrichtung bzw. Harmonisierung des einströmenden Wassers insbesondere im Bereich des Propellers des Querstrahlantriebes.
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In bestimmten Unterbereichen des oberen Bereichs des Schutzgitters kann auch eine höhere Anzahldichte beziehungsweise eine dichtere Gitterstruktur beziehungsweise eine größere Abdeckung durch die Gitterelemente als in anderen Unterbereichen des oberen Bereiches vorliegen. Maßgeblich ist lediglich, dass bei einer Betrachtung über den gesamten oberen Bereich eine geringere Anzahldichte, und/oder eine aufgelöstere beziehungsweise weniger dichte Gitterstruktur, und/oder eine geringere Abdeckung durch die Gitterelemente im Vergleich zur über den gesamten unteren Bereich betrachteten Anzahldichte, Gitterstruktur oder Abdeckung vorliegt.
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Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Anzahldichte, die Dichte der Gitterstruktur beziehungsweise die Abdeckung oder der prozentuale Abdeckungsanteil im unteren Bereich abschnittsweise variiert, das heißt, dass im unteren Bereich keine homogene Anzahldichte, keine homogene Dichtheit der Gitterstruktur beziehungsweise keine homogene prozentuale Abdeckung vorliegt, sondern dass bestimmte Unterbereiche des unteren Bereichs eine höhere Anzahldichte beziehungsweise eine dichtere Gitterstruktur beziehungsweise größere Abdeckung beziehungsweise mehr Gitterelemente aufweisen als andere Unterbereiche des unteren Bereiches.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass ein erster Unterbereich des unteren Bereichs eine größere Anzahldichte beziehungsweise eine dichtere Gitterstruktur beziehungsweise eine größeren Abdeckung durch die Gitterelemente als andere Unterbereiche des unteren Bereichs aufweist, wobei der erste Unterbereich mindestens die unteren 10 %, bevorzugt die unteren 20 %, besonders bevorzugt die unteren 50 %, weiter bevorzugt die unteren 70 %, insbesondere bevorzugt 100 %, des unteren Bereiches ausmacht. Mit anderen Worten, vom unteren Rand des Tunneleinlaufs bzw. des Schutzgitters gesehen, kann vorgesehen sein, dass nur die unteren 10 %, bzw. 20 %, 50 %, 70 % oder 100 %, des unteren Bereichs eine höhere Anzahldichte beziehungsweise eine dichtere Gitterstruktur beziehungsweise eine größeren Abdeckung durch die Gitterelemente aufweisen, sodass die erhöhte Anzahldichte, und/oder die dichtere Gitterstruktur und/oder die größere Abdeckung im am Tunneleinlauf angeordneten Zustand des Schutzgitters auf den unteren Tunneleinlauf beziehungsweise auf den am unteren Tunneleinlauf angeordneten Schutzgitterabschnitt beschränkt ist.
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Insbesondere in dem Fall, in dem das Strömungsleitelement als Wabenanordnung ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass die Wabenanordnung in der unteren Hälfte beziehungsweise in den unteren 50 % des unteren Bereiches angeordnet ist und somit in den unteren 25 % des Durchmessers des gesamten Schutzgitters angeordnet ist. Das insbesondere wabenförmig ausgebildete Strömungsleitelement kann jedoch auch mehr oder weniger als 50 % des unteren Bereiches beziehungsweise mehr oder weniger als 25 % des Gesamtbereiches des Tunneleinlaufs abdecken.
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Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Strömungsleitelement dazu ausgebildet und derart angeordnet und/oder ausgerichtet ist, im am Tunneleinlauf angeordneten Zustand, insbesondere im Betrieb des Querstrahlantriebes, ein Geschwindigkeitsfeld von einströmendem Wasser im Tunnel gleichzurichten und/oder Wirbelzonen im Tunnel, insbesondere an einer, bevorzugt unteren, Tunnelwand, zu verkleinern und/oder Wirbelablösungen von einer Tunnelwand zu unterdrücken.
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Ein derartig ausgebildetes Schutzgitter bewirkt eine Gleichrichtung beziehungsweise eine Harmonisierung des Geschwindigkeitsfeldes des einströmenden Wassers, insbesondere im Bereich des Propellers, und unterdrückt somit Vibrationen und Kraftstöße beziehungsweise Biegemomente auf den Propeller.
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Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Strömungsleitelement eine größere und/oder kleinere Länge und/oder Breite und/oder Tiefe als mindestens ein Gitterelement aufweist.
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Sind beispielsweise die Gitterelemente als Platten ausgebildet, welche eine Breite, eine Höhe und eine Tiefe aufweisen, so kann das mindestens eine Strömungsleitelement ebenfalls als Platte ausgebildet sein, welche jedoch eine größere Breite und/oder eine größere Höhe und/oder eine größere Tiefe aufweist. Insbesondere bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das mindestens eine Strömungsleitelement eine größere Tiefe aufweist als mindestens eines der weiteren Gitterelemente, wobei die Tiefe in Richtung der Längsachse des Tunnels im am Tunneleinlauf angeordneten Zustand des Schutzgitters gemessen wird.
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Mit anderen Worten können die Gitterelemente beispielsweise als plattenförmige Streben ausgebildet sein, wobei die, insbesondere zusätzlich vorgesehenen, Strömungsleitelemente ebenfalls als Platten ausgebildet sind, welche jedoch eine größere Höhe, eine größere Breite oder eine größere Tiefe aufweisen.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Strömungsleitelement, bevorzugt alle Strömungsleitelemente, die gleichen Abmessungen, bevorzugt die gleiche Höhe und/oder Breite und/oder Tiefe, und/oder die gleiche Form, insbesondere die gleiche Profilform, wie mindestens ein Gitterelement, bevorzugt wie alle Gitterelemente, aufweist. Jedoch kann das mindestens eine Strömungsleitelement, bevorzugt alle Strömungsleitelemente, auch andere Abmessungen und/oder eine andere Form wie mindestens eine Gitterelement aufweisen.
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Bevorzugt sind mindestens zwei Strömungsleitelemente vorgesehen, wobei die mindestens zwei Strömungsleitelemente, bevorzugt alle Strömungsleitelemente, die gleichen Abmessungen, insbesondere die gleiche Höhe und/oder Breite und/oder Tiefe, und/oder die gleiche Form, insbesondere die gleiche Profilform, aufweisen.
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Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass mindestens ein Strömungsleitelement, bevorzugt alle Strömungsleitelemente, das gleiche Material, insbesondere ein Metall oder ein Kunststoff, umfasst oder aus dem gleichen Material, insbesondere aus einem Metall oder einem Kunststoff, wie mindestens ein Gitterelement, bevorzugt wie alle Gitterelemente, besteht.
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Dadurch, dass mit Vorteil mindestens ein oder alle Strömungsleitelemente die gleichen Abmessungen aufweist oder aufweisen und/oder aus dem gleichen Material bestehen wie mindestens ein Gitterelement, können die Strömungsleitelemente kostengünstig im Wesentlichen identisch zu den Gitterelemente hergestellt werden.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass mindestens ein Strömungsleitelement, bevorzugt alle Strömungsleitelemente, ein Profilelement ist oder sind, wobei das Profilelement bevorzugt ein abgewinkeltes Element, insbesondere ein abgewinkeltes Blech, ist, wobei besonders bevorzugt ein Winkel zwischen einem ersten Abschnitt des abgewinkelten Elements und einem zweiten Abschnitt des abgewinkelten Elements zwischen 90° und 170°, besonders bevorzugt zwischen 100° und 160°, ganz besonders bevorzugt zwischen 120° und 140°, beträgt.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Strömungsleitelement eine Flügelprofilform aufweist und/oder dass mindestens ein Strömungsleitelement einen Anstellwinkel aufweist.
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Weist das Strömungsleitelement eine Flügelprofilform mit einer Saug- und einer Druckseite auf, und ist das Strömungsleitelement insbesondere in einem unteren Unterbereich des unteren Bereiches bezüglich der Tunnelmittelebene angeordnet, so kann mit der Flügelprofilform die Strömung des eingesaugten Wassers, insbesondere im unteren Tunnelbereich oder im unteren Tunneleinlauf, derart vorteilhaft beeinflusst werden, dass die schnelle Strömung über eine kurze Strecke schnell wieder zum Anliegen an die Tunnelwand kommt und somit Wirbelzonen und Zonen der Ablösung von Wirbeln auf einen kleineren Bereich, insbesondere in der Nähre des Tunneleinlaufs, begrenzt werden.
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Das Strömungsleitelement kann einen Anstellwinkel bezüglich der Tunnelmittelebene aufweisen. Ein derart angestelltes Strömungsleitelement kann eine Flügelprofilform aufweisen oder auch anders ausgebildet sein. Durch den Anstellwinkel kann die Strömung des in den Tunneleinlauf eingesaugten Wasser verbessert werden.
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Bevorzugt kann der Anstellwinkel zwischen 0° und 10°, besonders bevorzugt bei circa 5° liegen.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Schutzgitter für einen Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs eines Wasserfahrzeugs umfassend Gitterelemente, wobei das Schutzgitter mindestens ein Strömungsleitelement aufweist, wobei das mindestens eine Strömungsleitelement dazu ausgebildet und derart angeordnet und/oder ausgerichtet ist, um im am Tunneleinlauf angeordneten Zustand des Schutzgitters, insbesondere im Betrieb des Querstrahlantriebes, ein Geschwindigkeitsfeld von einströmendem Wasser im Tunnel gleichzurichten und/oder Wirbelzonen im Tunnel, insbesondere an einer, bevorzugt unteren, Tunnelwand, zu verkleinern und/oder Wirbelablösungen von einer Tunnelwand zu unterdrücken. Ein derartiges Schutzgitter kann zudem sämtliche vorbeschriebenen Merkmale aufweisen.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines Tunneleinlaufs eines Tunnels eines Querstrahlantriebes eines Wasserfahrzeugs, wobei der Tunnel bezüglich einer Tunnelmittelebene, wobei die Tunnelmittelebene einen Winkel von 0° bis 60° zu einer Waagerechten aufweist, einen oberen Bereich und einen unteren Bereich aufweist, wobei im unteren Bereich eine Einlaufausnehmung angeordnet ist. Die Einlaufausnehmung ist bevorzugt als Einlaufmulde ausgebildet.
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Die Einlaufausnehmung ist bevorzugt derart ausgebildet, dass der Übergang zwischen der Schiffsaußenwand, insbesondere der unterhalb des Tunneleinlaufs liegenden Schiffsaußenwand, und der Tunnelinnenwand, insbesondere der unteren Tunnelwand strömungsgünstiger geformt ist, wobei der Übergang insbesondere abgerundet oder geglättet wird. Beispielsweise kann die Einlaufausnehmung im Wesentlichen in Form eines Trichters oder eines Teils eines Trichters ausgebildet sein, wobei die Trichterform konisch und/oder teilkonisch sein kann. Mit anderen Worten wird der Übergang zwischen der Schiffsaußenwand und der Tunnelinnenwand, insbesondere in der unteren Tunnelwand, nicht mehr durch einen einzigen spitzen Winkel, nämlich dem Schnittwinkel zwischen der Tunnelinnenwand und der Tunnelaußenwand definiert, sondern über mindestens zwei Winkel geglättet, wobei der erste Winkel zwischen der Einlaufausnehmung und der Schiffsrumpfaußenwand liegt, und wobei der zweite Winkel zwischen der Einlaufausnehmung und der Tunnelinnenwand beziehungsweise der unteren Tunnelwand liegt. Dieser Übergang kann jedoch auch abgerundet ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass durch die Abrundung beziehungsweise durch die Aufweitung des Tunneleinlaufdurchmessers im unteren Bereich ein günstigeres Strömungsbild erzeugt wird, sodass weniger Wirbel und Wirbelablösezonen im Bereich der unteren Tunnelwand auftreten, was zu einer Gleichrichtung beziehungsweise zu einer Harmonisierung des Geschwindigkeitsfeldes des einlaufenden Wassers insbesondere am Propeller führt.
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In einer senkrechten Schnittebene durch den Tunnel durch die Mittel- oder Längsachse des Tunnels weist die Einlaufausnehmung bevorzugt ein rampenförmiges, insbesondere geradliniges Profil und/oder ein konkav oder konvex gewölbtes Profil auf. Die Einlaufausnehmung kann bevorzugt als Schnitt einer ebenen oder konkav oder konvex gewölbten Fläche, wie beispielsweise ein Trichter oder eine mulden- oder schalenförmige Fläche mit der Schiffsaußenwand und/oder der Tunnelwand, insbesondere im durch die Tunnelmittelebene definierten unteren Bereich, beschrieben werden. Zudem kann die Einlaufausnehmung Teil der Schiffsaußenwand und/oder der Tunnelwand, insbesondere der unteren Tunnelwand, sein.
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Bevorzugt kann die Einlaufausnehmung derart ausgebildet sein, dass ein Durchmesser des Tunneleinlaufs nach außen kontinuierlich vergrößert wird.
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Weiter bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Tunneleinlauf einen in Richtung der Längsachse des Tunnels gesehenen Abschnitt der Länge L1 aufweist, in welchem sich ein Durchmesser des Tunneleinlaufs nach außen kontinuierlich vergrößert, wobei die Einlaufausnehmung in Richtung der Längsachse des Tunnels gesehen eine Länge L2 aufweist, und wobei die Länge L2 größer als die Länge L1 ist.
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Neben der Einlaufausnehmung kann somit vorgesehen sein, dass sich der Tunneleinlauf insbesondere über den gesamten Umfang gesehen trichterförmig aufweitet. Die konische oder trichterförmige Aufweitung des Tunneleinlaufs ist dabei auf eine Länge L1 in Richtung der Längsachse des Tunnels gesehen beschränkt. Die Einlaufausnehmung im unteren Bereich des Tunneleinlaufs erstreckt sich hingegen weiter in Richtung der Längsachse über die Länge L2 in den Tunnel hinein.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe liegt in der Bereitstellung eines Tunnels eines Querstrahlantriebes eines Wasserfahrzeuges umfassend ein vorbeschriebenes Schutzgitter und/oder umfassend einen vorbeschriebenen Tunneleinlauf.
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Der Tunnel kann somit entweder ein vorbeschriebenes Schutzgitter oder einen vorbeschrieben Tunneleinlauf oder eine Kombination eines vorbeschriebenes Schutzgitters und eines vorgeschriebenen Tunneleinlaufes aufweisen. Dabei können der untere Bereich hinsichtlich der Einlaufausnehmung und der untere Bereich hinsichtlich des Schutzgitters bezüglich der gleichen Tunnelmittelebene definiert werden oder aber auch bezüglich unterschiedlicher Tunnelmittelebenen definiert werden.
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Eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Lösung betrifft ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Schiff mit einem Querstrahlantrieb umfassend einen Tunnel, ein Schutzgitter und/oder einen Tunneleinlauf nach einer der vorbeschriebenen Ausführungsformen. Dabei kann die Ausgestaltung des Tunneleinlaufs beziehungsweise des Schutzgitters an dem Tunneleinlauf auf der Backbordseite anders als auf der Steuerbordseite sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachstehend an den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Aufsicht auf einen Bug eines Schiffs mit einem Querstrahlantrieb,
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2 eine Seitenansicht auf einen Bug eines Schiffs mit einem Querstrahlantrieb,
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3 eine Frontalansicht auf einen Bug eines Schiffs mit einem Querstrahlantrieb,
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4 eine weitere Seitenansicht auf einen Bug eines Schiffs mit einem Querstrahlantrieb,
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5a eine Ansicht eines bekannten Schutzgitters in Richtung einer Längsachse eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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5b eine Seitenansicht eines bekannten Schutzgitters in einem Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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5c eine Seitenansicht eines bekannten Schutzgitters in einem Tunneleinlauf mit einer Darstellung eines Geschwindigkeitsfelds,
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6a eine Ansicht in Richtung einer Längsachse eines Tunnels eines Querstrahlantriebs auf ein Schutzgitter mit Strömungsleitelement,
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6b eine Seitenansicht eines Schutzgitters mit Strömungsleitelement in einem Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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6c eine Seitenansicht eines Schutzgitters mit Strömungsleitelement in einem Tunneleinlauf mit einer Darstellung eines Geschwindigkeitsfelds,
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6d eine Seitenansicht eines Schutzgitters mit Strömungsleitelement in einem Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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7a eine Ansicht in Richtung einer Längsachse eines Tunnels eines Querstrahlantriebs auf ein Schutzgitter mit angestelltem Strömungsleitelement,
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7b eine Seitenansicht eines Schutzgitters mit angestelltem Strömungsleitelement in einem Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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8a eine Ansicht in Richtung einer Längsachse eines Tunnels eines Querstrahlantriebs auf ein Schutzgitter mit Strömungsleitelement mit Flügelprofil,
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8b eine Seitenansicht eines Schutzgitters mit Strömungsleitelement mit Flügelprofil in einem Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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8c eine Seitenansicht eines Schutzgitters mit einem Strömungsleitelement in Form eines abgewinkelten Elements in einem Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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9a eine Ansicht in Richtung einer Längsachse eines Tunnels eines Querstrahlantriebs auf ein Schutzgitter mit Wabenanordnung,
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9b eine Seitenansicht eines Schutzgitters mit Wabenanordnung in einem Tunneleinlauf eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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10a eine Ansicht eines Tunneleinlaufs mit Einlaufausnehmung in Richtung einer Längsachse eines Tunnels eines Querstrahlantriebs,
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10b eine Seitenansicht eines Tunneleinlaufs mit Einlaufausnehmung,
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10c eine Seitenansicht eines Tunneleinlaufs mit einer weiteren Einlaufausnehmung,
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11 ein Schutzgitter mit ringförmigen Gitterelement, und
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12 ein Rumpf eines Schiffes mit Schutzgittern für Tunneleinläufe von Querstrahlantrieben.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein Schutzgitter 100 an einem Tunneleinlauf 10 eines Tunnels 11 eines Querstrahlantriebes 12 eines Schiffes 13. Der Bug 14 des Schiffes 13 ist in einer Aufsicht dargestellt. Der Tunnel 11 des Querstrahlantriebs 12 verläuft senkrecht zu einer Schiffsmittelebene 15. Dies bedeutet, dass eine Längsachse 16 des Tunnels 11 rechtwinklig zur Schiffsmittelebene 15 steht.
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2 zeigt eine Seitenansicht eines Bugs 14 eines Schiffes 13. Ein Schutzgitter 100 ist am Tunneleinlauf 10 eines Querstrahlantriebes 12 angeordnet.
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3 zeigt in einer Frontalansicht den Bug 14 des Schiffes 13 und den im Bug 14 angeordneten Tunnel 11 des Querstrahlantriebes 12. Die Schutzgitter 100 sind an den Tunneleinläufen 10 angeordnet. Aus den 1 und 3 ist ersichtlich, dass der Tunneleinlauf 10 und das Schuttgitter 100 zur Schiffsmittelebene 15 geneigt sind, wobei die Neigung durch einen Wasserlinienwinkel 17 und einen Spantwinkel 18 beschrieben werden können. Bei einem in etwa kreisförmigen Tunnel 11 führt dies dazu, dass das Schutzgitter 100 in etwa oval oder elliptisch geformt sein muss, um am Tunneleinlauf 10 angeordnet werden zu können.
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In der in 2 gezeigten Aufsicht in Richtung der Längsachse 16 des Tunnels 11 und senkrecht zur Schiffsmittelebene 15 ist das Schutzgitter 100 jedoch aufgrund der perspektivischen Projektion ebenfalls in etwa kreisförmig geformt.
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In 2 ist zudem dargestellt, dass Wasserstromlinien 19, also jene gedachten Linien, welche das Strömungsfeld des am Bug 14 vorbeiströmenden Wassers beschreiben, bedingt durch den Wasserlinienwinkel 17 und den Spantwinkel 18 nicht parallel zu einer Waagerechten 20 oder Horizontalebene 21 verlaufen, sondern bezüglich dieser Waagerechten 20 in einem Winkel von, in der 2 übertrieben dargestellt, etwa 10° schräg nach unten verlaufen. Entsprechend ist das Schutzgitter 100 auf der in 2 dargestellten Backbordseite des Schiffs 13 um ebenfalls in etwa 10° im Uhrzeigersinn verdreht. Eine durch den Mittelpunkt 22 des Tunneleinlaufs 10 verlaufende Wasserstromlinie 23 definiert eine Tunnelmittelebene 24, welche den Tunneleinlauf 10 in der Aufsicht entlang der Längsachse 16 des Tunnels 11 und somit auch das am Tunneleinlauf 10 angeordnete Schutzgitter 100 in einen oberen Bereich 25 und einen unteren Bereich 26 unterteilt. Zum Vergleich ist in 4 ein Schiffsrumpf 13 mit einem Schutzgitter 100 an einem Tunneleinlauf 10 gezeigt, wobei die Tunnelmittelebene 27 parallel zur Waagerechten 20 beziehungsweise zur Horizontalebene 21 verläuft. Sowohl die Tunnelmittelebene 24 als auch die Tunnelmittelebene 27 unterteilen den Tunneleinlauf 10 beziehungsweise das Schutzgitter 100 in einen oberen Bereich 25 und einen unteren Bereich 26.
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In den 5a bis 10c ist die Tunnelmittelebene 24, 27 unabhängig von ihrer Ausrichtung bezüglich der Waagerechten 20 beziehungsweise der Horizontalebene 21 stets waagerecht gezeigt.
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5a und 5b zeigen ein bekanntes Schutzgitter 100 für einen Tunneleinlauf 10 in einem am Tunneleinlauf 10 angeordneten Zustand. 5a gibt die Aufsicht in Richtung der Längsachse 16 des Tunnels 11 wieder. 5b zeigt eine Seitenansicht des Schutzgitters und des Tunnels 11. Die Tunnelmittelebene 28 ist in den 5a und 5b waagerecht eingezeichnet, und entspricht je nach Ausrichtung des Schutzgitters wie in den 2 und 4 gezeigt, entweder der um 10° angestellten Tunnelmittelebene 24 (3) oder der waagerechten Tunnelmittelebene 27 (4). Bei dem bekannten Schutzgitter 100 sind bezüglich der Tunnelmittelebene 28 senkrecht angeordnete Gitterelemente 29 und parallel zur Tunnelmittelebene 28 angeordnete waagerechte Gitterelemente 30 vorgesehen. Die Gitterelemente 29, 30 sind aber dabei als Streben 31 ausgebildet. Die Tunnelmittelebene 28 unterteilt die senkrechten Streben 29 in einen ersten Teilbereich 32 im oberen Bereich 25 und in einen zweiten Teilbereich 33 im unteren Bereich 26. Aus der 5a ist ersichtlich, dass sich im oberen Bereich 25 und im unteren Bereich 26 somit gleich viele Gitterelemente 29, 30 befinden beziehungsweise dass die Anzahldichte der Gitterelemente 29, 30 im oberen Bereich 25 gleich der Anzahldichte der Gitterelemente 29, 30 im unteren Bereich 26 ist beziehungsweise dass die prozentuale optische Abdeckung des Tunneleinlaufs 10 durch die Gitterelemente 29, 30 im oberen Bereich 25 gleich der prozentualen optischen Abdeckung im unteren Bereich 26 ist. In der Seitenansicht der 5b erkennbar, dass das Schutzgitter aufgrund des Spantwinkels 18 gegenüber der Schiffsmittelebene 15 geneigt ist.
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In 5c ist noch einmal eine Seitenansicht des bekannten Schutzgitters 100 aus der 5b gezeigt. Zusätzlich sind Strömungslinien 34 des im Betrieb des Querstrahlantriebs 12 in den Tunneleinlauf 10 beziehungsweise den Tunnel 11 eingesaugten Wassers dargestellt. Aufgrund des spitzwinkeligen Übergangs 35 zwischen der Schiffsaußenwand 36 und der unteren Tunnelwand 37 des Tunnels 11 bilden sich im Bereich der unteren Tunnelwand 37 Wirbelzonen 38. Diese führen zu einer teilweisen Rückströmung des Wassers im Bereich der unteren Tunnelwand 37. Hieraus ergibt sich im Bereich des Propellers 39 des Querstrahlantriebs 12 das in der 5c dargestellte Geschwindigkeitsfeld 40 des einströmenden Wassers im Tunnel 11. Im hinsichtlich der Tunnelmittelebene 28 oberen Bereich 41 des Tunnels 11 liegt ein im Wesentlichen homogenes Geschwindigkeitsfeld 40 vor. Im unteren Bereich 42 des Tunnels 11 führen die Wirbelzonen 38 zu einem unausgewogenen Geschwindigkeitsfeld 40, welches Übergeschwindigkeiten 43 in der Nähe der Tunnelmittelebene 28 und Untergeschwindigkeiten 44 im Bereich der unteren Tunnelwand 37 aufweist. Hierdurch kommt es zu Kraftstößen und Druckimpulsen auf den Propeller 39 des Querstrahlantriebs 12.
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In den 6a und 6b ist ein Schutzgitter 100 für einen Tunneleinlauf 10 eines Tunnels 11 eines Querstrahlantriebes 12 eines Wasserfahrzeuges dargestellt, wobei das Schutzgitter 100 im an Tunneleinlauf 10 angeordnetem Zustand in einer Aufsicht entlang einer Längsachse 16 des Tunnels 11 beziehungsweise senkrecht zur Schiffsmittelebene 15 gezeichnet ist. Im unteren Bereich 26 des Schutzgitters 100 sind parallel zur Tunnelmittelebene 28 ausgerichtete Gitterelemente 30 gezeigt. Im Vergleich zum bekannten Schutzgitter 100 der 5a bis 5c sind jedoch mehr waagerechte Gitterelemente 30 im unteren Bereich 26 als im oberen Bereich 25 vorgesehen, sodass sich im unteren Bereich 26 eine größere Anzahldichte von Gitterelementen 29, 30 und/oder eine dichtere Gitterstruktur und/oder eine größere optische Abdeckung durch die Gitterelemente 29, 30 als im oberen Bereich 25 ergibt. In der Seitenansicht des Tunnels in 6b ist zu erkennen, dass zwei der Gitterelemente 30 als Strömungsleitelement 45 ausgebildet sind. Die Strömungsleitelemente 45 sind dabei als Platten 46 ausgebildet. Die Strömungsleitelemente 45 unterscheiden sich von den weiteren Gitterelementen 30 im oberen Bereich 25 und im unteren Bereich 26 dadurch, dass sie eine größere Höhe 47 und eine größere Tiefe 48 als die waagerechten Gitterelemente 30 aufweisen und insbesondere in Richtung der Längsachse 16 des Tunnels 11 weiter in den Tunnel 11 hineinreichen.
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In den 6a und 6b sind zwei zusätzliche Strömungsleitelemente 45 dargestellt, jedoch können auch mehr als zwei Strömungsleitelemente 45 vorgesehen sein. Auch ist es grundsätzlich möglich, dass sich auch im oberen Bereich 25 des Schutzgitters 100 bezüglich der Tunnelmittelebene 28 weitere Strömungsleitelemente 45 befinden, solange sichergestellt ist, dass die Anzahldichte beziehungsweise die Gitterstruktur im unteren Bereich 26 dichter ist als im oberen Bereich 25 beziehungsweise dass im unteren Bereich 26 eine größere optische Abdeckung durch die Gitterelemente 30 vorliegt.
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Die Wirkung der größeren Anzahldichte der Gitterelemente 30 durch die Anordnung zusätzlicher als Strömungsleitelemente 45 ausgebildete Gitterelemente 30 im unteren Bereich 26 im Vergleich zum oberen Bereich 25 ist in der 6c dargestellt. Die Strömungsleitelemente 45 bewirken, dass die vom Übergang 35 beschleunigte Strömung 49 schneller wieder an der unteren Tunnelwand 37 zur Anlage kommt. Hierdurch werden die Wirbelzonen 38 und Ablösezonen an der unteren Tunnelwand 37 örtlich und insbesondere auf einen Bereich in der Nähe des Schutzgitters 100 begrenzt. Dies führt zu einer Homogenisierung beziehungsweise Gleichrichtung des Geschwindigkeitsfeldes 40 des einströmenden Wassers im Bereich des Propellers 39 des Querstrahlantriebs 12. Das Geschwindigkeitsfeld 40 ist in der 6c in der Seitenansicht des Tunnels 11 dargestellt und weist über die gesamte Höhe ein in etwa konstantes oder gleich gerichtetes beziehungsweise harmonisiertes Geschwindigkeitsbild auf.
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Das in 6d dargestellte Schutzgitter 100 unterscheidet sich von dem in den 6a und 6b dargestellten Schutzgitter 100 lediglich darin, dass die Strömungsleitelemente 45 identisch zu den weiteren Gitterelementen 30 ausgebildet sind. Insbesondere weisen die Strömungsleitelemente 45 der 6d eine gleiche Höhe 47 und eine gleiche Tiefe 48 wie die weiteren Gitterelemente 30 auf. Wie schon bei der Ausführungsform der 6a und 6b sind somit im unteren Bereich 26 im Vergleich zum oberen Bereich 25 zusätzliche Strömungsleitelemente 45 angeordnet sodass die Anzahldichte bzw. die Gitterstruktur im unteren Bereich 26 dichter ist als im oberen Bereich 25 bzw. so das im unteren Bereich 26 eine größere optische Abdeckung durch die Gitterelemente 30, insbesondere durch die Strömungsleitelemente 45, vorliegt.
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In den 7a und 7b ist eine weitere Ausgestaltung eines Schutzgitters 100 mit einer größeren Anzahldichte von Gitterelementen 30 beziehungsweise mit einer größeren optischen Abdeckung durch die Gitterelemente 30 im unteren Bereich 26 als im oberen Bereich 25 gezeigt. Zusätzlich zu einem parallel zur Tunnelmittelebene 28 angeordneten bekannten Gitterelement 30 ist ein plattenförmig ausgebildetes Strömungsleitelement 45 angeordnet. Das plattenförmige Strömungsleitelement 45 weist eine größere Höhe 47 und Tiefe 48 als das andere Gitterelement 30 im unteren Bereich 26 auf. Zusätzlich ist das Strömungsleitelement 45 mit einem Anstellwinkel 50 relativ zur Tunnelmittelebene 28 angeordnet. Durch das Vorsehen des Anstellwinkels 50 wird die hydrodynamische Wirkung des Strömungsleitelements 45 verstärkt, sodass in den Tunneleinlauf 10 einströmendes Wasser schneller wieder an der unteren Tunnelwand 37 zur Anlage. Dies führt zu einer Homogenisierung des Geschwindigkeitsfeldes 40 des einströmenden Wassers insbesondere im Bereich des Propellers 39 des Querstrahlantriebs 12.
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Eine weitere Ausgestaltung eines Schutzgitters 100 ist in den 8a und 8b gezeigt. Dort ist ein Strömungsleitelement 45 mit einem Flügelprofil 51 im unteren Bereich 26 des Schutzgitters 100 angeordnet. Zudem weist das Flügelprofil 51 beziehungsweise das Strömungsleitelement 45 einen Anstellwinkel 50 mit der Tunnelmittelebene 28 auf.
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In 8c ist gegenüber der 8b anstelle eines Strömungsleitelements 45 mit einem Flügelprofil 51 ein Strömungsleitelement 45 in Form eines abgewinkelten Elements 62 vorgesehen. Das abgewinkelte Element 62 weist einen ersten Abschnitt 63 und einen zweiten Abschnitt 64 auf. Der Winkel 65 zwischen dem ersten Abschnitt 63 und dem zweiten Abschnitt 64 beträgt zwischen 100° und 160°.
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In den 9a und 9b ist eine weitere Ausgestaltung eines Schutzgitters 100 dargestellt, wobei im unteren Bereich 26 ein Strömungsleitelement 45 angeordnet ist, welches als Wabenanordnung 52 ausgebildet ist. Die Wabenanordnung 52 ist auf einen unteren Abschnitt 53 im unteren Bereich 26 des Schutzgitters 100 beschränkt. Die Wabenanordnung 52 besteht aus polygonalen, insbesondere sechseckigen Kanälen 54, welche in Richtung der Längsachse 16 des Tunnels 11 eine größere Ausdehnung als die Gitterelemente 29, 30 des Schutzgitters 100 aufweisen. Die Wabenanordnung 52 beziehungsweise die die Wabenanordnung 52 bildenden Kanäle 54 begrenzen das einströmenden Wasser im unteren Bereich 26 des Schutzgitters 100 und sorgen somit für eine Begrenzung der Wirbelzonen 38 auf einen Bereich in der Nähe des Schutzgitters 100. Weiter ist in der Seitenansicht der 9b zu erkennen, dass der Tunneleinlauf 10 sich trichterförmig in Richtung der Schiffsaußenwand 36 aufweitet. Die unteren Kanäle 54 der Wabenanordnung 52 sind dabei an diese Aufweitung angepasst und weisen ebenfalls einen kurzen trichterförmigen Abschnitt 55 auf.
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In den 9a und 9b ist gezeigt, dass die Wabenanordnung 52 in dem unteren Abschnitt 53 in etwa die untere Hälfte des unteren Bereichs 26 abdeckt. Jedoch kann die Wabenanordnung 52 auch deutlich höher ausgebildet sein und insbesondere den gesamten unteren Bereich 26 abdecken beziehungsweise zumindest teilweise in den oberen Bereich 25 fortgeführt werden, solange sichergestellt ist, dass die Anzahldichte der Gitterelemente 29, 30 bzw. Strömungsleitelemente 45 beziehungsweise die Gitterstruktur im unteren Bereich 26 dichter als im oberen Bereich 25 ist, beziehungsweise dass der untere Bereich 26 eine größere Abdeckung durch die Gitterelemente 29, 30 und Strömungsleitelemente 45 als im oberen Bereich 25 aufweist.
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In den 10a und 10b ist ein Tunneleinlauf 10 mit einem bekannten Schutzgitter 100 sowie mit einer Einlaufausnehmung 56 gezeigt, wobei die Einlaufausnehmung 56 im unteren Bereich 26 bezüglich der Tunnelmittelebene 28 angeordnet ist. Die Einlaufausnehmung 56 ist ein in etwa konischer oder teilkonischer Bereich 57, der sich über eine Länge L2 in Richtung der Längsachse 16 des Tunnels 11 erstreckt. Der Tunneleinlauf 10 weist eine trichterförmige Erweiterung 58 im Bereich der Schiffsaußenwand 36 auf. Durch die Einlaufausnehmung 56 wird der Übergang 35 zwischen der Schiffsaußenwand 36 und der unteren Tunnelwand 37 gleichförmiger und weniger spitzwinklig ausgestaltet. Die trichterförmige Erweiterung 58 ist über eine Länge L1 ausgebildet, wobei die Länge L1 kürzer als die Länge L2 ist.
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In der Aufsicht auf das Schutzgitter 100 nach der 10a ist die Einlaufausnehmung im unteren Bereich 26 bezüglich der Tunnelmittelebene 28 angeordnet. Die Einlaufausnehmung 56 sorgt dabei für eine kontinuierliche Vergrößerung des Durchmessers des Tunneleinlaufes 10 nach außen zur Schiffsaußenwand 36, wobei die Vergrößerung des Durchmessers des Tunneleinlaufs 10 durch die Einlaufausnehmung 56 im unteren Bereich 26 erzielt wird.
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Die in 10c gezeigte Einlaufausnehmung 56 befindet sich ebenfalls im unteren Bereich 26 des Schutzgitters 100 bzw. des Tunneleinlaufs 10, weist jedoch im Gegensatz zur Einlaufausnehmung 56 der 10a und 10b anstatt eines teilkonischen Bereichs 57 einen abgerundeten Übergangsbereich 59 zwischen Schiffsaußenwand 36 und unterer Tunnelwand 37 auf.
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In dem Schutzgitter 100 der 11 ist ein Gitterelement als ringförmiges Gitterelement 60 ausgebildet ist. An das ringförmige Gitterelement 60 schließt sich ein ebenfalls ringförmiges Plattenelement 61 an. Im unteren Bereich 26 des Schutzgitters 100 wirkt das ringförmige Gitterelement 60 und/oder das plattenförmige Ringelement 61 als Strömungsleitelement 45.
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In der 12 ist ein Bug 13 eines Schiffes 14 dargestellt mit zwei Tunneln 11 von jeweils einem Querstrahlantrieb 12. Vor jedem Tunneleinlauf 10 der Tunnel 11 sind Schutzgitter 100 angeordnet, welche ein Strömungsleitelement 45 im unteren Bereich 26 aufweisen, welches Teil eines ringförmigen Gitterelementes 60 ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Schutzgitter
- 10
- Tunneleinlauf
- 11
- Tunnel
- 12
- Querstrahlantrieb
- 13
- Schiff
- 14
- Bug
- 15
- Schiffsmittelebene
- 16
- Längsachse
- 17
- Wasserlinienwinkel
- 18
- Spantwinkel
- 19
- Wasserstromlinie
- 20
- Waagerechte
- 21
- Horizontalebene
- 22
- Mittelpunkt
- 23
- Wasserstromlinie
- 24
- Tunnelmittelebene
- 25
- Oberer Bereich
- 26
- Unterer Bereich
- 27
- Tunnelmittelebene
- 28
- Tunnelmittelebene
- 29
- Senkrechtes Gitterelement
- 30
- Waagerechtes Gitterelement
- 31
- Strebe
- 32
- Erster Teilbereich
- 33
- Zweiter Teilbereich
- 34
- Strömungslinien
- 35
- Übergang
- 36
- Schiffsaußenwand
- 37
- Untere Tunnelwand
- 38
- Wirbelzone
- 39
- Propeller
- 40
- Geschwindigkeitsfeld
- 41
- Oberer Bereich
- 42
- Unterer Bereich
- 43
- Übergeschwindigkeit
- 44
- Untergeschwindigkeit
- 45
- Strömungsleitelement
- 46
- Platte
- 47
- Höhe
- 48
- Tiefe
- 49
- Beschleunigte Strömung
- 50
- Anstellwinkel
- 51
- Flügelprofil
- 52
- Wabenanordnung
- 53
- Unterer Abschnitt
- 54
- Kanal
- 55
- Trichterförmiger Abschnitt
- 56
- Einlaufausnehmung
- 57
- Teilkonischer Bereich
- 58
- Trichterförmige Erweiterung
- 59
- Abgerundeter Übergangsbereich
- 60
- Ringförmiges Gitterelement
- 61
- Ringförmiges Plattenelement
- 62
- Abgewinkeltes Element
- 63
- Erster Abschnitt
- 64
- Zweiter Abschnitt
- 65
- Winkel
