DE2121338A1

DE2121338A1 - Tragflugelschiff

Info

Publication number: DE2121338A1
Application number: DE19712121338
Authority: DE
Original assignee: Zentralnoje konstruktorskoje bjuro po sudam na podwodmtsch Kryljatsch, Gorki (Sowjetunion)
Priority date: 1970-09-07
Filing date: 1971-04-30
Publication date: 1972-03-16
Also published as: NO132344B; US3693570A; BE767079A; NO132344C; DE2121338B2; DE2121338C3; CA950279A

Description

Central'noe konstruktorskoe bjuro po Rudam na podvodnych. Kryl'jach

TRAGFLÜGELSCHIFF

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Schiffbaus, insbesondere Tragflügelschiffe.

Besonders erfolgreich kann die Erfindung bei Tragflügelschiffen mit Tragflügeltandemanordnung verwertet werden. Bei der Reisegeschwindigkeit wird das Gewicht eines derartigen Schiffes durch den hydrodynamischen Auftrieb von unter dem Schiffskörper hintereinander, nämlich vor bzw. hinter dem Sohiffssohwerpunkt, angeordneten vorderen und hinteren Tragflügeln getragen. ' Der Abstand zwischen den vorderen und hinteren Tragflügel wird derart gewählt, daß der Hecktragflügel auf der aufsteigenden Sohräge der durch die Verformung der freien Wasserfläche hinter dem Bugtragflügel bei der Reisegeschwindigkeit des Schiffes entstehenden Welle liegt.

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Es sind Tragflügelschiffe mit Tragflügeltandem^nordnung bekannt, bei denen der Bugtragflügel einen mittleren Teil und an diesen anschließende seitliche Teile aufweist.

Hierbei durchschneiden die seitlichen Teile des Bugtragflügels bei derartigen Schiffen die freie Wasseroberf±acne bei Reisegeschwindigkeit in der V/eise, daß die oberen Enden oberhalb der Wasserlinie für die Reisegeschwindigkeit liegen. Der mittlere Teil dieses Flügels liegt tiefer als die Wasserlinie für die Reisegeschwindigkeit, wobei diese Tauchtiefe größer ist als die Hälfte der Sehnenlänge des Profils an der Schnittstelle der seitlichen Teile mit der freien Wasseroberfläche bei Reisegeschwindigkeit.

Zur Zeit wird der Bugtragflügel bei derartigen Tragflügelschiffen mit einem konstanten oder in Richtung von der Mittschiffsebene zur Schiffsseite zunehmenden Querneigungswinkel (Winkel der V-Stellung) der seitlichen Abschnitte ausgeführt.

Einer der Nachteile derartiger Ausführung des Bugtragflügels besteht darin, daß die durch ihn verformte Strömung im Bereich der aufsteigenden Wellenschräge eine erhebliche Ungleichmäßigkeit des Querprofils des Wellentals und dementsprechend eine ungleichmäßige Verteilung der positiven Schrägströmung über die Spannweite des Flügels besitzt. Dies erschwert seine günstige Ausnutzung in der Tandemanordnung sowohl, bei Reisegeschwindigkeit als auch bei den Übergangsphasen.

Der andere Kachteil der Tragflügelcchiffe mit dem obenbe-

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schriebenen Bugtragflügel besteht in der beträchtlichen Breite des letzteren, was durch die Anforderungen in Seefähigkeit und Stabilität des Schiffes bei der Fahrt auf Tragflügeln bedingt ist.

Dar« Eintauchen des mittleren Teiles eines derartigen -Bug trag flügel s durch die Vergrößerung des Quer· noigungßwinkels .-,einer 8eitliche_n Teile und der Wasserfreiheit (des Abstandes des Schiffskörpers von der Wasseroberfläche) erfordert nämlich zur Sicherung der Schiffsstabilität eine Verlän- ä gerung des Armes der aufrichtenden Kräfte bezüglich des Gewichtsschwerpunktes des Schiffes bei einer Krängung. Bei derartigen Schiffen wird dies durch die Vergrößerung des Abstandes zwischen den seitlichen Teilen des Bugtragflügels in Querrichtung des Schiffes, d.h. durch die Vergrößerung der Abmessungen des Bugtragflügels erreicht.

ei?ie

Darüber hinaus ist die beträchtliche durchyderartige Ausführung des Bugtragflügels bedingte Querneigung der seitlichen Teile oberhalb der Wasserlinie bei Reisegeschwindigkeit eine Ursache dafür, daß bei der Fahrt des Schif- '

fes in schrägem Wellengang bedeutende ., die Seefähigkeit dor Tragflügelschiffes beeinträchtigende. Driftkräften entstehen.

Zweck der Erfindung ist es, die obengenannten Nachteile zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hydrodynamischen Eigenschaften des Tragflügelschiffes durch Erreichung eines besseren Zusammenwirkens der Tragflügel in

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der Tandemanordnung zu verbessern sowie eine hohe Seetüchtigkeit und gute Starteigenschaften dieses Schiffes unter gleichzeitiger Verkleinerung der Abmessungen des Bugtragflügels in der Quererstreckung zu gewährleisten·

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die seitlichen Teile des Bugtragflügels gemäß der Erfindung mit in Richtung von der Mittschiffsebene zur Schiffswand hin abnehmenden Querneigungswinkeln, angefangen von einer nicht weniger als der an der Schnittstelle des Bugtragflügels mit der Wasseroberfläche bei der Reisegeschwindigkeit des Schiffes gemessenen halben Sehne des Bugtragflügels entsprechenden Tauchtiefe bezüglich der YJasserlinie für die Reisegeschwindigkeit, ausgeführt sind, während der mittlere Teil dieses Flügels Querneigungswinkel aufweist, die die der anschließenden seitlichen Abschnittsteile nicht übertreffen»

Es ist zweckmäßig, daß die Querneigungswinkel des mittleren Teils des Bugtragflügels kleiner als die Querneigungswinkel der anschließenden seitlichen Abschnitte sind und daß die Anstellwinkel des mittleren Teils im Normalschnitt kleiner als die Anstellwinkel derjenigen seitlichen Teile im !Tormalschnitt sind, die sich in einer Eintauchtiefe befinden, die größer ist, als der Hälfte der Sehne des Bugflügels an der Schnittstelle mit der Wasseroberfläche bei Reisegeschwindigkeit entspricht«

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Bei einer der Ausführungsvarianten der Erfindung ist ober-

Stabilisierungsfläche halb des Bugtragflügel eine^vin Form eines Flügels mit einer

von
Spannweite^vnicht weniger als der Breite des Schiffsrumpfes an

der Anschlußstelle ._. ■ⁱ- i angeordnet.

Es ist zweckmäüg, daß der Höhenabstand der Stabilisie-

Länge der ·

rungsfläche vom Bugtragflügel die ν Sehne

an dessen Rand

des Bugtragflügels^vnicht übersteigt.

Es ist auch zweckmäSig, diese Stabilisierungsfläche geteilt auszuführen, wobei der Abstand zwischen ihren der Mittschiff sebene zugewandten Enden die Breite des Schiffsrumpfes

nicht

an dieser Stelle^Übertreffen darf.

In einer weiteren Ausgestaltrang eines Tragflügelschiffes gemäe der Erfindung ist > .a. tan ο ⁴ zwischen den vorderen und hinteren Tragflügeln hinter dem Schiffsschwerpunkt und oberhalb der Wasserlinie bei Reisegeschwin digkeit ein Mittelflügel mit einem kleinen Querneigungswin«^

von kel und einer Spannweite^v nicht weniger als der Kimmbreit· des SohiffsruiBpfes an der Befestigungsstßlüe- dieses Flügels angeordnet. ·,

Ee ist zweokmäBig, im mittleren Teil des Bugtragflügels und an den seitlichen Enden des Heoktragflügeis symmetrisch zur Mittechiffeebene schwenkbare Klappen zur Stabilisierung • F.. r' des Schiffes bei Seegang anzuordnen«

Die vorstehend umrissen»·» Ausführung des Tragflügelsohiffes erhöht -...,-. die Wirksamkeit der Zusammenwirkung der flügel in Tandemanordnung, was die hydrodynamischen Eigen«

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schäften des Schiffes sowohl bei der Reisegeschwindigkeit als auch in den Übergangsphasen verbessert und eine gute Seefähigkeit bei verkleinerten Abmessungen des Bugtragflügels in Querrichtung gewährleistet.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand der Beschreibung

-Beispielen
von Ausführungs ν unter Bezugnahme auf beiliegende

Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch die Gesamtansicht eines Tragflügelschiffes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 die Seitenansicht des Unterteiles eines Tragflügelschiffes mit der Andeutung der Wasserlinie für die Reisegeschwindigkeit j

Fig, 3 den Bug- und Hecktragflügel in der Arbeitsstellung bei der Reisegeschwindigkeit ( in. perspektivischer Darstellung)?

Fig. 4 die Ansicht des Bugtragflügels in Richtung A der ™ Fig. 2 (die Stützen und die Stabilisierungsfläche sind hierbei - ... .' nioht gezeigt );

Fig. 5 die Ansicht in Richtung B der Fig. 4; Fig. 6 den Schnitt C-C in Fig. 4; Fig. 7 den Schnitt D-D in Fig. 4;

Fig. 8 den Schnitt E-E in Fig. 2;

einer Fig. 9 den Schnitt E-E in Fig. 2 (mit ν zweiten Ausführungsvariante der Stabiliaitrungsfläche )

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Fig. 10 den Schnitt F-F in Fig. 2;

Fig. 11 den Längsschnitt durch fiiitschiffsebene (mit eingezeichneten Wasserlinien für verschiedene Fahrt zustände).

Das Tragflügelschiff hat einen Rumpf 1 (Fig. 1), an dessen Unterteil mittels Stützen 2 ein Bugtragflügel 3 und ein Hecktragflügel 4 befestigt sind.. Diese in einer Tandemanordnung hintereinander, nämlich vor bzw. hinter dem Schiffsschwerpunkt 5 (Fig. 2), angeordnete*Tragflügel 3 bzw. 4 erzeugen einen das Schiffsgewicht bei der Fahrt mit der Reisegeschwindigkeit ausgleichenden hydrodynamischen Auftrieb.

Der Bugtragflügel 3 besteht aus einem mittleren horizontalen Teil 3a (Fig. 3) und sich an diesen beiderseits anschließenden geneigten seitlichen Teilen 3b, die die Wasseroberfläche bei der Reisegeschwindigkeit des Schiffes durchschneiden. Die oberen Enden der seitlichen Teile 3b befinden sich also oberhalb einer der Fahrt des Schiffes mit der Reisegeschwindigkeit entsprechenden Wasserlinie 6, während der mittlere Teil 3a dieses Flügels unterhalb der Wasselinie 6 in _ der Tauchtiefe H (Fig. 4) liegt. Hierbei ist diese Tauchtiefe H

die Hälfte der
größer als ^v an der Schnittstelle der seitlichen Teile 3b mit der Wasseroberfläche bei Reisegeschwindigkeit gemessenen Sehne c des Bugtragflügels 3 (Fig. 5).

Der Hecktragflügel 4 ist hinter dem Bugtragflügel 3 in solch einem Abstand angeordnet, daß er auf der aufsteigenden Schräge 6a (Fig. 2 und 3) der durch die Verformung der freien

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Wasseroberf lache hinter dem Bugtragflügel 3 bei der Reisegeschwindigkeit des Schiffes entstehenden Welle liegt.

Jeder seitliche Teil 3b des Bugtragflügels 3 ist mit veränderlichen,· in Richtung von der Mittschiffsebene 7 zur Schiffsseite hin abnehmenden Querneigungswinkeln . Cf ^, 3 „ und \J , (Fig. 4) ausgeführt, und zwar so, daß Cf j>

ο ? $ 3 gilt, ^v-1- Dieses Verhältnis der Querneigungswinkel v/ _x» ί/ 2 ^und ^ 3 £^i]Lt> ^von einer nicht

weniger als der Hälfte der obengenannten Sehne c des Bugentsprechenden
tragflügels 3 ν >·. Tauchtiefe h bezüglich der

Wasserlinie 6 angefangen, also oberhalb dieser Eintauchtiefe.

Der Quer^neigungswinkel J des mittleren Teiles 3a darf nicht den Winkel U ~ der seitlichen Teile 3b an deren Anschlußstelle an den mittleren Teil 3a übertreffen und kann beispielsweise gleich Null sein, wie dies in Fig. 3 und 4 gezeigt ist.

Die Art und Weise, wie sich die Querjneigungswiaalcei \7 τ» J₂ und J - der seitlichen Teile 3b, angefangen von der genannten Tauchtiefe h_t ändern, kann auch anders, beispielsweise kontinuierlich sein, wenn die seitlichen Teile 3b nach einem Kreisbogen ausgebildet werden.

Falls der mittlere Teil 3a mit einer Querneigung von ._-

.-ffull oder einem kleineren Winkel Cf als der Winkel J _τ ausgeführt wird, sind die Anstellwinkel oC '

(Flg. 6) im Normalschnitt C-C des mittleren Teiles 3a

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kleiner als die Anstellwinkel °<- _χ (Fig. 7) im Normaleehnitt D-D der in einer mehr als der halben Sehne c ^eirt>" sprechenden Tauchtiefe H befindlichen seitlichen Teile 3b.

Hinter dem Bugtragflügel 3 ist in einem die Größe der Endsehne O₁ (Fig. 5) der seitlichen Teile 3b nicht "übersteigenden höhenmäßigen Abstand K (Fig. 8) von den letzteren eine gleichfalls in Form eines Flügels ausgeführte Stabilisierungsfläche 8 angeordnet, wobei die Spannweite L dieses Flügels größer oder gleich der Breite M des Sohiffsrumpfes 1 an der Befestigungssteil« der Stabilisierungsfläche 8 ist.

Die Stabilisierungsfläche 8 kann aus zwei symmetrisch der Mittschirsebene 7 liegenden Teilen 8a (Fig. 9) ausgeführt werden. Hierbei ist der Abstand N zwischen den der Mittschiffsebene 7 zugewandten Innenenden dieser Teile 8a kleiner als die Breite Ii des Schiffsrumpfes 1 an dieser Stelle.

Zwischen dem Bug- und dem Hecktragflügel 3 bzw. 4 ist

hinter dem Schiffsschwerpunkt und oberhalb der Wasserlinie

!•litt elf lügel 9 mit einem für die Reisegeschwindigkeit ein ^v < kleinen, vorzugsweise

nicht über 15°, betragenden Quer Neigungswinkel . £f . und

Spannweite P als *

einer größeren ^v die Kimmbreite R des Schiffsrumpfes 1 an der Anschlußstelle

(Fig. 10) angeordnet.

Im mittleren Teil 3a des Bugtragflügels 3 ist symmetrisch

„■4,·' an der Profilhinterkante zur Mittschiffebene 7^veine schwenkbar« Klappe 10 (Fig. I)

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montiert; derartige Klappen 11 sind ebenfalls an den seitlichen Enden des Hecktragflügeis 4 angeordnet.

Bei der Fahrt des beschriebenen Tragflügelschiffes mit Reisegeschwindigkeit verformt der Bugtragflügel 3 die freie Wasseroberfläche, wodurch eine Welle entsteht, in. deren aufsteigender Schräge 6a der Hecktragflügel 4 gleitet.

Die erfindungsgemäße Ausführung des Bugtragflügels 3,also die mit

die Annäherung der seitlichen Teile 3b an^v freie Wasseroberfläche abnehmenden Quer neigungswinkel I' 2 ^un<* 3 ^^ΘΓ seitlichen Teile und der festgelegte Zusammenhang zwischen den Anstellwinkeln o^ und οά j gewährleistet eine in. Querrichtung gleichmäßigere Form 12 (Fig. 3) des Wellentals an der Anschlußstelle des Hecktragflügels 4 und eine gle ichmäßige -

Ans trömungswinkel

re Verteilung der ν <^ aer positiven Strömungsschräge über dessen Spannweite. Dies vergrößert die Wirksamkeit der Zusammenwirkung der Flügel 3 und 4 in Tandemanordnung und gewährleistet eine Vergrößerung der Auftriebseigenschaft des Schiffes bei seiner Fahrt mit Reisegeschwindigkeit.

Darüber hinaus läßt diese Ausführung des Bugtragflügels 3 infolge der Quer neigung . der unteren Enden der seitlichen Teile 3b eine beträchtliche Tauchtiefe des mittleren Teiles 3a zu, während die obenbeschriebene Verkleinerung des QuerneigungswinkelB der seitlichen Teile 3b zur Verringerung der Driftkräfte bei der Fahrt des Schiffes in schrägem Seegang beiträgt und eine Vergrößerung des Hebelarmen d (Fig. 8)

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aufrichtenden Kräfte 13 (Fig. 8) bezüglich des Gewichts-, schwerpunkt?? 5 des Schiffes bei dessen Krängung zur Folge hat, was die Schiffsstabilität bei . . Fahrt mit r Reisegeschwindigkeit bei vergrößerter . Wasserfreiheit und verkleinerter Spannweite des Flügels 3 sicherstellt.

Dies alles gewährleistet in seiner Gesamtheit eine Ver-

de'r

besserung ^der Seefähigkeit und^vBetriebseigenschaften des Tragflügelschiffs .

Beim Übergang des Schiffes auf die Tragflügelfahrt trägt " die Stabilisierungsfläche 8, indem sie den dynamischen Auftrieb erhöht, dazu bei, den Vorderteil des Schiffsrumpfes 1 bei kleinen Geschwindigkeiten vom Wasser abzuheben. Hierbei

eine

gewährleistet die Stabilisierungsfläche 8 ^ Stabilitätsreserve des Schiffes in den Übergangsphäsen der ι Fahrt ohne Vergrößerung der Spannweite des Bugtragflügels 3, wenn der Vorderteil des Schiffsrumpfes 1 sich zu heben beginnt i und die seitlichen Teile 3b des zur Erhöhung der Seefähigkeit vom Schiffsrumpf entfernteren· . Flügels 3 noch voll ä eingetaucht sind, z. B. bei einer "?r Wasserlinie 14 (Fig. 11),

gewährleistet,
Der Mittel flügel 9 ν indem er in den Übergangs phasen der

Fahrt die Strömungsschräge vom Bugtragflügel wirksam ausnutzt und einen kleinen Querneigungswirikel O . aufweist,

bei relativ hoher Auftriebseigenschaft eine Vergrößerung des gesamten dynamischen Auftriebes und eine Verkleinerung der Wellen- und Sprtrtzwaeserbildung im Hinterteil

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des Schiffsrumpfes durch Verformung der auflaufenden Wasserströmung, beispielsweise bei der Wasserlinie 15, was

eine Verminderung des Widerstandes beim Übergang auf Tragflügelfahrt sowie eine Verbesserung der Starteigenschaften z-ur Folge hat.

Die von einem nicht gezeigten Stabilisierungssystem

gesteuerten schwenkbaren Klappen 10 und 11 werden zum teilweisen Ausgleich der bei der Fahrt des Schifies im Seegang entstehenden Störkräfte ausgenutzt, was

, Spitzenbeanspruclum-gen . .., ,.., eine Verringerung der ν und eine Erhöhung der Bequemlichkeit und des Komforts für die Fahrgäste und Besatzung bei der Fahrt des Schiffes auf Tragflügeln im Seegang, d.h. eine Erhöhung der Seetüchtigkeit des Schiffes, gewährleistet. Die Wirksamkeit der Arbeit der schwenkbaren Klappen 10 und 11 wird durch deren entsprechende Anordnung und die konstruktionsmäßigen Besonderheiten der obenbeschriebenen Tragflügel 3 und 4 sichergestellt.

Zur Regelung des Auftriebes der Tragflügel 3 und 4 können auch andere bekannte Verfahren zur Änderung des Auftriebes einer Unterwassert^gfläche, beispielsweise eine Durchlüftung der Tragfläche,, verwendet werden.

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Claims

PATMTAKfSPRÜCKü! ί

dem der Bugtragflügel seitliche Teile aufweist, deren obere Enden sich oberhalb der "Wasserlinie für die Reisegeschwin- ■ digkeit des Schiffes befinden, und der mittlere Teil dieses Plügels in einer mehr als die an der Schnittstelle des Tragflügels mit der Wasseroberfläche bei der Heisegeschwindigkeit gemessene halbe Sehne dieses Tragflügels betragenden Tauchtiefe bezüglich der Wasserlinie bei der Reisegeschwindigkeit liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Teile (3b) des Bugtragflüge'ls (3) mit in Richtung von der Mittschiffsebene (7) zur Schiffsseite hin abnehmender Querneigungswinkeln (ψ ^, ψ~ und ep „\ angefangen von einer nicht weniger als die Hälfte der genannten 3ehne (c) betragenden Tauchtiefe (h) bezüglich der \ Wasserlinie (6) bei der Reisegeschwindigkeit, ausgeführt sind, während der mittlere Teil (3a) dieses Flügels (3) Querneigungswinkel ( cp_Q) aufweist, die den Winkel (<fi) der anschließenden seitlichen Abschnitte (3"b) nicht über- ■ J steigen·

2» Tragflügelechiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Querneigungswinkel * ) dee mittleren !Delle (3a) dee Bug tr ag flug eis (3)

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kleiner als die Querneigungswinkel ( Cfy) der anschließenden seitlichen Abschnitte (3b) sind und daß die Anstellwinkel ((J^₀) des mittleren Teils (3a) im Normalschnitt (0-0) kleiner als die Anstellwinkel (Oty) derjenigen seitlichen Teile (3b) im Normalschnitt (D-D) sind, die sich in einer Eintauchtiefe (H) befinden, die größer ist, als der Hälfte der Sehne (c) des Bugflügels (3) an der Schnittstelle mit der Wasseroberfläche bei Reisegeschwindigkeit entspricht,

3. !Tragflügels chiff nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Bugtragflügels (3) eine Stabilierungsflache (8)- in Form eines zusätzlichen Flügels angeordnet ist, dessen Spannweite (L) die Breite (M) des Schiffsrumpfes (1) an dieser Stelle überschreitet»

4« Tragflügelschiff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Höhenabstand (K) der Stabilisierungsfläche (8) vom Bugtragflügel (3) die Länge der Sehne (C₁) des Bugtragflügels (3) auf dessen Randabschnitten (3k) nicht übersteigt.

5· Tragflügels chiff nach Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsfläche (8) geteilt ausgeführt ist (Fig. 9)> wobei der Abstand (N) zwischen den der Mittschiffsebene (7) zugewandten Soden die Breite (H) des Schiffsrumpfes (1) an

• - s dieser Stelle nicht Übersteigt» ι

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6. Tragflügelschiff nach. Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Bug- und Hecktragflügel (3 "bzw. 4) hinter dem Sehiffsschwerpunkt (5) und oberhalb der Wasserlinie (6) für die Reisegeschwindigkeit ein Mittelflügel (9) mit einem kleinen v-iuerne igung swink el ( CP.) und einer nicht geringeren Spannweite (l·¹) als die Kimmbreite (R) des Schiffsrumpfes (1) an der Anschlußstelle dieses Flügels (9) angeordnet ist.

7. Tragflügelschiff nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren Teil (3a) des Bugtragflügels (3) und an den seitlichen Enden des Hecktragflügels (4) sjrmmetrisch zur Mittschiffsebene (7) an den Flächenhinterkanten schwenkbare Klappen (10 bzw. 11) zur Stabilisierung der Fahrt des Schiffes bei Seegang angeordnet sind.

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