DE2303299A1

DE2303299A1 - Ruder fuer schiffe mit symmetrischem starr zusammengesetzten profil

Info

Publication number: DE2303299A1
Application number: DE19732303299
Authority: DE
Inventors: Horst Rathert; Karl Schilling
Original assignee: WESERWERFT SCHIFFS und MASCHIN
Current assignee: WESERWERFT SCHIFFS und MASCHIN
Priority date: 1973-01-24
Filing date: 1973-01-24
Publication date: 1974-10-24
Also published as: ATA1090873A; DE2303299C3; FR2214633B1; GB1426412A; NL7400776A; AT339164B; DE2303299B2; NL174127B; FR2214633A1; NL174127C; BE810119A

Description

Huder für Schiffe mit spinne trisehem. starr ius anmenge s ebzt em I-rofil

Bekannt sind Ruder mit symmetrisch starrem.Profil, deren fläche.wesentlich größer als die Propellerkreisfläche ist, welche in der Hartlage von ca. 85 ° den Schraubenstrahl mit der Druckseite vollständig erfassen und wie eine etwa zum Schraubenstrahl senkrecht angeordnete Prallfläche allseitig umlenkt. Durch die an dem Huder angreifende Reaktionskraft ΐ/ird der 3chraubenschub vollständig aufgehoben, wobei die Seitenkomponente der Reaktionskraft seitlich am Schiff angreift, so •laß dieses den kleinstmöglichen Wendekreis ohne Vor aus geschwindigkeit fahren kann. Nachteilig bei dieser Ruderanordnung ist die zu geringe Seitenkraft, wodurch das Wendemanöver zu langsam wird. Außerdem können Störkräfte wie z. B. seitlich anfassender starker Wind- und Strömungsdruck nicht überwunden werden, sO daß das ./endemanöver nicht zuverlässig ist_o

Außerdem ist allgemein die Anordnung von seitlich überstehenden oberen und unteren Deckfedern bekannt, welche die Ruderwirkung verbessern. Dadurch bilden sich auf der Druckseite der Ruder in Richtung der Querabströmung nach oben und unten konkave Druckflächen, bei der die an dem überstand der Deckfedern angelegte austrittstangente zur Strömungse.intrittsrichtung einen Winkel von Ί80 ° bildet. An den Deckfedern, welche außerhalb des Schraubenstrahles liegen, wird dabei die entstehende diagonale Querabströ- xmm"· in Richtung des Hauptstromes umgelenkt. Die nach oben und unten gerichtete Querabströmung wird um 180. umgelenkt, so daß sich deren Reaktionskraftanteil etwa verdoppelt. Dabei ist die Stärke der Reaktionskraft von der Breite der Deckfederüberstände und der Spaltbreite zwischen Deckfedern und Oberkante bzw. Unterkante Schraubenstrahl abhängig.

Nachteilig ist bei der 180 °-Umlenkung, daß sich infolge der Randv.^rirbelbildung bei kleinerer Spaltbreite zwischen Schraubenstrahl und Deckfedern die um 180 ° umgelenkte Querabströmung wieder auf den eintretenden Schraubenstrahl auftrif ft'und dessen Energie entsprechend reduziert.

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Weiter ist zur Steigerung der Ruderwirkung die Anordnung von Staukeilen an den Hinterkanten von Suderprofilen bekannt» Nachteilig dabei ist, daß infolge der Flankenwinkel von ca. 4-5 ° der Widerstand des Staukeiles etwa das 5fache eines gleich dicken Profiles beträgt. Hinzu kommt das sehr hohe positive Drehmoment und dre ungünstige Beeinflussung der Hückwärtsfahreigenschaften.

In neuerer Zeit sind zwei- und dreiteilige Profilruder bekannt geworden, wobei in der Hartlage die vordere Teilfläche einen Ausschlag von ca. 4-5 ° und die hintere 'Teilfläche einen Ausschlag von ca. 90 hat.

Bei derartigen Rudern ergeben sich infolge der besseren einseitigen Umlenkung des Schraubenstrahles etwa entsprechend der Vergrößerung der Seitenprojektionsfläche bei Hartlage" erheblich größere Seitenkräfte bei gleichzeitigem Aufheben des Schraubenschubes. Bei derartigen Rudern wird durch das sich in der Hartlage bildende gewölbte Profil besonders die Saugseitenströmung verbessert, so daß die vordere Teilfläche den Schraubenstrahl nicht voll abdecken muß. Tauchen die Ruderflächen bei leerem Schiff teilweise aus, kann sich infolge des entstehenden Lufteinbruches im Unterdruckgebiet eine nennenswerte Saugseitenwirkung nicht einstellen. Dann ist für die Strahlumlenkung primär die Druckseite der Ruderfläche bestimmend, und es muß diese den Schraubenstrahl in der Hartlage vollständig· seitlich abdecken, um den kleinstmöglichen Wendekreis fahren zu können. Dabei wird vom Ruder auf der Druckseite in Richtung ,der Hauptströmung eine konkave Fläche gebildet, wobei die Austrittstangente an der hinteren Teilfläche zur Eintrittstangente an der vorderen Teilfläche einen Winkel von ca. 4-5 ° bildet und die Austrittstangente zur Anströmungsrichtung einen Winkel von ca. 90 ° bildet.

Werden die vorstehend beschriebenen zwei- und dreiteiligen Profilruder mit überstehenden Deckfedern kombiniert, dann kann sich je nach Größe des Überstandes der Winkel der Austrittstangente an der hinteren Teilfläche zur Eintrittstangente an der vorderen Teilfläche bis auf ca. 20 ° und der Winkel der Ausbrittstangente zur Anstrpmungsrichtung je nach dem Rudertyp auf ca. 60 bis 85 verringern. Nachteilig für alle 2- und J-teiligen Profilruder ist der wesent-

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lieh höhere Herstellungsaufwand gegenüber den Rudern mit starren Profilen, der etwa das Doppelte "beträgt. Außerdem ist der erforderliche Aufwand für Instandhaltung und Reparatur ebenfalls mindestens doppelt so hoch, wobei der zusätzliche Verlust infolge der benötigten längeren Reparaturzeit bei Havarien erheblich ist.

Besonderen Nachteil bringt das gewölbte Profil für die Rückwärtsfahrt, weil dann die Wölbung auf der Druckseite konvex ist, wodurch sich die Ruderwirkung erheblich reduziert.

Schließlich ist ein "Vorschlag für starre einseitig gewölbte Dipruder mit konstantem Ausschlagwinkel bekannt geworden, welche quf der Druckseite in dichtung der Hauptströmung ebenfalls konkave Flächen bilden.

nachteilig dabei ist, daß für die gleiche Ruderwirkung 4 Flächen· mit 4 getrennten Führungen und Antrieben benötigt werden, so daß sich dieser Vorschlag wirtschaftlich nicht verwirklichen läßt. Außerdem erzeugen die Flächen^ im Bereich kleinerer Ruderkräfte etwa den 4-fachen Widerstand gegenüber ganz getauchten, schwenkbaren Rudern und es fehlt in der Ivlittellage die kursstabilisierende Wirkung der getauchten Ruderfläche.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Wacbteile der komplizierten aus zei oder drei gelenkig verbundenen Teilen bestehenden Ruder zu vermeiden und deren gute Ruderwirkung sowie Manövriereigenschaften in der Vorausfahrt zu erhalten und zusätzlich für die Rückwärtsfahrt wesentlich zu verbessern, wobei sich durch die vereinfachte Konstruktion erheblich geringere Herstellungsund Wartungskosten sowie höhBre Betriebssicherheit mit geringeren Zeitverlusten ergeben, ohne daß dafür eine Vergrößerung des Ruderdrehmomentes in Kauf genommen werden muß.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Ruder insbesondere hinter einer Schiffsschraube mit symmetrischem starr zusammengesetztem Profil und seitlich überstehenden etwa horizontalen oberen und unteren Deckfedern, dessen Schwenkachse etwa senkrecht zum Kiel angeordnet ist, wobei die Ruderfläche derart groß ist, daß in der Jlartlage der ochraubenstrahl etwa vollständig abgedeckt ist, er-

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findungsgemäß dadurch gelöst, daß das starr zusammengesetzte Profil aus dem vorderen stromlinienförmigen Teil mit einem Flankenwinkel von vorzugsweise 15 » dem mitteleren, eine Plattendicke breiten parallelen Teil und dem daran mit der Spitze anschließenden, ein schlankes dreiseitiges Prisma bildenden Schwanzteil mit einem Flankenwinkel von vorzugsweise 10 ° besteht, wobei das Dickenverhältnis des Schwanzteiles zum stromlinienförmigen Teil vorzugsweise etwa 0,25 beträgt.

Infolgedessen ergibt sich eine für die Herstellung, Wartung und Reparatur äußerst rationelle Konstruktion ohne Nachteile für die Fahreigenschaften und die Geschwindigkeit des Schiffes bei gleichzeitiger Steigerung der Schiffssicherheit.

Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen. In einem Ausführungsbeispiel wird in der folgenden Beschreibung die Erfindung dargestellt und beschrieben.

Es zeigt:

Fig. A die Seitenansicht eines Schiffshecks mit einem erfindungsgemäßen Ruder hinter einer Schiffsschraube in der Mittellage.

Fig. B den horizontalen Schnitt durch das Ruder in der Mittellage, Fig. C den horizontalen Schnitt durch das Ruder in der Hartlage beim kleinstmöglichen Wendekreis voraus, Fig. D den horizontalen Schnitt durch das Ruder bei 45 ο Ruderausschlag in der Rückwärtsfahrt, Fig. E die hintere Ansicht des vertikalen Schnittes durch das Ruder mit zeitlich überstehenden etwa horizontalen oberen und unteren Deckfedern

Fig. F den horizontalen Schnitt durch das Schwanzteil Fig. G den vertikalen Schnitt durch das Ruder mit abgeknickten Deckfedern.

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Bei der Ausführungsform nach den !"ig. A bis E besteht; das erfindungsgemäße Ruder mit symmetrischem starr zusammengesetztem Profil aus dem vorderen stromlinienförmigen Teil 1 mit einem Flankenwinkel0tvon vorzugsweise 15 °, dem mittleren, eine Plattendicke breiten parallelen Teil 2 und dem daran mit der Spitze anschließenden, ein schlankes, dreiseitiges Prisma bildenden Schwanzteil 3, mit einem Flankenwinkelßvon vorzugsweise 10 °. Oben wird das Ruder durch die seitlich überstehende etwa horizontale Deckfeder. 4- und unten durch die gleichartige Deckfeder 5 begrenzt. Der Schaft 6 bildet die Schwenkachse; er ist etwa senkrecht zum Kiel angeordnet und im Schiff gelagert. Das Ruder hat im Schiff eine bekannte "Vorrichtung zum Schwenken des Ruders, wobei die Vorrichtung die Steuerimpulse zum Schwenken vom Rudergänger erhält. Infolge der gewählten Form der einzelnen Teile bildet das symmetrische starr zusammengesetzte Profil auf beiden Seiten Jeweils konkave Flächen, deren an das Schwanzteil angelegte Austrittstangente 7 zur amvorderen stromlinienförmigen Teil angelegten Eintrittstangente 8 den Ablenkungswinkel bildet, der gleich der Summe der beiden Flankenwinkel ocund/o

ist, und vorzugsweise ca. 25° beträgt.

Die Ruderabmessungen werden primär durch den Schraubendurchmesser D bestimmt. Die Profilnase liegt vorzugsweise etwa 0,6 D vor der Drehachse, wobei die Flanken des vorderen stromlinienförmigen Teils 1 etwa an den Schaft 6 tangieren. Das Schwanzende liegt vorzugsweise etwa 0,8 D hinter der Drehachse wobei das Schwanzteil eine Länge von vorzugsweise etwa 0,2 D hat. Dabei soll das Ruder möglichst mindestens 1 D hoch sein. Hiermit ist sichergestellt, daß der Schraubenstrahl durch die konkave Fläche auf der Druckseite voll erfaßt und umgelenkt wird, so daß das Schiff den kleinstmoglichen Drehkreis von 1,1- bis 1,2facher Schiffslänge ausführt. Dabei bildet in der Hartlage von ca. 75° die Austrittstangente 7 mit der Mittellinie des Schiffes den Umlenkungswinkel 6 der gesamten Druckseitenströmung, der etwa 85° beträgt.

Durch die schlanke Prismaform des Schwanzteils ist dessen Zusatzwiderstand gegenüber einem Staukeil auf ca. 30 % reduziert, äo daß

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der Ruderwiderstand um ca 4-0 % erhöht wird. Da der normale RuderwideEStand höchstens 2 bis 3 % des Vorschubes beträgt, liegt der entstehende geringe Geschwindigkeitsverlust unter 1 % und ist nicht feststellbar.

Legt man Wert auf geringsten Ruderwiderstand, dann muß das Schwanzteil 3 unendlich schlank, also wie das parallele mittlere Teil 2 ausgeführt werden. Dann ergibt sich ein etwas größerer Hartlagenwinkel und eine kleinere Drehgeschwindigkeit im Drehkreis. Will man die Drehgeschwindigkeit weiter vergrößern, dann ist eine "Verlängerung des Schwanzteils 3 und eine Vergrößerung seines Flankenwinkels β erforderlich, was mit dem Nachteil der Vergrößerung des Ruderwiderstandes und Drehmomentes verbunden ist.

Das zusammengesetzte Profil mit seinen größtenteils geradlinigen Konturen läßt sich rationell fertigen. Selbstverständlich ist es möglich die eckigen Übergänge zwischen den einzelnen Teilen auszurunden bzw. der ganzen Seitenkontur einen harmonischen S-förmigen Verlauf zu geben, wobei die einzelnen Kurven etwa an der gezeigten stilisierten Profilform tangieren müssen. Hierdurch ergibt sich eine geringfügige Verbesserung der Ruderwirkung aber auch ein höherer Herstellungspreis.

In der Rückwärtsfahrt hat das Ruder seine beste Wirkung bei etwa 4-5 Ruderausschlag.Hierbei 'hat das Ruder, auf der Druckseite ebenfalls die wirksame konkave Druckfläche. Außerdem stellt der glerhgroße Ausschlagwinkel des Vorderteils sicher, das der Schraubensog voll auf der Saugseite des Profils liegt und hier die Strömung ebenfalls besser zum Anliegen bringt, wodurch, sich die Ruderwirkung in der Rückwärtsfahrt gegenüber dem aus zwei oder drei gelenkig verbundenen Teilen bestehenden Rudern weit über 50 % verbessert wird. . ■

Zwecks Verbesserung der Ruderwirkung in der Rückwärtsfahrt wird zusätzlich vorgeschlagen, die Hinterkante 9 des Schwanzteils 3 * als Halbkreis auszuführen, dessen Biegeradius 10 etwa eine Platten-

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dicke kleiner als die halbe Schwänzteilbreite ist, so daß an der scharfkantigen Platte für die Vorauswirkung eine wirksame Abreißkante 11 vorhanden int. Infolge der Abrundung· bleibt bei Rückwärtsfghrt die Saugseitenströmung langer anliegen, wodurch die Ruderwirkung weiter verstärkt wird.

Außerdem wird zwecks weiterer Verbesserung der Huderwirkung besonders im Wendemanöver vorgeschlagen, die seitlich mit vorzugsweise etwa 0,15 D überstehenden oberen und unteren Deckfedern 4 und 5 derart abzuknicken, daß sie zur etwa senkrechten Ruderfläche 1, 2 und 3 einen stumpfen Winkel <5 von vorzugsweise 120° bilden. Hierdurch trifft die nach vorne umgelenkte Querab strömung: nicht auf den eintretenden Schraubenstrahl. Die diagonal auf die Deckfedern 4- und 5 auf treffende Querabströmung erhält ebenfalls eine nach vorne «rerichtete Komponente und legt sich über die bereits in der Hauptrichtung abfließende Strömung, ohne diese zu behindern. Hierdurch ergibt sich eine nochmalige Steigerung der Ruderwirkung. Außerdem bilden die nach unten gerichteten Bleche der unteren Deckfeder 5 bei Grundberührung eine Knautschzone, welche den Ruderschaft schützt.

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Claims

jinsbesondere hinter einer Schiffsschraube^ mit sym-

starr zusammengestetztenvProfil und seitlich überstehenden .etwa horizontalen oberen und unteren Deckfedern, dessen Schwenkachse etwa senkrecht zum Kiel angeordnet ist, wobei die Ruderfläche derart groß ist, daß in der Hartlage der Schraubenstrahl etwa vollständig abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet^ daß das starr zusammengesetzte Profil aus dem vorderen stromlinienförmigen Teil (1) mit einem Flankenwinkel (oC) von vorzugsweise 15°ί dem mittleren, eine Plattendicke breiten parallelen Teil (2) und dem daran mit der Spitze anschließenden^ ein schlankes dreiseitigen Prisma bildendes Schwanzteil (3) mit einem Flankenwinkel (/3) von vorzugsweise 10° besteht, wobei das Dickenverhältnis des Schwanzteils (3) zum stromlinienförmigen Teil (1) vorzugsweise etwa 0,25 beträgt.
2. Einflächenruder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterkante (9) des Schwanzteils (3) einen Halbkreis bildet, dessen Biegeradius (10) etwa eine Plattendicke kleiner als die halbe Schwanzteilbreite ist, so daß an der scharfkantigen Platte für die Vorausströmung eine wirksame Abreißkante (11) vorhanden ist ο

3» Einflächenruder insbesondere nach Anspruch 1 oder 2^dadurch gekennzeichnet, daß die seitlich überstehenden oberen und unteren Deckfedern (4 u. 5) derart abgeknickt sind, daß sie zur etwa senkrechten Ruderfläche (1, 2, und 3) einen stumpfen Winkel (d) von vorzugsweise 120° bilden.

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