DE2303299B2 - Ruder, insbesondere hinter einer Schiffsschraube, mit symmetrischem Profil und einem sich nach hinten erweiternden Schwanzteil - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ruder, insbesondere hinter einer Schiffsschraube, mit symmetrischem Profil mit einem vorderen stromlinienförmigen Teil, einem sich nach hinten erweiternden Schwanzteil und oberen und unteren Endscheiben, dessen durch einen Schaft gebildete Schwenkachse etwa senkrecht zum Keil angeordnet ist, wobei die Ruderfläche derart groß ist, daß in der Hartlage der Antriebsstrahl etwa vollständig abgedeckt ist.

Es sind Ruder mit symmetrischem Profil bekannt, defen Fläche wesentlich größer als die Schraubenkreisflä-Che ist, die in der Hartlage von etwa 85° den Schraubenstrahl mit der Druckseite vollständig erfassen und Wie eine etwa zum Schraubenstrahl senkrecht angeordnete Prallfläche allseitig umlenken. Durch die an dem Ruder angreifende Reaktionskraft wird der Schrauben-Schub vollständig aufgehoben, wobei die Seitenkompotiente der Reaktionskraft seitlich am Schiff angreift, so daß dieses den kleinstmöglichen Wendekreis ohne Vor= ausgeschwindigkeit fahren kann. Nachteilig bei dieser Ruderanordnung ist die zu geringe Seitenkraft, wodurch das Wendemanöver zu langsam wird. Außerdem können Störkräfte, wie z. B. ein seitlich anfassender starker Wind- und Strömungsdruck, nicht überwunden werden, so daß das Wendemanöver nicht zuverlässig ist.

Außerdem ist allgemein die Anordnung von seitlich überstehenden oberen und unteren Endscheiben be-

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60 kannt die die Ruderwirkung verbessern. Dadurch bilden sich aur der Druckseite der Ruder in Richtung der Querströmung nach oben uncJunten konkove Druckflächen bei der die an dem Überstand der Endwheiben angelegte Austrittstangente zur Stromungseintriitsrichtung einen Winkel von 180" bildet. An den außerhalb des Schraubenstrahles hegenden Endscheiben wird dabei die entstehende diagonal nach hinten gerichtete Querströmung in Richtung des Hauptstromes

^Nachteil!" ist bei der 180^J-Um!enkung, daß sich infolge der R°andwirbelbildung bei kleinerer Spaltbreite zwischen Schraubenstrahl und Endscheiben die um 180° umgelenkte Querabströmung wieder auf den eintretenden Schrauberstrahl auftrifft und dessen Energie entsprechend reduziert.

Ferner ist zur Steigerung der Ruderwiricung die Anordnung von Staukeilen und Leilkörpern an den Hinterkanten von Ruderprofilen bekannt. Nachteilig dabei ist daß infoige der großen Anstellune der jeweiligen Leitkörperflanke zur davor liegenden Profilflanke von etwa 35 bis etwa 55³ sich an den Leitkörpern eine erhebliche Stauwirkung ergibt. Hierdurch reduzieren sich die Geschwindigkeit und der Umlenkungswinkel der erfaßten Strömung. Außerdem wird im Bereich der Mittellage durch den bei etwa gleicher Breite gegenüber dem Profil etwa 3- bis 5fache Widerstand des Leitkörpers der OesamtwiderstanJ des Ruders wesentlich erhöht. Schließlich reißt in der Rückwärtsfuhrt die Saugseitenströmung am Leitkörper sofort ab, wodurch sich die Ruderwirkung verringert.

Es ist ferner eine Sonderform der vorstehend beschriebenen Konstruktion bekanntgeworden, bei der der Leitkörper stark vergrößert ist und etwa die 2fache Breite des Ruderpfofils hat, wodurch sich jedoch der Ruderformwiderstand verstärkt. Bei einer weiter bekanntgewordenen Ausführungsart dieser Sonderform mit oberen und unteren Endscheiben wird bei Ruderanschlägen von etwa 70° der kleinstmögliche Wendekreis erzielt. Dabei wurde zur Erzielung dieses Manövers gleichzeitig das Vorderteil des Profils sehr schlank gehalten und die Profilnase als Flacheisen bzw. mit kleinem Abrundungsradius ausgeführt. Bei dieser Ausführungsform des Profils können an der Profilnase bereits in der Mitiellage im gedrallten Schraubenstrahl pulsierende Kavitationsblasen entstehen.

Weiterhin sind zwei- und dreiteilige Profilruder bekanntgeworden, bei denen in der Hartlage die vordere Teilfläche einen Ausschlag von etwa 45° und die hintere Teilfläche einen Ausschlag von etwa 90° hat. Bei derartigen Rudern ergeben sich infolge der besseren einseitigen Umlenkung des Schraubenstrahle· etwa entsprechend der Vergrößerung der Seitenprojektionsfläche bei Hartlage erhebliche 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 Rtiderflächen bei leerem Schiff teilweise aus, so 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 Druckseile in Richtung der Hauptströmung

fjpe konkave Fläche gebildet, wöbet die Austriustan-■ente an der hinteren Tejlfliiche zur Eintrittslangente in der vorderen Teilflache einen Umlenkwinkel von ttwa 45° bildet und die Austrittsiangente zur Anströmungsrichiung einen Winkel von etwa 90" bildet.

Sofern die vorstehend beschriebenen zwei- und dreiteiligen Profilruder mit Endscheiben kombiniert werfen, kann sich für gleiche Ruderquerkraft je nach Grö le des Überstandes der Scheiben der Umlenkungswin-Itel der Austritt^tangente an der hinteren Teilfläche zur pintritistai.genie an der vorderen Teilfläche bis auf 20° _Bnd der Winkel der Austrittstangente zur Anströ-Ijiungsrichtung je nach dem Rudertyp auf etwa 60 bis g5° verringern. Nachteilig für alle 2- und 3teiligen Profilruder ist der wesentlich höhere Herstellungsaufwand gegenüber den Rudern mit starren Profilen. Außerdem ist der erforderliche Aufwand für Instandhaltung und Reparatur mindestens doppelt so hoch, wobei der zu sätzliche Verlust infolge der benötigten längeren Reparaturzeit bei Havarien erheblich ist.

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

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Ruder der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Ruderwirkung sowie Manovnereigenschaften in der Vorausfahrt und besonders für die Rückwärtsfahrt wesentlich verbessert werden, dabei aber unter Beachtung einer vereinfachten Konstruktion geringe llersiel- lungs- und Wartungskosten, hohe Betriebssicherheit lind reduzierte Reparaturzeiten erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der vordere stromlinienförmige Teil einen Flankenwinkel von etwa 15" aufweist, dessen Ranken an den hinter der größten Profildickc liegenden, die Drehachse bildenden Schaft tangieren, und daß auf diesen Teil ein mittlerer, eine Plattendicke breiter, paralleler, langers'.reckter Teil folgt, an welchen das ein schlankes, dreiseitiges Prisma bildende Schwanzteil mit einem Flankenwinkel von etwa 10° als Leitkörper ohne Stauwirkung anschließt, wobei das Verhallt.is der größten Dicke des Schwanzteils zur größten Dicke des stromlinienförmigen Teils etwa 0,25 beträgt.

Hierdurch ergibt sich eine für die Herstellung, Wartung und Reapratur äußerst rationelle Konstruktion bei gleichzeitiger Steigerung der Ruderwirkung für Voraus- und Rückwärtsfahrt sowie Erhöhung der Schiffssi cherheit ohne Nachteile Cür die Schiffsgeschwindigkeit. Es werden in der Voraus^fahrt äußerst kleine Drehkreise erreicht, wobei aus der Geradeausfahrt die Drehkreisfahrt beinahe unmittelbar voll einsetzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden beschrieben. Es zeigt

pig. l die Seitenansicht eines Schiffshecks mit dem erfindungsgemäßen Ruder hinter einer Schiffsschraube in der Mittellage,

F i g. 2 einen horizontalen Schnitt durch das Ruder in der Mittellage,

F i g. 3 einen horizontalen Schnitt durch das Ruder in der Hartlage beim kleinstmöglichen Wendekreis voraus,

Fig.4 einen horizontalen Schnitt durch das Ruder bei 45° Ruderausschlag ^:n der Rückwärtsfahrt,

Fig.5 die hintere Ansicht des vertikalen Schnittes durch das Ruder mit seitlich überstehenden etwa horizontalen oberen und unteren Endscheiben, F i g. 6 einen horizontalen Schnitt durch das Schwanzteil,

F i g. 7 einen vertikalen Schnitt durch ein Ruder mit abgeknickten Endscheiben.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 5 besteht das Ruder mit symmetrischem Profil aus dem stromlinienförmigen Teil 1, der einen Flankenwinkel λ von etwa 15° aufweist und dessen Flanken an den hinter der größten Profildicke liegenden, die Drehachse bildenden Schaft 6 tangieren. Darauf folgt ein mittlerer, eine Plattendicke breiter, paralleler langerstreckterTeil 2, an dem das ein schlankes, dreiseitiges Prisma bildende Schwanzteil 3 mit einem Flankenwinkel β von etwa 10° als Leitkörper, der keine Stauwirkung mit Stauwirbeln aufweist, anschließt. Oben wird das Ruder durch die seitlich überstehende etwa horizontale Endscheibe 4 und unten durch die gleichartig! Endscheibe 5 be grenzt. Der Schaft 6, der die Drehachse bildet, ist etwa senkrecht zum Kiel angeordnet und im Schiff gelagert. Dem Ruder ist eine im Schiff vorgesehene Vorrichtung zum Schwenken zugeordnet, wobei die Vorrichtung die Steuerimpulse /um Schwenken vom Rudergänger erhält. Infolge der gewählten Form der einzelnen Teile bildet das symmetrische Profil auf beiden Se^;'en jeweils konkave Flächen, deren an das Schwanzteil angelegte Ausiritisiangenie 7 zur am vorderen stromlinienförmigen Teil angelegten Einiriltstangenie 8 den Ablenkungswinkel }' bildet, der gleich der Summe der beiden riankenwinkel χ und β ist, und etwa 25" beträgt.

Die Ruderabmessungen werdet; primär durch den Schraubendurehmesser D bestimmt. Die Profilnase liegt vorzugsweise etwa 0,6 D vor der Drehachse, wobei die Flanken des vorderen, stromlinienförmigen Teils 1 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 kleinstmöglichen Drehkreis von 1,1- bis 1,2facher Schiffslänge ausführt. Dabei bildet in der Hartlage von etwa 75" die Austrittstangente 7 mit der Mittellinie des Schiffes den Umlc.ikungswinkel £ der gesamten Druckseitenslrömung, der etwa 85° beträgt.

Durch die schlanke Prismaform des Schwanzteils ist dessen Zusatzwiderstand gegenüber einem Staukeil auf etwa 30% reduziert. Damit erhöht sich der Ruderformwiderstand nur um etwa 40%. Da der normale Ruderwiderstand höchstens 2 bis 3% des Vorschubes beträgt, liegt der entstehende geringe Geschwindigkcitsverlust Ui.ter 1% und ist niclit feststellbar.

Das Verhältnis der größten Dicke des .Schwanzteils 3 zur größten Dicke des stromlinienförmigen Teils I beträgt etwa 0,25.

Selbstverständlich ist es möglich, die eckigen Übergänge zwischrn den einzelnen Profiltcilen auszurunden. Hierdurch ergibt sich noch eine geringfügige Verbesserung der Ruderwirkung, aber auch ein höherer Herstellungspreis.

In der Rückwärtsfahrt hat das ?ludcr seine beste Wirkung bei etwa 45° Ruderausschlag. Hierbei hat das Ruder auf der Druckseite ebenfalls eine wirksame konkave Druckfläche. Außerdem stellt der gleichgroße Ausschlagwinkel des Vorderteils sicher, daß der Schraubensog voll auf der Saugseite des Profils liegt und hier die Strömung ebenfalls besser zum Anliegen bringt, wodurch sich die Ruderwirkung in der Rück-

wärtsfahrt gegenüber normalen Rudern erheblich und gegenüber den aus zwei oder drei gelenkig verbundenen Teilen bestehenden Rudern außerordentlich verbessert.

Zwecks Verbesserung der Ruderwirkung in der Rückwärtsfahrt wird zusätzlich vorgeschlagen, die Hinterkante 9 des Schwanztcils 3 als Halbkreis auszuführen, dessen Bicgeradius 10 etwa eine Plattendicke kleiner als die halbe Schwanzteilbreite ist, so daß an der seharfkantigen Platte für die Vorauswirkung eine wirksame Abreißkante 11 vorhanden ist. Infolge der Abrundung liegt bei Rückwärtsfahrt die Saugscitcnströmung langer an, wodurch die Ruderwirkung verstärkt wird.

Außerdem wird zwecks weiterer Verbesserung der Ruderwirkung besonders im Wendemanöver vorgeschlagen, die seitlich mit vorzugsweise etwa 0,15 D überstehenden oberen und unteren Rndscheiben 4 und 5 derart abzuknicken, daß sie zur etwa senkrechten Ruderflächc 1, 2 und 3 einen stumpfen Winkel Λ von vorzugsweise 12(T bilden. Hierdurch trifft, die nach vorn umgelenkte Qucrströmung nicht auf den eintretenden Schraubenstrahl. Die diagonal nach hinten aiii die Endscheiben 4 und 5 auftreffende Querströmung erhält ebenfalls eine nach vorn gerichtete Komponente

ίο und legt sich über die Hauptströmung, ohne diese zi behindern. Hierdurch ergibt sich eine nochmalige Stei gerung der Ruderwirkung. Außerdem bilden die nacr unten gerichteten Bleche der unteren Endschcibe 5 be Grundbcrühriing eine Knautschzonc, welche der Ruderschaft 6 schützt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Ruder, insbesondere hinter einer Schiffschraube, mit symmetrischem Profil mit einem vorderen stromlinienförmigen Teil, einem sich nach hinten erweiternden Schwanzteil und oberen und unteren Endscheiben, dessen durch einen Schaft gebildete Schwenkachse etwa senkrecht zum Kiel angeordnet ist, wobei die Ruderfläche derart groß ist, daß in der Hartlage der Antriebsstrahl etwa vollständig abgedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere stromlinienförmige Teil (1) einen Flankenwinkel (α) von etwa 15° aufweist, dessen Flanken an den hinter der größten Profildicke liegenden, die Drehachse bildenden Schaft tangieren, und daß auf diesen Teil ein mittlerer, eine Plattendicke breiter, paralleler, langerstreckter Teil (2) folgt, an welchen das ein schlankes, dreiseitiges Prisma bildende Schwanzteil (3) mit einem Flankenwinkel (ß) von ao etwa 10° ?.h Leitkörper ohne Stauwirkung anschließt, woDei das Verhältnis der größten Dicke des Schwanzteils (3) zur größten Dicke des stromlinienförmigen Teils (!) 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.

3. Einflächenruder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß f"^;e Endscheiben (4. 5) derart abgeknickt sind, daß in an sich bekannter Weise sie zur etwa senkrechten Ruderfläche (1. 2. 3) einen stumpfen Winkel (d) von etwa 120° bilden.