DE2439411C2

DE2439411C2 - Verfahren zur Durchführung von Kavitations-Versuchen an Schiffsschrauben

Info

Publication number: DE2439411C2
Application number: DE2439411A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Astilleros Espanoles Sa Madrid Es
Current assignee: Astilleros Espanoles Sa Madrid Es
Priority date: 1974-03-14
Filing date: 1974-08-16
Publication date: 1982-12-16
Also published as: NO742111L; DE2439411A1; SE405170B; NO143244B; NL7409332A; NL176605C; ATA595374A; AT350303B; US3942372A; SE7416383L; NO143244C; NL176605B; ES424286A1; IT1035540B; DK355274A; FR2264276B1; GB1487135A; FR2264276A1; JPS50146094A

Description

_V1J Γ
n_m-n_bXÄXy

(T+ Q-E)X 1026 + 10100 _v pb

x 1026+ 10100 pm

(D

wobei die tiefgesetzten Indexziffern »m« das Schiffsmodell und »b« das wirkliche Schiff bezeichnen und ferner bedeutet:

λ Maßstab des Schiffsmodells, T Tiefgang des Schiffsheck,

E Höhe der Achsenlinie oberhalb der Grundlinie,

ο Profilerhöhung der Welle über die Gleichgewichtsfläche des Meeres in der Vertikalen der Schiffsschraube,

Po-e Unterschied zwischen dem absoluten Druck und der Dampfsättigung der Flüssigkeit,

Q Werte der Dichte,

η Zahl der Umdrehungen pro Sekunde, D Durchmesser der Schiffsschraube, / Vortriebsgrad der Schiffsschraube, Kt Vortriebskoeffizient der Schiffsschraube, (Va) Auf die Schiffsschraube einwirkende mittlere Wassergeschwindigkeit

und wobei ferner, da der Wert K_T des Modelies bei den Versuchen gleich dem des Schiffes sein muß, gilt

und

J„ x D_b x /I₄ = (^)₄,

sodaß die mittlere Geschwindigkeit des Wassers, die auf das Antriebsmodell einwirkt, wenn dieses mit dem Wert K_T entsprechend dem tatsächlichen Antrieb arbeitet, folgender Bedingung entspricht

{V_A) = (V_A)_bx\/-^-X pm

^ι/_λΧ(Τ+ο-Ε)Χ 1026 + 10 100 (T+ ο -E)X 1026 + 10100 (2)

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiffmodeil bei Durchführung der Versuche mit einer über seine Längs- und Querabmessungen vorstehenden oberhalb der Schiffsschraube angeordneten Platte versehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Versuch das dicht ausgebildete Modell ganz unter die Wasseroberfläche eingetaucht wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung von Kavitations-Versuchen an Schiffsschrauben unter Verwendung eines mit zumindest einer Schiffsschraube ausgestatteten Schiffsmodells und eines eine freie Flüssigkeitsoberfläche aufweisenden und bei normalen Atmosphärendruck betriebenen Versuchskanals, in dem das Schiffsmodell ganz oder teilweise untergetaucht schwimmt.

Seit mit der Durchführung von Kavitations-Versuchen an Schiffschrauben Ende des vorigen Jahrhunderts begonnen wurde, sind bis jetzt die nachstehenden Verfahren bekanntgeworden:

Kavitations-Versuche
Strömungen.

innerhalb gleichförmiger Kavitations-Versuche innerhalb veränderlicher Strömungen, wobei zu deren Simulierung vor der Schiffsschraube Metallnetze, Rotationskörper und ähnliches angebracht wurden, mit dem Ziel, die axiale Geschwindigkeitsveränderung des Kielwassers zu reproduzieren.

Verbesserung der Simulierung der Strömung durch Einführung stromlinienförmiger Körper, deren Heckteile eine gewisse Ähnlichkeit mit der Heckform eines Schiffes aufwiesen. Die Verwendung solcher Heckteile, welche aber nicht absolut genau die Form eines ganzen Schiffes hatten, war notwendig, weil die damals bestehenden Anlagen noch nicht dazu gedacht waren, Kavitationsversuche mit veränderlichen Strömungen durchzuführen

und weil außerdem die Abmessungen dieser Anlagen nicht ausreichten, ein einem wirklichen Schiff vollständig entsprechendes Schiffsmodeli zu verwenden.

Da der Durchmesser der zu testenden Schiffsschrauben möglichst so groß sein sollte, wie es Begrenzungseffekte durch die Wände des Tunnels noch zuließen, mußte die Reynold-Zahl ausreichend hoch sein. In großem Maßstab ausgefä\rte Schiffschraubenmodelle waren aber mit im gleichen Maßstab nachgebildeten Modellen von Schiffsrümpfen, wenn diese einem wirklichen Schiff sehr ähnlich sein sollten, wegen ihrer Abmessungen nicht in den Beobachtungskammern der Kavitations-Tunnels unterzubringen.

4. Angesichts der vorstehend erläuterten Schwierigkeiten wurden die neueren Kavitations-Tunnels mit solchen Dimensionen gebaut, daß sie in ihrer Form vollständig ähnlich einem wirklichen Schiff nachgebildeten Schiffsmodelle aufnehmen Konnten. Bei solchen Tunnels können die Reibungs- und Potential-Komponenten des Kielwassers nachgebildet werden, nicht aber Effekte durch die Wellenformation.

5. Um zu erreichen, daß das Kielwasser der Form der Wellen entsprechend nachgebildet wird, bestand der nächste Schritt im Bau von Zirkulationskanälen mit freier Oberfläche des zirkulierenden Wassers, so daß durch Wechselwirkung zwischen der Wasserströmung und dem Schiffsmodell die WeI-lenformation am Bug und Heck des Modells entsteht.

6. Die bisher ausgeführten modernsten Anlagen weisen einen Versuchstank auf, in welchem das Schiffsmodell bei sich drehender Schiffsschraube geschleppt wird. Ein solcher Versuchstank besteht aus einem vollständig geschlossenen Raum, in dem ein Vakuum aufrechterhalten werden kann.

Ein Beispiel für diesen erläuterten bekannten Stand der Technik bildet die in der US-PS 33 33 465 erläuterte Anlage für die Durchführung von Versuchen zur Feststellung von hydrodynamischen Eigenschaften von Schiffsmodellen, Schiffsschrauben und dergl. Die Versuche werden in einem Kanal vorgenommen, in dem von einem Rezirkulationssystem bewegtes Wasser an dem stationär gehaltenen Versuchsobjekt vorbeigeführt wird. Insbesondere für Kavitations-Versuche kann der Kanal mit dem Rezirkulationssystem unter Vakuum gesetzt werden. Die Größe der Versuchsobjekte, d. h. der Schiffsmodelle mit zu testender Schiffsschraube ist daher allein von den Kosten der Versuchsanlage her begrenzt.

Bekannt ist auch eine Vorrichtung zur hydrodynamischen Untersuchung von Schiffsmodellen, bestehend aus einem langgestreckten Tank und einem längs dieses Tanks bewegbaren Versuchswagen, mit dem ein Schiffsmodell geschleppt werden kann. Zur feststellung der beim Testen dieses Modells auftretenden Wasserströmungen in beliebiger Richtung ist in der Umgebung des Schiffsmodells eine Schiffsschraube (Meßpropeller) eintauchbar, welche von der zu ermittelnden Strömung in Umdrehung versetzt wird. Weiterhin ist ein Motor vorgesehen, dessen Drehzahl mit der Schleppgeschwindigkeit synchronisiert ist. Aus einem Vergleich der Drehzahl der Schiffsschraube und des Motors lassen sich Wassergeschwindigkeit bzw. Differenzen in Bezug auf die Schleppgeschwindigkeit ableiten.

Der hinsichtlich von KavitatioRS-Versuchen von Schiffsschrauben-Modellen bekannte Stand der Technik läßt sich dahingehend zusammenfassen, daß Versuche in konventionelle, d. h. relativ weniger aufwendigen Kanälen und Tunnels durchgeführt wurden, wobei die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse durch Vernachlässigung maßgeblicher Faktoren beeinträchtigt wurde und daß sehr aufwendige, mit Vakuum arbeitende Anlagen bekannt wurden, welche zwar sehr gute Versuchsergebnisse lieferten, jedoch sehr hohe Investitionen erfordern und dennoch hinsichtlich der Modellgröße natürliche Grenzen aufweisen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Durchführung von Kavitations-Versuchen an Schiffsschrauben zu schaffen, das zuverlässige Ergebnisse mit relativ geringem apparativem Aufwand erreichen läßt und das auch die Untersuchung großer Modelle zuläßt.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zur Erzielung einer Übereinstimmung der Kavitationserscheinung zwischen wirklichem Schiff und Schiffsmodell das Schiffsmodell durch zusätzliche Mittel bei einer solchen Geschwindigkeit (V_A)_m geschleppt oder angetrieben wird, während gleichzeitig die Schiffsschraube des Schiffsmodells mit einer solchen Drehzahl n_m gedreht wird, daß für die Schiffsschraube des wirklichen Schiffs und des Schiffsmodells gleiche Parameter K_Tuna ο erhalten werden, wobei bedeuten

Kt = Vortriebskoeffizient der Schiffsschraube (dimensionslos)
a = Kavitationsindex (dimensionslos).

Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Versuche unter atmosphärischem Druck, d. h. nicht unter Vakuum durchgeführt werden, so daß sich die Versuche auch auf freien Seeflächen und mit sehr großen Schiffsmodellen und entsprechend großen Schiffsschrauben durchführen lassen, wobei in erwünschter Weise die Schiffsmodelle vollständig ähnlich dem wirklichen Schiff nachgebildet sein können und damit auch eine bessere Simulation der Strömungsverhältnisse an der Schiffsschraube erreicht werden kann. Das Prinzip der Erfindung sei wie folgt erläutert:

Es ist anerkannt, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sein müssen, wenn die am Modell beobachteten Kavitations-Erscheinungen gewisse Ähnlichkeiten mit den am wirklichen Schiff aufweisen sollen:

a) Übereinstimmung der Kavitations-Indizes σ, und zwar in der konventionellen Definition des Kavitations-Index:

σ =

P-P₁

V₂XpX Vl
oder in der Definition nach der 11 ITC-Empfehlung:

ο = ^P~^P"

¹Z₂XpX H²X D²

b) Gleichheil des dimensionslosen Vorschub-Koeffizienten ^7;

c) Eine gewisse Ähnlichkeit zwischen auf die Schiffsschrauben des Modells und des tatsächlichen Schiffes einwirkenden Strömungen bzw. der darüberlaeernden Wassersäule.

5 6 I

Wie bereits erwähnt, wurde bei allen bekanntgewor- Vorurteil befangen, daß der einzig mögliche Weg sei, |

denen und exakte Ergebnisse liefernden Versuchsver- während des Versuches ein Vakuum bereitzustellen, um |

fahren zur Simulierung des Kavitations-Index eines den Zähler in der Kavitations-Index-Formel zu verklei- $

echten Schiffes mittels einer Verkleinerung des Zählers nern. Für den Kavitations-Index der wirklichen I

in der Kavitations-Indexforme! des Modells verwendet. 5 Schiffsschraube gilt: $

Zu diesem Zweck war die Fachwelt bisher von dem ^l4

₌ (Pq - e)b ₌ (T+ο+E)X 1026 + 10100

^a" V₂Xi₄Xn²JXUi V₂ X p_bXrii X Di ,"

Für den Kavitations-Index σ- der Schiffsschraube des Schiffmodells ohne Anwendung eines Vakuums gilt:

7;. X (7"+ o+E)X 1026 + 10100
^: P

V₂ x _Pm x «2.x ψ

Damit die Kavitations-Indizes der Schiffsschrauben beim wirklichen Schiff und beim Schiffsmodell gleich werden ; ist die folgende Beziehung einzuhalten: ',

_x (T + ο -E) X 1026 + 10100 pm

Wobei jeweils die tiefgestellten Index-Ziffern »b« und D Durchmesser der Schiffsschraube,

»m« jeweils das wirkliche Schiff (Schiffsschraube) bzw. 25 K_T Vortriebskoeffizient der Schiffsschraube,

das Schiffsmodell (Modellschraube) bezeichnen und die (V_A) Auf die Schiffsschraube einwirkende mittlere

übrigen Formelzeichen bedeuten: Wassergeschwindigkeit.

λ Maßstab des Schiffsmodells, Da der Wert K_Tdes Schiffsmodells bei den Versuchen

T Tiefgang des Schiffsheck, 30 gleich dem des wirklichen Schiffes sein muß, sollte der

E Höhe der Achsenlinie oberhalb der Grundlinie, Fortbewegungsgrad auf den des Schiffes bezogen sein,

ο Profilerhöhung der Welle über die Gleichge- weshalb folgende Formel gilt:

wichtsfläche des Meeres in der Vertikalen der

Schiffsschraube, ,„. = /· _x _ vn =/·*„ y^fl*

Po-e Unterschied zwischen dem absoluten Druck und 35 "ί'¹» ^j* "™ ^u<* ^Ji ^Λ "m ^Λ _λ

dem Dampfsättigungsdruck der Flüssigkeit,
σ Dichte der Flüssigkeit,

η Zahl der Umdrehungen der Schiffsschraube je Diese Formel, eingesetzt in die Formel (1) ergibt:

Sekunde,

V_A)_m - I_b X D_b X n_b X y — X

x (T+ ο - E) x 1026 + 10100 _(r+0_ ^)

wobei aber:

h X D_b X n_b = (V_A)_b
wodurch man folgende Formel erhält:

.., χ ₌ /., χ ~ 11 Pb_ _v 'Λ X (T+ Q -E) x 1026 + 10100 ₍₂₎

y'A)m y Alt - y _pm - (T₊₀ -E)X 1026 ^Αΐηιηη

χ -(v\ χ 1 P^b χ10100

A)m - y^yA)b ^X ' X

Y pm

(V_A)_m = die mittlere Wassergeschwindigkeit, die auf die 55 groß wie wirkliches Schiff), folgt aus der Formel (2): Schiffsschraube des Schiffsmodells einwirken

muß, wenn dessen Wert Abgleich demjenigen -, r—ς

der wirklichen Schiffsschraube werden soll. (V_A)_m = (V_A)_b x I/ -=— (3)

Diese Geschwindigkeit ist sehr viel größer ν pm

als die bei einem entsprechenden Versuch 60

mit Selbstantrieb, wobei das Gesetz von wobei das wirksame Kielwasser des Schiffsmodells

Froude erfüllt werden muß. und des wirklichen Schiffs gleich werden. Für den Fall,

daß λ unendlich wird (unendlich kleines Schiffsmodell)

Für den Fall, daß λ = 1 wird (Schiffsmodell gleich folgt aus der Formel (2):

\ pm (Γ+ο+£)Χ1026+10100

Mit zunehmender Größe des Schiffsmodells nimmt auch der Wert seiner Geschwindigkeit (V_A)_m zu und zwar bis der Wert nach Formel (3) erreicht wird, wenn das Schiffsmodell die Größe des wirklichen Schiffs erreicht.

Andererseits wird mit der Reduzierung der Größe des Schiffsmodells auch der Wert für die Geschwindigkeit (V/)m abnehmen, ohne jedoch den Wert nach der Formel (4) zu unterschreiten. Aus diesen Überlegungen folgt, daß Kavitations-Versuche ohne Vakuum durchführbar sind.

Wenn zur Erreichung einer Gleichheit der Kavitations-Indizes eine Erhöhung der Umdrehungszahl der Schiffsschraube des Schiffsmodells herangezogen wird, ist es erforderlich durch einen auf das Schiffsmodell einwirkenden Schub die Belastung der Schiffsschraube so zu reduzieren, bis das Schiffsmodell den gewünschten Vortriebskoeffizienten Kt erreicht, während seine Schiffsschraube mit einer geeigneten Umdrehungszahl n_m umläuft, damit der Kavitations-Index des wirklichen Schiffs erreicht wird.

Hieraus folgt, daß es möglich ist, die Kavitations-Erscheinung in konventionellen Versuchskanälen zu reproduzieren. Dazu ist es nötig, daß die Motoranordnung des Versuchswagens ausreicht, die notwendige Geschwindigkeit (K*)m zu erreichen, so daß gleichzeitig dem Modell die geeignete Antriebskraft geliefert wird.

Voraussichtlich werden für Geschwindigkeitsversuche entsprechend denen wirklicher Schiffe in naher Zukunft sehr große Schiffsmodelle Anwendung finden, welche wegen ihrer Abmessungen für Versuchskanäle nicht geeignet sind, wobei diese Modelle in freischwimmender und selbstangetriebener Bauart ähnlich wie wirkliche Schiffe ausgebildet sind. Da hinsichtlich der Ableitung der Reibung bei den Selbstantriebsversuchen noch keine Angaben vorliegen, werden Ergebnisse solcher Versuche nach dem Verfahren von Taniguchi extrapoliert Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren können die Versuche an der Wasseroberfläche oder bei dicht ausgebildeten Modellen völlig unter Wasser durchgeführt werden.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigt

F i g. 1 Eine Seitenansicht des Schiffsmodells für eine Ausführungsform des Verfahrens, welche die auf der Wellenbildung beruhende axiale Komponente der Geschwindigkeit des Kielwassers vernachlässigt;

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Schiffsmodell gemäß F i g. 1;

F i g. 3 eine Seitenansicht des Schiffsmodells für eine Ausführungsform des Verfahrens des Verfahrens mit Versuchsdurchführung an der Wasser-Oberfläche;

F i g. 4 eine Draufsicht auf das Schiffsmodell gemäß F ig. 3;

F i g. 5 eine Seitenansicht des Schiffsmodells für eine Ausführungsform des Verfahrens mit Versuchsdurchführung vollständig unter Wasser unter Verwendung eines wasserdichten Schiffsmodells und

F i g. 6 eine Draufsicht auf das Schiffsmodell gemäß Fig. 5.

Wie bereits bei der Erläuterung der Grundsätze des Verfahrens erwähnt wurde, muß zur Erreichung einer der wirklichen Schiffsschraube entsprechenden Kavitationszahl das Schiffsmodell mit einer beträchtlich höheren Geschwindigkeit fortbewegt werden, als sie sich aus dem Froudeschen Ähnlichkeitsgesetzt ergibt Bei der besagten höheren Geschwindigkeit werden daher der WirklichKeit nicht entsprechende höhere Wellen vom Schiffsmodell erzeugt. Im Zusammenhang mit dieser Erscheinung können folgende Maßnahmen getroffen werden.

FaIlA

Die bei Versuchen am Schiffsmodell durch die Wellenbildung bedingte axiale Komponente der Geschwindigkeit des Kielwassers wird vernachlässigt.

Diese an Hand der F i g. 1 und 2 veranschaulichte Maßnahme erfordert es, das Schiffsmodell 1 mit einem großen Freibord oder Schutzbereich 2 auszurüsten, damit in das Schiffsmodell kein Wasser eindringen kann. Das Schiffsmodell 1 ist mit Koppelstützen 3 zum Schleppen ausgerüstet und trägt an seinem Ende ein Kabel 4, welche zum Anschluß von Beobachtungsgeräten bestimmt sind, welche das Schiffsmodell trägt. Eine Linie 5 veranschaulicht den Eintauchbereich des Schiffsmodells, während eine Linie 6 das Wellenprofil bedeutet. Für die Beobachtung des Versuchs ist ein Bereich 7 vorgesehen.

Beim Versuch schwimmt das Schiffsmodell entsprechend einem mit dem Versuch zu untersuchenden Beladungszustand und wird geschleppt bzw. ist mit einem zusätzlichen Antrieb ausgerüstet. Die Geschwindigkeit ist so bemessen, daß die Kavitations-Indizes von wirklichem Schiff und Schiffsmodell gleich werden. Die Druckerhöhung, die über den Flügeln der Schiffsschraube 8 entsteht, ist also abhängig von der durch die Welle erzeugten Vergrößerung des Tiefganges 9 des Heckes. Die Höhe des Wellenprofils 6 in der Ebene der Flügel der Schiffsschraube 8 wird bei der Berechnung des Wertes des Parameters »o«, nämlich die Erhöhung des Wellenprofils 6 über die glatte Oberfläche des Meeres (Wasserspiegel) in der Vertikalen der Schiffsschraube 8, in der Zeichnung mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, berücksichtigt.

FaIlB

Die Bildung von Wellen wird hingenommen, jedoch Vorkehrung dafür getroffen, daß das Wasser in gleicher Weise auf die Flügel der Schiffsschraube 8 des Schiffsmodells 1 einwirkt, wie dies in einem Kavitations-Tunnel mit widerstandsloser freier Oberfläche der Fall wäre. Auf diese Weise wird der Einfluß des Kielwassers beseitigt, der von der Bildung von Wellen herrührt.

Das verwendete Schiffsmodell ist in den F i g. 3 und 4 unter Benützung der gleichen Bezugszeichen wie in den F i g. 1 und 2 veranschaulicht Die Schwimmebene (Wasserlinien-Ebene) entsprechend der mit dem Test zu überprüfenden Beladungssituation wird mit einer Stahlplatte 11 geeigneter Stärke realisiert welche über die Längen- und Querabmessungen des Schiffsmodells 1 vorsteht Das Wellenprofil 6 sollte, obwohl dies nicht zwingend erforderlich ist, immer oberhalb der Stahlplatte 11 bleiben. Die Stahlplatte 11 stellt sicher, daß das Wasser so auf die Schiffsschraube 8 einwirkt, wie bei Schiffsmodellen in Versuchen mit Selbstantrieb und einer Froude-Zahl des wirklichen Schiffes, wobei aber der Einfluß der Geschwindigkeitskomponente des Kielwassers abhängig von der Wellenform beseitigt ist Bei der Berechnung des Kavitations-Index des Schiffsmodells ist es erforderlich, das Eintauchen der Schiffsschraube 8 in Bezug auf das Profil der sich ausbildenden Welle zu berücksichtigen.

Vorzugsweise wird die vorbeschriebene Art der Versuchsdurchführung angewendet, wenn die Versuche mit großen Schiffsmodellen im Meer oder auf einem See

durchgeführt werden sollen, wobei die Schiffsmodelle selbst schwimmen und mit geeigneten Mitteln mit einer solchen Geschwindigkeit geschleppt werden, bei der die Kavitations-Indizes von wirklichem Schiff und Schiffsmodell gleich groß werden.

FaIlC

Bei Versuchen gemäß F i g. 5 und 6 wird, wie im Fall B die Schwimmebene (Wasserlinien-Ebene) mittels der Stahlplatte 11 realisiert. Anstelle jedoch den Freibord des Schiffsmodells möglichst groß zu machen, muß dieser bis auf ein Minimum reduziert werden, damit das Schiffsmodell 1 nach dem Einbau der Instrumente mit einem wasserdichten, stromlinienförmigen Deckel 12 versehen werden kann, so daß die durchzuführenden Versuche mit einem vollständig unter Wasser getauchten Schiffsmodell vorgenommen werden können.

Die Stahlplatte 11 sorgt für eine ausreichende Wasserströmung bzw. Wasserüberdeckung über den Flügeln der Schiffsschraube 8. Die Eintauchtiefe des Schiffsmodells 1 muß bei der Berechnung des Zählers in der Kavitations-Index-Formel hinreichend berücksichtigt werden. Die vorerwähnte Art der Versuchsdurchführung ist vorzugsweise für konventionelle Versuchskanäle vorgesehen, wobei die vollständig untergetauchten Schiffsmodelle durch geeignete Mittel mit einer Geschwindigkeit bewegt werden, bei der sich gleiche Kavitations-Indizes für das wirkliche Schiff und das Schiffsmodell ergeben, wobei sich vorteilhafterweise die zum Schleppen des Schiffsmodells erforderlichen Zugkräfte beträchtlich vermindern, da die durch die Wellenbildung bedingte Widerstandskomponente fehlt. Es ist einzuräumen, daß die entsprechend der Ausführungsformen A, B oder C durchgeführten Versuche hinsichtlich der Berücksichtigung der Geschwindigkeitskomponenten des Kielwassers, abhängig von der Wellenform, nicht die gleichen Möglichkeiten für die Reproduzierbarkeit bieten, wie sie sich bei Arbeiten unter Vakuum erreichen lassen. Hierbei ist aber der außerordentliche Kostenaufwand für mit Vakuum arbeitende Anlagen in Betracht zu ziehen. Es ist ferner festzuhalten, daß für Schiffe geringerer Geschwindigkeit bis zu einer Froude-Zahl von 03 die nichtberücksichtigte Komponente einen praktisch unbedeutenden Einfluß hat.

Sowohl bei den mit Vakuum-Kanälen arbeitenden, als auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt ein Nachteil insoweit vor, als die Beobachtung der Versuche schwierig ist. Die Beobachtung ist auch zeitlich begrenzt, wenn die Versuche nicht wiederholt werden, was jedoch keinerlei Schwierigkeiten bereitet

Zur visuellen Darstellung im Rahmen der erfindungsgemäßen Versuche kann die Technologie angewandt werden, wie sie für den Vakuum-Kanal der NSMB entwickelt worden ist Die wirtschaftliche Methode der visuellen Darstellung der Versuche ist aber das Filmen mit Hochgeschwindigkeitskameras, wobei die Analyse der aufgetretenen Erscheinungen durch Wiedergabe des Films mit geeigneter Geschwindigkeit erfolgt Bei dieser Art der Beobachtung bietet sich die Möglichkeit die Filmprojektion zu wiederholen oder rückwärts laufen zu lassen, wodurch die Beobachtung erleichtert wird. Werden die Versuche mit großen Schiffsmodellen in freien Gewässern durchgeführt, besteht außerdem noch die Möglichkeit der direkten Beobachtung.

Bei der Projektierung neuer Versuchskanäle in denen auch Kavitations-Versuche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden sollen, sollte eine Länge von mindestens 450 m vorgesehen werden. In diesem Fall steht bei Versuchen, die mit einer tatsächlich kritischen Geschwindigkeit von 10m/sec durchgeführt werden eine Netto-Filmzeit von ca. 30 Sekunden zur Verfugung. Zur Ausnützung der außerordentlichen Länge solcher Versuchskanäle können vorteilhaft auch zwei Versuchswägen vorgesehen werden, welche jeweils von entgegengesetzten Enden des Kanals aus operieren, wobei gegenseitige Störungen der Modelle durch Anbringung entsprechender Metailroiios vermieden werden können.

Bezüglich der Reynold-Zahl übertrifft das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeiten, welche mit Vakuum arbeitende Verfahren bieten, weil bei letzteren die Geschwindigkeit des Wagens 4,5 m/sec. nicht übersteigen darf, wenn die Froude-Zahl des Schiffes im Versuch erreicht werden soll. Je größer die Reynold-Zahl bei den Versuchen ist (sofern damit gerechnet wird, daß bei diesen Versuchen keine Wellen entstehen), desto kleiner wird die Dicke der Auflage, welche das Modell begrenzt und desto mehr gleicht die Strömung derjenigen eines wirklichen Schiffs. Andererseits überschreitet jedoch die Umlauf-Geschwindigkeit innerhalb eines Vakuum-Tunnels bei Einführung dreidimensionaler Modelle selten die Geschwindigkeit von 4 m/sec, so daß die Reynold-Zahl niedrig sein wird. Die Geschwindigkeit in Umlauftunnels mit freier Umlauffläche ist ebenfalls gering. In Tunnels zur Simulation axialer Komponenten können Geschwindigkeiten bis zu 8 m/sec. erreicht werden, aber die Folgen der dreidimensionalen Strömung sind für Vergleiche ungeeignet.

Hinsichtlich der Froude-Zahl sind im Versuch beim erfindungsgemäßen Verfahren ähnliche Möglichkeiten wie bei Kavitations-Tunnels ohne freie Oberfläche gegeben.

Hinsichtlich der Sperrwirkung von Rohrwänden oder Anlageteilen ist das erfindungsgemäße Verfahren nur mit einem im Vakuum-Kanal durchgeführten Verfahren vergleichbar.

Hinsichtlich der Reproduktion drsidimensionaler Strömung sind die Möglichkeiten, welche das erfindungsgemäße Verfahren bietet nur mit demjenigen vergleichbar, die sich bei Verwendung von Kavitationstunnels großer Abmessungen ergeben, die die Aufnahme von Modellen mit einer Länge von 8 m oder größeren Modellen zulassen, sowie mit Vakuum-Kanä-'en.

Hinsichtlich der Aufbereitung des Wassers werden geringere Anforderungen gestellt weil den nicht in Wasser gelösten Luft- und Gasanteilen bei der Entwicklung der Kavitation weniger Bedeutung zukommt, da das erfindungsgemäße Verfahren kein Vakuum benötigt Der wesentlichste Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht hinsichtlich seiner Wirtschaftlichkeit und der Möglichkeit, das Verfahren in bestehenden, konventionellen Versuchskanälen durchzuführen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Durchführung von Kavitations-Versuchen an Schiffsschrauben unter Verwendung eines mit zumindest einer Schiffsschraube ausgestatteten Schiffsmodells und eines eine freie Flüssigkeitsoberfläche aufweisenden und bei normalen Atmosphärendruck betriebenen Versuchskanals, in dem das Schiffsmodell ganz oder teilweise untergetaucht schwimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer Obereinstimmung der Kavitationserscheinung zwischen wirklichem Schiff und Schiffsmodell das Schiffsmodell durch zusätzliche Mittel bei einer solchen Geschwindigkeit (V_A)_m geschleppt oder angetrieben wird, während gleichzeitig die Schiffsschraube des Schiffsmodells mit einer solchen Drehzahl r._m gedreht wird, daß für die Schiffsschraube des wirklichen Schiffs und des Schiffsmodells gleiche Parameter K_T und α erhalten werden, wobei bedeuten

Kt = Vortriebskoetfizient der Schiffsschraube ίο (dimsionslos)

σ = Kavitationsindex (dimensionslos)

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um die Gleichsetzung der Kavitationsindizes der Schiffsschraube und des Modelies mittels des zusätzlichen Antriebes zu erreichen, folgende Bedingungen erfüllt werden: