DE2514784C3 - Verfahren zum Herstellen eines Hinterschiffes mit schneckenartigen Schraubenkanälen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Hs ist bekannt, daß der sogenannte Naehsirom einen erheblichen Einfluß auf das Beiriebsverhaltcn eines Sehiffspropcücrs hair Der Nachstrom (auch Mitstrom oder Vorstrom) beruht auf der Beeinflussung der Wasserströmung durch den Schiffsrumpf und hat zur • Tolge. daß die mittlere Anströmgeschwindigkeit des Propellcrkreises (d. Ii. der senkrecht zur Propellerachsc stehenden, von den Propcllcrflügcln überstrichcncn Kreisfläche) kleiner ist als die Fortschritisgcschwindigkcit des Schiffes und daß die Anströmgeschwindigkeit innerhalb des Propellerkrcises nicht überall den gleichen Wert hat.

Der Nachstrom beeinflußt nicht nur den Propulsionswirkungsgrad, sondern hat auch infolge seiner Ungleichmäßigkeit im Propellerkreis erhebliche Kraftschwankungen am Propeller zur Folge. Man hat zwar schon versucht, die radialen Änderungen der Nachstromverteilung bei der Konstruktion von Schiffspropellcrn zu berücksichtigen, nennenswerte Vorteile gegenüber einem Propeller, der für ein homogenes Gcschwindigkeitsfeld konstruiert wurde, konnten bisher jedoch noch nicht erzielt werden.

Der Grund für die Erfolglosigkeit der Versuche, den Propeller an die Nachstromverteilung anzupassen, liegt in erster Linie darin, daß die Nachstromgeschwindigkeit für einen vorgegebenen Wert des Radius auch in azimutaler oder Umfangsrichtung sehr stark schwankt. Es ist bekannt, daß diese Schwankungen durch Schrägstellung der Propellerachse etwas verringert werden können, dieser Maßnahme sind jedoch aus konstruktiven Gründen relativ enge Grenzen gesetzt.

Ein anderer Lösungsweg für diese Probleme besteht darin, nicht den Propeller dem Nachstrom anzupassen, sondern den Nachstrom so zu beeinflussen, daß günstige Betriebsverhältnisse für den Propeller geschaffen werden. Die Beeinflussung des Nachstromes ist praktisch nur durch eine entsprechende Formgebung der Schiffshaut möglich und es ist in diesem Zusammenhang aus der US-PS 27 29 182, und der Zeitschrift »Rivista di Ingegneria« Nr. 11, November 1960, Seiten 1 bis 16, bekannt, an der Unterseite des Schiffsrumpfes schneckenartig geformte Kanäle vorzusehen, die dem einen zugehörigen Propeller anströmenden Wasser (»Anströmung«) eine solche tangentiale oder Umpfangskomponente erteilen, daß die durch den Propeller erzeugte Umfangsgeschwindigkeit im Propellerstrahl wenigstens teilweise kompensiert wird. Durch diese Maßnahme läßt sich eine gewisse Verbesserung des Propulsionswirkungsgrades erreichen.

Aus der letztgenannten Veröffentlichung ist auch der Versuch bekannt, durch Messungen am Modell in einem Windkanal und anschließendes Verändern des Modells eine hinsichtlich des Propulsionswirkungsgrades möglichst optimale Form eines Hinterschiffes für Zweischrauber mit schraubenförmigen Kanälen vor den jeweiligen Schrauben zu erlangen. Diese Versuche beschränkten sich damals jedoch mehr oder weniger auf ein Ausprobieren verschiedener Formen und es lagen seinerzeit noch keine Erkenntnisse darüber vor, welche ■"> Messungen anzustellen und welche Parameter zu verändern sind, um den Propulsionswirkungsgrad systematisch optimieren zu können.

Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend von dem obengenannten Stand der Technik die Aufgabe ίο zugrunde, den Propulsionswirkungsgrad weiter zu verbessern und außerdem die durch Kriifischwaiikungvn am Propeller verursachten Störungen, wie Vibrationen. Kavitation und dgl. herabzusetzen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs I erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst.

Die Unteransprüche betreffen Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieses Verfahrens.

Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird eine gezielte Beeinflussung, insbesondere eine erhebliche Vcrgleichmäßigung der infolge der Geschwindigkeitsverteilung in der Anströmung auf den Propeller wirkenden Kräfte bewirkt, was einerseits zu einer beträchtlichen Verbesserung des Propulsionswirkungsgrades und andererseits zu einer wesentlichen Verringerung der Schwankungen der auf den Propeller wirkenden Kräfte führt. Durch die Herabsetzung der Kraftschwankungen am Propeller werden die auf das jo Schiff übertragenen Schwingungen entsprechend reduziert und man kann außerdem die Propellerwelle, Lager und dgl. schwächer dimensionieren als bisher. Außerdem braucht die Anzahl der Propellerflügel nicht mehr über die übliche Mindestanzahl von drei erhöht werden, sondern kann auf zwei herabgesetzt werden, was eine zusätzliche Verbesserung des Propulsionswirkungsgrades zur Folge hat.

Die gleichzeitige Erhöhung des Wirkungsgrades und

Verringerung der Kraftschwankungen läßt sich durch die bekannte Tatsache erklären, daß der Wirkungsgrad eines Rückstoßantriebes, und um einen solchen handelt es sich ja im Prinzip bei einem Schiffspropeller, dann am größten ist, wenn die durch den Schub aufzubringende Arbeit durch eine zeitlich konstante Schubleistung und nicht durch eine zeitlich veränderliche Schubleistung aufgebracht wird.

Das Erfindungsprinzip sowie Ausführungsbeispiele. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert: es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Anströmung eines Schiffspropellerflügels,

Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Anströmungskennlinie für einen links daneben schematisch dargestellten Propeller eines Zweischraubenschiffes (»Zweischrauber«),

F i g. 3 eine F i g. 2 entsprechende Darstellung für ein Einschraubenschiff (»Einschrauber«),

Fig.4 eine Fig.2 entsprechende Darstellung für einen Zweischrauber mit schneckenartig geformtem Schraubenkanal (in der folgenden Beschreibung kurz »Schneckenkanal«) im Unterteil der Schiffshaut,

Fig.5 ein weiteres Beispiel für eine Anströmungskennlinie,

Fi g. 6 eine schematische Darstellung des Heckbereiches eines Schiffes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.7 bis 10 schematische Querschnitte von Teilen

des Schiffsrumpfes gemäß F i g. 6.

Fig. 11 und 12 teilweise geschnittene Seitenansicht von Schiffsrümpfen gemäß Ausführiingsbcispiclcn der Erfindung, in denen die Anordnung des Antriebsaggregats dargestellt ist und

Fig. 13 bis 15 Diagramme zur Erläuterung bestimmter crfindungsgemäßer Bemcssungsprinzipien.

Vor der Erläuterung der Erfindung und ihrer Ausführungsbeispiele sollen die an einem Flügel eines .Schiffspropellers herrschenden Verhältnisse kurz betrachtet und die Begriffe »Ansirömiingskennlinie« und »Isodyne« definiert werden.

Bei der Untersuchung der Wechselwirkung zwischen der Anströmung und dem Flügel eines Schiffspropellers kann man sich auf diejenige Zone des Propellerflügels beschränken, in der die Schubkraft ihr Maximum hat. Diese Zone hat die Form eines Teiles eines Kreisringes und ihr mittlerer Radius /·,, liegt im allgemeinen sehr nahe bei dem 0,7fachen des Propellerradius r,„. Da die (bezogen auf die Propellerachse) radiale Geschwindigkeitskomponente der Anströmung das Betriebsverhalten des Propellers nur sehr wenig beeinflußt, kann man sich ferner auf die axiale Komponente V₁, und die tangentiale oder Umfangskomponente V, der Anströ mung im Propellerkreis beschränken und die Verhältnisse durch das zweidimensional Diagramm gemäß Fig. 1 darstellen.

In Fig. 1 sind die Anströmverhältnisse für eine bestimmte Winkelstellung des betrachteten Propellerflügels, also für einen bestimmten Sektor des Propellerkreises dargestellt, wobei die Betrachtung, wie erwähnt, auf eine ringförmige Zone beidseits des Radius ;·,, beschränkt ist. Bei den in F i g. 1 beispielsweise angenommenen Verhältnissen hat die axiale Komponente V₁, den durch einen Vektorpfeil SO dargestellten Wert. Die auf den Propellerflügel bezogene Umfangsgeschwindigkeitskomponente des Wassers läßt sich in zwei Anteile zerlegen, welche durch die Vektorpfeile A 0 und ßCdargestellt sind. Der erste Anteil A 0 beruht auf der Geschwindigkeit des Propellerflügels bezüglich des Schiffsrumpfes und hat den Wert jtqn_cD^ wobei n_c die Drehzahl des Propellers, q= r_q/r,„ und D_L( = 2r,„)den Durchmesser des Propellers bedeuten. Der zweite Anteil entsprechend dem Vektorpfeil BC ist der Mittelwert der Umfangsgeschwindigkeit der Wasserströmung V, bezüglich des Rumpfes in dem betrachteten Sektor und der betrachteten Zone des Propellerkreises. Die resultierende Anströmgeschwindigkeit V₁ der betrachteten Zone des sich in der angenommenen Winkelstellung befindlichen Propellerflügels ist durch den Vektorpfeil CA dargestellt.

Wenn sich die Winkelstellung des betrachteten Propellerflügels im Verlaufe der Umdrehung des Propellers ändert, beschreibt der Punkt Cam Ende des Anströmgeschwindigkeitsvektors V» für die betrachtete Zone des Propellerflügels im Diagramm gemäß F i g. 1 eine geschlossene Kurve, die im folgenden als Anströmungskennlinie des betrachteten Schiffsrumpfes für einen bestimmten Propellerkreis bezeichnet werden soll. Da der Nachstrom eines Schiffsrumpfes von der eigentlichen Drehzahl n_cdes Propellers im Grunde nicht beeinflußt wird, ist auch die Anströmungskennlinie praktisch unabhängig von der Propellerdrehzahl. Wenn sich andererseits, der Betrag und die Richtung der Anströmung in bezug auf den betrachteten Propellerflügel (und damit der Ort des Punktes C) ändern, ändert sich, auch bei konstanter Propellerdrehzahl, im allgemeinen auch der von dem betrachteten Propellerflügel ausgeübte Schub sowie die auf den Propellerfliigel als ganzes wirkende Kraft. Man kann folglich in das Diagramm gemäß F i g. I eine ganze Schar von Kurven einzeichnen, längs derer sich jeweils der Punkt C j verschieben läßt, ohne daß sich dabei der von dem betrachteten Propellerflügcl als Ganzes ausgeübte Schub ändert. Die Kurven, die in F i g. 1 durch gestrichelte Linien /', k, /und ρ dargestellt sind, werden im folgenden als »Isodyncn« des betrachteten Propel-

Ki lers bezeichnet. Die Isodynen haben im allgemeinen einen Verlauf, wie er aus F i g. 1 ersichtlich ist, da bei Zunahme des Anströmwinkels λ zwischen dem betrachteten Stromfaden und der betrachteten Zone des Propellerflügels für einen vorgegebenen Schub eine kleinere Relativgeschwindigkeit (entsprechend dem Vektorpfeil BC) des Propellerflügels bezüglich der Anströmung erforderlich ist und umgekehrt. Die Isodynen für einen vorgegebenen Propeller lassen sich rechnerisch aufgrund der Theorie der Schraubenpropeller oder auch empirisch gewinnen. Für die empirische Bestimmung genügen im allgemeinen Messungen am freifahrenden Propeller.

Anstelle der erläuterten Isodynen (Kurven gleicher Schubkraft in einer vorgegebenen Propellerflügelzone) kann man auch Kurven konstanter Schubkraft für den ganzen Propellerflügel oder auch Kurven konstanten Drehmoments an der Propellerwelle verwenden. Für die praktische Anwendung der Erfindung ist es jedoch am zweckmäßigsten, die erläuterten Isodynen zu

jo benutzen, die sich auf die Schubkraft des ganzen Propellerflügels in Richtung parallel zur Achse der Propellerwelle beziehen.

Als nächstes soll nun die Bedeutung der Form der Anströmungskennlinie und ihrer Lage bezüglich der Schar von Isodynen auf das Betriebsverhalten des zugehörigen Propellers an Hand der Fig.2 bis 5 erläutert werden. In Fig. 2 ist rechts die Anslrömungskennlinie einer nach außen schlagenden Schraube eines Zweischraubers und drei Isodynen k, i und / in einem Diagramm entsprechend F i g. 1 dargestellt. Die Isodynen k und / bilden Tangenten der Anströmungskennlinie. In dem Diagramm der Fi g. 2 ist ferner ein Punkt m eingezeichnet, dessen Ordinate dem über den ganzen Propellerkreis gemittelten Wert V₄ der axialen Geschwindigkeitskomponente V₁, der Anströmung angibt. Die Abszisse des Punktes m entspricht dem Mittelwert V₇ der Umfangskomponente V,, diese ist jedoch bei konventionellen Rumpfformen im allgemeinen annä hemd null. Die durch den Punkt m gehende Isodyne i entspricht also im wesentlichen dem Mittelwert der Schubkraft, die der betrachtete Propellerflügel während einer vollständigen Umdrehung ausübt. Links neben dem erläuterten Diagramm sind ein Teil der Schiffshaut und zwei Streben (Wellenbock) für die Propellerwelle sowie der Propellerkreis schematisch dargestellt. Der Propellerkreis ist durch vier diametral verlaufende, gestrichelte Linien in acht Sektoren unterteilt Die Enden der diametralen Linien sind mit den Buchstaben a bis h bezeichnet, die also acht Winkelstellungen des betrachteten Propellerflügels entsprechen, denen mit den gleichen Buchstaben bezeichnete Punkte der Anströmungskennlinie entsprechen. Bezeichnet man mit Tk, Ti bzw. 7/ den minimalen, den maximalen bzw. den mittleren Wert des vom Propellerflügel ausgeübten Schubes entsprechend den Isodynen k, 1 bzw. /, dann stellt das Verhältnis T//T_k ein Maß für die Schubschwankungen dar, die bei dem betrachteten konventionellen Zweischrauber während einer Propellertour auftreten.

Diese Schubschwankungen haben bei den bekannten Schiffen erhebliche Werte. Die Differenz (Ti— 77^ ist ein Maß für die Amplitude der Schubschwankiingen. Bei konventionellen Zweischraubern schneidet im allgemeinen jede Isodyne zwischen den Isodynen k und / die Anströniungskennlinie in zwei Punkten und die Frequenz der Schubschwankungen ist daher gleich dem Produkt aus Drehzahl und Flügelzahl.

F i g. 3 zeigt die entsprechenden Verhältnisse für einen Einschrauber mit konventioneller Rumpfform. Im Vergleich zu Fig. 2 ist lediglich zu bemerken, daß der Punkt m wegen der symmetrischen Lage des Propellers im Nachslromfcld genau auf der Ordinate liegt und die Anströniungskennlinie symmetrisch zu Mitte Schiff ist, solange die Schraubenachse nicht schräg zu Mitte Schiff verläuft. Das Diagramm gemäß F i g. 3 enthält ferner Isodynen. z. B. die Isodyne p, die die Anströmungskennlinie in vier Punkten schneidet. Dies entspricht Schubschwankungen, deren Frequenz doppelt so groß ist als sie in einem Bereich auftritt, wo die Isodynen die Anströmungskennlinie nur in zwei Punkten schneiden.

F i g. 4 zeigt die Verhältnisse für einen Zweischrauber, dessen Rumpf im Heckbereich für jeden Propeller einen Schneckenkanal hat. Der in F i g. 4 gezeigte Querschnitt entspricht derjenigen Stelle, wo die Wand des Schneckenkanals sich mit dem nicht zum Schneckenkanalsystem gehörenden Teil der Außenhaut des Rumpfes trifft und sich die beiden Wandbereiche zu schneiden beginnen. In den Propellerkreis sind wie bei F i g. 2 und 3 acht Radien eingezeichnet, die verschiedenen Winkel Stellungen eines betrachteten Propellerflügels entsprechen. Die mit a bis k bezeichneten Kreuze bezeichnen die örter, wo die axialen und Umfangskomponenten der Anströmung gemessen wurden, aufgrund derer die Anströmungskennlinie der Fig. 4 gezeichnet worden ist. Der Punkt m im Inneren der in F i g. 4 dargestellten Anströmungskennlinie entspricht dem Ende des Vektors, der sich aus der mittleren axialen Komponente V,, und der mittleren Umfangskomponente Vj der Geschwindigkeit der Wasserströmung (Anströmung) im Propellerkreis als Ganzes zusammensetzt. Der Vektor der mittleren Umfangsgeschwindigkeit ist hier wegen der durch den Rumpf und den Schneckenkanal erzeugten Wirbelströmung ungleich Null.

Der Punkt m liegt auf der Isodyne / für den Mittelwert des Schubes, der durch den betrachteten Propellerflügel erzeugt wird. Die Isodynen kund 1, die Tangenten an die Anströmungskennlinie darstellen, entsprechen wieder dem minimalen bzw. maximalen Wert des durch den betrachteten Propellerflügel ausgeübten Schubes.

Bei Fig.4 ist der Schneckenkanal so geformt und bemessen, daß die resultierenden Umfangsgeschwindigkeitskomponenten V, der in den Propellerkreis eintretenden Anströmung für mindestens zwei Drittel der ganzen Umdrehung des Propellers der Bewegungsrichtung der Propellerflügel entgegengerichtet sind. Die Umfangsgeschwindigkeiten der Anströmung bewirken ferner, daß das Verhältnis des Maximalwertes zum Minimalwert des Schubes, den der einzelne Flügel des betrachteten Propellers während einer ganzen Umdrehung auf die Propellerachse ausübt, kleiner als 2 ist wenn das Schiff mit Dienstgeschwindigkeit fährt. Auf die sich hieraus ergebenden Vorteile wird noch eingegangen.

Fig.5 zeigt eine andere Anströmungskennlinie für einen Schiffsrumpf mit Schneckenkanal. Diese Anströmungskennline ist jedoch keine überkreuzungsfreie geschlossene Kurve, sondern weist zwei Überschneidungen der Knoten auf. In diesem Falle schneidet die Isodyne i, die durch den Punkt in geht (der dieselbe Bedeutung hat wie bei den vorangehenden Figuren) die Anströmungskennlinie in sechs Punkten. Die Isodyne k

j tangiert die Anströmungskennlinie in zwei Punkten, und die Isodyne /tangiert die Anströmungskennlinie in drei Punkten. Dieser sehr spezielle Fall einer Anströmungskennlinie soll zeigen, daß und auf welche Weise die Isodynen eine Anströmungskennlinie in mehr als zwei

κι Punkten schneiden oder berühren können.

Die in F i g. 5 dargestellte Anströmungskennlinie hat Stellen gleichender Propellerdrehrichtung entgegcngerichteter Anströmungskomponenten, die Stellungen der Propellerflügel entsprechen, welche mindestens ein

i) Viertel (also > nil) einer vollen Propelleruindrehung voneinander entfernt sind. Das heißt, daß in Abschnitten der Anströmungskennlinie, welche axialsymmetrisch liegenden Quadranten der Propellerumdrehung angehören, die Anströmungskomponenten stellenweise gleiche Werte haben, bei denen die Umfangsgeschwindigkeitskomponente V, die entgegengesetzte Richtung wie die Propellerdrehung hat.

Bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit des Schiffes ist im Falle der F i g. 5 der Schub, den ein Propellerflügel auf die Propellerachse ausübt, bei senkrecht nach unten gerichteter Stellung des betreffenden Propellerflügels größer als bei senkrecht nach oben gerichteter Stellung dieses Propellerflügels, siehe die Punkte a und e des Diagramms gemäß F i g. 5.

jo Durch diese Maßnahme, die ausschließlich durch die erfindungsgemäße Formgebung des Schneckenkanals erzielt werden kann, läßt sich bewirken, daß das Auftreten der Kavitation nicht wie üblich am oberen Rand des nach oben gerichteten Propellerflügels beginnt, sondern daß die Kavitation, wenn überhaupt, mit einer gewissen Gleichförmigkeit in allen Sektoren des Propellerkreises gleichzeitig auftritt und daher erst bei höhrerer Schiffsgeschwindigkeit einsetzt.

Im folgenden soll nun näher auf Schiffsrümpfe mit Schneckenkanälen und die eigentliche Erfindung eingegangen werden. Unter einem Schneckenkanal soll hier, wie bei den obenerwähnten diesbezüglichen Veröffentlichungen, ein längs der Unterseite des Schiffsrumpfes verlaufender, im allgemeinen nach unten offener Kanal verstanden werden, der dem Wasser eine makroskopische Wirbelströmung erteilen kann und dessen Wände in erster Näherung etwa die Form von Teilen der Oberfläche eines Kreiszylinders oder sehr spitzwinkligen Kegels mit wendelartig verformter Achse bilden.

Solche Flächen haben z. B. die Gehäuse von Turmschnecken.

Durch die vorliegende Erfindung soll der von den Propellerflügeln während einer Tour (Umdrehung) ausgeübte Schub durch geeignete Formgebung des Schneckenkanals, der Wellenhosen und gegebenenfalls auch noch von anderen Teilen der Schiffshaut, die den Nachstrom im Propellerbereich beeinflussen, vergleichmäßigt werden. Hierbei genügt es im allgemeinen, wenn das Verhältnis des maximalen Schubwertes zum minimalen Schubwert (entsprechend den Isodynen /und Runter den Wert 2 herabgesetzt wird, da die durch eine weitere Herabsetzung der Schubschwankungen erreichbare Verbesserung des Propulsionswirkungsgrades im allgemeinen den erforderlichen Aufwand nicht rechtfertigt.

Der maximale und der minimale Schubwert können aus einem Isodynendiagramm für einen einzelnen Schiffsflügel entnommen werden, das für das Schiff

selbst oder ein Versuchsmodell in einem Meßtank bei Geschwindigkeiten und Antrieb.,- bzw. Zugkräften unter Bedingungen gemessen werden, die denen beim tatsächlichen, durch seine Antriebsmaschine angetriebenen Schiffes entsprechen. Die beiden Extremwerte des Gesanitschubes werden durch die beiden Isoydnen des Schiffsschraubenflügels bestimmt, die die Anströmungskennlinie des betreffenden Schiffes tangieren. Damit sind jedoch die Vorteile, die sich durch die Erfindung erreichen lassen, noch keineswegs ausgeschöpft. Im Falle der F i g. 4 braucht man z. B. nur die Schiffsschraubenwelle um einige Grad in Richtung der Symmetrieebene des Rumpfes innerhalb des Sektors zwischen den Radien c und d zu neigen, um eine solche Verformung der Anströmungskennlinie der Schiffsschraube zu erreichen, daß das Verhältnis zwischen dem maximalen und dem minimalen Schubwert entsprechend den Isodynen k und /erheblich herabgesetzt und die auf die Schiffsschraubenflügel wirkenden Kraftschwankungen erheblich verringert werden. Dies ist sehr wünschenswert, auch wenn dadurch keine wesentliche Einsparung an Antriebsleitung erreicht wird. Eine ähnliche Änderung der Anströmungskennlinie, durch die die Schar der sie schneidenden Isodynen zusammengedrängt werden kann, läßt sich auch ohne Änderung der Lage der Schiffsschraubenwelle dadurch erreichen, daß man sowohl die Form des Schneckenkanals und der Wellcnhose als auch deren Lage bezüglich des .Schiffsrumpfes ändert. Hierauf wird weiter unten noch naher eingegangen werden.

Durch das Zusammendrücken der Schar der die Ansuömungskennlinie schneidenden Isodynen treten als erstes Überschneidungen in der Anströmungskennlinie auf. was zur Folge hat, daß manche Isodynen die Aiiströmungskennlinie in mehr als zwei Punkten schneiden und daß außerhalb des Bereiches dieser Isodynen im allgemeinen zwei seitliche Gruppen von Isodynen verbleiben, welche die Anströmungskennlinie in nur zwei Punkten schneiden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Verringerung der Amplitude der Störungen der Grundfrequenz (Schiffsschraubendreh-/ahl mal Anzahl der Schiffsschraubenflügel) im Nachstrom im allgemeinen nicht von einer entsprechenden Verringerung der Oberwellenamplitude (Amplitude von Störungen, deren Frequenz Oberwellen zur Grundfrequen/ darstellen) begleitet ist, da diese von Zonen und Teilen des Schiffsrumpfes, der Schneckenkanäle und der Wellenhose herrühren, die zu ändern entweder sehr schwierig oder unzweckmäßig ist. Es ist andererseits auch möglich, zu Verhältnissen zu gelangen, bei denen die Amplitude der Schubschwankungen, welche der Gruppe von Isodynen, die die Anströmungskennlinie in mehr als zwei Punkten schneiden, entsprechen, größer ist als die der Schubschwankungen. welche der Gruppe aller Isodynen, die die Anströmungskennlinie in höchstens zwei Punkten schneiden, entsprechen. Wenn man bei solchen Bedingungen angelangt ist, wird es fraglich, ob ein weiteres Zusammendrücken der Anströmungskennlinie hinsichtlich der Leistungsersparnis und der Verringerung von Schubschwankungen noch zweckmäßig ist, da die Amplitude der Schwankungen der Grundfrequenz nun kleiner ist als die Amplitude von Schwankungen der Oberwellenfrequenzen. Es kann nun zweckmäßiger sein, die Fläche der Schiffsschraubenflügel zu vergrößern und gleichzeitig ihre Anzahl zn verringern. Erforderlichenfalls kann man auch die Form des Kanalsystems sogar soweit ändern, daß die Anströmungskennlinie in einem solchen Ausmaß zusammengepreßt wird, daß überhaupt keine Isodynen mehr vorhanden sind, die die Anströmungskennlinie in zwei und nur zwei Punkten schneiden. Ein solcher Fall ist in der bereits erwähnten F i g. 5 dargestellt. Hier schneidet die Isodyne /' welche durch den Punkt /ngeht, der der mittleren Axialgeschwindigkeitskomponeme Vi und der mittleren Tangentialgeschwindigkeilskomponenten Vj der für die Schiffsschraube als Ganzes betrachteten Anströmung entspricht, die Anströmungskennlinie in mehr als zwei Punkten. Dies stellt ein Indiz dafür dar, daß ein weiteres Zusammendrücken der Anströmungskennlinie wahrscheinlich nicht mehr zweckmäßig sein wird.

Bei einem konventionell geformten Schiffsrumpf werden nur der Schub und die Drehzahl der Schraube in Betracht gezogen, während die mittlere tangentiale Komponente Vrder in den Propellerkreis eintretenden Wasserströmung als vernachlässigbar angesehen wird. Im folgenden soll daher angegeben werden, wie bei einem Schiffsrumpf mit Schneckenkanal die mittlere Longitudinalgeschwindigkeitskomponente Va und die mittlere Tangentialgeschwindigkeitskomponente Vydcr Anströmung, gemittelt über den ganzen Schiffsschraubenkreis, zu bemesson sind. Die über den Schiffsschraubenkreis gemitteltc Umfangsgeschwindigkeitskomponente Vt ist beim Erfindungsgegenstand nicht nur nicht vernachlässigbar, sie wird vielmehr zu einer wesentlichen Beeinflussung der Antriebsleistung ausgenutzt, da die durch die Form des Kanalsystems erzeugte makroskopische Wirbelströmung zu einer Kompensation der durch die Schiffsschraube bewirkten Rotationsströmung verwendet wird. Die richtige Dimensionieriing der beiden Geschwindigkeitskomponenlen stellt ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung

ji dar.

Durch umfangreiche Modellversuche wurde ermittelt, daß der Propulsionswirkungsgrad in der Nähe eines Wertes Vn, der über den Propellerkreis gemittelten Umfangskomponente der Geschwindigkeit der Anströniung ein Maximum hat, der durch die folgende Gleichung gegeben ist:

Dabei bedeuten M₁. den Mittelwert des durch die Propellerwelle in einer Umdrehung auf den betrachteten Propeller übertragenen Drehmoments, D₀ den Durchmesser des Propellerkreises, Va den Mittelwert

so der axialen Geschwindigkeitskomponente der Anströmung, g die Erdbeschleunigung und γ das spezifische Gewicht des Wassers und ς das Verhältnis des Radius r_q der betrachteten Zone maximaler Schubwirkung zum Radius des Propellerkreises. Der Optimalwert des Propulsionswirkungsgrades für eine bestimmte Schiffsgeschwindigkeit liegt innerhalb eines nicht übermäßig schmalen lntervalles, indem sich der Propulsionswirkungsgrad bei Änderungen von VVrelativ wenig ändert; außerhalb dieses lntervalles sinkt der Propulsionswir-

bc kungsgrad dann jedoch sehr rasch ab. Aus einer Anzahl praktischer und konstruktiver Überlegungen lassen sich daraus für den günstigsten Wert von Vr eine obere Grenze V/u und eine untere Grenze V;,,, angeben, welche durch die folgenden Ausdrücke gegeben sind:

nq γ

M ₁, Wa

(2)

ν _

^{8 s}

(3)

Im Bereich der Fortschrittsgeschwindigkeiten, der für das betrachtete Schiff hauptsächlich von Interesse ist, soll also der Wert der über den Schraubenkreis gemittelten Umfangsgeschwindigkeitskomponente Vi innerhalb dieser Grenzen liegen.

Die bis jetzt erwähnten Maßnahmen lassen sich durch die üblichen Schiffsbautechniken, in Verbindung mit den Lehren der eingangs genannten Veröffentlichungen betreffend Schiffe mit Schneckenkanälen, realisieren. Die mittlere Unifangsgeschwindigkeitskomponenten Vi im radialen Abstand r_if, bei dem der Schub im Mittel (über eine Umdrehung) seinen maximalen Wert hat. kann z. B. dadurch bestimmt werden, daß man die Drehzahl der Schiffsschrauben einmal bei einwärts schlagenden Schrauben und das andere Mal bei auswärts schlagenden Schrauben mit der gleichen Fortschrittsgeschwindigkeil des Rumpfes und gleichem Schub mißt. Die Hälfte der Differenz der Drehzahlen multipliziert mit dem Faktor ^qD₁. ergibt den Mittelwert der Umfangskomponcnte V; der Anströmung des betrachteten Propellers. Die longitudinal Geschwindigkciiskomponcmc V₁ der Anströmung kann auf konventionelle Weise gemessen werden, wobei man mit einer Drehzahl arbeitet, die gleich dem Mittelwert der Drehzahlen bei einwärts und auswärts schlagenden Propellern ist.

Im folgenden soll nun auf die Konstruktionsprinzipien näher eingegangen werden, mit denen die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst werden kann.

Fig. 6 zeigt eine schematische Seitenansicht des Heckbereiches eines Zweischraubers. Das Steuerruder ist zur Vereinfachung der Zeichnung nicht dargestellt. Es bedeuten:

L— L Konstruktionswasscrlinie

s,,_r —S/1,,1 Basis

M-M-M-M Mitte Schiff

5— S Untere Grenze der Wellenhosc

R Wellenhose

E Propeller

Q-Q-Q Grenzlinie zwischen der Wand

des Schneckcnkanals und der Außenhaut des Rumpfes

U— U—U Obere Grenze des Schncckenka-

nals

In der Seitenansicht sind die Grenze des Schneckenkanals und der Schnitt durch die Außenhaut Mitte Schiff dort gestrichelt gezeichnet, wo sie in der gezeigten Seitenansicht hinter der Wellenhose oder der Außenhaut des Schiffsrumpfes verlaufen. Der Punkt s,„,, der Basis entspricht dem Ort des Hauptspantes, worunter hier der Spant größter Quersehnittsfläche unterhalb der Konstruktionswasserlinie verstanden werden soll oder, wenn das Schiff einen mittleren Rumpfieilkonstanter, maximaler Quersehnittsfläche hat, der dem Heck am nächsten benachbarte Spant größter Quersehnittsfläche.

In Fig. 6 ist ferner gestrichelt und im Schnitt eine Kort-Düse eingezeichnet.

Die I" ig. 7 bis 10 sind Querschnittsansichten von Teilen des Schiffsrumpfes gemäß F i g. 6. Fig. 7 ist ein Querschnitt am Ort S\ und zeigt, daß die Kort-Düse zum Teil durch einen Wandabschnitt (?(/Mdes heckseitigen Auslaufes des zum Schneckenkanal gehörenden Kanalsystems gebildet wird. M ist ein Punkt auf Mitte Schiff (der vertikalen, durch den Kiel gehenden Symmetrieebene des Schiffes), während die Linie L— (feinen nicht zum Kanalsystem gehörenden Teil der Außenhaut des ϊ Schiffes darstellt. Der Propeller E läuft in Richtung des Pfeiles. Der Abstand zwischen dem in die Propellernabe übergehenden Teil der Wellenhose und dem Wandabschnitt QU des zum Schneckenkanal gehörenden Kanalsystems ist mit Λ bezeichnet.

ίο Der Ort si stellt praktisch das heckseitige Ende des zum Schneckenkanal gehörigen Kanalsystems für den dargestellten Steuerbordpropeller des Schiffes dar. Das Kanalsystem und die Wellenhose R gehen bugseilig beide allmählich in eine normale Rumpfform über und verschwinden schließlich vollständig. Aus Fig.6 ist ersichtlich, daß die Wellenhose R zwischen den Örtern Si und si vom eigentlichen Rumpf getrennt ist und daß ein ringförmiger Bereich um die Wellenhose in Fortsetzung der in F i g. 7 gestrichelt dargestellten Kort-Düse mit Wasser gefüllt ist; dieser Bereich ist durch die konkave Wand Q— i/des Kanalsystems und die Kort-Düse K, die den Kreis schließt, begrenzt. Der zwischen den Örtern S{ und si liegende Teil des Kanalsystems soll daher als »Ringkanal« bezeichnet werden, obgleich dies exakt nur für denjenigen Teil des Kanals zutrifft, der durch die Kort-Düse geschlossen ist. Es sei hier erwähnt, daß eine Kort-Düse, die den Propeller umgibt, nicht unbedingt benötigt wird. Ohne Kort-Düse ist der »Ringkanal« also nur teilweise von

ίο Schiffshautteilen begrenzt und nicht zu einem vollständigen Ring geschlossen.

In F i g. 8 ist ein Querschnitt am Ort 57 dargestellt, wo die Wellenhose R in den Rumpf übergeht, der oben definierte »Ringkanal« endet und der nur noch durch

j-5 den Rumpf begrenzte Teil des sich weiter zum Bug hin fortsetztenden Schneckenkanals beginnt. Der Querschnitt am Ort s₂ hat eine eigentümliche Form; die konkave Schnittlinie Q— U, die den Schneckenkanal begrenzt, setzt sich nämlich bis zu einem Punkt Γ fort, wo das eigentliche Wellenhosenprofil beginnt, das eine konvexe Kurve T—V—S bildet. Die ganze S-förmige Linie U—Q—T—V berührt im Punkt Q die Linie L—Q—S, welche das Profil (Schnittlinie) der äußeren Schiffsrumpfhaut darstellt, die im Punkt S endet und dort in die Mantelwand T— V—S übergeht. Bei der Betrachung des Rumpfes von der Seite (F i g. 6) liegt der in Fig. 8 dargestellte Punkt ζ) auf der Grenze Q—Q—Q zwischen dem konkaven Teil des »Ringkanals« QUund dem nicht zum Schneckenkanal gehörenden Teil L-Q der Außenhaut des Rumpfes. Der untere Teil des in F i g. 6 dargestellten Randes Q— Q— Qbildet eine Rippe auf der Wellenhose, die in Punkt Qi (F i g. 8) endet. Die geschlossene Kurve Q₂-T-V-S-Q₂ in F i g. 8 kann als die Verbindung der Wellenhose mit dem eigentlichen Rumpf angesehen werden. Im Punkt 5Ί berührt die erwähnte geschlossene Kurve eine horizontale Gerade Si-N, d.h., daß die Wand der Wellenhose hier im Schnitt gesehen waagrecht verläuft, während die Wellenhose von der Seite gesehen den der Linie Si —S₂, Si in F i g. 6 entsprechenden Verlauf hat. Der Punkt V der erwähnten geschlossenen Kurve stellt den Berührungspunkt dieser Kurve mit einer vertikalen Geraden V—Z dar und der Teil T— V—S\ der geschlossenen Kurve entspricht dem Profil der Wellenhose, das zum

h5 Inneren des Schneckenkanals hin weist und im Punkt V vertikal verläuft.

Die vertikale Gerade V— Zschneidet die Außenhaut des Rumpfes im Punkt Z, der im konkaven oberen Teil

Q—U—Z—M der Wand des Schneckenkanals liegt In F i g. 8 ist mit R der Krümmungsmitteipunkt des Wellenhosenprofils im Punkt V bezeichnet, wo das Wellenhosenprofil im Querschnitt gesehen die vertikale Gerade V-Z berührt. Der Krümmungsmittelpunkt R wird, wie üblich, als »Wellenhosenmitte« bezeichnet und diese Wellenhosenmitte läßt sich in entsprechender Weise auch für die anderen Querschnitte der Wellenhose definieren, die zwischen den Örtern S\ und Si geschlossene Kurven bilden. In Fig.8 ist ferner eine Gerade R-Qeingezeichnet, die die Wellenhosenmitte R mit dem Punkt Q verbindet, wo der konkave Teil T—Q—U—Z der Wand des Schneckenkanals den nicht zum Schneckenkanal gehörenden Teil L—Q—S der Außenhaut des Rumpfes berührt. Im allgemeinen kann der Teil L —Q—S der Außenhaut des Rumpfes an dieser Stelle konkav oder konvex sein. Die Lage der Geraden R-Q ist für die vorliegende Erfindung wesentlich, wie noch erläutert werden wird.

In Fig.8 ist der Punkt Z, wo die vertikale Gerade V-Z den inneren, konkaven Teil Q-U-Z-M der Wand des Schneckenkanals schneidet, außerdem noch durch eine Gerade R— T— Z mit der Wellenhosenmitte R verbunden. Diese Gerade schneidet das Profil der Wellenhose im Punkt T, dessen Lage bezüglich des Punktes Zebenfalls erfindungswesentlich ist.

Die Fläche innerhalbt der geschlossenen Linie, die durch den konkaven Teil Q—U—Z der Wand des Schneckenkanals, den konkaven Teil Q— T— V der Wellenhosenwand und die vertikale Gerade V—Z gebildet wird, soll im folgenden mit dem Symbol X bezeichnet und »Fläche des effektiven Querschnitts des Schneckenkanals« genannt werden. Die Fläche innerhalb der geschlossenen Linie, die durch die vertikale Gerade V-Z, den Teil Z-M der Wand des v, Schneckenkanals und die Mitte Schiff entsprechende vertikale Gerade M—N sowie die horizontale Gerade N—S und den konvexen Teil 5— V der Wellenhosenwand gebildet wird, soll mit dem Symbol Y bezeichnet werden. Die Summe der Flächen A' + Y wird mit dem Symbol Φ (s) bezeichnet und »Gesamtfläche des Kanalquerschnitts« genannt, sie entspricht also der Fläche innerhalb der ganzen geschlossenen Kurve S-V-T-Q-U-Z-M-N-S. Sollte in speziellen Fällen der im wesentlichen konkave obere Teil der 4^r> Wand des Schneckenkanals zwischen der Wellenhose und Mitte Schiff soweit herunterreichen, daß er die horizontale Gerade S—N schneidet, so würde dieser Schnittpunkt mit »M« bezeichnet und die senkrechte Gerade Μ— Ν würde in diesem Falle nicht vorhanden sein. An der Definition der Flächen X und Y wird dadurch jedoch im Prinzip nichts geändert.

Fig.9 zeigt das Profil des Kanalystems an dem Ort, wo der eigentliche Schneckenkanal in eine sich zum Bug hin erstreckende Verlängerung übergeht, die einem normalen Boden- oder Kielkanal ähnlich ist. Die Lage dieser Übergangsstelle ist durch denjenigen Querschnitt definiert, an dem die vertikale Gerade K-Z(F i g. 8) zu einem Punkt zusammengeschrumpft ist. An diesem Ort besteht die Begrenzung des Kanals nur noch aus der Linie L—S— V— U— M(diese Buchstaben haben dabei die gleiche Bedeutung wie bei den vorangehenden Figuren), während der Teil V—T—U—Z vollständig verschwunden ist. Die oben definierte effektive Querschnittsfläche des Schneckenkanals X ist zu Null fe5 geworden, und die Fläche Y ist nun gleich der Gesamtfläche Φ (s)dcs Kanalquerschnilts.

Von dem Ort aus, wo der Kanal den in Fig. 9 dargestellten Querschnitt hat, bis zum bugseitigen Ende des Kanals unterscheidet sich dieser also praktisch nicht von einem normalen Boden- oder Kielkanal, wenn auch der Kanal in diesem Bereich in speziellen Fällen sich zur Seite des Schiffsrumpfes erstrecken und längs Mitte Schiff aufgeteilt werden kann. Auch in diesem Falle ist die Gesamtfläche des Kanalquerschnitts immer noch durch die konvexe Linie entsprechend dem Schnitt durch den sich zum Bug erstreckenden, den Kanal begrenzenden Teil der Schiffshaut, die die tiefste Stelle der Schiffshaut in diesem Querschnitt tangierende horizontale Gerade und das konkave Profil der Kanalwand definiert. Die Begrenzung dieser Fläche schließt sich entweder dort, wo die den tiefsten Punkt der Schiffshaut tangierende horizontale Gerade den konkaven Teil der Kanalwand schneidet oder an Punkten, wo die vertikale Gerade entsprechend Mitte Schiff sowohl die Wand des Kanalsystems als auch die horitzontale Gerade, die den konvexen unteren Teil der Schiffshaut tangiert, schneidet.

Fig. 10 zeigt das Querschnittsprofil des Schneckenkanals an einem Ort bugseitig von si. Die Buchstaben haben wieder die gleiche Bedeutung wie vorher und die jeweiligen Abschnitte haben die an Hand von Fig.8 und 9 erläuterten Eigenschaften. Es fehlt lediglich der Punkt Q, außerdem sind im konkaven Teil der Wand des Schneckenkanals zwei zusätzliche Punkte P und VV eingezeichnet. Der Punkt Wist die Mitte des konkaven Teiles T— P-- W— U— Z und hat längs der gekrümmten Schnittlinie gleiche Abstände von den Punkten 7"und Z. Der Punkt P ist der Berührungspunkt zwischen der gekrümmten Schnittlinie und einer an diese gelegten Tangente, die durch die Wellenhosenmitte R geht. Im Verlaufe des Übergangs des Schneckenkanals in den Kielkanal gibt es eine Stelle, wo die vier Punkte T, P, W und Z zusammenfallen, wo der Punkt U zwischen den Punkten Z und M liegt und wo die effektive Querschnittsfläche X des Schneckenkanals noch nicht zu Null geworden ist. Für denjenigen Teil des Kanals, der auf der Bugseite dieser Stelle liegt, gelten die folgenden Ausführungen bezüglich der Punkte T, P und W nicht, und dieser bugseitige Teil ist für die Erfindung in dieser Hinsicht nicht von Bedeutung.

Der Erfindungsgegenstand, der nun unter Bezugnahme auf die Fig.6 bis 10 erläutert werden soll, unterscheidet sich vom Stand der Technik sowohl in qualitativer als auch in quantitativer Hinsicht. Zu den qualitativen Maßnahmen, in denen sich der Erfindungsgegenstand vom Stand der Technik unterscheidet, gehört als erstes, den konkaven Teil der Wand des Schneckenkanals so zu formen, daß der Bereich maximaler Krümmung mindestens z.T. zwischen den in Fig. 10 dargestellten Punkten P und W liegt, deren Lage oben definiert worden ist. Die zweite qualitative Maßnahme besteht darin, dem konkaven Teil der Wand des Schneckenkanals einen ganz speziellen Verlauf zu geben, der folgendermaßen beschrieben werden kann: Wenn man die Schneckenkanalquerschnitte, entsprechend verschiedenen Örtern, aufeinanderlegt und sie in bezug aufeinander so verschiebt und/oder verdreht, daß sich die konkaven Teile der die Wand darstellenden Schnittlinien berühren, aber nicht überschneiden, so soll der ganze konkave Wandteil des Schneckenkanalschnittes für einen vorgegebenen Ort längs der Basis alle konkaven Teile der Schnitte, entsprechend Örtern. die auf der Heckseite des betrachteten Profils liegen, umfassen, ohne sie zu schneiden und der konkave Teil des betrachteten Querschnitts soll in entsprechender

Weise von den konkaven Teilen aller Schneckenkanalquerschnitte, entsprechend örtern, die bugseitig des betrachteten Querschnitts liegen, umfaßt werden. Außerdem sollen mindestens gewisse Punkte, in denen sich die erwähnten konkaven Wandteile der Kanalquerschnitte berühren, in denjenigen gekrümmten Bereichen liegen, wo die Krümmung ihre größten Werte hat Der Maximalwert der Krümmung soll ferner in Richtung vom Bug zum Heck hin nicht abnehmen.

Das dritte qualitative Merkmal besteht darin, die Wellenhose so zu formen, daß die maximale Krümmung des konvexe.1 Teiles der Wellenhose längs deren ganzer Länge vom Heck zum Bug hin abnimmt

Diese Maßnahmen dienen zur hydrodynamischen Beeinflussung der Anströmung und haben den Zweck, die tangentiale oder Umfangskomponente der Anströmung innerhalb des dem betreffenden Kanal zugeordneten Propellerkreises so zu verteilen, daß die Umfangsgeschwindigkeit, die durch die verschiedenen Abschnitte der Propellerflügel in den verschiedenen radialen Abständen von der Propellerachse erzeugt wird, so weitestgehend wie möglich kompensiert wird, ohne daß dadurch die axiale Komponente der Anströmung übermäßig verringert wird, was eine unerwünschte Erhöhung des Schleppwiderstandes des Schiffsrumpfes bedeuten würde.

Zu den quantitativen Maßnahmen gehört als erstes eine bestimmte Bemessung des Schneckenkanals und des Ringkanals bezüglich der Abmessungen und Eigenschaften des zugehörigen Schiffspropellers.

Die erste quantitative Bemessungsregel besteht darin, daß die Länge des Abschnitts R-Q (Fig.8) nicht kürzer als der Radius der Zone größten Wirkungsgrades des Propellerflügels sein soll, also der Zone, in der der vom Propeller erzeugte Schub im Mittel, gerechnet über eine ganze Umdrehung des Propellers, am größten ist. Die zweite quantitative Maßnahme besteht darin, daß der Abstand zwischen den an Hand von F i g. 8 und 10 definierten Punkten Tund Znicht größer sein soll als der Propellerradius zuzüglich des maximalen Durchmessers der Propellernabe oder des minimalen Durchmessers der Wellenhose. Längs des ganzen Ringkanals muß der minimale Abstand zwischen dem konkaven Teil der Wand des Ringkanals und dem konvexen Teil der Wand der Wellenhose nicht größer werden als die oben erwähnte Summe des Propellerradius und des maximalen Durchmessers der Propellernabe oder des minimalen Durchmessers der Wellenhose.

Der Abstand zwischen dem konkaven Teil der Wand des Ringkanals und dem konvexen Teil der Wand der Wellenhose darf ferner in dem durch das Heckende der Wellenhose gehenden Querschnitt keinesfalls kürzer sein als die Länge der Flügel des Propellers, der sich am Heckende der betreffenden Wellenhose befindet.

Die Lage des Schneckenkanals bezüglich des Schiffsrumpfes soll ferner so gewählt werden, daß die rotierende Anströmung eine vorteilhafte Anströmungskennlinie bezüglich der Isodynen des Propellers hat. In dieser Hinsicht soll der Bereich der Anströmung, in dem die kleinste longitudinal Strömungsgeschwindigkeit herrscht, im Propellerkreis seitlich von der Propellernabe liegen, d. h. dieser Teil der Anströmung soll weder zu weit oberhalb noch zu weit unterhalb von einer durch die Propellerachse gehenden horizontalen Geraden liegen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man dem Schneckenkanal eine solche Form gibt, daß die Gerade R— Q, die an Hand von F i g.-8 definiert wurde, mit der Horizontalen einen Winkel bildet, der so klein ist, wie es hinsichtlich der zulässigen Länge des gesamten Kanals und der Breite des Rumpfes im Verhältnis zum Propeller zulässig ist Es genügt jedoch im allgemeinen, wenn der Winkel der Geraden R-Q und der Horizontalen kleiner als 40° ist, und es ist dabei gleichgültig, ob der Punkt Q unterhalb oder oberhalb der Horizontalen durch die Wellenhosenmitte am Heckende des Schneckenkanals liegt, wo sich der konkave Teil der Wand des Schneckenkanals mit der

ίο Außenhaut des Rumpfes zu treffen beginnt.

Die Abmessungen und Lage des Schneckenkanals sowie der Wellenhose bezüglich des Rumpfes wird jedoch nicht nur durch hydrodynamische Bedingungen bestimmt, da ja auch die Lage der Propellerwelle in Betracht gezogen werden muß, die wiederum von der Anordnung des Antriebsaggregates im Rumpfinneren abhängt. Es ist selbstverständlich wünschenswert, daß der durch das Kanalsystem verlorengehende Nutzraum des Schiffes so klein wie möglich ist, dies gilt insbesondere für denjenigen Teil des Schiffes, wo der Schneckenkanal, vom Rumpfinneren aus gesehen, die Schiffsschraubenwelle umfaßt, indem er sich um die Wellenhose windet. Der zweckmäßigste Weg, die Verluste an Nutzraum so klein wie möglich zu halten, besteht darin, den Wandteil des Schneckenkanals, der sich zwischen den Zonen maximaler Wandkrümmung und der Wellenhose befindet, so nahe wie möglich bei der Propellerwelle anzuordnen. Der Abstand zwischen der Propellerwelle und den sie umgebenden Wänden wird zweckmäßigerweise so klein gemacht, wie es hinsichtlich der Konstruktion des Rumpfes und der Wellenlager möglich ist, wobei man darauf zu achten hat, daß der Abstand der Propellerwelle von der Wand der Wellenhose bzw. des Kanals wegen des in Längsrichtung im allgemeinen nicht geraden Verlaufes der Wellenhose anfänglich zunehmen, dann jedoch wieder abnehmen kann.

Bezogen auf die Abmessungen des Propellers, der sich am Heckende der Wellenhose befindet, genügt es, daß stellenweise der freie Raum zwischen der Propellerwelle und der Innenwand der Wellenhose, welche die Außenhaut des Schiffes gegenüber dem Schneckenkanal bildet, nicht größer als der maximale Durchmesser der Propellernabe oder der Durchmesser des Endes der zugehörigen Wellenhose ist.

Wenn man den Zwischenraum zwischen der Propellerwelle und den Wänden des Kanalsystems in dieser Weise bemißt, ist es möglich, zwischen den Wänden des Kanalsystems und den nicht zu diesen gehörigen Teilen

so der Rumpfwand einen freien Raum vorzusehen, in dem Teile des Antriebsaggregats untergebracht werden können. Das Antriebsaggregat und das bugseitige Schott des Maschinenraums können dadurch verhältnismäßig nahe am Heck angeordnet werden. Der freie Raum zwischen der Propellerwelle und der dem Kanalsystem gegenüberliegenden Wand des Rumpfes läßt sich auf verschiedene Weise ausnutzen, man kann z. B. einen Teil des Antriebsaggregats, wie ein Untersetzungsgetriebe, innerhalb der Verlängerung der Wellenhose in Richtung auf den Bug zwischen der Wand des Schneckenkanals und der äußeren Wand des Rumpfes anordnen. In anderen Fällen kann es wegen der Größe des Untersetzungsgetriebes zweckmäßiger sein die Propellerwelle zu verlängern und seitlich an einem Teil des Antriebsaggregates vorbeizuführen das zwischen der Propellerwelle und der nicht zum Kanalsystem gehörenden Rumpfwand angeordnet ist. Das Untersetzungsgetriebe befindet sich dann also

biigscitig bezüglich des erwähnten Teiles des Antriebsaggregats, das auf der Bugseile des Untersetzungsgetriebes noch weitere Einheiten aufweisen kann.

Zwei nicht einschränkend auszulegende Beispiele solcher Anordnungen mit guter Raumausnutzung sind > in den F i g. 11 und 12 schematisch dargestellt.

I' ig. 11 zeigt eine schematische Seitenansicht des Hcckieiles eines Schiffsrumpfes, dessen Außenhaut rechts von einer /ickzackförmigen Schnittlinie 7—7. aufgeschnitten ist. Die bereits erwähnten Buchstaben in haben dieselbe Bedeutung wie in F i g. 6 bis 10. Dei-Propeller Eist über eine Welle D—D—D mit einem Untersetzungsgetriebe und/oder einer Kupplung B verbunden, an die eine Antriebsmaschine A angeschlossen ist. Man sieht, daß die Propellerwelle D— Dnahe der π Linie Γ—Γ—Τ verläuft, die die obere Grenze der Wcllcnhose darstellt und daß die Antriebsmaschine A zusammen mit der Einheit S, die ein Untersetzungsge triebe und/oder eine Kupplung und gegebenenfalls ein Schublagcr enthalten kann, zwischen dem Kanalsystem und der in l^: i g. 11 weggebrochenen Außenwand des Rumpfes angeordnet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 ist das Innere des Rumpfes von oben dargestellt, wobei die Linien IVi und IV; zwei verschiedene Wasserlinien > > darstellen, von denen die erste durch die Mitte des Propellers und die zweite durch den Punkt geht, in dem sich die Wand des Schncekenkanals an dessen Heckende mit der Außenhaut des Rumpfes zu schneiden beginnt.

Die Einheit B kann wieder ein Getriebe und gegebenenfalls eine Kupplung und/oder ein Schublager enthalten, sie ist hier mit zwei Maschinensätzen A und C verbunden. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Propellerwelle D-D sehr nahe an der Wand der r> Wellenhose verlaufen kann. Die Einheit B befindet sich am bugseitigen Ende des Maschinensatzes A. der sich parallel zur Propcllerwelle erstreckt. Das ganze Antriebsaggregat mit den Einheiten A, B und C ist also zwischen dem Kanalsystem und der nicht zu diesem gehörigen Außenwand des Rumpfes angeordnet.

Bei allen dargestellten Anordnungen umfaßt der Schneckcnkanal Bereiche, wo die Außenhaut des Rumpfes, gleichgültig ob sie zur Wellenhose oder zum Kanalsystem gehört, von der Propellerwelle einen Abstand hat, der kleiner sein kann als der maximale Durchmesser der Propellernabe oder der minimale Durchmesser der Wellenhose. Diese Maßnahme gewährleistet einerseits eine optimale Ausnutzung des Innenraumes des Rumpfes, sie ist andererseits hinsieht- 5ii lieh der Steigung des wendelartigen Teils des Schnekkenkanals erforderlich, die durch ganz bestimmte Bedingungen bestimmt wird, die vom Propeller und den nicht direkt mit dem Kanalsystem zusammenhängenden Heckteil des Schiffes abhängen. Definiert man die Steigung des Schneckenkanals durch die Zunahme des oben definierten effektiven Kanalquerschnitts X und betrachtet man dessen Zunahme als Funktion des longitudinalen Abstands s des Ortes, in dem der effektive Querschnitt gemessen wurde, von einem festen Bezugspunkt, dann ist das Minimum des absoluten Betrages der ersten Ableitung

effektive Querschnitt X seinen größten Wert hat. durch die folgende Formel gegeben:

d_X(s)

ds

ds

65 Die Symbole V/„, und V.\ haben dieselbe Bedeutung wie oben, und das Symbol Λ bedeutet den minimalen Abstand zwischen der konkaven Wand des Ringkanals und dem konvexen Teil der Wellenhose des betrachteten Schneckenkanals: dieser minimale Abstand /1 wird dabei am Heckende der Wellenhose und des Schnekkenkanals gemessen: es handelt sich beim Abstand /1 also um denselben Abstand, der in F i g. 7 eingezeichnet ist.

Es gibt auch eine obere Grenze für den Absolutwert der ersten Ableitung der effektiven Querschnittsfläche an derselben Stelle, und diese obere Grenze ist durch die folgende Formel gegeben:

d A" (S)

ds

(5)

In dieser Formel ist C, eine Konstante, deren Wert gleich dem Kotangens des Winkels zwischen der Außenhaut des Rumpfes und der Schnittebene ist, gemessen in dem Punkt, wo die Außenwand am Heckende des Schneckenkanals und dem Beginn des Ringkanals zum erstenmal die Innenwand des Schnckkenkanals trifft. Die anderen Symbole haben die gleiche Bedeutung wie früher. Die Einschränkungen betreffend die Steigung des Schneckenkanals an dessen Heckende beeinflussen nun auch die Abmessungen des ganzen Kanalsystems und seine Ausdehnung in Richtung auf den Bug. da die Änderung und der Betrag der Fläche des Gesamtquerschnittes Φ (s) nicht völlig willkürlich sein können, sondern einen innerhalb enger Grenzen liegenden Verlauf haben müssen, damit die Erzeugung der rotierenden Anströmung nicht mit einer übermäßigen Erhöhung des Schieppwiderstandes des Rumpfes erkauft werden muß. Es dürfen z. B. im Inneren des Kanalsystems keine Bereiche vorhanden sein, wo sich die Strömung vor dem Erreichen der maximalen Fortschrittsgeschwindigkeit, für die das Schiff ausgelegt ist, von der Wand ablöst. Der Absolutwert

der ersten Ableitung des Gesamtquerschnittes des Kanals in Abhängigkeit des Abstandes s der Querschnittsebene von einem vorgegebenen Bezugspunkt soll also vom Heck zum Bug hin möglichst gleichmäßig abnehmen. Am besten ist es, wenn die Funktion Φ (S₁ einen Verlauf hat, der sich durch die Forme! vom Typ

= A{s_oc- s)"

(6)

am Ort des Heckendes des Schneckenkanals, wo der ausdrücken läßt, wobei A eine Konstante, s_ocden Ort dei Querschnittsebene entsprechend dem Bugende des Kanalsystems und π eine positive Zahl, die nichi ganzzahlig sein braucht aber kleiner als 3 sein muß bedeuten. Die Länge des sich in Richtung auf den Bug erstreckenden Kanalsystems darf dabei selbstverständlich für die Abmessungen und die Bestimmung des Schiffes nicht zu groß werden. Andererseits kann dei

Hxponeni η nicht kleiner als 1.5 gemacht werden, da sich sonst die Querschnittsfläche /u schnell ändert und übermäßige Querbeschleunigungen in der Wasserströmung auftreten können. Um die Länge des Kanalsysienis /u verkürzen, kann es notwendig sein, ilen Wert

ds~

längs des I leekabschniues des Schneckenkanals in Richtung auf ilen Bug hin geringfügig zu vergrößern, so daß die I^:lächcnabnahme in einem mehr beim Bug liegenden Abschnitt des Kanalsystcms. z. B. einem Abschnitt, der dem Bodenkanal entspricht, beginnt. Dies ist in dem Diagramm der I'ig. 13 graphisch dargestellt, das den Verlauf der oben definierten, längs der Ordinate aufgetragenen Gesamtfläche Φ (s) = X+ Y eines Kanals in Abhängigkeit vom längs der Basis gerechneten, längs der Abszisse aufgetragenen Abstand der betreffenden Querschniitsflächc von einem ßezugspunkt darstellt. Der Ort s₂ entspricht dem Querschnitt am Heckende des Schncckenkanals, wo der sogenannte Ringkanal beginnt und wo die Gesamtfläche des Kanalquerschnitts ihren größten Wert hat. Dieser Punkt ist in l·' i g. 13 mit 20 bezeichnet.

Unter Zugrundelegung der obigen Ausführungen wird der Absolutwert der Ableitung

ds

aus den Eigensr'halten der vom Rumpf mil Hilfe des Kanalsystems zu erzeugenden Wirbelströmung bestimmt. Dieser Wen hängt ferner vom Trend der oben definierten Größe !'aufgrund der folgenden Beziehung ab:

ds

ds

d_K
ds

*_t(s) = A(S₂₂-S)³

(8)

entspricht. Dies ergibt jedoch einen relativ langen Kanal, der sieh u.U. zu weit in Richtung auf den Bug erstreckt und mit den Abmessungen und der Bestimmung des Schiffes nicht verträglich ist. Setzt man den Wert des Exponenten /; in der obigen Gleichung herab, so verschiebt sich der Ort S₂₂ in Richtung zum Heck, nähert sich dem Ort Vi. ohne ihn zu überschreiten, und wenn η gleich 1 wird, fällt .vj.. mit dem Punkt .s_>i zusammen, was jedoch aus den oben angeführten Gründen unzweckmäßig ist.

Sollte das Kanalsystem bei dem Wert von /j, der etwas größer als 1 ist und noch ausreicht, um eine Ablösung der Strömung von den Kanalwänden zu verhindern, das Kanalsystem immer noch zu lang sein, so muß man die Querschnittsänderung des Kanalsystems so wählen, daß die Funktion Φ (s) angebende Kurve in Fig. 13 mindestens einen Abschnitt hat, der unter der Geraden 20—21 liegt, jedoch immer noch am Punkt 20 die Gerade 20—21 tangiert und am entgegengesetzten Ende die Abszisse zur Tangente hat. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man dem am Punkt 20 beginnenden Teil der Kurve eine Krümmung gibt, die der der Kurve 20—22 entgegengesetzt ist; die Kurve hat dann an einer mittleren Stelle 23 einen Wendepunkt, so daß sie sich der Abszisse entsprechend der Funktion

(9)

nähert, wobei Deine Konstante ist. die so gewählt wird, daß der zwischen den Orten s_2i und S₂₁ liegende Teil der Kurve im Punkt 23 die Kurve 20—23 tangiert; der Exponent h kann eine positive Zahl größer als 1 sein, die nicht ganzzahlig zu sein braucht. Der Kurvenabschnitt 20 — 23 hat andererseits einer Parabel zu entsprechen, deren Achse mit der Abszisse zusammenfällt.

hi Fi g. 13 ist diese Parabel beispielsweise durch die Kurve 20—23—25 zur Hälfte dargestellt, welche die Achse der Abszisse bei S₂-, schneidet. Eine Kurve dieser Art wird durch eine Funktion der Formel

Anschließend wird die Tangente dem dem Heckende entsprechenden Anfang (Punkt 20) der den Verlauf der Größe 'l'(s) darstellenden Kurve, unabhängig vom Trend der Flächenänderung des Kanalsysteins, festgelegt. In Fig. 13 ist eine solche Tangente beispielsweise durch die Gerade 20 — 21 dargestellt, die die Abszisse am On s₂, schneidet. Wenn also das Kanalsystem so bemessen wäre, daß die gesamte Querschnittsfläche zum Bug hin linear abnähme, würde das Kanalystem bugseilig am Ort 5: anfangen und das aus dem Schneckenkanal und dem Bodenkanal bestehende Kanalsysicm würde von diesem Ort bis zum Ort s? reichen. Ein solcher Verlauf hätte jedoch den Nachteil, daß dem Wasser am Ort s₂\ eine übermäßige Querbeschleunigung erteilt werden müßte. Man kann dies dadurch vermeiden, daß man der Größe <P(s) einen Verlauf entsprechend einer Kurve gibt, für die die Abszisse eine Tangente bildet, wie es in Fig. 13 durch die Kurve 20—22 dargestellt ist, die am Ort S₂₂ endet. Der stetigste Übergang des Kanalsystems in den mittleren und vorderen Teil des Rumpfes läßt sich dadurch erreichen, daß man der Gesamtquerschnittsfläche einen Verlauf entsprechend der folgenden Gleichung gibt:

0₂(s) = B | S₂₅ - s

(10)

dargestellt, wobei die Konstanten B und S₂-, so festzulegen sind, daß die Kurve 20-23 — 25 im Punkt 20 die richtige Steigung hat.

In der Praxis wird es nun nicht einfach sein, zu gewährleisten, daß der Verlauf der Gcsamtquerschnittsflächc als Funktion des Ortes längs der Kiellinie genau einer analytischen Kurve folgt. Man muß sich im allgemeinen damit zufrieden geben, wenn das Diagramm des tatsächlichen Verlaufes der Gesamtquerschnittsfläche keine Knickstellcn hat und im Punkt 20 die Gerade 20—21 tangiert, deren Lage durch die oben angegebenen Bedingungen bestimmt wird. Die den tatsächlichen Verlauf der Querschnittsänderung angebende Kurve kann in der Praxis aus geradlinigen Abschnitten oder aus Kurven, die wenigstens annähernd tangential ineinander übergehen, zusammengesetzt werden. Das Hauptproblem besteht darin, daß der Wert von

die der oben angegebenen Gleichung (6) für π = 3 ds

am Ort s₂ gewährleistet, daß der Anströmung die richtige Umfangsgeschwindigkeit innerhalb des Propellerkreises verliehen wird, der sich am Heckende des Kanalsystems befindet. Es genügt also in der Praxis, daß

die Kurve, die den Verlauf des Gcsamiqucrschnillcs eines Kanals gemäß der Erfindung in Abhängigkeit vom Ort längs der Kiellinie darstellt, /wischen den oben angegebenen analytischen Kurven liegt, die in Fig. 13 den Kurven 20 — 22 und 20—23 — 24 entsprechen.

Der zusätzliche Schlcppwidersland des Rumpfes, der durch das Kanalsystem zum Erzeugen einer vorgegebenen rotierenden Anströmung verusacht wird, ist offensichtlich um so geringer, je länger das Kanalsystem gemacht werden kann. In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, das Kanalsystem in Richtung auf den Bug über den Hauptspant hinaus bis in den Bugabschnitt des Rumpfes zu verlängern. Wenn dies der Fall ist, wird es im allgemeinen, selbst bei V-förmigem Hauptspant, zweckmäßig sein, die für die beiden Schrauben vWgesehenen symmetrischen Kanalsysteme getrennt zu führen oder die beiden symmetrischen Schneckenkanäle zuerst in einen zentralen Kanal zusammenlaufen und dann zum Bugende hin wieder divergieren zu lassen.

Die bisher im Zusammenhang mit der Erfindung beschriebenen Maßnahmen betrafen die Form, die Abmessungen und die auf den Rumpf bezogene Lage der Wellenhosen und der Kanalsysteme, die den jeweiligen Schrauben zugeordnet sind, so daß aufgrund der hydrodynamischen Prinzipien, die einen grundlegenden Teil dieser Erfindung darstellen, der Gesamtwirkungsgrad des Propellers durch die Beeinflussung der Anströmung, in der sie arbeitet, optimiert wird, indem einerseits die vom Propeller erzeugte Umpfangskomponente des Propellerstrahls vorkompensiert wird und andererseits der von den Propellerflügeln ausgeübte Schub trotz der unvermeidbaren Ungleichförmigkcitcn der vom Propeller durchgeschnittenen Anströmung durch die Wirkung geeigneter Werte der Umfangskomponente der Anströmung vergleichmäßigt wird.

Auf die Gefahr der Vergrößerung des Schleppwiderstandes des Rumpfes durch die den Propellern zugeordneten Kanalsysteme ist bisher nur nebenbei eingegangen worden. Es ist jedoch sehr wichtig, daß die Erhöhung des Schleppwiderstandes des Rumpfes nicht die Vorteile zunichte macht, die durch die oben beschriebenen Maßnahmen erreicht werden. Diese Gefahr besteht jedoch, wenn die Form des Heckes des Schiffes in konventioneller Weise ausgeführt wird. Neuere Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß auch diejenigen Teile der Haut des am Heck mit Schneckenkanälen versehenen Rumpfes, die nicht zur Formgebung der Weilenhosen und der Kanalysteme beitragen, bestimmten bisher nicht bekannten Anforderungen genügen müssen. Die Maßnahmen hinsichtlich der nicht direkt zu den .Schneckenkanälen und Wellenhosen gehörenden Teile der Schiffshaut stellen ebenfalls einen wesentlichen Teil des Erfindungsgegenstandes dar.

Die Rümpfe aller bekannten Schiffe, die durch einen oder mehrere Schraubenpropeller angetrieben werden, haben z. B. im Heckabschnitt große konkave Bereiche, deren Form sich wesentlich von den im allgemeinen konvexen Wänden des Rumpfes unterscheidet. Diese konkaven Flächen sind so geformt, daß sie das Einströmen des Wassers in den Bereich der Propeller fördern. Durch diese konkaven Flächen wird jedoch die sich für eine vorgegebene Wasserverdrängung ergebende benetzte Oberfläche erhöht und außerdem wird der Wasserströmung eine gewisse longitudinal und transversale Beschleunigung erteilt, die den Schleppwiderstand des Rumpfes erhöht. Bei Segelschiffen und Ruderbooten, insbesondere Rennbooten, vermeidet man ja auch nach Möglichkeit konkave Rumpfl'lächcn und auch bei mechanisch angetriebenen Schiffen versucht man, die konkaven Rumpfbereiche unter der Wasserlinie so klein wie möglich zu halten. Bei ■> Schiffsrümpfen, die im Heckbereich schneckenartige Kanäle zur Beeinflussung der in den Schiffsschraubenkreis eintretetencn Strömung enthalten, deren Umfangskomponenten ausgenutzt werden, ist es sehr zweckmäßig, die nicht direkt mit dem Kanalsystem

w zusammenwirkenden Teile der Schiffshaut, soweit möglich, vollständig von der Aufgabe zu entlasten, der Strömung eine wesentliche Beschleunigung quer zur Fortschrittsrichtung zu erteilen. Dies kann dadurch erreicht werden, daß man die nichtunmittelbar zum Kanalsystem gehörenden Teile der Schiflshaut konvex, also frei von konkaven Bereichen, ausbildet, und zwar dies weder längs der Wasserlinie noch irgendwelchen anderen Längsschnitten, noch bezüglich irgendeines Querschnittes, der senkrecht zu Mitte Schiff verläuft.

Diese Maßnahmen sind nun zwar im Rahmen der Erfindung von Vorteil und anwendbar, sie stellen jedoch nicht die wirkungsvollsten Maßnahmen dar, die getroffen werden können, um den Schleppwiderstand des Heckteils des Rumpfes als Ganzes betrachtet einschließlich der Flächen, die nicht zum Kanalsystem gehören, niedrig zu halten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird dies vielmehr in erster Linie durch eine spezielle Formgebung des Heckteiles der Schiffshaut erreicht, die einen besonde-

jo rcn Verlauf des Querschnittes des unter der Wasserlinie befindlichen Teiles des Rumpfes mit sich bringt, welcher sich in seiner Form von konventionellen Bauformen, die entsprechende Abmessungen wie der betreffende Rumpf mit Schneckenkanal haben, unterscheidet.

Dieser Unterschied läßt sich jedoch nicht ohne weiteres an einem in konventioneller Weise gezeichneten Diagramm der Abhängigkeit der unter der Konstruktionswasserlinie (KWL) befindlichen Rumpfquerschnittsfläche (Spantfläche) vom Ort längs der Basis darstellen. Der Unterschied wird jedoch deutlich, wenn man die Quadratwurzel der Querschnittsfläche betrachtet. Dies soll an Hand der Fig. 14 und 15 erläutert werden. Fig. 14 gilt für einen konventionellen Schiffsrumpf mit einem beispielsweise zylindrischen Mittelteil.

In Fig. 14 sind zwei Kurven dargestellt, von denen die Kurve A — B—D—D in üblicher Weise die Abhängigkeit des unter der KWL befindlichen Rumpfquerschnittes für einen vorgegebenen Schleppwiderstand in Abhängigkeit vom Ort längs der Basis des Schiffes darstellt; längs der Ordinate ist also die Fläche und längs der Abszisse der Ort des betreffenden Querschnitts aufgetragen. Am Ort s,,,, endet das Heck an der KWL, s„,_n ist der Ort des heckseitigen Hauptspantes, dort beginnt also, vom Heck her gesehen, der zylindrische Mittelteil des Rumpfes, dessen bugseitiges Ende bei s„,b liegt, wo dann der eigentliche Bugteil des Rumpfes beginnt, welcher wiederum an der KWL am Ort s_ob endet. Die zweite Kurve E— F— G— H zeigt für den selben Rumpf den Verlauf der Quadratwurzel der unter

bo der KWL liegenden Fläche, die längs der Kurve A—B—C—D aufgetragen worden war. Der Unterschied der beiden Kurven besteht darin, daß die beiden Abschnitte A— B und E— F unterschiedliche Formen aufweisen, während die Abschnitte B-C und E—G zwischen den Querschnittsörtern s_mp und s_mb horizontal und geradlinig verlaufen; die Abschnitte C-D und G— H zwischen den Schnittebenen an den örtern s_mb und Soft haben schließlich im wesentlichen eine nur nach

einer Seite gerichtete Krümmung. Die beiden Abschnitte A—B und E— F unterscheiden sich darin, daß der Abschnitt A — B immer einen Wendepunkt zwischen zwei Bereichen entgegengesetzter Krümmung an den Enden des Abschnittes hat. Im Gegensatz dazu hat der Kurvenabschnitt E-F keinen Wendepunkt und die Krümmung hat im wesentlichen längs des ganzen Abschnittes E— F das gleiche Vorzeichen. Dies ist ein für konventionelle Schiffsrümpfe typisches Merkmal, dessen Vorhandensein bei Rümpfen mit Schneckenkanr'len im Heck jedoch einen relativ hohen Schleppwiderstand zur Folge hat. Um bei dem Schiffsrumpf mit dem Schneckenkanalheck einen möglichst geringen Schleppwiderstand zu erreichen, ist es nämlich wesentlich, daß die Kurve, die die Abhängigkeit der Quadratwurzel der Flächen der unter der KWL liegenden Querschnitte in Abhängigkeit vom Ort längs der Basis angibt, einen anderen, charakteristischen Verlauf hat, der an Hand von Fig. 15 erläutert werden soll:

Fig. 15 zeigt, wie sich die Quadratwurzel der Fläche des unter der Wasserlinie befindlichen Querschnittsteiles eines Rumpfes mit Schneckenkanalheck in Abhängigkeit von Ort längs der Basis des Schiffes zwischen dem heckseitigen Ende s,_v> an der KWL und dem heckseitigen Hauptspant am Ort s„„, ändern soll. Die Kurve in Fig. 15, entsprechend dem Abschnitt E-F, des in Fig. 14 dargestellten Diagramms, das für einen konventionell konstruierten Schiffsrumpf gilt, dessen Abmessungen denen des Rumpfes mit Schneckenkanalheck entspricht, für den Fig. 15 gilt. Das Diagramm in Fig. 15 enthält nicht nur einen einzigen Kurvenabschnitt, dessen Krümmung überall das gleiche Vorzeichen hat, sondern zwei Kurvenabschnitte A — B—C—D und G—H—K— /, die sich beide über den gleichen Abszissenabschnitt S\— s? erstrecken. Der Ort s? entspricht dem Heckende der Wellenhosen, während der Ort si dem Heckende des Schneckenkanals entspricht. Die Kurve A — B—C—D stellt also den Verlauf der Quadratwurzel der Querschnittsfiäche des unter der KWL befindlichen Teiles des Querschnitts am Heckende des Rumpfes zwischen den Örtern s„_n und s;? in Abhängigkeit vom Ort dar, ohne die Querschnittsfiäche der Wellenhosen mit zu umfassen. Die Kurve G— H— K— 1 zeigt ihrerseits den Verlauf der Quadratwurzel der Querschnittsfläche des ganzen unter der KWL befindlichen Teils des Querschnittes des heckseitigen Rumpfteils zwischen dem Ort s_mp des heckseitigen Hauptspants und dem Ort st dar, welcher dem Heckende der Wellenhosen entspricht. Diese Kurve enthält also die Querschnittsflär^e der Wellenhosen am betrachteten Ort. Bezeichnet man die Funktion, die die Abhängigkeit des unter der KWL befindlichen Teils des Heckabschnittes des Rumpfes in Abhängigkeit vom Ort des Querschnitts angibt, mit α (s) und bezeichnet man die Fläche des unter der KWL befindlichen Teils des Rumpfquerschnitts am Heckende in entsprechender Weise mit β (s), dann ist die Querschnittsfläche γ (s) der Wellenhosen an der betreffenden Stelle zwischen den Örtern si und S2 durch die folgende Gleichung gegeben:

am Ende G darstellt. Die gestrichelte Gerade Θ — Θ schneidet den Kurvenabschnitt A — B— C-D im Punkt B. In Fig. 15 ist ferner eine Gerade A— Peingezeichnet, die eine Tangente an den Kurvenabschnitt ■ι A— B— C-D in Punkt A ist und die Abszissenachse im Punkt P schneidet. Die gestrichelte Kurve F—C—D— E läßt sich durch eine analytische Funktion des Grades ; der folgenden Art darstellen:

(12)

= ß(s) + y(s) .

(H)

Die Kurve A— B— C— D zeigt also graphisch den Verlauf der Funktion ifßjs), während die Kurve G— H— K— /den Verlauf der Funktion f^T(sjze\gt.

In F i g. 15 ist ferner eine Gerade θ—θ eingezeichnet, die eine Tangente des Kurvenabschnitts G—H—K—I In dieser Formel bedeuten s„,_n die Lage des heckseiligen Hauptspantes, s die dem Ort des betrachteten Querschnitts entsprechende Veränderliehe, und d und G zwei Konstante, die so gewählt werden, daß die der Funktion /"^entsprechende Kurve F-C-D-E den Kurvenabschnitt A-B-C-D in mindestens einem im Abschnitt C-D liegenden Punkt berührt. Der Exponent /ist eine positive Zahl zwischen 2

2(i und 4, die nicht ganzzahlig zu sein braucht.

In Fig. 15 ist weiterhin noch eine gestrichelte Linie H—L—M—N dargestellt, die eine Verlängerung des Kurvenabschnitts H— K— I darstellt und die die Kurve F—L—C—D—E im Punkt L den Kurvenabschnitt A— B— C im Punkt Mund schließlich die Abszisse im Punkt Nschneidet. Die gestrichelte Linie H—L—M—N kann durch die folgende Funktion des Grades /77 analytisch dargestellt werden.

(13)

wobei die Konstante C\ gleich der Quadratwurzel der Fläche des unter der KWL befindlichen Teiles des heckseitigen Hauptspantes ist [d. h. G = \!x(s,„p)] und die anderen Symbole die oben bereits definierte Bedeutung haben. Die in Fig. 15 der Funktion F(s) entsprechende Kurve enthält also den mit /bezeichneten Punkt. Die Konstante C; wird so bestimmt, daß die durch die Funktion f(s) dargestellte Kurve den mit H bezeichneten Punkt enthält, was bedeutet, daß die Funktion F(s) an dem dem Heckende des Schneckenkanals entsprechenden Ort si den Wert der Quadratwurzel des unter der KWL befindlichen Teils des Querschnittes des Rumpfes an dieser Stelle hat. Der Exponent m ist eine positive Zahl, die nicht ganzzahlig zu sein braucht, aber so gewählt werden muß, daß der Kurvenabschnitt G—H—K—I im Punkt H die gestrichelte Kurve f/_/__/W_/V, die durch die Funktion F(s) dargestellt wird, berührt, oder daß die gestrichelte Linie H—L—M—N den Kurvenabschnitt G—H—K—I in mindestens einem Punkt des Bereichs G— H schneidet, d. h. heckseitig vom Ort s?. In F i g. 15 wird durch eine gestrichelte Linie D— V die Differenz zwischen dem Wert der Quadratwurzel der Fläche des unter der KWL befindlichen Teils des Rumpfquerschnitts zwischen dem heckseitigen Hauptspant am Ort s_mp und dem Ort si entsprechend dem Heckende des Schneckenkanals vermindert, und die Querschnittsfläche der Wellenhosen am Ort s₂ dargestellt. Die Kurve D— V stellt also den Verlauf der Größe ]/oc(s) + Φ (s) dar. In Fig. 15 ist weiterhin eine Kurve J—K—I dargestellt, die den Kurvenabschnitt G—H—K—I in einem Punkt K berührt. Die Kurve G- H- K-I stellt den Verlauf der Quadratwurzel der Summen der Rumpfquerschnittsflächen oc(s) und des Gesamtquerschnitts Φ (s) des Kanals für den Bereich zwischen den örtern ü entsprechend dem Heckende des Schneckenkanals und dem Ort S_x entsprechend dem Bugende des Kanalsystems dar, wo

der Wert der Funktion Φ (s) Null wird. Die Kurve I- K- /zeigt also den Verlauf der Größe χ!tx(s)+Φ (s).

Die Untersuchungen, auf denen die vorliegende Erfindung basiert, haben gezeigt, daß für die Formgebung eines Rumpfes mit Schneckenkanalheck bezüglich des Verlaufes der unter der KWL liegenden Querschnittsflächen nicht die selben Regeln Anwendung finden dürfen, wie bei der Konstruktion der bekannten Rumpfformen. Wenn man nämlich bei der Bemessung e'nes Rumpfes mit Schneckenkanalheck entsprechend dem Flächendiagramm für einen entsprechenden konventionellen Rumpf vorgeht, besteht die Gefahr, daß ein so großer Schleppwiderstand auftritt, daß die durch die anderen erfindungsgemäßen technischen Maßnahmen erzielten Vorteile teilweise oder sogar ganz zunichte gemacht werden. Das Diagramm, das den Verlauf des unter der Wasserlinie befindlichen Teiles des Querschnitts eines Schiffsrumpfes mit Schneckenkanalheck angibt, hat also eine ganz charakteristische Gestalt. Dies hat seine Ursache darin, daß die Wellenhosen sich bezüglich des Heckendes des Rumpfes wie vollständig eingetauchte Körper, die in keinem Zusammenhang mit dem Schiffsrumpf stehen, verhalten, obgleich sie in Wirkleichkeit ja mit dem Schiffsrumpf verbunden sind. Hinsichtlich des Schlepp-Widerstands muß das Heckende des Rumpfes also so geformt werden, als ob der Rumpf überhaupt keine Wcllcnhosen enthielte.

Es folgt hieraus, daß die Formen der beiden Teile desselben Rumpfes, nämlich einerseits das Heckteil des Rumpfes ohne die Wellcnhosen und der aus der Hcckhälfic des Rumpfes mit den Wellenhoscn bestehende Teil wie zwei unabhängige Rümpfe bemessen werden müssen, die sich miteinander bewegen und einander teilweise durchdringen, im übrigen aber unabhängig voneinander die an einen durchs Wasser geschleppten Körper zu stellenden Bedingungen erfüllen müssen. Die Form der Wellenhosen selbst muß nur im Hinblick auf den indirekten Beitrag zum Schleppwidcrstand infolge der gegenseitigen Wechselwirkung der beiden betrachteten Rumpfteile in Betracht gezogen werden. Außerdem müssen die Wellenhosen ja bugscitig vor den Propellern enden, diese müssen wiederum vor den Steuerrudern angeordnet sein und letztere müssen sich unterhalb des unter der KWL liegenden Teils des Heckendes des Rumpfes befinden. In dem in F i g. 15 dargestellten Diagramm kreuzt dementsprechend die zum Heck hin gerichtete geradlinige Verlängerung der den unter der KWL befindlichen Querschnittsteil der Heckhälftc des Rumpfes darstellenden Kurve G—H—K— I (die einen Abschnitt G—H enthält, der im Punkt G die Kurve G—H—K—I tangiert) die Kurve A— B—C—D, die den Verlauf des unter der Wasserlinie befindlichen Teiles des Querschnittes des Heckendes des Rumpfes darstellt, oder die diese Kurve im Punkt A berührende geradlinige Verlängerung oder Tagente A — Pin einem Punkt.

Die beiden sich kreuzenden Kurven G— H— K— I und P—A — B—C—D bilden also einen stumpfen Winkel, der in der entgegengesetzten Richtung konkav ist. wie jede der Kurven A— B—C—D und G—H—K—I für sich. Dieses spezielle Merkmal ist an dem Diagramm, in dem die Quadratwurzeln tier Querschniiisflächen aufgetragen sind, gut erkennbar, nicht jedoch in den bekannten Diagrammen, in denen die unter tier KWI. befindlichen Querschnittsflächen selbst aufgetragen sind. Man sieht auf den ersten Blick. daß die Kurven, die den Verlauf der Queischnittsfläche der Heckhälftc des Rumpfes und des Heckendes darstellen, zwischen den den Örtern S\ und s> entsprechenden Punkten zum Bug hin divergieren. Man sieht ferner, daß die Kurven A—B—C—D und G—H—K—I, die den Größen \/ß(s) bzw. \la.(s) entsprechen, für sich alleine betrachtet, keine Knickstellen oder Wendepunkte aufweisen, sondern nur gerade und gekrümmte Abschnitte, die sich an den Verbindungsstellen tangieren und konkav bezüglich des

κι Rumpfinneren sind, das in dem Diagramm der Fig. 15 derjenigen Seite entspricht, auf der die Abszisse liegt. Als Ganzes gesehen hat das Diagramm, das aus den obenerwähnten Kurven A — B—C— D und G—H— K-I besteht, nur einen Bereich, der in entgegengesetzter Richtung konkav ist, und dieser konkave Bereich liegt dort, wo sich die beiden Kurven A—B—C—D und G— H—K—I schneiden oder sich ihre zum Heck hin gerichteten Verlängerungen kreuzen.

Hinsichtlich der Form des Rumpfes im speziellen muß der Wert der Größe \'oc(s) mindestens an einem dem Kielkanal entsprechenden Ort gleich dem Wert der Funktion F(s) sein und der positive, wenn auch nicht notwendigerweise ganzzahligc Exponent m der Funktion F(s) muß einen Wert zwischen 2 und 4 haben.

Es soll nun di. Kurve A— B—C— D betrachtet werden, die den Verlauf der Größe \'ß(s) darstellt, und die Kurve, die die oben derfinierte Funktion F(s) darstellt, betrachtet werden. Wenn der Wert des Exponenten / der Funktion f(s) gleich dem Wert des Exponenten /;; der Funktion F(s) ist und die Werte der Konstanten Ci und Ci so gewählt werden, daß die die Funktion f(s) darstellende Kurve das Kurvenstück Α— B—C— D in einem Punkt des Abschnitts C-D schneidet, d. h. zwischen den Örtern, die den Heckenden der Wellenhosen bzw. des Schneckenkanals entsprechen, dann darf die die Funktion /"(^darstellende Linie auf der Bugseite des dem Heckende des Schncckenkanals entsprechenden Ortes die die Größe ]Jk(s) darstellende Kurve H—K—I nicht schneiden oder berühren. Andererseits wird die die Funktion f(s) darstellende Kurve die die Funktion F^ darstellende Kurve schneiden, und zwar heckseitig des Ortes, der dem Heckende der Wellenhosen entspricht und in diesem Bereich wird der Wert der Funktion f(s) immer

4-> größer sein als der Wert von \fßjs). Außerdem muß das Quadrat der Konstanten Cj kleiner sein als das Quadrat der oben definierten Konstanten C abzüglich des Wertes der Fläche J¹Cs₂) des maximalen Querschnitts der Wellenhosen am Ort S₂, der dem Heckende des Schneckenkanals entspricht, wo der Schneckenkanal in den Ringkanal übergeht. Außerdem, wenn die Fläche \(s) des unter der KWL befindlichen Teiles des Rumpfquerschnittes um die Fläche J¹Cs₂) des maximalen Querschnitts der Wellenhosen, die oben definiert wurde,

ü verringert wird, muß die Differenz in dem dem Schneckenkanal entsprechenden Intervall größer sein als das Quadrat der Funktion f(s) für den entsprechenden Ort. Wenn man die Fläche des unter der KWL befindlichen Querschnitts <x(s) und die Fläche Φ (s,

bo des Gesamtquerschnitts des Kanalsystems in dem die Quadratwurzeln der Flächen angebenden Diagramm zusammengezählt, muß die den Wert der Größe \'a (s) + Φ (s) angehende Kurve J— K aus geraden unc gekrümmten Abschnitten bestehen, die an ihren Enden

hi tangential ineinander übergehen und die in Richtung zi der der Innenseite des Rumpfes hin konkav sind, d. h zur Abszissenachse hin, auch wenn die Lage des Bugendes des Kanalsystems bugseitig vom Ort des Haupt-

querschnittes des Heckes liegt

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele gelten für einen Zweischrauber mit zwei Schneckenkanälen entgegengesetzten Drehsinns, die symmetrisch bezüglich Mitte Schiff verlaufen. Die beiden Propeller, die jeweils am Heckende eines dieser Schneckenkanäle angeordnet sind, schlagen im entgegengesetzten Sinne bezüglich der rotierenden Anströmung, die durch den Rumpf am Heckende des Kanalsystems erzeugt wird. Die obigen Ausführungen gelten jedoch sinngemäß auch für die Rümpfe von Schiffen mit mehr als zwei Schiffsschrauben oder Kanälen, vorausgesetzt, daß am Heckende jedes Schneckenkanals eine Schiffsschraube angeordnet ist, deren Welle innerhalb einer entsprechenden Wellenhose verläuft. Die obigen Lehren gelten ferner für Fälle, bei denen die Schneckenkanäle an der Bugseite getrennt oder gruppenweise in einen oder mehrere Kielkanäle münden. Im allgemeinen ist die Anzahl der Schneckenkanäle und der ihnen zugeordneten Propeller gerade, und sie sind jeweils paarweise symmetrisch bezüglich Mitte Schiff angeordnet, was nicht ausschließt, daß ein zusätzlicher Propeller ohne zugehörigen Schneckenkanal Mitte Schiff vorhanden ist, so daß sich insgesamt eine ungerade Anzahl von Propellern ergibt.

Wenn mehr als ein Paar symmetrischer Schneckenkanäle vorhanden sind, können die Heckenden der Wellenhosen, die Propeller und die entsprechenden Schneckenkanäle jeweils in denselben Querebenen liegen. In diesem Fall lassen sich die obigen Ausführungen bezüglich des Verlaufes der Quadratwurzel der Flächenabschnitte des Rumpfes und des Kanalsystems unmittelbar anwenden. Wenn jedoch die verschiedenen Paare symmetrischer Schrauben, Wellenhosen und Schneckenkanäle in Längsrichtung des Rumpfes gegeneinander versetzt sind, dann haben die im Diagramm der F i g. 15 entsprechenden Kurven jedesmal dort Unterbrechungen und Überlappungen, wo ein Paar von Wellenhosen und die entsprechenden Schneckenkanäle enden. Was oben bezüglich der konkaven Bereiche, der Schnittpunkte und des Verlaufes der in Fig. 15 dargestellten Kurven erläutert wurde, gilt also jedesmal für das Intervall zwischen dem Heckende des Rumpfes an der Wasserlinie und dem Heckende des ersten Kanalpaars und dann erneut für das nächste Intervall zwischen dem letztgenannten Ort und dem Heckende des nächsten- Paares von Schneckenkanälen usw. bis zum Hauptquerschnitt des Hecks. Die Diskontinuitäten des Diagramms, die konvergierenden Überschneidungen und Krümmungen der das Diagramm bildenden Kurven müssen jedesmal entsprechend jedem Heckende eines symmetiischen Paares von Wellenhosen und den entsprechenden Schneckenkanälen wiederholt werden.

Bei den obenerwähnten Querschnittsdiagrammen werden die üblichen Vorrichtungen, die sm Rumpf angebracht sind, wie Ruder, Düsen, Flossen, Streben, Wellenböcke, Lager, Propellerwellendurchführungen usw., die nicht zum Schneckenkanalsystem gehören, außer acht gelassen.

Es ist manchmal möglich, Düsenteile am Heckende anzubringen, um die Begrenzung des ringförmigen Kanals heckseitig vom Schneckenkanal zu schließen, wie es in den Fig.6 und 7 durch gestrichelte Linien dargestellt ist. In diesem Falle werden die Düsenteile, die den dem Schneckenkanal zugehörigen Ringkanal schließen, ebenfalls Anhängsel oder Zusätze betrachtet und bei dem Digramm der Quadratwurzeln der Querschnittsflächen außer acht gelassen. Bei Verwendung von Düsen brauchen diese nicht koxial zum zugehörigen Propeller zu liegen, es kann vielmehr zweckmäßig sein, die Propellerachse und die Achse der Düse nicht zusammenfallen zu lassen. Es ist auch nicht erforderlich, daß die Achse der Düse parallel zur Fortschrittsrichtung bei Geradeausfahrt verläuft, es kann vielmehr zweckmäßig sein, die Düsenachse schief zur Fortschrittsrichtung anzuordnen. Es ist auch nicht erforderlich, daß alle radialen Querschnitte der Düse gleichförmig sind, in vielen Fällen kann es nämlich zweckmäßig sein, daß sich diese Querschnitte längs des Umfanges der Düse sowohl hinsichtlich des Profils als auch bezüglich der Länge und Breite ändern.

Wenn die Lehren der Erfindung voll ausgeschöpft werden und am Heckende des Schneckenkanals eine solche Strömung erzeugt wird, daß die Propellerflügel

j5 während einer Tour einen nahezu konstanten Schub ausüben und keinen Kraftschwankungen ausgesetzt sind, kann man die Anzahl der Propellerflügel so klein wie möglich machen. In diesem Falle kann man dann einen Propeller mit nur zwei Flügeln verwenden und die Vorteile hinsichtlich der Wirkungsgraderhöhung ausnützen, die sich hinsichtlich des Schubes und der Drehzahl eines zweiflügeligen Propellers hinsichtlich eines entsprechenden Propellers mit drei oder mehr Flügeln ergeben. Die Verwendung von zweiflügeligen Propellern in Verbindung mit einem Heck mit Schneckenkanal, das gemäß den Lehren der Erfindung ausgebildet ist, ergibt also eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung.

Der Erfinduiigsgedanke läßt sich auf Überwasser- und Unterwasser-Fahrzeuge beliebiger Art einschließlich Modell- und Spielzeugboote anwenden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (32)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen eines Hinterschiffes mit schneckenförmigen Schraubenkanälen für ein Schiff mit mindestens einem Paar gegenläufiger Schraubenpropeller und hohem Propulsionsgütegrad durch Messen der Strömungsverhältnisse am Ort des Propellerdrehkreises eines Modells, anschließendes Verändern des Modells im Hinblick auf to eine Optimierung der Hinterschiffsform und Bau des Schiffes entsprechend dem veränderten Modell, dadurch gekennzeichnet, daß aus Jen am Ort der Propellerdrehkreise eines speziellen Modells ohne Propeller gemessenen tangentialen und axialen Geschwindigkeitskomponenten (V₁, V₁₁) des in den Propellerdrehkreis eintretenden Nachstromes eine Anströmkennlinie (rechte Seiten der Fig. 2, 3 und 4; Fig. 5) ermittelt wird, die für verschiedene Werte des auf die Propellerdrehachse bezogenen Drehwinkels eines Blattes eines mit Nenndrehzahl umlaufenden gewählten Propellers die jeweilige resultierende Anströmgeschwindigkeit (V,) angibt: daß die Linien gleichen Schubes des Blattes des gewählten Propellers für beliebige Anströmrichtungen ermittelt und in sogenannten »Isodynen« im gleichen Diagramm wie die Anströmkennlinie dargestellt werden und daß mit Hilfe der Anströmkennlinie und der Isodynen die Maßnahmen zur Veränderung der Lage des Propellerdrehkreises jo sowie die Lage und Form des Schraubenkanals und der Wellenhose zum Erreichen eines optimalen Hinterschiffs getroffen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hinterschiff derart verändert wird, η daß die Anströmung für mindestens zwei Drittel des Propellerkreises der Drehrichtung des Blattes des Propellers entgegengerichtet ist und daß das Verhältnis des Maximalwertes zum Minimalwert des Schubes, der durch die beiden Isoöynen (k, I), die die Anströmkcnnlinie tangieren, bestimmt sind, kleiner als 2 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schraubenkanal so geformt wird, daß die Anströmungskennlinic 4^r> (Fig. 5) Stellen gleicher, der Propellerdrehrichtung entgegengerichteter Anströmungskomponentcn aufweist, welche Stellungen des Blattes des Propellers entsprechen, die nicht weniger als ein Viertel einer vollen Propellerumdrehung voneinander entfernt sind, so daß Abschnitte der Anströmkennlinie, welche axialsymmetrisch liegenden Quadranten des Propellerdrehkreises angehören, stellenweise Anströmungskomponenten gleicher Werte aufweisen, bei denen die Umfangsgeschwindigkeitskomponente (Vj) der Anströmung der Propellerdrehrichtung entgegengerichtet ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schraubenkanal so geformt wird, daß der Schub, den ein Blatt des t>o gewählten Propellers auf die Propellerwelle beim Durchlaufen eines nach unten gerichteten Sektors des Propellerdrehkreises bei gegebener Schiffsgeschwindigkeit ausübt, größer ist als der Schub, den das Blau in einem entsprechenden oberen Sektor M des Propellerdrchkrciscs ausübt.

"5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung derart erfolgt, daß das Kraftintervall, das denjenigen Isodynen entspricht, welche die Anströmkennlinie in mehr als zwei Punkten schneiden, größer ist als das Kraftintervall, das von denjenigen Isodynen eingenommen wird, welche die Anströmkennlinie in nur zwei Punkten schneiden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungen derart vorgenommen werden, daß wenn das Schiff durch die Propeller mit Dienstgeschwindigkeit angetrieben wird und sich in Geradeausfahrt befindet, die mittlere Umfangsgeschwindigkeitskomponente (Vt) der Anströmung jedes einem Schraubenkanal zugeordneten Schraubenpropellers, bezogen auf einen radialen Abstand r^, in dem der Schub im Mittel seinen Maximalwert hat, zwischen den Werten

V -

8 g M_e

liegt, wobei bedeuten:

M_c: mittleres Drehmoment, das von der Propellerwelle während einer Umdrehung im Durchschnitt auf den betrachteten Propeller übertragen wird,

Vy. mittlere axiale Komponente der Anströmungsgeschwindigkeit im Propelierkreis,

D_c: Durchmesser des betrachteten Propellers.

g: Erdbeschleunigung,

γ: Dichte des Wassers,

q: 2 r,/D,

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schraubenkanal so geformt wird, daß der Bereich größter Krümmung des vom Wasser aus gesehenen konkaven Teiles jedes Querschnitts des schneckenförmigen Abschnities des Kanals mindestens zum Teil zwischen einerseits einem ersten Punkt (P) in dem eine Gerade (R- P), welche durch den Krümmungsmittelpunkt (Wellenhosenmitte φ des zum Schraubenkanal hin konvexen Teiles (T- V— S) des Querschnittes der Wellenhose geht, den konkaven Teil des Kanalquerschnitts tangiert und andererseits dem Mittelpunkt (W) des Querschnittsprofils zwischen dem ersten Punkt (T) und einem zweiten Punkt (Z) liegt, in dem eine den konvexen Teil des Wellenhosenquerschnitts tangierende Vertikale (V—Z) den konkaven Teil des Kanalquerschnitts schneidet.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Krümmung des konkaven Teiles des Querschnittes jedes Schraubenkanals in Richtung vom Bug zum Heck nicht abnimmt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die konkaven Teile des Querschnittes jedes Kanals so geformt werden, daß Querschnitte an verschiedenen, in Richtung vom Bug zum Heck aufeinanderfolgenden Stellen entweder zur Deckung gebracht oder derart tangierend aneinander gelegt werden können, daß der näher am

Heck gelegene Querschnitt von dem näher am Bug gelegenen umfaßt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 9, dadurch gekennzeichnet daß der Wert der maximalen Krümmung des konvexen Teiles des der Wellenhose entsprechenden Querschnitts jedes Schraubenkanalsystems vom Bug 7um Heck hin zunimmt.

11. Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in einem vurgegebenen Querschnitt jedes Schraubenkanals der Abstand (R-P) zvvischen dem Krümmiingsminelpunkt (R) des konvexen Teiles (T-V—S) der zugehörigen Wellenhose und dem Punkt (P), wo eine durch die Wellenhosenmitte (R) gehende Gerade den zum Wasser hin konkaven Teil des Schraubenkanals tangiert, nicht kleiner als der Abstand zwischen der Achse des am Ende des betreffenden Schraubenkanals angeordneten Propellers und dem Abschnitt der Propellerflügel, in dem diese, gemittelt über eine Umdrehung, den größten spezifischen Gchub ausüben, gemacht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an gewissen Querschnitten eines Schraubenkanals der Abstand zwischen einerseits dem Punkt (Z), wo die den konvexen Teil (T- V—S)der Wellenhose tangierende Senkrechte die Wand des zugehörigen Schraubenkanals oder eines zugehörigen Ringkanals schneidet, und andererseits dem Schnittpunkt (T) jo zwischen der Wand der Wellenhose und der Geraden, welche durch die Wellenhosenmitte (R) und durch den ersterwähnten Schnittpunkt (Z) geht, nicht größer gemacht wird als der Radius des am Ende der betreffenden Wellenhose angeordneten J) Propellers zuzüglich des maximalen Durchmessers seiner Nabeist.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Querschnitt eines vorgegebenen Ringkanals der minimale w Abstand zwischen der konkaven Wand des Kanals und der konvexen Wand der zugehörigen Wellenhose nicht größer gemacht wird als der Radius des am Ende der Wellenhose angeordneten Propellers zuzüglich dem maximalen Durchmesser der Propellernabe.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kanalquerschnitt, der durch das Heckende der zugehörigen Wellenhose geht, der Abstand zwischen dem konvexen Teil der Wellenhose und dem konkaven Teil der Wand des Ringkanals größer ist als die maximale Länge der Flügel der am Ende der betrachteten Wellenhose angeordneten Propeller, jedoch nicht größer als der Radius des Propellers zuzüglich dem maximalen Durchmesser seiner Propellernabe ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in demjenigen Querschnitt (Fig.8), wo die den Schraubenkanal t>o begrenzende konkave Wand die Außenhaut des Rumpfes zu treffen und zu schneiden beginnt, der Schraubenkanal so geformt wird, daß die gerade Linie (Q-R), die den Berührungspunkt (Q) mit der Wellenhosenmitte (R) verbindet, mit der Horizonta- t>^r> len einen Winkel von höchstens ±40° bildet.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Raum zwischen der einem Schraubenkanal zugeordneten Propellerwelle und dem Inneren der Wand, die den betreffenden Schraubenkanal und den ihm zugeordneten Mantel begrenzt, an mindestens einem Querschnitt kleiner als der maximale Durchmesser der Propellernabe oder der Durchmesser des Endes der zugehörigen Wellenhose gemacht wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des mit der Propellerwelle (D- D) verbundenen Antriebsaggregates in dem Raum zwischen der Wand des von der Welle durchsetzten Schraubenkanals und der nicht zum Kanalsystem gehörenden Schiffshaut angeordnet wird (F ig. 11 und 12).

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Schraubenkanals so gewählt ist, daß der Absolutwert der ersten Ableitung der effektiven Querschnittsfläche X (Definition gemäß Beschreibung Seite 13 und 14) des Schraubenkanals nach dem in Schiffslängsrichtung gerechneten Abstand(s) des betreffenden Kanalquerschnitts von einem Bezugspunkt gegen das Heckende des Schraubenkanals hin einen Wert anzunehmen strebt, der durch den Ausdruck

Λ-

dX(s)

ds

: a (2 J

begrenzt ist:

wobei V_x. VY,i, und V/w wie im Anspruch 6 definiert sind und der minimale Abstand zwischen der konkaven Wand des ringförmigen Kanals und der konvexen Wand der zugehörigen Wellenhose am Heckende der Wellenhose ist (Fig. 7), C, eine Konstante gleich dem Kotangens des Winkels zwischen der Außenhaut des Rumpfes und der Schnittebene ist, die durch den Punkt geh;, wo die Außenwand am Heckende des Schraubenkanals und dem Beginn des Ringkanals zum erstenmal die Innenwand des Schraubenkanals trifft.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte der Gesamtquerschnittsfläche Φ($) eines aus Schraubcnkanal und Kielkanal bestehenden Kanalsystems in Abhängigkeit vom Ort des betrachteten Querschnitts, gerechnet in Längsrichtung des Schiffes, zwischen zwei Kurven liegend gewählt wird, die sich an einem Ort tangieren, der dem Querschnitt des Heckendes des Schraubenkanals entspricht, wobei die obere Kurve durch die Funktion

Φ,(S) = A(Soc\ - 5/

darstellbar ist und die untere Kurve aus zwei sich tangierenden Abschnitten besteht, von denen der mit dem Schraubenkanal beginnende Abschnitt durch eine Gleichung der Form

darstellbar ist und der mit dem Kielkanal endende Abschnitt durch eine Gleichung der Form

Φφ)= D(Snc3- S?

darstellbar ist, dabei ist s der in Längsrichtung des Schiffes gerechnete Abstand des betrachteten Querschnitts von einem Bezugspunkt, die Größen S₁I₁-I und S₁₁₁-) die auf den Bezugspunkt bezogenen Abstände, zwischen denen das bugseitige Ende des

Kielkanals liegen muß, die Größen A. B. C und D Konstante, die einsprechend den anderen Bedingungen, die an das Ka η al sys tem gestell ι weiden, gewählt sind, der Exponent Ii eine positive, mein notwendigerweise ganze Zahl größer als I und der > Gesamtquerschnitt </\ gemäß der Beschreibung (Seile 13 und 14)definiert sind.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 14. dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenkanäle in einen einzigen Kielkanal übergehen und daß sich κι dieser Kielkanal bugseitig in zwei zu Mitte Schiff symmetrische Kanüle aufteilt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 20. dadurch gekennzeichnet, daß den nicht zum Kollisystem gehörigen Bereichen der Außenhaut r, des Schiffes hcckseiüg vom Hauptspant nach außen hin nur konvexe und allenfalls ebene Form gegeben wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21. dadurch gekennzeichnet, daß der heckscitjg vom Ilaupispant liegende Teil des Rumpfes mit dem Kanalsystem und den Wellenhosen so geformt wird, daß in einem Diagramm, dessen Ordinate die Quadratwurzel des Rumpfquerschnittes unter der Konstruktionswasserlinic, und dessen Abszisse den Ort längs der Basis des Schiffes bedeuten, eine erste Kurve (C- H— K—1), die die Qudratwurzel des unter der Konstruktionswasserlinic liegenden Teils des Rumpfquerschnittes einschließlich der Wellenhosen, und eine zweite Kurve, die die Quadratwurzel jn des entsprechenden Querschnittes ohne die Wellcnhosen darstellen, folgenden Bedingungen genügen:

a) Keine der beiden Kurven hat Bereiche, die zur Abszisse hin konvex sind oder zur Abszisse hinweisende Knicke haben. r>

b) in dem Abszissenbereich (s\— s₂), der den freistehenden Teilen der Wellcnhosen entspricht, divergieren die beiden Kurven in Richtung zum Bug hin;

c) eine Tangente (G- B— N) an die erste Kurve am Punkt (G) mit der Abszisse (s\) die dem Heckende der Wclienhosen entspricht, schneidet die zweite Kurve oder deren heckseitige. geradlinige Verlängerung.

23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch 4") gekennzeichnet, daß die erste Kurve (G- H— K — I) in dem dem Kielkanal entsprechenden Abszissenbereich (H-K) mindestens einen Punkt mit einer Kurve (H- L— M— N)der Formel

V)

F₁., = G [1 - C₂(S_111n- s/]

gemeinsam hat. wobei s,„_r der Ort des (heckseitigen) Hauptspantes ist und die Konstante G gleich der Quadratwurzel der Querschnittsfläche des unter der Konstruktionswasserlinie liegenden Teiles des Rumpfes am Ort des Hauptspantes ist, die Konstante G?, sowie der Exponent m, der einen Wert zwischen 2 und 4 hat, so gewählt sind, daß die Funktion F_f<; mit der ersten Kurve (G-H— K—l) in deren dem Ringkanal entsprechenden Bereich (G- H) mindestens zwei Punkte gemeinsam hat, von denen einer (Ή,/sich dort befindet, wo der Schraubenkanal in den Ringkanal mündet.

24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine bugseitige Extrapolation (D- E)der zweiten Kurve (A- B—C—D)durch die Funktion

/fr/= G₁[I- O(s„„,-s)\

die erste Kurve (G- H— K— /J¹ nicht schneidet oder berührt, wobei C_s und Gi Konstanten sind, die so gewählt sind, daß die Funktion f(s)d\e zweite Kurve in mindestens einem Punkt ihres dem Ringkanal entsprechenden Teiles (A-C) tangiert Lind der Exponent /gleich dem Exponent in ist und daß der Teil (I'—C) der die Funktion f(s) darstellenden Kurve, der hcekseitig von dem dem Heckende der Wcllenhose entsprechenden Abszissenwert (s\) liegt, nirgends unterhalb der zweiten Kurve (A-11— C- «/liegt.

25. Verfahren nach Anspruch 24. dadurch gekonnzeichnet, daß das Quadrat der Konstanten G kleiner als das Quadrat der Konstanten G abzüglich des Wertes des maximalen Querschnittes der Wellenhosen am Heckende des Schraubenkanals ist und daß die Querschnittsfläche des unter der Konsmiktionswasserlinie liegenden Teiles des Rumpfes im Intervall des Schraubenkanals einschließlich des nicht freistehenden Teiles der Wellenhose abzüglich der Fläche des maximalen Querschnitts der freistehenden Wellenhosen größer als das Quadrat der Funktion f(s) für die entsprechenden Werte von s ist.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 25. dadurch gekennzeichnet, daß der heckscitig vom Hauptspant liegende Teil des Rumpfes mit dem Kanalsystem und den Wellenhosen so geformt wird, daß in einem Diagramm, längs dessen Ordinate die Quadratwurzel des Rumpfquerschnittes unter der Konstruktionswasserlinie und längs dessen Abszisse der Ort längs der Basis des Schiffes aufgetragen sind, die Kurve (J— K-I) die die Quadratwurzel der Summe aus der unter der Konstruktionswasserlinie gelegenen Querschnittsfläche des Rumpfes einschließlich der Wellcnhosen und der Gesamtquerschnittsfläche des Kanalsystems (Definition gemäß Seite 16 und 17 der Beschreibung) in Abhängigkeil vom Ort im Bereich zwischen dem heckseitigen Hauptspant und dem heckseitigen Ende (s₂) des Schneckenkanals aus geraden und zur Abszisse hin konkaven, gekrümmten Abschnitten, die tangential ineinander übergehen, besteht.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26 dadurch gekennzeichnet, daß am Heckende einer einem Schraubenkanal zugeordneten Wellenhose eine zweiflüglige Schiffsschraube verwendet wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 27 dadurch gekennzeichnet, daß das heckseitige Ende der den Schraubenkanal begrenzenden Wand des Rumpfes in eine ringförmige Düse (Km Fig.6 unc 7) übergeht, die den am Ende dieses Schraubenkanals angeordneten Propeller (^umgibt.

29. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der den Propellei umgebenden ringförmigen Düse (K) in einem von C verschiedenen Winkel bezüglich der Achse dei Propellerwelle und/oder der Längsrichtung des Rumpfes angeordnet wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Düse ir verschiedenen durch ihre Achse gehenden Querschnittsebenen ungleichförmig gemacht werden.

31. Schiff nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Düse ir

durch die Achse der Propellerwelle gehenden Qucrsehnittsebencn ungleichförmig gemilcht weiden.

32. Schill nach Anspruch JO oiler Jl. dadurch gekennzeichnet, duIi die Querschnitte der Düse sich in der Breite und/oder Lunge und/oder ihrer ProfiIform unterscheiden.