DE2639192A1

DE2639192A1 - Schiffsnavigationsgeraet

Info

Publication number: DE2639192A1
Application number: DE19762639192
Authority: DE
Inventors: Archibald Mcintyre Ferguson
Original assignee: University of Dundee
Current assignee: University of Dundee
Priority date: 1975-09-01
Filing date: 1976-08-31
Publication date: 1977-03-03
Also published as: NL7609726A; GB1563797A; FR2322048B1; JPS5811007B2; JPS52109965A; IT1066438B; DE2639192C3; FR2322048A1; DE2639192B2

Description

Es wurde gefunden, daß bei der Bewegung eines Schiffes eine änderung der Druckbedingungen unterhalb des Kiels des Schiffes auftritt, welche zur Folge hat, daß das Schiff tiefer in das Wasser einsinkt und somit sein tatsächlicher Tiefgang größer ist als sein bekannter, statisch bestimmter Tiefgang. Dieser Effekt, der auch als "Duckeffekt" (squat) bezeichnet werden kann, tritt bei allen Wassertiefen auf, ist jedoch in flachem Wasser ausgeprägter. Bei einein großen Schiff, z.B. einem Tanker, das mit seiner normalen Reisegeschwindigkeit fährt, kann die Abnahme des Abstandes zwischen dem Kiel des Schiffes und dem Meeresboden beträchtlich sein und kann ausreichen, um einen Kanal, der normalerweise

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ORIGINAL INSPECTED

aufgrund seiner Tiefe eine sichere Durchfahrt für das Schiff gewähren sollte, gefährlich zu machen. Bei großen Schiffen v/urde eine Zunahme der Eintauchtiefe von bis zu 2 oder 3 Metern gemessen.

Unter den vielen Situationen, in denen der oben beschriebene Effekt und seine Folgen eintreten können, sind die folgenden am häufigsten anzutreffen:

a) Ein Frachtschiff mit großem Tiefgang (insbesondere ein Tanker mit hohem Blockkoeffizienten) gelangt im voll bis zur Ladelinie beladenen Zustand in ein Gebiet mit flacherem Wasser. Unter diesen Bedingungen kann der Duckeffekt eine Vergrößerung des Tiefgangs im vorderen Bereich bewirken.

b) Ein Ballast führender Tanker (heckgetrimmt) gelangt in einen Bereich mit flacherem Wasser„ In diesem Fall besteht die Reaktion des Schiffes darin, daß es am Heck tiefer einsinkt und die Längsneigung verstärkt wird, wodurch Propeller und Steuerruder als gefährdete Teile einer Bodenberührung ausgesetzt sein können. Diese Reaktion kann das Gegenteil von dem sein, was der Schiffsführer angenommen hat, der verständlicherweise erwarten konnte, daß das vermehrte Eintauchen am Bug erfolgt, wie dies im Fall des vollbeladenen Schiffes der Fall ist.

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c) Hochgeschwindigkeitsschiffe (Kriegsschiffe oder schnelle Handelsschiffe) tauchen "bei zunehmender Geschwindigkeit (z.B. Geschwindigkeiten über 16 Knoten) und/oder bei abnehmender Wassertiefe am Heck zunehmend tiefer ein.

Es reicht nicht aus, mittels Echolotverfahren die Wassertiefe unter dem Kiel zu bestimmen, da dies nur die augenblickliche Tiefe anzeigt. In anderen Worten, wenn hierbei eine Gefahrensituation angezeigt wird, befindet sich das Schiff bereits in der Gefahrensituation. Erforderlich ist ein Verfahren zum Feststellen des Betrages des "Duckeffektes", d.h. der zusätzlichen Eintauchtiefe des Schiffes, so daß man hieraus und aus der bekannten, dem Schiff voraus liegenden Wassertiefe das Eintreten von Gefahrensituationen vorhersehen kann.

In der DT-PS 2 045 407 ist bereits ein Verfahren und ein Gerät beschrieben, mit welchem diese Aufgabe teilweise gelöst wird. Dieses Gerät hat sich in der Praxis gut bewährt. Die bekannte Einrichtung besteht jedoch aus einem gesonderten Gerät, welches an einem Schiffsrumpf befestigt werden muß. Es wäre offensichtlich vorteilhaft, wenn die bei einem gut ausgerüsteten Schiff ohnehin am Schiffsrumpf vorhandenen Einrichtungen dazu herangezogen werden könnten, ausreichende Informationen über die Bedingungen am Boden des Schiffes zu erhalten, um hieraus eine Bestimmung des tatsächlichen Tiefgangs des Schiffes zu ermöglichen, ohne zusätzliche Geräte am Schiffsrumpf installieren zu müssen.

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Viele Schiffe wurden und werden mit auf den hydrostatischen Druck ansprechenden Druckmeßgeräten versehen, die am Bug und am Heck und/oder nahe dem Kiel und manchmal auch an dazwischen liegenden Stellen angeordnet werden. Der Zweck eines derartigen Druckmeßgerätes ist es, aus dem hydrostatischen Druck des Wassers am Kiel eine Anzeige des Tiefgangs des Schiffes an wichtigen Stellen des Schiffsrumpfes zu gewinnen. Ein derartiges Druckmeßgerät gibt zwar eine richtige Anzeige des Tiefgangs, wenn das Schiff in Ruhe ist. Dagegen gibt eine derartige Einrichtung beim fahrenden Schiff eine falsche Anzeige des Tiefgangs aufgrund der oben erwähnten, unterhalb des Schiffes auftretenden Druckänderungen. Da es sich hierbei normalerweise um eine Druckverringerung unterhalb des Schiffkiels handelt, zeigt die Einrichtung gewöhnlich einen Tiefgang an, der geringer als der tatsächliche Tiefgang ist. Der Schiffsführer kann hierdurch in falsche Sicherheit gewiegt und veranlaßt werden, mit hoher Geschwindigkeit in einen flachen Kanal einzulaufen in der Annahme, daß er mehr Wasser unter dem Kiel hat als tatsächlich der Fall ist. Sein Echolot hilft ihm dabei nichts, denn es wird ihm die gefährlich kleine Bodenfreiheit unter dem Kiel erst dann anzeigen, wenn er sich bereits in der gefährlichen Situation befindet.

Es wurde nun gefunden und durch Versuche im Großmaßstab bestätigt, daß für ein bestimmtes Schiff jede durch die Schiffsbewegung verursachte Änderung des Tiefgangs an irgend-

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einem bestimmten Punkt des Schiffsrumpfes immer von einer spezifischen Änderung des hydrostatischen Druckes an diesem Punkt begleitet ist, und zwar unabhängig von der jeweiligen ■Geschwindigkeit und Wassertiefe. Bei einem Versuch trat z.B. eine Druckänderung von -6,0 χ 10 N/m am Bugabgriff auf, wenn das Schiff mit einer Geschwindigkeit von 13 Knoten in einer Wassertiefe von 1000 m oder mit einer Geschwindigkeit von 10 Knoten in einer Wassertiefe von 30 m fuhr. In beiden Fällen betrug die resultierende Einsenkung am Bug 1,0 m. Es ist somit möglich, eine Anzeige des tatsächlichen Tiefganges eines in Bewegung befindlichen Schiffes zu erhalten, ohne Messungen des Abstandes vom Schiffsboden zum Meeresgrund und der Schiffsgeschwindigkeit vorzunehmen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Navigationsgerät zum Ermitteln des tatsächlichen Tiefganges zu schaffen,welches unabhängig von den Geschwindigkeitsmeß- und Echoloteinrichtungen arbeitet.

Erfindungsgemäß umfaßt das Navigationsgerät mindestens eine auf den hydrostatischen Druck ansprechende Meßeinrichtung zur Abgabe eines Drucksignals, die an einem bestimmten Punkt des Schiffsrumpfes unterhalb der Wasserlinie des unbeladenen Schiffes angeordnet ist, und eine Signalverarbeitungseinrichtung, die mit der Druckmeßeinrichtung verbunden ist und das Drucksignal von ihr empfängt, und in welcher empirische Daten bezüglich der Änderungen des Schifftiefgangs und der ihnen entsprechenden Änderungen des hydrostatischen Drucks an dem betreffenden Punkt sowie zugehörige

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Korrekturfaktoren für das betreffende Schiff oder den Schiffstyp eingespeichert sind, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung so eingerichtet ist, daß sie die empfangenen Drucksignale mit den eingespeicherten Daten vergleicht und unter entsprechender Korrektur ein Signal abgibt, welches den dem empfangenen Drucksignal entsprechenden, tatsächlichen Tiefgang des Schiffes anzeigt.

Falls die Meßeinrichtung für den hydrostatischen Druck an einer nicht am Boden befindlichen Stelle des Schiffsrumpfes angeordnet ist, so ist die Signalverarbeitungseinrichtung vorzugsweise so eingerichtet, daß sie Korrekturen bezüglich des vertikalen Abstandes und gegebenenfalls auch des Längsabstandes der Druckmeßeinrichtung von einem gewählten Funkt des Schiffsbodens vornimmt.

Das Navigationsgerät kann ferner eine Neigungsmeßeinrichtung aufweisen zum Messen der Längstrimmung des Schiffes und zur Abgabe eines entsprechenden Signals, wobei die mit der Neigungsmeßeinrichtung verbundene SignalVerarbeitungseinrichtung so eingerichtet ist, daß sie das Neigungssignal empfängt und mindestens ein korrigiertes Signal ab__gibt, welches den tatsächlichen Tiefgang des Schiffes an einer von der Druckmeßeinrichtung entfernten Stelle, insbesondere am Bug oder Heck, anzeigt.

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Das Schiff kann weiterhin mit Einrichtungen zum Messen des Abstandes vom Schiff zu den Seitenbegrenzungen eines von dem Schiff befahrenen Kanals od.dgl. und zur Abgabe entsprechender Signale ausgerüstet sein. Es wurde gefunden, daß enge Kanäle ebenfalls eine Auswirkung auf den Tiefgang eines Schiffes haben und diesen zu vergrößern suchen. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann weiterhin so programmiert sein, daß sie Daten bezüglich verschiedener Kanalbreiten enthält, und sie empfängt die Signale von der entsprechenden Meßeinrichtung und koordiniert sie mit den Drucksignalen und gegebenenfalls den Neigungssignalen zur Erzeugung eines auch die Kanalbreite berücksichtigenden Tiefgangsignals.

Die Signalverarbeitungseinrichtung kann mit einer Sichtanzeigeeinrichtung ausgerüstet sein, z.B. in Form von leuchtenden Säulen, die sich längs einer Tiefgang-Skala bewegen. Anstatt eine Neigungsmeßeinrichtung vorzusehen, kann die Signalverarbeitungsstufe auch Signale von mehreren Druckmeßeinrichtungen für hydrostatischen Druck empfangen, die in Abständen am Schiffsrumpf angeordnet sind, so daß man getrennte Tiefgangwerte für diese verschiedenen Punkte erhält.

Anstatt oder zusätzlich zu einer Sichtanzeigeeinrichtung kann die Signalverarbeitungseinrichtung mit Aufzeichnungseinrichtungen versehen sein, die den Tiefgang des Schiffes auf einem Meßstreifen zeitabhängig aufzeichnen und/oder eine digitale Aufzeichnung liefern.

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Falls das Schiff mit einer Steuerautomatik ausgerüstet ist, die so programmiert ist, daß das Schiff einem vorgegebenen Kurs folgt, und die mit Trägheits-Navigationseinrichtungen od.dgl. zusammenwirkt, welche die jeweilige exakte Schiffsposition ermitteln, kann die Signalverarbeitungseinrichtung mit diesen Einrichtungen derart verbunden sein, daß bei der Annäherung an gefährlich flaches Fahrwasser ein hörbarer oder sonstiger Alarm ausgelöst wird.

Die beigefügten Zeichnungen erläutern schematisch die Wirkungsweise der Erfindung.

Fig. 1, 2 und 3 sind Meßkurven, die die Tiefgangvergrößerung oder den Duckeffekt am Bug und Heck bestimmter Schiffe in verschiedenen Betriebszustanden angeben.

Fig. 1 zeigt die Verhältnisse, die bei einem Tanker von 190 000 t im vollbeladenen Zustand bei einer Reisegeschwindigkeit von 16 Knoten beobachtet wurden. In Ruhe hat das vollbeladene Schiff einen gleichmäßigen Tiefgang von 18,1 m. Als Ordinate ist die zusätzliche Absenkung an Bug bzw. Heck in Prozent des Tiefgangs und als Ordinate das Verhältnis der Wassertiefe zum Tiefgang aufgetragen. Die Kurve zeigt somit die Abhängigkeit der zusätzlichen Einsenkung des Schiffes von der Wassertiefe.

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Fig. 2 zeigt die entsprechende Kurve für den gleichen Tanker bei der gleichen Reisegeschwindigkeit, jedoch mit Ballasfbeladung, wobei der mittlere Tiefgang 9,2 m betrug •und das Heck um zusätzlich 2,8 m tiefer getrimmt ist. Die Länge des Schiffes betrug 304,8 m.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der zusätzlichen Einsenkung von der Geschwindigkeit bei einem 200 000 t Tanker mit einem bestimmten Ladungszustand, der mit verschiedenen Geschwindigkeiten in einer Wassertiefe von 25,6 m fuhr. Der Tiefgang bei Stillstand des Schiffes betrug 18,14 m, so daß sich ein Verhältnis von ¥assertiefe zu Tiefgang von 1,41 ergibt. Als Abszisse in Fig. 4 ist die Geschwindigkeit in Knoten und als Ordinate die zusätzliche Absenkung an Bug und Heck in Metern aufgetragen.

In allen Kurven zeigt die durchgezogene Kurve die zusätzliche Absenkung am Bug und die gestrichelte Kurve die Absenkung am Heck an. Bei einer gegebenen Geschwindigkeit ergibt sich bei geringerer Wassertiefe eine größere Absenkung oder Depression.

In Fig« 4 ist bei 1 die Lage des Schiffsrumpfs bei Stillstand und mit 2 die Lage des Schiffsrumpfs bei fahrendem Schiff angedeutet. 3 ist der Meeresgrund, 4, 5 und 6 sind Druckmeßeinrichtungen für den hydrostatischen Druck, die mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 7 verbunden

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sind, die wiederum rait Sichtanzeigeeinrichtungen 8, 9, 10, verbunden ist. Diese zeigen den tatsächlichen Tiefgang am Heck, mittschiffs an Back- und Steuerbord und am Bug an. 12 ist ein Neigungsmeßgerät, welches mit der Signalverarbeitungseinrichtung 7 verbunden ist.

Bei Betrieb der Einrichtung wird bei fahrendem Schiff das von den Druckmeßeinrichtungen 4, 5 und 6 abgegebene Signal, welches eine Druckinformation enthält, die verschieden ist von dem Druck bei stillstehendem Schiff, in der Signalverarbeitungseinrichtung 7 mit den darin gespeicherten Daten verglichen und ein dem jeweiligen Drucksignal entsprechender Wert für den Tiefgang ermittelt. Nachdem entsprechende Korrekturen angebracht wurden, z.B. für den lotrechten Abstand des Meßpunktes und/oder für den Neigungswinkel, wird ein Signal für den tatsächlichen Tiefgang erzeugt. Dieses wird als sichtbare Anzeige an der Anzeigeeinrichtung 8 wiedergegeben, und hieraus kann der Navigationsoffizier für den jeweils anliegenden Kurs ermitteln, wann sich gefährliche Situationen ergeben, so daß er entsprechend die Geschwindigkeit des Schiffes rechtzeitig verringern kann, um den Depressionseffekt und damit den Tiefgang des Schiffes zu verringern. Falls das Schiff mit automatischen Steuer- und Navigationseinrichtungen versehen ist, kann das System so eingerichtet sein, daß es in einem vorgegebenen Abstand vor einer vorausliegenden Gefahrenstelle eine akustische Warnung abgibt.

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Claims

Patentansprüche

1. / Navigationsinstrument mit mindestens einer auf den hydrostatischen Druck ansprechenden Druckmeßeinrichtung zur Abgabe eines Drucksignals, die an einem bestimmten Punkt des Schiffsrumpfs unterhalb der Wasserlinie des unbeladenen Schiffs angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Signalverarbeitungseinrichtung, in welcher empirische Daten bezüglich der Änderungen des Schiffstiefgangs und der diesen entsprechenden Änderungen des hydrostatischen Drucks an dem betreffenden Punkt sowie zugehörige Korrekturfaktoren für das betreffende Schiff oder den Schiffstyp eingespeichert sind, mit der Druckmeßeinrichtung derart verbunden ist und derart eingerichtet ist, daß sie die empfangenen Drucksignale mit den eingespeicherten Daten vergleicht und den den empfangenen Drucksignalen entsprechenden tatsächlichen Tiefgang errechnet und ein entsprechendes Signal abgibt.

2. Navigationsinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Druckmeßeinrichtung an einem nicht am Schiffsboden befindlichen Punkt des Schiffsrumpfs angeordnet ist und die Signalverarbeitungseinrichtung so eingerichtet ist, daß sie Korrekturen bezüglich des Vertikalabstandes und gegebenenfalls auch LängsabStandes der

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Druckmeßeinrichtung von dem gewählten Punkt des Schiffsbodens vornimmt.

3. Navigationsinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Neigungsmeßeinrichtung vorgesehen ist zur Messung der Längstrimmung und Abgabe eines entsprechenden Signals, und daß die mit der Neigungsmeßeinrichtung verbundene Signalverarbeitungseinrichtung so eingerichtet ist, daß sie mindestens ein korrigiertes Signal abgibt, welches den tatsächlichen Tiefgang des Schiffs an einer von der Druckmeßeinrichtung entfernten Stelle, insbesondere am Bug oder Heck, abgibt.

4. Navigationsinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zum Messen des Abstandes des Schiffs von den Seitenwänden des Kanals od.dgl. Wasserwege und zur Abgabe entsprechender Signale zur Signalverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist, und daß in der Signalverarbeitungseinrichtung Daten bezüglich der Kanalbreite eingespeichert sind und die Einrichtung so programmiert ist, daß sie die genannten Signale empfängt und mit den Drucksignalen und gegebenenfalls den Neigungssignalen koordiniert zur Erzeugung eines auch die Kanalbreite berücksichtigenden Anzeigesignals für den tatsächlichen Tiefgang.

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5. Navigationsinstrument nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß mit der Signalverarbeitungseinrichtung eine Sichtanzeigeeinrichtung verbunden ist zum Empfang des Ausgangssignals und zur sichtbaren Anzeige des tatsächlichen Tiefgangs des Schiffs.

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