DE2740568A1

DE2740568A1 - Schiff mit einem im achterschiff angebrachten antriebspropeller

Info

Publication number: DE2740568A1
Application number: DE19772740568
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Burmeister and Wains Motorog Maskinfabrik AS
Current assignee: Burmeister and Wains Motorog Maskinfabrik AS
Priority date: 1976-09-09
Filing date: 1977-09-08
Publication date: 1978-03-16
Also published as: GB1576921A; JPS5351897A; DK407276A; SE7710028L

Description

Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einem im Achterschiff angebrachten Antriebspropeller, dessen Achse waagerecht oder hauptsächlich waagerecht liegt, und wobei die Unterseite des Schiffsrumpfes vor dem Propeller als eine Fläche ausgebildet ist, die sich zu beiden Seiten einer lotrechten, durch die Propellerachse verlaufenden Ebene nach aussen und unten erstreckt und deren Normalen in einem Bereich, der sich von dem von 'den Propellerblättern bestrichenen Langschiffbereich in Richtung nach vorn erstreckt, nach vorn geneigt sind.

Derartige Schiffe mit einem oder mehreren Antriebspropellern und zugeordneten Leitflächen auf der Unterseite des Schiffsrumpfes für das zu den Propellern strömende V/asser sind aus der USA-Patentschrift Nr. 3·635·186 bekannt geworden. Die genannte Fläche wird hier teils von der Innenseite einer üblichen konvergenten-divergenten Propellerdüse, teils von nach aussen ragenden Flossen oder Schirmen gebildet, die sich oben und an den Seiten entlang von der Düse aus nach vorn erstrecken und deren inwendige Oberflächen glatt in den konvergenten Teil der Düse übergehen.

Ein der vorliegenden Erfindung gemässes Schiff ist dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel zwischen der Flächennormale in einem Punkt der Fläche und einer rechtwinklig zur Propellerachse verlaufenden Ebene mit abnehmendem Abstand des betreffenden Punktes zum Bereich der Propellerblätter zunimmt.

Während sich die Normalen zu den Rumpfflächen bei dem bekannten Schiff desto mehr dem rechtwinkligen Verlauf zur Propellerachse nähern, je näher man dem Propeller kommt, ist es ein Merkmal der Erfindung, dass die nach vorn gerichtete Neigung der Flächennormalen zum Propeller hin immer grosser wird, und hierdurch wird die überraschende, neue technische Wirkung erzielt, dass der sogenannte Sogfaktor und damit die für die Fortbewegung des Schiffes mit einer gewünschten Geschwindigkeit erforderliche

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Leistung erheblich reduziert wird. Der Sogfaktor t, der gleich (T-R) : T ist, wobei T der erforderliche Propellerschub und R der Propulsionswiderstand des Schiffes ist, hängt damit zusammen, dass der Propeller auf seiner Vorderseite einen Unterdruck erzeugt, der auf einen Teil der vor dem Propeller liegenden Flächen des Schiffes Sogkräfte mit nach_>hinten gerichteter, d.h. der Bewegungsrichtung des Schiffes entgegengesetzter, Komponente ausübt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die für die Fortbewegung eines herkömmlichen Schiffes negative Wirkung der Sogkräfte in erster Linie in einem dicht vor dem Propeller liegenden Bereich auftritt und zusätzlich insbesondere unmittelbar vor dem Propeller erheblich stärker ist als weiter vorn, da die Wirkung mit zunehmendem Abstand vom Propeller stark abnimmt. Bei einem erfindungsgemässen Schiff verhält es sich dagegen so, dass die Zunahme des Winkels zwischen der Flächennormale und der Normalebene, je mehr man sich dem Propeller nähert, mit der von der Beschleunigung des Wasserstromes bedingten Zunahme des Unterdrucks in einer solchen Weise zusammenwirkt, dass am Schiff nach vorn gerichtete Sogkräfte erheblicher Grosse entstehen. Das Vorhandensein dieser nach vorn gerichteten Sogkräfte bedingt eine entsprechende Reduktion des erforderlichen Propellerschubes.

Erfindungsgemäss wird das Achterschiff bevorzugterweise derartig ausgestaltet, dass ein Bündel von Flächen durch eine Achse, die parallel mit und in der Nähe der Propellerachse verläuft, die genannte Fläche in S-förmigen Kurven schneidet, deren Wendepunkte innerhalb des von den Propel-0 lerblättern bestrichenen Bereiches oder dicht vor diesem Bereich liegen und deren kleinster Abstand von der Achse des Flächenbündels innerhalb des genannten Bereiches oder dicht achtern von diesem genannten Bereich liegt. Durch diese Ausgestaltung der Fläche wird effektiv der Gefahr entgegengewirkt, dass sich die Strömung von demjenigen

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Teil der Fläche ablöst, der den Propellerblättern gegenüberliegt, indem man scharfe Knicke am Übergang von den kräftig konvergierenden Flächenabschnitten zu den hinter dem Propeller liegenden Abschnitten der Fläche vermeidet.

Der Winkel zwischen der Achse des genannten Flächenbündels und der Tangente einer S-Kurve im Wendepunkt kann mit grosser werdendem Winkel zwischen der Schnittebene und der lotrechten Ebene durch die Propellerachse zunehmen. Durch eine derartige Variation des Winkels und damit des Verlaufes der Schnittkurven in ihrer Längsrichtung kann man die variierenden Winkel der natürlichen Anströmrichtung des Wassers zum Propeller berücksichtigen. Sowohl die Grosse der optimalen Tangentenneigung im Wendepunkt als auch die Variation der Neigung mit der Richtung der Schnittebene sind u.a. von der Ausgestaltung der sich anschliessenden Teile des Achterschiffes abhängig und können durch Modellversuche ermittelt werden. Es sei insbesondere erwähnt, dass es bei einem Doppelschraubenschiff zweckmässig sein kann, aus Rücksicht auf die schräge Anströmung zu den Propellern die Fläche um die lotrechte Längsebene durch die Propellerachse asymmetrisch zu machen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung naher erklärt. Es zeigt

Fig. 1 einen waagerechten, in der Nähe der Propellerachse gelegten Schnitt durch ein herkömmliches Achterschiff, der die Wirkung der Sogkräfte auf das Achterschiff veranschaulicht,

Fig. 2 bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Schiffes einen lotrechten Schnitt durch die Propellerachse, der die Wirkung der Sog- und Schubkräfte auf den Schiffrumpf veranschaulicht,

Fig. 3 eine Reihe von Schnittkurven zwischen dem zu beiden Seiten des Propellers liegenden Bereich eines erfindungsgemässen Schiffes und lotrechten, mit der Propellerachse parallelen Ebenen,

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Fig. U eine Reihe entsprechender Schnittkurven mit lotrechten Ebenen, die rechtwinklig zur Propellerachse hinter dem Propeller verlaufen,

Fig. 5 entsprechende Schnittkurven mit Ebenen vor dem Propeller,

Fig. 6 Schnittkurven mit einer lotrechten Ebene durch die Propellerachse,

Fig. 7 und Ö Schnittkurven mit den schräggestellten Ebenen nach den Fig. 4 und 5,

Fig. 9 eine Reihe von Spantenschnitten durch ein erfindungsgemässes Schiff und

Fig. 10 eine Reihe von entsprechenden Schnitten mit lotrechten, mit der Propellerachse parallelen Ebenen.

In Fig. 1 ist der Rumpf eines herkömmlichen Achterschiffes mit 1 bezeichnet, während 2 den Propeller angibt, der

Sogkräfte in demjenigen Bereich, der vor dem Propeller liegt, d.h. rechts in Fig. 1, und Schubkräfte auf den Rückseiten der Propellerblätter erzeugt. Fig. 1 zeigt, dass die Sogkräfte, die rechtwinklig auf die Oberfläche des Rumpfes 1 einwirken und mit 3 bezeichnet sind, eine nach hinten gerichtete Komponente U haben, die typisch 20-25^ des vom Propeller erzeugten axialen Schubes entspricht, so dass nur #0-75$ des Schubes ausgenutzt werden.

Fig. 2 veranschaulicht die Verhältnisse bei einem Schiff, das erfindungsgemäss ausgestaltet ist_t d.h. das auf der Unterseite des Rumpfes vor dem Propeller 7 mit einer nach unten gekehrten konkaven Leitfläche 5 versehen ist und wobei die Neigung der Normalen zur Leitfläche 5 zunimmt, je mehr man sich dem Propeller 7 nähert. Die Sogkräfte, die mit 8 bezeichnet sind, wirken in Richtung der Flächennormalen und haben somit im genannten Bereich nach vorn gerichtete Komponenten 9» die numerisch stetig grosser werden, je mehr man sich dem Propeller nähert.

Innerhalb des Langschiffbereiches, der von den Blättern des Propellers 7 bestrichen wird, oder unmittelbar hinter

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diesem Bereich ist der Abstand zwischen der Propellerachse 10 und der Fläche 5 am kleinsten, und hinter dem Propeller setzt sich die Fläche in einer divergierenden Fläche 11 fort, die als eine Kegelfläche oder annähernd als eine Kegelfläche ausgebildet sein kann. Hieraus ist ersichtlich, dass die Schnittkurve zwischen der zusammengesetzten Fläche 5, 11 und der lotrechten Ebene durch die Propellerachse 10, d.h. die auch in den Fig. 3 und 6 gezeigte Kurve 12, eine S-förmige Kurve ist, deren Wendepunkt 13 in dem vom Propeller 7 bestrichenen Bereich liegt, und zwar bei der gezeigten Ausführungsform dicht vor der lotrechten Schnittebene IV (Fig. 3 und 6), die auch als die Propellerebene bezeichnet werden kann.

Fig. 2 zeigt ebenfalls, dass die vom Propeller 7 erzeugten Schubkräfte 14 hinter dem Propeller auf an sich bekannte Weise nach vorn gerichtete Komponenten 15 haben, welche die von Hen waagerechten Komponenten 9 der Sogkräfte hervorgebrachte günstige Wirkung für den erforderlichen Propellerschub verstärken und den auf den übrigen Teil des Rumpfes einwirkenden Sogkräften entgegenwirken.

Ausser der oben erwähnten Kurve 12 zeigt Fig. 3 eine Reihe sukzessiver Schnittkurven 16, 17, 1Ö und 19 zwischen der Rumpffläche 5, 11 und den lotrechten Ebenen A, B, C und D, die parallel mit der Ebene C durch die Propellerachse 10 in zunehmendem Abstand von dieser verlaufen. Diese lotrechten Schnittebenen sind in den Fig. 4 und 5 wiedergegeben, die gleichzeitig eine Reihe sukzessiver Schnittkurven 20-26 zwischen der Fläche 5, 11 und den in Fig. 3 wiedergegebenen, rechtwinklig zur Propellerachse 10 verlaufenden Ebenen I-VII zeigen.

In den Fig. 4 und 5 sind auch zwei schräge Schnittebenen E und F angedeutet, die durch eine Achse 27 gelegt sind, welche parallel mit der Propellerachse 10 verläuft und ein kleines Stück unter dieser liegt. Bei der gezeigten Ausführungsform schneidet die Achse 27 die Schnittebene IV in einem Punkt, welcher der Mittelpunkt für die als Kreis-

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- δ bogen ausgebildete Schnittkurve 23 mit der Ebene IV ist.

In den Fig. 4 und 5 ist der Umriss des Propellers 7 durch einen Halbkreis 2& angedeutet.

Die Schnittlinien 29 und 30 zwischen der Fläche 5, 11 und den Schnittebenen E und F sind in den Fig. 7 und Ö gezeigt, aus denen ersichtlich ist, dass auch diese Schnittlinien oder .Schnittkurven S-förmige Kurven sind, deren Wendepunkt 31 und 32 dicht vor der Propellerebene IV liegt. Aus den Fig. 6-ß geht hervor, dass der Winkel zwischen der V/endetangente der einzelnen Schnittkurven und der Achse 27 (oder der Propellerachse 10), der mit <1~, Λ^λ, '¹^An ^^e~ zeichnet ist, wobei die Indizes dem Winkel zwischen der Schnittebene und der Lotrechten entsprechen, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, von der Ebene ^ nach aussen hin grosser wird.

Die Fig. 9 und 10 zeigen in lotrechten Schnitten, die rechtwinklig zur Propellerachse 10 bzw. parallel mit dieser verlaufen, wie sich die Erfindung auf ein Achterschiff von im übrigen herkömmlicher Form und mit einem einzelnen Propeller anwenden lässt. Fig. 9 zeigt teils den Achterspiegel des Schiffes, der mit 33 bezeichnet ist, teils eine Reihe von sukzessiven Spantenschnitten, die auf übliche Weise mit 0, l/k, 1/2 usw. bezeichnet sind, vgl. Fig. 10. Entsprechend zeigt Fig. 10 lotrechte Schnitte mit der Ebene <E durch die Propellerachse 10 und den damit parallelen Ebenen a, b.... h, die in Fig. 9 angegeben sind. Die Schnittkurven, die in Fig. 10 mit demselben Buchstaben bezeichnet sind wie die respektiven Schnittebenen in Fig. 9, sind mit fetten Linien durchgezogen gezeichnet in demjenigen Bereich vor und achtern von der Propellerebene, wo die Einwirkung der Sogkräfte maximal ist und wo die Ausgestaltung der Unterseite des Rumpfes dementsprechend entscheidenden Einfluss auf die angestrebte technische Wirkung hat. Der Übergang von diesem Bereich zu dem davor befindlichen Teil des Achterschiffes, der in Fig. 10 mit gestrichelten Linien ge-

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zeichnet ist, ist an sich nicht kritisch, sollte aber selbstverständlich derartig ausgebildet werden, dass optimale Strömungsverhältnisse mit minimalen Verlusten erzielt werden.

Die anderen gestrichelten Teile der Schnittkurven (I , a, b, c, d und e in Fig. 10 entsprechen denjenigen Teilen der Spantenschnitte in Fig. 9, die in Fig. 9 ebenfalls gestrichelt gezeichnet sind und die von der Ebene <£ aus gesehen nach aussen gekehrt sind.

Die in den Fig. 9 und 10 gezeigte strichpunktierte Linie 34 gibt die unterste und äusserste Kontur der erwähnten Leitflächen auf der Unterseite des Achterschiffes an. Es ist ersichtlich, dass diese Flächen bei der gezeigten Ausführungsform in gewissem Sinne durch Ansetzen von Flossen unter das herkömmliche Achterschiff erstellt sind, aber je nach der generellen Form des Schiffsrumpfes könnte die Leitfläche direkt - durch eine Knicklinie - in die Aussenseite des Rumpfes übergehen. In einem solchen Fall würden die in Fig. 9 mit gestrichelten Linien gezeichneten Teile der Spantenschnitte entfallen.

Zwecks Beleuchtung der durch die Erfindung erzielbaren Vorteile sei erwähnt, dass man bei Modellversuchen bei einem Schiff mit einer Verdrängung von ca. 41 000 t, einem Blockkoeffizienten von 0,70 und einem Achterschiff von herkömmlicher Form bei einer Fahrt von 15 Knoten für den Sogfaktor einen Wert von 0,20 ermittelte. Nach Änderung des Achterschiffes in Obereinstimmung mit der Erfindung, d.h. ungefähr so, wie es in den Fig. 9 und 10 wiedergegeben ist, und mit einer tangentiellen Ausdehnung der nach unten gekehrten Leitflächen über dem Propeller von 150°, ergab sich ein Sogfaktor von 0,11. Es konnte keine Änderung des Propulsionswiderstandes R des Schiffes festgestellt werden, und der zum Erzielen einer Fahrt von 15 Knoten erforderliche Propellerschub war um 10$ reduziert worden.

Bei der in den Fig. 3-8 dargestellten Ausführungsform ist

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- ίο -

die Achse 27 des erwähnten Bündels von Schnittebenen in bezug auf die Propellerachse 10 um ein Stück in lotrechter Richtung versetzt, indem die Achse 27, wie erwähnt, die Propellerebene in einem Punkt schneidet, der Mittelpunkt für einen Kreisbogen ist, in welchem die Propellerebene die erwähnte Leitfläche schneidet. Es liegt jedoch auf der Hand, dass die angegebene Definition für die Schnittkurven zwischen dem Flächenbündel und der Fläche auch gilt, falls das Flächenbündel durch die Propellerachse gelegt wird.

Bei einem Doppelschraubenschiff, bei dem das Wasser in schrämer Richtung zu den Propellern strömt, ist die entsprechende Achse für den "engsten" Abschnitt der Leitfläche im Bereich des Propellers normalerweise auch in seitlicher Richtung gegen die lotrechte Ebene durch die Propellerachse versetzt.

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Claims

AKTIESELSKABET BURMEISTER & WAIN'S SKIBSBYGGERI (B & W INDUSTRI A/S) Kopenhagen K, Dänemark.

Schiff mit eine'n im Achterschiff angebrachten Antriebspropeller

P_a t e_n tan s_p_r_ü_c_h_e

p. Schiff mit einem im Achterschiff angebrachten Antriebspropeller (7), dessen Achse (10) waagerecht oder hauptsächlich waagerecht liegt, und wobei die Unterseite des Schi ffrumpfes vor dem Propeller als eine Fläche (5) aus-S rebildet ist, die sich zu beiden Seiten einer lotrechten, durch die Propellerachse verlaufendenEbene nach aussen und unten erstreckt und deren Normalen (ß) in einem Rereich, der sich von dem von den Propellerblättern bestrichenen T.angschi f fberei ch in Richtung nach vorn erstreckt, nach vorn 1Γ renei/'t sind, dadurch peken η zeichnet , dass der Winkel zwisclen f'er Flächennnrmale in einem Punkt der Fläche (5) und einer rechtwinklig zur Propellerachse verlaufenden Ebene (IV, V, VJ, VIT) mit abnehmendem Abstand des betreffenden Punktes zum Pereich der Propellerblätter zunimmt.

IS ?. Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pündel von Flächen (<£, E, F) durch eine Achse (27), die ·. parallel mit und in der Nähe der Propellerachse (10) verläuft, die genannte Fläche (5) in S-förmigen Kurven (12, 29, 30) schneidet, deren Wendepunkte innerhalb des von den Propellerblättern bestrichenen Bereiches oder dicht vor diesem Pereich liegen und deren kleinster Abstand von der Achse (27) des Flächenbündels innerhalb des genannten Bereiches oder dicht achtern von diesem genannten Bereich liegt.

3. Schiff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass 5 der Winkel (X) zwischen der Achse (27) des genannten Flächenbüifdels und der Tangente einer S-Kurve (12, 29, 30) im Wendepunkt (13, 31, 32) mit grosser werdendem Winkel zwischen der Schnittebene und der lotrechten Ebene durch die Propellerachse zunimmt.

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4. Schiff nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass sich derjenige Bereich der Fläche (5), in welchem die Neigung der Flächennormalen zunimmt, je mehr man sich dem Propeller nähert, in der lotrechten Ebene durch die Propellerachse um ca. einen halben Propellerdurchmesser nach vorn erstreckt.

5. Schiff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

die Ausdehnung des genannten Bereiches in der Längsrichtung zu beiden Seiten der lotrechten Längsebene kleiner wird.

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