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Ruderanordnung für Schiffe
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Ruderanordnung für Schiffe mit
einem dem Ruder zugeordneten Propeller bzw. einer Propellergruppe im Heckbereich.
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Es ist bekannt, zum Steuern und Kurshalten Ruder vorzugsweise hinter
einem Propeller im Propellerabstrom anzuordnen. Die Anordnung wird meist so getroffen,
daß sich die Ruderachse und die Verlängerung der Propellerwelle schneiden. Durch
diese Anordnung wird erzielt, daß durch die Beaufschlagung mit dem Propellerabstrom
eine intensive Ruderwirkung eintritt.
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Diese bekannten Ruderanordnungen mit den entsprechenden Abwandlungen
haben den Nachteil, da3 für die Anordnung von Ruder und Propeller eine relativ große
Länge beansprucht wird und somit häufig der Propellerdurchmesser durch den vorhandenen
Raum bestimmt wird. d.h. der Hinterschiffsboden bzw. die Gillung schränkt die zur
Yerçü=anz stehende Hohe und damit den Durchmesser des Propellers ein. Weiterhin
wird auch der Freischlag, der Abstand zwischen Propellerflügelspitzenkrels und Gillung,
klein. Hierdurch werden Druck.mpulse auf den Schiffskörper übertragen, die Vibrationen
auslösen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ruderanordnung mit einfachen
Mitteln zu schaffen, die einen relativ weit im Heckbereich angeordneten Propeller
mit einem guten Propulsionsgütegrad ermöglicht und zusätzlich eine Dämmung der Schallabstrahlung
gewährleistet.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der
Propeller bzw. eine Propellergruppe zwischen zei Rudern angeordnet ist und der Abstand
zwischen Propellerflügelspitzenkreis und Jedem Ruder in der Stellung für die Geradeausfahrt
höchstens 18 % des Propellerdurchmessers betragt.
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Der Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß durch die parallele
Anordnung von Propeller und Ruder ei sehr weit hinten im Heckbereich liegende Lösung
mit nstigen Anströmverhä.ltnissen für den Propeller möglich wird. Pamit ist es nunmehr
auch durchführbar, große Propellerfreischlage vom Schiffskörper zu erreichen und
die Gefahr von auftretenden Vibrationen zu reduzieren sowie einen hohen Propulsionsgütegrad
zu erreichen, de aus einem höheren Propellerwirkungsgrad und einem höheren Schiffseinflußgrad
resultiert. Der bessere
Propellerwirkungsgrad kann durch einen gro3en
Propellerdurchmesser ermöglicht werden. Auch bei Propellern, die den Kiel unterschlagen,
kann das Maß des Unterschlags zu Gunsten der Sicherheit gegen Grundberührung reduziert
werden.
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Die Wasserlinien des Schiffskörpers können zusätzlich im Propellerbereich
zur Widerstandereduktion schlanker auslaufen. Ebenfalls ist es möglich, die Wartungsfreundlichkeit
zu erhöhen, da zum Ausbau der Propellerschwanzwelle das Ruder nicht mit ausgebaut
zu werden braucht. insbesondere bei hoch belasteten Propellern wird durch das parallel
angeordnete Ruder eine Verbesserung des Gütegrades der Anordnung erzielt, die auch
zur Vermeidung von Kavitation am Ruder führt. Zusätzlich wird die Schallabstrahlung
durch die angeordneten Ruder gedämme, wobei dieser Aspekt insbesondere bei Schiffen
der Marine von Bedeutung ist.
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Es besteht zwar zur Erzielung äquivalenter Steuereigenschaften zu
den bekannten Anordnungen der Nachteil, daß die Gesamtruderfläche größer sein muß
und für die vorgeschlagene Ruder-Propeller-Anordnung das Heck relativ breit sein
muß. Es ist aber möglich, diese Nachteile dadurch auszugleichen, daß die Ruder näher
an den Propeller herangeruckt werden.
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Zur Vermeidung zu starker Drucklmoulse auf die Ruder können diese
so - nach hinten konvergierend -angestellt werden, daß sie die Strömung im Bereich
der seitlichen Propellerflügelspitzen beschleunigen und damit die Ruder-nahen Propellerbereiche
entlasten.
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Die von jedem Propelleroiattegment ausgehenden Drucimpulse hängen
von der Verdrängungswirkung des Blattes und von erzeugtem Auftrieb ab. Die Verdrängungswirkung
ist eine Funktion der Blattdicke, der Auftrieb ist in erster Näherung proportional
dem Profilanstellwinkel. Der Profilanstellwinkel hängt von der axialen Anströmgeschwindigkeit
des Propellers ab. Bel hoher axialer Anströmgeschwindigkeit des Propellers sind
Profil-Anstellwinkel sowie der Auftrieb klein und umgekehrt.
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Werden nun die Ruder - zwischen denen der Propeller angeordnet ist
- so nach hinten konvergierend angeordnet, daß sie den Propellerzustrom seitlich
beschleunigen, dann wird der Propeller in dem beschleunigten Geschwindigkeitsbereich
entastet. Damit werden auch die von diesem Bereich ausgehenden Druckimpulse reduziert.
Es ist so nun möglich, den Abstand der Ruder vom Propellerflügelspitzenkrels relativ
klein zu halten.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die dem Propeller zugewandte Ruderfläche
mindestens teilweise eine Perforation aufweist. Hierdurch wird eine Vergrößerung
der Rauhigkeit des Puders erzielt, die eine Grenzschichtverdickung zur Folge hat.
Die
Grenzschichtverdickung wirkt für die Umströmung wie eine Profilverdickung,
so da? die Propellerflügelspitzen im Bereich der Ruder init höherer axialer Anströtngeschwindigkeit
beaufschla werden und damit ebenfalls eine Flügelspitzenentlastung erzielt wIrd.
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Hinzu kcomb, daß durch die Perforation die Rudermasse des geflu+eten
Raums gröber wird.
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Um eine zusätzliche Dämmung der Schallabstrahlung zu erzielen, wird
vorgeschlagen, daß die dem Propeller zugewandte Ruderfläche mindestens teilweise
einen schallabsorbierenden Belag aufweisen.
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Zur Reduktion des maximalen Ruderdrehmentes wird vorgeschlagen, daß
die Ruder eine Drehachse außerhalb der Skelettlinie an der dem Propeller zugewandten
Seite aufweisen.
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Zur weiteren Entlastung des Schaftdrehmomenes ist vergesehe, d die
Ruder eir.e gekrümmre Skelettlinie ausweisen, wobei die Konvexseite dem Propeller
zuewandt ist.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß die Drehachsen der Ruder nach oben konvergierend
angeordnet sind. Hierdurch wird eine strömungsgünstige Anorndung geschaffen.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß zwischen
den Propeller ein zusätzliches Ruder angeordnet ist. Hierbei kann der Abstand des
zusätzlichen ders zum Propellerflügelspitzenkrels größer als 18 % des Propellerdurchmessers
sein.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Ruderanordnung in einem Einschraubenschiff;
Fig. 2 eine Ruderanordnung in einem Zweischraubenschiff; Fig. 3 ein Geschwindigkeitsschaubild
für ein Propellerblattsegment bei großer axialer Anströmgeschwindigkeit und Fig.
4 ein Geschwindigkeitsschaubild gemäß Fig. 3 unter gleichen Bedingungen mit kleiner
axialer Anströmgeschwindigkeit.
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In Fig 1 und 2 ist dargestellt, daß die Propeller 1 zwischen zwei
Rudern 2 angeordnet sind. Die Ruder 2 sind dabei um Ruderachsen 3 verstellbar. In
Fig. 2 ist die Antriebswelle 5 für die Propeller 1 mit einer Wellenhose als Grimm'sche
Welle ausgeführt.
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Zwischen Propellerflügelspitzenkreis und Ruderinnenfläche ist ein
Abstand 4 vorhanden.
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Zum besseren Verständnis wurde eine Wasserlinie 6 als Horizontalschnitt
durch den Schiffskörper in Höhe von der Wellenmitte und die Deckskontur 7 angegeben.
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Für die Geradeausfahrt ist es zweckmäßig, die beiden Ruder 2 in eine
konvergierende Einstellung zu bringen, so daß sie bei Geradeausfahrt einen geringeren
Widerstand haben als bei paralleler Einstellung. Auch die Andrehfähigkeit wird in
dieser Stellung verbessert.
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Um die Flügelspitzenentlastung durch Konvergenz der Ruder zu zeigen,
wird auf die Geschwindigkeitsschau bilder mit unterschiedlichen
axialen
Anströmgeschwindigkeiten gemäß Fig. 3 und 4 verwiesen. In diesen Schaubildern bedeutet:
VA Propelleranströmgeschwindigkeit gleich Schiffsgeschwindigkeit minus Nachstromgeschwindigkeit
UA axiale Komponente der Zusatzgeschwindlgkeit durch die Zirkulation UT tangentiale
Komponente der Zusatzgeschwindigkeit w1 von der Zirkulation ungestörte Anströngeschwindigkeit
w wirksame Anströmgeshwindigkeit Wr Umfangsgeschwindigkeit des Zylinderschnittprofils
n Drehzahl P Steigung des Profils ß wahre Steigungswinkel", Anströmwinkel, wenn
durch das angeströmte Profil die Strömung nicht beeinflußt wird Bi induzierte Anströmwinkel
bei Berücksichtigung der Zirkulation Profilanstellwinkel, bezogen auf die wirksame
Anströmrichtung.