DE3031239A1

DE3031239A1 - Extended bow structure for ship - has shape to suit speed and tapers into normal bows shape

Info

Publication number: DE3031239A1
Application number: DE19803031239
Authority: DE
Inventors: Heinz-Herrmann Dipl.-Ing. 2100 Hamburg Suerken
Original assignee: SUERKEN HEINZ HERRMANN DIPL IN
Current assignee: SUERKEN HEINZ HERRMANN DIPL IN
Priority date: 1980-08-19
Filing date: 1980-08-19
Publication date: 1982-04-01

Abstract

The cross section profile of the bows extension is V-shaped for a fast ship and U-shaped for a conventional speed vessel while the rest of the profile is tapered into the bows shape. The extension can be retrofitted to existing hulls to increase the stability of the vessel. The bows extension is shaped to suit different hull shapes and reduces the bow wave, and hence the drag of the hull. The upper surface of the extension has the support struts angled to an apex to slice through the water.

Description

VorschiffsformBow shape

Die Erfindung betrifft eine Vorschiffsform mit einem vom Vorschiff unterhalb der Konstruktionswasserlinie in Schiffslängsrichtung vorstehenden Wasser-Verdrängungskörper. The invention relates to a foredeck shape with a foredeck water displacement body protruding below the construction waterline in the longitudinal direction of the ship.

Vor fast 90 Jahren wurde zum erstenmal die widerstandsverringernde Wirkung einer Vorstevenverdickung erkannt. Die eigentliche Einführung in die Schiffbaupraxis erfolgte etwa 70 Jahre später als Bugwulst und setzte sich als Entwurfselement im Schiffbau durch. Heute verhält es sich so, daß ein Schiff ohne Wulstbug schon eine Besonderheit darstellt. Bei richtiger Auslegung und Gestaltung des Wulstbugs lassen sich die Eigenschaften eines Schiffes damit überwiegend verbessernd beeinflussen. Almost 90 years ago the first time the resistance-reducing Effect of a stem thickening recognized. The actual introduction to shipbuilding practice took place about 70 years later as a bulbous bow and continued as a design element in the Shipbuilding by. Today it is the case that a ship without a bulbous bow already has one Specialty. If the bulbous bow is correctly laid out and designed, leave it the properties of a ship are thus predominantly influenced by improving them.

Die Entwicklung des Wulstbugs war von theoretischen Uberlegungen bestimmt. Da die Versuche, mit Hilfe bekannter Theorien zu Optimalschiffsformen zu kommen unbefriedigend blieben, wurden Bestrebungen unternommen, nur das Bugwellensystem auszulöschen, das als ausschlaggebend für den Wellenwiderstand angesehen wurde. The development of the bulbous bow was based on theoretical considerations certainly. Since the attempts to optimal ship shapes with the help of known theories to come unsatisfactory, efforts were made, only the bow wave system to extinguish, which was considered to be decisive for the wave resistance.

Der mehr oder weniger weit nach vorne ausgezogene Bugwulst soll eine Überlagerung des vom Staupunkt am Bug bzw. am Wulst hervorgerufenen Wellenbergs mit der vorderen Schulter ergeben, wo die Wasserlinien in die volle Schiffsbreite einlaufen.The bulge of the bow, which is drawn out more or less far forward, should one Overlay of the wave crest caused by the stagnation point at the bow or the bulge with the front shoulder show where the water lines in the full width of the ship come in.

Jeder an der Oberfläche sich bewegende Körper erzeugt infolge von Druckschwankungen Wellen, für deren Entstehung Energie erforderlich ist, die als Wellenwiderstand in den Gesamtwiderstand des Schiffskörpers eingeht. Beim Schiff entstehen die Wellen vor allem an den Stellen großer Druckveränderungen, also am Bug und am Heck. Der Wellenwiderstand ist um so größer, je ausgeprägter die einzelnen Wellensysteme am Schiff auftreten und um so kleiner, je mehr sie sich gegenseitig durch Überlagerung (Interferenz) aufheben. Aus diesem Grund ist der Wellenwiderstand sowohl von der Schiffsform als auch von der Geschwindigkeit abhängig. Every body moving on the surface creates as a result of Pressure fluctuations Waves, for the creation of which energy is required, which as Wave drag is included in the total drag of the hull. At the ship the waves arise mainly at the points of great pressure changes, i.e. at Bow and stern. The wave resistance is greater, the more pronounced the individual Wave systems occur on the ship and the smaller, the more they are mutually exclusive cancel by superposition (interference). Because of this, the wave resistance both on the shape of the ship and on the speed.

Zu der Frage, welcher Bugwulst an welchem Schiffskörper angebracht werden muß, um möglichst hohe Widerstandsverbesserungen zu erzielen, gibt es in der Literatur die verschiedensten Ansichten. Der Vergleich gebauter Wulstbuge zeigt eine zahlreiche Formenvielfalt. Die große Zahl der gebauten Bugwulstformen lassen sich in Typenklassen einteilen, deren Hauptmerkmal die Form der Querschnittsfläche im vorderen Lot ist. Drei typische Formen sind in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt, wobei im linken Teil der Fig. die Wulstquerschnitte am vorderen Lot dargestellt sind und im rechten Teil der Fig. ein Längsschnitt des Bugwulstes und ein halber Querschnitt des Bugwulstes vom V-Typ dargestellt sind. On the question of which bulbous bow is attached to which hull in order to achieve the highest possible resistance improvements the most diverse views of literature. The comparison of built bulbous bow shows a wide variety of shapes. Let the large number of bulge forms built are divided into type classes, the main characteristic of which is the shape of the cross-sectional area is in the front perpendicular. Three typical shapes are shown in Fig. 1 of the drawing, the bead cross-sections on the front plumb line being shown in the left part of the figure Are and in the right part of the figure. A longitudinal section of the bulge and a half Cross-section of the bulge of the V-type are shown.

Es ist charakteristisch für Wulstbuge, daß sie nur in einem Beladungszustand, entweder voll beladen oder in Ballastfahrt, beachtliche Gewinne erzielen. Dies ergibt sich aus durchgeführten systematischen Widerstandsuntersuchungen, mit denen der Bugwulstgewinn nur beim beladenen Schiff ermittelt wurde. It is characteristic of bulbous bow that they are only in one loading condition, either fully loaded or in ballast travel, make considerable profits. This gives from systematic resistance studies carried out with which the Bulge gain was only determined for the loaded ship.

Eine wissenschaftliche Arbeit (von G. Hähnel und K.-H.A scientific work (by G. Hähnel and K.-H.

Labes, "Systematische Widerstandsuntersuchung für schnelle Frachtschiffe mit und ohne Bugwulst", Schiffbauforschung 7, 1968) beurteilt die Wulstbugschiffe in beiden Beladungszuständen. Hier zeigt sich, daß die Leistungsersparnisse durch den Wulstbug für das beladene Schiff bemerkenswert sind. Hierbei zeigt sich aber auch, daß in der Ballastfahrt aufgrund des Bugwulstes keine Leistungsersparnis mehr erzielt wird, sondern eine Leistungszunahme notwendig wird, die ein mehrfaches der Gewinne in der beladenen Fahrt entspricht.Labes, "Systematic Resistance Investigation for Fast Cargo Ships with and without bulbous bow ", Schiffbauforschung 7, 1968) assesses the bulbous bow ships in both loading conditions. Here it can be seen that the performance savings through the bulbous bow are remarkable for the loaded ship. But this shows also that in the ballast drive no more power savings due to the bulge of the bow is achieved, but an increase in performance is necessary, which is several times the Equal to gains in the laden ride.

Weiterhin zeigt sich, daß bei einer Reduzierung der Geschwindigkeit der Schiffe, wie sie bei heutigen Energiesparmaßnahmen üblich ist, die Schiffe in dem für den Wulstbug günstigen Ladungszustand einen höheren Leistungsbedarf haben als Schiffe ohne Bugwulst. It also shows that when the speed is reduced of the ships, as is usual with today's energy-saving measures, the ships in the charge condition favorable for the bulbous bow have a higher power requirement than ships without a bulbous bow.

Für die Schiffbaupraxis erweist sich die komplizierte Form des Bugwulstes durch ihre doppelgekrümmten Flächen infolge der schwierigen Herstellung als kostenintensiv. Für die Praxis ist es weiterhin nachteilig, daß für den Entwurf eines Schiffes mit Wulstbug noch keine verläßlichen Entwurfsdaten zur Verfügung stehen. Durch einen falsch konstruierten Wulst läßt sich statt einer Verbesserung der Leistung auch eine erhebliche Verschlechterung herbeiführen. Deshalb sind für ein Bugwulstschiff aufwendige und kostspielige Schleppversuche unumgänglich. The complicated shape of the bulbous bow proves to be useful in shipbuilding practice due to their double-curved surfaces as costly due to the difficult production. In practice, it is also disadvantageous that for the design of a ship with Bulge bow no reliable design data are yet available. Through a incorrectly constructed bead can be put in place an improvement in Performance also cause a significant deterioration. Therefore are for a Bulge-bow ship elaborate and costly attempts at towing are unavoidable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine aus dem Bugwulst zu entwickelnde Vorschiffsform die oben aufgeführten Nachteile zu beseitigen und dennoch eine entsprechende Widerstandsverminderung bzw. Antriebsleistungsersparnis herbeizuführen. Die neue Vorschiffsform soll derartig gestaltet sein, daß sie nachträglich an jedem Schiff ohne grundlegende Vorschiffsumgestaltung anzubringen ist. The invention is based on the object by one from the bulbous bow to be developed to eliminate the disadvantages listed above and nevertheless a corresponding reduction in drag or drive power saving bring about. The new bow shape should be designed in such a way that it can be used subsequently to be attached to any ship without any major foreship redesign.

In Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorschiffsform gefunden worden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Verdrängungskörper eine Spantcharakteristik aufweist, die den Spantkonturen des Vorschiffes angepaßt ist, und daß die Wasserlinien des Verdrängungskörpers einschließlich des Übergangsbereichs zum Vorschiff strakend ausgeführt sind. In order to solve this problem, a bow shape has been found, which is characterized in that the displacement body has a frame characteristic has, which is adapted to the frame contours of the forecastle, and that the water lines of the displacement body including the transition area to the foredeck are executed.

Für schnelle Schiffe soll der Verdrängungskörper eine Spantcharakteristik mit einer V-Form aufweisen. Für langsame Schiffe soll der Verdrängungskörper eine U-förmige Spantcharakteristik aufweisen. For fast ships, the displacement body should have a frame characteristic having a V-shape. For slow ships, the displacement body should be a Have U-shaped frame characteristics.

Charakteristisch für diese erfindungsgemäße Vorschiffsform ist der harmonische Verlauf der Wasserlinien des Verdrängungskörpers und der harmonische Verlauf der Wasserlinien vom Verdrängungskörper hin zum Vorschiff, aus denen sich ein widerstandsgeringer Verlauf des Wassers am Vorschiff ergibt, mit dem besonderen Vorteil, daß dieser geringe Widerstand bei beiden Beladungszuständen des Schiffes erzielt wird. Die äußere Form des anzufügenden Unterwasserkörpers paßt sich den Spantkonturen des Schiffes an und erhält dadurch bei schnellen Schiffen eine V-Form und bei völligen langsamen Schiffen eine U-förmige Spantcharakteristik. Wesentliches Merkmal dieses Propulsionsadditivs ist es, daß auf eine betont "wulstige", d.h., bauchige Form verzichtet wird. This is characteristic of this bow shape according to the invention harmonic course of the water lines of the sinker and the harmonic Course of the water lines from the displacement body to the foredeck that make up a low resistance course of the water on the foredeck results, with the special Advantage that this low resistance in both load conditions of Ship is achieved. The outer shape of the underwater body to be attached fits adapts to the frame contours of the ship and thus maintains it with fast ships a V-shape and, in the case of completely slow ships, a U-shaped frame characteristic. An essential feature of this propulsion additive is that on an emphatically "beaded", i.e., the bulbous shape is dispensed with.

Berechnungen haben gezeigt (Diplomarbeit H.-H. Suerken, "Kritische Betrachtungen zum Wulstbug bei normalen und schnellen Schiffen", Institut für Schiffbau, Universität Hamburg, August 1980), daß diese neue Schiffsform die gleichen Gewinne, beladen und in Ballast, herbeiführt wie ein Wulstbug in einem Beladungszustand des Schiffes. Calculations have shown (Diploma thesis H.-H. Suerken, "Kritische Considerations on the bulbous bow in normal and fast ships ", Institute for Shipbuilding, University of Hamburg, August 1980) that this new form of ship will generate the same profits, loaded and in ballast, brought about like a bulbous bow in a loaded state of the Ship.

Weiterhin zeigt sich, daß eine Geschwindigkeitsreduzierung sich nicht ungünstig auf die Antriebsleistung auswirkt, wie dies bei einem Wulstbug der Fall ist. Furthermore, it can be seen that there is no reduction in speed has an unfavorable effect on the drive power, as is the case with a bulbous bow is.

Wie sich zeigt, erbringt der Einsatz der erfindungsgemäßen Schiffsform in allen Beladungszuständen eine Brennstoffersparnis von mindestens 10 %, was sich in Anbetracht der Entwicklung der Brennstoffkosten als erheblicher Vorteil erweist. As can be seen, the use of the ship shape according to the invention yields in all load conditions a fuel saving of at least 10%, which is Proves to be a significant advantage given the evolution of fuel costs.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung zeigt sich in der einfachen Herstellung des neuen Vorschiffes in der Praxis. Another advantage of the invention is the ease of manufacture of the new forecastle in practice.

Schließlich ergibt sich der Vorteil, daß sich die Gewinne des neuen Propulsionsadditivs nach bestimmten Verfahren berechnen lassen. Auf kostspielige Schleppversuche kann deshalb oftmals verzichtet werden. Ultimately, there is the advantage that the profits of the new Calculate the propulsion additive according to certain procedures. On costly Towing attempts can therefore often be dispensed with.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Ausbildung so getroffen, daß die Spanten des Verdrängungskörpers an der Oberkante auf Mitte Schiff winklig aufeinander zulaufen. According to another development of the invention, the training hit in such a way that the ribs of the sinker at the upper edge are centered Ship at an angle to each other.

Aus dieser Formgebung ergeben sich zusätzliche Vorteile bei der Eisfahrt des beladenen Schiffes. Durch die ausgeführte spitz zulaufende Oberkante des Unterwasserbugs dicht unter der Konstruktionswasserlinie wird eine gute Eisbrechwirkung erzielt. This shape results in additional advantages when driving on ice of the loaded ship. Due to the pointed upper edge of the underwater bow a good icebreaking effect is achieved just below the construction waterline.

Beim Brechen werden die Eisschollen senkrecht aufgerichtet und gleiten mit der nassen, d.h. reibungsgünstigen Oberfläche an der Bordwand entlang. Der Schiffswiderstand in der Einfahrt wird dadurch ebenfalls geringer als beim Bugwulstschiff oder beim Schiff mit normalem Vorsteven.When breaking, the ice floes are erected vertically and slide with the wet, i.e. low-friction surface along the side of the ship. The ship's resistance in the entrance is also less than with the bulbous bow ship or with Ship with normal stem.

Schließlich kann die Erfindung so ausgebildet sein, daß die Stevenkontur des Verdrängungskörpers etwa lotrecht verläuft. Finally, the invention can be designed so that the stem contour of the displacement body runs approximately perpendicular.

Die Wirkungsweise der Erfindung ergibt sich aus der folgenden energetischen Betrachtung. Das Wulstbugschiff erzeugt durch den Bugwulst ein zusätzliches Wellensystem, welches durch Interferenz mit dem schiffseigenen Wellensystem eine teilweise Auslöschung des Gesamtwellensystems bewirkt. Das Schiff ohne Wulstbug erzeugt ein Wellensystem und benötigt dafür Energie. Ein vorgelagerter Körper in Form eines bauchigen Wulstes erzeugt ebenfalls ein Wellensystem und benötigt dafür Energie. Durch die Interferenz der beiden Wellensysteme wird von außen sichtbar die Wellenbildung zwar unterdrückt, d.h. jedoch nicht, daß die dafür aufgewendete Energie in Form von Antriebsleistung geringer als beim Schiff ohne Wulst ist. Durch die Interferenz der Wellensysteme ändert sich für das Schiff lediglich die benetzte Oberfläche. Physikalische Tatsache ist, daß für eine willkürliche Umlenkung der Wasserströmung durch den Wulstbug am Vorschiff Energie aufgewendet werden muß. The mode of operation of the invention results from the following energetic Consideration. The bulbous bow ship creates an additional wave system through the bulbous bow, which is partially extinguished by interference with the ship's own wave system of the overall wave system. The ship without a bulbous bow creates a wave system and needs energy for it. A body in front of it in the form of a bulbous bulge also creates a wave system and requires energy for it. Because of the interference of the two wave systems, the wave formation is visibly suppressed from the outside, i.e. not, however, that the energy used for this is in the form of drive power less than there is no bead on the ship. Due to the interference of the Wave systems only change the wetted surface for the ship. Physical The fact is that for an arbitrary diversion of the water flow through the bulbous bow Energy must be expended on the forecastle.

Die Ursache der Leistungsersparnis bei Wulstbugschiffen dürfte in dem durch den Wulst zusätzlich angefügten Volumen liegen. Systematische Widerstandsuntersuchungen haben gezeigt, daß der Volumenschwerpunkt der Verdrängung in Längsrichtung, LCB, für manche Schiffsfornien ein empfindlicher Wert ist. Durch eine Volumenzunahme in Vorschiff, z.B. durch einen Wulstbug, verschieb sich der LCB-Wert um ca. 1 % der Schwimmwasserlinie nach vorne und bewirkt dadurch eine beträchtliche Leistungsersparnis. The cause of the power savings in bulbous bow ships is likely to be in the volume additionally attached by the bead. Systematic resistance studies have shown that the center of gravity of the displacement in the longitudinal direction, LCB, is a sensitive value for some ship shapes. By an increase in volume in the foredeck, e.g. due to a bulbous bow, the LCB value shifts by approx. 1% the swimming water line to the front and thereby results in a considerable saving in performance.

Die neue Vorschiffsform findet in erster Linie bei Schiffen Anwendung und führt zu einer Leistungsverbesserung, bei denen die Formgebung und der LCB-Wert nach neuesten Erkenntnissen ausgelegt werden. Durch die neue Vorschiffsform wird die harmonische Umströmung des Vorschiffes weiter verbessert und werden dadurch die errechneten Leistungsgewinne erzielt. The new bow shape is primarily used on ships and leads to a performance improvement in which the shape and the LCB value be designed according to the latest findings. The new shape of the fore the harmonious flow around the forecastle further improved and are thereby achieved the calculated performance gains.

Die Fig. 2,3 und 4 der Zeichnung zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2, 3 and 4 of the drawing show an embodiment of the Invention.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines Vorschiffes mit eingezeichneter Konstruktionswasserlinie (CWL). Oberhalb der Konstruktionswasserlinie ist die Stevenkontur normal ausgebildet, unterhalb der Konstruktionswasserlinie befindet sich der Verdrängungskörper, der beim Ausführungsbeispiel eine etwa senkrecht verlaufende Stevenkontur hat. Der tbergangsbereich vom Verdrängungskörper zum normalen Vorstevep ist mit einem Radius ausgeführt. Mit I - III sind lotrechte Schnitte durch die Vorschiffsform bezeichnet, von denen der Schnitt II durch das vordere Lot (VL) geht. Mit WL 1, WL 2 und CWL sind waagerechte Schnitte durch das Vorschiff bezeichnet. Fig. 2 shows a side view of a foredeck with a Construction waterline (CWL). The stave contour is above the construction waterline normal design, below the construction waterline is the displacement body, the in the exemplary embodiment has an approximately vertically extending stem contour. The transition area from the displacement body to the normal Vorstevep is designed with a radius. With I - III are vertical sections indicated by the shape of the fore, of which the Section II goes through the front perpendicular (VL). With WL 1, WL 2 and CWL are horizontal Marked cuts through the foredeck.

Fig. 3 zeigt die Wasserlinien nach Fig. 1 in Draufsicht. Klar ersichtlich ist der harmonische Verlauf der Wasserlinien. Fig. 3 shows the water lines according to Fig. 1 in plan view. Clearly visible is the harmonious course of the water lines.

Fig. 4 zeigt die Schnitte nach Fig. 2 und damit die Spantencharakteristik in diesem Bereich des Schiffes. Es handelt sich um den Spantenriß eines schnellen Schiffes mit hohlen V-Spanten. FIG. 4 shows the sections according to FIG. 2 and thus the frame characteristics in this area of the ship. It is a crack in the frame of a fast one Ship with hollow V-shaped frames.

Diese hohle V-Spantenausführung setzt sich in dem zusätzlichen Verdrängungskörper fort. Aus der Fig. ist auch ersichtlich, daß der Verdrängungskörper in seiner Oberkante winklig ausgeführt ist, wodurch er gute Eigenschaften beim Eisbrechen erbringt.This hollow V-shaped frame is located in the additional displacement body away. From the figure it can also be seen that the displacement body is in its upper edge is angled, which gives it good properties when breaking ice.

Claims

Claims: 1. Foredeck shape with one of the foredeck below the Construction waterline in the longitudinal direction of the ship protruding water displacement body, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the displacement body has a frame characteristic has, which is adapted to the frame contours of the forecastle, and that the water lines of the displacement body including the transition area to the foredeck are executed.

2. foreship shape according to claim 1, characterized in that the Displacement body for fast ships has a frame characteristic with a V-shape having.

3. foreship shape according to claim 1, characterized in that the Displacement body for slow ships has a U-shaped frame characteristic.

4. foreship shape according to one of the preceding claims, characterized marked that the ribs of the sinker at the upper edge on the middle Ship at an angle to each other.

5. foreship shape according to one of the preceding claims, characterized characterized in that its stem contour is approximately perpendicular.