DE3717548A1 - Schnelles wasserfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schnelles Wasserfahrzeug mit einem Knickspanten aufweisenden Mittelkörper, dessen V-förmi­ ge Bodenspanten von vorn nach achtern flacher werden.

Es ist bereits bekannt (DE-PS 6 87 340), das Vorschiff eines Wasserfahrzeuges im ruhigen Zustand als Verdrängungskörper auszubilden und eine Gleitfläche ganz in der von dem Verdrän­ gungskörper in Fahrt beeinflußten Strömung am Heck anzuord­ nen, derart, daß sie nicht mehr vom direkten Seegang getrof­ fen werden kann. Der Verdrängungskörper, der möglichst schmal gehalten wird und in Fahrt nur einen kleinen Teil des Auftriebs bestreitet, ist also Wellendämpfer und Strömungs­ führer. Die Gleitfläche, die möglichst breit gehalten wird und nur schwach gekielt werden muß, ist das Haupttragele­ ment.

Auch sind gleitende Wasserfahrzeuge allgemein bekannt. Die Zunahme der verlangten Geschwindigkeiten und damit der unter­ zubringenden Maschinenleistung hat einerseits zu großen, schwer zu lösenden Problemen der Antriebssysteme bei herkömm­ lichen Bootsformen geführt und andererseits zur Entwicklung neuer Antriebssysteme, für deren Unterbringung und optimalen hydrodynamischen Einsatz die herkömmlichen Formen nicht mehr geeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schnelles Was­ serfahrzeug der eingangs genannten Gattung zu schaffen, wel­ ches einerseits die Vorteile eines Gleitfahrzeuges besitzt, gleichzeitig aber den optimalen Einsatz von modernen An­ triebssystemen ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß im achterlichen Bereich an dem Mittelkörper zwei zueinander sym­ metrische, ebenfalls Knickspanten aufweisende Seitenkörper angeordnet sind, deren Bodenspanten relativ zur Horizontalen die gleiche oder eine geringere Neigung als die Bodenspanten in der gleichen vertikalen Spantebene besitzen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Un­ teransprüche gekennzeichnet.

Aufgrund der Erfindung wird die für das Erreichen der ange­ strebten hohen Geschwindigkeiten erforderliche große tragen­ de Fläche im Gleitzustand erreicht. Außerdem ergibt sich durch die hohen notwendigen Antriebsleistungen eine Konzen­ tration von Gewichten im rückwärtigen Teil des Schiffs- oder Bootskörpers, wobei zum Erreichen des Gleitzustandes ein großer dynamischer Auftrieb zur Überwindung des statischen Gewichts notwendig ist, was ebenfalls eine große Gleitfläche voraussetzt.

Die Erfindung unterscheidet sich von zur Verbreiterung des Hecks verwendeten Delta-Formen dadurch, daß die hiermit ver­ bundenen hydrodynamischen Nachteile nicht auftreten. Diese bestehen darin, daß insbesondere in den äußeren Zonen des dreiecksförmigen Bereiches, d.h. der Zone innerhalb des Knicks in den Spanten nicht mehr genügend Auftrieb produ­ ziert wird und daß starke Verwirbelungen entstehen und damit die Gefahr des unstabilen Verhaltens bei hohen Geschwindig­ keiten und im Seegang gegeben ist.

Statt dessen wird gemäß vorliegender Erfindung die Vergröße­ rung der Auftriebsfläche durch das sinnvoll ausgewogene Hin­ zufügen zweier Seitenkörper, die strukturell mit dem Mittel­ körper eine Einheit bilden, erreicht. Damit läßt sich einer­ seits die Breite des Wasserfahrzeuges in Grenzen halten und andererseits lassen sich durch die Formgebung der Seitenkör­ per die außenliegenden Zonen viel besser zur Erzeugung des notwendigen dynamischen Auftriebs heranziehen.

Insbesondere ermöglicht die Ausbildung der Bodenform der Sei­ tenkörper den graduellen Übergang von einem Aufkimmungswin­ kel, der im wesentlichen jenem des Mittelkörpers entspricht, zu einem Aufkimmungswinkel von 0°, d.h. zu horizontal ange­ ordneten Bodenendflächen der Seitenkörper, die auf diese Weise den maximal möglichen dynamischen Auftrieb liefern und außerdem die weiter nach achtern zunehmende Verbreiterung mit den daraus resultierenden hydrodynamischen Nachteilen und immer noch positiven Aufkimmungswinkel vermeiden.

Bereits im statischen Schwimmzustand wirkt sich die Anwesen­ heit der Seitenkörper günstig auf den Trimm des Wasserfahr­ zeuges aus, da im achteren Bereich mehr Volumen zur Verfü­ gung steht, das die Motore und Antriebsorgane tragen kann. Bei Erhöhung der Fahrtgeschwindigkeit zum Erreichen des Gleitzustandes tritt mit Hilfe der vorliegenden Erfindung der Gleitzustand früher ein, weil die beiden Seitenkörper durch ihre Längsneigung schon bei verhältnismäßig geringen Geschwindigkeiten beginnen, den gewünschten zusätzlichen Auf­ trieb zu erzeugen. Schließlich läßt sich durch die Anwesen­ heit der Seitenkörper und die optimal zwischen dem Mittelkör­ per und den Seitenkörpern ausgewogene Formgebung der bestmög­ liche dynamische Trimm bei den höchstmöglichen Geschwindig­ keiten erreichen bzw. ein übertrieben großer Trimm, wie er vielen Gleitfahrzeugen eigen ist, vermeiden, und die vorhan­ dene Leistung anstelle eines großen Trimms durch Verminde­ rung des Gesamtwiderstandes dem dynamischen Auftrieb nutzbar machen.

Durch diese Formgebung hat man es in der Hand, die Form der Spantarealkurve so zu beeinflussen, daß sich statisch und hy­ drodynamisch der bestmögliche Trimm ergibt und daß auch die daraus resultierende Schwerpunktlage jeweils optimal wird.

Durch das Vermeiden übermäßig breiter Delta-Formen mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird es außerdem möglich, den Ge­ samtwiderstand dadurch zu reduzieren, daß die Wege der Was­ serteilchen längs des Körpers des Wasserfahrzeuges auf ein Minimum reduziert werden. Daraus ergibt sich, daß es wün­ schenswert ist, sowohl den Mittelkörper als auch die Seiten­ körper möglichst parallel zur Mittelachse wie auch in ihrer seitlichen Begrenzung untereinander parallel auszubilden.

Die zweckmäßigste Anordnung der Seitenkörper der Länge nach sowie der Höhe nach ergibt sich aus Überlegungen über die Druckverteilung an den Bodenflächen im Hinblick auf das Ver­ meiden von Zonen negativen Druckes, die bei Gleitbootformen leicht auftreten können und zu Leistungs- bzw. Geschwindig­ keitsverlusten führen sowie außerdem eine Verringerung der Kursstabilität zur Folge haben. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung gelingt es, den Bodendruck mit einfachen Mitteln in allen gleitenden Zonen positiv und weitgehend konstant zu halten.

Außerdem ermöglicht es die Erfindung, die Seefähigkeit, die im wesentlichen durch die Formgebung im Vorschiff des Mittel­ körpers erreicht wird, zu optimieren, während mit Hilfe der Seitenkörper die Gewichtsverteilung und die statische sowie dynamische Stabilität über die Trägheitsmomente der Wasserli­ nien optimiert werden können und die vorhandene Leistung an­ stelle des Erzeugens eines großen Trimms durch Verminderung des Gesamtwiderstandes der Erhöhung des dynamischen Auf­ triebs nutzbar gemacht wird.

Während es sich bei dem Mittelkörper um eine Knickspantform mit graduell nach vorn zunehmender Neigung des Bodens han­ delt, wobei der Neigungswinkel der Spanten im Bodenbereich immer größer als 0° ist, haben die beiden Seitenkörper, die etwa in der Mitte der Länge des Wasserfahrzeugs beginnen, eine Knicklinie, die verschieden ist von jener des Mittelkör­ pers, und Spantwinkel, d.h. Aufkimmungswinkel, der beiden Teile, die von einem Höchstwert an der Stelle des Eintritts graduell auf den Wert 0° am achteren Ende abnehmen. Nach ach­ tern zu können die Seitenkörper mit dem gleichen Heckspiegel abschließen wie der Mittelkörper, aber auch über diesen hin­ ausragen.

Die Seitenkörper sind außerdem so ausgebildet, daß ihr Boden in der Längsrichtung gegenüber der horizontalen Basislinie unter einem Winkel angestellt ist, der ihnen die an sich be­ kannte Funktion von Staukeilen verleiht. Dabei kann dieser Anstellwinkel in Längsrichtung konstant sein oder aber auch sich kontinuierlich mit stetiger Tendenz ändern. Außerdem be­ finden sich die tiefstgelegenen Punkte der Seitenkörper immer oberhalb des tiefstgelegenen Punktes des Mittelkör­ pers.

Der Mittelkörper ist außerdem so ausgebildet, daß seine Sei­ tenwände oberhalb der Knicklinie und hinter der zugeschärf­ ten Form des Vorschiffs parallel zur Mittelebene sowie unter­ einander parallel bleiben, während die Seitenkörper im An­ schluß an die zugeschärfte Form ihres Eintritts ebenfalls Seitenwände aufweisen, die parallel zur Mittelebene und zu jenen des Mittelkörpers bleiben.

Die Kombination des Mittelkörpers mit den Seitenkörpern ge­ stattet es, die Spantquerschnittsflächen vom Vorschiff weg nach achtern zu zunehmen zu lassen und damit eine Spantflä­ chenkurve im wesentlichen dreieckigen Charakters zu errei­ chen, wie dies der Fall wäre für einen Körper in Delta-Form. Demgegenüber besitzt aber die erfindungsgemäße Ausbildung den Vorteil der größtmöglichen Anpassungsfähigkeit an die hy­ drodynamischen und baulichen Gegebenheiten durch die Kombina­ tion der Formelemente.

Die Kombination der hydrodynamischen Effekte des Erfindungs­ gegenstandes ermöglicht die Anpassung an die Anforderungen von Geschwindigkeit, Seefähigkeit sowie an bauliche Gegeben­ heiten, und zwar immer in jenem Teil des Gesamtkörpers, der bei der in Fahrt eintretenden Vertrimmung des Fahrzeugs unter Wasser bleibt, insbesondere in der Umgebung jener Zone, in der die Spantneigungen des Mittelkörpers und der Seitenkörper, d.h. die beiden Aufkimmungen, gleich groß sind und in einer kontinuierlichen Linie verlaufen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungs­ gemäßen schnellen Wasserfahrzeuges mit Angabe der über die Schiffslänge verteilten Spanten 0 bis 8,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht des erfindungsgemä­ ßen schnellen Wasserfahrzeuges ebenfalls mit Anga­ be der über die Schiffslänge verteilten Spanten 0 bis 8,

Fig. 3 die eine Hälfte des Spantes 0,

Fig. 4 jeweils eine Hälfte der Spanten 1 und 2,

Fig. 5 jeweils eine Hälfte der Spanten 3 und 4,

Fig. 6 jeweils eine Hälfte der Spanten 5 und 6 und

Fig. 7 jeweils eine Hälfte der Spanten 7 und 8.

Nach der Zeichnung besitzt das erfindungsgemäße schnelle Was­ serfahrzeug einen Mittelkörper 11, an den etwa von der Schiffsmitte ab achtern zwei zueinander symmetrische Seiten­ körper 12 angesetzt sind. Der Tiefgang unter der Schwimm­ wasserlinie 14 ist mit T bezeichnet.

Der Mittelkörper 11 besitzt eine Spitze 17 und geht etwa beim Spant 6 in einen Bereich mit parallel zueinander und vertikal verlaufenden Seitenbegrenzungen bzw. Seitenwänden 19 über. Nach den Fig. 3 bis 7 weist der Mittelkörper 11 Knickspanten auf, wobei die Bodenspanten 15 a, 15 b, 15 c, 15 d, 15 e, 15 f, 15 g, 15 h und 15 i von vorn nach achtern eine ab­ nehmende Neigung aufweisen. Während der vorderste Spant 8 re­ lativ zur Schwimmwasserlinie 14 eine Neigung von ca. 50° auf­ weist, ist die Neigung des letzten Mittelkörper-Bodenspants 15 i zur Horizontalen ca. 10°.

Die Knicklinie 22 der Spanten des Mittelkörpers 11 beginnt an der Spitze 17 sehr weit oberhalb der Schwimmwasserlinie 14 und nähert sich dann in Richtung des Achterschiffes unter leichter konvexer Krümmung nach oben der Schwimmwasserlinie 14, welche die Knicklinie 22 im Bereich des Beginns der Sei­ tenkörper 12 schneidet, um dann unterhalb der Schwimmwasser­ linie 14 leicht in Gegenrichtung gekrümmt zum Heck 23 des Wasserfahrzeugs zu verlaufen, wo sie nahe dem Kiel 24 endet.

Nach den Fig. 3 bis 6 sind die Seitenbegrenzungen 19 des Mit­ telkörpers 11 insbesondere in dem Bereich, wo die Seitenkör­ per 12 an dem Mittelkörper 11 angesetzt sind, vertikal und parallel zueinander.

Nach der Zeichnung besitzen auch die Seitenkörper 12 Knick­ spantform, wobei die Bodenspanten 13 a, 13 b, 13 c, 13 d und 13 e zunächst unter dem gleichen Winkel wie die Mittelkörper-Bo­ denspanten 15 e, 15 f, 15 g verlaufen, dann aber im Bereich der Mittelkörper-Bodenspanten 15 h und 15 i (Fig. 3, 4) flacher sind als die Mittelkörper-Bodenspanten.

Die Knicklinie 20 der Seitenkörper 12 beginnt etwa in der Schiffsmitte an einer Vertikalknicklinie 21, entlang der die Seitenkörper 12 aus dem Mittelkörper 11 seitlich vorzusprin­ gen beginnen.

Während die Bodenspanten 13 a der Seitenkörper 12 (Fig. 5) am Anfang der Seitenkörper über eine Stufe 16 von der Knickli­ nie 22 des Mittelkörpers 11 getrennt sind, gehen die Boden­ spanten der Seitenkörper zwischen den Spanten 3 und 4 unmit­ telbar in die Bodenspanten des Mittelkörpers 11 über, wie man in den Fig. 3 und 5 bei den Spantdarstellungen 0, 1, 2 und 3 erkennt. Die Stufe 16 ist lediglich beim Spant 4 in Fig. 5 zu erkennen.

Die Seitenkörper 12 sind völlig symmetrisch zur Schiffs­ längsebene 18 (Fig. 2) ausgebildet.

Insgesamt ist also der Aufbau des erfindungsgemäßen Wasser­ fahrzeugs wie folgt:

Im Bereich der Spitze 17 liegt ein ausgeprägter V-Spant vor, der sich bis deutlich über die Schwimmwasserlinie 14 erst­ reckt.

Zur Mitte des Wasserfahrzeuges hin flacht die V-Spantform des Mittelkörpers 11 stetig ab, so daß sich die Knicklinien 22 stetig der Schwimmwasserlinie 14 annähern.

Dort, wo die Knicklinien 22 zwischen den Spanten 4 und 5 die Schwimmwasserlinie 14 schneiden, springen die Seitenkörper 12 bei der Vertikalknicklinie 21 unter einem Winkel von ca. 30° nach achtern aus den vertikalen und parallelen Seitenbe­ grenzungen 19 des Mittelkörpers 11 vor und gehen dann über einen abgerundeten Bereich 12′ in der hinteren Hälfte der Seitenkörper 12 in einen Bereich 12′′ über, wo die Seitenwän­ de der Seitenkörper 12 bis zum Heck 23 parallel zueinander verlaufen. In diesem Bereich sind die Bodenspanten 13 e der Seitenkörper 12 praktisch horizontal ausgerichtet und bilden mit den Bodenspanten 15 i des Mittelkörpers 11 einen Winkel von etwa 170°.

Nach vorn nähern sich die Neigungen der Bodenspanten 15 des Mittelkörpers und der Seitenkörper 12 immer mehr aneinander an; in einem bestimmten Bereich des Achterschiffes, bei­ spielsweise ab dem Spant 2 bis etwa Spant 3 (Fig. 4), stim­ men die Neigungen überein, so daß ein einheitlicher Boden­ spant 13 c, 15 g bzw. 13 b, 15 f (Fig. 5) in einer einzigen ge­ meinsamen Ebene entsteht.

Claims (21)

1. Schnelles Wasserfahrzeug mit einem Knickspanten aufwei­ senden Mittelkörper, dessen V-förmige Bodenspanten von vorn nach achtern flacher werden, dadurch gekennzeichnet, daß im mittleren bis ach­ terlichen Bereich an dem Mittelkörper (11) zwei zueinan­ der symmetrische, ebenfalls Knickspanten aufweisende Sei­ tenkörper (12) angeordnet sind, deren Bodenspanten (13 a bis 13 e) relativ zur Horizontalen die gleiche oder eine geringere Neigung als die Bodenspanten (15 e bis 15 i) in der gleichen vertikalen Späntebene besitzen.

2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkörper (12) im mittleren Bereich des Mittelkörpers (11) beginnen.

3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelkörper (11) im Anschluß an den zugeschärften Vorschiffsteil (17) und insbesondere im Bereich der Seitenkörper (12) paral­ lel zueinander und zur Schiffslängsebene (18) verlaufen­ de Seitenbegrenzungen (19) besitzt.

4. Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickli­ nie (20) der Seitenkörper (12) unter einem Winkel von vorzugsweise 15 bis 40, insbesondere etwa 25 bis 30° von der in diesem Bereich bevorzugt vertikalen Seitenbe­ grenzung des Mittelkörpers (11) vorspringt und über eine Abrundung in den breitesten Teil übergeht.

5. Wasserfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Seitenkörper (12) über eine Vertikalknicklinie (21) in die vertikale Sei­ tenbegrenzung (19) des Mittelkörpers (11) übergeht.

6. Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkör­ per-Bodenspanten (13 b bis 13 e) zumindest über den größ­ ten Teil der Länge der Seitenkörper (12) ohne Sprung in die Mittelkörper-Bodenspanten (15 f bis 15 i) übergehen.

7. Wasserfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkörper-Bo­ denspanten (13 a) lediglich im vorderen Bereich der Sei­ tenkörper (12) durch eine vorzugsweise vertikale Stufe (16) von den Mittelkörper-Bodenspanten (15 e) getrennt sind und etwas oberhalb dieser liegen.

8. Wasserfahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe (16) von vorn nach achtern stetig kleiner wird und im Mittelbe­ reich des Mittelkörpers verschwindet.

9. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Bo­ denspanten (13 a bis 13 c; 15 e bis 15 g) der Seitenkörper (12) und des Mittelkörpers (11) am Anfang gleich ist und nach achtern die Neigung der Seitenkörper-Bodenspanten (13 d, 13 e) zur Horizontalen geringer als die der Mittel­ körper-Bodenspanten (15 h, 15 i) ist.

10. Wasserfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Sei­ tenkörper-Bodenspanten (13 e) am Heck gegen Null geht.

11. Wasserfahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungsunter­ schied der Seitenkörper-Bodenspanten (13 d, 13 e) und der Mittelkörper-Bodenspanten (15 h, 15 i) maximal 20° und vor­ zugsweise 10 bis 15° beträgt.

12. Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Mittelkörper-Bodenspanten (15 e) zur Horizontalen im Bereich des Anfangs der Seitenkörper (12) 10 bis 45° und insbesondere etwa 30° beträgt.

13. Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Mittelkörper-Bodenspanten (15 i) am Heck 10 bis 45° beträgt.

14. Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickli­ nie (22) der Mittelkörper-Bodenspanten (22) im Vor­ schiffsbereich von einer Stelle deutlich oberhalb der Schwimmwasserlinie (14) an der Spitze (17) stetig schräg nach unten verläuft, um im Bereich des Beginns der Sei­ tenkörper (12) unter einem Winkel von vorzugsweise 15 bis 25°, insbesondere etwa 15° die Schwimmwasserlinie (14) zu schneiden.

15. Wasserfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Knicklinie (22) im gesamten Vorschiffsbereich einen Winkel von 10 bis 20° zur Horizontalen aufweist.

16. Wasserfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Knicklinie (22) im Vorschiffsbereich leicht nach oben konvex gekrümmt ist.

17. Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelkör­ per-Bodenspanten (15 a, 15 b) im Vorschiffsbereich eine Neigung von 45 bis 60° zur Horizontalen aufweisen.

18. Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickli­ nien (20, 22) im Achterschiffsbereich von einer Stelle in Höhe der Schwimmwasserlinie (14) etwa in der Schiffs­ mitte aus zum Heck (23) schräg nach unten verlaufen oder parallel zur Horizontalen werden.

19. Wasserfahrzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Knicklinien (20, 22) im Achterschiffsbereich leicht nach unten konvex ge­ krümmt oder gerade sind.

20. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß die Knicklinie (22) der Mittelkörper-Bodenspanten etwa ab der Schiffs­ mitte bei Beginn der Seitenkörper (12) einen Wendepunkt aufweist oder von dort aus gradlinig verläuft.

21. Wasserfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Breite jedes Seitenkörpers (12) 25 bis 50% und insbeson­ dere etwa 35% der maximalen Breite des Mittelkörpers (11) beträgt.