DE3924204A1 - METHOD FOR REDUCING THE DISPLACEMENT WORK OF A DRIVING SHIP - Google Patents
METHOD FOR REDUCING THE DISPLACEMENT WORK OF A DRIVING SHIPInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ver fahren zum Erzeugen und Aufrechterhalten eines Gas-Wasser-Gemisches im Bugbereich eines Schiffes, sowie Anordnungen zum Durch führen des Verfahrens.The present invention relates to a ver drive to create and maintain of a gas-water mixture in the bow area of a ship, as well as instructions for passage conduct the procedure.
Ein derartiges Verfahren sowie zugehörige Anordnungen sind aus der DE-OS 25 21 418 bekannt. Dort wird über Strahldüsen, die unterhalb der Wasserlinie über den Bugbe reich des Schiffes verteilt angeordnet sind, Druckluft ausgebracht, die unter dem Auf triebseinfluß an der Bugwand hochsteigen und den Schiffsrumpf umspülen. Dadurch wird die Reibung zwischen Wasser und Schiffswand reduziert, da bekanntlich der Reibungswider stand zwischen Eisen und Luft geringer ist, als der zwischen Eisen und Wasser. Such a method and related Arrangements are from DE-OS 25 21 418 known. There is a jet nozzle that below the waterline over the Bugbe are distributed across the ship, Compressed air applied under the on drive influence on the bow wall and wash around the hull. This will the friction between water and ship's wall reduced, as is known, the frictional resistance standing between iron and air is less than that between iron and water.
Dieses Verfahren versucht den Reibungs widerstand zwischen Wasser und Schiffs wand zu vermindern.This procedure tries the friction resistance between water and ship diminish wall.
Nachteilig ist an diesem Verfahren bzw. diesen Vorrichtungen, daß sie einen wesent lichen Teil des Schiffes, nämlich den Bug bereich nicht oder nur unvollkommen zu er reichen in der Lage sind. Zum anderen ver lieren Luftblasen mit dem Aufsteigen durch Volumenzunahme an Wirksamkeit, so daß die zu beobachtenden Effekte gering sind, und derartig ausgerüstete Schiffsrümpfe keinen Eingang in die Praxis gefunden haben.The disadvantage of this method or these devices that they are an essential part of the ship, namely the bow not at all or only imperfectly are capable of. On the other hand ver air bubbles as they ascend Volume increase in effectiveness so that the effects to be observed are low, and such hulls not equipped Have found their way into practice.
Insbesondere hat es sich herausgestellt, daß im Hinblick auf den Energie- und damit kostensparenden Betrieb eines Schiffes zwar die Reduzierung des Reibungswiderstandes zwischen Schiffsrumpf und Wasser einen Bei trag liefert. Dieser ist jedoch gering im Verhältnis zu dem Einfluß, der von einem bewegten Schiff aufzubringenden Verdräng ungsarbeit. Die bekannten Anordnungen zielen alle darauf ab, einzig den Reibungswiderstand herabzusetzen, nicht jedoch die Verdrängungs arbeit des Schiffes als solche zu reduzieren (Wasserwiderstand W abhängig von V3). Hier setzt die Erfindung ein.In particular, it has been found that, in view of the energy and thus cost-saving operation of a ship, the reduction in the frictional resistance between the hull and the water provides a contribution. However, this is small in relation to the influence of the displacement work to be carried out by a moving ship. The known arrangements all aim only to reduce the frictional resistance, but not to reduce the displacement work of the ship as such (water resistance W depending on V 3 ). This is where the invention comes in.
Deren Aufgabe besteht darin, ein Verfahren sowie zugehörige Anordnungen zu schaffen, mit denen die Verdrängungsarbeit eines fahr enden Schiffes merklich reduziert wird. Zu gleich ist damit eine zusätzliche Manövrier hilfe gegeben.Their job is a process as well as to create associated arrangements, with which the displacement work of a driving ends of the ship is noticeably reduced. To the same is an additional maneuvering help given.
Gelöst wird diese Aufgabe für das Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des An spruchs 1 angegebenen Merkmale, für eine Anordnung durch die in den beiden Ansprüchen 5 oder 17 jeweils angegebenen Merkmale.This task is solved for the procedure by the in the characterizing part of the An pronounced 1 characteristics, for a Arrangement by the in the two claims 5 or 17 characteristics specified in each case.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnungen sind in den darauf bezogenen Unteransprüchen beansprucht.Advantageous refinements of the method are given in claims 2 to 4. Advantageous configurations of the arrangements are in the related subclaims claimed.
Das Verfahren geht von der Überlegung aus, die Verdrängungsarbeit eines fahrenden Schif fes dadurch zu reduzieren, daß der Bug des Schiffes nicht, wie bei den bekannten Ver fahren bzw. bei den Vorrichtunge, einen Was serkeil verdrängen muß, sondern in einen per manenten Luft-Wasser-Gemisch-Bereich hinein fährt. Dabei wird die Teilungsarbeit, die bis her vom Schiffsburg aufzubringen war, teil weise von dem Luft-Schaumgemisch in dem fest gelegten Raum vor dem Schiffsburg übernommen werden. The process is based on the consideration the displacement work of a moving ship fes by reducing the bow of the Ship does not, as in the known Ver drive or in the devices, a what must replace serkeil, but in a per manent air-water mixture area moves. The division work, which is up was brought up from the ship castle of the air-foam mixture in the solid placed space in front of the ship castle will.
Bei einer ersten Ausgestaltung der Anordnung sind Leitbleche dem Schiffsbug vorgelagert und können den Rumpf nach hinten bis in den Bereich der größten Schiffsbreite umfassen.In a first embodiment of the arrangement baffles are upstream of the bow of the ship and can move the fuselage back into the Range of the largest ship's width.
Durch die Leitbleche wird zunächst die Strö mung laminar geglättet. Zu dieser Strömung wird Luft in Form von möglichst feinen Gas bläschen von der Ober- und Unterseite der Leitbleche abgegeben, wobei ein feinteiliger Schaum entsteht. Dadurch, daß die Leitbleche höhengestaffelt sind und jedes mit einer se paraten Druckquelle verbunden ist, werden jeder Druckstufe feinteilige Gasblasen zuge führt.Through the baffles, the flow is first Laminar smoothed. To this current becomes air in the form of as fine a gas as possible bubbles from the top and bottom of the Baffles issued, being a finely divided Foam arises. Because the baffles are staggered in height and each with a se separate pressure source is connected fine pressure gas bubbles are added to each pressure level leads.
Wie oben schon erwähnt, wachsen die Gasblasen proportional zur Druckabnahme und verlassen, ab einer etwa von der Fahrtgeschwindigkeit abhängigen Größe, den Bereich der Schiffshaut und steigen relativ rasch auf.As mentioned above, the gas bubbles grow proportional to the decrease in pressure and exit, from about the speed of travel dependent size, the area of the ship's skin and rise relatively quickly.
Die dadurch bedingte Reibungserhöhung wird erfindungsgemäß wieder ausgeglichen, da in jeder Höhenstaffel wieder feinteilige Gas blasen zugemischt werden.The resulting increase in friction is compensated according to the invention, since in every time scale again fine gas bubbles are added.
Die dem Schiffsburg mindestens teilweise vorgelagerten und diese umgebenden Leitbleche haben darüber hinaus als weiteren Effekt, das Stampfen eines Schiffes zu dämpfen. The ship castle at least partially upstream and surrounding baffles also have another effect to dampen the pounding of a ship.
Es versteht sich, daß insbesondere bei der Flußschiffahrt der Einsatz derartiger Vor richtungen wesentliche Entlastungen der Flußgewässer mit sich bringt. Zum einen wird nämlich durch die Reibungsverminderung der Treibstoffverbrauch gesenkt und die Bugwelle vermindert, zum anderen aber auch das bela stete Wasser mit Luftsauerstoff angereichert, wodurch unter anderem Schwebstoffe und ge löste Substanzen in bekannter Weise aufoxi diert werden.It is understood that, in particular, in the River shipping the use of such pre significant relief for the River water brings with it. For one thing namely by reducing the friction of the Reduced fuel consumption and the bow wave diminished, but also the bela constant water enriched with atmospheric oxygen, which among other things suspended matter and ge dissolved substances in a known manner be dated.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, die Leit bleche als Hohlkörper auszubilden, wobei deren Ober- und Unterseiten Luftaustritts öffnungen mit entsprechenden Durchmessern besitzen. Der Abstand der Oberhaut von der Unterhaut kann dabei gering ausgelegt sein, um den Stirnwiderstand wenig zu erhöhen. Diese Art des Ausbringens der Luftbläschen hat gegenüber der Anordnung separater Düsen einfacher Bleche den Vorteil geringerer Wirbelbildung.It continues to suggest the lead Form sheets as a hollow body, wherein the top and bottom sides of the air outlet openings with corresponding diameters have. The distance of the epidermis from the Subcutis can be designed to be small, to increase the face resistance little. This way of spreading the air bubbles compared to the arrangement of separate nozzles simple sheets have the advantage of less Vortex formation.
Die Leitbleche können aus statischen Grün den einen gebogenen oder gewinkelten Quer schnitt aufweisen. Dadurch wird zusätzlich auch eine Ausrichtung des Gasbläschenstromes zur Mitte hin erreicht und zur Seite ab fließende Gasverluste eingeschränkt. The baffles can be made of static green one curved or angled cross have cut. This will additionally also an alignment of the gas bubble flow Reached towards the middle and down to the side flowing gas losses limited.
Die Leitbleche können grundsätzlich fest mit der Schiffshaut am Bug verbunden sein, es wird jedoch aus Festigkeitsgründen vorgeschlagen, die Leitbleche über Streben mit dieser zu ver binden und so den Aufbau auszusteifen.The baffles can always be fixed the ship's skin at the bow, it will be but proposed for strength reasons, ver the guide plates over struts with this tie and so stiffen the structure.
Darüber hinaus können die Leitbleche erfin dungsgemäß gelenkig mit dem Schiffsburg ver bunden werden. Dies hat einmal den Vorteil, daß geschwindigkeitsabhängig durch Einstel lung eines Anstellwinkels gegenüber der Was serlinie eine nach oben oder unten gerichtete Komponente der Strömung erzeugt werden kann, um gezielt Rumpfbereiche anzusteuern, zum anderen kann hierdurch auch eine Trimmung zur Optimierung der Rumpflage im Wasser er folgen. Dazu ist lediglich erforderlich, die Leitbleche vorzugsweise separat mit Stellan trieben zu versehen und diese rechnergesteuert geschwindigkeits- und/oder wellengangabhän gig anzustellen.In addition, the baffles can be invented according to the articulated ver with the ship castle be bound. This has the advantage that speed-dependent by setting angle of attack compared to the what line up or down Component of the flow can be generated in order to target fuselage areas, to others can also do a trim to optimize the hull position in the water consequences. All that is required is the Baffles preferably separately with Stellan drives to provide and these computer-controlled speed and / or speed-dependent gig to employ.
Durch die Anbringung einer Mittelwand be steht die Möglichkeit durch Abschalten der Luft auf einer Seite die Manövrierfähigkeit des Schiffes zu erhöhen.By attaching a middle wall there is the possibility by switching off the Air on one side the maneuverability to raise the ship.
Erfindungsgemäß kann anstelle der Leitbleche in einer anderen Ausführungsform der Anord nung durch Rohre, die vom Bug aus in Fahrtrich tung angebracht sind, in den Raum vor dem Bug gebracht werden.According to the invention, instead of the baffles in another embodiment the arrangement through pipes running from the bow into the driving lane are attached in the space in front of the bow to be brought.
Anhand der beiliegenden Figuren wird die vor liegende Erfindung näher erläutert.Using the attached figures, the front lying invention explained in more detail.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung in Seitenansicht mit Leitblechen, Fig. 1 shows an arrangement according to the invention in side view with baffles,
Fig. 2 zeigt diese in Draufsicht mit Leit blechen, Fig. 2 shows this in plan view with guide plates,
Fig. 3 zeigt eine angestrebte Version in Frontalansicht, Fig. 3 shows a desired version in front view,
Fig. 4 zeigt ein Leitblech, Fig. 4 shows a baffle
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Anordnung, die mit Rohren ausgestattet ist. Fig. 5 shows a plan view of a further arrangement according to the invention, which is equipped with pipes.
In Fig. 1 ist ein Schiffsrumpf (1) mit seinem Bug (2) dargestellt. An diesem sind vier Leit bleche (3, 4, 5, 6) etwa parallel zur Wasser linie (12) ausgerichtet angeordnet. Die Leit bleche sind hier ungleich lang ausgeführt, wobei das unterste (6) das längste und das oberste (3) das kürzeste ist. Die genauen Ver hältnisse sind am Anwendungsfall zu optimie ren, da Schiffsrümpfe unterschiedene Bauweisen haben und somit sehr unterschiedlich umströmt sein können. An der Unterseite der Leitbleche (3-6) sind Austrittsöffnungen für die Preßluft (oder ein anderes Gas) ange ordnet. Jedes der Leitbleche ist dabei mit einer eigenen Druckquelle (D) verbunden, so daß sowohl der Gasdruck als auch die ausgebrachte Gasmenge variiert werden kann.In Fig. 1 a hull ( 1 ) with its bow ( 2 ) is shown. On this four guide plates ( 3 , 4 , 5 , 6 ) are arranged approximately parallel to the water line ( 12 ). The guide plates are of unequal length here, the lowest ( 6 ) being the longest and the top ( 3 ) being the shortest. The exact conditions have to be optimized for the application, since ship hulls have different designs and can therefore flow around very differently. At the bottom of the baffles ( 3-6 ) outlet openings for the compressed air (or another gas) are arranged. Each of the baffles is connected to its own pressure source (D) so that both the gas pressure and the amount of gas applied can be varied.
Die Leitbleche (3-6) können freitragend am Bug (2) angeordnet sein, es wird jedoch angeregt, diese mit Hilfe von Streben (8, 10, 11) (siehe auch Fig. 3) miteinander zu verbinden, wobei die Leitbleche (3-6) in Fig. 1 über die strichliert angedeu tete Strebe (11) am Bug (2) abgefangen wer den. Die beidseits angeordneten (ebenfalls strichliert in Fig. 1 angedeuteten) Stre ben (8) dienen einer seitlichen Aussteifung des Verbundes.The baffles ( 3-6 ) can be arranged cantilevered on the bow ( 2 ), but it is suggested to connect them with the help of struts ( 8 , 10 , 11 ) (see also Fig. 3), the baffles ( 3 -6 ) intercepted in Fig. 1 on the dashed strut ( 11 ) on the bow ( 2 ) who the. The arranged on both sides (also shown in dashed lines in Fig. 1) Stre ben ( 8 ) serve to stiffen the side of the composite.
In Fig. 2 ist in Draufsicht der Schiffs rumpf (1) schematisch dargestellt. Am Bug (2) sind übereinander die Leitbleche (3-6) befestigt. Diese können wie dargestellt den Bug (2) übergreifen und sich bis in die größten Bereiche des hier dargestellten Schiffsrumpfes (1) erstrecken.In Fig. 2, the ship's hull ( 1 ) is shown schematically in plan view. The guide plates ( 3-6 ) are fastened one above the other on the bow ( 2 ). As shown, these can overlap the bow ( 2 ) and extend into the largest areas of the ship's hull ( 1 ) shown here.
In Fig. 3 ist die Anordnung der Leitbleche von vorn gesehen dargestellt. Man erkennt die Mittelwand (9), die, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, als Hohlkörper mit Luftaus trittsöffnungen ausgestattet ist, sowie Rahmenstreben (8) und eine gegebenenfalls vorzusehende Kopfstrebe (10). Die Leit bleche (3-6) sind zu den Seiten hinab bogenförmig oder, wie dargestellt, abge winkelt geneigt, um zu vermeiden, daß die mit dem Wasser strömenden Luftblasen an den Leitblechen seitlich austreten. Es versteht sich, daß sowohl Neigung als auch Anzahl der Leitbleche ebenso wie ihre Di mensionierung an den Schiffstyp anzupassen sind.In Fig. 3 the arrangement of the baffles is shown viewed from the front. One can see the middle wall ( 9 ), which, as can be seen from FIG. 4, is equipped as a hollow body with air outlet openings, as well as frame struts ( 8 ) and a head strut ( 10 ), which may be provided. The baffles ( 3-6 ) are curved down to the sides or, as shown, angled at an angle to prevent the air bubbles flowing with the water from escaping to the side of the baffles. It is understood that both the inclination and the number of baffles as well as their dimensioning are to be adapted to the type of ship.
In Fig. 4 ist gezeigt, daß die Leitbleche vorzugsweise hohl ausgeführt sind, wobei der Hohlraum (14) mit der jeweiligen Gas druckquelle in Verbindung steht. Oberhaut (15) und Unterhaut (16) sind über Bleche (17) zur Aussteifung miteinander verbunden, in der Unterhaut und Oberhaut sind die Austrittsöffnungen (7) für das Gas unterge bracht. Die Durchmesser der Austrittsöffnun gen sind relativ gering, um möglichst kleine Gasblasen zu erzeugen, aus denen sich ins besondere in Salzwasser ein überraschend stabiler Schaum bildet. Ebenso wie die Größe der Leitbleche können auch die Durch messer der Austrittsöffnungen über die Höhe und/oder die Länge variiert werden.In Fig. 4 it is shown that the guide plates are preferably hollow, the cavity ( 14 ) with the respective gas pressure source is in communication. The epidermis ( 15 ) and hypodermis ( 16 ) are connected to each other via plates ( 17 ) for stiffening, in the hypodermis and epidermis the outlet openings ( 7 ) for the gas are accommodated. The diameters of the outlet openings are relatively small in order to generate gas bubbles as small as possible, from which a surprisingly stable foam is formed, particularly in salt water. Just like the size of the baffles, the diameter of the outlet openings can be varied over the height and / or the length.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Anordnung dargestellt, welche Rohre auf weist, durch die Luft oder Gas in den Raum vor den Bug geleitet wird.In Fig. 5 an embodiment of the arrangement is shown, which has pipes through which air or gas is passed into the room in front of the bow.
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