DE4029130A1 - Rumpf fuer ein eisgaengiges schiff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rumpf für ein Schiff, das für den Verkehr in vereisten Gewässern vorgesehen ist.

Beim Entwurf eines Schiffes für den Verkehr in ver­ eisten Gewässern ist die maximale Dicke der Eisfläche, die von dem Schiff durchbrochen wird, ein wichtiger Parameter. Dieser Parameter beeinflußt z. B. die Rumpfplattenstärke, insbesondere für die Bugsektion des Rumpfs, und andere wich­ tige Entwurfsmerkmale.

Während sich das Schiff durch ein Eisfeld bewegt, wird das Eis in Eisschollen zerbrochen und die Schollen am Bug des Schiffs werden durch die Vorwärtsbewegung unter die Wasseroberfläche gedrückt und gleiten entlang des Unter­ wasserteils des Rumpfs. Die Schollen, die dabei unter den Schiffsboden entlang gleiten, kommen dabei leicht in Kontakt mit dem Schiffspropeller und reduzieren dabei dessen Wir­ kungsgrad.

Ein beträchtlicher Teil des Fahrtwiderstandes, dem ein eisgängiges Schiff in eisbedecktem Wasser unterliegt, beruht auf der Reibung zwischen dem Schiffsrumpf und den Schollen, die entlang des Rumpfes gleiten. Diese Reibung kann vermindert werden, indem ein Teil der Eisschollen aus dem beim Eisbrechen entstehenden Kanal unter die benachbar­ ten Flächen des ungebrochenen Eises abgeleitet werden.

Gleichzeitig werden dadurch die Eisschollen von den Schiffs­ propellern ferngehalten, was deren Wirkungsgrad verbessert. Zusätzlich wird die Passage der Schiffe, die dem Eisbrecher folgen, erleichtert.

Die Größe der Eisschollen, die sich bilden während ein Schiff sich durch ein Feld mit einer festen Eisdecke fortbewegt, hängt sehr stark von der Bugform ab. Die Größe einer Scholle bezieht sich auf ihre linearen Abmessungen in der Eisdeckenebene. Diese Abmessungen sind normalerweise gleich verteilt in alle horizontalen Richtungen; bestimmte längliche Formen bilden sich selten. Die Gesamtenergie, die für das Eisbrechen benötigt wird, ist in den meisten Fällen umgekehrt proportional zu der erzeugten Schollengröße. Daher ist die typische Größe der gebrochenen Eisschollen auch ein wichtiger Parameter beim Entwurf eines eisgängigen Schiffes.

Um die Eisschollen unter den Schiffsboden abzuleiten, wurden bereits einige verschiedene Rumpfformen vorgeschlagen. Das US-Patent 47 15 305 offenbart einen Rumpf, der in seinem Boden einen stufenförmigen Pflug aufweist, der sich in die rückwärtige Richtung erweitert. Ein solcher Rumpf ist teuer herzustellen, ist weniger seetüchtig und erzeugt im offenen Wasser einen größeren Fahrtwiderstand als ein konventionel­ ler Rumpf. Eine solche Pflugstruktur erhöht außerdem den Tiefgang des Fahrzeugs und vermindert das Verhältnis zwi­ schen Verdrängung und Tiefgang.

In der deutschen Patentanmeldung 21 12 334 wird eine weitere Möglichkeit zur Ableitung der Eisschollen unter dem Rumpf aufgezeigt. Demnach sind am Schiffsrumpf vertikal nach unten ragende Pflugelemente befestigt. Diese Anordnung bewirkt einen relativ guten Seitentransport der Eisschollen, erhöht jedoch den Tiefgang und den Fahrtwiderstand beträcht­ lich. An der Unterkante eines Pflugs wird eine relativ star­ ke turbulente Wasserströmung erzeugt, die dazu tendiert, Eisschollen unter den Boden des Schiffes zu saugen und damit den Zweck des Pflugs zunichte zu machen. Außerdem verursacht eine solche Vorrichtung Probleme beim Eindocken des Schiffs.

Das US-Patent 47 02 187 zeigt eine Pflugstruktur, die in eine Vertiefung des Schiffsbodens einfaltbar ist. Wenn sich der Pflug in seiner eingefahrenen Position befin­ det, ist der Fahrtwiderstand im freien Wasser geringer, das Schiff ist seetüchtiger, es ist einfacher steuerbar und der Tiefgang wird nicht vergrößert. Indem der Scheitel des Pflugs offen oder seine Rückseite zum Boden des Schiffs geneigt ist, wird die unerwünschte turbulente Strömung unter der Bodenkante des Pflugs vermindert. Die Nachteile des einfaltbaren Pflugs umfassen praktische Probleme, die mit einer beweglichen Struktur unter Wasser verbunden sind, sowie Festigkeitsprobleme, weil durch die Eisschollen eine große Last auf dem Pflug wirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer neuen und ökonomischen Vorrichtung, mit der gebrochene Eisschollen unter den Boden eines eisgängigen Schiffes seit­ wärts gelenkt werden, wobei Faktoren, welche die Seetüchtig­ keit und den Fahrtwiderstand beeinträchtigen, auf ein Mini­ mum reduziert sind. Außerdem sollte die Anordnung nur einen minimalen nachteiligen Einfluß auf das Verdrängungs/Tief­ gangs-Verhältnis des Schiffs haben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Die Rückkanten einer Vertiefung im Schiffsboden bil­ den eine Pflugstruktur, welche Eisschollen seitwärts ablei­ tet. Dessenungeachtet behält der Schiffsboden eine Form, die keine nennenswerten Schwierigkeiten beim Eindocken des Schiffs verursacht und bei der außerdem kein wesentliches Volumen des Schiffsinnenraums im Verhältnis zum Tiefgang verloren geht.

Da nur die Rückkante der Vertiefung für die Leitung der Eisschollen wesentlich ist, kann die Vertiefung so ge­ formt werden, daß deren Tiefe an der Vorderkante Null be­ trägt und von dort an gleichförmig in Richtung zur Rückkante zunimmt, wo sie ihr Maximum erreicht. Da die Pflugstruktur auf diese Weise nicht aus dem Boden des Rumpfes herausragt, kann dadurch der nachteilige Einfluß auf den Fahrtwiderstand und das Verdrängungs/Tiefgangs-Verhältnis minimiert werden. Falls man den Hauptteil der Vertiefung als ebene Fläche ausbildet, erhält man die am einfachsten zu bauende Lösung.

Da die Vertiefung im Schiffsboden einen vorteilhaften Einfluß auf die Verdrängung hat, ist es sinnvoll, das Volu­ men der Vertiefung so gering wie möglich zu machen. Zur Bestimmung der Abmessungen der Vertiefung müssen die Eisbe­ dingungen beachtet werden, für die das Schiff entworfen wird. Zur Bestimmung der Abmessungen der Bodenvertiefung werden die maximale Dicke der festen Eisschicht und die Normalgröße der gebrochenen Eisschollen vorzugsweise da­ durch berücksichtigt, indem die Breite der Vertiefung, ge­ messen senkrecht zur Rückkante, im wesentlichen der typi­ schen Größe der Eisschollen entspricht und daß die vertikale Höhe der Eisführungsfläche das 0,1 bis 0,2fache der maxima­ len Dicke der festen Eisschicht beträgt, die das Schiff zerbrechen soll.

Es wurde nachgewiesen, daß die Pflugstruktur entspre­ chend der Erfindung umso effektiver funktioniert, um so näher sie am Heck des Rumpfes liegt. Dennoch sollte die Pflugstruktur im tiefsten Bereich des Bodenteils angeordnet werden. Es wurde gleichfalls gezeigt, daß der beste Bereich für die Bodenvertiefungen dadurch festgelegt ist, daß die bugwärtige Grenze der Vertiefung , wenigstens 20%, vorzugsweise 30% der konstruktiven Wasserlinienlänge vom bug­ wärtigen Ende der Konstruktionswasserlinie entfernt liegt, und das heckwärtige Ende der Bodenvertiefungen vorzugsweise dicht nahe am heckwärtigen Ende des Bodenteils liegt.

Falls das Schiff sehr lang ist, können eine Vielzahl von Vertiefungen entsprechend der Erfindung an beiden Seiten der Kiellinie hintereinander angeordnet sein. Auf diese Weise wird ein effektiverer Seitwärtstransport der Eisschol­ len erzielt. Die Rückkante einer Vertiefung achterlich zur davorliegenden Vertiefung kann eine etwas größere vertikale Abmessung als die davorliegende aufweisen.

Die Richtung der Führungsfläche für die Eisschollen ist wichtig. Falls die Führungsfläche einen zu großen Winkel zur Kiellinie des Schiffes aufweist, ist der Fahrtwiderstand des Schiffes hoch, während die Ableitung der Eisschollen nicht am besten ist. Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn der Winkel der Leitfläche mit der Kiellinie höchstens 30 Grad, vorzugsweise höchstens 25 Grad beträgt. Diese Win­ kelangabe bezieht sich auf einen Punkt, wo die Eisführungs­ fläche am stärksten von der Kiellinienrichtung entfernt ist. Dieser Punkt liegt normalerweise sehr dicht an der Seitenkante des Schiffsbodens. Dichter an der Kiellinie ist der Winkel vorzugsweise erheblich kleiner. Dicht an der Kiellinie kann der Winkel etwa null Grad betragen und nimmt von dort zur Seite des Schiffsbodens kontinuierlich zu.

Das Eindocken des Schiffs wird erleichtert, wenn ein schmaler Teil des flachen Schiffsbodens zwischen den Bodenvertiefungen unberührt bleibt. Die Breite dieses Teils sollte vorzugsweise zwischen 3 und 10% der Gesamtbreite des Schiffs betragen.

Die Erfindung kann sowohl auf Schiffe mit flachem Boden als auch auf Schiffe angewendet werden, die einen mehr oder weniger V-förmigen Querschnitt aufweisen, zum Beispiel so, wie es in US-Patent 47 81 135 gezeigt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefüg­ ten Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 ist eine schematische Bodenansicht eines Schiffs­ rumpfs entsprechend der Erfindung,

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Schiffsrumpfs aus Fig. 1.

In den Zeichnungen bezeichnet 11 den Rumpf des Schiffs und 12 die Konstruktionswasserlinie. Die Wasser­ linienlänge ist in Fig. 2 in zehn Segmente unterteilt, die zwischen den benachbarten Ebenen 0 bis 10 liegen. Das Bug­ ende der Wasserlinie liegt auf der Ebene 10 und das heckwär­ tige Ende auf der Ebene 0. Die Schiffspropeller 13 und Ruder 14 sind schematisch gezeigt.

Wie Fig. 2 zeigt, hat der Rumpf einen Bodenteil 15, der von der Seite gesehen im wesentlichen horizontal ist, bei Ebene 8 beginnt und kurz vor Ebene 2 endet. In diesem horizontalen Bodenteil liegen symmetrisch zu beiden Seiten der Kiellinie 16 längliche Vertiefungen 17. Die Heckkante 18 jeder Vertiefung 17 bildet eine vertikale Führungsfläche für die Eisschollen. Eisschollen, die in die Vertiefung 17 ein­ treten, gleiten entlang der Fläche 18 zur Seitenkante des Schiffsbodens, von wo sie durch ihren Eigenimpuls die Bewe­ gung weg vom Rumpf fortsetzen.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Vertiefung 17 keilförmig und hat eine ebene Bodenfläche. Die Vertiefungen 17 liegen in einem Gebiet, deren bugwärtige Grenze mehr als 30% der konstruktiven Wasserlinienlänge vom bugwärtigen Ende der Konstruktionswasserlinie entfernt ist, also achterlich von Ebene 7. Zwischen den Vertiefungen 17 liegt ein unbe­ rührter flacher Bodenteil 20, der vorzugsweise eine Breite von 3 bis 10% der Schiffsgesamtbreite aufweist.

Die gestrichelten Linien 19 zeigen,daß mehr als eine Vertie­ fung 17, entsprechend der Erfindung, hintereinander auf beiden Seiten der Kiellinie 16 angeordnet werden können. In diesem Fall liegt die achterlichste Vertiefung sehr dicht an der achterlichen Begrenzung des horizontalen Schiffsbodens 15.

Die maximale Tiefe der Vertiefungen 17 beträgt vor­ zugsweise das 0,1- bis 0,2fache der maximalen Dicke der Eis­ schicht, die vom Schiff durchbrochen wird. Die Breite a der Vertiefung, gemessen senkrecht zu ihrer Rückkante 18, entspricht im wesentlichen der Größe der Eisschollen, die durch die Bewegung des Schiffes durch die feste Eis­ schicht erzeugt werden. Der Winkel b der Eisführungsfläche 18 zur Längsrichtung des Schiffes beträgt dicht an den Sei­ ten des Schiffsrumpfs etwa 25 Grad, wo er auch sein Maximum erreicht.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungs­ beispiel beschränkt; vielmehr sind verschiedene Modifikatio­ nen innerhalb des Bereichs der beigefügten Patentansprüche durchführbar.

Claims (10)

1. Rumpf für ein eisgängiges Schiff mit einem vorwärts geneigten Bugabschnitt, einem rückwärts davon anschließenden, im Längsschnitt im wesentlichen horizontalen Bodenabschnitt (15) und mit einer mittigen, längslaufenden Kiellinie (16) sowie an beiden Seiten des Bodenabschnitts mit Seitenteilen, die sich vom Boden aufwärts erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentli­ chen horizontale Schiffsboden (15) auf beiden Seiten der Kiellinie (16) Vertiefungen (17) mit Rückkanten (18) schräg zur Kiellinie (16) aufweist, wobei die vorderen Enden der Rückkanten (18) in der Nähe der Kiellinie (16) liegen, die Vertiefungen (17) sich aus der Nähe der Kiel­ linie (16) zu den Seiten des Schiffsbodens (15) erstrecken, wo sie sich seitlich zum Schiffsboden öffnen, und wobei Rückkante (18) einer Vertiefung (17) eine im wesentlichen vertikale Leitfläche für Eisschollen bildet, die unter den Schiffsboden (15) gedrückt wurden.

2. Schiffsrumpf entsprechend Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikale Höhe der Vertiefung (17) von besagter Rückkante (18) aus in Vorwärtsrichtung des Schiffes kontinuierlich abnimmt.

3. Schiffsrumpf entsprechend Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil der Vertiefung (17) die Form einer ebenen Fläche hat.

4. Schiffsrumpf nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (17) eine Breite (a) hat, die gemessen senkrecht zu ihrer Rückkante (18) im wesentlichen der typischen Größe der Eis­ schollen entspricht, die bei der Schiffsbewegung durch eine feste Eisdecke gebrochen werden.

5. Schiffsrumpf nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkante (18) der Vertiefung (17) die 0,1- bis 0,2fache Höhe der maxi­ malen Dicke der Eisdecke hat, die durch das Schiff gebrochen wird.

6. Schiffsrumpf nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (17) in einem Bereich des Schiffsbodens (15) angeordnet ist, dessen vordere Grenze wenigstens 20%, vorzugsweise 30% der Konstruktionswasserlinienlänge vom bugwärtigen Ende der Konstruktionswasserlinie entfernt ist.

7. Schiffsrumpf nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl besagter Vertiefungen (17) auf beiden Seiten der Kiellinie (16) hintereinander angeordnet sind.

8. Schiffsrumpf nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkante (18) der Vertiefung (17) mit der Kiellinie (16) einen Winkel (b) von höchstens 30 Grad, vorzugsweise von höchstens 25 Grad bildet.

9. Schiffsrumpf nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die achterlich­ sten der besagten Vertiefungen (17) dicht am achterlichsten Teil des im wesentlichen horizontalen Schiffsbodens (15) liegen.

10. Schiffsrumpf nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Paar von Vertiefungen (17) zu beiden Seiten der Kiellinie (16) ein flacher Bodenteil (20) liegt, der eine Breite von etwa 3 bis 10% der Gesamtbreite des Schiffes hat.