DE6606034U - Schiff mit wulstbug - Google Patents

Description

ScMff mit Wulstbug

Die Erfindung betrifft eine Wulst bug - Konstraktion, die eine Verbesserung bekannter Wulstbugfonaen insbesondere bei Konstruktionstiefgang bedeutet.

Bugformen mit in irgendeiner Weise wulstartig ausgebildeten Linien sollen durch Abbau der unvermeidlichen Niveauänderungen der Wasseroberfläche den Wellenwiderstand des Schiffes ver— ringern; um Einsparungen an Leistung und Brennstoff oder eine entsprechend höhere Schiffsgeschwindigkeit zu erzielen.

Als ungewollte Nebenwirkung des Wulstes kann auch eine Beein— flussung des Zähigkeit sbedingt en Widerstandsanteils eintreten, und zwar sowohl eine Verschlechterung ( infolge Ablösung am Wulst körper), als auch eine Verbesserung ( durch Verringerung der Ablösung bei sehr völligen Vorschiffsformen),

Weitere mögliche Nebenwirkungen eines Bugwulstes sind z. B. eine Beeinflussung der Spritzerbildung am Vorsteven und des See&angsverhaltens.

Hinsichtlich der Wirksamkeit bzw. Zweckmäßigkeit eines Bugwulstes waren in der Vergangenheit folgende Regeln allgemein anerkannt:

1.) daß der Wulstkörper tief unter der Konstruktionswasserlinie angeordnet werden müsse ( tropfenförmiger Querschnitt in der Nähe des vorderen Lotes, vergl. z. B. [l], [2J \% [Q [6],

2.) daß lohnende Verbesserungen im allgemeinen nur für die Ballastfahrt ( vergl. z. B. [6] ) und

3.) nur bei relativ großem Geschwindigkeits-Längenverhältnis erreichbar seien ( vergl. z. B. [l] , [2] , [3] , [4J , [5] , [6] , ).

Diese Regeln sind jedoch nur bedingt als physikalische Gesetzmäßigkeiten anzusehen, weswegen es durchaus möglich ist, den Bereich einer lohnenden Anwendung des Bugwulstes zu erweitern« Bekanntlich ist das hinsichtlich des Geschwindigkeit-Längen-Verhältnisses in den letzten Jahren bereits geschehen : Die modernen überlangen Pracht-und Tankschiffe werden fast ausnahmslos mit WuIstbug gebaut, und es ist bekannt, daß hierdurch in vielen Fällen trotz der im allgemeinen relativ zur Länge kleinen Geschwindigkeit wenigstens in der Ballastfahrt beachtliche Verbesserungen erreicht worden sind. Diese Tatsache dürfte zum Teil dadurch zu erklären sein, daß diese Schiffe wegen ihrer großen Völligkeit und Breite bereits bei einer kleineren Froude'zahl " overpowered " fahren ( d.h. im Bereich des steileren Anstiegs der Widerstandskurve, wo der Wellenwiderstand einen wesentlichen Teil des Gesamtwiderstandes ausmacht ), zum Teil aber vermutlich dadurch, daß die bei sehr völligen Vorschiffslinien am Schiffsboden auftretende Ablösung der Strömung durch

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Was die beiden zuerst genannten Regeln betrifft, so bedingen sie sich gegenseitig ; Je tiefer der Wulstkörper unterhalb der KWL angeordnet wird, desto kleiner sind die von ihm in Höhe der KWL erzeugten Druckänderungen und infolgedessen auch sein Einfluß auf das resultierende Wellensystem. Aus diesem Grunde muß ein tief getauchter Wulst, um den Wellenwiderstand bei Konstruktionstief— gang wirksam verbessern zu können, eine Größe haben, die aus anderen Gründen ( Strömungsablösung, hydrodynamische Stöße im Seegang ) undiskutabel ist.

Es kann allerdings auch vorkommen, daß die Widerstandsverbesserung durch einen tief unter der KWL angeordneten Wulst bei Konstruktionstiefgang größer ißt als bei Ballasttiefgang ( vergl. f5] ).

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Diese Tatsache widerspricht jedoch nicht der obigen Darstellung der physikalischen Zusammenhänge, sondern sie beweist nur, daß die Widerstandserhöhung infolge Ablösung bei unzweckmäßiger Form des Wulstkörpers u.U. größer sein kann als die Verbesserung des Wellenwiderstandes.

Grundsätzlich folgt aus der in "ATäschnitt 1 angedeuteten Wirkungsweise des Bugwulstes, daß die Voraussetzrungen für eine wirksame Beeinflussung des Wellenbildes bzw. für eine Verbesserung des Wellenwiderstandes umso günstiger sind, je dichter unter der jeweiligen Schwimmwasserlinie der Yfulst angeordnet ist. Die Erfahrung hat sogar gezeigt, daß ein teilweises Austauchen des Wulstkörpers bei Fahrtgeschwindigkeit Null zumindest nicht nachteilig zu sein braucht ( vergl. z.B. [7} , £8f, [li| ).

Auf Grund dieser Tatsachen liegt die Schlußfolgerung nahe, daß auch bei Konstruktionstiefgang wesentliche Verbesserungen des Wellen-, und bei Vermeidung von Strömungsablösung auch des Gesaintwiderständes erreichbar sein müssen, wenn der Wulstkörper dichter als bisher üblich unter der KWL angeordnet wird. So sind denn auch Untersuchungen durchgeführt worden, um den Einfluß der Tauchtiefe auf die Wirkungsweise eines im Bereich der Schwimmwasserlinie angeordneten Wulstes zu untersuchen ( vergl.[V]). Im Ergebnis dieser Untersuchungen wird ein mit seiner Symmetrieachse etwa is Höhe der KWL etwas geneigt angeordneter Spindelwulst ( stromlinienförmiger Rotationskörper ) verwendet.

Außerdem ist in diesem Zusammenhang der sogenannte "Maierform SV-Bug^w zu erwähnen ( vergl. [sQ, bei dem der Schwerpunkt der Quer sennit tsflache im vorderen Lot oberhalb des halben Konstruktionstiefgangs liegt. Da dieser charakteristische Querschnitt sich nach oben bis zur KWL und nach unten V-förmig bis zur Basis erstreckt, ergibt sich eine typische Bugkontur etwa in der Form eines stilisierten "S" ( ähnlich einer Sigrune), was diesem Wulst seinen Namen gegeben hat.

Diese beiden zuletzt genannten Wulstformen bzw. —Anordnungen stellen bereits eine Erweiterung des Anwendungsbereiches von

Bugwulsten gegenüber den eingangs erwähnten traditionellen Regeln 1 und 2 dar. Es werden jedoch in beiden Fällen noch gewisse Nachteile traditioneller Wulstkonstruktionen beibehalten. Diese !Nachteile und geeignete Maßnahmen zu ihrer Beseitigung v/erden im folgenden beschrieben.

Die Nachteile des Wasserlinien-Wulstes ( vergl. \τ} ) sind der völlige Verzicht auf eine günstige Beeinflussung des Wellensystems bei kleineren Tiefgängen und seine durch die Spindelform bedingte Helgung zur Strömungsabiσsung.

Die Hachteile des Haierform SV-Bugs ( vergl. [Sj ) sind ebenfalls der Verzicht auf eine optimale Auslegung des Wulstes auch für Ballasttiefgänge ( da wegen der Festlegung auf die erwähnte typische Stevenkontur und auf einen im unteren Teil V~förmigen Wulstquerschnitt eine gleichzeitige Anpassung dieses Wulstes an verschiedene Schwimmwasserlinien eines Schiffes, nicht möglich ist ) und außerdem die Tatsache, daß dieser Wulst auch für Konstruktionstiefgang noch nicht die optimale Lösung sein kann.

Die zuletzt genannte Behauptung kann wie folgt aus allgemeinen theoretischen Überlegungen abgeleitet werden, die ihrerseits durch die in[7j veröffentlichten Widerstandsmessungen und Strömungsbildei* für eisen bei verschiedenen Tauchtiefen geschleppten Rotationskörper bestätigt werden : tleht sas. voh der Tatsache aus, daS die Bugwelle des Schiffes die Wirkung der ( durch die Fahrgeschwindigkeit ) am Bug erzeugten positiven Strömungsdrücke ist, so wird klar, daß ein Bugwulst seinen Zweck — die möglichst weitgehende Beseitigung der Bugwelle oder vielmehr der von ihr verursachten freien Wellen — dadurch erfüllt, daß diese Überdrücke durch ein entsprechendes eigenes ünterdruckfeld mehr oder weniger ausgeglichen werden. Die Wirkung des Wulstes ist streng genommen nur optimal, wenn dieser Druckausgleich so vollständig ist, daß das resultierende ( Bug - ) Wellensystem verschwindet. Da das praktisch nicht möglich ist, kann man einen Wulst näherungsweise als optimal bezeichnen, wenn die von ihm erzeugten Unterdrücke die gleiche Größe haben wie die Überdrücke des

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wulstlosen Schiffes ( unter Voraussetzung einer entsprechenden

: Anordnung des Wulstes in Schiffslängsrichtung ). Berücksichtigt

man noch, daß die Wellenbildung überwiegend von den Strömungs—

drücken in der Sähe der Wasseroberfläche abhängig ist, so folgt weiter, daß die von dem Wulst in Höhe der Schwimmwasserlinie

. erzeugten Unterdrücke möglichst die gleiche Größe haben sollten wie die dort vom Schiff erzeugten Überdrücke.

\ Da die an einem Körper entstehenden Strömungsdrücke eine Folge der

Impulsumlenkung der ( Potential—) Strömung sind, ist offenbar die Größe der Überdrücke am Bug und damit die Höhe der Bugwelle des ( wulstlosen ) Schiffes nach den obigen Überlegungen bei gegebener Geschwindigkeit durch den Eintrittswinkel der Schwimmwasserlinie bestimmt, der wiederum linear mit deren Breite am Ort der Bugwelle zusammenhängt.

Die zur Erzeugung eines etwa gleich großen Unterdruckgebietes erforderliche Breite der Schwimmwasserlinie des ( ohne Schiff fahrenden ) Wulstkörpers kann wegen der größeren Krümmung seiner WandstroElinien kleiner sein, wird aber auf jeden fall noch \ einen wesentlichen Prozentsatz der Breite der Schwimmwasserlinie ! des Schiffes am Ort der Bugwelle ausmachen, weil einer Krümmung der Wulstseiten zwecks Erhöhung des Unterdruckes durch die Ab— [ lösungsneigung einer solchen Strömung praktisch sehr enge Grenzen gesetzt sind_e

Es ergibt sich somit als notwendige Yoratissetzimg füj? eine \ia Sinne von S. 4·) optimale Wulstwirkung, daß der Wulstkörper in der jeweiligen Schwimmwasserlinie eine ( im Verhältnis zur Breite der Schwimmwasserlinie des Schiffes am Ort der Bugwelle wesent- ! liehe ) endliche Breite haben muß. Da das für den Maierfona SV=Bug

bei Eonstruktionstiefgang nicht zutrifft, kann er nicht optimal sein, womit die Behauptung von S. £ bewiesen ist.

Praktisch kann die Wahl der Breite des ¥ulstkörpers in der KWL ( und in den unteren Wasserlinien ) nicht allein nach den oben dargelegten Gesichtspunkten des Wellenwiderstandes erfolgen, sondern es muß auf die Notwendigkeit einer Vermeidung von

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Strönrungsablösung und Spritzwasser bildung Rücksicht genommen | werden. I

Die neigung zur Spritzwasserbildxmg am Vorsteven ist bekannt- j lieh umso geringer je kleiner der Winkel ist, unter dein die j obersten Wasserschichten der Bugwelle auf den Steven auftreffen. Unter diesem Gesichtspunkt ist offenbar für den Konstruktionstiefgang ein Bugwulst am günstigsten, der etwa bis zur Höhe der Bugwelle des wulstlosen Schiffes über die KWL hinaufreicht, da in diesem Fall das Wasser der vom Wulst nach vorn verschobenen Bugwelle zumindest teilweise seitlich abfließen kann, bevor es sich am senkrechten Teil des Stevens aufstaut. Da die Spritzwasserbildung ebenfalls mit einem Y/iderstand verbunden ist, bedeutet ihre Vermeidung bzw. Abschwächung nicht nur. ein besseres Seeverhalten sondern auch eine weitere Leistungseinsparung.

Die oben erläuterten Vorteile eines bei Fahrtgeschwindigkeit Null nicht vollständig untergetauchten Bugwulstes wirken sich naturgemäß umso stärker aus, je völliger bzw. stumpfer die jeweilige Schwimmwasserlinie des Schiffes ist. Aus diesem Grunde ergibt eine optimale Auslegung des Wulstes für Konstruktionstiefgang selbst dann die größten durchschnittlichen Einsparungen, wenn eine besondere Anpassung der Wulstform im unteren Tiefgangsbereich an die Form der Ballast-Wasserlinie nicht vorgenommen wird, Tatsächlich aber sollen nach der vorliegenden Anmeldung die Abmessungen und Anordnung der Querschnittsflächen des Wulstkörpers für alle wichtigen Schwimmlagen des Schiffes ( möglichst ) optimal ausgelegt werden.

Da sich wegen der sehr unterschiedlichen Form und Geschwindigkeit der Schiffe bei einer derartigen Auslegung für die verschiedenen Schwimmlagen notwendigerweise ebenfalls sehr unterschiedliche Abmessungen und Anordnungen der Wulstflächen ergeben, kann die neue Wulstform offenbar nicht durch zahlenmäßige Angaben über bestimmte charakteristische Abmessungen oder Flächen ( etwa wie in £ll] oder durch Festlegung auf eine bestimmte Form der Stevenkontur oder der Querschnittsfläche im vorderen Lot ( wie

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in £δ] definiert werden.

Direi Beispiele für mögliche Ausführungen der Stevenkonirur des neuen Bugwulstes werden in den beigefügten Skizzen gezeigt:

Pig. 1 Stevenkontur für Schiffe mit geringen Tie fgangsunterschie den

Pig.2u.3 Stevenkonturen für Schiffe mit größeren Tiefgangsunterschieden bei unterschiedlicher Spantform

Auf eine Darstellung von Ausfuhrungsbeispielen für die Querschnitt sform wird aus den oben genannten Gründen verzichtet, zumal sie weitgehend durch di« Stevenkontur bestimmt ist.

Charakteristische Merkmale der hiermit zum Patent angemeldeten Bugform rsit einem unterhalb der KWL das vordere Lot hinausragenden Wulst sind erstens, daß der Wulstkörper sich bis über die KWL nach oben erstreckt und zweitens, daß die Stevenkontur und die Querschnittsform des Wulstes in Abhängigkeit von der Entwurfsgeschwindigkeit und der Schiffsform gleichzeitig für alle wichtigen Schwimmlagen des Schiffes ausgelegt wird.

Alle in Fig. 1 eingezeichneten Abmessungen a, b, c und d sind also wesentlich größer als Null, können aber im übrigen wegen des 2. Merkmals zahlenmäßig nicht festgelegt werden.

Claims (1)

1. Anspruch :

   Schiff mit einem unterhalb der Konstruktionswasserlinie bis über das vordere Lot nach vorn hinausragenden "Sulstbug, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Wulstkörper bis über die Konstruktionswasserlinie derart nach oben erstreckt, daß der hinterste Punkt des über der Konstruktionswasserlinie liegenden Steventeils hinter dem vorderen Lot und um ein Maß b, dessen obere Grenze etwa der Eöhe der Bugwelle des wulstlosen Schiffes entspricht, oberhalb der Konstruktionswasserlinie liegt»

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