DE690383C - Schiffsstabilisierungsanlage - Google Patents

Description

Bei Schiffen ist man, um den Fahrtwiderstand, möglichst herabzusetzen und die Baukosten zu senken, dazu übergegangen, den Spanten und damit der Außenhaut eine bogenförmige, stetig in den Schiffsboden übergehende Form zu geben, wobei die Länge des mit diesen Spanten versehenen Mittelschiffes möglichst ausgedehnt ausgeführt wird; dies bedingt jedoch eine erhöhte Schlingerneigung. Die bisher vorgeschlagenen Anlagen zur Dämpfung dieser Schiffsschwingungen, bei denen entweder Massen (-Pendel, Wagen, Rotationsmassen, Flüssigkeitsmengen) innerhalb der Schiffshaut verschoben werden oder Flüssigkeitsmengen diese passieren müssen, sind bei der vorgenannten Spantform nicht geeignet, weil die Hebelarme der Massenschwerpunkte bzw. Strahlöffnung verhältnismäßig klein sind. In gleicher Weise sind die bereits vorgeschlagenen Schraubenarten, bei denen der Schraubenstrom in Richtung der Achse verläuft, wegen der durch die große Ausladung hervorgerufenen Bremswirkung der Schraubenlagerung ungeeignet, weil sie dem Widerstandsgewinn, der durch die vorgenannte Schiffsform erreicht wird, entgegenwirkt und ihn somit mehr oder weniger aufhebt. Außerdem würden bei den bisher verwendeten Propelleranlagen über die rechteckige Hauptspantform vorstehende Teile vorhanden sein.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile beseitigt, indem an der Kimm Schaufelradpropeller angeordnet werden, deren Strom senkrecht zu der durch die Schiffswand hindurchgeführten Achse gerichtet ist, bei Schiffen mit bogenförmiger, unter Vermeidung scharfer Krümmungen in den Boden einlaufender Hauptspantform, deren Mittelschiff mindestens 30 °/₀. der Schiffslänge beträgt.

Es ist zwar schon bekannt, Schaufelradpropeller der genannten Art an den Seitenwänden von U-Booten anzuordnen, um dem Boot Neigungsänderungen zu erteilen. Da es andererseits nicht neu ist, Propellerausbildüngen und Anordnungen, die zur Neigungsänderung von U-Booten bekannt sind, auch zur Stabilisierung gewöhnlicher Schiffe zu verwenden, wird ein selbständiger Schutz auf die Anwendung der bei U-Booten zur Neigungsänderung bekannten Schaufelradpropeller als Stabilisierungsorgane bei an der Wasseroberfläche fahrenden Schiffen beliebiger Art nicht beansprucht. Die Erfindung besteht vielmehr in der Anwendung dieser Propeller bei Schiffen der sogenannten Arc-Form.

Die erfindungsgemäße Anordnung der

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr. Ludwig Rellstab in Berlin-Nikolassee.

Axialpropeller ist in Fig. ι schematisch dargestellt. Hierbei ist zunächst die Anzahl der Propeller auf zwei beschränkt, und zwar einen Backbordpropeller α und einen Steuerbordpropeller b, die beide beispielsweise durch automatische Steuerung nach Art der bei aktivierten Schlingerdämpfungsanlagen gebräuchlichen Kreiselsteuerungen derart betätigt werden, daß der Schraubenstrom der ίο beiden Propeller die jeweilig notwendige Richtung erhält. Bekanntlich kann z.B. beim Voith-Schneider-Propeller der in bezug auf seinen Querschnitt rechteckige Schraubenstrom in einer zur Hauptachse des Propellers senkrechten Ebene in beliebiger Weise durch Verstellung der Phase der Schwingungen jedes einzelnen Schraubenblattes gedreht werden. In Fig. 1 ist die Are-Form des Hauptspants durch die- stark ausgezogenen Linien dargestellt. Die beiden Stabilisierpropeller α und b sind unten im Schiff nahe dem Doppelboden derart eingebaut, daß die Hauptantriebswelle die Richtungen c bzw. d hat. Die Schraubenblätter e bzw. / jedes Propellers ragen in einen Raum hinein, der durch je zwei tangentiale Lotflächen an dem Schiffskörper und durch diesen selbst begrenzt wird; diese Flächen stehen senkrecht auf der Zeichenebene; die eine, g, h, berührt den Schiffsboden, die beiden anderen, i, k bzw. I, m, berühren die Bordseiten des Schiffes. Bei dieser Lage der Propeller wird weder der Tiefgang des Schiffes erhöht noch besteht eine Gefahr für die Propellerblätter, wenn das Schiff an einer Kaimauer liegt oder wenn ein anderes Schiff längsseits geht, was beides für den praktischen Schiffsbetrieb sehr wichtig ist.

In der bezeichneten Lage möge das Schiff durch den Seegang so beeinflußt sein, daß es ohne die Wirkung der Stabilisierungspropeller sich nach Backbord B-B neigen würde. Dann muß durch die automatische Steuerung der Schraubenstrom so gedreht werden, wie es die Pfeile n,o anzeigen. Der Schraubenstrom übt dann ein Drehmoment aus, welches bezüglich seiner Stärke durch die Schwingungsweite der Propellerblätter geregelt werden kann. Solange das Schiff die Neigung nach B-B beibehält, bleibt die Richtung des Propellerstromes die gleiche; die Stärke des Schraubenstromes kann nach theoretischen oder empirischen Regeln allmählich vermindert werden. Sobald das Schiff die Schwingungsrichtung ändert, muß der Schraubenstrom um i8o° gedreht werden; dann muß seine Stärke allmählich bis zum erforderlichen Maximum gesteigert werden, bis es durch die horizontale Lage hindurchgeht und wieder eine allmähliche Abnahme des Drehmomentes stattfindet. Dabei kann der Verlauf der Verstärkung und Schwächung des Drehmomentes von den Schlinger eigenschaften des Schiffes abhängig gemacht werden. Wenn die Abhängigkeit des Auftriebsmomentes des Schiffes vom Schlingerwinkel bekannt ist, kann daraus eine Regel für das An- und Abschwellen des Drehmomentes der Stabilisiervorrichtung entnommen werden.

In den Fig. 2 bis 4 ist die Anordnung von vier Axiälpropellern an einem Schiff der Are-Form gezeigt. Hierbei liegen die Propeller nicht in der Schiffsmitte, sondern in je zwei mehr nach den Enden des Schiffes zu in Fig. 2 mit I-I und H-II bezeichneten Vertikalebenen, aber ebenso wie in Fig. 1 in dem durch die entsprechenden tangentialen Lotflächen begrenzten Raum. In den Fig. 3 und 4 wird die Richtung des Schraubenstromes der vier Propeller p, q bzw. r, s durch die Pfeile^ t, 'u bzw. V₁ w veranschaulicht, wenn einer Stampfbewegung des Schiffes entgegengewirkt werden soll. Es möge das Schiff durch den Seegang veranlaßt werden, seinen Bug zu heben, sein Heck zu senken. Dann müssen die Heckpropeller p und q in der Ebene I-I einen durch die Pfeile t und 11 dargestellten Schraubenstrom erzeugen, der das Heck hebt, dagegen müssen die Bugpropeller r und ί in der Ebene H-II einen durch die Pfeile ν und w dargestellten Schraubenstrom erzeugen, der den Bug senkt. Für den Fall, daß gleichzeitig Schlingern und Stampfen besteht, muß entweder auf die Korrektur der weniger störenden Bewegung verzichtet werden oder besser eine Überlagerung der Steuerungsimpulse für jeden der vier Propeller stattfinden. Wenn das auch verwickeitere Steuerungseinrichtungen voraussetzt, so liegt es doch durchaus im Bereiche der Erfindung, daß mehrere Korrekturen verschiedener Art, z. B. Schlingerkorrekturen und Stampfkorrekturen, sinngemäß zusammengesetzt werden.

Es wird hiernach ohne weiteres verstand-Hch sein, daß auch die Tauchschwingungen eines Schiffes von Are-Form durch Steuerungsvorrichtungen mit Hilfe \^ron vier Propellern bekämpft werden können. Eine reine Tauchschwingung ist dadurch angekündigt, daß gleich große und gleichgerichtete Vertikalbeschleunigungen am Bug und am Heck eines Schiffes gemessen werden. Der Schraubenstrom der vier Propeller muß dann so gerichtet werden, daß er gleichzeitig alle vier Strömungen entweder nach oben oder nach unten richtet. Diese Anordnung würde durch die Fig. 3 und 4 veranschaulicht sein, wenn in Fig. 4 die Richtung des Schraubenstromes um i8o° umgekehrt wird. Dann wird das ganze Schiff von allen vier Propellern gleichzeitig gehoben, indem Wasser von der Meeres-

oberfläche weggesaugt und unter den Schiffsboden gepreßt wird. Wenn es auch nicht gelingt, Tauchschwingungen ganz zu verhindern, so könnte die erfindungsgemäße Dämpfungsanlage doch mindestens die -Wirkung haben, eine etwaige Resonanzaufschaukelung des Schiffes zu Tauchschwingungen zu verhüten. Das gleiche gilt von den Stampfbewegungen. Auch hier kann es sich schwerlich

ίο darum handeln, die Stampf bewegungen gänzlich zu unterdrücken; es wird aber eine beträchtliche Milderung dieser Bewegungen erreicht, wenn die gesteuerten Propellerbewegungen das natürliche Bestreben des Schiffes, seine Normallage wieder herzustellen, unterstützen.

Es kann hierzu auch die longitudinale Schiffsform unterstützend herangezogen werden. Man wird im allgemeinen sagen können, daß ein Schiff gegen Schlingerbewegungen mit um so kleineren, künstlich erzeugten Drehmomenten um die Längsachse stabilisierbar ist, je kleiner seine metazentrische Höhe ist. Ebenso wird auch die Bekämpfung des Stampfens mit künstlich erzeugten Drehmomenten um die Querachse um so leichter sein, je mehr die Schiffsform nach vorn und nach hinten zu abgerundet ist, je schlanker also der Schiffskörper gebaut ist. Allerdings würde ein solcher Schiffskörper ohne stabilisierende Vorrichtungen auch um so leichter in Schwingung geraten.

In Fig. 5 ist noch gezeigt, wie die Richtung des Schraubenstromes bei der Anordnung nach Fig. 1 gewählt werden muß, wenn kein Seegang herrscht. Gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 muß eine Drehung des Schraubenstromes um 90⁰ hervorgebracht werden, so daß der Schraubenstrom senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 steht. In Fig. 5 geht also der Schraubenstrom des Steuerbordpropellers b aus der gestrichelten Lage des Pfeiles 0, die Fig. 1 entspricht, in die ausgezogene Lage über.

Diese Betrachtung leitet zu einer Abänderung des beschriebenen Verfahrens über, bei der, wie in Fig. 6 veranschaulicht, der Schraubenstrom im allgemeinen in der Fahrtrichtung bleibt und nur leichte Drehungen nach unten oder auch nach oben erfährt, je nachdem, ob die betreffende Schiffsseite gehoben oder gesenkt werden soll. Diese Abart des Verfahrens wird sich dann besonders empfehlen, wenn die Stabilisierungspropeller ganz allein oder zum großen Teil den Vortrieb des Schiffes bewirken sollen. Hierzu dient der durch den waagerechten Pfeil χ angedeutete Schraubenstrom. Eine geringe Winkeldrehung dieses Schraubenstromes, z. B. in die gestrichelt eingezeichnete Lage, genügt dann schon, um eine beträchtliche Vertikalkomponente des Gesamtantriebes zu, erzeugen.

Es mag noch darauf hingewiesen werden, daß die bisherigen Betrachtungen, namentlich zu Fig. i, die Eigenbewegung des Schiffes in Fahrtrichtung außer Betracht gelassen haben. Es versteht sich von selbst, daß bei der Drehung des Schraubenstromes um die Achsen c und d (Fig. 1) die Schiffsgeschwindigkeit berücksichtigt werden muß, wenn das maximale Drehmoment der Axialpropeller auf das Schiff ausgeübt werden soll. Das bedingt allerdings eine der Geschwindigkeit proportionale Steuerung, die jedoch ohne weiteres durch Verwendung der gemessenen Geschwindigkeit als Steuergröße ausführbar ist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schiffsstabilisierungsanlage mit außen an der Kimm angeordneten Propellern, die in Abhängigkeit von den Schiffs-schwingungen umsteuerbar sind, gekennzeichnet durch die Anwendung von Schaufelradpropellern, deren Strom senkrecht zu der durch die Schiffs wand hindurchgeführten Achse gerichtet ist, bei Schiffen mit bogenförmiger, unter Vermeidung scharfer Krümmungen in den Boden einlaufender Hauptspantkontur, deren Mittelschiff mindestens 30 °/₀ der Schiffslänge beträgt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen