WO1994018063A1 - Rumpf für wasserfahrzeuge, insbesondere segelboote und surfbretter - Google Patents

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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/04—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with single hull
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
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    • B63B43/02—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking
    • B63B43/04—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving stability
    • B63B2043/047—Improving safety of vessels, e.g. damage control, not otherwise provided for reducing risk of capsizing or sinking by improving stability by means of hull shapes comprising a wide hull portion near the design water line, and a slender, buoyancy providing, main hull portion extending towards the bottom

Definitions

  • the invention relates to a ship or boat hull according to the preamble of claim 1.
  • the invention is based on the object of designing a hull so that it dips relatively softly into the water with high dimensional stability against heeling, even at sea, and to reduce the resistance to an absolute minimum the displacement performance, ie the displacement work while driving, over almost the entire hull length is distributed in order to largely avoid the formation of resistance-increasing negative pressure zones (suction zones) in the rear area and thereby to reduce to a minimum the sag of the tail, which is the result of excessive displacement.
  • Fig. 1 shows a wide fuselage (1) with a slim projection (2), the lower edge (4) from the point of highest displacement at the same depth further to the rear, while its side surfaces (3) converge in a line at the back.
  • Fig. 3 shows an embodiment of a fuselage (1) with a slim projection (2), the side lines (3) diverge further apart from the point of greatest displacement to the rear, while the lower edge (4) runs backwards upwards and in the fuselage (1) .
  • the fuselage will lift out a bit more at the front and sag slightly at the back, so that there will no longer be any negative pressure in the area of the frame (j ⁇ ) to the frame.
  • This fuselage carries much more at the back than (1) and is particularly suitable for heeling. Then he lies in the water with a sliding surface.
  • the lines of the frames 3), (Z) and ($) are shown.
  • the loss of cross-section (5a) of the lower, slim projection (2) between frame (5) and) can be seen, while in the area of the upper fuselage part (1) there is an increase in cross-section (5b).
  • the cross-sectional loss (4a) can be seen in the lower area between the frame (4) and ( ⁇ ), while another cross-sectional gain (4b) can be seen at the top.
  • the lower projection (2) displaces the water with extremely little power due to its pointed shape and its associated extremely small volume increase in the longitudinal direction. Most of the water flows along the slim hull and experiences only low lateral acceleration forces or transverse speeds, so that in principle only a kind of pre-acceleration takes place. The water pre-accelerated in this way with relatively little effort makes it easier for the part that is becoming increasingly voluminous to do the displacement work due to a lower back pressure, which also reduces the actual frictional forces on the surface.
  • the displacement of the upper part of the hull (1) which begins approximately from frame @ and increases towards the rear, not only causes the displacement line to extend almost over the entire length of the ship, but at the same time also prevents the suction on the side walls, which increases with increasing speed ( 3) of the lower projection (2). Because the water is also in the back
  • FIG. 3 shows an example in which the inevitable loss of volume of the slim projection (2) is brought about by the lower edge (4) running upwards.
  • the slender protrusion is widened at the same time as it continues to the rear at the transition to the upper part of the fuselage (1) until, in its entirety, it merges harmoniously into the upper fuselage.
  • FIG. 4 it is shown in FIG. 4 how the area or volume shrinkage of the lower projection (2) is largely compensated or superimposed by increasing the volume of the upper fuselage part. This can be seen again from the hatched areas (4a) and (4b) as from the areas (5a) and (5b).
  • the crack of the frame is shown here.

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Abstract

Zur Reduzierung des Fahrwiderstandes eines Schiffs- bzw. Bootsrumpfes mit guter Formstabilität ist dieser so gestaltet, daß er aus einem schlanken Unterwasservorsprung (2) besteht, über dem ein breiterer Rumpfteil (1) angeordnet ist, dessen Verdrängungsvolumen nach hinten hin derart zunimmt, daß es in etwa den Auftriebsvolumenverlust des sich nach hinten hin verkleinernden Unterwasservorsprunges (2) kompensiert bzw. noch übersteigt.

Description

"Rumpf für Wasserfahrzeuge, insbesondere Segelboote und Surfbretter"
Beschreibung
Rumpf für Wasserfahrzeuge, insbesondere Segelboote und Surfbretter. Die Erfindung betrifft einen Schiffs- bzw. Bootsrumpf nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind bereits mehrere Rumpfkonstruktionen bekannt, bei denen unter einem breiteren Rumpfteil ein oder mehrere schlankere Vorsprünge angeordnet sind. Vergleiche hierzu Offenlegungsschrift des Deutschen Patentamtes DE 3639175 A 1 vom 26.05.88, Patentschrift des Reichspatentamtes Nr. 704991 vom 15. April 1941 , United States Patent vom 09. Juli 1974, Nr. 3,822, 661 und die Europäische Patent¬ anmeldung Nr. 0 298 050 vom 28.06.1988. Bei diesen Rümpfen tritt das Problem auf, daß die Verdrängung des Rumpfes, insbesondere des Vorsprunges ab einem bestimmten Punkt, in Längsrichtung gesehen, abnimmt. Die Konsequenz daraus ist, daß das bei hoher Fahrt des Schiffes vom Vorschiff verdrängte und querbeschleunigte Wasser nicht schnell genug zurückströmt und sich somit im hinteren Bereich des Rumpfes eine Unterdruckzone ausbildet, die den Widerstand erhöht bzw. zum Absacken des Hecks führt. Dieser negative Effekt kann noch durch die nach oben ausgewölbte Form des Unterwasserschiffes im hinteren Bereich verstärkt werden. Bei manchen, Konstruktionen kommen weitere Negativeffekte zum Tragen. Bei einigen der bekannten Konstruktionen verlagert sich der Auftriebsschwerpunkt bei Krängung außerdem nicht besonders aus der Mitte, so daß sie für eine Besegelung nicht geeignet, also zu "rank" sind.
ERSATZBLATT Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rumpf so auszubilden, daß er bei hoher Formstabilität gegen Krängung auch bei Seegang relativ weich ins Wasser taucht und zur Reduzierung des Widerstandes auf ein absolutes Minimum die Ver¬ drängerleistung, d.h., die Verdrängerarbeit bei Fahrt, über fast die ganze Rumpflänge verteilt wird, um die Bildung von widerstanderhöhenden Unterdruck-Zonen (Sogzonen) im hinteren Bereich weitestgehend zu vermeiden und dadurch auch ein Absacken des Hecks, was Folge einer zu großen Verdrängerleistung ist, auf ein Minimum zu redu¬ zieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere in der Reduzierung des Fahrwiderstandes zur Einsparung von Vortriebsenergie bzw. Erreichung höherer Geschwindigkeiten bei gleichem Energieaufwand. Weiterhin ergibt sich ein Gewinn an Innenvolumen durch das breite, ausladende Heck des Schiffes bzw. Bootes. Diese Vorteile sind in der Berufsschiffahrt genauso nutzbar wie in der Sport- bzw. Freizeit- Schiffahrt. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen.
Es zeigen
Fig. 1 einen breiten Rumpf (1) mit einem schlanken Vorsprung (2), dessen Unterkante (4) ab dem Punkt der höchsten Verdrängung in gleicher Tiefe weiter nach hinten verläuft, während seine Seitenflächen (3) hinten in einer Linie zusammenlaufen.
Fig. 2 zur Verdeutlichung die Risse der Spanten §), (4) und (5)
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Rumpfes (1) mit einem schlanken Vorsprung (2), dessen Seitenlinien (3) ab dem Punkt der größten Verdrängung nach hinten weiter auseinanderlaufen, während die Unterkante (4) nach hinten oben und im Rumpf (1 ) verläuft.
Fig. 4 wiederum zur Verdeutlichung die Risse der Spanten (2), 3), (4) und (jj) aus der Figur 3.
In Figur 1 ist erkennbar, daß die theoretische Übergangslinie (5) zwischen dem breiten oberen Rumpfteil (1 ) und dem unteren schlanken Vorsprung (2) sich kurz vor dem
ERSATZBLATT Punkt der höchsten Verdrängung bzw. des größten Querschnittes des schlanken Vorsprunges (2) in den Bereich unterhalb der Wasserlinie WL begibt und mit zu¬ nehmender Länge nach hinten immer tiefer verläuft. Das ergibt in der Ansicht Z der Figur 1 einen Verlauf der Wasserlinie WL am breiteren Rumpf (1 ). Es ist ersichtlich, daß mit Abnahme des Querschnittes des schlanken Vorsprunges (2) der wasser¬ verdrängende Querschnitt des oberen Rumpfteiles (1) zunimmt, und dieses im gleichen Maß des Verlustes oder mehr. Erst zum Ende des oberen Rumpfteiles (1) kommt es in diesem Beispiel zu einer leichten Abnahme der Verdrängung, um auch schon bei relativ niederen Geschwindigkeiten den Abriß der Wasserströmung an der Hinterkante des Schiffes ϊ) zu erleichtern. Desweiteren wird auch bei dieser Konstruktion der Rumpf mit zunehmender Fahrt vorn etwas mehr ausheben und hinten geringfügig absacken, so daß dann auch im Bereich des Spantes (jδ) bis zum Spant ) kein Unterdruck mehr vorhanden sein wird. Dieser Rumpf trägt hinten erheblich mehr, als (1) und ist vor allem für Krängung geeignet. Er liegt dann hinten mit einer Gleitfläche im Wasser. In Figur 2 sind die Linien der Spanten 3), (Z) und ($) dargestellt. Rechts der Mittelachse des Rumpfes ist der Querschnittsverlust (5a) des unteren schlanken Vorsprunges (2) zwischen Spant (5) und ) erkennbar, während sich im Bereich des oberen Rumpfteiles (1) ein Querschnittszuwachs (5b) ergibt. Links der Mittelachse ist der Querschnittsverlust (4a) im unteren Bereich zwischen Spant (4) und (§) erkennbar, während oben wieder ein Querschnittsgewinn (4b) zu ersehen ist.
Die Verdrängung des "sich im Weg befindlichen Wassers" geschieht nun in folgender Art und Weise:
Der untere Vorsprung (2) verdrängt aufgrund seiner spitzen Formgebung und seines damit zusammenhängenden äußerst geringen Volumenzuwachses in Längsrichtung das Wasser mit äußerst wenig Leistungsaufwand. Das Wasser strömt größtenteils am schlanken Rumpf entlang und erfährt nur geringe Querbeschleunigungskräfte bzw. Quergeschwindigkeiten, so daß im Prinzip nur eine Art Vorbeschleunigung stattfindet. Das so mit relativ geringem Leistungsaufwand vorbeschleunigte Wasser erleichtert dem nachfolgend immer voluminöser werdenden Teil die Verdrängerarbeit durch einen geringeren Gegendruck, durch den sich auch gleichzeitig die eigentlichen Reibkräfte auf der Oberfläche reduzieren. Die in etwa ab Spant @ einsetzende und nach hinten¬ hin zunehmende Verdrängung des oberen Rumpfteils (1) bewirkt nicht nur, daß sich die Verdrängungsleitung fast über die ganze Schiffslänge erstreckt, sondern verhindert gleichzeitig auch die mit zunehmender Fahrt stärker werdende Sogwikung auf die Seitenwände (3) des unteren Vorsprunges (2). Da das Wasser auch im hinteren Teil
ERSATZBLATT des breiten Rumpfes (1 ) immer noch leichte Querbeschleunigungskräfte erfährt, ist die Wellenbildung stark nach hinten verlagert, und die "Mulde" im Wasser zwischen den Wellen bildet sich praktisch erst hinter dem Schiff aus, was noch den Abriß der Wasserströmung am Heckspiegel an der Linie ζ ) erleichtert. Durch ihren spitzen Winkel und die Verteilung der Verdrängerleistung über die gesamte Länge entspricht diese Verdrängungsart im Prinzip der eines ca. doppelt so langen schlanken Schiffes, wobei hier die Reibungsverluste des theoretisch längeren Schiffes genauso nicht zum Tragen kommen wie die sich am Heck eines solchen Schiffes dann wieder ausbildenden Sogkräfte.
In Figur 3 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem der irgendwann zwangsläufig auftretende Volumenschwund des schlanken Vorsprunges (2) durch die nach oben verlaufende Unterkante (4) bewerkstelligt wird. Zur Teilkompensation des Volumenschwundes von unten her wird gleichzeitig der schlanke Vorsprung in seinem Weiterverlauf nach hinten am Übergang zum oberen Rumpfteil (1) verbreitert, bis er in seiner Gesamtheit harmo¬ nisch in den oberen Rumpf übergeht. Auch für diese Variante ist in Figur 4 verdeutlicht, wie der Flächen- bzw. Volumenschwund des unteren Vorsprunges (2) durch Volumen¬ zunahme des oberen Rumpfteiles weitestgehend kompensiert bzw. überlagert wird. Ersichtlich ist dieses wieder aus den schraffierten Flächen (4a) und (4b) wie aus den Flächen (5a) und (5b). Zur Verdeutlichung des harmonischen Überganges des unteren Vorsprunges (2) in den oberen Rumpfteil (1) ist hier noch der Riß des Spantes ?) dargestellt.
In Bezug auf die Volumenzu- und -abnähme des unteren Vorsprunges (2) sind natürlichauch andere Linienverläufe möglich, z.B. das Hochziehen der Unterkante (4) bis in etwa der halben in Figur 1 dargestellten Höhe oder ähnlich; wichtig ist jedoch, daß das unten weniger werdende Verdrängervolumen durch den oberen Rumpfteil (1) in etwa kompensiert bzw. noch erhöht wird.
ERSATZBLATT

Claims

"Rumpf für Wasserfahrzeuge, insbesondere Segelboote und Surfbretter"Patentansprüche
1. Rumpf für Wasserfahrzeuge, insbesondere Segelboote und Surfbretter, bei dem unterhalb eines breiten Rumpfteiles zumindest ein in Längsrichtung verlaufen¬ der, auftriebserzeugender, schlanker Vorprung unterhalb der Wasserlinie ange¬ ordnet ist, der sich nach vorn und hinten verkleinert, dadurch gekennzeichnet, daß das breite Rumpfteil (1) im unterhalb der Wasserlinie WL liegenden, hinte¬ ren Bereich, in dem sich der schlanke Vorspung (2) verkleinert, mindestens etwa um soviel an Querschnittsfläche zunimmt, wie der schlanke Vorsprung (2) an Querschnittsfläche abnimmt.
2. Rumpf nach Ansruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß von vorne nach hinten die unterhalb der Wasserlinie liegende Querschnittts- fläche bis zum Heckspiegel zumindest etwa gleich groß bleibt.
3. Rumpf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sich von vorn nach hinten, zumindest bis zum hinteren Ende des schlanken Vorsprunges, die unterhalb der Wasserlinie liegende Querschnittsfläche stetig vergrößert.
ERSATZBLATT
4. Rumf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sich der Vorsprung im hinteren Bereich verbreitert und abflacht.
5. Rumpf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung an seinem hinteren Ende einen Austritt für eine Schrauben¬ welle aufweist.
6. Rumpf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der schlanke Vorsprung bogenförmig in den breiteren Rumpfteil übergeht.
7. Rumpf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpf an seinem hinteren Ende einen Heckspiegel aufweist, der bis unter die Wasserlinie reicht und dort durch eine Abreißkante begrenzt ist.
8. Rumpf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heckspiegel 5 bis 15 cm, insbesondere 8 bis 10 cm unterhalb der Wasserlinie endet.
ERSATZBLATT
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