WO2013190042A1 - Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des hydrodynamischen wasserwiderstands eines schiffes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des hydrodynamischen wasserwiderstands eines schiffes Download PDF

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    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for reducing the water resistance of a ship.
  • the invention relates to a method of reducing the bow wave generated by the hull of a ship while in motion.
  • the maximum speed of a ship depends essentially on the length of the hull and the distance of the bow wave and the
  • the ship is 'trapped' in it and can not get any faster, regardless of engine performance.
  • Bugwulst is optimized for a given level, eg for a certain state of charge.
  • this solution is not quite satisfactory, because the bulge is effective only at a certain speed and at a certain state of charge (eg full load).
  • the reduction of the resistance, even under ideal conditions, is usually not more than 10% calculated on round trip. A bulge can even the
  • the purpose of the present invention is to provide
  • the mixture is formed in front of the bow at a suitable distance and at a suitable depth with respect to the water surface.
  • the position of the mixture depends on
  • a distance of 0.1 to 30 meters is sufficient between the mixture formation in front of the bow and the bow itself.
  • These jets are adjustable to allow the jet of air to escape from the bow within a set angle to the direction of travel and the surface of the water.
  • nozzles distribute the air jet within an angle in the direction of travel at a predetermined angle from the bottom of the
  • a variant of the invention is the introduction of air through a cuff, which can be subsequently strapped to an existing Bugwulst.
  • This cuff which is provided with adjustable air nozzles, introduces the air jet into the water on the one hand in the direction of travel, but also in the opposite direction of travel along the lower fuselage. This causes a significant additional friction reduction.
  • the gas is pressed by means of a device by pressure in the water.
  • the gas used should have a lower viscosity than water, preferably and for practical reasons, air is to be used.
  • the static pressure on the bow is greatly reduced, reduces the friction on the ship's wall and reduces the bow and stern.
  • Fig. 1 Side view of a ship with a mounted on the bow pivoting device according to the present invention.
  • FIG. 2 shows another schematic side view of a ship with the device of FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows a ship 1 with a fuselage 2 and a waterline 3 with above-water area 10 and the bow 4.
  • the tail 5 (not shown in the sketch). It should be noted that the invention can be applied to any larger ship. The use of the terms' ship in the following Description is therefore representative of each type of
  • the air jet is also introduced counter to the direction of travel into the water in such a way that the air bubbles formed in the water exist until shortly before the stern of the ship. This works
  • Immersion depth depending on the speed of travel and / or the load of the ship.
  • the change in the immersion depth of the pivot arms 9 is controlled electronically.
  • Air supply with one or more cuffs or belt C are attached to the bow. Magnetic fixings are also possible.
  • the distance between introduction of the air and bow varies between 0.1 and 30 meters.
  • the air supply means may be mounted directly on the bow bead.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des Wasserwiderstands eines Schiffes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, um die Bugwelle zu reduzieren welche durch den Rumpf (2) eines Schiffes während der Fahrt erzeugt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Bug (4) des Rumpfes Gas/Wassergemisch erzeugt wird wobei das Gas bevorzugt Luft ist. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Verringerung der Bugwelle eines Schiffes während der Fahrt wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zur Abgabe von unter Druck stehender Luft ist. Diese komprimierte Luft wird einem geeigneten Bereich unter einem geeigneten Winkel vor und um den Bug (4) des Schiffes abgegeben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des hydrodynamischen Wasserwiderstände eines Schiffes
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des Wasserwiderstands eines Schiffes. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, um die Bugwelle zu reduzieren, welche durch den Rumpf eines Schiffes während der Fahrt erzeugt wird.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass ein Schiff während der Fahrt eine Bug- und Heckwelle erzeugt. Diese tragen wesentlich zum
Gesamtwiderstand bei, welcher sich in 2. Potenz mit der
Erhöhung der Geschwindigkeit im Quadrat erhöht. Die maximale Geschwindigkeit eines Schiffes hängt im Wesentlichen von der Länge des Rumpfes und dem Abstand der Bugwelle und der
Heckwelle zusammen. Wenn sich die Bug- und Heckwelle
überlagern, ist das Schiff darin 'gefangen' und kann, unabhängig von der Motorleistung, nicht schneller werden.
Diesen hydrodynamischen Widerstand zu überwinden hat zwei wesentliche Auswirkungen: Erstens starke und entsprechend teure Motoren und zweitens einen damit einhergehenden
erhöhten Kraftstoffverbrauch. Etwa die Hälfte der
Betriebskosten eines Schiffes macht der Kraftstoff aus.
Deshalb ist es besonders wichtig, diesen hydrodynamischen Widerstand zu reduzieren.
Mit speziellen Schiffskörpern und Bugformen versucht man dies zu erreichen. Ein Beispiel hierfür ist die bekannte
Konstruktion eines Wulstbugs. Es ist bekannt, dass ein
Bugwulst für ein gegebenes Niveau optimiert ist, z.B. für einen bestimmen Ladezustand. Allerdings ist diese Lösung nicht ganz zufriedenstellend, weil der Wulstbug nur bei einer bestimmten Geschwindigkeit und bei einem bestimmten Ladezustand (z.B. Volllast) wirksam ist. Die Verringerung des Widerstands, selbst unter idealen Bedingungen, beträgt in der Regel nicht mehr als 10% auf Hin- und Rückfahrt gerechnet. Ein Wulstbug kann sogar den
Widerstand erhöhen wenn er nur schon teilweise über die Wasserlinie ragt.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, die
Beschränkungen des Standes der Technik zu überwinden, wie oben erwähnt, und ein wirksames System zur Reduzierung des hydrodynamischen Widerstands eines Schiffes bereitzustellen. Insbesondere hat die Erfindung zum Ziel, die Bug- und
Heckwelle zu reduzieren und damit den Gesamtwiderstand eines Schiffes während der Fahrt.
Darstellung der Erfindung
Die der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, die während der Fahrt entstehende Bug- und Heckwelle zu
reduzieren, indem das Wasser vor dem Bug mit einem Gas, vorzugsweise Luft, angereichert wird.
Die Mischung wird vor dem Bug in einem geeigneten Abstand und in einer geeignete Tiefe in Bezug auf die Wassersoberfläche, gebildet. Die Position des Gemisches ist abhängig vom
Auftrieb und der Geschwindigkeit. Für die meisten praktischen Anwendungen genügt ein Abstand von 0.1 bis30 Meter zwischen der Gemischbildung vor dem Bug und dem Bug selbst. Dies kann mittels beweglicher, verstellbarer Düsen erreicht werden. Diese Düsen sind regulierbar, damit der Luftstrahl vor dem Bug innerhalb eines festgelegten Winkels zur Fahrtrichtung und zur Wasseroberfläche austritt. Zum Beispiel verteilen Düsen den Luftstrahl innerhalb eines Winkels in Fahrtrichtung unter einem festgelegten Winkel von der Unterseite des
Schiffes zur Wasseroberfläche. Eine Ausführungevariante der Erfindung ist die Einbringung der Luft über eine Manschette, welche nachträglich um einen bestehenden Bugwulst geschnallt werden kann. Diese mit verstellbaren Luftdüsen versehene Manschette leitet den Luftstrahl einerseits in Fahrtrichtung, zugleich aber auch in entgegengesetzter Fahrtrichtung entlang des unteren Rumpfes ins Wasser ein. Dies bewirkt eine erhebliche, zusätzliche Reibungsreduktion.
Vorzugsweise wird das Gas mittels einer Vorrichtung durch Druck in das Wasser gepresst. Das verwendete Gas soll eine geringere Viskosität als Wasser haben, vorzugsweise und aus praktischen Gründen, ist Luft zu verwenden.
Dank der Erfindung wird der statische Druck auf den Bug stark verringert, die Reibung an der Schiffswand reduziert und die Bug- und Heckwelle vermindert.
Kurze Figurenbeschreibung
Fig. 1: Seitenansicht eines Schiffes mit einer am Bug angebrachten schwenkbaren Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2: Andere schematische Seitenansicht eines Schiffes mit Vorrichtung von Fig. 1.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
1 stellt schematisch ein Schiff 1 mit einem Rumpf 2 und einer Wasserlinie 3 mit Überwasserbereich 10 und dem Bug 4 dar. Das Heck 5 (in der Skizze nicht dargestellt) . Zu erwähnen ist, dass die Erfindung an jedes grössere Schiff angebracht werden kann. Die Verwendung des Begriffe 'Schiff in der folgenden Beschreibung ist daher repräsentativ für jede Art von
Wasserfahrzeug.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Luftstrahl auch entgegen der Fahrtrichtung ins Wasser eingebracht und zwar so, dass die gebildeten Luftblasen im Wasser bestehen bis kurz vor dem Heck des Schiffes. Damit wirkt der
reibungsmindernde Effekt auf der ganzen Lange des Rumpfes. gelenkig fixiert, damit die Schwenkarme 9 die adäquate
Eintauchtiefe in Abhängigkeit der Fahrtgeschwindigkeit und / oder der Last des Schiffes. Die Veränderung der Eintauchtiefe der Schwenkarme 9 wird elektronisch gesteuert.
Im Bild 3a dargestellt, wie die Luft mittels einstellbaren Düsen unter einem wählbaren Winkel α in Fahrtrichtung X vor den Bug und gleichzeitig entgegen der Fahrtrichtung -X unter einem wählbaren Winkel δ eingebracht wird.
Im Bild 3b dasselbe in der Seitenansicht. Die Luft wird mittels einstellbaren Düsen unter einem wählbaren Winkel ß in Fahrtrichtung vor den Bug in einen Bereich definiert durch die Winkel γ, γ· und gleichzeitig entgegen der Fahrtrichtung unter einem wählbaren Winkel ε eingebracht. eine Ausführungsform dargestellt, wo die verstellbaren
Luftzuführeinrichtungen mit einer oder mehreren Manschetten oder Gürtel C am Bug befestigt werden. Möglich sind ebenfalls magnetische Befestigungen. Die Distanz zwischen Einbringung der Luft und Bug variiert zwischen 0.1 und 30 Meter. Wie im Bild 3b ersichtlich, können die Luftzuführeinrichtungen direkt auf dem Bugwulst befestigt sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Verringerung der Bugwelle bei Schiffen mittels Erzeugung einer Mischung aus Gas mit niedriger Viskosität und Wasser vor dem Bug, welches in variablen Winkeln relativ zur Fahrtrichtung des Schiffes und in variablen Winkeln in Bezug auf die Wasserlinie des Schiffes eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Gaseinlasses einen spitzen Winkel zur Fahrtrichtung des Schiffes und einen spitzen Winkel zur Wasserlinie des Schiffes aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel der Gasinjektionen variabel sind und während der Fahrt verändert werden können.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch in einem opportunen Abstand vor dem Bug und in einer opportunen Tiefe im Verhältnis zum
Wasserspiegel erzeugt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand und die Tiefe der Gemischbildung Wasser/Gas in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen variieren, zum Beispiel vom Auftrieb und/oder der Geschwindigkeit des Schiffes.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen der Gemischbildung vor dem Bug und dem Bug selbst 0.1 bis 30 Metern beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mischung durch einen Strom von Gasblasen bei einem geeigneten Druck erzeugt und vor dem Bug des Schiffes ins Wasser gegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Gasblasenstrom Blasen unterschiedlicher Größe umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gas Luft ist.
10. Apparat zur Reduzierung der Bugwelle dadurch
gekennzeichnet, dass das unter Druck stehende Gas, vorzugsweise Luft, mittels einer Vorrichtung in
variablen Winkeln relativ zur Fahrtrichtung des Schiffes und in variablen Winkeln in Bezug auf die Wasserlinie des Schiffes in einem opportunen Bereich um dem Bug des Schiff eingebracht wird um im Wesentlichen eine Mischung aus Gas und Wasser zu erzeugen.
11. Apparat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabgaben einstellbar und die Winkel der
Gasinjektionen variabel sind und während der Fahrt verändert werden können.
12. Apparat nach Anspruch 10, wobei die Abgabeeinrichtung zum Abgeben des Gases so einstellbar ist, dass das
Gemisch in einem opportunen Abstand vor dem Bug und in einer opportunen Tiefe erzeugt wird.
13. Apparat nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine
Steuerung, welche die Abgabeeinrichtung in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen einstellt, zum Beispiel dem Auftrieb und/oder der Geschwindigkeit des Schiffes.
14. Apparat nach den Ansprüchen 10-13, dadurch
gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der
Gemischbildung vor dem Bug und dem Bug selbst 0.1 bis 30 Metern beträgt.
15. Apparat nach den Ansprüchen 10-14, dadurch
gekennzeichnet, dass die Mischung mittels eines Gasblasenstromes von einem Kompressor mit opportunem Druck erzeugt wird.
PCT/EP2013/062886 2011-06-20 2013-06-20 Verfahren und vorrichtung zur reduzierung des hydrodynamischen wasserwiderstands eines schiffes WO2013190042A1 (de)

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