FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr.1590 Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers von Staatssekretär Professor Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt DK 629.122 Professor Dipl.-Ing. Wilhelm Sturtzel Dr.-Ing. Hermann Schmidt-Stiebitz v., Versuchsanstaltfür Binnenschiffbau e. Duisburg Institut an der Rhein.-Wes~l Techn. Hochschule /lachen Untersuchung von Ellipsoidformen zwecks Widerstands verminderung von Flachwasserschiffen 75. Mitteilung der VBD WESTDEUTSCHER VERLAG· KÖLN UND OPLADEN 1966 ISBN 978-3-663-06483-1 ISBN 978-3-663-07396-3 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-07396-3 Verlags-Nr. 011590 © 1966 by Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen Gesamtherstellung : Westdeutscher Verlag Inhalt 1. Einführung .................................................... 7 2. Übersicht über die Versuche ................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3. Durchführung der Versuche ...................................... 9 4. Ergebnisse ..................................................... 13 5. Zusammenfassung .............................................. 36 6. Modelldaten ......... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37 7. Schrifttumsnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39 5 1. Einführung Die Ausnutzung der Binnenwasserstraßen zur Bewältigung des stetig wachsenden Transportvolumens setzt einer etwa mäglichen Verbesserung der Schiffsformen durch wünschenswerten großen Välligkeitsgrad bestimmte Grenzen. Zwei ge trennte Untersuchungs richtungen ließen eine Verbindung miteinander als aus sichtsreich erscheinen. Zur Herabsetzung des vom fahrenden Schiff aufgewor fenen Wellensystems mit günstigen Auswirkungen nicht nur auf den Schiffs widerstand, sondern auch auf den Oberhol- und Begegnungsverkehr wie auf die Erhaltung der Wasserstraßenanlagen war in einer früheren Untersuchung ein ellipsoidfärmiger Bug mit einem wellendämpfenden Anbau [2] gefunden worden. Andererseits war zur Beeinflussung des Schiffsentwurfs hinsichtlich bestimmter Forderungen von Manävriereigenschaften auch ein elliptischer Hauptspantquer schnitt eines langen parallelen Mittelschiffs [3, 4] untersucht worden. In der vor liegenden Arbeit soll nun die Auswirkung einer Erweiterung der zunächst nur auf die Bugspitze beschränkten Ellipsoidform in zwei weiteren Stufen auf den halben und den ganzen Vorschiffsbereich näher betrachtet werden (wobei die letztgenannte Variante zwangsläufig einen elliptischen Hauptspant ergibt). 7 2. Übersicht über die Versuche Kanal 9,8 m breiter Flachwassertank der VBD, stehendes Wasser, schwimmender, an den Tankseiten geführter Strand Modelle M 380 Vorschiff wie M 216 aus [2] auch [5], ellipsoidförmiger Cl = 16 Bug (bis Spt. 8,5) M 391 Hinterschiff [5], aus AMANDA entwickelte Heckabwand lung M422 Ellipsoidförmiger Bug (etwa bis Spt. 8), vergrößerter Kimmradius, Heckform in Anlehnung an M 391 M427 Ellipsoidförmiges Vorschiff (bis Spt. 5), elliptischer Hauptspant, Heckform in Anlehnung an M 391 alle Modelle mit Bugwellendämpfer wie in [2], Modelldaten Ab schnitt 6 Anhänge Den Ruhewasserspiegel tangierender Bugwellendämpfer wie M 216 in [2] Turbulenzerzeuger 1 mm 0 Perlonfaden Spt. 8 und 9 Wasserhöhen 200 und 320 mm entsprechend 3,2 und 5,12 m in Natur Flachwasserverhältnis Hw/Tg = 1,2 bis 2,56 Widerstandsfahrten bis Vrnax Mechanische Messung von Widerstand, Absenkung und Trimm Druckmessungen am Tankboden in Mittelebene des ge schleppten Modells Fotoaufnahmen des Wellenbildes an Seite Schiff 8 3. Durchführung der Versuche Als Ausgangsmodell mit elliptischem Bug ist M 380 (Abb. 1) gewählt worden. Diese Vorschiffsform hatte sich in der Untersuchung [2] als besonders günstig herausgestellt (dort als Modell M 216 geführt). Desgleichen wurde zur Bug wellendämpfung die dabei erprobte Vorrichtung verwendet. Dasselbe Vorschiff M 380 hat auch in der Untersuchung [5] als Vergleichsbasis gedient. Für die Heckform wurde auf M 391 ebenfalls aus der Quelle [5] zurückgegriffen. Es wurde dort mit abgerundeten Formen - ähnlich denen des Vorschiffs - aus dem Schleppkahnheck »AMANDA« entwickelt. Unter Beibehaltung von Länge, Tiefgang (2 m am Schiff) und Verdrängung wurde weiterhin M 422 (Abb. 2) ent worfen, dessen ellipsoidförmiger Bug fast bis zur halben Vorschiffslänge reicht und von dort in einen Hauptspant mit vergrößertem Kimmradius eingestrakt war. Es ist einleuchtend, daß sich der Verdrängungsschwerpunkt dabei rückwärts verlagert (von 2,7 auf 4,15% L hinter Hauptspant). Die Ausdehnung der Ellipsoidform auf die gesamte Vorschiffslänge, was gleich bedeutend mit dem Einstraken in einen elliptischen Hauptspant ist, wie es an M 427 durchgeführt wurde, läßt sich für die gleiche (kleinere) Verdrängung bei gleicher Länge nur unter Vergrößerung des Tiefgangs um 11 % erreichen. Der Verdrängungsschwerpunkt wandert um ein weiteres knappes halbes Prozent nach hinten. Bugwellendämpfer und Hinterschiffsform wurden bei den Modellen M 422 und 427 in Anlehnung an das Ausgangsmodell M 380/391 ausgeführt. Die Modelle wurden auf Wasserhöhen, die in der Natur 3,20 und 5,12 m entspre chen, auf Widerstand gefahren. Sowohl Widerstand als auch Absenkung und Trimm wurden in bekannter Weise mechanisch gemessen. Der Druckverlauf während einer Durchfahrt des Modells durch den Tank wurde mittels einer emp findlichen Druckdose über eine Anbohrung im Tankboden in der Modell-Mittel längsebene gemessen und durch ein Schreibgerät (Visicorder) sofort sichtbar aufgezeichnet. Bei rechtzeitiger Einschaltung wurden die vorlaufenden Wellen [5, 6, 7] auf dem Schrieb miterfaßt. Durch Veränderung des Ruhewasserspiegels ließ sich die Druckhöhe eichen. Mit fotografischen Aufnahmen von Seite Schiff wurde das Wellen bildf estgehalten. 9 0,1 m ~I 2161~1 380 13i~~~~~~~=t#3 12 12 11 11 10 10 9~~~~~~~~~-?~~~--~~~~~++~9 8trCd~~~~~~~~~--~~~~~~~8 7~~~~~~~~~~~--~~--__~ ~~~~7 6~=F~~~~~~~~~~--~~~~~~~~6 5~~-T~~~_·_·~~~~~~~~--~~~~L-/+-5 4~~~~~~~~~~~~~~--~~ n~~~~~4 3~~~~~~~~~~~~~~--~~&~-+~-j 2~~~~~~~~~~~~~~~~~~2 6~~~~~~~~~~~::~;:~~;===~~~~,6 ;-'1391 0,1 m 20 18 16 14 12 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Abb.l 10 24 i 20 8 6 4 _ 2 1 o 9 8 I 0,1 m --r~~~ /1 I' j/ L J 1.. L 8/ j " L.L .1J 7/ / 6L..1L L VL. L "" L LL 4 __./ /" --::::::;...--- II- B%/ / / /"" /__ --II---- ~ ____ Y21 9 / / 9 / /'/ ~./ ~./"/" __.--/ ______ % --r- ~ 9% 1 /..L _ ....... __ _ -- Spt. - _ . ---- ~ _ ~t---..."'"" Spt. 2/5 - _ - = -- 4 4062,5 550 406.25 -----r- L/ __ Y-i Ai::: .>q 2/6 " ............ 1---I: ,. % MS lSpt. L'pp = B' Spt.-Abstd. = ''--4~----- L\\ ~,~ ~ ____ ~0-11 ~ .......... """'" ___ ~.L' ---6 _ ~-\ ~ \ ......... \.1 ........ Spt.O M422 ~-r--'---------- V~ \ \ \ \ \ '" ~ ~ \ '" ./" X .\ '\. "2/5 ~............. \ " \ ~ ~ %./" ........................... " ,\l.,?<.., -.................. ~ \0.c114""><: ~ -...... ~l% ~Y-i__ \"-. ......... >c;:"'".............. ,~% :-----_ ~::---- .............. .2 2 4 2' o B 6 4 1 2 1 ~ 9 8 7 6 5 4 3 2 1 o Abb ...... ...... 24 22 20 18 16 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 o n /I L 0,1 m L / / / / /L / //// 7/ /6// /2' :. ~ 8/ % -- 9/ / 8)-'2/ / 7 / /' / 7 /' ./' ..,-/ ~----- ~ ~ '" r"-. 9% 7 1/ ~ ./-./"'" .---- ~ ~--=- % -= - ~ r::::::-- " 2/5 ~ I >'I,I'!:> I 06,25 / ! 1 1 ~I ~/5 \... -"""'::::"\1 Ir--.... • \: Y4 '1)" = Spt.-Abstd. 4 , \: \ /'\ \ \ \ \ \ \ ~,x \ \ '\. '\.. n \ "-'\...Q . '\. '\. ./ ,,0''0 " "-... '\... ./ \' \. 1" "'" "-\.\ "" '\. --....-.:~./ "-~ ............ 2/5 "-... ~ ---'\. \.. ''''' ........... V2X "'" Y:!/~"'f '""'" ........... % X .............. I +-/'''''' 1~ ~ "' ........... ............ -/' ~ t~ "><: ./ ....... -\% 4/~ -....:::: "'" / "-1 \. ---1%~""""""'~Y.l t% ...... / ~:----... / 2=-2Y2 V o 3 24 22 20 18 16 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 o Abb. ...... N