WO2009097881A2 - Watercraft - Google Patents
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- Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls
Definitions
- the invention relates to a watercraft, in particular a ship as barge or coaster, according to the preamble of claim 1.
- Such vessels which are especially suitable for inland navigation, are known, for example, from DE 37 12 534 A1 or EP 1 663 769 B1.
- the watercraft according to EP 1 663 769 B1 in this case has a bow area which has essentially the shape of a lying wedge and which has an inclined surface extending from the bow aft into the ship's floor. This inclined surface, together with the starboard and port side guide elements provided a kind of inclined surface channel.
- a object of the invention is therefore to improve a generic vessel and barge in the shape of the underwater hull in the bow and foredeck so that a high efficiency of the drive units due to the Shape of the underwater ship and the resulting flow dynamics is achieved, and also the energy consumption at comparable speeds can be reduced with other types of ships.
- a core idea here is to design the guide elements which are relatively long in the prior art as skids, which have a relatively short longitudinal extension and are designed to be flow-dynamic. Aft of the skids are provided to the side and downwardly open flow areas or flow channels, through which the displaced amounts of water can be discharged to the outside and below.
- the placement of drive units, in particular propulsion units creates an efficient drive possibility in these areas of the flow areas.
- the main flow direction of the outgoing and downflowing in the flow areas amounts of water takes place in these areas approximately at an acute angle to the midship line.
- this shaping of the underwater hull of the bow area can be largely equalized by improving the flow dynamics to and from the drive units, flow disturbances on the skids at low angles of attack to the midship line.
- the skids are advantageously designed fin-like, fin-like or rudder-like.
- the runners therefore have flow-dynamically adapted an elongated teardrop shape, are wing-shaped or wing-like shaped.
- a Leitformteil be provided at the lower edge of these skids, especially at the trailing edge, to prevent the formation of Zeldwirbeln and flow vortex.
- the propulsion drives expediently used as drive units can be designed electrodynamically and can be pivoted through angles of 180 ° to 360 ° about their mounting axis.
- mechanical-hydraulic drives or mechanical direct drives can be used tuned to the type of ship and its requirement profile.
- the arrangement of the drive units within the flow regions and flow channels is made so that on the one hand the best possible flow of the guided through the flow areas amounts of water is present. On the other hand, this arrangement of the drive units takes place in such a way that the masses of water displaced and accelerated outwards by the pusher jet do not rub against the hull. The Coanda effect is thus largely or completely prevented.
- the drive units including their nozzle are arranged in coordination with the other contour so that they come to rest within the hull contour. This represents a higher security against accidents in the area of the ship's bottom and the ship's sides.
- the oblique surface of the bow region is flat-shaped at least along the midship line and has, in particular, transversely to the midship line in vertical section approximately a V-shaped wide contour, which forms an obtuse angle specifically.
- a vertical section is used to create an M-shape whose outer legs change into the shape of the runners.
- the shaping is such that a front and a rearward oblique area is formed, wherein approximately in the middle of the longitudinal extent of the bow area, a largely horizontally extending intermediate step area is provided.
- the drive units are advantageously placed in order to achieve hydrodynamically favorable inflow and outflow conditions while the ship is in motion.
- anterior and stern oblique areas may also be considered spherically shaped in view of the optimum speed of the vessel. be formed continuously running surface.
- the drive units are arranged at a distance from the aft boundary or edge of the corresponding runner, so that a good flow of the drive units is achieved.
- the runners are expediently designed and adapted in terms of the type of ship and its draft range in height and shape to a hydrodynamically optimal effect.
- the adaptation of the vertical extent of the runner as well as a twist or a twist of the profile of the runner or the change in the curvature and thickness of the runner and also the angle of attack of the skids against the midships line, but also the mounting position of the runners even at the bow contribute.
- a guide element at the lower end of the runners, which prevents or reduces flow around the runners lower edge in the transverse direction or prevents pigtails.
- a runner designed in the form of a ridge or a fin can have a front and a lower inflow region of approximately the shape of a "J", and the underside of such a runner advantageously lies on or within the extension plane of the ship's bottom.
- the positioning of the skids can be suitably made so that the front inflow of the blade passes approximately vertically in the frontal bow area.
- the runner can also be offset to the aft in the direction of the drive unit.
- the inclined surface advantageously forms in the region of the skids with these a bow-sided central inclined surface channel, which terminates aft behind the open flow areas in the horizontal ship's floor.
- a longitudinal extension of the runners at about 1/6 of the length of the inclined surface has proved to be particularly aerodynamic.
- the longitudinal extent of the runners can also be about 1/8 to 1/3 of the length of the inclined surface.
- the shape and length of the runners is particularly dependent on the ship's speed in terms of optimum travel speed.
- a watercraft with such a designed bow area will also have similar propulsion drives in the rear area.
- both propulsion drives may be employed in the vertical plane with respect to the propeller nose axis in the direction of the flow filaments. In the horizontal plane, both propulsion drives can be adjusted according to the speed of travel and by close
- the tail is therefore provided with a vortex-forming transverse and open to the rear gutter or gutter.
- the gutter seen in the transverse direction of the ship as a longitudinally cut tube with the opening to the rear and is used as the lower tail edge, reduces or eliminates the aft occurring dead water zone and the relatively large, unstable wake vortices, so that when dipping this gutter on Stern of the ship to be generated stable detachment tail.
- the gutter has approximately the contour of a pitch circle of up to 180 °.
- deviating shapes such as, for example, slightly elliptical.
- the usual rudder effect in the rear area is ensured here, for example, by the rotatability of the drive units.
- the deadwood and the gutter can be made of metal or a rigid plastic composition.
- the propulsion units are arranged at a distance offset aft to the deadwood.
- the main flow direction generated in the flow regions or flow channels through the underwater shape of the bow region forms approximately at an acute angle to the midship line, so that the water masses accumulating in the inclined surface region can be well diverted into the mutual flow regions.
- the main flow direction in the flow areas is about 10 ° to 45 °, with a preferred orientation at about 22 ° to the midship line.
- the clear height of the flow regions or flow channels allows the complete absorption of the corresponding drive unit, at least in alignment with the ship's bottom.
- the shaping of the bow area according to the invention including the design and placement of the runners can be compared in their effect with the well-known Wulstbugs in ships.
- disadvantages of the bulge bugs can be avoided. So occurs in the bow according to the invention with runners no extension of the ship between the solders. This is especially true for driving on given lock With inland waterway vessels, this is an important aspect, which is why inland vessels usually do without a bulge.
- a bulbous bow is usually hydrodynamically optimized for a given draft of a ship.
- the bow shape according to the invention allows greater degrees of freedom, with the positive effects also being set and present at different depths of the ship.
- the design and placement of the runners, possibly also with different angles of attack, allows a high flexibility of adaptation for the ship designer to achieve a hydrodynamic optimum effect with regard to a partial or extensive leveling of the wave systems generated by hull and runners even with different draft of a ship ,
- the inventive concept of the bow shape with skids requires no extension of the ship, as with a bulge. In addition, with less volume, especially at the runners, a better interference with the wave systems is achieved.
- the runners can also be designed and configured much more independently than a bow bead, which must be integrated into the overall design of a ship from the outset. Skids and bow therefore allow the ship's designer, for example, to be able to better implement hydrodynamic targets by means of the span-oriented curve (see "Hydromechanics for Ship Design", 3rd edition of 1988, Prof. Dr. Ing. Schneekluth, Koehler-Verlag).
- the skids provided according to the invention support the straight-ahead running properties of the correspondingly equipped ship in forward travel and in reverse travel, so that the course stability of the moving ship's hull is ensured for both directions of travel.
- the runners protect the front drive units and ensure the propulsion efficiency of these drives. This applies in particular to ship accidents on embankments or during ground touches. The good maneuverability of a corresponding ship with runners is maintained.
- the bow and runner geometry according to the invention is also possible with other watercraft without front drive units.
- skid systems according to the invention can also be equipped or even retrofitted with light rail or pontoon bow shapes in the case of vessels. Again, the reduction of two wave systems, which are generated by hull and skids, due to the superposition of positive and negative pressure fields, can be achieved.
- skids represent a separate component of a watercraft, they can also be used or retrofitted with any suitable ship shape.
- the shape and position of the runners must be adjusted to the shape of the bow and the speed of the vessel.
- the bow and skate concept according to the invention also shows that a suitably equipped ship, due to the quickly attainable "volume" in the bow area, is much less prone to plunge or deep into the wave than a conventional bow Bugs and the deceleration of the ship when entering the shaft, which ultimately results in a higher average speed of the ship for a given propulsion power.
- the corresponding design of a ship with bow and runner shape according to the invention therefore entails, on the one hand, a high degree of stability for the ship, whereby up to a given limit speed this does not have to be paid for with a high propulsion power.
- the above factors therefore bring a significant energy savings for the drive equipment and ship operation.
- FIG. 1A shows a bow region of a watercraft according to the invention in a perspective view from below and from starboard;
- Fig. 1B is a front view of the bow area of Fig. 1;
- FIG. 2 shows a flow-dynamics-modified underwater shape of the bow region similar to FIG. 1A;
- Fig. 3 is a somewhat reduced view of the starboard side of the example of Figure 1 and 2 with the horizontal section lines AA approximately when empty of the ship and with the section BB with loaded ship.
- Fig. 4 is a sectional view taken along the line AA of Fig. 3;
- Fig. 5 is a sectional view taken along line BB of Fig. 3;
- Fig. 6 is a schematic view of the rear part of a suitably equipped watercraft
- FIG. 7 is a perspective view of a bow area from below and from starboard as an example in the context of the development concept, and
- FIG 8 shows another schematic example of another bow area from below and to the port side corresponding to an earlier phase of the development concept.
- FIG. 1A an inventive bow area of a watercraft or ship 1 is shown with view from below and to the starboard side.
- the bow portion 2 has an underwater surface as an inclined surface 10, which is flat-shaped along the midship line 3 and expires at the front in a transverse end face 13 of the bow upwards.
- the bow portion 2 which is essentially in the form of a wedge, terminates in the starboard side 21 with two oblique areas 23, 24 and an intermediate step area 25 therebetween. While the front oblique region 23 and the rearward oblique region 24 have approximately an inclination at 45 ° with respect to the main ceiling plane of the ship 1, the intervening intermediate region region 25 runs almost horizontally. However, this intermediate stage area can also be arranged aft with little inclination.
- Figures 1A to 5 are in the foremost area of the bow area 2 starboard and port side each a runner 5 and 6 in the manner of a fin runner whose front and bottom Anström Symposium approximately the shape of a "J", placed Figure 6 illustrates guide elements which, on the one hand, stabilize the straight-ahead travel of the ship 1.
- these runners 5, 6, which are very short in the longitudinal direction of the ship 1 are even more important in that they are generated by the actual ship 1 and the bow area 2 generate first shaft system, a second shaft system, which is superimposed on the first shaft system and
- a reduction or even extinction of both wave systems can bring about.
- a flow region 27 or flow channel is formed laterally almost to the region of the horizontal ship bottom 11, which is open at the bottom and to the side.
- a corresponding drive unit 17 or propulsion unit is arranged on the approximately horizontally extending intermediate step region 25 or in the integrated region 26 (FIG. 2) of this surface with the oblique regions 23, 24.
- the skids 5, 6 are aligned in the example with a small angle of attack forward, so that the extension lines of the runners 5, 6 would form an acute angle with the midship line 3.
- the flow-dynamic design of the inclined surface 10, in cooperation with the runners 5, 6 and the flow regions 27 and 28, respectively, ensures optimum flow of the propulsion units 17 and 18, respectively.
- the water volumes flowing in this way to the propulsion unit 17 or 18 are sucked in by the propulsion unit and pressed aft and laterally outwards with a slight inclination.
- the drive units 17, 18 are fastened via holders 29 on the intermediate-stage region 25, but the rotation and alignment of the drive units are expediently ensured from 0 to 360 °.
- FIG. 1A The representation of Figure 2 shows schematically the view of a modified bow area 2 from below, with only the port half is shown and there is a symmetrical complement to the midship line 3 in the concrete form.
- the essential difference from the shape according to FIG. 1A is that the inclined surface regions 23, 24 and the intermediate region 25 (FIG. 1A) in this embodiment are considered to be continuous from the bow 13 to the aft region of the drive unit 18 extending flat-arc-shaped contour is formed.
- This spherical surface 26 therefore forms the upper surface of the flow channel 30, in the rear region of the nacelle of the drive unit 18 is arranged.
- a first, lower Leitformteil 34 is shown at the lower edge and a second aft Leitformteil 35 at the rear edge of the runner at the bottom of the fin-like runner 6.
- the shape of the Leitformmaschine 34, 35 is turned off on the optimal operating speed of the ship. As a result of this flow dynamics, pigtail swirls on the aft edge of the runner 6 or on the lower edge of flow-through effects are prevented.
- the two oblique regions 23 and 24 according to FIG. 1A are therefore summarized, so to speak, together with the intermediate step region 25 in a line and a continuous arc shape with a slightly convex and optionally outwardly tapered shape. This improves in particular the hydrodynamic shape at lower ship speeds.
- the entire nacelle of the drive units is arranged at a distance from the aft edge of the runners 5 and 6, respectively, and further placed within the contour of the hull 1.
- the drive units 17, 18 are therefore protected in the bow area 2 with respect to ground contact or accidents in embankment areas of rivers and canals on the one hand by the upstream runners 5, 6 and on the other hand benefit from their arrangement within the ship's hull contour.
- FIGS. 1A to 5 schematically shows a suitable runner 5 or a runner, which has an approximately oblong teardrop shape in section (FIGS. 4, 5).
- Both the cross-sectional contour of the corresponding selected skids 5 and their placement in the bow region or in the region of the front oblique region 23 are dependent on the type of ship to choose from the ship speed and the corresponding wedge shape of the bow and place hydrodynamically the best possible efficiency in terms of the most extensive extinction of the shaft systems in combination with the best possible flow of the drive units is achieved.
- the skids 5, 6 illustrated in the example of FIGS. 1A to 5 represent a type of fin. According to FIG. 1, the front approach area of the runners 5, 6 passes approximately vertically into the end face 13 of the bow. The lower portion is arcuately shaped with the lower side substantially horizontally oriented and approximately extending in the plane of the ship bottom 11 ( Figure 1B).
- the view of the bow area 2 according to FIG. 1B from the front shows the midship line 3 and the inclined surface 10.
- the inclined surface 10 has a V-shaped form in particular in the front region, which widens or opens aft and forms a larger obtuse angle, which ultimately ends in the horizontal ship bottom 11 .
- the drive units 17, 18 suck in the bow area, supported by also provided in the rear of the ship drive units, first the water masses in the bow area and push them over the flow areas 27, 28 with a low outflow angle aft.
- the shape of the runners 5, 6 supports as well as the design of the inclined surface 10 and the inclined portions 23, 24 an optimal hydrodynamic flow, which ultimately leads to energy savings in the drive units of the ship 1.
- Fig. 3 shows a view on the starboard side of the bow portion 2 of the example of FIG. 1A, 1B, 2.
- section lines A-A are drawn, which can correspond approximately to the draft of the ship 1 at a no-load.
- the section line B-B illustrates a draft of the ship with appropriate cargo, with full utilization of the carrying capacity of the ship and a further, deeper immersion in the water is possible.
- FIG. 4 The sectional view of FIG. 4 along the line AA on the one hand clearly shows the distance between the aft flow edge of the skids 5, 6 and the beginning of the intermediate stage region 25. Furthermore, the midship line 3 is characterized by a V-shaped contour, which is a central "Kielline "pulls from the front side 13 of the bow into the horizontal ship bottom 11. Furthermore, taking into account the illustration according to FIG. gene or suspensions 29 for the drive units 17, 18 marked at the intermediate stage area.
- the sectional view according to B-B which illustrates a larger draft of the ship 1, so to speak, shows on the one hand the increase of the obtuse angle of the inclined surface 10 along the midship line 3, the further one would lay in the direction of the end face 13 a section.
- the runners 5, 6 pass with their aft discharge area into the front oblique area 23 and are arranged thereon.
- FIG. 6 shows schematically and in fragmentary form the rear region 31 of a ship 1 equipped with a bow 2 according to the invention.
- the rear portion 31 of a corresponding ship is therefore advantageously with a very flat from the ship's bottom 46 rising and leaving aft
- the tail 31 shaped as a box tail 41 is provided with an approximately half-shell-shaped swirling channel 40 open to the rear.
- FIG. 7 schematically shows a bow region 130 in the development concept of the invention.
- the oblique surface 134 is provided along the midship line 140.
- Corresponding propulsion units 145 are placed in the lateral flow channels 138 and 139, respectively.
- the guide elements 133 run in the front bow area largely vertically upwards into the end face 136 of the bow.
- This intermediate shape of the bow region 130 already has considerable improvement, for example in comparison with a lightweight bow, which is also essentially wedge-shaped Has.
- the bow elements shown in the example according to FIG. 7, in particular guide elements can be made even more advantageous.
- FIG. 8 Another example of the development phase is illustrated with the bow area 100 of FIG. 8.
- the bow area 100 of FIG. 8 is also a bottom view of the underwater area of the bug 100, but from port side, shown schematically.
- the lying in the middle inclined surface portion 101 is bounded on both sides by guide members 125, 126.
- the inclined surface 101 runs aft in the horizontal ship's floor 111.
- flow channels 127 and 128 are formed in the aft region of the guide elements 125, 126. These flow channels 127, 128 are bounded aft by an approximately slightly inclined rising portion 123, 124 of the ship's bottom 111.
- the lines 118 illustrate different depths of the corresponding ship.
- This bow area 100 shown in FIG. 8 shows an intermediate phase of the geometry of the underwater area of a ship, with which some advantages in terms of flow technology can be achieved, but essential, further advantageous effects are not yet realized.
- the design of the two-sided guide elements as runners or Flossenkufen the watercraft therefore brings together with the design of the flow areas and the rear transition areas of the ship's bottom a fluid dynamic form that couples a high power efficiency for the drive with good safety requirements for the design of the bow area.
- the essential effect is illustrated in particular by the partial extinction or reduction of the shaft system generated by the hull with the additional shaft system generated by the skids, whereby flow and wave turbulence are largely avoided, and friction losses between the water and the hull reduced Power efficiency is achieved.
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Abstract
The invention relates to a watercraft, particularly an inland water vessel, comprising a bow region substantially in the shape of a wedge. At the center, a beveled surface tapering approximately from the bow toward aft into the bottom of the vessel is present. On the starboard and port sides downwardly projecting guide elements are provided, which delimit the central beveled surface at least in some regions. To this end, the guide elements are configured as skids, which are tapered toward aft in a flow-dynamic manner. Furthermore, aft of the skids, flow regions that are open to the side and downward are present, the main flow direction of which, as viewed in the travel direction, form approximately an acute angle to the midship line.
Description
WASSERFAHRZEUG WATERCRAFT
Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug, insbesondere ein Schiff als Binnenschiff bzw. Küstenmotorschiff, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a watercraft, in particular a ship as barge or coaster, according to the preamble of claim 1.
Derartige, speziell für die Binnenschifffahrt geeignete Wasserfahrzeuge sind beispielsweise aus der DE 37 12 534 A1 bzw. der EP 1 663 769 B1 bekannt. Das Wasserfahrzeug entsprechend der EP 1 663 769 B1 weist dabei einen Bugbereich auf, der im Wesentlichen die Form eines liegenden Keils hat und der mittig eine etwa vom Bug nach achtern in den Schiffsboden auslaufende Schrägfläche aufweist. Diese Schrägfläche bildet zusammen mit den steuerbord- und backbordseitig vorgesehenen Führungselementen eine Art Schrägflächenkanal.Such vessels, which are especially suitable for inland navigation, are known, for example, from DE 37 12 534 A1 or EP 1 663 769 B1. The watercraft according to EP 1 663 769 B1 in this case has a bow area which has essentially the shape of a lying wedge and which has an inclined surface extending from the bow aft into the ship's floor. This inclined surface, together with the starboard and port side guide elements provided a kind of inclined surface channel.
Die beidseitig vorgesehenen Führungselemente, die etwa in Form eines stehenden Keil den Schrägflächenkanal nach innen begrenzen, haben im rückwärtigen Bereich Ausnehmungen, in denen jeweils mindestens eine Antriebseinheit, zum Beispiel als Propul- sionseinheit, vorgesehen ist.The guide elements provided on both sides, which delimit the oblique surface channel in the form of a standing wedge, have recesses in the rear region, in each of which at least one drive unit, for example as a propulsion unit, is provided.
Sowohl die Führungselemente als auch die Auslegung der Ausnehmungen weisen in strömungstechnischer Hinsicht noch erhebliche Verbesserungsmöglichkeiten auf, da die Bildung von Strömungswirbeln im achterlichen Bereich der Führungselemente ebenso wie die Ausnehmungen für die Propulsionseinheiten selbst und deren Übergang in den Schiffsboden durch in Fahrt entstehende Turbulenzen einen höheren Energiebedarf erfordern, als dies im Gesamtkonzept angestrebt wird.Both the guide elements as well as the design of the recesses have in terms of flow technology still considerable room for improvement, since the formation of flow vortex in the aft region of the guide elements as well as the recesses for the Propulsionseinheiten itself and their transition into the ship's bottom by driving turbulence in a higher energy demand require, as this is aimed at in the overall concept.
Ein Nachteil wird hierbei insbesondere in der Gestaltung der rückwärtigen Form der Führungselemente zu den Ausnehmungen und auch die nach achtern orientierte Formgebung der Ausnehmungen gesehen.A disadvantage is seen here in particular in the design of the rearward shape of the guide elements to the recesses and also the aft-oriented shape of the recesses.
A u f g a b e der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Wasserfahrzeug und Binnenschiff in der Formgebung des Unterwasserschiffes im Bugbereich und Vorschiff so zu verbessern, dass ein hoher Wirkungsgrad der Antriebseinheiten aufgrund der
Formgebung des Unterwasserschiffes und der daraus resultierenden Strömungsdynamik erreicht wird, wobei auch der Energieverbrauch bei vergleichbaren Geschwindigkeiten mit anderen Schiffstypen reduziert werden kann.A object of the invention is therefore to improve a generic vessel and barge in the shape of the underwater hull in the bow and foredeck so that a high efficiency of the drive units due to the Shape of the underwater ship and the resulting flow dynamics is achieved, and also the energy consumption at comparable speeds can be reduced with other types of ships.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim Wasserfahrzeug durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved in the watercraft by the features of claim 1.
Ein Kerngedanke ist hierbei, die im Stand der Technik relativ langen Führungselemente als Kufen auszubilden, die eine relativ kurze Längserstreckung aufweisen und strömungsdynamisch gestaltet sind. Achterlich der Kufen sind zur Seite und nach unten offene Strömungsbereiche beziehungsweise Strömungskanäle vorgesehen, durch die die verdrängten Wassermengen nach außen und unten abgeleitet werden können. Insbesondere wird durch die Platzierung von Antriebseinheiten, insbesondere Propulsion- seinheiten, in diesen Bereichen der Strömungsbereiche eine effiziente Antriebsmöglichkeit geschaffen. Die Hauptströmungsrichtung der in den Strömungsbereichen nach außen und unten abgeleiteten Wassermengen erfolgt in diesen Bereichen etwa in einem spitzen Winkel zur Mittschiffslinie. Bei dieser Formgebung des Unterwasserschiffes des Bugbereichs können durch die Verbesserung der Strömungsdynamik zu und von den Antriebseinheiten, Strömungsbeeinträchtigungen an den Kufen bei kleinen Anstellwinkeln zur Mittschiffslinie weitgehend egalisiert werden.A core idea here is to design the guide elements which are relatively long in the prior art as skids, which have a relatively short longitudinal extension and are designed to be flow-dynamic. Aft of the skids are provided to the side and downwardly open flow areas or flow channels, through which the displaced amounts of water can be discharged to the outside and below. In particular, the placement of drive units, in particular propulsion units, creates an efficient drive possibility in these areas of the flow areas. The main flow direction of the outgoing and downflowing in the flow areas amounts of water takes place in these areas approximately at an acute angle to the midship line. In this shaping of the underwater hull of the bow area can be largely equalized by improving the flow dynamics to and from the drive units, flow disturbances on the skids at low angles of attack to the midship line.
Ein wichtiger weiterer Gedanke ist, die Anordnung und die Profilauslegung der Kufen so zu treffen, dass die beiden Wellensysteme, die einerseits allein durch den Schiffsrumpf und die andererseits durch die Kufen in Fahrt erzeugt werden, durch die Überlagerung von Wellenbergen und Wellentäler dieser beiden Wellensysteme erheblich reduziert, gegebenenfalls sogar egalisiert werden. Die Kufen erzeugen in diesem Sinn sozusagen phasenverschobene Wellen, die die Wellen des Schiffsrumpfes überlagern und zumindest partiell auslöschen. Hierdurch wird der Wellenwiderstand des Schiffes in Fahrt reduziert, so dass eine höhere Antriebseffizienz erreicht wird.An important further idea is to make the arrangement and the profile design of the runners so that the two wave systems, which are generated on the one hand only by the hull and the other by the skids in motion, by the superposition of wave crests and troughs of these two wave systems considerably reduced, possibly even be leveled. In this sense, the runners produce, so to speak, phase-shifted waves which superimpose and at least partially cancel out the waves of the ship's hull. As a result, the characteristic impedance of the ship is reduced in speed, so that a higher drive efficiency is achieved.
Die Kufen werden vorteilhafterweise flossenartig, finnenartig oder ruderartig gestaltet. Im Horizontalschnitt haben die Kufen deshalb strömungsdynamisch angepasst eine längliche Tropfenform, sind flügeiförmig oder tragflächenartig geformt. Vorteilhafterweise kann an der Unterkante dieser Kufen, speziell an der Hinterkante, ein Leitformteil vorgesehen sein, um die Bildung von Zopfwirbeln und Strömungswirbeln zu verhindern.
Die als Antriebseinheiten zweckmäßigerweise eingesetzten Propulsionsantriebe können elektrodynamisch ausgelegt und können um Winkel von 180° bis 360° um ihre Halterungsachse verschwenkt werden.The skids are advantageously designed fin-like, fin-like or rudder-like. In horizontal section, the runners therefore have flow-dynamically adapted an elongated teardrop shape, are wing-shaped or wing-like shaped. Advantageously, at the lower edge of these skids, especially at the trailing edge, a Leitformteil be provided to prevent the formation of Zeldwirbeln and flow vortex. The propulsion drives expediently used as drive units can be designed electrodynamically and can be pivoted through angles of 180 ° to 360 ° about their mounting axis.
Im Hinblick auf einen hohen Wirkungsgrad der Antriebeseinheiten können auch dieselelektrische Antriebe, mechanisch-hydraulische Antriebe oder mechanische Direktantriebe abgestimmt auf den Schiffstyp und dessen Anforderungsprofil eingesetzt werden.With regard to a high efficiency of the drive units and diesel-electric drives, mechanical-hydraulic drives or mechanical direct drives can be used tuned to the type of ship and its requirement profile.
Die Anordnung der Antriebseinheiten innerhalb der Strömungsbereiche und Strömungskanäle wird so getroffen, dass einerseits eine bestmögliche Anströmung der durch die Strömungsbereiche geführten Wassermengen vorhanden ist. Andererseits erfolgt diese Anordnung der Antriebseinheiten derart, dass die durch den Schubstrahl nach außen verdrängten und beschleunigten Wassermassen sich reibungstechnisch nicht an den Schiffsrumpf anlegen. Der Coanda-Effekt wird somit weitgehend bzw. vollständig verhindert.The arrangement of the drive units within the flow regions and flow channels is made so that on the one hand the best possible flow of the guided through the flow areas amounts of water is present. On the other hand, this arrangement of the drive units takes place in such a way that the masses of water displaced and accelerated outwards by the pusher jet do not rub against the hull. The Coanda effect is thus largely or completely prevented.
Die Antriebseinheiten einschließlich ihrer Düse werden in Abstimmung mit der weiteren Kontur so angeordnet, dass sie innerhalb der Schiffsrumpfkontur zu liegen kommen. Dies stellt eine höhere Sicherheit gegen Havarien im Bereich des Schiffsbodens und der Schiffseiten dar.The drive units including their nozzle are arranged in coordination with the other contour so that they come to rest within the hull contour. This represents a higher security against accidents in the area of the ship's bottom and the ship's sides.
Die Schrägfläche des Bugbereichs ist mindestens längs der Mittschiffslinie flachbogenförmig ausgebildet und weist insbesondere quer zur Mittschiffslinie im Vertikalschnitt etwa eine V-förmige breite Kontur auf, die speziell einen stumpfen Winkel bildet. Im Bereich der Kufen entsteht im Vertikalschnitt etwa eine M-Form, deren äußere Schenkel in die Form der Kufen übergehen.The oblique surface of the bow region is flat-shaped at least along the midship line and has, in particular, transversely to the midship line in vertical section approximately a V-shaped wide contour, which forms an obtuse angle specifically. In the area of the runners, a vertical section is used to create an M-shape whose outer legs change into the shape of the runners.
In einer Seitenansicht auf dem Bugbereich ist die Formgebung derart, dass ein vorderer und ein achterlicher Schrägbereich gebildet ist, wobei etwa in der Mitte der Längserstreckung des Bugbereiches ein weitgehend horizontal verlaufender Zwischenstufenbereich vorgesehen ist.In a side view on the bow area, the shaping is such that a front and a rearward oblique area is formed, wherein approximately in the middle of the longitudinal extent of the bow area, a largely horizontally extending intermediate step area is provided.
In diesem Zwischenstufenbereich sind vorteilhafterweise die Antriebseinheiten platziert, um hydrodynamisch günstige Anström- und Abströmbedingungen in Fahrt des Schiffes zu erreichen.In this intermediate stage, the drive units are advantageously placed in order to achieve hydrodynamically favorable inflow and outflow conditions while the ship is in motion.
Der vordere und achterliche Schrägbereich kann zusammen mit dem Zwischenbereich auch im Hinblick auf die optimale Geschwindigkeit des Schiffes als ballig geformte kon-
tinuierlich verlaufende Fläche ausgebildet sein.The anterior and stern oblique areas, together with the intermediate area, may also be considered spherically shaped in view of the optimum speed of the vessel. be formed continuously running surface.
In dieser Art wird eine relativ flachbogenförmige, einteilige Fläche erzeugt, die die Strömungsdynamik insbesondere im Bereich der Gondel der Antriebseinheit, noch verbessert.In this way, a relatively flat-arch-shaped, one-piece surface is produced which further improves the flow dynamics, in particular in the region of the nacelle of the drive unit.
Die Antriebseinheiten sind mit Abstand zur achterlichen Begrenzung beziehungsweise Kante der entsprechenden Kufe angeordnet, so dass eine gute Anströmung der Antriebseinheiten erreicht wird.The drive units are arranged at a distance from the aft boundary or edge of the corresponding runner, so that a good flow of the drive units is achieved.
Die Kufen werden zweckmäßigerweise im Hinblick auf den Schiffstyp und dessen Tiefgangbereich in ihrer Höhe und Formgebung auf eine hydrodynamisch optimale Wirkung ausgelegt und adaptiert. Hierzu kann die Anpassung der Vertikalerstreckung der Kufe ebenso wie eine Verdrehung oder ein Twisten des Profils der Kufe oder die Veränderung der Krümmung und Dicke der Kufe und auch der Anstellwinkel der Kufen gegenüber der Mittschiffslinie, aber auch die Anbringungsposition der Kufen selbst am Bug, beitragen.The runners are expediently designed and adapted in terms of the type of ship and its draft range in height and shape to a hydrodynamically optimal effect. For this purpose, the adaptation of the vertical extent of the runner as well as a twist or a twist of the profile of the runner or the change in the curvature and thickness of the runner and also the angle of attack of the skids against the midships line, but also the mounting position of the runners even at the bow, contribute.
Bei bestimmten Ausstellwinkeln der Kufen gegenüber der Mittschiffslinie kann es sinnvoll sein, am unteren Ende der Kufen ein Leitelement zu integrieren, dass eine Um- strömung der Kufen unterkante in Querrichtung unterbindet oder reduziert oder Zopfwirbel verhindert.At certain angles of inclination of the skids relative to the midships line, it may be useful to integrate a guide element at the lower end of the runners, which prevents or reduces flow around the runners lower edge in the transverse direction or prevents pigtails.
Eine flössen- beziehungsweise finnenartig ausgelegte Kufe kann daher einen vorderen und unteren Anströmbereich etwa die Form eines „J" haben. Die Unterseite einer derartigen Kufe liegt vorteilhafterweise auf oder innerhalb der Verlängerungsebene des Schiffsbodens.Therefore, a runner designed in the form of a ridge or a fin can have a front and a lower inflow region of approximately the shape of a "J", and the underside of such a runner advantageously lies on or within the extension plane of the ship's bottom.
Die Positionierung der Kufen kann zweckmäßigerweise so getroffen werden, dass der vordere Anströmbereich der Kufe etwa vertikal in den stirnseitigen Bugbereich übergeht.The positioning of the skids can be suitably made so that the front inflow of the blade passes approximately vertically in the frontal bow area.
Abhängig von der gegebenenfalls vorgegebenen Schrägfläche des Bugbereiches, dem Bereich des Tiefganges bei beladenem und leerem Schiff, ebenso wie von dem Bereich der Fahrtgeschwindigkeit, kann die Kufe auch nach Achtern in Richtung zur Antriebseinheit versetzt sein.
Die Schrägfläche bildet vorteilhafterweise im Bereich der Kufen mit diesen einen bug- seitigen mittigen Schrägflächenkanal, der nach achtern hinter den offenen Strömungsbereichen in den horizontalen Schiffsboden ausläuft.Depending on the optionally predetermined oblique surface of the bow region, the range of draft for loaded and empty ship, as well as on the range of travel speed, the runner can also be offset to the aft in the direction of the drive unit. The inclined surface advantageously forms in the region of the skids with these a bow-sided central inclined surface channel, which terminates aft behind the open flow areas in the horizontal ship's floor.
Vorteilhafterweise hat sich bei einem Binnenschiff mit Schrägfläche im Bugbereich eine Längserstreckung der Kufen bei etwa 1/6 der Länge der Schrägfläche als besonders strömungsgünstig erwiesen. Abhängig von den Schiffsgegebenheiten kann die Längserstreckung der Kufen aber auch etwa 1/8 bis 1/3 der Länge der Schrägfläche betragen. Die Form und Länge der Kufen ist insbesondere von der Schiffsgeschwindigkeit im Sinne der optimalen Fahrtgeschwindigkeit abhängig.Advantageously, in an inland vessel with an inclined surface in the bow region, a longitudinal extension of the runners at about 1/6 of the length of the inclined surface has proved to be particularly aerodynamic. Depending on the ship conditions, however, the longitudinal extent of the runners can also be about 1/8 to 1/3 of the length of the inclined surface. The shape and length of the runners is particularly dependent on the ship's speed in terms of optimum travel speed.
Ein Wasserfahrzeug mit einem derart ausgelegten Bugbereich wird antriebstechnisch auch im Heckbereich gleichartige Propulsionsantriebe aufweisen.A watercraft with such a designed bow area will also have similar propulsion drives in the rear area.
Diese Antriebe können in der vertikalen Ebene im Bezug auf die Propellernasenachse in Richtung der Strömungsfäden angestellt sein. In der horizontalen Ebene lassen sich beide Propulsionsantriebe entsprechend der Fahrtgeschwindigkeit und der durch engeThese drives may be employed in the vertical plane with respect to the propeller nose axis in the direction of the flow filaments. In the horizontal plane, both propulsion drives can be adjusted according to the speed of travel and by close
Fahrwasser erzeugten sich ändernden Zuströmung anstellen.Fairways generated a changing inflow.
Im Hinblick auf die Anbringungen dieser heckseitigen Propulsionsantriebe und einer möglichst großen Verdrängung läuft der Schiffsboden im Heckbereich sehr flach nach achtern aus und ist zur Richtungsstabilisierung mit einem mittigen Totholz ausgestattet.With regard to the attachments of these rear propulsion drives and the greatest possible displacement of the ship's bottom runs in the rear very flat aft and is equipped for directional stabilization with a central deadwood.
Da insbesondere bei langsamer Fahrt des Schiffes der zweckmäßigerweise als Kastenheck ausgelegte Heckbereich entsprechend den Testerkenntnissen etwas tiefer eintaucht, bildet sich dort frühzeitig eine Totwasserzone und Wirbelschleppe. Dies bedeutet jedoch eine Erhöhung des Fahrtwiderstandes.Since, in particular, when the ship is traveling slowly, the tail area expediently designed as a box tail sinks in somewhat deeper, in accordance with the test findings, a dead-water zone and wake turbulence form there early. However, this means an increase in the driving resistance.
Zur Reduzierung der auftretenden Totwasserwirbel wird das Heck daher mit einer wirbelbildenden querverlaufenden und nach hinten offenen Rinne bzw. Wirbelrinne versehen.To reduce the occurring Totwasserwirbel the tail is therefore provided with a vortex-forming transverse and open to the rear gutter or gutter.
Auf diese Weise werden gezielt stabile kleine Abrisswirbel erzeugt, so dass der Fahrtwiderstand erheblich reduziert werden kann.In this way, specifically stable small demolition vortices are generated, so that the driving resistance can be significantly reduced.
Die Wirbelrinne, die in Querrichtung des Schiffes gesehen etwa einem längs aufgeschnittenem Rohr mit der Öffnung nach hinten gleicht und als untere Heckkante eingesetzt wird, reduziert bzw. eliminiert die achterlich auftretende Totwasserzone und die relativ große, instabile Wirbelschleppe, so dass beim Eintauchen dieser Wirbelrinne am Heck des Schiffes stabile Ablöseheckwirbel erzeugt werden.
In einer einfachen Form hat die Wirbelrinne etwa die Kontur eines Teilkreises von bis zu 180°. Im Hinblick auf die optimale Schiffsgeschwindigkeit können auch davon abweichende Formen, wie z.B. leicht elliptisch vorgesehen werden.The gutter, seen in the transverse direction of the ship as a longitudinally cut tube with the opening to the rear and is used as the lower tail edge, reduces or eliminates the aft occurring dead water zone and the relatively large, unstable wake vortices, so that when dipping this gutter on Stern of the ship to be generated stable detachment tail. In a simple form, the gutter has approximately the contour of a pitch circle of up to 180 °. With regard to the optimal ship speed, it is also possible to provide deviating shapes, such as, for example, slightly elliptical.
Die übliche Ruderwirkung im Heckbereich wird hierbei zum Beispiel durch die Drehbarkeit der Antriebseinheiten gewährleistet. Das Totholz und die Wirbelrinne können aus Metall oder einer starren Kunststoffkomposition bestehen. Für die Antriebs- und Steuerwirkung werden die Propulsionseinheiten im Abstand nach achtern versetzt zum Totholz angeordnet.The usual rudder effect in the rear area is ensured here, for example, by the rotatability of the drive units. The deadwood and the gutter can be made of metal or a rigid plastic composition. For the drive and control effect, the propulsion units are arranged at a distance offset aft to the deadwood.
Dies führt zu einer Erhöhung der Propulsionswirkungsgraden und damit zur Reduzierung des erforderlichen Vortriebesleistung.This leads to an increase in the Propulsionswirkungsgrade and thus to reduce the required propulsive power.
Die in den Strömungsbereichen beziehungsweise Strömungskanälen durch die Unterwasserform des Bugbereichs erzeugte Hauptströmungsrichtung bildet etwa einen spitzen Winkel zur Mittschiffslinie, so dass die sich im Schrägflächenbereich ansammelnden Wassermassen gut in die beiderseitigen Strömungsbereiche abgeleitet werden können. Die Hauptströmungsrichtung in den Strömungsbereichen beträgt etwa 10° bis 45°, mit einer vorzugsweisen Ausrichtung bei etwa 22° zur Mittschiffslinie.The main flow direction generated in the flow regions or flow channels through the underwater shape of the bow region forms approximately at an acute angle to the midship line, so that the water masses accumulating in the inclined surface region can be well diverted into the mutual flow regions. The main flow direction in the flow areas is about 10 ° to 45 °, with a preferred orientation at about 22 ° to the midship line.
Die lichte Höhe der Strömungsbereiche beziehungsweise Strömungskanäle gestattet die vollständige Aufnahme der entsprechenden Antriebseinheit, zumindest in fluchtende Ausrichtung mit dem Schiffsboden.The clear height of the flow regions or flow channels allows the complete absorption of the corresponding drive unit, at least in alignment with the ship's bottom.
Im Hinblick auf eine weitere Reduzierung des Strömungswiderstandes am Unterwasserschiff hat sich gezeigt, dass die Relation der Längserstreckung der Kufen zur Länge der gesamten Schrägfläche beziehungsweise zum achterlichen Ausströmbereich der Strömungskanäle von besonderer Bedeutung ist.With regard to a further reduction of the flow resistance on the underwater hull, it has been found that the relation of the longitudinal extent of the skids to the length of the entire inclined surface or to the aft discharge region of the flow channels is of particular importance.
Aufgrund der strömungsdynamischen Formgebung des Bugbereichs wird für die vorderen Antriebseinheiten trotz Anstellwinkels im Strömungskanal ein nahezu gleicher Pro- pulsionswirkungsgrad erreicht, wie mit den achtern platzierten Propulsionseinheiten.Due to the flow-dynamic shaping of the bow area, an almost equal impulse efficiency is achieved for the front drive units despite the incidence angle in the flow channel, as with the aft-positioned propulsion units.
Die erfindungsgemäße Formgebung des Bugbereichs einschließlich Gestaltung und Platzierung der Kufen können in ihrer Wirkung mit dem bekannten Wulstbugs bei Schiffen vergleichen werden. Nachteile des Wulstbugs können jedoch vermieden werden. So tritt beim erfindungsgemäßen Bug mit Kufen keine Verlängerung des Schiffes zwischen den Loten auf. Dies ist insbesondere für das Befahren von gegebenen Schleusenlän-
gen mit Binnenschiffen ein wichtiger Aspekt, weshalb bei Binnenschiffen üblicherweise auf einen Wulstbug verzichtet wird.The shaping of the bow area according to the invention including the design and placement of the runners can be compared in their effect with the well-known Wulstbugs in ships. However, disadvantages of the bulge bugs can be avoided. So occurs in the bow according to the invention with runners no extension of the ship between the solders. This is especially true for driving on given lock With inland waterway vessels, this is an important aspect, which is why inland vessels usually do without a bulge.
Ein Wulstbug ist üblicherweise für einen bestimmten Tiefgang eines Schiffes hydrodynamisch optimiert. Die Bugform gemäß der Erfindung erlaubt demgegenüber größere Freiheitsgrade, wobei sich die positiven Effekte auch bei unterschiedlichen Tiefgängen des Schiffes einstellen und vorhanden sind. Die Formgebung und Platzierung der Kufen, gegebenenfalls auch mit unterschiedlichem Anstellwinkel, lässt eine hohe Anpassungsflexibilität für den Schiffskonstrukteur zu, um auch bei unterschiedlichem Tiefgang eines Schiffes eine hydrodynamisch optimale Wirkung im Hinblick auf eine partielle oder weitgehende Egalisierung der durch Schiffskörper und Kufen erzeugten Wellensysteme zu erreichen.A bulbous bow is usually hydrodynamically optimized for a given draft of a ship. The bow shape according to the invention, in contrast, allows greater degrees of freedom, with the positive effects also being set and present at different depths of the ship. The design and placement of the runners, possibly also with different angles of attack, allows a high flexibility of adaptation for the ship designer to achieve a hydrodynamic optimum effect with regard to a partial or extensive leveling of the wave systems generated by hull and runners even with different draft of a ship ,
Das erfindungsgemäße Konzept der Bugform mit Kufen, zum Beispiel mit Flossenkufen, bedingt keine Verlängerung des Schiffes, wie mit einem Wulstbug. Zudem wird mit weniger Volumen, speziell bei den Kufen, eine bessere Interferenz auf die Wellensysteme erreicht. Die Kufen lassen sich auch viel unabhängiger entwerfen und konfigurieren als dies ein Bugwulst zulässt, der in den Gesamtentwurf eines Schiffes von vornherein integriert werden muss. Kufen und Bug erlauben es daher dem Schiffskonstrukteur, zum Beispiel anhand der Spantarealkurve (vgl. "Hydromechanik zum Schiffsentwurf", 3. Auflage von 1988, Prof. Dr. Ing. Schneekluth, Koehler-Verlag), hydrodynamische Zielvorgaben besser umsetzen zu können.The inventive concept of the bow shape with skids, for example with Flossenkufen, requires no extension of the ship, as with a bulge. In addition, with less volume, especially at the runners, a better interference with the wave systems is achieved. The runners can also be designed and configured much more independently than a bow bead, which must be integrated into the overall design of a ship from the outset. Skids and bow therefore allow the ship's designer, for example, to be able to better implement hydrodynamic targets by means of the span-oriented curve (see "Hydromechanics for Ship Design", 3rd edition of 1988, Prof. Dr. Ing. Schneekluth, Koehler-Verlag).
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Kufen unterstützen die Geradeaus- Laufeigenschaften des entsprechend ausgestatteten Schiffes in Vorausfahrt und in Rückwärtsfahrt, so dass die Kursstabilität des fahrenden Schiffsrumpfes für beide Fahrtrichtungen gewährleistet ist. In Verbindung mit der Bugform schützen die Kufen die vorderen Antriebseinheiten und sichern die Propulsionseffizienz dieser Antriebe. Dies gilt insbesondere bei Havarien des Schiffes an Böschungen oder bei Grundberührungen. Die gute Manövrierfähigkeit eines entsprechenden Schiffes mit Kufen wird aufrecht erhalten.The skids provided according to the invention support the straight-ahead running properties of the correspondingly equipped ship in forward travel and in reverse travel, so that the course stability of the moving ship's hull is ensured for both directions of travel. In conjunction with the bow shape, the runners protect the front drive units and ensure the propulsion efficiency of these drives. This applies in particular to ship accidents on embankments or during ground touches. The good maneuverability of a corresponding ship with runners is maintained.
Die erfindungsgemäße Bug- und Kufengeometrie ist auch bei anderen Wasserfahrzeugen ohne vordere Antriebseinheiten möglich. Zum Beispiel können erfindungsgemäße Kufensysteme auch bei Wasserfahrzeugen mit Leichterbug- oder ein Pontonbugform ausgestattet oder sogar nachgerüstet werden. Auch hierbei kann die Reduzierung der
zwei Wellensysteme, welche durch Schiffsrumpf und Kufen erzeugt werden, aufgrund der Überlagerung von Über- und Unterdruckfeldern, erreicht werden.The bow and runner geometry according to the invention is also possible with other watercraft without front drive units. For example, skid systems according to the invention can also be equipped or even retrofitted with light rail or pontoon bow shapes in the case of vessels. Again, the reduction of two wave systems, which are generated by hull and skids, due to the superposition of positive and negative pressure fields, can be achieved.
Da die Kufen ein separates Bauteil eines Wasserfahrzeugs darstellen, können sie auch bei jeder geeigneten Schiffsform eingesetzt oder nachgerüstet werden. Die Form und Lage der Kufen ist jeweils auf die Bugform und die Geschwindigkeit des Wasserfahrzeugs abzustimmen.Since the skids represent a separate component of a watercraft, they can also be used or retrofitted with any suitable ship shape. The shape and position of the runners must be adjusted to the shape of the bow and the speed of the vessel.
Das erfindungsgemäße Bug- und Kufenkonzept zeigt auch, dass ein entsprechend ausgestattetes Schiffs aufgrund des schnell erreichbaren „Volumens" im Bugbereich, bei Seegang deutlich weniger zum Eintauchen beziehungsweise tiefen Einfahren in die Welle neigt, als ein herkömmlicher Bug. Man reduziert damit auch die Vertikalbewegung des Bugs und das Abbremsen des Schiffes beim Einfahren in die Welle. Letztlich wird dadurch eine höhere Durchschnittsgeschwindigkeit des Schiffes bei gegebener Vortriebsleistung erreicht.The bow and skate concept according to the invention also shows that a suitably equipped ship, due to the quickly attainable "volume" in the bow area, is much less prone to plunge or deep into the wave than a conventional bow Bugs and the deceleration of the ship when entering the shaft, which ultimately results in a higher average speed of the ship for a given propulsion power.
Die entsprechende Auslegung eines Schiffes mit erfindungsgemäßer Bug- und Kufenform bringt daher einerseits eine große Stabilität für das Schiff mit, wobei bis zu einer gegebenen Grenzgeschwindigkeit dies nicht mit einer hohen Vortriebsleistung erkauft werden muss. Die genannten Faktoren bringen daher eine erhebliche Energieeinsparung für die Antriebseinrichtungen und den Schiffsbetrieb.The corresponding design of a ship with bow and runner shape according to the invention therefore entails, on the one hand, a high degree of stability for the ship, whereby up to a given limit speed this does not have to be paid for with a high propulsion power. The above factors therefore bring a significant energy savings for the drive equipment and ship operation.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert, wobei auch Entstehungskonzepte einbezogen sind. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to schematic drawings of several embodiments, including design concepts are included. Show it:
Fig. 1A einen erfindungsgemäßen Bugbereich eines Wasserfahrzeuges in perspektivischer Ansicht von unten und von steuerbord;FIG. 1A shows a bow region of a watercraft according to the invention in a perspective view from below and from starboard; FIG.
Fig. 1 B eine Ansicht von vorn auf den Bugbereich gemäß Fig. 1 ;Fig. 1B is a front view of the bow area of Fig. 1;
Fig. 2 eine strömungsdynamisch modifizierte Unterwasserform des Bugbereichs ähnlich der Figur 1A;FIG. 2 shows a flow-dynamics-modified underwater shape of the bow region similar to FIG. 1A; FIG.
Fig. 3 eine etwas verkleinerte Ansicht auf die Steuerbordseite des Beispieles nach Fig. 1 und 2 mit den horizontalen Schnittlinien A-A etwa bei Leerfahrt des Schiffes und mit dem Schnitt B-B bei beladenem Schiff;
Fig. 4 die Schnittdarstellung entsprechend der Linie A-A aus Fig. 3; Fig. 5 die Schnittdarstellung entsprechend der Linie B-B aus Fig. 3;Fig. 3 is a somewhat reduced view of the starboard side of the example of Figure 1 and 2 with the horizontal section lines AA approximately when empty of the ship and with the section BB with loaded ship. Fig. 4 is a sectional view taken along the line AA of Fig. 3; Fig. 5 is a sectional view taken along line BB of Fig. 3;
Fig. 6 eine schematische Ansicht des Heckteils eines entsprechend ausgestatteten Wasserfahrzeuges;Fig. 6 is a schematic view of the rear part of a suitably equipped watercraft;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht auf einen Bugbereich von unten und von steuerbord als Beispiel im Rahmen des Entwicklungskonzeptes, und7 is a perspective view of a bow area from below and from starboard as an example in the context of the development concept, and
Fig. 8 ein weiteres schematisches Beispiel auf einen anderen Bugbereich von unten und der Backbordseite entsprechend einer früheren Phase des Entwicklungskonzeptes.8 shows another schematic example of another bow area from below and to the port side corresponding to an earlier phase of the development concept.
In Fig. 1A ist ein erfindungsgemäßer Bugbereich eines Wasserfahrzeuges beziehungsweise Schiffes 1 mit Ansicht von unten und auf die Steuerbordseite dargestellt. Der Bugbereich 2 weist eine Unterwasserfläche als Schrägfläche 10 auf, die längs der Mittschiffslinie 3 flachbogenförmig ausgelegt ist und vorne in eine quer verlaufende Stirnseite 13 des Buges nach oben ausläuft.In Fig. 1A, an inventive bow area of a watercraft or ship 1 is shown with view from below and to the starboard side. The bow portion 2 has an underwater surface as an inclined surface 10, which is flat-shaped along the midship line 3 and expires at the front in a transverse end face 13 of the bow upwards.
Bei Betrachtung der Steuerbordseite 21 wird erkennbar, dass der im Wesentlichen in Form eines Keils gestaltete Bugbereich 2 in die Steuerbordseite 21 mit zwei Schrägbereichen 23, 24 und einen dazwischenliegenden Zwischenstufenbereich 25 ausläuft. Während der vordere Schrägbereich 23 und der achterliche Schrägbereich 24 etwa eine Neigung bei 45° gegenüber der Hauptdeckebene des Schiffes 1 haben, verläuft der dazwischenliegende Zwischenstufenbereich 25 nahezu horizontal. Dieser Zwischenstufenbereich kann jedoch auch mit geringer Neigung nach achtern angeordnet sein.Looking at the starboard side 21, it can be seen that the bow portion 2, which is essentially in the form of a wedge, terminates in the starboard side 21 with two oblique areas 23, 24 and an intermediate step area 25 therebetween. While the front oblique region 23 and the rearward oblique region 24 have approximately an inclination at 45 ° with respect to the main ceiling plane of the ship 1, the intervening intermediate region region 25 runs almost horizontally. However, this intermediate stage area can also be arranged aft with little inclination.
Im dargestellten Beispiel nach den Figuren 1A bis 5 sind im vordersten Bereich des Bugbereichs 2 steuerbord- und backbordseitig jeweils eine Kufe 5 und 6 in Art einer Flossenkufe, deren vorderer und unterer Anströmbereich etwa die Form eines „J" aufweist, platziert. Diese Kufen 5, 6 stellen Führungselemente dar, die einerseits die Geradeausfahrt des Schiffes 1 stabilisieren. Noch wesentlicher ist jedoch bei diesen in der Längsrichtung des Schiffes 1 sehr kurz gestalteten Kufen 5, 6, dass diese zusätzlich zu dem durch das eigentliche Schiff 1 und den Bugbereich 2 erzeugte erste Wellensystem, ein zweites Wellensystem erzeugen, das sich dem ersten Wellensystem überlagert und
somit mindestens partiell eine Reduzierung oder sogar Auslöschung beider Wellensysteme herbeiführen kann.In the example shown according to Figures 1A to 5 are in the foremost area of the bow area 2 starboard and port side each a runner 5 and 6 in the manner of a fin runner whose front and bottom Anströmbereich approximately the shape of a "J", placed Figure 6 illustrates guide elements which, on the one hand, stabilize the straight-ahead travel of the ship 1. However, these runners 5, 6, which are very short in the longitudinal direction of the ship 1, are even more important in that they are generated by the actual ship 1 and the bow area 2 generate first shaft system, a second shaft system, which is superimposed on the first shaft system and Thus, at least partially, a reduction or even extinction of both wave systems can bring about.
In dem Zwischenbereich zwischen achterlicher Kante beziehungsweise Abströmbereich der Kufe 5 und 6 wird nahezu bis in den Bereich des horizontalen Schiffsbodens 11 seitlich ein Strömungsbereich 27 beziehungsweise Strömungskanal gebildet, der nach unten und zur Seite offen ist.In the intermediate region between the aft edge and outflow region of the runners 5 and 6, a flow region 27 or flow channel is formed laterally almost to the region of the horizontal ship bottom 11, which is open at the bottom and to the side.
In diesem Strömungsbereich 27 ist am etwa horizontal verlaufenden Zwischenstufenbereich 25 oder im integrierten Bereich 26 (Fig. 2) dieser Fläche mit den Schrägbereichen 23, 24 eine entsprechende Antriebseinheit 17 oder Propulsionseinheit angeordnet. Gleiches gilt für die Backbordseite mit der Antriebseinheit 18 und den mit 28 bezeichneten Strömungsbereich.In this flow region 27, a corresponding drive unit 17 or propulsion unit is arranged on the approximately horizontally extending intermediate step region 25 or in the integrated region 26 (FIG. 2) of this surface with the oblique regions 23, 24. The same applies to the port side with the drive unit 18 and the flow area designated 28.
Wie deutlicher aus der Fig. 4 erkennbar, sind die Kufen 5, 6 im Beispiel mit einem kleinen Anstellwinkel nach vorne ausgerichtet, so dass die Verlängerungslinien der Kufen 5, 6 mit der Mittschiffslinie 3 einen spitzen Winkel bilden würden. Die strömungsdynamische Auslegung der Schrägfläche 10 stellt im Zusammenwirken mit den Kufen 5, 6 und den Strömungsbereichen 27 beziehungsweise 28 eine optimale Anströmung der Propulsionseinheiten 17 beziehungsweise 18 sicher. Die in dieser Weise zur Propulsionseinheit 17 beziehungsweise 18 anströmenden Wasservolumen werden durch die Propulsionseinheit angesaugt und mit geringer Schrägstellung nach achtern und seitlich nach außen gedrückt.As can be seen more clearly from FIG. 4, the skids 5, 6 are aligned in the example with a small angle of attack forward, so that the extension lines of the runners 5, 6 would form an acute angle with the midship line 3. The flow-dynamic design of the inclined surface 10, in cooperation with the runners 5, 6 and the flow regions 27 and 28, respectively, ensures optimum flow of the propulsion units 17 and 18, respectively. The water volumes flowing in this way to the propulsion unit 17 or 18 are sucked in by the propulsion unit and pressed aft and laterally outwards with a slight inclination.
Hydrodynamisch hat sich hierbei gezeigt, dass aufgrund dieser Geometrie und Anordnung der im Bugbereich vorhandenen wesentlichen Elemente und der Formgebung, auch der Coanda-Effekt vermieden werden kann.Hydrodynamically, it has been shown that due to this geometry and arrangement of the essential elements present in the bow region and the shaping, the Coanda effect can also be avoided.
Die Antriebseinheiten 17, 18 sind über Halterungen 29 am Zwischenstufenbereich 25 befestigt, wobei jedoch die Drehbarkeit und Ausrichtung der Antriebseinheiten zweckmäßigerweise von 0 bis 360° sichergestellt.The drive units 17, 18 are fastened via holders 29 on the intermediate-stage region 25, but the rotation and alignment of the drive units are expediently ensured from 0 to 360 °.
Die Darstellung nach Figur 2 zeigt schematisch die Ansicht auf einen modifizierten Bugbereich 2 von unten, wobei nur die Backbord-Hälfte dargestellt ist und eine symmetrische Ergänzung zur Mittschiffslinie 3 in der konkretisierten Form vorliegt. Der wesentliche Unterschied zur Form nach Figur 1A liegt darin, dass die Schrägflächenbereiche 23, 24 und der Zwischenbereich 25 (Figur 1A) bei dieser Ausführungsform als eine kontinuierlich vom Bug 13 in den achterlichen Bereich der Antriebseinheit
18 verlaufende flachbogenförmige Kontur ausgebildet ist. Diese ballige Fläche 26 bildet daher die obere Fläche des Strömungskanales 30, in dessen rückwärtigen Bereich die Gondel der Antriebseinheit 18 angeordnet ist.The representation of Figure 2 shows schematically the view of a modified bow area 2 from below, with only the port half is shown and there is a symmetrical complement to the midship line 3 in the concrete form. The essential difference from the shape according to FIG. 1A is that the inclined surface regions 23, 24 and the intermediate region 25 (FIG. 1A) in this embodiment are considered to be continuous from the bow 13 to the aft region of the drive unit 18 extending flat-arc-shaped contour is formed. This spherical surface 26 therefore forms the upper surface of the flow channel 30, in the rear region of the nacelle of the drive unit 18 is arranged.
Schematisch ist auch am unteren Bereich der flossenartigen Kufe 6 ein erstes, unteres Leitformteil 34 an der Unterkante und ein zweites achterliches Leitformteil 35 an der rückwärtigen Kante der Kufe dargestellt.Schematically, a first, lower Leitformteil 34 is shown at the lower edge and a second aft Leitformteil 35 at the rear edge of the runner at the bottom of the fin-like runner 6.
Die Form der Leitformteile 34, 35 wird auf die optimale Betriebsgeschwindigkeit des Schiffes abgestellt. Strömungsdynamisch werden dadurch Zopfwirbel an der achterlichen Kante der Kufe 6 bzw. an der Unterkante Umströmungseffekte verhindert.The shape of the Leitformteile 34, 35 is turned off on the optimal operating speed of the ship. As a result of this flow dynamics, pigtail swirls on the aft edge of the runner 6 or on the lower edge of flow-through effects are prevented.
Die beiden Schrägbereiche 23 und 24 nach Figur 1A werden daher zusammen mit dem Zwischenstufenbereich 25 sozusagen in einer Linie und durchgehenden Bogenform mit leicht balliger und gegebenenfalls nach außen angeschrägter Form zusammengefasst. Dies verbessert insbesondere die hydrodynamische Form bei geringeren Schiffsgeschwindigkeiten.The two oblique regions 23 and 24 according to FIG. 1A are therefore summarized, so to speak, together with the intermediate step region 25 in a line and a continuous arc shape with a slightly convex and optionally outwardly tapered shape. This improves in particular the hydrodynamic shape at lower ship speeds.
Wie klarer in der Fig. 1 B erkennbar ist, wird die gesamte Gondel der Antriebseinheiten einschließlich Strömungsring mit Abstand zur achterlichen Kante der Kufen 5 beziehungsweise 6 angeordnet und des Weiteren innerhalb der Kontur des Schiffsrumpfes 1 platziert.As can be seen more clearly in FIG. 1B, the entire nacelle of the drive units, including the flow ring, is arranged at a distance from the aft edge of the runners 5 and 6, respectively, and further placed within the contour of the hull 1.
Die Antriebseinheiten 17, 18 werden daher im Bugbereich 2 im Hinblick auf Grundberührung oder Havarien in Böschungsbereichen von Flüssen und Kanälen einerseits durch die vorgelagerten Kufen 5, 6 geschützt und profitieren andererseits von ihrer Anordnung innerhalb der Schiffsrumpfkontur.The drive units 17, 18 are therefore protected in the bow area 2 with respect to ground contact or accidents in embankment areas of rivers and canals on the one hand by the upstream runners 5, 6 and on the other hand benefit from their arrangement within the ship's hull contour.
Das Beispiel nach den Figuren 1A bis 5 zeigt schematisch eine geeignete Kufe 5 beziehungsweise eine Flossenkufe, die im Schnitt (Fig. 4, 5) etwa längliche Tropfenform aufweist. Sowohl die Querschnittskontur der entsprechenden gewählten Kufen 5 als auch ihre Platzierung im Bugbereich beziehungsweise im Bereich des vorderen Schrägbereiches 23 sind abhängig vom Schiffstyp, von der Schiffsgeschwindigkeit und der entsprechenden Keilform des Buges so zu wählen und zu platzieren, dass hydrodynamisch der bestmögliche Wirkungsgrad im Hinblick auf die weitestgehende Auslöschung der Wellensysteme in Kombination mit bestmöglicher Anströmung der Antriebseinheiten erreicht wird.
Die im Beispiel der Figuren 1A bis 5 dargestellten Kufen 5, 6 stellen eine Art Finnen dar. Entsprechend Fig. 1 geht der vordere Anströmbereich der Kufen 5, 6 etwa vertikal in die Stirnseite 13 des Bugs über. Der untere Bereich ist bogenförmig geformt, wobei die untere Seite weitgehend horizontal ausgerichtet ist und in der Ebene des Schiffsbodens 11 etwa verläuft (Fig. 1B).The example according to FIGS. 1A to 5 schematically shows a suitable runner 5 or a runner, which has an approximately oblong teardrop shape in section (FIGS. 4, 5). Both the cross-sectional contour of the corresponding selected skids 5 and their placement in the bow region or in the region of the front oblique region 23 are dependent on the type of ship to choose from the ship speed and the corresponding wedge shape of the bow and place hydrodynamically the best possible efficiency in terms of the most extensive extinction of the shaft systems in combination with the best possible flow of the drive units is achieved. The skids 5, 6 illustrated in the example of FIGS. 1A to 5 represent a type of fin. According to FIG. 1, the front approach area of the runners 5, 6 passes approximately vertically into the end face 13 of the bow. The lower portion is arcuately shaped with the lower side substantially horizontally oriented and approximately extending in the plane of the ship bottom 11 (Figure 1B).
Die Ansicht auf den Bugbereich 2 nach Fig. 1B von vorn zeigt die Mittschiffslinie 3 und die Schrägfläche 10.The view of the bow area 2 according to FIG. 1B from the front shows the midship line 3 and the inclined surface 10.
Unter Berücksichtigung der Schnitte nach Fig. 4, 5 wird erkennbar, dass die Schrägfläche 10 insbesondere im vorderen Bereich eine V-förmige Form aufweist, welche sich nach achtern verbreitert beziehungsweise öffnet und einen größeren stumpfen Winkel bildet, der letztlich in den horizontalen Schiffsboden 11 ausläuft. Die Antriebseinheiten 17, 18 im Bugbereich saugen, unterstützt durch auch im Heckbereich des Schiffes vorgesehene Antriebseinheiten, zunächst die Wassermassen im Bugbereich an und drücken diese über die Strömungsbereiche 27, 28 mit geringem Ausströmwinkel nach achtern. Die Form der Kufen 5, 6 unterstützt ebenso wie die Auslegung der Schrägfläche 10 und der Schrägbereiche 23, 24 eine optimale hydrodynamische Strömung, die letztlich zu einer Energieeinsparung bei den Antriebsaggregaten des Schiffs 1 führt.Taking into account the sections according to FIGS. 4, 5, it can be seen that the inclined surface 10 has a V-shaped form in particular in the front region, which widens or opens aft and forms a larger obtuse angle, which ultimately ends in the horizontal ship bottom 11 , The drive units 17, 18 suck in the bow area, supported by also provided in the rear of the ship drive units, first the water masses in the bow area and push them over the flow areas 27, 28 with a low outflow angle aft. The shape of the runners 5, 6 supports as well as the design of the inclined surface 10 and the inclined portions 23, 24 an optimal hydrodynamic flow, which ultimately leads to energy savings in the drive units of the ship 1.
Die Fig. 3 zeigt eine Ansicht auf die Steuerbordseite des Bugbereichs 2 des Beispieles nach Fig. 1A, 1B, 2. Hierbei sind Schnittlinien A-A eingezeichnet, was in etwa dem Tiefgang des Schiffes 1 bei einer Leerfahrt entsprechen kann.Fig. 3 shows a view on the starboard side of the bow portion 2 of the example of FIG. 1A, 1B, 2. Here, section lines A-A are drawn, which can correspond approximately to the draft of the ship 1 at a no-load.
Die Schnittlinie B-B verdeutlicht einen Tiefgang des Schiffes mit entsprechender Ladung, wobei bei voller Ausnutzung der Tragfähigkeit des Schiffes auch ein weiteres, tieferes Eintauchen in das Wasser möglich ist.The section line B-B illustrates a draft of the ship with appropriate cargo, with full utilization of the carrying capacity of the ship and a further, deeper immersion in the water is possible.
Die Bezugszeichen der Figuren 3, 4 und 5 entsprechen dabei den Bezugszeichen in den Figuren 1A, 1B, 2.The reference numerals of Figures 3, 4 and 5 correspond to the reference numerals in Figures 1A, 1B, 2.
Die Schnittdarstellung nach Fig. 4 längs der Linie A-A zeigt einerseits deutlich den Abstand zwischen achterlicher Strömungskante der Kufen 5, 6 und dem Beginn des Zwischenstufenbereiches 25. Des Weiteren ist die Mittschiffslinie 3 durch eine V-förmige Kontur charakterisiert, die sich als mittige „Kiellinie" von der Stirnseite 13 des Bugs in den horizontalen Schiffsboden 11 zieht. Des Weiteren sind unter der Berücksichtigung der Darstellung nach Fig. 3 die Halterun-
gen beziehungsweise Aufhängungen 29 für die Antriebseinheiten 17, 18 am Zwischenstufenbereich markiert.The sectional view of FIG. 4 along the line AA on the one hand clearly shows the distance between the aft flow edge of the skids 5, 6 and the beginning of the intermediate stage region 25. Furthermore, the midship line 3 is characterized by a V-shaped contour, which is a central "Kiellinie "pulls from the front side 13 of the bow into the horizontal ship bottom 11. Furthermore, taking into account the illustration according to FIG. gene or suspensions 29 for the drive units 17, 18 marked at the intermediate stage area.
Die Schnittdarstellung nach B-B, die sozusagen einen größeren Tiefgang des Schiffes 1 verdeutlicht, zeigt einerseits die Vergrößerung des stumpfen Winkels der Schrägfläche 10 längs der Mittschiffslinie 3, je weiter man in Richtung zur Stirnseite 13 einen Schnitt legen würde. Zum anderen ist erkennbar, dass die Kufen 5, 6 mit ihrem achterlichen Abströmbereich in den vorderen Schrägbereich 23 übergehen und daran angeordnet sind.The sectional view according to B-B, which illustrates a larger draft of the ship 1, so to speak, shows on the one hand the increase of the obtuse angle of the inclined surface 10 along the midship line 3, the further one would lay in the direction of the end face 13 a section. On the other hand, it can be seen that the runners 5, 6 pass with their aft discharge area into the front oblique area 23 and are arranged thereon.
Die Darstellung nach Fig. 6 zeigt schematisch und bruchstückartig den Heckbereich 31 eines mit einem erfindungsgemäßen Bug 2 ausgestatteten Schiffes 1.The representation of FIG. 6 shows schematically and in fragmentary form the rear region 31 of a ship 1 equipped with a bow 2 according to the invention.
Der Heckbereich 31 eines entsprechenden Schiffes wird daher vorteilhafterweise mit einem vom Schiffsboden 46 sehr flach nach achtern ansteigenden und auslaufendenThe rear portion 31 of a corresponding ship is therefore advantageously with a very flat from the ship's bottom 46 rising and leaving aft
Heckboden 48 ausgestattet.Rear floor 48 equipped.
Das als Kastenheck 41 geformte Heck 31 ist mit einer nach hinten offenen, etwa halb- schalenförmigen Wirbelrinne 40 versehen.The tail 31 shaped as a box tail 41 is provided with an approximately half-shell-shaped swirling channel 40 open to the rear.
Im Hinblick auf die Stabilität in Fahrtrichtung ist achtern ein „Totholz" 49 aus üblichemWith regard to the stability in the direction of travel is a "deadwood" 49 aft of usual
Schiffsmaterial, insbesondere aus Metall, vorgesehen. Mit Abstand zu diesem TotholzShip material, in particular of metal, provided. By far to this deadwood
49 können dann vorteilhafterweise beidseitig Propulsionseinheiten 45, vergleichbar der49 can then advantageously on both sides Propulsionseinheiten 45, comparable to
Anordnung im Bugbereich, angeordnet sein.Arrangement in the bow area, be arranged.
In Fig. 7 ist schematisch ein Bugbereich 130 im Entwicklungskonzept der Erfindung dargestellt.FIG. 7 schematically shows a bow region 130 in the development concept of the invention.
Es wird daher nur sehr kurz auf geometrische Funktionselemente dieses Bugbereiches 130 eingegangen. Es ist eine perspektivische Ansicht auf den Unterwasserbereich des Bugs 130 von unten und von Steuerbordseite dargestellt.It is therefore only very briefly on geometric functional elements of this bow area 130 received. It is a perspective view of the underwater area of the bug 130 shown from below and from the starboard side.
Zwischen den auf beiden Seiten vorgesehenen Führungselementen beziehungsweise Kufen 133 ist die Schrägfläche 134 längs der Mittschiffslinie 140 vorgesehen. In den seitlichen Strömungskanälen 138 beziehungsweise 139 sind entsprechende Propulsionseinheiten 145 platziert. Die Führungselemente 133 laufen dabei im vordersten Bugbereich weitgehend vertikal nach oben in die Stirnseite 136 des Bugs. Diese Zwischenform des Bugbereichs 130 weist schon erhebliche Verbesserung, zum Beispiel im Vergleich mit einem Leichterbug auf, der im Wesentlichen auch Keilform
hat. Strömungsdynamisch können jedoch die im Beispiel nach Fig. 7 gezeigten Bugelemente, insbesondere Führungselemente, noch vorteilhafter gestaltet werden.Between the guide elements or runners 133 provided on both sides, the oblique surface 134 is provided along the midship line 140. Corresponding propulsion units 145 are placed in the lateral flow channels 138 and 139, respectively. The guide elements 133 run in the front bow area largely vertically upwards into the end face 136 of the bow. This intermediate shape of the bow region 130 already has considerable improvement, for example in comparison with a lightweight bow, which is also essentially wedge-shaped Has. However, in terms of flow dynamics, the bow elements shown in the example according to FIG. 7, in particular guide elements, can be made even more advantageous.
Ein weiteres Beispiel der Entwicklungsphase ist mit dem Bugbereich 100 nach Fig. 8 dargestellt. Hierbei ist ebenfalls eine Ansicht von unten auf den Unterwasserbereich des Bugs 100, jedoch von Backbordseite, schematisch gezeigt.Another example of the development phase is illustrated with the bow area 100 of FIG. 8. Here is also a bottom view of the underwater area of the bug 100, but from port side, shown schematically.
Der in der Mitte liegende Schrägflächenbereich 101 wird beidseitig durch Führungselemente 125, 126 begrenzt. Die Schrägfläche 101 läuft nach achtern in den horizontalen Schiffsboden 111 aus. Im achterlichen Bereich der Führungselemente 125, 126 sind Strömungskanäle 127 beziehungsweise 128 gebildet. Diese Strömungskanäle 127, 128 sind nach achtern durch einen etwa leicht geneigt ansteigenden Bereich 123, 124 des Schiffsbodens 111 begrenzt.The lying in the middle inclined surface portion 101 is bounded on both sides by guide members 125, 126. The inclined surface 101 runs aft in the horizontal ship's floor 111. In the aft region of the guide elements 125, 126 flow channels 127 and 128 are formed. These flow channels 127, 128 are bounded aft by an approximately slightly inclined rising portion 123, 124 of the ship's bottom 111.
Die Linien 118 verdeutlichen unterschiedliche Tiefgänge des entsprechenden Schiffes. Dieser in Fig. 8 dargestellte Bugbereich 100 zeigt eine Zwischenphase der Geometrie des Unterwasserbereiches eines Schiffes, wobei damit einige Vorteile in strömungstechnischer Hinsicht erreichbar sind, aber essentielle, weitere vorteilhafte Effekte noch nicht realisiert werden.The lines 118 illustrate different depths of the corresponding ship. This bow area 100 shown in FIG. 8 shows an intermediate phase of the geometry of the underwater area of a ship, with which some advantages in terms of flow technology can be achieved, but essential, further advantageous effects are not yet realized.
Die Auslegung der beidseitigen Führungselemente als Kufen beziehungsweise Flossenkufen des Wasserfahrzeuges bringt daher zusammen mit der Gestaltung der Strömungsbereiche und der rückwärtigen Übergangsbereiche des Schiffsbodens eine strömungsdynamische Form, die eine hohe Leistungseffizienz für den Antrieb mit guten Sicherheitsanforderungen an die Auslegung des Bugbereiches koppelt. Die essentielle Wirkung verdeutlicht sich insbesondere durch die partielle Auslöschung beziehungsweise Reduzierung des durch den Schiffskörper erzeugten Wellensystems mit dem durch die Kufen erzeugten weiteren Wellensystems, wobei Strömungs- und Wellenturbulen- zeπ weitgehend vermieden, und Reibungsverluste zwischen Wasser und Schiffsrumpf reduziert werden, so dass eine hohe Leistungseffizienz erreicht wird.
The design of the two-sided guide elements as runners or Flossenkufen the watercraft therefore brings together with the design of the flow areas and the rear transition areas of the ship's bottom a fluid dynamic form that couples a high power efficiency for the drive with good safety requirements for the design of the bow area. The essential effect is illustrated in particular by the partial extinction or reduction of the shaft system generated by the hull with the additional shaft system generated by the skids, whereby flow and wave turbulence are largely avoided, and friction losses between the water and the hull reduced Power efficiency is achieved.
Claims
1. Wasserfahrzeug (1), insbesondere ein Schiff als Binnenschiff bzw. Küstenmotorschiff, mit einem Bugbereich (2; 130; 100) im Wesentlichen in Form eines Keils, der mittig eine etwa vom Bug nach achtern in den Schiffsboden (11; 146; 111) auslaufende Schrägfläche (10; 140; 101) aufweist, mit steuerbord- und backbordseitig vorgesehenen, die Schrägfläche (10; 140; 101) zumindest teilweise begrenzenden nach unten ragenden Führungselementen (5, 6; 133; 125, 126), dadurch gekennzeichnet, a) dass die Führungselemente als Kufen (5, 6; 133; 125, 126) ausgebildet sind, die sich strömungsdynamisch nach achtern verjüngen, b) dass achterlich von den Kufen (5, 6; 133; 125, 126) zur Seite und nach unten offene Strömungsbereiche (27, 28; 138, 139; 127, 128) vorgesehen sind, c) deren Hauptströmungsrichtung in Fahrtrichtung gesehen etwa einen spitzen Winkel zur Mittschiffslinie (3) bildet.A vessel (1), in particular a ship as an inland vessel or coaster, having a bow area (2; 130; 100) substantially in the form of a wedge which is centered in the aft of the ship (11; 146; 111 With oblique surface (10, 140, 101) at least partially delimiting downwardly projecting guide elements (5, 6, 133, 125, 126), characterized a) that the guide elements are designed as skids (5, 6, 133, 125, 126) which taper in a fluid-dynamic manner aft, b) that at the rear of the runners (5, 6, 133, 125, 126) to the side and to the rear open flow areas (27, 28, 138, 139, 127, 128) are provided, c) the main flow direction seen in the direction of travel forms approximately an acute angle to the midship line (3).
2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) flössen-, finnen- oder ruderartig ausgebildet sind und insbesondere im Horizontalschnitt etwa als längliche Tropfenform, flügeiförmig oder tragflächenartig gestaltet sind.2. Vessel according to claim 1, characterized in that the runners (5, 6) are raft-shaped, fin-shaped or rudder-like and are designed in particular in the horizontal section as an elongated teardrop shape, wing-shaped or wing-like.
3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass achterlich von den Kufen (5, 6) in den offenen Strömungsbereichen (27, 28) jeweils mindestens eine Antriebseinheit (17, 18) angeordnet ist, die im Wesentlichen innerhalb der Schiffsrumpfkontur vorgesehen ist.3. Vessel according to claim 1 or 2, characterized in that aft of the skids (5, 6) in the open flow regions (27, 28) in each case at least one drive unit (17, 18) is arranged, which is provided substantially within the hull contour.
4. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägfläche (10) mit den Kufen (5, 6) einen bugseitigen mittigen Schrägflächenkanal bildet, der nach achtern hinter den offenen Strömungsbereichen (27, 28) in den horizontalen Schiffsboden (11) ausläuft.4. Vessel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inclined surface (10) with the skids (5, 6) forms a bow-side central inclined surface channel, which aft behind the open flow regions (27, 28) in the horizontal ship bottom (11) expires.
5. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägfläche (10) mindestens längs der Mittschiffslinie (3) flachbogenförmig ausgebildet ist und insbesondere quer zur Mittschiffslinie im Vertikalschnitt im Wesentlichen eine V-förmige breite Kontur, speziell mit stumpfen Winkel aufweist, und im Bereich der Kufen (5, 6) im Vertikalschnitt etwa M-Form hat, deren äußere Schenkel in die Form der Kufen (5, 6) übergehen.5. Vessel according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inclined surface (10) at least along the midship line (3) is flat-arc-shaped and in particular transversely to the midship line in vertical section substantially a V-shaped wide contour, especially with obtuse angle has, and in the region of the runners (5, 6) in vertical section about M-shape, the outer legs in the shape of the runners (5, 6) pass over.
6. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Seitenansicht auf den Bugbereich (2) gesehen, die Seitenbereiche der Schrägfläche (10) einen vorderen und einen achterlichen Schrägbereich (23, 24) aufweisen, die etwa in der Mitte der Längserstreckung des Bugbereiches (2) in einen weitgehend horizontal verlaufenden Zwischenstufenbereich (25) übergehen, oder dass die Schrägbereiche (23, 24) und der Zwischenbereich eine vom Bug (13) bis zum hinteren Übergang in die Bodenkontur des Schiffsrumpfes verlaufende ballig geformte durchgehende Fläche bilden, deren Kontur partiell etwa mit der flachbogenförmigen Schrägfläche (10) verläuft.6. Vessel according to one of claims 1 to 5, characterized in that viewed in side view of the bow area (2), the side portions of the inclined surface (10) have a front and a rearward oblique portion (23, 24), which is approximately in the middle the longitudinal extent of the bow region (2) in a largely horizontally extending intermediate stage region (25), or that the oblique areas (23, 24) and the intermediate region extending from the bow (13) to the rear transition into the bottom contour of the hull spherical shaped continuous surface form whose contour partially extends approximately with the flat-arc-shaped inclined surface (10).
7. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils mindestens eine Antriebseinheit (17, 18) im Zwischenstufenbereich (25) mit Abstand zu der entsprechenden Kufe (5, 6) angeordnet ist.7. Vessel according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one drive unit (17, 18) in the intermediate stage region (25) at a distance from the corresponding runner (5, 6) is arranged.
8. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) in Draufsicht von unten und in Richtung zum Bug eine8. Vessel according to one of claims 1 to 7, characterized that the skids (5, 6) in plan view from below and towards the bow a
Schrägstellung nach innen aufweisen, oder etwa parallel zur Mittschiffslinie (3) ausgerichtet sind.Inclined to the inside, or are aligned approximately parallel to the midship line (3).
9. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) abhängig vom Schiffstyp, von der Schiffsgeschwindigkeit und dessen Tiefgangbereich in ihrer Höhe und/oder Formgebung, insbesondere hinsichtlich ihrer Verdrehung des Profils, der Krümmung, der Dicke und/oder des Anstellwinkels der Kufen oder der Anbringungsposition am Bug, auslegbar und adaptierbar sind.9. Vessel according to one of claims 1 to 8, characterized in that the skids (5, 6) depending on the type of ship, the ship's speed and its draft range in their height and / or shape, in particular with regard to their rotation of the profile, the curvature, the thickness and / or the angle of attack of the skids or the attachment position at the bow, be interpretable and adaptable.
10. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten der Kufen (5, 6) etwa in der Verlängerungsebene des Schiffsbodens (11) liegen und nach vorn zum Bug aufgebogen sind und weitgehend vertikal in den Bugbereich, insbesondere in den stirnseitigen (13) Bugbereich oder mit Abstand dazu, übergehen.10. Vessel according to one of claims 1 to 9, characterized in that the undersides of the skids (5, 6) lie approximately in the extension plane of the ship's bottom (11) and are bent forwards to the bow and largely vertically in the bow area, in particular the frontal (13) bow area or at a distance, go over.
11. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) nachrüstbar, insbesondere am vorderen Schrägbereich (23) des Bugs (2) anbringbar sind.11. Vessel according to one of claims 1 to 10, characterized in that the skids (5, 6) can be retrofitted, in particular at the front oblique region (23) of the bow (2) are attachable.
12. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Längserstreckung der Kufen (5, 6) in Abhängigkeit von der Schiffsgeschwindigkeit etwa 1/8 bis 1/3, insbesondere etwa 1/6 der Länge der Schrägfläche (10) betragen kann.12. Vessel according to one of claims 1 to 11, characterized in that the longitudinal extension of the runners (5, 6) in dependence on the ship speed about 1/8 to 1/3, in particular about 1/6 of the length of the inclined surface (10). can amount.
13. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufen (5, 6) am unteren Ende ein Leitprofil (34) aufweisen oder einen nach hinten gerichteten Wulstauslauf (35) zur Verhinderung von Zopfwirbelströmungen im Kantenbereich der Kufen. 13. Vessel according to one of claims 1 to 12, characterized in that the runners (5, 6) at the lower end of a guide profile (34) or a rearwardly bead outlet (35) for preventing Zopfwirbelströmungen in the edge region of the runners.
14. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiffsboden (46) im Heckbereich (48) sehr flach nach achtern ausläuft und mit einem Totholz (49) zur Richtungsstabilisierung ausgelegt ist.14. Vessel according to one of claims 1 to 13, characterized in that the ship's bottom (46) in the rear region (48) runs very flat aft and is designed with a deadwood (49) for directional stabilization.
15. Wasserfahrzeug nach einem Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Heckbereich (48) eine nach hinten offene, etwa halbschalenförmige Wirbelrinne (40) vorgesehen ist.15. Vessel according to one of claims 1 to 14, characterized in that in the rear region (48) is provided a rearwardly open, approximately half-shell-shaped Wirbelrinne (40).
16. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheiten (17, 18) mit einer Drehung von 180° bis 360° ausrichtbar sind und insbesondere als elektrodynamische Propulsionsantriebe ausgelegt sind. 16. Vessel according to one of claims 1 to 15, characterized in that the drive units (17, 18) with a rotation of 180 ° to 360 ° are aligned and are designed in particular as electrodynamic propulsion drives.
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