Bøger af Wilhelm Sturtzel

1. Einführung.- 2. Übersicht über die Versuche.- 3. Durchführung der Versuche.- 4. Ergebnisse.- 5. Vergleich von Flach- und Tiefwassererscheinungen.- 6. Zusammenfassung.- 7. Literaturverzeichnis.

1. Aufgabenstellung.- 2. Versuchsumfang und -durchführung.- 3. Versuchsauswertung und Ergebnisse.- 4. Zusammenfassung.- 5. Vorkommende Formelzeichen und Größen.

1. Aufgabenstellung.- 2. Grundlagen und Versuchsplanung.- 3. Durchführung der Versuche.- 4. Auswertung der Versuche.- 5. Zusammenfassung.

1. Durch Untersuchung einer Reihe gleichmäßig veränderter Formen konnte festgestellt werden, daß für die Wahl der Form des geringsten Widerstandes nicht die Lage des Gewichtsschwerpunktes für sich entscheidend ist, sondern der Abstand des Gewichtsschwerpunktes bzw. des Verdrängungsschwer­ punktes vom Schwerpunkt der Schwimmwasserlinie. Es ergaben sich dadurch Widerstandsersparnisse in der Größenordnung von etwa 10% des Gesamt­ widerstandes gegenüber der früher untersuchten Formen. 2. Der Einfluß des Flachwassers wurde für den gesamten wesentlichen Bereich erfaßt und jeweils die dafür am besten geeignete Berechnungsmethode er­ örtert und angegeben. Im Bereich von ~h = 0,6 - 0,8 ergibt bei den unter­ suchten Ljh-Werten die Annahme gleichen Wellenwiderstandes bei gleicher Wellenlänge auf tiefem und flachem Wasser und die dementsprechende Ände­ rung der Geschwindigkeit brauchbare Werte zu der Umrechnung und dem Vergleich der Widerstandswerte für verschiedene Wassertiefen. Für den Be­ reich der Stauwellengeschwindigkeit dürfte es in den meisten Fällen genügen, die Größe und die Lage des Maximums zu kennen. Für diese werden die Werte angegeben. Für den überkritischen Bereich liegen die Widerstände gering­ fügig unter den Widerstandswerten für unendliche Wassertiefe bei gleicher Geschwindigkeit. Diese Werte werden im Kurvenverlauf angegeben. 3. Es hat sich für den untersuchten Schiffstyp und dessen Geschwindigkeitsbe­ reich ergeben, daß die kleinsten Widerstandswerte dann erreicht werden, wenn kein dynamischer Auftrieb und damit kein induzierter Widerstand auftreten. Es wird ein Verfahren angegeben, die Größe des Auftriebs zu berechnen, mit dem schon beim Modellversuch die Erfüllung dieser Bedingung geprüft und die beste Formgebungfestgelegt werden kann.

Der Einfluß der Propellerspaltbreite, der in [14] bereits festgestellt wurde, zeigt die von mehreren Autoren - besonders von H. E. DrcKMANN - angedeutete Tendenz, daß mit kleiner werdendem Spalt vermehrter Propellerschub erzeugt wird. Es wurden Spaltbreiten von 0,8 bis 3,0 mm und 0,6 bis 2,0 mm unter­ sucht. Der Wirkungsgradabfall ist beim Doppeldüsensystem 60/61 in Verbin­ dung mit Propeller 116 R in Richtung größerer Schubbelastungsgrade zuneh­ mend. Dieses Ergebnis entspricht demjenigen für Eindüsen [12]. In Verbindung mit Propeller 95 R ist der Wirkungsgradabfall des Doppeldüsensystems 60/61 kleiner als bei Propeller 116 R. Mittlere Schubbelastungsgrade ergeben den höch­ sten Abfall des Wirkungsgrades. Entgegengesetzt hierzu verläuft der Wirkungsgradabfall beim Doppeldüsen­ system 60/63; der niedrigste Schubbelastungsgrad hat den höchsten Wirkungs­ gradabfall zur Folge. Es zeigt sich, daß lezteres System gegenüber größeren Spalt breiten bei mittleren Schubbelastungsgraden unempfindlicher ist; d. h. es hat eine geringere Leistungs­ einbuße als Doppeldüsensystem 60/61 und gemäß seinem Aufbau vermutlich auch gegenüber dem Eindüsensystem 60 zu verzeichnen. Die in [15] gegebenen Gestaltungsrichtlinien werden durch die Ergebnisse der untersuchten Doppeldüsensysteme 60/61 und 60/63 voll bestätigt. Die Grenze der Anwendbarkeit der Doppeldüsen nach schwächeren Schubbe­ lastungsgraden hin wird durch die Kombination der Schraube 95 R mit Doppel­ düsensystem 60/61 angegeben, da hier nur Verbesserungen von weniger als 1,3% gegenüber dem Eindüsensystem 60 erreicht wurden. Im Wirkungsgradmaximum ist sogar eine Verschlechterung von 3% festzustellen.

Der aus Scherkraft-und Druckkraftanteilen bestehende Zähigkeitswiderstand von dreidimensionalen Körpern in unendlich ausgedehnter Strömung nimmt in be­ schränktem Querschnitt zu. Diese Zunahme ist überwiegend durch die Zunahme der Übergeschwindigkeiten der Verdrängungsströmung bedingt. Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung sind zur Feststellung der allgemeinen Gesetzmäßig­ keiten Vergleichs rechnungen an vereinfachten Körpern durchgeführt worden. Dabei ist eine Trennung des Einflusses der Breiten- und Tiefenbeschränkung erfolgt. Es ergab sich ein für die Bestimmung des Breiteneinflusses allgemein brauchbares Berechnungsverfahren. Auch für die Berechnung des Wassertiefen­ einflusses konnten theoretisch klare Abhängigkeiten aufgezeigt werden. Die durchgeführten Versuche hatten den Zweck, die gesuchten Abhängigkeiten im ganzen Bereich vorkommender Schiffsformen festzustellen und statistisch zu erfassen. Dazu wurde der Zähigkeitswiderstand bei verschwindendem WeIlen­ widerstand ermittelt und nach einem hierzu entwickelten Verfahren einheitlich ausgewertet. Nach der Bestimmung allgemein verwendbarer Kenngrößen und der Auftragung der Meßwerte konnte eine gute Übereinstimmung mit den theoretisch ermittelten Abhängigkeiten festgestellt werden. Es ergaben sich zuverlässige Grundlagen für die Größe des Zähigkeitswiderstandes bei verschwindendem Wassertiefeneinfluß und die Möglichkeiten zur Bestimmung der Grenzen, die z. B. bei Probefahrten von Seeschiffen in Nord- und Ostsee einzuhalten sind. Für völlige Binnenschiffe wurden aus den Versuchen neue und genauere Erkennt­ nisse über die Ausbildung des Zähigkeitswiderstandes und über die Möglichkeiten seiner wirksamen Verringerung gewonnen.

Manövriereigenschaften der französi­ schen Schubeinheiten.

ummantelte Hubstrahlrotoren von senkrecht startenden Flugzeugen dürtte die Anwendung der Spaltdüse einen Gewinn bringen, da sie infolge Verkleinerung der Rotorendurchmesser günstige Konstruktionsmöglichkeiten bietet [11].

Übergeschwindigkeitsverlauf zeigt keine Überein­ stimmung mit den Versuchsergebnissen. Die angenommenen Vereinfachungen und eingeführten Randbedingungen sind für tiefenmäßig beschränktes Fahr­ wasser nicht mehr zutreffend.

Die Vergrößerung der Schiffs einheiten und -verbände im Zuge der Entwicklung und des Wettbewerbs der Verkehrsmittel zwecks stetiger Steigerung der Trans­ portleistung hat auf den vorhandenen Binnenwasserstraßen eine Beeinträchtigung der Mänövrierfähigkeit zur Folge. Da in einer vorangegangenen Untersuchung mit zusätzlichen Bugrudern [1] bereits gute Ergebnisse erzielt worden waren, sollte in der vorliegenden Meßreihe geprüft werden, ob auch aus der Erfahrung an Flügelprofilen, bei denen Schlitzflügel an der Vorderkante durch Hinauszögern von Abreißzuständen am ausgeschlagenen Ruder den Maximalauftrieb [2, 3] ver­ größern helfen, Verbesserungsvorschläge möglich sind. Es wurden dement­ sprechend am Bug des drehenden Schiffes die verschiedensten Leitelemente er­ probt, die geeignet schienen, eine schlitzähnliche Wirkung zu erzeugen, um ihre Auswirkung auf das Drehverhalten zu studieren. 7 2. Übersicht über die Versuche Kanal Manövrierteich der VBD 25 X 25 m Modelle 1) M 114 elliptische Hauptspantform über 0,544 L paralleles Mittelschiff veröffentlicht in »Schiffstechnik« Nr. 28, 1958, S 140. 2) M 190 »KARL VORTISCH«, Typschiff M 1 : 10,7 (Abb. 1) Modelldaten s. S. 12 Anhänge M114 Einflächenruder M 190 Dreiflächenruder verschiedene Slotformen (s.

Ein Modell des Selbstfahrers vom Typ »Gustav Koenigs« wurde unter dem Rundlauf auf einer Kreisbahn untersucht. Die Versuchsmethode beruhte auf der Messung zeitlich unabhängiger Kräfte und Momente, die vom Wasser auf das mit konstanter Winkelgeschwindigkeit auf einer Kreisbahn geführte Modell wirkten. Das Modell ist mit Eigenantrieb und einer Ruderanlage ausgestattet gewesen. Es wurden die Zusammenhänge zwischen dem Drehradius und dem Driftwinkel eines ohne Führungskräfte auf der stationären Kreisbahn sich bewegenden Modells dargestellt und die Abhängigkeit dieser Größen von der Wassertiefe erfaßt. Ferner wurde der Verlauf der Kräfte und Momente in Form von dimen­ sionslosen Kennwerten in Abhängigkeit von den Parametern der Kreisbahn und der Wassertiefe dargestellt. Es folgte eine Analyse der Versuchsergebnisse, in der festgestellt werden konnte, daß eine stationäre Untersuchung der Modelle auf einer Kreisbahn nur bis zu einer gewissen Grenze möglich und zulässig ist. Die Versuchsergebnisse sind auf zahlreichen Diagrammen wiedergegeben worden. Es wurde darauf hingewiesen, daß die Größe der hydrodynamischen Querkraft die Größe der Zentrifugalkraft der Körpermasse nicht überschreitet und daraus der Schluß gezogen, daß es noch eine vom Propeller nach innen wirkende Kraft geben muß, die den gesamten, aus der Differenz der Trägheit der Körpermasse und der Resultierenden der Beschleunigungsdrücke entstehenden Fehlbedarf ausgleicht. Gleichfalls wurde die Vermutung geäußert, daß diese nicht gemessene Kraft am schräg angeströmten Propeller das Verhalten des Schiffs körpers über ihre Auswirkung auf das Giermoment beachtlich beeinflussen kann.

Das hydrodynamische Gleichnis von PRANDTL [1J stellt mittels einer schwach gewölbten Seifenhaut einen Vergleich zwischen der quellenfreien Flüssig­ keitsströmung gleicher Winkelgeschwindigkeit und dem TorsionsschubfluB eines Festkörperstabquerschnitts dar. Es sollte hier experimentell ge­ prüft werden, welche neuen Erkenntnisse über die Flachwasserströmung zu gewinnen sind, wenn man durch konzentrische Anordnung von Modell und Kanal eine Ähnlichkeit zwischen den Stromfadenelementen und den Dauben­ elementen einer rotationssymmetrisch belasteten Zylinderschale schafft, deren Spannungs-Abklinglänge theoretisch in [2J abgeleitet worden ist. Über den Vergleich der resultierenden Strömungskraft mit der Schalenbe­ lastung wird eine Analogie zwischen der Querkontraktion des HOOKschen Dehnungsgesetzes [2J und den Zusatz spannungen der turbulenten Mischbewe­ gung [3, 4J aufgestellt. Es wird mittels des Seifenhautgleichnisses eine Erklärung für die turbulenten Sekundärströmungen gegeben. Um die neuen Ergebnisse auch mit bisherigen in normalen Kanalquerschnit­ ten gewonnenen vergleichen zu können, ist das Programm über den im Thema genannten Umfang auf einen Kanal mit Rechteckquerschnitt und einen Rechteck-Trapezkanal mit nahezu flachelliptischem Querschnitt erweitert worden.

Über die Erscheinung der Widerstandsvergrößerung bei Talfahrt gegenüber Bergfahrt unter sonst gleichen Bedingungen herrschte in Fachkreisen weitgehend Unklarheit. Es ist deswegen der Versuch geplant gewesen, den Ursachen für die infolge von Strömung hervorgerufenen Änderungen des Schiffswiderstandes durch Vergleichsbetrachtungen zu dem sich in einer Luftströmung bewegenden Flugzeug auf die Spur zu kommen, für das unter Anwendung der Flugzeugpolare sehr einfache Beziehungen bestehen. Eine nach Stellung des Antrages auf das vorliegende Forschungsvorhaben durch­ geführte theoretische Arbeit [1J basiert auf der Wellentheorie und be­ nutzt als Bezugsgeschwindigkeit wie auch die übrigen Untersuchungen [2J die Bewegung des Schiffes gegenüber dem umgebenden Wasser in einer bestimmten Höhe. In der vorliegenden Untersuchung wird von der Ge­ sChwindigkeitsverteilung über der Höhe ausgegangen und durch Messungen nachgewiesen, daß für die Widerstandsverhältnisse des Schiffes Änderun­ gen des gesamten Strömungsprofils maßgebend werden. Mit Hilfe der übrigen Veränderlichen, wie Absenkung und Trimm, wird eine Erklärung für den Sachverhalt gefunden und neben allgemein interessierenden Ent­ wurfsrichtlinien eine einfache Beziehung für die Ermittlung des Wider­ standes in strömendem Wasser aus dem Widerstandsverlauf in ruhendem Wasser angegeben. Die Untersuchung beschränkt sich entsprechend dem Fahrbereich der verwendeten Modelle auf unterkritische Geschwindig­ keiten. 2.

Der Gesamtwiderstand eines als Verdrängungsfahrzeug betriebenen Schif­ fes enthält einen nicht unerheblichen, durch Oberflächenwellen erzeug­ ten Anteil. Sowohl für die Grundsatzforschung als auch für den tech­ nischen Fortschritt ist es wichtig, die Teilwiderstände und ihre gegen­ seitige Beeinflussung theoretisch zu analysieren und praktisch zu messen. Einschlägige Literatur ist kaum vorhanden. Zwecks meßtechnischer Eliminierung des Wellenwiderstandes ist 1924, auf Grund eines Vor­ schlags von H. FÖTTINGER [1], ein sich mit den Decksflächen berührendes Doppelschiffsmodell von G. KEMPF [1] unter Wasser geschleppt worden. Zur Herabsetzung des Wellenwiderstandes und damit der Antriebsleistung bietet sich aus diesen Erwägungen eine technische Lösung an (W. STURTZEL [2]), bei der sich der Hauptverdrängungskörper im Reisezustand unter der Wasseroberfläche bewegt und nur lediglich der Navigation oder dem Personenverkehr dienende Fahrzeugteile mittels Verbindungselementen ober- und außerhalb der Wasseroberfläche getragen werden. Die vorlie­ gende Untersuchung befaßt sich mit einem derartigen Modell, um Anhalts­ punkte für optimale Betriebszustände und allgemeine Entwicklungsten­ denzen zu erhalten. Seite 5 2. Planung der Versuche veränderlich Werte konstant Kanal 1.) breiter Tank L = 145 m mit schwimmendem B = 9,8 m T Strand Wasser höhe Hw 0,97 m 2.) schmaler Tank 60 m ohne Strand 3 m Wasserhöhe Hw = 2,5 m Modell Drehkörper Tiefgang un­ L m = 2 Verbindung mit ter Wasser­ D = 160 m Uberwasserkörper oberfläche bei X/L = 0,28 - 0,58 D = konst. a) 2 Blechbänder b) 2 kurze Holz­ Nasenradius streben g = 9,6 mm Aufmaße s.S.