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Title:
REDUCTION OF PROPELLER-INDUCED PRESSURE FLUCTUATIONS BY INTRODUCTION OF AIR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/010045
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a ship provided with at least one propeller (2), wherein pressure fluctuations and mechanical strain imposed upon the hull of the ship are substantially reduced by providing an insulating air cushion (12) in at least one area of the ship where propeller-induced pressure fluctuations occur. According to the invention, a structure (7) with at least one recess (8) for the formation of an insulating air cushion (12) is disposed in at least one area of the ship where said propeller-induced pressure fluctuations occur.

Inventors:
Kühmstedt, Thomas (Blücherstr. 61, Rostock, 18055, DE)
Milbradt, Gerd (Platz der Freundschaft 10, Rostock, 18055, DE)
Application Number:
PCT/EP2002/008029
Publication Date:
February 06, 2003
Filing Date:
July 18, 2002
Export Citation:
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Assignee:
KVAERNER WARNOW WERFT GMBH (Werftallee 10, Rostock-Warnemünde, 18119, DE)
International Classes:
B63B1/08; B63B39/00; B63H1/28; B63B1/38; B63H5/14; (IPC1-7): B63B39/00; B63H1/28
Foreign References:
DE2401831A11974-07-25
GB2155880A1985-10-02
US4804312A1989-02-14
DE10016990A12001-10-25
JPS59216789A1984-12-06
US4973275A1990-11-27
JPS59216789A1984-12-06
DE2401831A11974-07-25
DE1907634C11993-02-25
JPS60183293A1985-09-18
Attorney, Agent or Firm:
WAGNER & GEYER (Patentanwälte, Gewürzmühlstr. 5, München, 80538, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Schiff mit wenigstens einem Propeller (2), wobei in wenigstens einem Außenbereich des Schiffs, in dem propellererregte Druckschwankun gen auftreten, Luft einleitbar ist, gekennzeichnet durch eine Struktur mit wenigstens einer Vertiefung zur Bildung eines Luftpolsters (12).
2. Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schiff ei nen mit einer Außenhaut versehenen Schiffskörper aufweist, in dem die Struktur (7) mit wenigstens einer Vertiefung (8) vorgesehen ist, die durch die Außenhaut hindurch nach außen offen ist.
3. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Struktur (7) mit Vertiefungen (8) auf der Außenhaut vorgesehen ist.
4. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Struktur (7) wabenförmige Vertiefungen (8) auf weist.
5. Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (7) aus einem porigen Material gebildet ist.
6. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Struktur (7) aus einem Vertiefungen (8) aufweisen den Kunststoff besteht.
7. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Luftpolster (12) durch aus dem Schiff austretende Luft gebildet ist.
8. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß Luftaustrittsöffnungen in den Vertiefungen vorgesehen sind.
9. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß Luftaustrittsöffnungen (11) in Fahrrichtung vor der Struktur (7) vorgesehen sind.
10. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Füllstand der Luft in den Vertiefungen (8) verän derbar ist.
11. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Luft in den Vertiefungen (8) nachfüllbar ist.
12. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Überschuß an Luft in den Vertiefungen (8) vorge sehen ist.
13. Schiff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß der Propeller (2) in einer Ummantelung angeordnet ist, und daß die Ummantelung propellerseitig eine Struktur (7) mit wenig stens einer Vertiefung (8) zur Bildung des Luftpolsters (12) aufweist.
Description:
VERRINGERUNG VON PROPELLERERREGTEN DRUCKSCHWANKUNGEN MIT EINLEITBARER LUFT Die Erfindung betrifft ein Schiff mit wenigstens einem Propeller, wobei in wenigstens einem Außenbereich des Schiffs, in dem propellererregte Druckschwankungen auftreten, Luft einleitbar ist.

In der Umgebung eines Propellers treten aufgrund der Wirkung des ar- beitenden Propellers Druckschwankungen auf, die zu starken mechani- schen Belastungen dieser Schiffsbereiche und auch des gesamten Schiffs führen. Abgesehen davon, daß dadurch die Lebensdauer des Schiffs verringert wird, ist es bei herkömmlichen Schiffen aufgrund der durch die Propeller induzierten Druckschwankungen auch erforderlich, den Abstand zwischen Propeller und Schiffsaußenhaut relativ groß zu gestalten, was wiederum zu Beeinträchtigungen des Wirkungsgrads von Antriebsanlagen bei Schiffen führt.

Aus der JP 592 167 89 A ist ein Schiff bekannt, bei dem Luft oder ein Teil der Abluft des Schiffsmotors über ein Gebläse und eine Düse oberhalb des Propellers ausgeblasen wird, um einen Strahl-Blasenbereich ober- halb oder nahe des oberen Bereichs des Propellers auszubilden. Dieser Strahl-Blasenbereich verringert den propellererregten Druck auf den Schiffsrumpf im Propellerbereich. Für die Ausbildung des Strahl- Blasenbereichs sind große Gas-bzw. Luftmengen und damit große Ag- gregate erforderlich, um diesen Blasenbereich aufrecht erhalten zu kön- nen, weil der Strahl und die Blasen bei Fahrtaufnahme des Schiffs schnell nach Achtern auswandern und ständig mit einem hohen Gas- oder Luftvolumen ersetzt werden müssen.

Aus der DE-OS 2 401 831 ist ein Schiff bekannt, bei dem-ebenso wie bei der Vorrichtung gemäß der JP 592 16 789-ein Gas-oder Luftstrom im Propellerbereich ausgeblasen wird, um Propellergeräusche und Vi- brationen im Schiff zu reduzieren. Verschiedenste Maßnahmen werden vorgeschlagen, das ausgeblasene Gasvolumen, beispielsweise in Ab

hängigkeit des Rumpfneigungswinkels, der Propellerwellen- Ausgangsleistung, der Flügelanzahl des Propellers oder der Luftvertei- lung über Höhenbereiche hinweg unterschiedlich zu dimensionieren.

Aus der DE 19 07 634 A1 ist eine Isolierung zur Verminderung der Schallübertragung zwischen der Aussenhaut von Schiffen und dem Was- ser bekannt, um eine Schallübertragung zwischen einem Schiffskörper und dem umgebenden Wasser zu vermindern, damit Schiffe, insbesonde- re Kriegsschiffe, schwerer geortet werden können und vor Minen besser geschützt sind. Die Schallübertragung zwischen Schiff und Wasser soll durch die Verwendung einer Isolierschicht verringert werden, die auf die dem Wasser zugewandte Seite der Aussenhaut über deren gesamte Flä- che hinweg angebracht wird.

Aus der JP 60 18 32 93A ist eine Flossenstruktur für Schiffe bekannt, die Löcher oder Poren aufweist, die durch die Flossen hindurchgehen, mit dem Ziel, dass an den Einlässen und Auslässen der Durchlässe winzige Wirbel entstehen, die den Dämpfungskoeffizienten der Flosse aufgrund der Fluidviskosität innerhalb den Durchgängen vergrößert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiff mit wenigstens ei- nem Propeller zu schaffen, bei dem die durch arbeitende Propeller indu- zierte Druckschwankungen an der Außenhaut des Schiffs gering mit ge- ringem konstruktiven und Wartungsaufwand sowie kostengünstig gehal- ten werden.

Ausgehend von dem eingangs genannten Schiff wird die gestellte Aufga- be erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Struktur mit wenigstens einer Vertiefung zur Bildung eines Luftpolsters, beispielsweise in Form einer Luftschicht, vorgesehen ist. Aufgrund des Luftpolsters, das bei- spielsweise durch Ausblasen von Luft geschaffen wird, werden die Druckschwankungen, die durch die Propeller auf die dem Propeller be- nachbarten Schiffsbereiche auftreten, wesentlich verringert. Dadurch

sind diese Schiffsbereiche wesentlich weniger mechanisch belastet und insbesondere ist es dadurch möglich, den Abstand zwischen Propeller und Schiffsaußenhaut, also den Propellerfreischlag, zu verringern und damit bei gegebener Schiffs-oder Hinterschiffskontur größere Propeller- durchmesser einzusetzen, wodurch der Wirkungsgrad der Antriebsanla- ge gegenüber herkömmlichen Schiffen ohne Luftpolster signifikant erhöht wird.

Die Struktur hindert das Luftpolster bzw. die für die Schaffung des Luft- polsters ausgeblasene Luft daran, aus diesem kritischen Schiffsbereich zu entweichen, so daß auf diese Weise der Luftbedarf zur Aufrechter- haltung des Luftpolsters klein gehalten wird, mit der Folge, daß die Ko- sten zur Bildung des Luftpolsters gering sind.

Die Ausbildung der Struktur mit Vertiefungen zur Bildung eines Luftpol- sters ist bei einem mit einer Außenhaut versehenen Schiffskörper be- sonders vorteilhaft, wenn die Struktur mit der wenigstens einen Vertie- fung im Schiffskörper selbst vorgesehen ist, wobei die Vertiefungen durch die Außenhaut hindurch nach außen offen sind.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung oder zusätzlich zu ihr ist die Struktur mit den Vertiefungen auf oder in der Außenhaut selbst vorgesehen. Die Struktur mit Vertiefungen kann dabei auf der Au- ßenhaut aufgebracht, oder Teil der Außenhaut sein.

Sowohl für die Ausführungsform, bei der die Vertiefungen im Schiffskör- per vorgesehen sind, als auch bei Ausführungsformen mit Strukturen auf der Außenhaut ist es besonders vorteilhaft, wenn die Strukturen waben- förmige Vertiefungen aufweisen. Dadurch ergibt sich eine Vielzahl von Vertiefungen, in denen die Luft gut gehalten werden kann, so daß ein geringerer Luftnachströmbedarf besteht.

Obwohl es auch vorteilhaft sein kann, nur eine Vertiefung, d. h. also auch nur eine Kammer für die Luft bzw. das Luftpolster vorzusehen, sind ge- mäß einer Ausführungsform viele Räume oder Kammern vorgesehen.

Hierfür ist ein poriges, insbesondere ein feinporiges Material aus Kunst- stoff von besonderem Vorteil, da es für die Vertiefungen keines konstruk- tiven Aufwands bedarf und ein derartiges Kunststoffmaterial kostengün- stig und leicht austauschbar ist.

Das Luftpolster wird vorzugsweise durch aus dem Schiff austretende Luft gebildet bzw. aufrechterhalten, wobei die in Strömungsrichtung des Was- ser abgehende Luft nachgeliefert wird.

Die Luft wird in die Vertiefungen oder Struktur durch Luftaustrittsöffnun- gen in diesen Vertiefungen eingeleitet, wobei im Falle der Ausführungs- form mit Vertiefungen im Schiffskörper selbst die Austrittsöffnungen in diesen Vertiefungen des Schiffskörpers enden und bei Ausführungsfor- men mit Strukturen auf der Außenhaut die Austrittsöffnungen durch die Außenhaut hindurch treten.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Luftaustrittsöffnungen in Fahrrichtung des Schiffes vor der Struktur bzw. der Vertiefungen vorgesehen. Das Auf-und Nachfüllen der Strukturen oder Vertiefungen mit Luft erfolgt in diesem Falle durch die in Strömungsrichtung mitgenommene Luft.

Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es vorteilhaft, den Füllstand der Luft in den Vertiefungen zu steuern und je nach den Erfordernissen und Gegebenheiten, beispielsweise in Abhängigkeit von der Relative- schwindigkeit zwischen Schiff und Wasser oder von der Propellerdreh- zahl, zu verändern bzw. nachzufüllen. In bestimmten Anwendungsfällen ist es auch vorteilhaft, einen Überschuß an Luft in die Vertiefungen oder vor den Vertiefungen aus dem Schiffskörper auszuleiten, wobei der

Luftüberschuß in Strömungsrichtung mitgenommen wird und sich in Be- reichen in Strömungsrichtung hinter den Vertiefungen Luftpolster bilden.

Die Anwendung der Erfindung ist nicht nur im Zusammenhang mit Pro- pulationssystemen an Hinterschiffen, sondern auch im Zusammenhang mit Propellern in anderen Schiffsbereichen anwendbar. Im Falle, daß der Propeller wenigstens teilweise in einer Ummantelung angeordnet ist, d. h. bei der Verwendung von Propellerdüsen, ist die Ummantelung propeller- seitig mit einer der zuvor beschriebenen Strukturen mit wenigstens einer Vertiefung zur Bildung des Luftpolsters ausgestattet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels un- ter Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen : Fig. 1 ein Hinterschiff mit Propeller in teilweiser Querschnitts-Darstellung und Fig. 2 das Hinterschiff in Blickrichtung von unten.

Ein am Hinterschiff 1 angeordneter Propeller 2 wird von einer Propeller- welle 3 angetrieben. In Fahrrichtung hinter dem Propeller 2 befindet sich ein Ruder 4 mit einem Ruderträger 5 und einem beweglichen Ruder 6.

Über dem und achterlich vom Propeller 2 befindet sich am Hinterschiff 1 eine Struktur 7 mit Vertiefungen 8, die bei dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel wabenförmig angeordnet bzw. ausgebildet sind, wie dies insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Schiff- sinneren ein Kompressor 9 schematisch dargestellt, der über eine Druck- luftleitung 10 mit einer Luft-Ausströmöffnung 11 verbunden ist, über die Luft aus dem Schiffskörper bzw. durch die Außenhaut nach außen aus- strömt. Aufgrund der Wasserströmung in Richtung nach hinten gelangt die Luft in die Vertiefungen 8 der wabenartigen Struktur 7 und bildet dort

ein Luftpolster 12. Die Vertiefungen 8, bzw. die wabenförmigen Begren- zungen der Vertiefungen 8 der Struktur 7 halten die Luft in diesem Be- reich, so daß der Druckluftbedarf und damit die Kosten hierfür klein ge- halten werden. Der dennoch nach hinten abströmende Teil des Luftpol- sters 12 wird durch die kontinuierlich oder zeitweilig aus den Luft- Ausströmöffnungen 11 ausströmenden Druckluft ersetzt.

Die Erfindung wurde zuvor anhand eines bevorzugten Ausführungsbei- spiels erläutert. Dem Fachmann sind jedoch Abwandlungen, Modifikatio- nen und Ausgestaltungen möglich, ohne daß dadurch der Erfindungsge- danke verlassen wird. Beispielsweise kann die Struktur 7 mit den Vertie- fungen 8 nicht nur im Schiffskörper selbst, sondern auch in der Außen- haut ausbildet sein. Darüber hinaus ist es möglich, alternativ oder zu- sätzlich zu den Luftaustrittsöffnungen 8 in Strömungsrichtung vor der Struktur 7 auch Luftaustrittsöffnungen in der Struktur selber bzw. in allen oder einzelnen Vertiefungen 8 der Struktur 7 vorzusehen. Die Struktur 7 kann vorzugsweise so ausgebildet werden, daß für den jeweiligen An- wendungsfall ein möglichst kontinuierliches und gleichmäßiges Luftpol- ster gebildet wird. Auch ist es möglich, die Luftmenge an verschiedenen Stellen des Luftpolsters unterschiedlich zu wählen, beispielsweise könnte direkt oberhalb des Propellers 2 die Luftschicht dicker gewählt werden als in Bereichen, die achterlicher liegen. Für ein optimales Luftpolster sowohl räumlich gesehen als auch im Verhältnis zu den gegebenen Pa- rametern, wie Schiffsgeschwindigkeit, Propellerdrehzahl usw. ist es er- findungsgemäß auch möglich, die Luftzufuhr zu steuern und zu regeln, um optimale Dämpfungsbedingungen einerseits und möglichst einen ge- ringen Druckluftbedarf andererseits zu erreichen.