Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 29913498.9 ist ein schnelles seegehendes Schiff bekannt, das hydrodynamisch wirksame Skegs vor elektrischen Ruderpropellern aufweist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Schiff weiter zu optimieren. Dabei soll insbesondere das Seeverhalten des Schiffes verbessert werden und weiterhin eine besonders günstige Anströmung der elektrischen Ruderpropeller erreicht werden.

Das vorbekannte Schiff ist speziell für den Einsatz von elektrischen Ruderpropellern mit je einem Zug-und Druckpropeller am Ruderpropeller konzipiert worden und es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein derartiges Schiff so auszugestalten, dass es mit Ruderpropellern mit nur je einem Propeller und auch mit verbessertem Propulsionswirkungsgrad betrieben werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Strömungskanal zwischen den Skegs keilförmig mit einer vorzugsweise stetigen, leicht gekrümmten Erweiterung nach unten-achtern ausgebildet ist, wobei die Seitenwände des Strömungskanals zumindest teilweise als ebene Flächen ausgebildet sind und in

flossenartige Stege auslaufen, die Verdrängungsvolumen für das Wasser aufweisen und wobei der Strömungskanal derart ausgebildet ist, dass er über seinen Kanaleffekt einen niedrigen Schiffswiderstand verursacht.

Durch die Schaffung des erfindungsgemäß optimierten Strömungskanals zwischen den Skegs wird vorteilhaft ein geringer Abströmwiderstand und eine niedrige Anströmgeschwindigkeit der elektrischen Ruderpropeller erreicht. Hierdurch verringert sich der Widerstand des Schiffes bei der Fahrt durch das Wasser und der Propulsionswirkungsgrad kann erhöht werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Skegs als flossenartige Stege ausgebildet sind, wobei die Verdrängungsvolumen der Skegs in nach hinten abgerundeten Stummeln auslaufen, die achtern ohne vertikale Verbindung zum Rumpf bis kurz vor die Ruderpropeller verlaufen. Durch diese Ausbildung wird vorteilhaft erreicht, dass sich vor den Ruderpropellern durch den Druckunterschied zwischen der Innen-und der Außenseite des Strömungskanals eine Umströmung der Enden der Skegs ergibt, die in Richtung der von den Propellern induzierten Strömung verläuft. Hierdurch wird das Anströmverhalten der Propeller vorteilhaft verbessert und der Wasserzustrom zu den Propellern vergleichmäßigt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verdrängungsvolumen der Skegs im wesentlichen an der Außenseite der flossenartigen Stege angeordnet sind.

Hierdurch ergibt sich vorteilhaft ein widerstandsarmer Strömungskanal zwischen den Skegs mit einem beruhigten Abströmen des Wassers am Heck des Schiffes und in Folge ein besonders günstiges Widerstandsverhalten des Hecks des Schiffes.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verdrängungsvolumen an der Außenseite wulstförmig

ausgebildet sind, wobei der Wulst derart ausgebildet ist, dass sich eine asymmetrische Um-und Abströmung des Wassers im Drehsinn des jeweiligen Ruderpropellers ergibt, wobei die derart beeinflußte Strömung eine vorteilhafte Propellerzuströmung ergibt. So wird die vorteilhafte Wirkung des beruhigten Ausströmens des Wassers aus dem Strömungskanal durch eine Rotationsbewegung des Wassers bereits vor den Propellern ergänzt, so dass sich eine insgesamt vorteilhafte Anströmung der Propeller ergibt.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass Form und Volumen des Strömungskanals an seinem Auslauf im Bereich der Stummel so groß und die Verdrängungsvolumen so angeordnet und dimensioniert sind, dass das um-und abströmende Wasser derart gerichtet wird, dass sich eine Umströmung der Stummel im Drehsinn des jeweiligen Ruderpropellers ergibt. So ergibt sich in Kombination mit der asymmetrischen Ausbildung der Verdrängungsvolumen der Skegs eine vorteilhafte gleichmäßige und insbesondere wirbelarme Zuströmung zu den Propellern in einer für die Vermeidung von Kavitation vorteilhaften Weise.

Dabei braucht auf die übliche Aufkimmung des Hecks mit seiner günstigen Auswirkung in Bezug auf das Kursstabilitätsverhalten sowie auf das sogenannte "Slammingverhalten"des Schiffes nicht verzichtet werden.

Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Ruderpropeller zumindest einen Propeller aufweisen, der als High Scew- Propeller ausgebildet ist und der auf die erfindungsgemäß manipulierte Zuströmung des Wassers abgestimmt ist. So ergibt sich eine weitere Verbesserung des vibrationsarmen Verhaltens der Propeller mit einer Minimierung der Kavitationsneigung.

Bei einem Ruderpropeller mit zwei gleichlaufenden Propellern kann bei dem Druckpropeller auch ein herkömmlicher Propeller verwendet werden.

Des weiteren ist vorgesehen, dass die Einzelmaße des Schiffsrumpfes und der Skegs und ihre Verbundmaße auf die

Schiffsgeschwindigkeit abgestellt sind, insbesondere als Resultat von Tankschleppversuchen. Das gleiche gilt für die Maße des High Scew-Propellers. Die einzelnen Strömungsparameter, die sich am Heck ergeben, sind z. B. von der Schiffsgröße, der Schiffsgeschwindigkeit, der Rauhheit der Rumpfoberfläche und weiteren von Schiff zu Schiff variierenden Eigenschaften abhängig. Es versteht sich daher, dass für jeden Schiffstyp unterschiedliche Einzelmaße für den Schiffsrumpf, die Skegs, den Strömungskanal und die Propeller gewählt werden müssen. Diese variieren im Rahmen von Bereichen, die in Schleppversuchen und Tanktests jeweils untersucht und optimiert werden müssen. Dabei spielen auch Laderaumkapazität und die Kosten bei der Herstellung des Schiffes eine Rolle, so dass sich eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten ergibt, von denen nur Grenzmaße angegeben werden können. Diese werden vorteilhaft in Prozenten der Schiffsbreite, der Schiffslänge, des Tiefgangs etc. angegeben.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist fernerhin vorgesehen, dass auch weitere Einzelmaße des Hecks, z. B. die Aufkimmung und der Überstand über die Ruderpropeller nach achtern sowie die Maße der Skegs, z. B. die Auswärtsstellung die Länge und die Form derart optimiert sind, dass der Einfluß von Wellen, insbesondere der von achtern auflaufenden Wellen auf das Heck (Seeschlag) verringert wird, vorzugsweise als Resultat von Tankversuchen. Für ein seegehendes Schiff ist es nicht nur wichtig, dass der Schiffswiderstand gering ist, sondern auch dass das Seeverhalten des Schiffes gut ist.

Das Seeverhalten des Schiffes kommt insbesondere bei einer von achtern auflaufenden See zum Tragen, gegebenenfalls auch beim Liegen in unruhigen Häfen, so dass auch der Einfluß der Achterschiffsform auf das Seeverhaltens berücksichtigt werden muß. Erfindungsgemäß ist dies der Fall. Dabei wird auch die Vorschiffsform mit berücksichtigt, die sich auf das Geradeauslaufen des Schiffes wesentlich auswirkt.

Zur Optimierung des Antriebssystems ist auch vorgesehen, dass die Ruderpropeller mit Druckpropellern ausgerüstet sind ; so wird erreicht, dass eine relativ lange Beruhigungsstrecke für das Wasser vor Eintritt in den Propellerquerschnitt zur Verfügung steht. So können die am Rumpf gebildeten Ablaufwirbel zumindest einen teilweisen Ausgleich erfahren.

Das Kavitationsverhalten der Propeller wird so erheblich verbessert, ohne dass High Scew-Propeller notwendig wären.

Dabei muß eventuell ein gewisser Wirkungsgradverlust gegenüber einem Zugpropeller in Kauf genommen werden, dessen Nachstrom durch das Ruderpropellergehäuse, gegebenenfalls hier angeordnete Flossen und den Schaft des Ruderpropellers gerichtet wird. Dies ist eine Frage der Kosten und der Strömungsoptimierung und ebenfalls Gegenstand von Tankversuchen.

Der Abstand der beiden Ruderpropeller voneinander wird vorteilhaft so bemessen, dass die Ruderpropeller einerseits unabhängig voneinander um 360 Grad verschwenkt werden können, dass aber andererseits der Skegabstand nicht zu groß wird.

Die Skegs sind ja fluchtend vor den Ruderpropellern angeordnet. Eine optimale Anordnung ergibt sich bei einem Abstand der beiden Ruderpropeller von 1,1 bis 1,3 des Propellerdurchmessers.

Vorteilhaft für den Energieverbrauch bei Geradeausfahrt ist die Anordnung eines separaten kleinen Geradeausfahrtruders, wie es aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 101 59 427.5 in verschiedenen Varianten ersichtlich ist.

So können die Ruderpropeller stets in der optimalen Anströmrichtung eingestellt werden und brauchen zur Kursstabilisierung nicht laufend verschwenkt werden. Auch hierdurch ergibt sich eine Energieeinsparung durch Vermeidung der Schubumleitung, die größer ist als der Widerstand des separaten Ruders. Die optimale Anströmrichtung jedes Ruderpropellers ist je nach den Toleranzen des Schiffsrumpfes, der Skegs und der Ruderpropellermontage

unterschiedlich und wird gegebenenfalls vorteilhaft bei Testfahrten des fertigen Schiffes ermittelt.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen und einer Parameterdefinition näher verdeutlicht, aus denen ebenso wie aus den Unteransprüchen weitere, auch erfinderische, Einzelheiten zu ersehen sind.

Im Einzelnen zeigen : FIG 1 eine beispielhafte Skeg-Ruderpropelleranordnung ; FIG 2 ein Spantverlaufsschema von achtern gesehen mit eingezeichnetem POD entsprechend FIGUR 1 ; FIG 3 ein Spantverlaufsschema von vorn ; FIG 4 die Darstellung eines erfindungsgemäßen Strömungskanals an einem Schlepptank-Modell ; FIG 5 das Modell mit dem Strömungskanal entsprechend FIGUR 4 von achtern ; FIG 6 die Skegs von der Seite mit dem Strömungskanal entsprechend den FIGUREN 4 und 5 und FIG 7 das Prinzip der Anordnungen.

In FIGUR 1 ist in schiffbauüblicher Weise der Bereich des Hecks in Seitenansicht gezeigt, in dem sich die elektrischen Ruderpropeller und die Skegs befinden. Mit 1 ist ein von der Seite gesehener Skeg bezeichnet, der in den rund ausgebildeten Wulst 2 ausläuft. 3 bezeichnet einen elektrischen Ruderpropeller ; hier ist beispielsweise ein elektrischer Ruderpropeller mit zwei Propellern 4 und 5 und seitlichen Flossen gezeigt. Es versteht sich, dass ebenso ein Ruderpropeller mit einem Zug-oder ein Ruderpropeller mit

einem Druckpropeller, jeweils mit den dazu passenden Strömungsleitelementen verwendet werden kann.

6 bezeichnet die Konstruktionswasserlinie (CWL) und 7 den Abstand zwischen dem Ende des Skegwulstes und dem Zugpropeller des elektrischen Ruderpropellers. Dieser Abstand ist Gegenstand eines Optimierungsvorganges, da einerseits der Propeller 5 hinter dem Auslauf des Wulstes 2 schwenkbar sein muss und andererseits der Abstand zum Wulst 2 gering sein soll.

Zur Vermeidung von Vibrationen und zur Verringerung der Kavitation kann bei manchen Schiffen eine Strömungsvergleichmäßigungsstrecke vorteilhaft sein. Die Strömungsvergleichmäßigungsstrecke ist am längsten, wenn ein POD mit einem Druckpropeller entsprechend dem Propeller 4 verwendet wird. Dann wirkt auch das Gehäuse des elektrischen Ruderpropellers 3 und der Schaft des elektrischen Ruderpropellers als Strömungsvergleichmäßigungselement.

Der elektrische Ruderpropeller ist vorteilhaft um einen Winkel, z. B. 2 Grad, gegenüber der Horizontalrichtung geneigt. Dieser Winkel ist mit 8 bezeichnet. Das Schiffsende ist mit 9 bezeichnet ; auch seine Länge ist ebenso wie die übrigen Komponenten am Heck des Schiffes von der Ausgestaltung des Hecks und damit auch von dem Schiffstyp abhängig.

In FIGUR 2, in der die Schiffslinien (Spantverläufe) von Achtern gesehen gezeigt sind, bezeichnet 10 einen typischen Spantverlauf und 12 den von achtern sichtbaren elektrischen Ruderpropeller. Wie ersichtlich, befindet sich die Mitte 11 des Ruderpropellers zwar, wie aus FIGUR 1 ersichtlich, hinter dem Ende des Stummels, ist jedoch asymmetrisch zu dem Verdrängungsvolumen 15 angeordnet. Der Ruderpropeller selbst ist mit dem Abstand 13 gegenüber der Schiffsmitte angeordnet ; die Länge von 13 beträgt etwa das 1,1-fache des

Propellerdurchmessers 16. Die erfindungsgemäße, im wesentlichen ebene, Ausgestaltung der Innenseite des Strömungskanals, der zwischen den Skegs 1 aus FIGUR 1 ausgebildet ist, ergibt sich deutlich aus dem Linienverlauf im Bereich 14.

In FIGUR 3, die den Schiffslinienverlauf (Spantverlauf) von vorn gesehen zeigt, bezeichnet 17 einen üblichen Spantverlauf und 18 den Verlauf am Bulb, der am Schiffsbug angeordnet ist.

FIGUR 3 zeigt im wesentlichen einen üblichen Schiffslinienverlauf, wie er für kursstabile und widerstandsarme seegehende Schiffe üblich ist.

Die FIGUREN 4,5 und 6 zeigen Darstellungen eines optimierten Schleppmodells und stellen das Unterteil des Rumpfendes des Schleppmodells eines relativ schnellen Fährschiffes (28 Kn) mit einem Rumpf, der zur Aufnahme von Kraftfahrzeugen und Passagieren bestimmt ist, dar. Derartige Schleppmodelle werden üblicherweise zur Ermittlung der optimalen Rumpfformen von Schiffen verwendet und sind dem Fachmann allgemein bekannt.

In FIGUR 4 bezeichnet 20 den zwischen den Skegs 22 mit ihren nahezu ebenen, stetig verlaufenden Seitenwänden 21 ausgebildeten Strömungskanal. Die Schiffsunterseite 23 ist ebenso stetig und nur leicht gekrümmt wie die Innenseite 21 des Strömungskanals 20.

In FIGUR 5 bezeichnet 25 den von achtern gesehenen Strömungskanal zwischen den Skegs 26, der unter dem Scheitelpunkt 24 der Aufkimmung 28 des Hecks des Schiffes angeordnet ist. Die Skegs 26 sind nach achtern scharf flossenartig ausgebildet und laufen in wulstartigen Enden 27 aus, die ohne Tragelemente über die flossenartigen Teile der Skegs 26 hinausragen. Insgesamt ergibt sich eine sehr

strömungsgünstige Heckform mit guten Eigenschaften gegenüber von achtern auflaufenden Seen.

In FIGUR 6 ist der Strömungskanal zwischen den Skegs 30 mit 29 bezeichnet. Das flossenartige Ende der Skegs ist mit 31 bezeichnet, das wulstförmige Verdrängungsvolumen mit 33.

Hinter den Skegs 30 ist zum Zwecke der Optimierung ein auswechselbares veränderbares Heckteil 32 angeordnet, mit dem die optimale Länge und gegebenenfalls Neigung des Schiffshecks ermittelt wird. Der Boden des Schiffs weist eine aus der Darstellung deutlich zu ersehende schräg nach oben verlaufende Form auf, die etwa 1/3 der Schiffslänge ausmacht.

So ergibt sich am Schiffsheck eine beruhigte, relativ langsame Abströmung, die zu einem niedrigen Schiffswiderstand führt.

In FIGUR 7 ist die prinzipielle Anordnung der einzelnen Komponenten zur Veranschaulichung dargestellt. Dabei handelt es sich um im internationalen Schiffbau übliche Darstellungsformen. Die Parameterwerte und deren beanspruchte Gültigkeitsbereiche sind mathematisch wie folgt definiert : Ask Die Querschnittsfläche des Skegs bei der Länge LASk ; abgesetzt vom hinteren Ende des Skeg.

0. 1*Ao Ask Ao Ao Die Propellerkreisfläche Ao=7c*D'/4 =0. 7853*D2 AR Die projizierte Fläche des Hilfsruders O 01*AO AR < 0. 01*Lpp*T Ls Die Länge des Skeg 0. 20*Lpp<Ls<0. 45*Lpp LAsk Der Abstand von der Skegspitze bis zum definierten Querschnitt ASk

Lpod Die Länge des POD. dtran Der Abstand vom hinteren Lot zum Spiegelheck 2* Lpod > dtran > Lpod/2 ds Der Abstand zwischen den Mittellinien der Skegs an ihrer Spitze am hinteren Ende der Skegs 1. 5*D<ds<B-1. 5*D dss Der minimale Abstand zwischen der Mittellinie am Ende des Skegs und der Schiffsseite am Beginn der Aufkimmung des Bilgenradius. dss > 0.75*D dh Der Abstand zwischen dem hinteren Ende des Skegs und dem Punkt des beginnenden Anstiegs der Basislinie des Skeg von der Schiffsbasislinie. dh > 0. 3*LAsk dp Der Abstand zwischen Propellernabe und hinterem Ende des Skegs.

0.02*D < dp < 0.02*Lpp dt Der Propellerfreischlag an der vorderen Propellerebene dt > 0.15*D a Der Winkel zwischen Skeg und der Senkrechten zur Schiffsbasis a < 30° Der Winkel von der Mittellinie POD-Propeller zur Schiffsbasis im Längsschnitt ß < 5° D Der Propellerdurchmesser Lpp Die Länge zwischen den Loten

B Die Breite des Schiffes auf Spanten T Der Tiefgang des Schiffes auf Spanten AP Das hintere Lot Zu der erfindungsgemäßen Konstruktion, die zu einem insgesamt sehr niedrigen Schiffswiderstand bei gutem Propulsionswirkungsgrad der elektrischen Ruderpropeller führt, sind die Ruderpropeller, die Skegs und die Heckform miteinander verbunden wirkende Elemente. Die elektrischen Ruderpropeller sind dabei so in der Abströmung der Skegs angeordnet, dass die Drehachse der Propeller innerhalb der Region mit einer wesentlich herabgesetzten axialen Komponente des Geschwindigkeitsfelds übereinstimmt. Dadurch, dass die elektrischen Ruderpropeller hinter den Skegs angeordnet sind, wird eine Operation der Propeller in dem Abströmfeld der Skegs ermöglicht. Der geformte Strömungskanal führt das abströmende Wasser vorteilhaft gerichtet den Propellern zu.

Die seitliche Ausstellung der Skegs und die Form der Strömungsleitkörper beeinflusst das Geschwindigkeitsfeld innerhalb der Propellerscheiben derart, dass die tangentialen Komponenten des Geschwindigkeitsfeldes vorteilhaft günstig in den Propeller hinein verlaufen. Als Folge ergibt sich eine Wirkungsgraderhöhung des Propulsionssystems bei verringerter Kavitation und verminderten Schwingungen. Darüber hinaus ergeben die Skegs eine höhere Kursstabilität des Schiffes. Im Endeffekt ergibt sich eine erhebliche Treibstoffersparnis.

Dazu kann auch die Verwendung eines Hilfsruders beitragen, das es erlaubt, die elektrischen Ruderpropeller stets optimal zur Abströmung im Skegbereich einzustellen. Diese optimale Stellung braucht durch Kurskorrekturbewegungen nicht verändert zu werden.