Alfred Loebell

IX. INTEENATIONALER SCÏÏIFEAHRTS-CONGRESS

DÜSSELDORF - 1902.

II. Abtheilung.

5. Mittheilung.

Neuere Versuche

über

Schiffswiderstand in freiem Wasser.

Bericht

von

Joli. Schütte,

Schiffbau-Ingenieur des Nordd. Lloyd, Bremerhaven.

BERLIN.

P. Stankiewicz’ Buchdruckerei.

1902.

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Neuere Versuche über Schiffs freiem Wasser.

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Bericht

von

Joh. Schütte,

Schiffbau-Ingenieur des Nordd. Lloyd, Bremerhaven.

„Freies Wasser“: Dies sind die vielnmstrittenen Worte fast bei jeder Probefahrt eines Dampfers, bei der dem Auftraggeber der Beweis geliefert werden soll, dass die Werft nicht allein bezüglich der Tragfähigkeit, sondern auch hinsichtlich der Schiffsform und der Grösse der Maschinenanlage ihre Schuldigkeit gethan hat, d. h. dass das Schiff die konktraktlich vorgeschriebene Geschwindigkeit erreicht.

Nach den von mir angestellten Versuchen über Schiffswiderstand in engen, tiefen und flachen, breiten Kanälen, muss ich leider behaupten, dass nach meiner Ueberzeugung die meisten Probefahrten, soweit sie in der Nord- und Ostsee stattfinden, nicht in freiem Wasser vorgenommen werden, und dass sich sowohl Rheder als Erbauer sehr oft in dem Maasse der wirklich erreichbaren Schiffsgeschwindigkeit in freiem Wasser zu ihrem Vor- oder Nachtheil täuschen.

Wenn auch im allgemeinen mit Recht angenommen werden kann, dass enges oder seichtes, oder enges und seichtes Fahrwasser die Schiffsgeschwindigkeit wesentlich beeinträchtigen, so trifft dies, namentlich bei schnellen, kleineren Schiffen, nicht immer zu; es kann der Fall eintreten, dass z. B. Torpedoboote in seichtem Wasser schneller laufen als in tiefem, freiem.

Um diese Behauptung beweisen zu können, muss ich den Schiffswiderstand in Kanälen streifen.

In der Abtheilung für schiffbautechnische Versuche des Norddeutschen Lloyd zu Bremerhaven, deren Abbildungen sich in dieser Mittheilung befinden, habe ich durch Modellschleppversuche klarzustellen versucht, erstens, welche Kanalbreite bei tiefem Wasser und zweitens, welche Kanaltiefe bei genügender Kanalbreite den Schiffswiderstand nicht beeinflussen.

n 6 No. 76.

Bei diesen Versuchen bin ich zu überraschenden Ergebnissen gelangt, die vielleicht von allgemeinem Interesse sein dürften. Das

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Versuchsstation des Nordd. Lloyd. Aussenansicht.

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nachfolgende Bild zeigt, wie das Schleppbassin durch eingebaute Seitenwände verengert wurde.

Da der Kanalquerschnitt bei allen Versuchen stets so gross war, dass beim Eintritt des Modells in die Versuchstrecke am Ende derselben keine Niveauschwankung eintrat, so darf angenommen werden, dass die Versuche in ruhigem Wasser stattgefunden haben. Da ferner erwiesenermaassen die Wellen- und Wirbelbildungen der Modelle mit denen ihrer Schiffe übereinstimmen, solange sich Modell und Schiff mit korrespondierenden Geschwindigkeiten bewegen, diese Bildungen aber den grössten Theil des Gesammtwiderstandes der Schiffe in Kanälen ausmachen, so glaube ich nicht zu viel zu behaupten, wenn ich sage, dass von diesen Modellversuchen auf die Wirklichkeit geschlossen werden kann.

Auf den Tafeln 1 und 2 sind die Ergebnisse der Untersuchungen graphisch dargestellt.

Betrachten wir zunächst die Kurve für das Modell des Torpedoboots auf Tafel 1. Bei 30 fachem Schiffstiefgang als Kanaltiefe sind der Reihe nach die durch Schleppversuche ermittelten Widerstands-Kurven für 1340 mm, 2295 mm, 3130 mm, 4025 mm und 6000 mm Kanalbreite aufgetragen. Bei ca. 2,8 m Geschwindigkeit fallen die vier ersten Kurven unter die fünfte, die, wie spätere Versuche gezeigt haben, den Widerstand in freiem Wasser darstellt.

Demzufolge wäre bei Schiffen, deren Längen das 9 bis 9,5 fache ihrer Breite nicht überschreiten in tiefem Wasser für grössere Geschwindigkeiten eine Wasserbreite von mindestens 10—12 fâcher Schiffsbreite erforderlich.

In nocli höherem Grade wie die Kanalbreite beeinflusst die Kanaltiefe den Schiffswiderstand.

Die Widerstandskurven der Tafel 2 steigen schneller als die Tafel 1; auch hier finden wir, dass für gewisse Wassertiefen und Geschwindigkeiten bei dem Torpedobootsmodell die entsprechenden Widerstandskurven unter die des Widerstandes im freien Wasser sinken. Bei dem Schnelldampfermodell war bei einer Bassintiefe gleich dem 10,5 fachen und bei dem Torpedobootsmodell erst gleich dem 16 fachen Tiefgang kein Einfluss des Bassins mehr bemerkbar. Erwägt man nun, dass bei unseren neuen grossen Torpedobooten der Tiefgang einschliesslich der Hacke des Hinterstevens ca. 2,70 m beträgt, und dass sich diese Boote bei den höheren, hier in Betracht kommenden Geschwindigkeiten ca. 0,50 m einsangen, sodass der Tiefgang achtern ca. 3,20 m gross wird, so dürften einwandfreie Probefahrtergebnisse erst auf einer Wassertiefe von 48—50 m erreichbar sein. Auch lehren die Kurven der Tafel 2, dass die neuesten Schnelldampfer des Nordd. Lloyd „Kaiser Wilhelm der Grosse“ und „Kronprinz Wilhelm“⁴ Schiffe von 23—24 Knoten Geschwindigkeit ihre Probefahrten auf ca. 84 m Wassertiefe hätten machen müssen, wenn die auf ihren Fahrten über den Ozean erzielten Geschwindigkeiten hätte erreicht werden sollen.

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Schlepp-Bassin mit eingebautem Kanal.

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Torpedobootsmodell 1:17,5.

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Widerstand bei einer Kanaltiefe — 5 X Tiefgang

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Die vorstehende Tabelle, welche die Widerstände des Torpedobootmodells bei 5-fachem Tiefgang als Bassintiefe mit denen des freien Wassers vergleicht, beweist meine anfangs ausgesprochene Behauptung in Zahlen. Obgleich der wellen- und wirbelbildende Widerstand bei 2,2 m Modellgeschwindigkeit gleich 18 Knoten Schiffsgeschwindigkeit im flachen Wasser um 101,5 % grösser ist, wird derselbe bei 3,0 bis 3,2 m gleich 24 bis 26 Knoten um 13% kleiner als in tiefem Wasser; d. h. bei gleicher indizierter Leistung der Maschine kann der Fall eintreten, dass das Boot in flachem Wasser schneller läuft als in freiem, tiefen.

Der Grund hierfür ist in der Wellenbildung zu suchen. In flachem Wasser wirft das Schiff eine mächtige Heckwelle auf*, die bis zu einer gewissen Geschwindigkeit höher und höher wird; gleichzeitig saugt sich das Schiff achtern tiefer und tiefer ein; der Widerstand wächst unverhältnissmässig schnell. Plötzlich aber tritt ein Wendepunkt ein, das Schiff taucht wieder aus und die Heckwelle verschwindet fast, nachdem sie einen Anlauf genommen hat, noch höher zu werden als zuvor. Ich möchte sagen, die Heckwelle bleibt hinter dem Boot zurück, nachdem sie sich überschlagen, da ihre Höhe nicht mehr mit ihrer Geschwindigkeit harmoniert.

Nachdem ich versucht habe den Ausdruck: „freies Wasser“ durch Versuche zu klären und hierbei die Schlepp versuche in Kanälen streifte, mag man mir gütigst gestatten, noch einer anderen Frage Erwähnung zu tliun, die sehr nahe liegt, nämlich der Frage, wie müssen mehrere Schiffe, die in freiem Wasser hintereinander geschleppt werden, mit einander vertäut sein, um einen möglichst kleinen Widerstand zu erzeugen. Die nachfolgende Tabelle giebt hierüber Aufschluss.

Abmessungen der Modelle von Schnelldampfern im Maasstab 1 : 45.

Tiefgang

Länge j Breite

Modell 1

4,592 m 4,300 „ 4,267 „

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0,179 m 0,177 „ 0,177 „

Ergebnisse der Schleppversuche.

Widerstände in kg.

Modell 1-2-3

Modelle 2-1-3

Geschwindigkeit

Abstand 0,750 m

Abstand 0,075 m

Abstand 0,750 m

Abstand 0,075 m

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Es wurden die Modelle von drei dein Typ nach ähnlichen Schiffen hintereinander gebunden und im Bassin in Abständen von 0,075 m und 0,750 m von einander geschleppt; bei jeder Serie war zuerst das breiteste Modell vorn und dann an zweiter Stelle.

Diese Versuche lehren, dass bei ähnlichen Schiffen das grösste, breiteste voran, und das kleinste an letzter Stelle fahren soll, und zwar so dicht wie nur irgend möglich hintereinander.

Die Theorien, welche sich mit dem Schiffswiderstand und der Errechnung der Maschinenleistung von Dampfern befassen, sind sehr mannigfaltig und widersprechend, noch mannigfaltiger aber sind bei ihrer Nutzanwendung die Resultate welche sie liefern. Da anerkanntermaassen die Froude’sche Widerstandstheorie insofern die beste ist, als sie an der Hand von Schleppversuchen selbst die geringsten Formenunterschiede in den berechneten effektiven Pferdestärken zum Ausdruck bringt, so habe ich mir erlaubt auf den Tafeln No. 3 und 4 für einen Normal-Schnelldampfertyp von 100—240 m und für einen Normal-Frachtdampfertyp von 60—190 m Länge die effektiven Pferdestärken für drei bezw. vier verschiedene Tiefgänge für freies Wasser in Kurven darzustellen. Diese Kurven sind aus den durch Schleppversuche ermittelten Widerständen bester Modelle nach der Formel.

EPStota = 0,006 85Ü«³ • 7- w — 0,00259 (Om — Os) • Ln0875 . F • F²'⁸²⁵

berechnet.

In ihr

Diese Formel ist abgeleitet aus der Froude’schen Schiffswiderstandstheorie in ihrer Anwendung auf Schiffsmodelle, welche von mir ausführlich im zweiten Bande des Jahrbuchs der Schiff bautechnischen Gesellschaft 1901 behandelt ist. bedeuten :

a Verhältniss der linearen Grössen des Schiffes zu denen des Modells.

V Schiffsgeschwindigkeit in Knoten,

w Modellwiderstand für die korrespondirende Geschwindig-V. 0,5144

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0,n und Os Konstanten, abhängig von der benetzten Oberfläche des Modells bezw. Schiffs,

L Schiffslänge in Metern zwischen den Lotlien und F benetzte Oberfläche in qm.

Auf den Tafeln 3 und 4 bedeuten:

LjB Verhältniss der Schiffslänge zur Schiffsbreite,

Tl B

ô = Völligkeitsgrad des Deplacements, des Hauptspants, der Schwimmebene und zwar des vorderen Theils, des hinteren Theils, rj ist der Coefficient, durch den die effektiven Pferdestärken dividirt werden müssen um die indizirte Leistung der Maschinenanlage zu erhalten.

1. Beispiel: Gesucht wird die indizirte Maschinenleistung eines Schnelldampfers vom vorliegenden Typ von 200 m Länge bei einem mittleren Tiefgang für 23 Knoten Geschwindigkeit.

des Schiffstiefgangs zur Schiffsbreite,

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«1 = a₂ —

L = 200 m, B = 20,77 in, Tiefgang = 8,62 m, ö = 0,624 ß = 0,942, « = 0,749

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0,57

= 34912 = 35000.

2. Beispiel: Gesucht wird ^ die indizirte Maschinenleistung eines beladenen Frachtdampfers vom vorliegenden Typ von 130 m Länge und 12 Knoten Geschwindigkeit.

_L = 130m, B = 16,40 m, Tiefgang = 8,35 m, ô = 0,735, ß = 0,954; « = 0,825.

JPS —

1750

0,535

= 3240.

Auf graphischem Wege kann man leicht die effectiven bezw. indizirten Pferdestärken für beliebige Geschwindigkeiten und Tiefgänge aus den vorhandenen Kurven der Tafel II und III ermitteln.

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111-307111

Biblioteka Politechniki Krakowskiej

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