DE602004009467T2

DE602004009467T2 - Schiffsrumpf

Info

Publication number: DE602004009467T2
Application number: DE602004009467T
Authority: DE
Inventors: Remi Laval-Jeantet; Patrick Tableau; Maud Tronquez
Original assignee: Chantiers Beneteau SA
Current assignee: Chantiers Beneteau SA
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2024-10-29
Also published as: WO2005042340A1; ES2295966T3; DE602004009467D1; PT1685020E; EP1685020A1; FR2861687A1; PL1685020T3; FR2861687B1; ATE375291T1; HRP20080005T3; EP1685020B1; DK1685020T3; CY1107261T1

Description

Die Erfindung betrifft Schiffsrümpfe, die insbesondere aber nicht ausschließlich für Küstenboote bestimmt sind.
Die Erfindung betrifft insbesondere einen Schiffsrumpf, dessen Formen optimiert sind, um das Fahrverhalten und/oder die Geschwindigkeit und/oder die Leistung des Schiffes zu verbessern.
Die Form eines Schiffsrumpfes ist ein ausschlaggebendes Element, das einen Großteil des Verhaltens des Schiffes beim Halten und während der Fahrt bestimmt. Ein Grundgedanke dieses technischen Bereiches ist die Entwicklung von Schiffsrümpfen, die die Reibungskräfte des Wassers unter dem Schiffsrumpf minimieren, um die Leistung und/oder die Geschwindigkeit des Schiffes verbessern.
Solche Schiffsrümpfe, deren Grundelemente so entwickelt wurden, dass sie die Sogkraft des Wassers auf den Rumpf reduzieren und die benetzte Oberfläche verringern, um Reibungswiderstände und Rücktriebe zu reduzieren, sind bereits bekannt. Um dies zu erreichen, ist eine der bekannten Methoden die Formierung einer oder mehrerer Unebenheiten, so genannter „Abstufungen" („steps” in Englisch).
So haben Eugène P. Clement und Joseph Koelbel Jr. in einem Artikel namens „Effects of Step Design an the Performance of Planing Motorboats", 4^th biennal power boat symposium, SE section SNAM vom Februar 1991 („Effekte des Stufendesigns auf die Leistung von Gleitmotorbooten"), untersucht, wie verschiedene Abstufungen die gewünschte Reibungsreduktion ermöglichen und dafür sorgen, dass die Schiffe „schweben", d. h. dass sie auf der Wasseroberfläche gleiten, anstatt in das Wasser einzudringen. In dem Artikel von Herrn Clement und Herrn Koelbel Jr. wird insbesondere das englische Torpedoboot „thromycroft CMB" aus dem Zeitraum von 1915–18 behandelt.
Ein anderer Artikel namens „Aerodynamic and hydrodynamic aspects of highspeed water surface craft" („Aerodynamisches und hydrodynamisches Verhalten von Hochgeschwindigkeits-Wasserfahrzeugen") von Dr. R.K. Nangia wurde 1987 in der Juni/Juli-Ausgabe des Aeronautical Journal" veröffentlicht. In diesem Artikel werden verschiedene Formen von Schiffsrümpfen vorgestellt, die die benetzte Oberfläche verringern sollen, um hohe Geschwindigkeiten zu erreichen.
Anhand dieser Artikel wird deutlich, dass das Prinzip eines Schiffsrumpfes mit einer oder mehreren Höhenunterschieden durch Abstufungen bereits seit langem bekannt ist. Dieses Prinzip wurde bisher dennoch nur bei Schiffen angewendet, bei denen das Komfortniveau kein grundlegendes Kriterium für die Konzeption ist, wie zum Beispiel bei Rennbooten oder Militärbooten.
Dennoch lassen sich im Handel Motoryachten finden, deren Schiffsrümpfe mit Stufen versehen sind. Auch diese Schiffe werden im Allgemeinen für den sportlichen Gebrauch entwickelt, wobei dem Komfort ein geringerer Stellenwert eingeräumt wird. Sie sind dafür bekannt, bei Wellengang auf dem Wasser „aufzuschlagen", und neigen dazu, flach in die Kurve zu gehen, sodass die Passagiere erheblichen Zentrifugalkräften ausgesetzt sind.
Darüber hinaus ist aus dem Dokument US 5 140 930 ein Schiffsrumpf mit einer Aussparung in rechteckiger Form auf der Rückseite bekannt. Diese Aussparung hat dieselbe Wirkungsweise wie eine Abstufung und erzeugt ein Ablösen des Wassers vom Schiffsrumpf. Diese Aussparung ist hinsichtlich ihrer Breite begrenzt, sodass zwei Längsschwimmer wie bei einem Katamaran von vorne zum hinteren Teil des Kiels verlaufen können.
Darüber hinaus ist aus dem Dokument US 3 547 064 ein Schiffsrumpf mit einer V-förmigen Abstufung bekannt, deren Spitze nach vorne zeigt.
Zuletzt ist aus dem Dokument US 6 216 622 ein Schiffsrumpf bekannt, der ebenfalls über eine V-förmige Abstufung verfügt, die nach vorne zeigt, und außerdem zwei Paar Längsschwimmer besitzt, die sich zwischen der hinteren Endplatte des Schiffsrumpfes und der V-förmigen Abstufung erstrecken.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Art von Schiffsrumpf zu verbessern, indem ein schwimmender Schiffsrumpf vorgestellt wird, der die Reibungskräfte des Wassers unterhalb des Schiffsbodens mit Hilfe einer V-förmigen Abstufung mit nach vorne verlaufender Spitze minimieren soll. Gleichzeitig soll das Fahrverhalten des Schiffes geschmeidiger, komfortabler und sicherer werden.
Zu diesem Zweck und in einem Aspekt sieht die Erfindung einen schwimmenden Schiffsrumpf mit einem Schiffsboden und einer Seitenwand vor, die durch zwei Kimmen begrenzt werden und aus einem vorderen und einem hinteren Teil bestehen. Der vordere Teil und der hintere Teil sind auf Höhe einer V-förmigen Abstufung, deren Spitze nach vorne zeigt, gegenüber einander versetzt. Dieser Schiffsrumpf verfügt über eine Kiellinie und zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Abstufung quer zwischen den beiden Kimmen erstreckt und dass auf dem hinteren Teil zwei seitliche, spitz zulaufende Gleitkufen angebracht sind, die jeweils aus dem Schiffsboden neben einer Kimme hervortreten und deren Längsachse eindeutig parallel zur entsprechenden Kimme verläuft.
Darüber hinaus sieht die Erfindung einen schwimmenden Schiffsrumpf mit einem Schiffsboden und einer Seitenwand vor, die durch zwei Kimmen begrenzt werden und aus einem vorderen und einem hinteren Teil bestehen, die auf Höhe einer V-förmigen Abstufung, deren Spitze nach vorne zeigt, gegenüber einander versetzt sind, wobei dieser Schiffsrumpf über eine Kiellinie verfügt und sich dadurch auszeichnet, dass die Abstufung sich quer zwischen den beiden Kimmen erstreckt und die Kimmen jeweils Einkerbungen in der Verlängerung der Abstufung umfassen, und dass auf dem hinteren Teil zwei seitliche, spitz zulaufende Gleitkufen angebracht sind, die jeweils aus dem Schiffsboden neben einer Kimme hervortreten und deren Längsachse eindeutig parallel zur entsprechenden Kimme verläuft, wobei jede der Gleitkufen sich vom hinteren Ende des Rumpfes bis auf die Höhe der genannten Einkerbungen erstreckt.
Darüber hinaus sieht die Erfindung einen schwimmenden Schiffsrumpf mit einem Schiffsboden und einer Seitenwand vor, die durch zwei Kimmen begrenzt werden und aus einem vorderen und einem hinteren Teil bestehen, die auf Höhe einer V-förmigen Abstufung, deren Spitze nach vorne zeigt, gegenüber einander versetzt sind, wobei dieser Schiffsrumpf über eine Kiellinie verfügt und sich dadurch auszeichnet, dass die Abstufung sich quer zwischen den beiden Kimmen erstreckt und dass auf dem hinteren Teil zwei seitliche, spitz zulaufende Gleitkufen angebracht sind, die jeweils aus dem Schiffsboden neben einer Kimme hervortreten und deren Längsachse eindeutig parallel zur entsprechenden Kimme verläuft, wobei jede der Gleitkufen über eine negative V-Stellung verfügt.
Zwischen der Abstufung und jeder der Gleitkufen ist eine Ablauffläche vorgesehen. Der Ablauf kann darüber hinaus von jeder der Gleitkufen zu einer in der jeweiligen Kimme angebrachten Einkerbung ausmünden.
Darüber hinaus sieht die Erfindung einen schwimmenden Schiffsrumpf mit einem Schiffsboden und einer Seitenwand vor, die durch zwei Kimmen begrenzt werden und aus einem vorderen und einem hinteren Teil bestehen, die auf Höhe einer V-förmigen Abstufung, deren Spitze nach vorne zeigt, gegenüber einander versetzt sind, wobei dieser Schiffsrumpf über eine Kiellinie verfügt und sich dadurch auszeichnet, dass die Abstufung sich quer zwischen den beiden Kimmen erstreckt und die Kimmen jeweils Einkerbungen in der Verlängerung der Abstufung umfassen, und dass auf dem hinteren Teil zwei seitliche, spitz zulaufende Gleitkufen angebracht sind, die jeweils aus dem Schiffsboden neben einer Kimme hervortreten und deren Längsachse eindeutig parallel zur entsprechenden Kimme verläuft, wobei jede der Gleitkufen über eine negative V-Stellung verfügt und sich vom hinteren Ende des Rumpfes bis auf Höhe der genannten Einkerbungen erstreckt.
Ein solcher Schiffsrumpf profitiert von den Vorteilen einer V-förmigen Abstufung wie oben beschrieben, wobei Nachteile wie Instabilität, mangelnder Komfort und das niedrige Sicherheitsniveau im Zusammenhang mit dieser gleichen Abstufung stark reduziert werden. Darüber hinaus verfügt ein solcher Schiffsrumpf wie unten dargestellt über mehr Leistung, das heißt, dass bei gleicher Ladung eine niedrigere Motorisierung eingesetzt werden kann als bei Schiffsrümpfen älterer Ausführung, die insbesondere zum Datum der Einreichung der Patentanmeldung vertrieben werden.
Diese Abstufung, die über eine Spannweite verfügt, die sich quer zwischen den zwei Kimmen des Schiffsrumpfes erstreckt, stellt einen Vorteil dar, da die benetzte Oberfläche des Schiffsrumpfes unabhängig von der Geschwindigkeit des Schiffes eine spitze Form behält. Durch diese spitze Form wird überdies eine erhebliche Spannweite beibehalten, auch wenn sie im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit leicht verringert wird.
Dies hat eine erhöhte Streckung der benetzten Oberfläche zur Folge, was dazu führt, dass die Druckspur verringert wird. Weitere Vorteile der Abstufung werden weiter unten mit Hilfe von Zeichnungen erläutert.
Darüber hinaus sorgen die Gleitkufen für eine Stabilisierung der Stampfschwingungen des Schiffes, wie weiter unten näher erläutert wird.
Ebenso wie ein Kasten, der auf den Grund des Schiffsrumpfes gesetzt wird, bildet die Gleitkufe eine Auftriebsreserve, die sich günstig auf das Gleichgewicht des Schiffes beim Halten und niedrigen Geschwindigkeiten mit Stampfschwingungen auswirkt.
Da die Gleitkufen letztlich entsprechend einem der Aspekte der Erfindung eine negative V-Stellung aufweisen, wird das Schlingerverhalten des Schiffes stabilisiert. Es wird ein Spantrahmen gegen das Kentern zum Kurveninneren hin erzeugt, was die Bildung einer Kraftkomponente ermöglicht, die entgegen der Zentrifugalkraft wirkt, der die Passagiere ausgesetzt sind. Dadurch werden die Nachteile eines Schiffsrumpfes vermieden, der nur über eine einfache Abstufung verfügt, der wie oben bereits erwähnt dazu neigt, flach in die Kurve zu gehen.
Die Tragoberfläche der inneren Gleitkufe wirkt teilweise wie eine Abdrift, was das Schiff in der Kurve stabilisiert.
Die Auswirkungen der negativen V-Stellung werden weiter vorne in der nachfolgenden Beschreibung mit Hilfe von Zeichnungen erläutert.
Der Schiffsrumpf zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass er über eine zusätzliche Abstufung auf dem hinteren Teil des Schiffsbodens verfügt. Diese zusätzliche Abstufung kann V-förmig sein, wobei die Spitze nach vorne zeigt und deren Spannweite sich zwischen den beiden Gleitkufen erstreckt.
Diese zusätzliche Abstufung setzt die Wirkung der Hauptabstufung fort und sorgt ebenfalls für eine Ablösung der Flüssigkeit vom Schiffsrumpf. Bei einem größeren Schiff können mehrere zusätzliche Abstufungen vorgesehen werden.
Der hintere Teil zeichnet sich dadurch aus, dass er in einer Form ausgeführt ist, die im Querschnitt einen V-förmigen Anteil aufweist. Dabei ist jeder Schenkel über einen kurvenförmigen Teil, der nach hinten unten verläuft, mit der Gleitkufe verbunden. Diese Form wird aus Bequemlichkeit „Möwenflügel" genannt und erzeugt eine Oberfläche, deren Krümmung das Wiederanhaften der Flüssigkeit am hinteren Teil des Schiffsrumpfes hinter der Abstufung erschweren soll.
Weiterhin kann jede der Einkerbungen in den Kimmen durch eine erste Querfläche auf der jeweiligen Kimme und durch eine zweite gebogene Verbindungsfläche in demjenigen Teil der Kimme, der an den hinteren Teil des Rumpfs anschließt, begrenzt werden, wobei die erste Fläche gegenüber der Höhendifferenz liegt, die durch die Abstufung zwischen dem vorderen Teil und dem hinteren Teil des Schiffsrumpfes entsteht. Die Abflussfunktion der Überdruckflüssigkeit, die entlang der Abstufung verläuft, wird somit begünstigt.
Die Höhendifferenz, die durch die Abstufung entsteht, kann in der Nähe der Spitze des V größer sein als in der Nähe der Kimmen, um mehr Flüssigkeit nach unten in Höhe der Kimmen zu verdrängen.
Jede der Gleitkufen zeichnet sich dadurch aus, dass sie fern von der Kimme liegt, entlang derer sie angebracht ist, sodass eine Querfläche zur Seitenwand des Schiffsrumpfes zwischen der Gleitkufe und der Seitenwand gebildet wird. Somit befindet sich die die Außenseite der Gleitkufen nicht in der Verlängerung der Seitenwand des Schiffsrumpfes. Die Flachstelle der Kimme läuft entlang dieser Zone und verdrängt so die Flüssigkeit nach unten und hindert die Flüssigkeit somit daran, bei hoher Geschwindigkeit wieder an der Seitenwand anzuhaften. Dadurch werden Rücktrieb und Reibung verringert. Die Seitenwände werden somit geschützt.
Eine in bestimmten Fällen besonders vorteilhafte Eigenschaft betrifft den Boden des Rumpfes, an den mindestens ein Luftzufuhrloch angebracht werden kann. Dieses Zufuhrloch ist mit Luftleitungen verbunden. Das Luftzufuhrloch kann im hinteren Teil des Schiffsrumpfes auf Höhe der Spitze des V der Abstufung angebracht sein. Die Luftleitungen können über mindestens einen Luftanschluss verfügen, der an der Seitenwand des Rumpfes angebracht ist, und verbinden den Luftanschluss mit dem Luftzufuhrloch.
Dadurch wird ein Luftkissen auf dem Boden des Schiffsrumpfes erzeugt, das den Luftzufuhreffekt, der von der Abstufung erzeugt wird, weiter unterstützt und jedes Wiederanhaften von Flüssigkeit verhindert.
Die Abstufung kann auf Höhe der Spitze des V außerdem einen Radius aufweisen, der den Strudel abfängt, der dort entsteht. Ein solcher Radius beschleunigt den Strudel und leitet einen Druckabfall ein, der verstärkt wird, um mehr anzusaugen und den Strudel selbstständig zu versorgen, was den gewünschten Luftzufuhreffekt verstärkt. Dieser Kurvenradius kann einen Wert haben, der ungefähr der Hälfte der Höhe der Abstufung entspricht.
Aus Gründen der Leistungsfähigkeit und der einfachen Umsetzung, können folgende Maßnahmen unabhängig voneinander ergriffen werden:

– der Winkel, der vom V der Abstufung gebildet wird, beträgt zwischen 60 und 120 Grad;
– die Kiellinie umfasst zwei Teile, die den beiden Teilen des Schiffsrumpfes entsprechen, die zu beiden Seiten der Abstufung liegen, wobei diese beiden Teile der Kiellinie untereinander einen Winkel zwischen 0 und 3 Grad bilden.
– Die Kiellinie enthält ebenfalls einen Teil, der im hinteren Teil der zusätzlichen Abstufung liegt, wobei dieser Teil mit dem Teil der Kiellinie, der vor der Abstufung liegt, einen Winkel zwischen 0 und 6 Grad bildet;
– Der Schiffsrumpf enthält außerdem längliche Plattengänge an seinem vorderen Teil.

Andere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung treten in der Beschreibung im Anschluss zutage, die gefolgt wird von einer bevorzugten Ausführung, die als Beispiel dient und nicht einschränkend ist. In der Beschreibung wird auf die Zeichnungen im Anhang verwiesen, die folgendes darstellen:
1 stellt eine perspektivische Ansicht eines Schiffsrumpfes entsprechend der Erfindung dar, wobei der Schiffsrumpf im Vergleich zu seiner normalen Gebrauchsfunktion umgekehrt dargestellt wird. Der sichtbare Teil ist hier der Teil des Schiffsrumpfes, der normalerweise dafür vorgesehen ist, im Kontakt mit dem Wasser zu sein;
2 stellt eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Schiffsrumpfes der 1 in einer normalen Gebrauchsposition dar;
3 und 4 stellen die Seitenansicht und die Unteransicht des Schiffsrumpfes aus 1 dar;
5 zeigt eine Vorderansicht des Schiffrumpfes aus 1;
6, 7, 8 und 9 zeigen Profilansichten entsprechend den Querschnitten VI-VI, VII-VII, VIII-VIII, IX-IX der 4;
10 und 11 zeigen ähnliche Ansichten wie die in 4, wobei die benetzte Oberfläche bei einer Geschwindigkeit von fünfundzwanzig Knoten und dreißig Knoten hier schraffiert dargestellt wird;
12 zeigt eine ähnliche Ansicht wie die in 5, wobei der Schiffsrumpf hier in einer Kurve, geneigt zur Horizontalen dargestellt wird;
13 zeigt eine ähnliche Ansicht wie die in 10 und 11, wobei die benetzte Oberfläche des Schiffsrumpfes während einer Kurve dargestellt wird;
14 und 15 entsprechen den 1 und 5 und zeigen eine andere bevorzugte Ausführung der Erfindung.
Die 1 bis 13 beziehen sich auf einen einzigen Schiffsrumpf. Dieser Schiffsrumpf soll ein Deck und jegliche Standardausrüstung erhalten, die zu einem Boot dazugehört.
Dieser Schiffsrumpf kann aus jedem Verbundmaterial hergestellt werden, das zurzeit auf diesem Gebiet oder bei jeder anderen geeigneten Herstellungsweise verwendet wird.
Da dem Fachmann die zum Schiffsbau notwendigen Anwendungen und Mittel bekannt sind, wird darauf an dieser Stelle nicht detaillierter eingegangen und es werden nur die Elemente beschrieben, aus denen der unten aufgeführte Schiffsrumpf besteht.
Die 1 und 2 sind allgemeine perspektivische Ansichten des Schiffsrumpfes entsprechend der Erfindung. Genauer gesagt stellt 1 den Schiffrumpf so dar, als wäre er verkehrt herum auf der Auflage befestigt, um den Teil sichtbar zu machen, der in Wasserkontakt sein wird, wenn das Boot in fahrtüchtigem Zustand ist.
Dieser Schiffsrumpf enthält standardmäßig einen Schiffsboden 1, der von einer Flanke 2 umgeben wird, die zurzeit mit dem fachsprachlichen Ausdruck „Seitenwand" bezeichnet wird. Diese beiden Elemente werden durch zwei seitliche Kimmen 3 voneinander getrennt. Dies ermöglicht einen Neigungswechsel zwischen dem Schiffsboden 1 und der Seitenwand 2.
Die Begriffe vorne und hinten werden hier im Verhältnis zur Fahrtrichtung des Bootes angegeben. Somit erhält der hintere Teil des Schiffsrumpfes eine hintere Platte 4 in der Verlängerung der Seitenwand 2.
Der Schiffsrumpf verfügt außerdem über eine Kiellinie 5, die vom vorderen zum hinteren Teil des Schiffsbodens 1 verläuft und den Schiffsrumpf in zwei symmetrische Teile teilt.
Die Kiellinie enthält hier nicht den scharf hervorspringenden Kiel, sofern der Schiffsrumpf dieses Ausführungsbeispiels für ein Boot mit mechanischem Antrieb bestimmt ist, das keinen Ballast auf Höhe der Kiellinie benötigt. Der erfindungsgemäße Schiffsrumpf kann trotzdem auf anderen Bootstypen wie zum Beispiel Segel- oder Motor-Katamaranen verwendet werden.
Die zuvor beschriebenen Elemente sind ebenfalls in 2 zu sehen, in der eine Unteransicht des Schiffsrumpfes gezeigt wird, wenn dieser sich in normaler Betriebsposition befindet.
Der Schiffsrumpf verfügt erfindungsgemäß außerdem über eine Abstufung 6 in V-Form, wodurch eine Unebenheit erzeugt wird, die den Schiffsboden 1 in einen vorderen Teil 7 und einen hinteren Teil 8 aufteilt.
Die Abstufung 6 wurde so entwickelt, dass sie auf Höhe der Spitze des V, die zum vorderen Teil des Schiffsrumpfes gerichtet ist, einen Streifen enthält, der eine abgerundete Spitze 9 bildet. Die Unebenheit, die von der Abstufung 6 erzeugt wird, ist außerdem verstellbar und in der Nähe der Spitze 9 des V stärker ausgeprägt als in der Nähe der Kimmen 3.
Die Abstufung 6 verfügt über eine Spannweite, die sich über die gesamte Breite des Schiffsbodens 1 erstreckt, da sie zu jeder der seitlichen Kimmen 3 Kontakt hat.
Der Schiffsrumpf enthält in dieser bevorzugten Ausführung eine zweite Abstufung 10, die ebenfalls V-förmig ist, deren Spitze nach vorne ausgerichtet ist und die sich am hinteren Teil 8 befindet.
Erfindungsgemäß sind zwei seitliche Gleitkufen 11 hinter dem hinteren Teil 8 angebracht. Hier kann festgestellt werden, dass sie auf beiden Seiten der Kiellinie 5 angeordnet sind. Diese Gleitkufen 11 werden aus einer Tragfläche 11A geformt, die sich dadurch auszeichnet, dass sie über eine negative V-Stellung verfügt, das heißt, dass jede der Gleitkufen 11 einen Winkel mit der Horizontalen bildet, wobei dieser Winkel α in etwa den gleichen Wert hat und dem Winkel β gegenüber liegt. Der Winkel β wird durch den vorderen Teil des Schiffsbodens auf Höhe des Abschnittes gebildet, der sich vor der Abstufung in dem Bereich befindet, in dem dieser Winkel fast konstant ist (s. 5).
Der Ausdruck „die Gleitkufen verfügen über eine negative V-Stellung" bezeichnet hier die Tatsache, dass die Oberflächen 11A der Gleitkufen 11 jeweils einen Winkel α mit der Horizontalen bilden (s. 5), sodass die beiden Oberflächen 11A gemeinsam einen Winkel bilden, dessen Öffnung nach unten zeigt.
Die Gleitkufen 11 befinden sich hier in einem solchen Abstand zu den Kimmen 3, dass dadurch eine Querfläche 12 zwischen jeder Gleitkufe und der jeweiligen Kimme 3 entsteht. Der Abstand zwischen den Gleitkufen 11 und den Kimmen 3, der die Oberfläche 12 bildet, ist ebenfalls in 5 zu erkennen. Diese Anordnung ermöglicht es, wie oben gesehen, ein Wiederanhaften der Flüssigkeit entlang der Seitenwand bei hoher Geschwindigkeit zu verhindern und sorgt dementsprechend für eine Verringerung des Rücktriebs.
Die zusätzliche Abstufung 10 verfügt über eine Spannweite, die sich zwischen den beiden Gleitkufen 11 erstreckt und so ein scheinbares Dreieck 13 bildet, das an die hintere Platte 4 angrenzt. Der hintere Teil 8 und die Abstufungen 6, 10 sind so angeordnet, dass der Teil 23 der Kiellinie 5, der sich zwischen der ersten Abstufung 6 und der zweiten Abstufung 10 befindet, einen Winkel mit dem Teil 22 der Kiellinie bildet, der sich vor der Abstufung 6 befindet. Dieser Winkel ermöglicht eine stärkere Neigung von Teil 23 des hinteren Teils 8 nach oben, wenn der Schiffsrumpf sich in normaler Betriebsposition befindet.
Die zweite Abstufung 10 soll verhindern, dass die Flüssigkeit, die von der ersten Abstufung 6 abgelöst wurde, wieder an dem Schiffsrumpf anhaftet. Die verschiedenen Winkel, die in der vorliegenden Ausführung angebracht wurden, tragen in dem Zusammenhang zu einem besseren Ergebnis bei.
Weiterhin bilden Teil 23 der Kiellinie 5 zwischen den beiden Abstufungen 6, 10 und Teil 24 der Kiellinie 5 der scheinbar dreieckigen Oberfläche 13 zusammen ebenfalls einen Winkel. Dieser Winkel ermöglicht eine stärkere Neigung des Teils 24 nach oben, wenn der Schiffsrumpf sich in normaler Betriebsposition befindet.
Erfindungsgemäß weist die scheinbar dreieckige Oberfläche 13 außerdem im Querschnitt (s. 9, die ein Schnitt von 4 ist) eine Form auf, die "Möwenflügel" genannt wird. Das Profil zeigt einen V-förmigen Teil, bei dem jeder Schenkel 18 über einen kurvenförmigen Teil 19, der nach hinten unten verläuft, mit der entsprechenden Gleitkufe 11 verbunden ist. Dank dieses Profils werden in der Nähe der hinteren Platte zwei Rinnen mit kurvenförmigem Abschnitt gebildet, die auf beiden Seiten der Kiellinie 5 angeordnet sind und an die Gleitkufen 11 grenzen. Diese Rinnen sorgen zu einem Großteil dafür, dass ein Wiederanhaften der Flüssigkeit verhindert wird, nachdem sie durch die Abstufungen 6, 10 abgelöst wurde, wenn der Schiffsrumpf in Fahrt ist.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kimmen 3 jeweils über eine Einkerbung 14 verfügen, die vorne durch eine Querfläche 15 und hinten durch eine gebogene Verbindungsfläche 16 gebildet wird. Diese Einkerbung 14 befindet sich gegenüber der ersten Abstufung 6, wobei die Querfläche 15 mit dem Höhenunterschied von Abstufung 6 übereinstimmt.
Die Abstufung 6 und die Einkerbung 14 bilden somit einen Abflussbereich, der zwischen der Abstufung 6 und jeder der Gleitkufen 11 entsteht, um die Flüssigkeit entweichen zu lassen und jede Verstopfung in einer Überdruckzone zu verhindern. Eine vorteilhafte Eigenschaft, die in bestimmten Fällen eingerichtet werden kann und die in der vorliegenden bevorzugten Ausführung verwendet wird, ist der mit einem Luftzufuhrloch 20 ausgestattete Schiffsboden. Hier ist es im Schiffsboden 1 auf Höhe der Kiellinie 5 und im hinteren Teil 8 des Schiffsrumpfes auf Höhe der Spitze des V der Abstufung 6 angebracht.
Das Luftzufuhrloch 20 ist mit Luftleitungen verbunden. In dieser Ausführung verfügen die Luftleitungen über zwei Luftanschlüsse 21, die jeweils an beiden Seiten des Schiffsrumpfes in der Seitenwand 2 angebracht sind. Die Luftanschlüsse 21 sind hier mit dem Luftzufuhrloch über Leitungen verbunden, die nicht dargestellt werden. In bestimmten Fällen kann eine Luftzufuhrpumpe in der Leitung angebracht werden, die die Luftanschlüsse mit dem/den Luftzufuhrloch/-löchern verbindet.
Die 1 bis 3 stellen ebenfalls längliche Plattengänge 17 dar, die auf dem vorderen Teil 7 angebracht sind und fast parallel zur Kiellinie 5 verlaufen.
4 zeigt eine Ansicht des Schiffsrumpfes von unten, wenn er sich in der Position der 1 befindet. Diese Figur veranschaulicht die Anordnung der verschiedenen Schiffsrumpfelemente achsensymmetrisch zur Längsachse, die hier durch die Kiellinie 5 dargestellt ist.
Der Querschnitt VI-VI der 4 zeigt in 6 das Profil des Schiffsrumpfes an der Stelle dieses Querschnitts: der vordere Teil 7 ähnelt einem klassischen Schiffsrumpf; die grobe V-Form ist erkennbar und die Seitenwand 2, die Kimmen und die Plattengänge sind eingezeichnet.
Der Querschnitt VII-VII der 4 zeigt in 7 das Profil des vorderen Teils 7 ungefähr in der Mitte des Schiffsrumpfes. Dieses Profil ist ebenfalls ein klassisches Schiffsrumpfprofil, etwas breiter als in der vorangegangenen Figur.
Der Querschnitt VIII-VIII in 8 verläuft durch Abstufung 6 und stellt somit den Höhenunterschied dar, der durch die Abstufung 6 auf Höhe des Querschnitts zustande kommt.
Der Schiffsrumpf wurde soeben grundlegend beschrieben, ein Verhalten im Gewässer wird nachfolgend beschrieben.
In den 10 und 11 ist der Schiffsrumpf schematisch in der Unteransicht bei Betrieb dargestellt, wobei die schraffierten Bereiche die benetzten Flächen kennzeichnen.
In den 10 und 11 sind somit die Form und die Ausmaße der benetzten Oberflächen bei einer Geschwindigkeit von 25 Knoten bzw. 30 Knoten dargestellt. Es wird einerseits gezeigt, dass die Gleitkufen 11 im Gegensatz zum Rest des hinteren Teils 8 benetzt bleiben und andererseits, dass die benetzte Oberfläche im vorderen Teil 7 seine spitz zulaufende Form beibehält. Diese beiden Eigenschaften wirken sich günstig auf die Stabilität der Stampfschwingungen aus.
Weiterhin wird in den 12 und 13 das Verhalten des Schiffsrumpfes in Kurven dargestellt.
In 12 werden die Positionen der Gleitkufen 11 bei einer Kurve im Verhältnis zur Horizontalen gezeigt. Hier wird der Vorteil der äußeren Gleitkufe 11 bei Kurven sichtbar, die dazu dient, den untersteuernden Effekt zu verringern, der in einer Kurve entsteht, sowie der Vorteil der inneren Gleitkufe 11, die ihre Oberfläche der Vertikalen annähern soll, damit sich diese innere Gleitkufe wie eine Abdrift verhält.
In der 13 ist eine ähnliche Ansicht wie in den 10 und 11 dargestellt, in der der Schiffsrumpf sich in einer engen Kurve befindet. Die verringerte benetzte Oberfläche auf der einen Seite des Winkels und der entsprechenden Gleitkufe sind hier gekennzeichnet.
Weiterhin zeigen die Illustrationen die Vorteile der Stabilität gegen Schlingern.
Erfindungsgemäß zeigt die Abstufung 6, die eine Spannweite aufweist, die sich quer zwischen den beiden Kimmen 3 des Schiffsrumpfes erstreckt, den Vorzug, demzufolge die benetzte Oberfläche des Schiffsrumpfes die spitz zulaufende Winkelform bei jeder Geschwindigkeit beibehält (s. 10 und 11). Bei Geschwindigkeitsanstieg verkürzt sich der spitz zulaufende Winkel, das heißt, dass sich die vordere Spitze zurückzieht, was zu einer Streckung der benetzten Fläche führt („Streckung” ist ein technischer Begriff, der die Spannweite der benetzten Fläche im Quadrat geteilt durch die projizierte Fläche bezeichnet, „aspect ratio" in Englisch). Dabei bleiben die Spannweite und die projizierte Fläche fast konstant, während sich die Geschwindigkeit erhöht. Eine starke Streckung reduziert den Druckwiderstand, was für einen geringeren Vortriebswiderstand sorgt.
Weiterhin besteht ein Vorteil im Zusammenhang mit der starken Spannweite, die durch die Konfiguration der Abstufung 6 zustande kommt. Die Spannweite dieser Tragfläche ermöglicht ein stärkeres Rückstellmoment des Schiffsrumpfes: das Boot reagiert langsamer auf die Schlingerbelastungen von außen, das heißt, dass das Boot in dieser Hinsicht stabiler ist, insbesondere bei Gewässern mit Querströmung.
Die Einkerbung 14, die hier in den Kimmen 3 in der Verlängerung der Abstufung 6 eingefügt wurde, ermöglicht ein Entweichen der Überdruckflüssigkeit, die an der Abstufung 6 entlang strömt. Der Überdruck, der durch die Abstufung 6 erzeugt wird, ist somit auf einen annehmbaren Wert begrenzt.
Erfindungsgemäß zeichnen sich die Gleitkufen dadurch aus, dass sie eine Tragfläche 11A besitzen, die bei Betrieb im Gegensatz zum Rest der belüfteten Fläche hinter der ersten Abstufung 6 benetzt wird.
Die Oberfläche der Gleitkufen 11 ist in der bevorzugten hier beschriebenen Ausführung vorteilhaft verjüngt. An dieser Stelle sei daran erinnert, dass die Verjüngung in der Hydrodynamik dem Verhältnis zwischen Länge und Breite entspricht. Eine verjüngte Oberfläche entspricht einer Fläche, bei der die Breite im Verhältnis zur Länge gering ist. Die gestreckten Gleitkufen 11 können das Luftkissen, das sich an der Abstufung 6 bildet, komprimiert erhalten.
Die Oberfläche 11A der Gleitkufen 11 der Erfindung in der hier beschriebenen Ausführung verfügt über eine negative V-Stellung.
Die hinteren Gleitkufen 11 verfügen in Kombination mit der Abstufung 6 über zwei Funktionsarten.
Die eine Funktion ist die hydrostatische Stabilisierung (bei Halten oder geringer Geschwindigkeit, nicht gleitend).
Die Gleitkufen 11 erzeugen ein Auftriebsvolumen wie ein Kasten, der auf dem Schiffsboden befestigt werden würde. Sie stabilisieren somit den Schiffsrumpf beim Halten und geringen nicht gleitenden Geschwindigkeiten. Präziser ausgedrückt garantieren die Gleitkufen 11 einen angemessenen Winkel des Trimms, das heißt, er ist leicht angehoben. In dieser Hinsicht ist verständlich, dass der längliche Charakter des spitz zulaufenden benetzten Teils im Wesentlichen nicht sehr komfortabel ist, da der Schiffsrumpf beim Halten und bei geringer Betriebsgeschwindigkeit zu stark aufgerichtet ist. Ohne die Gleitkufen 11 wäre der Schiffsrumpf im hinteren Teil zu hohl und nicht tief genug im Wasser. Die Auftriebsreserve der Gleitkufen 11 ermöglicht ein Aufrichten dieses Schiffsrumpfes, wodurch ein größerer Benutzerkomfort gewährleistet wird (der Schiffsrumpf ist mehr in der Horizontalen).
Die andere Funktion der Gleitkufen besteht in der hydrodynamischen Stabilisierung unter folgenden Gesichtspunkten:

– Bei Stampfschwingungen wirkt die Gleitkufe 11 wie ein Stabilisator auf das Boot und kann das Boot im Falle von Störungen (wie z. B. Wellen) in seine Trimmlage bei stabilisiertem Betrieb zurückführen. Wenn das Boot sich im positiven Trimm befindet, verringert sich die vordere Tragfläche für einen fast konstanten Auftrieb des vorderen Winkels. Im Gegenzug steigt ebenfalls der Trimm für die Gleitkufen, die Tragfläche steigt, was zu einem Anstieg des Auftriebs auf Höhe der Gleitkufen 11 führt. Wenn das Boot also dazu neigt, sich aufzubäumen, neigen die Gleitkufen 11 dazu, dem einen Druckmoment entgegen zu setzen. Man spricht von Stabilität bei Stampfschwingungen („static pitch stability” in Englisch).

Dieser Effekt kann im Übrigen sowohl bei gerader Linienfahrt als auch bei Kurven von Bedeutung sein. Die Gleitkufen 11 zeichnen sich dadurch aus, dass man ihnen einen positiven Einfallswinkel im Verhältnis zur Kiellinie des Schiffsrumpfes zuordnen kann, was zur Folge hat, dass eine Gleitfahrt noch früher eingeleitet wird;

- bei Schlingern wirken die Gleitkufen den Zentrifugalkräften entgegen (s. 12 und 13).

Ein klassischer Schiffsrumpf wird sich in einem Winkel neigen, sodass das Schleudermoment der hydrodynamischen Resultierenden auf horizontaler Ebene der Zentrifugalreaktion entspricht. Dies verhindert, dass die Passagiere eines solchen Bootes den Eindruck haben, hinausgeschleudert zu werden: die Neigung des Boots zum Kurveninneren unterstützt das Boot und setzt dem Schleudereffekt ein Gegengewicht entgegen.
Bei einem Schiffsrumpf mit Abstufung 6 mit nach vorne verlaufender Spitze und ohne Gleitkufen verringert sich die projizierte Fläche in einer Kurve sehr viel schneller als bei einem Schiffsrumpf ohne Abstufung. In diesem Fall ist der äußere Rückhalt geringer, das heißt das Kippmoment (zum Kurveninneren) ist viel geringer. In einem solchen Fall erzeugt die Abstufung eine spitz zulaufende benetzte Fläche, der Schiffsboden neigt sich aber nicht ausreichend zum Kurveninneren und bleibt sogar flach, sodass die Passagiere Zentrifugalkräften ausgesetzt sind. Die Passagiere haben weniger Halt und haben daher den Eindruck, hinaus geschleudert zu werden.
Die Gleitkufen 11 ermöglichen eine Vermeidung dieses negativen Effekts, der durch die Abstufungen ausgelöst wird und der zur Folge hatte, dass dieser Aufbau nur selten für so genannte „ruhige" Segelyachten gewählt wurde.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Gleitkufen über eine negative V-Stellung verfügen, die hier folgende Rolle spielt: je stärker sich das Boot in Richtung Kurveninneres neigt, desto höher steigt die projizierte Fläche der Gleitkufe an der Außenseite der Kurve und demzufolge auch ihre Tragfläche, während die Tragfläche an der Innenseite der Kurve sinkt, was ein günstiges Kippmoment nach Innen einleitet (s. 12). Wenn das Boot wendet, fällt der Druck so auf der einen Seite zusammen und steigt auf der anderen Seite. Daher minimieren die Gleitkufen 11 den sich aufbauenden untersteuernden Effekt. Sie erhöhen die Seitenstabilität bei Schlingern und Kurven und sorgen so für eine sicherere und komfortablere Steuerung.
Weiterhin nähert sich die innere Gleitkufe in einer Kurve weiter an die Vertikale an und übernimmt eine Abdriftfunktion, um die Bahn zu stabilisieren und verhindert somit ein Abheben des hinteren Teils, das heißt ein Abgleiten des Schiffsrumpfes nach Außen. Somit hat eine negative V-Stellung auf Höhe der Gleitkufen den entscheidenden Vorteil, einen stabilisierten Kurvenverlauf bei Schlingerbewegungen zu ermöglichen („yaw static stability” in Englisch).
Selbstverständlich können die Ausführungsvarianten des Schiffrumpfes berücksichtigt werden, jedoch nicht außerhalb des Erfindungsrahmens.
Insbesondere soll an dieser Stelle bemerkt werden, dass der oben mit Hilfe von Zeichnungen beschriebene Schiffsrumpf mit einem oder zwei Außen- oder Innenbordmotoren motorisiert werden soll. Die Erfindung kann jedoch auch für andere Bootstypen verwendet werden, zum Beispiel auf Bootskörpern eines Katamarans mit mechanischem Antrieb oder mit Segelantrieb oder aber auf dem Bootskörper eines Wasserflugzeugs.
Weiterhin sind die technischen Eigenschaften nicht auf die beschriebenen Ausführungen begrenzt, so können die Gleitkufen beispielsweise noch weiter verjüngt werden und die negative V-Stellung kann weniger stark markiert werden als in der Ausführung der 1 bis 13.
Die 14 und 15 illustrieren in dem Zusammenhang eine andere bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Schiffsrumpfes, in den Figuren ist jedes Element, das einem Element der 1 bis 13 entspricht, mit der gleichen Kennnummer gefolgt von einem „Strich" (') gekennzeichnet.

Claims

Schwimmender Schiffsrumpf mit einem Boden (1) und einer Seitenwand (2) begrenzt durch zwei Kimmen (3) und bestehend aus einem vorderen (7) und einem hinteren Teil (8). Der vordere Teil (7) und der hintere Teil (8) sind auf Höhe einer V-förmigen Abstufung (6), deren Spitze (9) nach vorne zeigt, gegenüber einander versetzt. Dieser Schiffsrumpf verfügt über eine Kiellinie (5) und zeichnet sich dadurch aus, dass die Abstufung (6) sich quer zwischen den beiden Kimmen (3) erstreckt und dass auf dem hinteren Teil (8) zwei seitliche, spitz zulaufende Gleitkufen (11) angebracht sind, die jeweils aus dem Schiffsboden (1) neben einer Kimme (3) hervortreten und deren Längsachse eindeutig parallel zur entsprechenden Kimme (3) verläuft.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß des Anspruchs 1, der sich dadurch auszeichnet, dass die Kimmen (3) jeweils über eine Einkerbung (14) in der Verlängerung der Abstufung (6) verfügen und dass jede der Gleitkufen (11) sich vom hinteren Ende des Rumpfes bis auf Höhe der genannten Einkerbungen (14) erstreckt.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2, der sich dadurch auszeichnet, dass jede der Gleitkufen (11) über eine negative V-Stellung verfügt.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, der sich dadurch auszeichnet, dass zwischen der Abstufung (6) und einer jeder der Gleitkufen (11) eine Ablauffläche vorgesehen ist.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß des Anspruchs 4, der sich dadurch auszeichnet, dass die Ablauffläche auf der Seite einer jeder der Gleitkufen (11) in eine Einkerbung (14) mündet, die in der entsprechenden Kimme (3) ausgebildet ist.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der sich dadurch auszeichnet, dass er über eine zusätzliche Abstufung (10) verfügt, die sich im hinteren Teil (8) des Schiffsbodens (1) befindet.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß des Anspruchs 6, der sich dadurch auszeichnet, dass die zusätzliche Abstufung (10) über eine V-Form verfügt, deren Spitze nach vorne gerichtet ist und die sich zwischen den beiden Gleitkufen (11) erstreckt.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, der sich dadurch auszeichnet, dass der hintere Teil in der Nähe des hinteren Endes des Rumpfes im Querschnitt gesehen einen V-förmigen Teil enthält, von dem jeder Schenkel (18) über einen kurvenförmigen Teil (19), der nach hinten unten verläuft, mit der entsprechenden Gleitkufe (11) verbunden ist.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, der sich dadurch auszeichnet, dass jede der Einkerbungen (14) in den Kimmen (3) durch eine erste Querfläche (15) auf der jeweiligen Kimme (3) und durch eine zweite gebogene Verbindungsfläche (16) in demjenigen Teil der Kimme (3), der an den hinteren Teil (8) des Rumpfs anschließt, begrenzt wird, wobei die erste Fläche (15) gegenüber der Höhendifferenz liegt, die durch die Abstufung (6) zwischen dem vorderen Teil (7) und dem hinteren Teil (8) des Schiffsrumpfes entsteht.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, der sich dadurch auszeichnet, dass die Höhendifferenz, die durch die Abstufung (6) entsteht, in der Nähe der Spitze (9) des V größer ist als in der Nähe der Kimmen (3).
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, der sich dadurch auszeichnet, dass jede der Gleitkufen (11) fern von der Kimme (3) liegt, entlang derer sie angebracht ist, sodass eine Querfläche (12) zur Seitenwand (2) des Schiffsrumpfes zwischen der Gleitkufe (11) und der Seitenwand (2) gebildet wird.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, der sich dadurch auszeichnet, dass mindestens ein Luftzufuhrloch (20), das mit Luftleitungen verbunden ist, am Boden des Rumpfes (1) angebracht wird.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß des Anspruchs 12, der sich dadurch auszeichnet, dass das Luftzufuhrloch (20) im hinteren Teil (8) des Schiffsrumpfes auf Höhe der Spitze des V der Abstufung (6) angebracht ist.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, der sich dadurch auszeichnet, dass die Luftleitungen über mindestens einen Luftanschluss (21) verfügen, der an der Seitenwand (2) des Rumpfes angebracht ist, und dass diese Leitungen den Luftanschluss (21) mit dem Luftzufuhrloch (20) verbinden.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, der sich dadurch auszeichnet, dass die Abstufung (6) auf Höhe der Spitze des V (9) einen Radius aufweist.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß des Anspruchs 15, der sich dadurch auszeichnet, dass der genannte Kurvenradius einen Wert hat, der ungefähr der Hälfe der Höhe der Abstufung entspricht.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, der sich dadurch auszeichnet, dass die Gleitkufen (11) einen positiven Anströmwinkel aufweisen.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, der sich dadurch auszeichnet, dass der Winkel, der vom V der Abstufung (6) gebildet wird, zwischen 60 und 120 Grad liegt.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, der sich dadurch auszeichnet, dass die Kiellinie (5) zwei Teile umfasst (22, 23), die den beiden Teilen des Schiffsrumpfes entsprechen, die zu beiden Seiten der Abstufung (6) liegen, wobei diese beiden Teile (22, 23) der Kiellinie (5) untereinander einen Winkel zwischen 0 und 3 Grad bilden.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, der sich dadurch auszeichnet, dass die Kiellinie (5) ebenfalls einen Teil (24) enthält, der im hinteren Teil der zusätzlichen Abstufung (10) liegt, wobei dieser Teil (24) mit dem Teil (22) der Kiellinie (5), der vor der Abstufung (6) liegt, einen Winkel zwischen 0 und 6 Grad bildet.
Schwimmender Schiffsrumpf gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, der sich dadurch auszeichnet, dass er außerdem längliche Plattengänge (17) an seinem vorderen Teil enthält.