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Kielwasser und Propellerstrahl hinter einem Schiff

EIN Schraubenradius ist ein Strahl (unter Wasser), der durch die Wirkung von a . entsteht Schiffsschraube. Dieser Strahl hat etwas andere Eigenschaften als ein „freier“ Wasserstrahl unter Wasser. Ein Wasserstrahl über Wasser verhält sich auch anders, weil der Widerstand des Wassers in Luft anders ist als unter Wasser. EIN Wasserstrahl ist ein Wasserstrahl, der auch zum Antrieb eines Schiffes verwendet wird, jedoch nicht durch einen freien Propeller, sondern durch eine Pumpe in einer Düse. Marineingenieur Literatur enthält viele Informationen über Schrauben, Hohlraumbildung und der Einfluss des Propellers auf das Schiffsverhalten. In dem Wasserbau ist das Verhalten des Schneckenradius (insbesondere der Turbulenz) ist insbesondere für die Gestaltung des Schutzes gegen Erosion durch diese Strahlen wichtig. ^[1]

Zog und Schraubenradius sind eigentlich die gleichen Phänomene. Von einem Propellerstrahl spricht man, wenn das Schiff steht und der Propeller einen starken Wasserstrahl mit einer relativen Geschwindigkeit zum umgebenden Wasser erzeugt. Von Kielwasser spricht man, wenn das Schiff segelt und das Wasser hinter dem Schiff eine geringe Geschwindigkeit (aber hohe Turbulenz) relativ zum umgebenden Wasser hat. Ein Propellerradius ist ziemlich kurz, etwa zehn Meter, ein Nachlauf ist ziemlich lang, etwa mehrere hundert Meter. Schraubenradien sind besonders wichtig für die Ermittlung der Ufer- und Meeresbodenbelastung. Die Auswirkungen eines Kielwassers auf Ufer und Boden sind recht gering.

Belastung eines Schraubenträgers an einer Stahlspundwand (bei Overschie)

Der freie Strahl

Ein Helix-Jet ist ein Sonderfall eines Freistrahls. Fließt Wasser kräftig durch eine (kleine) Öffnung in ein größeres Becken mit Wasser, entsteht an der Öffnung ein Strahl. Diese Strahlen wurden ausführlich von Rajaratnam [1976] behandelt. ^[2]Die Beschreibung der Entwicklung basiert auf der Durchschnittsgeschwindigkeit bei der Eröffnung, Sie₀. Je weiter der Strahl von der Öffnung entfernt ist, desto breiter und langsamer ist der Strahl. Die Geschwindigkeitsverteilung folgt a GaussKurve mit zwei Parametern, der Geschwindigkeit Sie_ich in der Mitte des Balkens und b, eine charakteristische Breite, normalerweise die Breite an der Stelle von Sie = Sie_ich /2.Es gibt einen Unterschied zwischen einem Radius einer rechteckigen Öffnung und einer kreisförmigen Öffnung. Für den Schneckenradius ist nur die kreisrunde Öffnung wichtig. Die Geschwindigkeit in der Mitte ist dann gegeben durch:

${displaystyle u_{ ext{m}}={frac {6{,}3u_{0}}{x/D}}}$

${Anzeigestil b=0{,}1x}$

${displaystyle u=u_{ ext{m}}exp left[{-0{,}693left({frac {R}{b}}ight)^{2}}ight]}$

Darin ist d der Öffnungsradius ist X der Abstand von der Öffnung und R der Abstand von der Achse des Balkens. Diese Formel gilt nur aus der Ferne X = 6 d von der Eröffnung. ^[1] (Seite 30)

Der Schraubenradius

Beziehung zwischen einem freien Radius und einem Schraubenradius

Der Hauptunterschied zwischen einem Freistrahl und einem Schraubenstrahl besteht darin, dass die relative Turbulenzen (r) in kurzer Entfernung vom Propeller ist größer als bei freiem Radius. Darüber hinaus ist auch die Ausbreitung des Strahls unterschiedlich. Für einen Schraubenradius:

${displaystyle u_{ ext{m}}={frac {2{,}8u_{0}}{x/D}}}$

${displaystyle b=0{,}21x}$

${displaystyle u=u_{ ext{m}}exp left[{-0{,}69left({frac {R}{b}}ight)^{2}}ight]}$

Darin ist d ca. 70% des Schneckendurchmessers d. Mit einer Schraube in einer Düse wird die d der Durchmesser der Düse. Die Drehzahl an der Schraube ist leistungsabhängig p des Schiffes (in Watt) und des Propellerdurchmessers d:

${displaystyle u_{0}=1{,}15left({frac {P}{ho d^{2}}}ight)^{1/3}}$

Für Binnenschiffe ist ein schöner Ansatz:${Anzeigestil P=660L(2D B)}$. Darin ist l die Länge des Schiffes, B die Breite und d der Tiefgang (in Metern). Die Leistung wird dann in Watt angegeben.

Beziehung zwischen Schiffsmacht und Schiffskameraden

Oftmals ist nicht die genaue Lage der Höchstgeschwindigkeit unten relevant, sondern nur die Größe. Dann vereinfacht sich die Formel zu:

${displaystyle u_{ ext{b,max}}=0{,}3u_{0}{frac {d}{z_{ ext{b}}}}{sqrt {n}}}$

in welchem z_b der vertikale Abstand ist zwischen der Propellerwelle und dem Boden. Die Anzahl der Schrauben beträgt nein.

Besonders relevant für die Bestimmung des Meeresboden- oder Uferschutzes ist die Situation, in der das Schiff noch steht, aber der Propeller arbeitet (z. B. beim Manövrieren oder beim Wegsegeln).

Der Bugstrahlruderradius

Definition der Parameter für die Strahlerberechnung

Die maximale Wirkung von a Bugstrahlruder liegt am Ufer eines Kanals. Die maximale Wirkung tritt in der Achse des Bugstrahlruders oder dort auf, wo der Strahl (im Winkel von 1:10) die Böschung berührt. Der höhere dieser beiden Werte ist entscheidend:

${displaystyle u_{ ext{bb1}}=6{,}3{frac {u_{ ext{b}}d}{y_{ ext{bb1}}}}}$

${displaystyle u_{ ext{bb2}}=3{,}15{frac {u_{ ext{b}}d}{y_{ ext{bb2}}}}}$

Darin ist ja_bb der horizontale Abstand von der Schraube zum Punkt am Hang

Für eine senkrechte Wand gilt:

${displaystyle u_{ ext{bb3}}=1{,}03{frac {u_{ ext{b}}d}{h_{ ext{bb3}}}}}$

Darin ist ha_bb die Tiefe der Bugstrahlruderwelle nach unten. Die relative Turbulenzintensität des Bugstrahlruders ist sehr hoch, r ≈ 35 - 40 %.

Für die Leistung eines Bugstrahlruders kann man annehmen:^[3]

${Displaystil P=A_{1}(LD) A_{2}}$

in welchem l die Länge des Schiffes ist und d den Tiefgang (bei Bugstrahlrudern ist die Breite nicht relevant). Die Koeffizienten ergeben sich aus:

Bodenschutz gegen Schraubenstrahl

Zum Schutz eines Bodens oder Ufers vor Erosion durch einen Schraubenstrahl, der Izbash-Formel verwendet werden. Da die Turbulenz in einem Helixstrahl hoch ist, ist der relative Turbulenzparameter r höher als normal sein. Dieser Wert variiert stark. Neuere Modellforschungen haben Werte zwischen 0,5 und 1,5 gemessen. ^[4].

Ältere Untersuchungen (1988) empfahlen einen Wert von r zwischen 0,25 und 0,3 ^[5].

${displaystyle Delta d_{n50}=0{,}47{frac {left[u(1 3r)ight]^{2}}{2gK_{alpha }}}}$

In dieser Formel ist ein weiterer Korrekturfaktor k_α hinzugefügt, um den Hangneigungseffekt zu berücksichtigen: ^[1]

${displaystyle K_{alpha }={sqrt {1-{frac {(sin alpha)^{2}}{(sin phi)^{2}}}}}}$

in welchem α die Steigung ist en φ der Winkel der inneren Reibung der Steine ​​(φ liegt in der Größenordnung von 40°).