DE2237544A1 - Hochgeschwindigkeits-gleitrumpfboot - Google Patents

Description

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Anmelder:

Blade Hulls Inc.

15401 Tierra Drive

Silver Spring, Maryland/USA

HochKeschwindigkeits-Gleitrumpfboot

Die Erfindung "betrifft ein Hochgeschwindigkeitsboot, das die Wellen nicht stösst oder schlägt, sondern durchschneidet, um sich mit hoher Geschwindigkeit sogar "bei rauher See ruhig fortzubewegen.

Das seit langem bekannte und verwendete Wassertransportmittel ist der Verdrangungsrumpf, der durch Schwimmfähigkeit getragen wird. Die. Geschwindigkeit eines solchen Fahrzeugs ist begrenzt durch die große Wandungsreibung, die durch die große mit dem Wasser in Berührung stehende Fläche verursacht wird, durch den von den Wellen stammenden Druckwiderstand, der durch die Fahrt des Rumpfs durch das Wasser erzeugt wird, und durch Saugkräfte am Boden des Rumpfs, die bestrebt sind, diesen tiefer in das V/asser einzutauchen, wenn die Geschwindigkeit zunimmt. In mühseliger Kleinarbeit wurde der Gleitrumpf entwickelt, um diese Nachteile zu überwinden, und es wurde festgestellt, daß bestimmte Rumpfformen,

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INSPECTED

die durch "offene" Wasserlinienplanformen am Heck gekennzeichnet sind, während der Fahrt einen echten positiven Druck erfahren, so daß der Rumpf sich aus dem Wasser heraushebt bei dadurch bedingter Verkleinerung der benetzten Fläche. Die Verkleinerung der benetzten Fläche und die günstigere Umströmung des noch im V/asser befindlichen Teils gestatten es, ein Gleitfahrzeug durch den Bereich eines vom Wellengang verursachten hohen Druckwiderstands hindurch zu beschleunigen, sofern das Boot über einen ausreichend starken Antrieb verfügt. Bei ruhigem Wasser ist ein Gleitrumpf sehr wirkungsvoll, und Geschwindigkeiten bis zu 160 km/h (■ 100 mph) sind für in gewissen Stückzahlen hergestellte "Sportboote" üblich; bei Rennbooten werden Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 320 km/h (= 200 mph) erreicht. Leider ist Wasser jedoch selten ruhig, und sind diese Boote bei Wellengang einem Stampfen ausgesetzt, das physiologisch unerträglich ist und auch die Rumpfstruktur zerbrechen kann. Somit kann das Gleitfahrzeug, obwohl es sowohl wirkungsvoll als auch einfach ist, bei Wellengang nicht mit hohen Geschwindigkeiten eingesetzt werden.

Da ein großes Bedürfnis für Wasserfahrzeuge mit hohen Geschwindigkeiten besteht, sind versuchsweise viele andere Fahrzeugentwürfe entwickelt worden, um die Probleme des Stampfens zu überwinden. Zu den bekannten Entwicklungen gehören Tragflügelboote mit die Oberfläche durchdringenden Tragflügeln, Tragflügelboote mit vollständig untergetauchten Tragflügeln, Luftkissenfahrzeuge, Fahrzeuge' mit eingeschlossener Luftblase, überkritische Verdrängungsrümpfe und Unterwasserfahrzeuge. Es würde zu weit führen, die Eigenschaften aller dieser Fahrzeuge hier zu erörtern; es soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß ausschließlich Unterwasserfahrzeuge und Tragflügelboote mit vollständig untergetauchten Tragflügeln das Problem des Stampfens überwunden

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haben, während alle Fahrzeuge viel komplizierter als ein Gleitboot sind. Diese zusätzliche Schwierigkeit bzw. Verwicklung wirkt sich in stark erhöhten Gestehungskosten, verminderter Rentabilität und strengen Betriebsbeschränkungen der einen oder anderen Art aus.

Das Gleitfahrzeug gleitet bei hohen Geschwindigkeiten nur auf einem kleinen Teil seines Bodens. Wenn ein solches Fahrzeug auf eine Welle auftrifft, wird die Auftriebsfläche stark vergrößert, und das Fahrzeug erfährt eine aufwärts gerichtete Beschleunigung, die das markanteste I.'.erkmal des Stampfens ist. Infolge der Wucht bzw. Trägheit des Wassers in der Welle ist die Größe der Beschleunigung viel größer und einfach aus der Zunahme der benetzten Fläche zu errechnen. Somit liegt ,die Ursache des auftretenden Problems darin, daß die meisten Gleitfahrzeuge viel zu große Gleitflächen besitzen. Bei anderen Entwürfen ist ein "tiefes V" für den Rumpf verwendet worden, um das Stampfen zu reduzieren. Obwohl allgemein angenommen wird, dass ein tiefes V irgendwie den Stoß dämpft, reduziert es tatsächlich die Wirksamkeit der Auftriebsfläche und führt somit in seiner Auswirkung zu einer Verkleinerung der Gleitflächengröße für eine gegebene Bootsgröße. Leider verkleinert das tiefe V nicht nur die benetzte Fläche, sondern wirkt tatsächlich auch vergrößernd, indem es zu einem größeren Wandungsrcibungsdruck führt. .

Tragflügel heben den Bootsrumpf aus dem Wasser, so daß hohe Geschwindigkeiten erreicht werden können; jedoch sind Tragflügelboote bei rauher See hinsichtlich ihres Betriebs beschränkt durch den Abstand, um den der Rumpf aus dem Wasser gehoben wird. Bei Wellengang oberhalb eines bestimmten Ausmas se & ist das Boot demselben heftigen Stampfen ausgesetzt, dem gewöhnliche Gleitfahrzeuge ausgesetzt sind. .

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Durch die Erfindung wird ein Hochgeschwindigkeitsboot nit einem Gleitrumpf geschaffen, das dem Stampfen in bellen nicht ausgesetzt ist, sondern die Wellen durchschneidet, wodurch dem Boot eine außergewöhnlich stabile bzw. konstante Fahrthöhe verliehen wird. Das Boot ist nicht nur bei hoher Geschwindigkeit wirkungsvoll, sondern besitzt auch bei niedriger Geschwindigkeit eine außergewöhnliche Seetüchtigkeit infolge seiner niedrigen natürlichen Roll- und Nick- bzw. Stampffrequenzen· Bei hoher Geschwindigkeit ist das Boot durch hochgeworfeneSpritz- bzw. Gischtflachen stabilisiert, die mit den Rumpfseiten in Berührung stehen.

Das Boot ist einfach und zerfurcht bzw. zackig in seiner Konstruktion. Vorzugsweise sind alle Außenflächen des Boots entweder planar oder mit einer einfachen Wölbung versehen im Gegensatz zu anderen Hochgeschwindigkeitsbooten, die alle zusammengesetzte Wölbungen besitzen, wodurch die Kosten und die Schwierigkeiten bzw. Verwicklungen erhöht sind.

Das erfindungsgemäße Boot ist mit einer einzigartigen Buggestalt ausgestattet, die es gestattet, daß das Boot die meisten Wellen durchschneidet, wodurch der Stampfeffekt reduziert wird; jedoch ermöglicht die Auftriebscharakteristik des geneigten Bugquer$ochs bei extrem langen Wellen, daß das Boot über diese Wellen hinwegfährt·

Das erfindungsgemäße Boot ist mit einer deltaföriaigen oder schmalkeiligen Gleitfläche ausgestattet, wobei sich die Bootsseiten nach oben und nach außen mit einer konkaven Wölbung von den vorderen Seiten des Deltas oder Keils ausgehend erstrecken. Diese Gestaltung verkleinert im wesentlichen die benetzte Fläche, wobei sie die V/andungsreibung reduziert. Es bildet auch durchgehende Spritz- bzw. Gischtflächen an den Seiten, die die nach außen gewölb-

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ten Seiten "berühren, um so sowohl eine Stabilisierung als auch, einen Auftre^b zu schaffen. Der deltaförnige Boden ist normalerweise untergetaucht, so daß die Fahrt durch, eine Welle hindurch nicht zu einer Vergrößerung der Abtriebsfläche führt. Pie deltaförmige Gestalt des Decks resultiert darin, daß das aerodynamische Zentrum gut nach achtern verlegt ist, um so dem Boot ein "Flippen"' "bzw. Kippen oder Nicken fast unmöglich zu machen. Die konkave Wölbung der Bootsseiten gestattet eine Schrägstellung des Bootes in viel schärfere Turns als bei bekannten Booten. Dieselbe konkave Wölbung der Seiten führt auch zu einem verhältnismäßig trockenem Cockpit bei rauhem ϊ/etter, da die hochgeworfene Gischt eher nach außen und unten gerichtet bzw. abgelenkt wird als nach oben, wie dies üblich ist bei Booten mit einer konvexen Rumpfgestaltung. Die Spritzbzw. Gischtflächen tragen zur Kurvenstabilität bei. An den RumpfSeiten können Abweiserleisten zur Unterbrechung der durchgehenden Spritz- bzw. Gischiflachen angeordnet sein; zur Minimalisierung des Schleudern bzw. seitlichen Ausfahrens kann ein Kielsteven am Rumpfboden vorgesehen sein, ferner können Trimmklappen bzw. -ruder oder andere Mittel verwendet werden, um dem Propellerdrehmoment entgegenzuwirken. Während in den meisten Fällen für ein angetriebenes Fahrzeug ein einziger keilförmiger Rumpf gewünscht wird, kann es bei anderen Fahrzeugen nützlich sein, mehrere separate, aber miteinander verbundene schmalkeilige Rümpfe zu verwenden, beispielsweise bei einem Trimaran-Segler mit einem vorderen und zwei achteren Keilen·

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Bootes, Fig. 2 eine Ansicht von unten auf das Boot der Fig· 1, Fig· 5 eine Heckansicht des Bootes der Fig. 1,

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Fig. 4 eine schematische Vorderansicht des Bootes der Fig. 1, die die Gestalt des Bugöochs und die progressive Querschnittsgestalt des Bootes an ausgewählten Stellen vom Bug ausgehend in Richtung auf das Heck darstellt,

Fig. 5 eine teilweise geschnittene Längsansicht einer modifizierten Bootskonstruktion, deren äußere GesamtgesEalt derjenigen der Fig. 1 gleicht bzw. ähnelt,

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Längsansicht des 3ugteils der modifizierten Bootkonstruktion,

Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 5i Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie 8-8 der Fig. 5, Fig. 9 einen Querschnitt nach der Linie 9-9 der Fig. 6,

Fig. 10 eine Seitenansicht einer modifizierten Fora nit mehreren Deflektoren bzw. Ablenkern oder Spritzbzw. Gischtleisten an der Seite des Rumpfs,

Fig. 11 einen detaillierten Querschnitt nach der Linie 11-11 der Fig. 10 durch eine Spritzleiste,

Fig. 12, 13 und 14 eine Ansicht von unten, eine Seitenansicht und eine Ansicht von hinten auf eine modifizierte Form der Erfindung in Gestalt eines Trimarans,

Fig. 15, 16 und 17 eine Seitenansicht und zwei Querschnitte auf bzw. durch eine modifizierte Form der Erfindung in Gestalt eines Wasserflugzeugs,

Fiß. 18, 19 und 20 eine Seitenansicht und zwei Querschnitte auf bzw. durch eine modifizierte Form der Erfindung

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in Gestalt eines größeren Bootes, beispielsweise einer großen Passagier fähre, und

Fig. 21 ein Diagramm des Auftrieb/Y/iderstand-Verhältnisses unter Berücksichtigung des Auftriebskoeffizienten für unterschiedliche Trimmwinkel·

Ein angetriebenes Boot 10 mit Hochgeschwindigkeitsgleitvermögen bei rauher See besitzt eine deltaförmige Gleitfläche 12 mit dem Scheitel 14 in der Nähe des Bugs und-der Basislinie 16 in der Nähe des Hecks. Die deltaförmige' oder schlanke Keilgestalt besitzende Gleitfläche muß nicht von geraden Seiten gebildet sein, da gute Ergebnisse auch dann erzielbar sind, wenn die langen Seiten des Deltas oder Keils etwas konvex oder konkav ausgebildet sind. Auch muß der Boden der Gleitfläche nicht vollständig flach bzw. eben sein, sondern kann etwas konkav sein.

Der Bootsbug unmittelbar in der.Nähe der Gleitfläche ist als konkave Messerschneide 18 ausgebildet, die sich von der Gleitfläche 12 axis nach oben und vorn erstreckt und in einem Bug j och 20 endet, das flach bzv/. eben und unter einem Winkel von etwa 45 zur Gleitfläche 12 geneigt ist. Je schärfer die Messerschneide ist, desto weniger Gischt entsteht an dieser Schneide.

Die Bootsseiten 22 und 24 erstrecken sich von den Rändern ■ oder Kimmen 26 und 28 der langen Seiten der deltaförmigen Gleitfläche 12 nach oben und außen. Die konkave Gestalt der Seiten 22 und 24 besteht in geeigneter Weise aus einer einfachen Bogenwölbung und die Seiten enden am oberen Rand in Schanzdecks 30 und 32. Als einfache Bogenwölbung kann beispielsweise eine kubische Kurve verwendet werdeni Eine solche kubische Kurve könnte y ■ a +a^.z+a^.z^ sein, wo-

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bei y die seitliche Abmessung, ζ die Höhe über&er Gleitfläche und a_Q, a^ und a. Konstanten sind. Entlang jedes Schanzdeckiverlauft eine Spritz- bzw. Gischtleiste 33· Ein Joch 34- erstreckt sich relativ zur Gleitfläche 12 nach oben und ist mit dieser entlang der Basislinie 16 der DeI-tagestalt verbunden.

Am Joch 34- kann ein Bausch bzw. Ansatz 36 zur Schaffung zusätzlicher Rollstabilität, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten, wenn das Boot nicht gleitet, festgelegt •Bein. Die Seiten 38 und 40 des Bauschs besitzen eine geringfügig unterschiedliche Wölbung gegenüber den Bootsseiten, können aber in durchgehender Erstreckung der Bootsseiten 22 und 24 liegen. Der Ansatz 36 besitzt einen Kanal 42, der eich vom Bootsjoch 34 zum Ansatzjoch 44 erstreckt, um so den notwendigen Raum für die Antriebsausrüstung 33 zwischen dem Motor 35 im Inneren des Bootes und der Schraube 37 zu schaffen. An gegenüberliegenden Seiten des Kanals besitzt der Boden des Ansatzes zwei winkelförmige Flächen 46 und 48, die gegenüber der Gleitfläche 12 abgestuft sind, so daß. sie beim Gleiten des Bootes nicht mit den Wasser in Berührung stehen. Schanzdecks 50 und 52 des Ansatzes sind zwar gegenüber den Schanzdecks 30 und 32 des Hauptrumpfs abgestuft dargestellt, können jedoch in deren geradliniger PortSetzung liegen.

Die Gestaltung der Decks und des Interieurs des Bootes ist in beträchtlichem Umfang variierbar. Bei der Ausführungsform der Pig. 1 bis 4 besitzt das Deck 54 eine konvexe Y/ölbung zwischen den Schanzdecks und ist bezüglich des Bootes als solches und des Ansatzes durchgehend. Der vordere Teil des Decks 54 erstreckt sich nach außen über das stumpfe Busjoch 20 ein kurzes Stück hinaus und wirkt als Gischtabweiser. Das heißt, wenn das stumpfe Bug j och 20 auf eine V/elle auf-

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trifft und dabei Gischt erzeugt, fliegt diese nicht rückwärts und in das Gesicht des Bootsführers, da sie vom Abweiser 55 abgelenkt wird. Dieser Abweiser bewirkt nebenbei auch noch einen Auftrieb durch die Gischtablenkung. Sin
vorderes Cockpit 56 für den !Fahrzeugführer ist' mit einem
geeigneten Windschutzschirm 58 ausgestattet. Sin hinteres Cockpit 60 ist für die Fahrgäste vorgesehen, hinter denen eine Kotorluke 62 liegt, die in geschlossenem Zustand mit dem Deck 54· fluchtet. Bei der bevorzugten Ausführungsforn ist die ebene Gestalt des Decks deltaförmig, also- gleich
der Gleitfläche, aber größer als diese, wodurch das aerodynamische Zentrum gut.nach achtern gelegt ist, um das
Flippen bzw. Hochschnellen des Bootes bei hohen .Geschwindigkeiten zu verhindern.

Fig. 4 zeigt deutlich das glatte Bugjoch 20 und die unterschiedlichen Querschnittsformen A, B, C und D gemäß den
Linien A-A, B-B, C-C und D-D der Fig. 1. Fig. 4 zeigt ferner die konkave Wölbung der Seiten 22 und 24, die von der sich fortlaufend erweiternden, deltaförmigen Gleitfläche
12 nach oben aufsteigen.

Der erfindungsgemäße Bootsrumpf kann aus geeignetem Werkstoff, beispielsweise Sperrholz, Glasfaser oder lletall,
hergestellt sein, und die Bootsgröße kann beträchtlich
variieren, nämlich zwischen der eines kleinen offenen Zweisitzers und der eines großen Ozeanliners, da die IConscruktionsprinzipien für alle Größen gelten. Durch Verwendung
konkaver Seiten mit nur einfacher Wölbung ist das Boot
äußerst ökonomisch und leicht herzustellen. In Hinblick
auf die Wellenschnittcharakteristik des Bootes bei rauher See -wird kein extrem schwerer, starker Innenrahmen benötigt, da das Stampfen minimal ist. .

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Die Pie. 5 "bis 9 zeigen eine besondere Ausführunrjsforn ,. des Bootes mit einer Metallhaut, beispielsweise aus Aluminium für den Rumpf. Das Boot der Fig. 5 bis 9 ist hinsichtlich seiner Gestalt im wesentlichen identisch mit dem der Fig. 1 bis 4 und unterscheidet sich nur in konstruktiven Einzelheiten, die in erster Linie im Bootsinneren liegen. Der einzige äußerlich erkennbare Unterschied ist am besten in Fig. 6 und 9 dargestellt und betrifft ausschließlich die Form des Tunnels im Ansatz, der für den notwendigen Raum für die Antriebsausrüstung sorgt. Bei dieser Ausführungsform ist der Tunnel gewölbt, um die Konstruktion unter Verwendung von Blechen in Gegenüberstellung zum rechteckigen Tunnel der Fig. 1 bis 4 zu erleichtern.

Fig. 5 zeigt zwei innere Bugplatten 70 und 72, die je eine konkave Wölbung aufweisen, die sich nach oben und vorn vom Bootsboden aus erstreckt, der von einer deltaförmi^en Platte 74 definiert ist. Die Bugplatten 70 und 72 besitzen Flanscliränder 76 und 78 zur Befestigung der Bootsseiten. Der untere Rand der Platte 70 besitzt einen Flansch 80 zur Befestigung an der Platte 7^, und. die drei Ränder der deltaförnigen Platte 74 sind nach unten umgebogen, um so gleiche Befestigun^sflansche 82 zu bilden. Die Bugplatte 72 ist durchgehend erheblich schmaler als die Bugplatte 70, wie am besten.in Fig. 7 dargestellt ist. An den Bugplatten 70 und 72 sind innere und äußere Rumpfseitenwände 84 und 86 befestigt. Die Außenwand 86 endet an der Bugplatte 72, und ein separates I'esserßchneidenbauteil 89 ist mit Hilfe von in Fig. 7 dargestellten Befestigungsmitteln 91 angebaut.

Von¹der Bugplatte 72 aus führt im wesentlichen unter einem Winkel von 45° zur Bodenplatte 74 ein Bugjoch 90 mit Flanschrändern 92 nach oben. Ein inneres Bugjoch 94 verläuft paralell

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zum Bugjoch 90» allerdings nach unten "bis zur inneren Hubplatte 70, an der es "befestigt ist. Die beiden Bug^oche 90 und 94- sind an einer Deckplatte 76 u&d der Boots außenwand 86 entlang ihrer Flanschränder "befestigt. In allen Fällen können die verschiedenen Bauteile miteinander durch geeignete L'itteL, beispielsweise durch Nieten oder Schweißen, befestigt sein.

Das Deck 100, Fig. 7 und 8, ist mit einem Flansch 102 zur Festlegung am oberen Rand der Außenseite 86 versehen. Die Verbindung des Flansche 102 ist in Gummi o.dgl. 103 eingekapselt, um so robuste Spritz- bzw. Gischtleisten zu bilden, die auch als Schutz des Rumpfs gegen Anschlagen, beispielsweise an einem Dock, dienen. Das Deck verfügt über eine Stufe 104 zur Aufnahme eines inneren Querträgers, beispielsweise einer Bugluke, Motorluke.o.dgl., so daß diese Bauteile mit dem Deck 100 fluchten. Der Innenrand des Decks 100 ist an der Rumpfinnenwand 84 festgelegt.

Gemäß Fig. 6 besitzt das Joch eine Innenwand 110 und eine Außenwand 112_r die durch Verbindung mittels eines oberen Querteils 114 eine integrale, einstückige Konstruktion bilden können. Die untexen Ränder des Jochs sind voneinander durch einen an ihnen befestigten Querträger 116 getrennt, wobei die Innenwand 110 an dem nach unten umgebogenen Flansch 82 der Bodenplatte 74 festgelegt ist.

Der Ansatz 120 verfügt über Boden- und Seitenteile 122 mit einer halbkreisförmigen Wölbung 124 zur Bildung des Tunnels, der für den notwendigen Raum für die Antriebsausrüstung sorgt. Das Teil 122 besitzt auch einen flachen Bodenteil 126, der' nach außen unter'einem kleinen Winkel zur Horizontalen verläuft, und einen nach oben und nach außen gewölbten Seitenteil 128 konkaver Wölbung, der eine Fortsetzung der ge-

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wölbten Bootsseiten ist. Der Ansatz 120 besitzt ferner einen Querträger 130 mit nach oben und nach außen umgebogenen Planschen 132. Ein Deckteil 134- mit gleicher Gestalt wie das Deckteil 100 ist an den Planschen 132 und an den Rändern der gewölbten Seitenteile 128 festgelegt. Sin Schanzdeck 136 ist als durchgehende Linie entlang der gesamten Bootslänge vorgesehen und wie oben beschrieben in einen elastischen Werkstoff eingekapselt. Das Ansatzjoch verfügt über eine Innenwand 140 und eine Außenwand 142, die nach oben unter einem Winkel parallel zum Hauptjoch des Bootes verlaufen·

Wie aus der vorstehenden, detaillierten Beschreibung der verschiedenen Bauteile ersichtlich ist, ist ein doppelwandiger Bootsrumpf vorgesehen. Die gesamte von dem Doppelwandgebilde definierte Kammer kann mit einem geeigneten, schwimm- bzw. tragfähigen, zellförmigen Werkstoff, beispielsweise Polystyrenschaum o.dgl·, zur Erreichung der Schr/inun- bzw. Tragfähigkeit der Schwimmtanks aufgefüllt sein. Die verschiedenen Bauteile des Bootsrumpfs sind definierte Kammern wasserdichter Konstruktion. Epoxybeton bzw. -guß füllt die von den Flanschen 82 an der deltaförmigen Basisplatte 74 definierte Vertiefung aus. Dieser Epoxybeton bzw. -guß, der ein beträchtliches Gewicht pro Volumeneinheit besitzt, stellt ein Dichtmittel für verschiedene Nähte dar und sorgt für das genaue Ballastungsmaß, das für die Rollstabilität des Bootes im Verdrängungszustand notwendig ist. Es können auch zahlreiche andere Materialien als Ballast und separate Dichtmittel zur Abdichtung der Nähte verwendet werden. Des weiteren kann der Ballast auch oberhalb der deltafönaiGen Gleitfläche im Bootsinneren angeordnet werden·

V/ie bereits angegeben wurde, ist der Ansatz kein absolut wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Bootskonstruktion·

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er sorgt aber im Falle seiner Vorsehung für eine zusätzliche Rollstabilität "bei niedrigen Geschwindigkeiten. Die Hohlräume im Ansatzgebilde können auch mit einem Qchaummaterial. gleich dem in den Fig. 5» 7 "und 8 dargestellten gefüllt sein.

Zur Minimalisierung des Schleuderns bzw. Ausscherens beim V/enden ist das Boot mit geeigneten dieses Ausscheren verhindernden Mitteln ausgestattet, beispielsweise einem Kiel- · steven 152 gemäß Fig. 1 bis 3 oder einem Flossenkiel 154· an Boden der Gleitfläche gemäß Fig. 10.

Wenn das Boot mit dem Stevenanlauf seines Bugs über der Wasserlinie gleitet, kann ein Wendemanöver ein seitliches Ausscheren verursachen. Dieses seitliche Ausscheren kann bewirken, daß die Kimme sich absenkt und "eingräbt", was zu einer unerwünschten seitlichen Verzögerung führt. Die Verwendung von Mitteln zur Verhinderung des seitlichen Ausscherens in Form eines Kielstevens oder eines Flossenkiels am Boden der Gleitfläche dient zur Minimalisierung des seitlichen Ausscherens. Das Drehmoment des Propellers bewirkt, daß der schmalkeilige Runpf dieses Bootes zur Schlagseite nach einer Seite hin tendiert. Dies wird durch entgegengesetzt wirkende Mittel kompensiert, die bei einer bevorzugten Ausführungsform in einem einfachen Trimmruder bzw. einer einfachen Trimmklappe 156 an der einen Seite des achteren Endes der Gleitfläche des Rumpfs gemäß Fig. 1 bis 3 bestehen können. Dieses Trimmruder kann einstellbar sein, was aber nicht notwendig ist. Darüber hinaus können andere Mittel zur Entgegenwirkung verwendet werden, um ein Rollmoment zu erzeugen, das dem Propellerdrehmoment gleich und entgegengesetzt gerichtet ist· Des weiteren können diese Mittel zur Entgegenwirkung auf das Drehmoment die Zuführung des Motorkühlwassers auf das Trimmruder ein*schließen.

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Als Beispiel der vorliegenden Erfindung fuhr ein P₁^O π (=18 Fuß) langes Marinesperrholzboot, das entsprechend den offenbarten Prinzipien gebaut wurde, durch 90 und 120 cm ( = 5 und 4 Fuß) hohe V/ellen der Chesapeake Bay mit Geschwindigkeiten zwischen 56 und 80 km/h (=35 und. 50 m.p.h.') mit einer Besatzung von drei Mann und einem Gesamtgewicht von etwa 1000 kg ( = 2200 lbs). Die Kraft wurde von einem 140 PS Mercruiser-I.iotor bei etwa 4400 UpLI an eine ausgehöhlte Schraube übertragen. Bei Geradeausfahrt und beim Wenden war die Fahrt außergewöhnlich stabil, sogar dann, wenn Warnung bzw. Alarm für kleine Fahrzeuge gegeben war und hoher Seegang andere Boote in den Hafen zwang. 6,60 m (= 22 Fuß) lange Boote mit Aluminiumrümpfen haben 1,20 - 1,50 m (4■ - 5 Fuß) hohe Wellen bei einer V.'ellenlänge von 6 bis 8 Meter (=20-40 Fuß) bei Geschwindigkeiten von etwa 80 km/h (= 50 m.p.h.) sauber geteilt, ohne daß ein Stampfen auftrat im Vergleich mit den besten der konventionellen Rümpfe, die die Geschwindigkeit senken mussten, um die Steuerung unter Kontrolle zu halten. Die Boote haben die Chesapeake Bay bei "Und. mit 20 bis Knoten gekreuzt und sind hervorragend sicher bei rauhem Wetter und allen Betriebsgeschwindigkeiten. Wenn das Boot Fahrt aufnimmt, hebt sich der Rumpf fortschreitend und schnell an, um aus dem Verdrängungszustand in den Gleitzustand überzugehen. Bei der anfänglichen Beschleunigung hebt sich der Bug zwar an, trimmt sich jedoch bereits in wenigen Sekunden aus, um glatt und ruhig zu gleiten bzw. sich zu bewegen. Der Messerschneidenbug schneidet sich durch einige Wellen hindurch und fährt über einige hinweg. Während der Fahrt wirkt der Gleitboden des Rumpfs als Gleitfläche. Spritz- bzw. Gischtflächervspritzen ausgehend von jedem Seitenrand des Rumpfs achtern des Messerschneidenbugs nach oben hoch und tragen zur Stützung und Stabilisierung des Bootes bei. Da der Rumpf "überkritisch" ist,

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d.h. eine Resonanzfrequenz besitzt, die kleiner ist als die Frequenz des Auftreffens der V/ellen, gestaltet die Beschleunigung des Bootes bei rauher See die Fahrt sogar glatter bzw. ruhiger.

Gemäß Darstellung in den Fig. 10 und 11 können die Seitenflächen 22 und 24 des Bootes mit mehreren Deflektoren bzw. Abweisern oder Spritz- bzw. Gischtleisten 158, 158' und 158'' ausgestattet sein. Sie dienen zur Übernahme des Vorteils der Spritz- bzw. Gischtflächen und zur Erhöhung des Auftriebs/Widerstands-Verhältnisses. Wie ein schlanker Keil wirbelt dieser Rumpf, wenn das Boot sich mit hoher Geschwindigkeit durch das Wasser bewegt, Gischtflächen auf und entlang den Seiten. Die Gischtfläche bewegt sich vom Bootsbug und von den Seitenrändern nach oben und außen, und der Gischtwinkel kann sich über die Länge des.Rumpfs verändern. Das Wasser in der Gischtfläche besitzt eine kinetische Energie, die ausgenutzt wird, wenn die Gischtfläche die Rumpfwölbung trifft; mit anderen Worten ausgedrückt wird die Gischtflächenantriebskraft als Auftriebskraft am Boot durch Umlenkung zurück nach unten ausgenutzt. Während dies die außen gewölbten Flächen der Seiten 22 und 24 des Rumpfs vollbringen können und auch tun, kann eine zusätzliche Wirkung durch Verwendung von Deflektoren oder geneigten Spritzbzw. Gischtleisten 158, 158* und 158¹· gemäß Darstellung in Fig. 10 erreicht werden. Die Gischtleisten sind zur während des Gleitens normalen Neigung des Bootes unter einem Winkel geneigt, so daß der Druckwiderstand teilweise ausgeglichen ist durch eine vorwärts gerichtete Komponente der resultierenden Kraft»

Zusammenfassend benutzt das erfindungsgemäße Boot also eine vollständig eingetauchte Gleitfläche mit schlanker ICeilgestalt, so daß die Auftriebsfläche nicht zunimmt, wenn das

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Boot durch eine Uelie hindurchfährt, und das Boot auch nicht durch eine plumpe Buggestalt verzögert wird. Der Vortrieb dieser dünnen bzw. schlanken Keilgestalt durch das Wasser führt zu einer Entwicklung seitlicher Gischtflächen, deren kinetische Strömung mit dem Gesarntauf trieb am Boden vergleichbar ist. Die Bootsseiten weisen diese Gischtflächen nach außen ab, wobei sie im wesentlichen diese kinetische Strömung zurückgewinnen; es können aber auch, sofern dies gewünscht wird, Detektoren verwendet v/erden, um die Gischtflächen nach außen und unten-zurückzuwerfen, wobei sogar mehr Auftrieb durch Rückgewinnung erreicht wird. Wenn das Boot sich schräglegt, wird die Gischtfläche auf der niedrigen Seite dicker, und ihre zusätzliche kinetische Energie sorgt für die notwendige "Rollsteif igkeit". Dasselbe ist der Fall beim seitlichen Ausscheren mit der Ausnahme, daß die Gischtfläche an der Seite, nach der ausgeschert wird, dicker wird, wobei bzw. wodurch die Kraft zur Entgegenwirkung auf das seitliche Ausscheren verstärkt wird. Das beste Beispiel zur Veranschaulichung der Kraft in diesen Gischtflächen wird erreicht, wenn das Boot in Hinblick auf einen sehr hohen Bug getrimmt wird; dann springt das Boot seitwärts aus der Spur. Bei V/iederberührung mit dem Wasser beginnt es, in Bewegungsrichtung Fahrt aufzunehmen. Zur.selben Zeit hebt die Gischtfläche" die Seite an und drückt sie wieder zurück. Das resultierende Hin und Her nimmt eine sehr kurze Zeit in Anspruch.

Obwohl sich der vorhergehende Teil der Beschreibung mit einem angetriebenen Gleitboot befaßt, ist die Betriebstheorie und die Rumpfform nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Erfindung Anwendung finden bei einem Trimaran-Segler gemäß Darstellung in den Fig. 12, 13 und 14. In diesem Fall besteht der Rumpf 170 aus drei schlanken !'eilen 172, 174, 176, wobei der schlanke Keil 172 vorne liegt und

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die anderen Keilbereiche 174-, 176 achtern liegen. Zur Buggestaltung gehören noch eine Messerschneide 178 und außenseitig konkav gewölbte Seiten, beispielsweise die Seite 180. Diese Seiten bauchen sich außenseitig jedes der keilförmigen Abschnitte aus mit Ausnahme der innenliegenden Seiten der aehternen Keilabschnitte. Es können Trimmruder 182 verwendet werden, um das Boot bezüglich des Nickens und Rollens auszutrinken, und es können fer-» ner ausgebauchte Seitendeflektoren 184 vorgesehen sein. Selbstverständlich besitzt das Boot ein konventionelles Ruder 186 und eine Steuerpinne 188 und kann gegebenenfalls in federn der hinteren Keilabschnitte Fußschächte 190 besitzen*

Die Fig. 15, 16 und 17 zeigen die Anwendung der erfindungsgemäßen Prinzipien auf den Rumpf eines Flugboots, d.h. eines Wasserflugzeugs. Der Flugzeugrumpf 190 ist mit einem Boden nach den erfindungsgemäßen Prinzipien mit einer schmalkeilförmigen Gleitfläche 19.2, mit einer Messerschneide 194· am Bug und auswärtsgekrümmten Seiten 196*'Das Flugzeug kann einziehbare Flügelspitzenschwimmer 198 und eine einziehbare Verkleidung 199 besitzen*

Die Betriebsprinzipien für die Ausführungsform der Fig. bis 14 und 15 bis 17 sind dieselben wie bei den anderen beschriebenen Ausführungsformen. '

Die Fig. 18 bis 20 zeigen eine- weitere Ausführungsform der Erfindung in Anwendung auf ein größeres Schiff, in diesem Fall auf eine 25,5 Meter (= 85 Fuß) lange Passagierfähre. Die eriindungsgemäßen Prinzipien sind dieselben. Das heißt, das Boot besitzt einen schmalkeilförmigen Boden 200 mit einem scharfen, konkaven Messerschneidenbugabschnitt und oberhalb desselben mit einem stumpfen, schrägen Bugab-

+) ausgestattet

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schnitt 204. Konkave Seiten 206 und 208 erstrecken sich nach oben und außen von den Seiten des Bodens ausgehend zu Schcnzdecks 210 und 212. In diesem Fall liegt der Ansatz 214 hinter einer Stufe 216 am Ende der Gleitfläche bzw. des keilförmigen Bodens. Ein Antriebspropeller 218 befindet sich unter der Gleitfläche, nicht hinter derselben. Fropellerwellen 220 sind mit den Propellern jedes von drei Dieselmotoren 222, 224 und 226 verbunden. EinKielsteven und eine Verkleidung 228 sind für jede Y/elle vorgesehen, und die Steuerung erfolgt über mindestens ein Ruder 230. Der Raum oberhalb der Schanzdecks kann in üblicher Y/eise Sitzreihen 230 für die Fahrgäste mit einer oben gelegenen Steuerungskabine 232. Diese 25,5 Meter lange Fähre für 200 Fahrgäste verkehrt mit 40 Knoten und hat ein Gesamtgewicht von 90 Tonnen. Sie wird von drei 1450 PS Dieselmotoren angetrieben.

Fig. 21 zeigt ein Diagramm des Auftrieb/I7iderstands-Verhältnisses, ein Zeichen für die Wirksamkeit des Rumpfs in Abhängigkeit vom Auftriebskoeffizienten. Der Auftriebskoeffizient ist ein dimensionsloser Koeffizient gleich dem das Boot tragenden Druck über den dynamischen Druck im '.Yasser. In der Gleichung bedeutet Δ das Gesamtgewicht, q den dynamischen Druck des V/assers, der seinerseits gleich 1/2

ρ
mal £ mal ν ist, wobei y die Dichte des V/assers ist

(etwa 2 Slugs/Fuß*), und ν ist die Geschwindigkeit des Bootes in Fuß pro Sekunde. Θ ist der Keilwinkel (gleich der halbe vom Scheitel des Keils eingeschlossene V/inkel), und χ ist die Länge der Gleitfläche in Fuß. Der Trimmwinkel ist der Winkel der Anstellung im V/asser. Sowohl der Trimmwinkel als auch der Keilwinkel werden in Bogeneinheiten ausgedrückt« Der Keilwinkel, die Wölbung der Seite und die Höhe der

Schanzdecks können in Abhängigkeit von den Bedingungen variieren, für die das Boot entworfen ist. Jedoch bei den offen-

+) aufweisen BAD ORIGINAL

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barten Kriterien ist diese Wahl dem Fachmann geläufig.. V/ie aus Fig. 21 ersichtlich ist, liegt der "bevorzugte vom Heilscheitel eingeschlossene Winkel zwischen 10 und 30° für die meisten Anwendungsfälle.

Während die Erfindung insbesondere dargestellt und beschrieben worden ist unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformon, ist es selbstverständlich für den Fachmann, daß verschiedene Änderungen in der Form und in Details ausgeführt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise müssen, obwohl die Planform der Gleitflächen beschrieben wurde als Delta oder schlanker Keil, ihre Seiten nicht notwendig geradlinig sein, sie können auch konkav oder konvex sein. Auch können die Seiten des Bootes im Bereich der Gleitfläche vor der nach oben und nach außen gerichteten Wölbung einwärts gewölbt sein.

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Claims (21)

1. 22375AA

   Patentansprüche

   j 1. J&leitrumpfboot mit einer den Rumpfboden bildenden keil-V/förmigen Gleitfläche, wobei der Keilscheitel am Bugteil des Rumpfs gelegen ist,' gekennzeichnet durch eine Messerschneide (i8, 89, 194, 202) am unteren Bereich des Rumpfbugs, ein nach vorn geneigtes stumpfes Bugjoch, (20, 90, 20k), das den oberen Bereich des Rumpfbugs bildet, und sich nach oben und außen mindestens entlang des Spitzenbereichs der Seiten der keilförmigen Fläche (i2, 74, 792, 200) erstreckende konkave Rmpfseiten (22, 24, 84, 86, 196, 206, 208).
2. 2. Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messerschneide (18, 89, 194, 202) in konkaver Weise nach vorn geneigt ist und das stumpfe Bugjoch ( 20, 90, 2O4) flach ist.
3. 3. Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konkaven Seiten (22, 24, 84, 86, 196, 206, 208) je durch eine glatte einfache Wölbung in nur einer Richtung definiert sind.
4. 4. Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch am Rumpfboden festgelegte Mittel (152, 154) zur Minimalisierung des seitlichen Ausscherens beim Wenden.
5. 5· Gleitrumpfboot nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Minimalisierung des seitlichen Ausscherens

   *
   in einem Kielsteven(152) entlang Rumpflängsachse bestehen.
6. 6. Gleitrumpfboot nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Minimalisierung· des seitlichen Ausschorens in .einer an einer Rumpflängsachse angeordneten Kielfloese(i54) bestehen.

   * einer

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7. 7· Glθχtrumpfboot nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch an den konkaven Rumpfsexten (22, 24, 84, 86, 196,206 , 208) befestigte Gischfläehenabweismittel (33, 104,, 158, 158·, 158").
8. 8. Gleitrumpfboot nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Gisehflächenabweismittel (i58, 158', 158") unter einem Winkel zur Gleitfläche (12, 74, 192, 200) geneigt sind.
9. 9. Gleitrumpfboot nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gischflächenabweismittel (i58, 158', 158") eine Vielzahl separater und i"n Abständen angeordneter Abweisebereiche aufweisen.
10. 10. Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, am Rumpf vorgesehene Mittel (156) zur Entgegenwirkung auf das Schraubendrehmoment.
11. "ii. Gleitrumpfboot nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entgegenwirkung auf das Schraubendrehmoment aus einem an einer Seite des rückwärtigen Bodens der Gleitfläche (12, 74, 192, 200) befestigten Trimmruder (156) bestehen.
12. 12. Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Scheitel (i4) der keilförmigen Gleitfläche (12j 74, 192, 200) eingeschlossene Winkel 10° bis 30° mißt.
13. 13. Gloitrumpfboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Boot (TO.) über eine bewegende Kraft verfügt.
14. 14. Gleitrumpfboot nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen am Heckjoch (34, HO) befestigten und sich achtern desselben erstreckenden-Ansatzteil (36, 120, 214) mit

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    einer zur Gleitfläche (12, Jh, 192, 200) abgestuften Dodenfläche und durch konkave Seiten (38, 4o, 122) mit der gleichen Wölbung wie die Bootsseiten (22, 24, 84, 86) entlang des Keils (12, 74) ^und durch einen sich in Längsrichtung erstreckenden, zentralen Aussparungsteil (42, 124) in der Bodenfläche zur Schaffung eines sich durch das achterne-Bug (44, l42) hindurch erstreckenden Raums für einen achternen Antrieb.
15. 15. Gleitrumpfboot nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die bewegende Kraft von einem vom Rumpf getragenen Motor (222, 224, 226) stammt, der eine Schraube (37, 218) unter der Gleitfläche (i2) antreibt.
16. 16, Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Boot ein Flugboot und der Rumpf ein Teil eines Flugzeugrumpfs ( 1 94 ist.
17. 17· Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Boot ein Trimaran mit einem vorderen Rumpf (172) und einem Paar im Abstand voneinander gelegenen, keilförmigen achternen Rümpfen (17^» 176) ist.
18. 18. Gleitrumpfboot nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die achternen Rumpfseiten nur an ihren Außenseiten konkav sind.
19. 19. Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen sich außen vom Bug nach vorn am oberen Teil des stumpfen Bugjochs (20, 90) erstreckenden Gischtschutz(55).
20. 20. Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß keilförmige Gleitfläche von einem dreieckigen blech- bzw. brettförmigen Werkstoffstück (74) mit integralen Flanschen (82) am Umfang definiert ist, das einen Aufnahmeraum bil-

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    det, und daß Ballastmittel (15O) in diesem Aufnahmeraum angeordnet sind, die eine glatte Bodenfläche bilden.
21. 21. Gleitrumpfboot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriss des Decks (5^».1OO) keilförmig ist gleich der Gleitfläche (12,' 7*0, jedoch eine größere Fläche als letztere besitzt.

    Meissner & Bolte
    Patentanwälte

    Bremen, den 31. Juli 1972

    Anmelder: Blade Hulls, Inc.

    15^01 Tierra Drive

    Silver Spring, Maryland/USA

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