Beiträge der VWS zur Erforschung der Propulsion und der

Beiträge der VWS zur Erforschung der Propulsion und der

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen 139 Beiträge der VWS zur Erforschung der Propulsion...

477KB Sizes 0 Downloads 3 Views

Recommend Documents

Arbeitskreis zur Erforschung der Geschichte der NS-„Euthanasie" und
26.04.2013 - NS-Euthanasie. Lothar Pelz (Rostock) . – . Uhr. Die Arbeit der Kommission zur Aufarbeitung der. Geschicht

batologici europaei - Gesellschaft zur Erforschung der Flora
Albert Schumacher ist der erste in der Reihenfolge der hier behandelten Batologen, den ich ..... Gerrit Stohr begann zun

Zur Geschichte der paläontologischen Erforschung des - Zobodat
1935,1936,1938), ULRICH (1960), JAKSCH (1968) und ... Östlich von Kuchl konnte mit Schackoina auch das tiefere Apt nachg

Gedanken zur Erforschung der Tonminerale und Tone Heinrich M
löslichen Erdalkalien und Alkalien ausgewaschen werden. Auswirkungen dieser Vorstellung auf das wissenschaftliche Denke

Zur Geschichte und Erforschung der Höhlen im Ennepetal 1977
Beide Höhlen wurden beim Bau von Luftschutzräumen ent- deckt und wesentlich ..... E.: Führer durch die Kluterthöhle; Wup

Monatsschrift Erforschung der gesamten - IAPSOP.com
83. Die sehende Hand. Von G. Lilien .... Geheimnisvolle Erlebnisse. 428. - ...... Theologie zu unerhörten blutigen Verf

kognitive ansätze in der erforschung der narrativen - Matarka
02.01.2012 - scheinen dann in den Romanen von Virginia Woolf, Vladimir Nabokov, George Eliot,. Henry James und James Joy

Neuere Ergebnisse zur Erforschung der Rubi sect. Corylifolii im
4011.21: Münster-Uppenberg. (Wittig!) - 4011.13: w Roxel (Wittig!) - 4011.14: Ö Roxel (Wittig!) - 4011.21: Schulze-Gasse

nur symbolisch? Bilanz und Perspektiven der Erforschung - H-Net
Mit Ambiguität und Disambiguierung führte GERD. ALTHOFF (Münster) zwei Begriffe ein, die im Verlauf der Tagung vielfa

Macht der Identität – Identität der Macht - Gesellschaft zur Erforschung
wählt und wurde unter Ole von Beust (CDU). Innensenator und somit auch Chef der Polizei. Hamburgs. In einem Kommentar (

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

139

Beiträge der VWS zur Erforschung der Propulsion und der Bewegungen von Schiffen Prof. Dr.-Ing. Michael Schmiechen Unter dem Motto: 'Was Du ererbt von Deinen Vätern, erwirb es, um es zu besitzen!' wird eine kritische Analyse traditioneller und alternativer Ansätze zur Lösung der Probleme der Propulsion und der Bewegungen von Schiffen unternommen. Das geschieht nicht vom Standpunkt eines Historikers, sondern aus der Sicht eines Zeitzeugen, der seit über vier Jahrzehnten mit den Problemen gerungen hat und immer noch weiter damit ringt. Es ist daher unvermeidlich, dass die folgende Darstellung einen persönlichen Charakter hat, dass es sich mehr um Geschichten als um die Geschichte von Ideen handelt. Die wenigen Beispiele, die im Detail diskutiert werden, sollten aber nicht als bloss persönliche Anekdoten missverstanden werden. Sie sind, dem Anlass entsprechend, sehr ernst gemeinte Hinweise zur Historie und für Historiker der Schiffstheorie und zur vergangenen und zukünftigen Entwicklung der Schiffstheorie. Dabei geht es weniger um Ergebnisse hydromechanischer Untersuchungen als um Methoden für solche Untersuchungen, die entweder universell einsetzbar sind oder doch beispielhaft zeigen, wie auch alte Probleme befriedigend gelöst werden können. Der Anhang gibt einen Überblick über die Fülle der in der VWS behandelten, die Propulsion und die Bewegungen von Schiffen und Plattformen betreffenden Probleme, auf die im Einzelnen nicht eingegangen werden kann.

1 1.1

Einleitung Prognosen

Die originären Aufgaben der Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau waren Prognosen der 'Leistung', des 'performance' (n. 2. operation or functioning, usually with regard to effectiveness, as of ship) von geplanten von wasserbaulichen, schiffbaulichen, meerestechnischen und umwelttechnischen Systemen. In den vorangehenden Aufsätzen wurde bereits deutlich, dass es dabei immer zuerst auch um die Entwicklungen der Prognoseverfahren selbst ging und diese Entwicklungen gingen immer mit den Entwicklungen der Vorstellungen über die physikalischen Mechanismen einher, nicht zu vergessen die Entwicklungen der Versuchs-Einrichtungen und -Ausrüstungen, sowie der 'Rechentechnik'. Mit Prognosen der 'Leistung', sei es nun Prognosen der Propulsion oder der Bewegungen, sind hier immer Prognosen auf der Basis von Modellversuchen gemeint. Die wesentlichen Schritte sind also in jedem Falle  die Messungen an massstäblichen physikalischen Modellen,  die Prognosen aufgrund der Messergebnisse an den Modellen,  Überprüfungen der Prognosen bei 'Probefahrten' mit den Prototypen.

Alle diese Schritte sind nicht unabhängig von den zu Grunde liegenden Vorstellungen, der vorhandenen Mess- und Rechentechnik und, nicht zuletzt, nicht unabhängig voneinander, sondern kunstvoll auf einander abgestimmt, aufs Engste miteinander verknüpft, um nicht zu sagen ‘verfilzt’.

1.2

Kooperationen

Wie ein roter Faden zieht sich durch das ganze vergangene Jahrhundert der mühsame Prozess, die Zusammenhänge bei der Leistungsprognose nach dem von Froude eingeführten Verfahren zu entwirren, soweit das überhaupt möglich ist. Dabei haben die Schiffbauer dieses Ziel unter der Parole 'weg von der Coefficienten-Wirtschaft' immer mehr oder weniger bewusst verfolgt. Im Titel der Vorträge weist das Wort 'Beiträge' deutlich hin, dass alle diese Entwicklungen nicht isoliert zu verstehen sind, sondern nur als Beiträge im Kontext der deutschen, der europäischen und der internationalen Kooperation, die schon früh unter massgebender Beteiligung der VWS in der International Association for Hydraulic Research (IAHR) und der erst später so genannten International Towing Tank Conference (ITTC) institutionalisiert wurde. Die ITTC fand zweimal in Berlin statt (Weitbrecht, 1937; Schuster, Schmiechen, 1972). Mitarbeiter der Versuchsanstalt haben stets intensiv in den Technical Committees mitgearbeitet: Weitbrecht, Horn, Amtsberg, Weinblum,

140

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Gutsche, Schuster, Schwanecke, Schmiechen, Gross, Fleischer, Müller-Graf, Kracht.

1.3

Veröffentlichungen

So wird auch dieser Bericht über Beiträge zur Erforschung der Propulsion und der Bewegungen von Schiffen nur verständlich im Kontext der allgemeinen Entwicklungen. Insbesondere werden auch Arbeiten von ehemaligen Mitarbeitern der VWS zitiert, die häufig auf Arbeiten in der VWS basierten und auch oft noch in Kooperation mit der VWS durchgeführt wurden. Die Ergebnisse der Arbeiten sind dokumentiert in den VWS-Berichten und den VWS Mitteilungen sowie in Vorträgen und Diskussionen der Mitarbeiter auf Veranstaltungen der Schiffbautechnischen Gesellschaft. Alle diese Dokumente sind in Verzeichnissen am Ende dieser 'Festschrift' zu finden. Dagegen sind Veröffentlichungen in Zeitschriften und auf Tagungen aller Art nur unvollständig in den Quellen-Angaben der Aufsätze dieses Bandes dokumentiert. Über eine lange Zeit trugen Veröffentlichungen den Zusatz. 'Mitteilung Nr. .... der Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau'. Diese Tradition wurde unterbrochen als einige Zeitschriften den Abdruck dieses Zusatzes ablehnten. Insgesamt hat es weit über 300 dieser Mitteilungen gegeben, von denen es früher auch immer Sonderdrucke gab. Zwar gibt es eine Sammlung der Sonderdrucke, aber ein Verzeichnis dieser Mitteilungen ist leider nicht vorhanden. Über wichtige Beiträge der VWS zu den hier zu behandelnden Problemen ist mehr oder weniger ausgiebig referiert worden in Aufsätzen von Amtsberg (1974) zum 75. Jubiläum der STG, von Schwanecke (1989) zum 90. Jubiläum der STG, dem 85. Jubiläum der VWS, und von Nowacki (1999) zum 100. Jubiläum der STG. Hierzu gehören auch die Beiträge von Kracht (2003) und Müller-Graf (2003) in diesem Band zum hundertsten Jubiläum der Eröffnung der VWS.

1.4

Alte Probleme

Bereits die erste Sammlung von Beiträgen der VWS zur Erforschung der Propulsion und Bewegungen von Schiffen, die diesem Beitrag als Anhang beigefügt ist, machte deutlich, dass die meisten Beiträge nur im Rahmen separater Studien angemessen gewürdigt werden können. Es wird daher keine neue, womöglich noch detailliertere Übersicht über die Arbeiten der letzten hundert Jahre angestrebt als die von Kracht in diesem Band, sondern vielmehr eine kritische, pointierte

für die Leser interessante, womöglich lehrreiche Darstellung von Zusammenhängen, die in den Berichten und Veröffentlichungen nur schwer zu finden sind. Viele der Probleme haben schon die Mitarbeiter in der Gründungszeit beschäftigt. Erwähnt seien hier nur der Sediment-Transport in offenen und geschlossenen Gerinnen, die Fahrt in begrenzten Gewässern und die Wirkungsweise von Propellern und die Wechselwirkungen zwischen Rümpfen und Propellern. Von einer kontinuierlichen Entwicklung kann aber schon wegen der Unterbrechung durch die Kriegsereignisse nicht die Rede sein. So konnten mit den Fortschritten der Messtechnik und Rechentechnik nach dem Kriege erst Verfahren entwickelt werden, die vorher bestenfalls konzipiert, aber nicht realisiert werden konnten. Unter dem Motto: 'Was Du ererbt von Deinen Vätern, erwirb es, um es zu besitzen!' wird eine kritische Analyse traditioneller und alternativer Ansätze zur Lösung der Probleme der Propulsion und der Bewegungen von Schiffen unternommen. Das geschieht nicht vom Standpunkt eines Historikers, sondern aus der Sicht eines Zeitzeugen, der seit über vier Jahrzehnten mit den Problemen gerungen hat und immer noch weiter damit ringt. Es ist daher unvermeidlich, dass die folgende Darstellung einen persönlichen Charakter hat, dass es sich mehr um Geschichten als um die Geschichte von Ideen handelt. Die wenigen Beispiele, die im Detail diskutiert werden, sollten aber nicht als bloss persönliche Anekdoten missverstanden werden. Sie sind, dem Anlass entsprechend, sehr ernst gemeinte Hinweise zur Historie und für Historiker der Schiffstheorie und zu vergangenen und zukünftigen Entwicklungen der Schiffstheorie. Dabei geht es weniger um Ergebnisse hydromechanischer Untersuchungen als um Methoden für solche Untersuchungen, die z. T. universell einsetzbar sind oder doch beispielhaft zeigen, wie auch alte Probleme befriedigend gelöst werden können. Der Anhang gibt einen Überblick über die Fülle der in der VWS behandelten, die Propulsion und die Bewegungen von Schiffen und Plattformen betreffenden Probleme, auf die im Einzelnen nicht eingegangen werden kann.

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

1.5

'Philosophie'

Für die Philosophie der Schiffstheorie ist hier leider wenig Platz, obwohl sie bei der Arbeit immer ganz explizit eine fundamentale Rolle gespielt hat und die Ausführungen über die erkenntnistheoretischen Grundlagen zu den herausragenden Beiträgen der VWS zur Schiffstheorie gehören. Insbesondere ist immer wieder ganz pragmatisch die Modell basierte axiomatische Methode angewendet worden, so bei den Bewegungen von Körpern in Flüssigkeiten (Schmiechen, 1962, 1964) und bei den Wechselwirkungen zwischen Rümpfen und Propellern (Schmiechen, 1968, 1980). Der Vorteil dieser Technik ist, dass die normativen Theorien in idealen Grenzfällen nicht nur plausibel, sondern 'physikalisch richtig', 'wahr' sind. So wie die Modell basierte axiomatische Methode ganz pragmatisch angewendet wurde, standen nie 'Wahrheiten' im Vordergrund, sondern immer nur geeignete 'Räume' zur Darstellung von Messergebnissen. Und die Sicherheit, dass diese Räume für die jeweiligen Zwecke geeignet waren, gewährleistete eben der Bezug auf wahre Modelle, und seien sie noch so idealisiert, seien es nun die Euler-Lagrangeschen Gleichungen für die Bewegungen starrer Körper in idealen inkompressiblen Flüssigkeiten als Grundlage für die axiomatische Theorie der Bewegungen von Schiffen in realen Meeren oder die 'vollständige' Rankine-Froudesche- Strahltheorie als Grundlage für die axiomatische Theorie der Wechselwirkungen zwischen Schiffs-Rümpfen und -Propellern. Das Motto ist nicht nur ein hübsches Zitat von Goethe, sondern es ging ausdrücklich auch um seinen Geist, seine Weise herauszufinden, 'was die Welt im Innersten zusammenhält'. Dieser Geist wurde vertreten durch Fritz Horn, der zu vielen Arbeiten über die Propulsion und Bewegungen von Schiffen angeregt hat und dessen Ansätze zur Überwindung der Mängel der Froudeschen Interpretation der Grundbegriffe Widerstand und Nachstrom zum erfolgreichen Ende geführt werden konnten. Dabei handelt es sich nicht um die endgültige, intellektuell befriedigende Lösung alter Probleme, nach denen insbesondere Horn und Gutsche zwar immer gesucht haben, die aber heute anscheinend niemanden mehr interessieren, schon weil sie angeblich gelöst sind. Wie die wenigen Beispiele zeigen werden, bieten diese Lösungen vielmehr ein Potential zur theoretischen und praktischen Rationalisierung, das erst noch als solches erkannt

141

und ausgenutzt werden muss, z. B. in Verbindung mit CFD-Methoden. Vollständige Bibliographien von Arbeiten zu allgemeinen Problemen, zur Propulsion und zu den Bewegungen von Schiffen und Plattformen finden sich auf der Website www.t-online.de/home/ m.schm . Alle neueren Arbeiten und ihre Präsentationen sowie detaillierte Beispiele in der Mathcad Umgebung sind darin über Links direkt zugänglich.

1.6

Konkretes Ziel

Das konkrete Ziel war immer Schiffstheorie ohne Aberglauben:  als mächtiges Werkzeug zur Gewährleistung sauber fundierter Ergebnisse,  als sicherer Schutz vor sinnloser Beschäftigung mit Scheinproblemen und, last but not least,  als intellektuelle Selbstbefriedigung, die von Schiffbauern fälschlich für pervers gehalten wird. Schiffstheorie ist hier ganz klar unterschieden von ihren Interpretationen durch experimentelle, numerische und/oder theoretische Hydrodynamik. Es geht um eine klare Trennung der formalen von den faktischen Implikationen von Theorien. Man muss zuerst Begriffe haben, bevor man sie operational interpretieren kann. Mit dieser Feststellung haben Hydrodynamiker gewöhnlich erhebliche Probleme, weil sie 'glauben, zu wissen' was z. B. der Widerstand eines Schiffes ist. Die Frage nach dem Widerstand eines Schiffes mit Propeller verursacht aber bei Theoretikern nur betretenes Schweigen. Die formalen Grundlagen müssen nicht durch hydromechanische Theorien und/oder Experimente überprüft werden. So ist die gegenseitige Abhängigkeit von hydrodynamischen Trägheiten und Dämpfungen eine mathematische Eigenschaft von kausalen Funktionen, die 'mit Hydromechanik nichts zu tun hat', auch wenn das eine Arbeit von Kotik und Mangulis (1962) und andere Arbeiten vermuten lassen. Und für die faktischen Implikationen genügen wenige grundsätzliche Experimente wie Schlichting exemplarisch bei der 'Bereinigung' der Grenzschichttheorie gezeigt hat (1965). Auf die Notwendigkeit geistiger Hygiene hat Ernst Mach mit überwältigenden Eindruck auf alle grossen Geister der modernen Physik in seiner Thermodynamik 1896 hingewiesen (Feyerabend, 2002): ‘... als

142

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Forschungs-Mittel ist jede Vorstellung zulässig, ... es ist aber nothwendig von Zeit zu Zeit die Darstellung der Forschungs-Ergebnisse von den überflüssigen unwesentlichen Zuthaten zu reinigen ...’. Das war also lange vor Feyerabends 'Anything goes!' Dass Machs erkenntnistheoretische Vorstellungen schon damals kritisiert wurden, ist heute ein Gemeinplatz für die kleinen Geister. Bei den meisten Ingenieuren hat sich die Geschichte aber noch gar nicht herumgesprochen. Feyerabends 'Probleme des Empirismus' von 1965, jetzt auch Deutsch (2002), bietet einen herrlichen Einstieg. Über intellektuelle Redlichkeit aus Sorge um die Richtigkeit des Getanen und aus Furcht vor Versagen hat jetzt der Philosoph Tugendhat eine interessante Studie veröffentlicht. Nicht ganz überraschend ist der Titel: ‘Egozentrizität und ...’ Klar: nur permanente Selbstzweifel und rigorose Selbstkontrolle sind brauchbare Hilfsmittel um das gesteckte Ziel zu erreichen. Als effizientes Hilfsmittel hat sich dabei der Rückgriff auf die grundlegenden Vorstellungen der Mechanik bewährt. Ein Problem dabei ist das geläufige Begriffe in neuer Interpretation, eventuell mit nur leicht veränderten Werten verwendet werden. Prinzipiell lassen sich unliebsame oder gar gefährliche Verwechslungen nur durch eine zweckmässige Notation lösen, wie in der neu strukturierten 'ITTC Symbols und Terminology List' diskutiert und vorgeschlagen wurde (Schmiechen, 1993). Feyerabend diskutiert das Problem in einem eigenem Kapitel über 'Die Widersinnigkeit der Bedeutungsbeständigkeit' und stellt dazu später explizit fest (1965): ‘Das Fehlen von Sinngleichheit, der Widerstreit der Bedeutungen, eine anfängliche Sinnwidrigkeit sind wünschenswert. Unmittelbare Glaubwürdigkeit und die Übereinstimmung mit gebräuchlichen Sprechweisen zeigen an, dass kein grosser Fortschritt erzielt worden ist oder erzielt werden wird.’ Genau dies war auch das Credo von Siegfried Schuster. Wenn es ihm darum gegangen wäre, liebgewonnene Klischees bedienen, bewährte Vorurteile bestätigen und gewohnte Phrasen wiederholen zu lassen, hätte er den Verfasser 1974 sicher nicht zum Leiter der Abteilung Entwicklung bestellt, zu einer Position, die er bis zu seinem Ausscheiden aus der VWS 1997 inne hatte. Dabei ging es weniger um die Effizienz einzelner Systeme als die Effizienz der entwickelten Methoden

und der Arbeit der Versuchsanstalt im Hinblick auf ihre Konkurrenzfähigkeit. Horn neigte, anders als Weinblum, mehr zu den integralen Prinzipien als den Differentialgleichungen. Ingenieure, 'Erfinder' interessiert weniger dieser Gegensatz, sondern vielmehr die rationale Rekonstruktion und Synthese, nämlich das Verständnis der Zusammenhänge aller Theorien und Modelle der Schiffstheorie (Schmiechen, 1992). Dabei ist das Anliegen nicht nur ein rein intellektuelles und theoretisches, nämlich eine der Würde des Gegenstandes und der Würde der nachfolgenden Generationen angemessene Darstellung der Theorien und ihrer Probleme. Das Anliegen war ein ganz praktisches: es geht um die Verbesserung der Effizienz von Forschung und Lehre. Die schon von Heinrich Hertz vor hundert Jahren bemängelten Peinlichkeiten bei der Darstellung der Grundlagen können sich die Schiffbauer schon lange nicht mehr leisten, nicht erst jetzt im Angesicht zu langer Studienzeiten und völlig leerer Kassen, sondern vor allem im Hinblick auf die internationale Konkurrenz.

2 2.1

Methoden, Ausrüstungen, Einrichtungen, Anlagen Systematische Versuche

Die journalistische Frage nach besonders herausragenden Ereignissen und Leistungen in der Geschichte der Anstalt ist im Rückblick auf hundert ereignisreiche Jahre und die umfangreiche Dokumentation der Arbeiten nur zufällig zu beantworten. Am bekanntesten für die Berliner und ihre Besucher ist sicher der 1968 gebaute, die Schleuseninsel im Tiergarten überragende grosse Umlauftank UT2. Für die Forschung und die industriellen Anwendungen waren und bleiben aber nicht die publikumswirksamsten Bauten und Versuche die wichtigsten, sondern die Ergebnisse der unspektakulären, systematischen wasserbaulichen und schiffbaulichen Versuche, die sich über Wochen oder sogar Jahre hinzogen. Im Gegensatz zu Routine-Untersuchungen einzelner Systeme sollen Versuche mit systematisch variierten Rümpfen und Propellern (Schaffran, Kracht, Müller-Graf) unter systematisch variierten Bedingungen Daten für die Auswahl optimaler Konfigurationen liefern. Wegen der Weiterentwicklungen von Rumpf- und Propeller-Formen mussten solche Versuche auch wiederholt durchgeführt werden. In den Beiträgen

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

von Oebius, Kracht und Müller-Graf zu dieser Festschrift werden systematische Versuche eingehend diskutiert. Anlässe für systematische Versuche waren auch Revisionen von Verfahrensweisen infolge konzeptioneller Ungereimtheiten des 'rohen' Froudeschen Verfahrens (Gutsche, 1940), wenn sie denn als solche empfunden wurden. Ein solcher Anlass waren negative 'Zuschläge', wie sie für treffsichere Leistungsprognosen für völlige Tanker notwendig wurden. Um die physikalischen Ursachen zu ergründen, wurde nach den ursprünglichen Geosim-Versuchen für den Tanker HEDWIG KLOESS ein zweites Versuchsprogramm mit einer wesentlich völligeren Form durchgeführt. Dazu wurde auch das grösste Modell, das 'Beton-Schiff' von 24 m Länge, entsprechend geändert (Grothues-Spork, 1965).

2.2

Methoden

Ein Beispiel für die Entwicklung von Methoden ist die möglichst vollkommene Entkopplung der Modelle von den Schleppwagen, wie sie bei den quasistationären Propulsions-Versuchen mit grossem Erfolg praktiziert wurde (Schmiechen, 1987, 2002). Dabei werden überhaupt keine Störungen in die Modelle eingeleitet, die 'grosse' Tiefpässe darstellen, wie schon Wellenkamp (1908) feststellte. In einem sehr informativen Beitrag hat Dix (1908) damals nicht nur den Froudeschen Schleppwagen 'verteidigt', sondern auch sehr ausführliche Quellen-Angaben zur Historie der Methode von Wellenkamp gemacht, beginnend mit den Versuchen von Borda zwischen 1763 und 1767. Ein anderes Beispiel für die Entwicklung von Methoden ist die Kalibrierung von Waagen (Dynamometern) mit Zufalls-Last-Kollektiven im Betriebsbereich. Die isolierte Kalibrierung aller einzelnen Komponenten geht von der Voraussetzung vollkommen linearer Systeme aus, die durch nichts gerechfertigt ist und zu systematischen Fehlern führt, weil die Kalibrierungen gewöhnlich 'weit ausserhalb' der Betriebsbereiche erfolgen. Ein weiteres Beispiel für die Entwicklung von Methoden ist die Bestimmung von Spektren transienter Vorgänge bei begrenzter Beobachtungsdauer, Begrenzungen wegen endlicher Rinnenlänge, wegen Reflexionen von Wellen an den Rinnenwänden, wegen geringer Dämpfung von Schwingungen. Darauf wird noch ausführlicher eingegangen.

143

Planung und Durchführung der Messungen stellten häufig Anforderungen, denen Hydrodynamiker nicht immer gewachsen waren. Die meisten Versäumnisse bei der Datenerfassung lassen sich nachträglich nicht beheben: die Daten sind wertlos und die Versuche müssen wiederholt werden. Wegen der Kosten ist das häufig aber nicht möglich, so dass apriori Wissen und Phantasie benutzt werden müssen. Typische Beispiele für Fehler bei Versuchsaufbauten sind fehlende Anti-Aliasing-Filter, soweit die nicht 'automatisch' eingeschaltet werden, und fehlende Einspeisungen von Testsignalen zur Anregung aller interessierenden Freiheitsgrade und zur Unterdrückung der Rückkopplung von Rauschen. Auch die Auswertung der so gewonnenen teuren Daten stellt höchste Anforderungen und erfordert allergrösste Sorgfalt, die im RoutineBetrieb häufig nicht gewährleistet ist. Als Beispiel wird die Auswertung von Probefahrten zur Bestimmung der Leistungskurve von Schiffen diskutiert. Die Effizienz von Versuchen und die Qualität der Daten konnten durch quasistationäre Versuchsabläufe wesentlich gesteigert werden. Wichtig ist, dass dabei 'extreme Manöver' mit 'unrealistischen' Strömungsuständen vermieden werden, wie sie z. B. von Abkowitz (1988) für Propulsionsversuche vorgeschlagen wurden. 'Unrealistisch' bedeutet 'ausserhalb der zu untersuchenden Betriebsbedingungen. Ein extremes Beispiel stellte die Untersuchung der Querstabilität schneller Fahrzeuge dar (MüllerGraf, Schmiechen, 1982). Das Stabilitätskriterium ist die Determinante einer Matrix von Derivativa. Um die Determinante, also die Differenz fast gleichgrosser Zahlen, sicher bestimmen zu können, wurden die Derivativa bei dem betrachteten Zustand aufrechter Geradeausfahrt als lineare Anteile kubischer Ausgleichsfunktionen bestimmt. Bei den hohen Geschwindigkeiten der Modelle wurden die Daten während quasistationärer Änderungen der Krängungs- und Gier-Zustände in jeweils weniger als zehn Sekunden erfasst. Ergebnisse für die Validation von Codes stellen besonders hohe Anforderungen an Präzision und Effizienz. Prinzipiell ist es bereits heute möglich, bei transienten Versuchsabläufen während nur einer Fahrt mit dem Schleppwagen alle Daten für vollständige Analysen der Propulsion, der Manövrierfähigkeit und der Seefähigkeit zu sammeln, statt viele Stunden- mit Schleppwagen hin und her zu fahren und sie z. B. als Fourier-Analysator zu

144

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

missbrauchen, wie das bei harmonischen Versuchsabläufen immer noch geschieht. Fast alle Probleme beim Identifizieren von Parametern, sei es beim Kalibrieren von Waagen, beim Analysieren von Spektren, beim Auswerten von Versuchen mit Modellen und Prototypen sind schlecht konditioniert, fast singulär. Im Hinblick auf diese Tatsache besteht keine Chance die Systeme von Gleichungen mit einfachen Algorithmen zu lösen, singular value decomposition (SVD) ist eine zwingende Notwendigkeit. Diese Technik der ad hoc Orthogonalisierung wurde Anfang der sechziger Jahre in der VWS bei den Versuchen zum numerischen Ausgleich der Daten der Verstellpropeller-Serie 'erfunden' und seither immer benutzt. Wie sich erst Jahrzehnte später herausstellte, ist der damals entwickelte und verwendete Algorithmus im Wesentlichen identisch mit der Methode der singular value decomposition, die in Deutschland immer noch viel zu wenig bekannt ist.

2.3

Einrichtungen, Geräte

Hinderlich für die Enwicklung von Methoden waren oft nicht nur die konzeptionellen Grenzen, sondern immer auch mess- und rechentechnische Beschränkungen, wie die Entwicklung der Hornschen Ideen zur Bestimmung des Nachstroms aus Propulsionsversuchen vor dem Krieg zeigt. Diese Tatsache führte dazu, dass immer sehr viel Energie für die Weiterentwicklung der Mess- und Rechentechnik aufgewendet werden musste. Daran hat sich bis zum Ende der VWS nichts geändert und das wird in allen Versuchsanstalten auch immer so bleiben. Beispielhaft für die Probleme, die zu meistern waren, waren die Entwicklungen der Versuchsund Messtechnik für den grossen Kavitationstank UT2. So 'entstanden' vakuumfeste Propeller-Dynamometer, die durch vorgespannte Federn gegen Überlastungen geschützt waren und deren 'NullPunkte' auch bei laufenden Propellern überprüft werden konnten, eine zwingende Notwendigkeit bei tagelangem Betrieb im Vakuum. Auch die systematischen Versuche von MüllerGraf mit einer Serie von Verstellpropellern (1971, 1990) litten unter den Mängeln der Mess- und Rechentechnik. Die Messglieder waren noch mit den wenig stabilen induktiven Aufnehmern bestückt und die Ergebnisse wurden noch, wie in Vorkriegstagen, mit Latten gestrakt. Wegen der Menge der Daten wurden erste Ausgleichsrech-

nungen am Deutschen Rechenzentrum in Darmstadt versucht. Dabei waren nicht nur die Mängel der Übertragungswege, eine Lochstreifen-Stanze in der VWS und ein Telex-Anschluss in der TUB, und die Beschränkungen der Rechnerkapazität, sondern auch die numerischen Probleme zu bewältigen, s. o. Sehr viel später lief das Programm übrigens anstandslos auf dem Rechner der Versuchsanstalt und die Ergebnisse wurden jetzt auch veröffentlicht (Müller-Graf, 1990). Die Versuchsanstalt hat von Anfang an DigitalRechner eingesetzt und alle Probleme der Entwicklung mitgemacht. Da die Wünsche immer grösser waren als die Möglichkeiten, mussten viele Umwege gegangen werden, die häufig schon wenig später nicht mehr notwendig waren. Ein besonders frustrierendes Problem war, die mit dem Wechsel der Rechner-Generationen immer wieder notwendige Anpassung der Software. Besonders schmerzlich war der Übergang von ALGOL zu FORTRAN, mit dessen rudimentären Handling von Matrizen. Noch schmerzlicher ist langfristig der Wechsel der Speicher-Techniken und -Medien. Während 'saure Bücher' siebzig Jahre überdauern, sind viele der Aufzeichnungen von Daten schon nach viel kürzerer Zeit nicht mehr lesbar, selbst wenn es in Museen noch entsprechende Lesegeräte gäbe. So mussten die Daten des 'Modellversuchs' von 1987 von Hand nach den Diagrammen im Bericht digitalisiert werden (Schmiechen, 2002). Auch an der Entwicklung der verschiedensten Software-Systeme waren Mitarbeiter der VWS beteiligt wie die Referenzen zeigen. Die Hoffnungen auf den Einsatz von Experten-Systemen haben sich trotz Erfolge versprechender Ansätze nicht erfüllt. Das Problem ist wie bei den Datenformaten die viel zu grosse Starrheit der Systeme. Informationen werden gespeichert wie in Hologrammen oder neuronalen Netzen und sind nicht mehr ohne die inzwischen überholten Systeme zugänglich. Die Versuche, Experten (Müller-Graf, Schmiechen) zu 'klonen', wurden daher abgebrochen. Es wurden aber auch immer wieder Anlagen und Geräte entwickelt, für die sich der Bedarf nicht so entwickelte wie vermutet. Ein Beispiel war der 'Adventskranz', eine 'universelle' 6Komponenten-Waage. Da die Grösse der Modelle, anders als bei Versuchen mit standardisierten Modellen in Windkanälen, und damit die Masse der Modelle und die Kräfte an den Modellen in so weiten Grenzen variierten, wurden später ad hoc konstruierte Waagen eingesetzt. Oft waren das

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

einfache kreiszylindrische Biegestäbe, die mit Dehnungsmessstreifen als 5-Komponenten-Waagen instrumentiert waren und deren zuverlässige Kalibrierung im Betriebsbereich mit einer Einzelkraft, deren Richtung und Hebel zufällig geändert wurden, sehr genau und sehr schnell möglich war. Andere Beispiele für schnell überholte Entwicklungen waren mehrere Systeme für die schnelle Erfassung von Daten. Meistens wurden die eigenen Entwicklungen der Versuchsanstalt

145

immer wieder Erfindungsgeist und haben zu Entwicklungen von bleibender Bedeutung geführt. Der grosse Umlauf- und Kavitationstank UT2 (Bild 1) immer noch der grösste der Welt (MessStrecke: L = 11 m, B = 5 m, T = 3 m bis V = 3 m/s, T = 1 m bis V = 10 m/s) war zweifellos Schusters grösstes Bauvorhaben, mit anfänglicher Finanzierung im Rahmen eines KonjunkturProgramms der Stadt Berlin. Trotz einiger Mängel wurden in dem Tank viele Versuche erfolgreich ausgeführt. Und es werden jetzt noch immer Versuche ausgeführt, wie die Nutzung durch verschiedene Versuchsanstalten zeigt, nachdem frühere Anläufe, den Tank als 'Grosse Einrichtung' im Rahmen einschlägiger EU-Programme der allgemeinen Nutzung zugänglich zu machen, gescheitert waren. Ein Problem waren sicher immer die Kosten und die sparsame Klientel, die nicht bereit war, angemessene Preise zu zahlen. So wurden anfänglich vor allem aus dem ERP-Programm finanzierte Forschungsprogramme durchgeführt (Fleischer, 1973, 1979, 1982). Ein anderes Problem war sicher der Standort. Die potentielle Klientel traute sich nicht nach Berlin, sondern baute eigene Bild 1: Der grosse Umlauf- und Kavitationstank der Versuchsanstalt Einrichtungen. Das Krylov Ship Research Institute in St. Petersburg, schon vor ihrem Abschluss von den Entwicklunbaute sofort einen Tank aus Beton, der aber nie gen der Industrie überholt. Dagegen führten funktionsfähig wurde. Das David Taylor Model einfachere Vorrichtungen, wie alle Provisorien, ein Basin und die Hamburgische Schiffbaulanges, erfülltes Leben, wie der Schablonen-Halter Versuchsanstalt. bauten sehr viel später Tanks von Snay bei der Fertigung der hölzernen Kopierohne freie Oberflächen, weil nach den Erfahrunflügel für Modell-Propeller. gen im Vacu-Tank in Ede/Wageningen und im UT2 in Berlin der Froudeschen Ähnlichkeit für die 2.4 Anlagen Kavitation nur eine sekundäre Bedeutung zuDie Engpässe der Finanzierung waren immer kommt. So wurden auch im UT2 bei abgedeckter wieder ein Problem, nicht zuletzt bei den VerOberfläche Versuche mit hohen Geschwindigkeisuchs- und Mess-Einrichtungen, und sie waren ten ausgeführt. Ansporn für Schusters Erfindungsgeist. Zu denken Bedenken wegen des Standorts hatten keine ist an den gummibereiften Schleppwagen über der Priorität als die AEG in den frühen sechziger Flachwasserrinne, an die pneumatische WellenmaJahren mit den Manövrier-Versuchen für idealischine und an den neuen Schleppwagen (NSW) sierte Schiffskörper, alias Torpedos, im kleinen der Tiefwasserrinne, der erst viel später durch den Umlauftank UT1, und als später die Firma Boeing Schnell-Schleppwagen (SSW) von Kempf und aus Seattle mit den Kavitationsversuchen für das Remmers abgelöst werden konnte. Nicht nur die Jet-Foil im UT2, zur VWS nach Berlin kamen. realen und scheinbaren Mängel dieser Anlagen, sondern mehr noch die Realitäten erforderten

146

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Um konstante Strömungen zu gewährleisten, wurde der Tank bei unveränderten Bedingungen jeweils über einen ganzen Tage betrieben. Bei der Untersuchung der Modelle von Segelyachten machte das den Wechsel von bis zu fünf Modellen am Tag bei laufendem Tank notwendig. Die nachgewiesene Effizienz und Genauigkeit und dieser Versuche war wesentlich höher als in Schlepprinnen, weil die Messzeiten nicht begrenzt sind, weil keine Rückfahrten notwendig sind und weil das Abklingen des Nachstroms nicht abzuwarten ist. Nach den guten Erfahrungen mit der einfachen Planar-Motion-Anlage (PMA) im UT1 wurde auch im UT2 eine Anlage installiert, die jedoch zwei Freiheitsgrade mit grossen Hüben (Translation: +/ 1 m, Rotation: +/ 0.5 rad) besitzt und extrem steif ist. Diese hydraulisch betriebene Anlage ist für transiente Versuche frei programmierbar. Sie hat bei vielen Versuche als Basis und Manipulator gedient, so bei den Versuchen für das Jet-Foil von Boeing.

3 3.1

Messungen auf Schiffen Konventionen, Normen

Eine grosse Rolle spielten bei der Arbeit immer Konventionen und Normen. Die Bemühungen der ITTC um Vereinheitlichung von Verfahren ist erst in neuester Zeit von der ITTC Quality Systems Group unter Strasser in dem 'ITTC Recommended Procedures' konsequent systematisiert worden (2002).

Auch wenn es Hydrodynamiker nicht gerne hören: Viele wichtige Probleme sind nicht physikalischer Natur, sondern nur durch Vereinbarungen zu lösen, die Schiffstheorie ist ihrer Natur nach normativ, konventionell. Auch alternative, 'rationale' Verfahren sind konventioneller Natur, so dass sprachlich genau zu unterscheiden ist zwischen 'traditionell' und 'konventionell'. Das traditionelle Froudesche Verfahren ist ein solches konventionelles Verfahren. Die Interpretation des Widerstandes durch den Schleppwiderstand des Rumpfes allein und die Interpretation des Nachstroms durch Bezug auf die Kennfläche des frei-fahrenden Propellers sind Konventionen, logisch Axiome, die für relativ schlanke Schiffsformen völlig ausreichend sind, wie die erfolgreiche Anwendung in den letzten hundert Jahren gezeigt hat.

Aber bei relativ völligen Schiffen und Nachstrom angepassten Propellern sind die konzeptionellen Mängel der Methode nicht mehr zu übersehen. Die genannten Interpretationen werden z. B. vollends unbrauchbar bei integrierten RumpfPropeller-Konfigurationen, wie sie z. B. bei Binnenschiffen die Regel sind. Die für die Analyse der Propulsion zugrunde gelegten Daten aus Rumpf-Schlepp-, Propeller-Freifahrt- und Propulsionsversuchen sind dann völlig inkohärent, 'inkommensurabel', die Strömungszustände bei den verschiedenen Versuchen sind völlig verschieden. Das gleiche Problem tritt übrigens bei extremen Manövern auf, wie sie von Abkowitz (1988) vorgeschlagen wurden. Ein weiteres, gravierendes Problem mit den traditionellen Konventionen des Froudeschen Verfahrens ist, dass sie praktisch nur bei Modellen anwendbar sind. Horn (1935, ITTC 1937) scheint der einzige gewesen zu sein, der versucht hat, diesen Mangel zu überwinden. Sein Ansatz betraf tatsächlich nur den Nachstrom, während der aktuelle, auch partielle Ansatz von Kracht nur den Sog betrifft (STG 1998, SNAME 1999). Eine 'vollständige' Lösung des Problems konnte durch die Rationalisierung des Froudeschen Verfahrens erreicht werden. Im Sinne Horns werden der Widerstand und der Nachstrom allein aus den Daten von quasistationären Propulsionsversuchen mit Modellen oder Schiffen bestimmt. Das gelingt mit Hilfe von Nachstrom- und Sog-Konventionen, deren Entwicklungen jetzt einen gewissen Abschluss gefunden haben (Schmiechen, 2002). Diese Konventionen, logisch Axiome, ersetzen die Rumpf-Schlepp- und Propeller-Freifahrt-Versuche. Sie sind im Sinne der rationalen Mechanik konstitutive 'Gesetze', durch die Schiffe mit Propellern in Newtons universelle Mechanik der Körper eingeführt werden, so ähnlich wie durch Stoff-Gesetze, constitutive laws, Materialien in Newton-Cauchys universelle Mechanik der Kontinua eingeführt werden. Von der Stein hat zusammen mit der Versuchsanstalt für Binnenschiffbau in Duisburg (VBD / EBD) ganz im Sinne dieser Konzeption in einer Reihe von Forschungsvorhaben das einzig Sinnvolle getan und ein Modell-Versuchs-Verfahren entwickelt, das die energetisch neutralen Wechselwirkungen 'ausklammert'. Dazu werden die Modelle in Ladungs- und Antriebsteile getrennt und nur die jeweiligen Nutzschübe zwischen den Teilen wird gemessen (2003).

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

3.2

Probefahrten

147

Die empfindlichen Abhängigkeiten der Ergebnisse von Modellen, Daten und Prozeduren haben englische Kollegen den Schluss ziehen lassen, dass das Auswerten von Probefahrten nicht genormt werden könne. Tatsächlich machen diese Abhängigkeiten die Normung aber zwingend notwendig, und zwar eine Rationalisierung auf der Basis

Durch den Standort bedingt gehörten Probefahrten nicht zum Routine-Geschäft der Versuchsanstalt. Es wurden jedoch immer wieder Messungen auf Schiffen ausgeführt, insbesondere Messungen von Schwingungen (Schuster, 1962). Zu den herausragenden Projekten der Versuchsanstalt gehörten aber zweifellos die Messfahrten 1964 mit der 'alten' METEOR (Schuster, Current velocities vs time 0.6 1968) und 1988 mit der 'neuen' METEOR (Schmiechen, 1991). 0.4 Das schwierige Problem der Auswertung V F.ratS traditioneller Probefahrten ist an den LehrV F.rat stühlen eher unbeliebt, wenn nicht gar völlig 0.2 unbekannt. Die Folge ist, dass die Praktiker V F.ISO mit den wichtigen und interessanten fundamentalen Fragen und sehr schwierigen 0 Details trotz vieler Trials Codes leider völlig allein gelassen sind. Tatsächlich lässt sich 0.2 das Problem nur durch Normung lösen. Eine 10 5 0 5 10 aktuelle Studie der Fraunhofer Gesellschaft t S t rat t stellt fest: Für Innovationen sind Normen wichtiger als neue Erfindungen! Bild 2: Geschwindigkeiten der Strömung als Funktionen der Das gilt aber natürlich nicht für genormte Zeit Um- und Irrwege unserer Väter und Grossväter, wie sie jetzt in der Norm ISO 15016: 2002-06 von Schiffbauern weltweit Power ratios vs hull advance ratios abgesegnet wurden, und das trotz der seit 0.186 1998 immer wiederholten, detaillierten K P.up Hinweise auf die Inkonsistenz des Verfah0.182 K P.dn rens und der Ergebnisse (Schmiechen, 2002). Im Gegensatz zu dem bei Schiffbauern 0.178 KP verbreiteten Aberglauben kann das Problem K P.rat tatsächlich als einfache Aufgabe der ele0.174 mentaren Mechanik und des soliden HandK P0.ISO werks behandelt werden und völlig unab0.17 hängig von jeder speziellen Schiffstheorie gelöst werden. Allein einfache Newtonsche 0.166 Ansätze für Strömungsmaschinen und für die 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 J J J J J zusätzlichen Leistungen infolge von WindH.up H.dn H.rat H.rat H0.ISO und Wellen-Widerstand sind notwendig. Nur die Koreaner haben der Norm nicht Bild 3: Propeller-Kennlinien hinter dem Schiff als Funktionen des zugestimmt, und zwar weil sie glauben, ein scheinbaren Fortschrittsgrades noch ‘besseres’ Modell für die Zusatzwiderstände durch Seegang zu haben als die adequater und akzeptabler Theorien und MethoJapaner. Sie haben das Problem aber insofern den! verfehlt als auch ihr hochgezüchtetes Verfahren Viele Probleme bei der Durchführung und der sich am Ende auf die gleichen groben Messungen Auswertung von Probefahrten werden verursacht des Windes und die gleichen noch gröberen durch: Warten auf stationäre Zustände, Ignorieren Schätzungen des Seegangs stützen, wie sie bei nützlicher Daten, unglaublich sorglosen Umgang typischen Probefahrten leider nur gemacht werden mit den teuren Daten und, am schlimmsten, und auch allen anderen Verfahren zu Grunde Verwenden inkohärenter Modelle und Verfahren. liegen. 











148

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Die Grundsätze des vorgeschlagenen und inzwischen vielfach erprobten rationalen Verfahrens sind denkbar einfach: die Modelle werden soweit 'vereinfacht', genauer: aggregiert, bis sich die wenigen verbleibenden Parameter allein aus den traditonell, nicht notwendig!, nur wenigen Daten identifizieren lassen. Das zugrunde liegende Modell steht explizit im Titel eines Vortrages 'Evaluating Ship Speed Trials: Identifying Parameters of Powering Models' gehalten auf dem International Symposium on Ship Propulsion im Rahmen der Lavrentiev Lectures in St. Petersburg (Schmiechen, 2001). Es geht nicht darum, sich auf akzeptable Differenzen zwischen den Ergebnissen verschiedener Methoden zu einigen, sondern auf akzeptable Konventionen, wie der Name schon sagt. Die Auswertung ist unabhängig von Ergebnissen von Modell-Versuchen und von anderen apriori Infomationen, wie es für eine objektive Bewertung von Schiffen auch sein muss. Zunächst werden die Parameter der Geschwindigkeit der Strömung (Bild 2) und die Parameter der Propeller-Kennfläche hinter dem Schiff (Bild 3) gemeinsam durch Lösen eines ersten Satzes linearer Gleichungen identifiziert. Anschliessend werden die Parameter der erforderlichen Leistungen infolge von Wasser-, Wind- und Wellenwiderstand gemeinsam durch Lösen eines zweiten Satzes linearer Gleichungen identifiziert. Dabei werden die gemessenen Leistungen mit gemessenen Geschwindigkeiten des Windes und mit grob geschätzten Parametern des Seegangs korreliert. Dadurch werden systematische Fehler in den Messungen des Windes und Schätzungen des Seegangs ‘automatisch’ berücksichtigt. Stehen die 'momentanen' Werte zur Verfügung, so lassen sich auch Trägheitseffekte berücksichtigen. Das übliche Warten auf stationäre Zustände, nur qualitativ überwacht, wird damit überflüssig. Und es wird die Identifikation des Seegangs in Grenzen möglich wie jetzt in einem weiteren unveröffentlichten Anwendungsfall gezeigt werden konnte. Das ISO Beispiel bestätigt eine Grundregel erfahrener Hydrodynamiker: Wenn die Geschwindigkeit falsch bestimmt wird, dann ist alles weitere reine Phantasie. Bei den Versuchen für das JetFoil wurde das Modell an einem Tage im Vakuum wiederholt aus der Strömung genommen, damit deren Profil wurde überprüft werden konnte. Diese fundamentale Regel ist auch der Grund für die grosse Bedeutung einer robusten NachstromKonvention zur Bestimmung der Propeller-

Anströmung für die detaillierte Analyse der Wechselwirkungen wie bei dem METEOR Projekt und entsprechenden Modell-Versuchen (Schmiechen, 2002). Während simulierte Daten für die Überprüfung der Richtigkeit des Verfahrens zwingend notwendig sind, sind sie völlig ungeeignet, die Zweckmässigkeit des einen oder anderen Verfahrens festzustellen. Nur gemessene Daten können diesen Zweck erfüllen und das Beispiel aus der Norm ISO 15016:2002-06 wird dafür empfohlen. Der 'Ausreisser' im ISO Beispiel konnte mit der rationalen Methode als Druckfehler erkannt werden und wurde von den japanischen Kollegen als solcher bestätigt. Nicht nur die vollständige Korrespondenz dazu ist auf der genannten Website dokumentiert, sondern die gesamte Entwicklung des Verfahrens mit diversen Beispielen, verschiedenen erläuternden Aufsätzen und Präsentationen. Die Schiffbauer der VWS haben noch kurz vor deren Ende ein Verfahren publiziert (Nicolaysen, 1998), das aber leider gegen den genannten Fehler nicht resistent war (23010_re-eval_iso_fin8). Will man die Analyse weiter treiben, so kann man z. B. die Begriffe Propeller-Zustrom oder Nachstrom und Widerstand oder Sog einführen. Um diesen Begriffen auch bei Schiffen unter Betriebsbedingungen, und um die geht es eigentlich, einen Sinn beilegen zu können, sind robuste, akzeptable Axiome und zuverlässige Schubmessungen zwingend notwendig.

3.3

Messfahrt METEOR alt

Die meisten Arbeiten, bis in die neueste Zeit, sind dagegen noch der Vorstellung verpflichtet, dass Propulsoren Schübe erzeugen, um die Widerstände von Rümpfen zu überwinden. Einen Höhepunkt der Entwicklung dieser Vorstellungen bilden zweifellos die Versuche mit der alten METEOR, die den krönenden Abschluss einer Serie von Versuchen mit geometrisch ähnlichen Modellen bilden sollten. Zwar waren die Widerstands-Versuche mit Strahl-Triebwerken bei strahlendem Wetter auf der Ostsee 1967 spektakulär (Schuster et al. STG 1968), aber die Ergebnisse waren insgesamt leider weniger befriedigend. Der Grund dafür war, dass die schon bei Planung und Bau des Schiffes vorgesehenen Freifahrt-Versuche mit dem Propeller auf der Grimschen Welle nicht ausgeführt wurden. Weinblum (1968) und Amtsberg (1974) haben wiederholt auf diesen Mangel hingewiesen. Amtsberg stellt fest: ‘Die Sogziffer ist also prak-

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

tisch Maßstabs-unabhängig [MS: sehr erwünschte Bestätigung des lieben alten ‘Axioms’ aller FroudeAnhänger], dringend erwünschte Freifahrt-Versuche wurden nicht ausgeführt’. Ein daraufhin von der VWS gestellter Antrag auf methodische Durchführung der Freifahrt-Versuche wurde abgelehnt. Damit war die weltweit einmalige Chance zur Durchführung solcher Versuche für immer vertan. Ob das aus Unkenntnis der späteren Gutachter geschah oder weil die auch nicht mehr an die Froudesche Konzeption von Propulsoren glaubten, wird solange ungekärt bleiben, bis sich ein Historiker dieses 'Kriminalfalls' annimmt.

3.4

149

Bild 4: Versuchsbedingungen: Normeer im November 1988

Messfahrt METEOR neu

Verglichen mit den Versuchen mit der alten METEOR waren die Propulsions-‘Versuche’ mit der neuen METEOR unter den Betriebs-Zuständen Anfang November 1988 im Nord-Meer (Bild 4) weniger publikumswirksam (Schmiechen, 1991). Bewilligt wurde das Vorhaben übrigens nicht wegen der rationalen Theorie der Wechselwirkungen, sondern wegen der Schubmessung (mit einer Hohlwelle), die in der VWS eine lange Tradition hatte (Schuster, Metzmeier, 1962; Schuster, 1968; Mildner, 1973; später: Jordan, Schmiechen, 1995). Dafür waren die Ergebnisse dieser Messfahrt aber sehr spektakulär. Sie waren der glänzende Triumpf für Horns Vision (1935, 1937) von der Analyse der Wechselwirkungen ohne PropellerFreifahrt-Versuche; wie sie später zur Anwendungsreife entwickelt wurde. Sie ermöglichten, zusammen mit den entsprechenden ModellVersuchen, weltweit erstmals die experimentelle Bestimmung der Massstabs-Effekte in Nachstrom und Sog. (Schmiechen, 1991). Die Auswertung der Ergebnisse wurde später mit der endgültigen’ Nachstrom-Konvention aktualisiert (2002). Bei frei-fahrenden Modellen genügen heute Messungen über nur zwei Minuten für die vollständige, präzise Analyse der Propulsion in einem weiten Betriebs-Bereich, wie es für Zwecke der Forschung und Validierung notwendig ist (Schmiechen, 2002). Für einen Bruchteil der Information man muss nicht mehr ganze Vormittage lang mit Tonnen-schweren Schleppwagen hin und herfahren, wie im Anfang, als Gebers auf der

Schleuseninsel die Froudesche Methode durch die Einführung des Reibungsabzugs ‘kontinental’ vollendete und systematisch anwendete. Die kleinen Mängel und Schäden an dem 'rohen' Ei, das er 'auf die Schiene nagelte', beschäftigen noch heute Theoretiker und Praktiker in der ITTC. Trotz wiederholter Lippen-Bekenntnisse spielen dabei Versuche mit Schiffen und der Bezug auf die Ergebnisse nur eine marginale Rolle.

4 4.1

Frei-fahrende Propulsoren Theorie der Wirbelstrassen

Neben dem eigentlichen Problemen der Propulsion, die durch das Zusammenwirken der Propulsoren mit den Rümpfen beherrscht werden, waren Wirkungsweise und Entwurf von frei-fahrenden Propulsoren, insbesondere Schraubenpropellern und Düsenpropellern, immer Gegenstände der Forschung in der Versuchsanstalt. Dabei ging es zunächst noch um die Klärung der Wirkungsweise von Propulsoren (Flamm, 1908; Gümbel, 1913; Grammel, 1915), die zusammenfassend von Föttinger (1917) dargestellt wurde. Diese Vorstellungen und Erkenntnisse spielten nicht nur bei der Analyse von Schrauben-Propellern, sondern von Propulsoren aller möglichen Bauarten eine zentrale Rolle. Tatsächlich ist jeder Propeller ein Strahlantrieb. Durch begrenzte Krafteinwirkung auf das Wasser entsteht eine Wirbelstrasse, die sich unter ihrer eigenen Induktion mit der Gruppengschwindigkeit V G vom Schiffen nach achtern entfernt. Diese Gruppengeschwindigkeit ist ein Mass für die

150

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

erzeugte Wirbeldichte. Die Bewegung der Wirbelstrasse ist begleitet von einem Massenfluss  Q, ausgedrückt durch die Massendichte des Wassers und einen Volumenstrom, einem Impulsfluss M und einem Energiefluss E. Die Strahl-Theorie und der Wirbel-Theorie sind also zwei verschiedene Beschreibungen der gleichen Sache. In realen Flüssigkeiten sind die Strahlen natürlich nicht unverändert bis ins Unendliche, sondern die Wirbelflächen rollen sich unter ihrer eigenen Induktion auf und Wirbel lösen sich durch diffusiven Wirbeltransport auf. Wenn man also Prozesse wie die Wirkung von Propeller-Strahlen auf Kanal- oder Fluss-Sohlen studieren will, muss man diese Strahl-Auflösung in Rechnung stellen, worauf Oebius mit Recht immer wieder hingewiesen hat. Bei der Berechnung von induzierten Geschwindigkeiten tut man das nicht. Es wird angenommenm, dass wenigstens die Zentren der 'vorticity' erhalten bleiben, was auch nur angenähert zutrifft. Betrachtet werden hier zunächst nur 'freifahrende' Aggregate, obwohl das nicht immer realistisch ist. Viele der unkonventionellen Propeller sind so in die Rümpfe integriert, dass sie 'physisch' nicht frei gefahren werden können. Die Vorstellung, dass ein Propulsor hinter einem Rumpf angeordnet ist, die dem Froudeschen Verfahren zugrunde liegt, die schon bei traditionellen Konfigurationen unbefriedigend ist, lässt sich bei vielen unkonventionellen Anordnungen wie gesagt nicht aufrecht erhalten. Der Schub T des Propellers entspricht der Änderung des Impulsflusse im Propeller T = M , der Leistung P des Propellers entspricht der Änderung des Energieflusses im Propeller P = E = M (V P + V G) , die Gruppengeschwindigkeit ist der 'integrierende' Faktor. Der Propulsions- oder Strahl-Wirkungsgrad des Propellers ist also  T J = T V P / P J = V P / (V P + V G) = = 1 / (1 + V G / V P . Alle Strahl-Propeller haben also grundsätzlich, auch wenn die Erzeugung des Strahls verlustlos erfolgt, einen Verlust, der nur von der relativen Geschwindigkeit der erzeugten Wirbel abhängt. Und alle Propeller, die den gleichen Strahl erzeugen, sind diesbezüglich äquivalent, völlig unabhängig von ihrer Konstruktion.

4.2

Rankine-Froudesche Strahl-Theorie

Gewöhnlich wird diese Theorie am einfachsten, idealen Fall minimaler Verluste erörtert, in dem die Wirbelstrasse eine kreiszylindrische Wirbelröhre mit verschwindender Wirbeldicke ist und die sich ins Unendliche erstreckt. Für ideale Strahlen kann der Sprung der Energie-Dichte an der Wirbelfläche 2 2 e =  (V J  V P ) / 2 = =  (V J  V P) (V J  V P) / 2 = =  V (V P + V/2) = =  2 V G (V P + V G) . ausgedrückt werden durch die PropellerGeschwindigkeit und die Geschwindigkeiten im Strahl oder durch die Wirbeldichte  = V (V J  V P) = 2 V G , traditionell Geschwindigkeits-Zuwachs genannt, oder durch die Gruppengeschwindigkeit. Wird statt des Wirbel-Parameters

V / V P =  / V P = 2 V G / V P der Energie-Belastungsgrad 2 c e / ( V P / 2) = 

eingeführt, so ist der Strahl-Wirkungsgrad idealer Propeller  T J = 1 / (1 + / 2) = 1/2 ), = 2 / (1 + (1 + c ) erwartungsgemäss unabhängig von ihrer Bauart. Dieser ideale oder Strahl-Wirkungsgad, dessen Werte zwischen null und eins liegen, wird häufig zweckmäßig als bequemes Mass für die Belastung benutzt. Bei dieser Herleitung kommen der Schub und der Schub-Belastungsgrad überhaupt nicht vor. Auch hierauf hat Dickmann (1955) bereits ganz klar hingewiesen: "Die bisherigen Feststellungen über die Optimalausbildung des Propellers waren möglich, ohne daß von seinem Schub überhaupt gesprochen wurde. Der Propeller erscheint hier als reines Energie-Zuführungsorgan, also als Pumpe. Seine Schubwirkung ergibt sich beiläufig." Nur bei den gewöhnlich betrachteten AktuatorScheiben ist der Energie-Belastungsgrad 'zufällig' gleich dem Schub-Belastungsgrad 2 c e / ( V P / 2) = 2 = A P e / (A P  V P / 2) 2 = T / (A P  V P / 2) , von dem gewöhnlich nur gesprochen wird. 

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

4.3

Modelle idealer Propeller

Die Propulsion lässt sich nicht ohne Bezug auf eine elementare Theorie der Propeller und der Wechselwirkungen mit den Rümpfen diskutieren. Bei der Lektüre der alten Arbeiten fällt auf, dass diese einfachen Theorien, nämlich die FroudeFroudesche Strahltheorie, und ihre Implikationen selten sauber und klar dargestellt worden sind und deshalb auch weithin unbekannt waren und sind. Der einfache Grund ist, dass die Ursachen, die

151

Das übliche und meistens einzige (!) PropellerModell, der Aktuator-Disk, ist leider das denkbar 'schlechteste'. Dabei handelt es sich um ein singuläres Kraftfeld mit unendlicher Feldstärke, also singulärer Energiezufuhr und resultierendem Drucksprung, von dem gewöhnlich nur die Rede ist. Die Rand-Singularität, die gewöhnlich nicht diskutiert wird, führt zu einer unerwünschten Rezirkulation (Schmidt, Sparenberg, 1977), die bei

Bild 5: Einfachstes 'realistisches' Modell eines idealen Propellers

Propeller, nicht klar von ihren Wirkungen, ihren Wirbel-Strassen, getrennt werden. Alle traditionellen Darstellungen der elementaren Strahltheorie verstellen damit den Blick auf die Tatsache, dass ideale Propeller auf die verschiedenste Weise 'realisiert' werden können. In der VWS wurden diese Dinge von Anfang an immer wieder behandelt, nicht zuletzt bei den Projekten zur Entwicklung unkonventioneller Strahl-Antriebe. Die Arbeiten hatten einerseits das Ziel, die elementare Theorie explizit ohne den Ballast des professionellen Aberglaubens so zu rekonstruieren, so dass ihre Implikationen auch für ungewöhnliche Fragestellungen klar durchschaubar wurden, andererseits diese Theorie für die Lösung von realen Problemen zu verwenden, nämlich als axiomatische Theorie für rationale, aber weiterhin konventionelle Ansätze.

'realistischeren' Modellen idealer Propeller nicht auftreten (Schmiechen, 1978/79). Diese Modelle idealer Propeller eignen sich für die Diskussion sowohl von grundsätzlichen Fragen als auch von Konfigurationen zur annähernden Realisierung von Propulsoren mit 'idealen' Strahlen. Bei dem einfachsten 'realistischen' Modell eines idealen Propellers (Bild 5) ist (Schmiechen, 1978):  die Aussenströmung eine Senkenströmung,  der Aktuator ein endliches PotentialKraftfeld und  die Düse, zunächst verschwindender Dicke, Kräfte-frei. Durch geeignete Quell-Senken-Verteilungen lassen sich in dieses Modell leicht auch Düsen endlicher Profildicken einführen.

152

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Leider lassen sich wegen der geringen Leitfähigkeit von Wasser Kraftfelder nur mit grossem Aufwand realisieren. Bekannt geworden ist das japanische Erprobungs-Fahrzeug. Das Feld der Körperkräfte ist übrigens nicht zu verwechseln mit dem von Nitzki in seiner Dissertation (1977) eingeführten Pseudo-Kraftfeld, den negativen Trägheitskräften vor dem Aktuator. Bei den theoretischen Arbeiten, auch zu den Wechselwirkungen, wird häufig für den Propeller das Modell der Senkenscheibe angenommen. Dieses Modell gilt aber nur für die 'Aussen'-Strömung, vor dem Propeller und um den Propeller und seinen Strahl, und die Senkenstärke ist nicht gleich dem Propeller-Durchsatz (Schmiechen, 1978/79). Wird das nicht beachtet, wie in der als 'legendär' apostrophierten Arbeit von Dickmann (1938, 1940) über die Wechselwirkungen, so führt das zu falschen Ergebnissen, auch wenn die wiederholt anzutreffende Bemerkung 'abweichend von Dickmann' das Gegenteil suggeriert. Dickmann meinte von seiner Lösung: "Allerdings ist vorstehende Lösung beschränkt auf kleinere Belastungsgrade c < 1 darf jedoch einstweilen, bis eine befriedigende Theorie stark belasteter Schrauben bekannt werden sollte, auch als einigermaßen zulässige Näherung für höhere Schubbelastungsgrade c > 1 verwendet werden. Beim Standversuch c  dürfte sie allerdings völlig versagen, da hier die Eigenbewegung der freien Wirbel auch die Zuströmung anders gestaltet, als einer einfachen Senkenbelegung ... entspricht. Von Interesse ist noch die asymptotische Zuströmung in größerer Entfernung vom Propeller. Hier verwischen sich die Unterschiede der über die Propellerfläche ungleichmäßig verteilten Belastung, und man erhält als Absolutströmung zum Propeller die zu einer Einzelsenke der Schluckfähigkeit, übersetzt in die Notation dieses Überblicks: Q S Dickm = Q / (1 +  ) Vorstehende einfachen Ergebnisse sind nun vom Verfasser in den bereits zitierten Arbeiten dazu verwendet worden, das Sog- und Wellenproblem in den Grundzügen zu lösen." Warum Dickmann die völlig überflüssige Näherung für verschwindende, nicht schwache Belastung, gemacht hat, ist nicht nachvollziehbar, da die Lösung für beliebige Belastungen der Propeller Q S = Q / (1 + )

ohne Einschränkung leicht hergeleitet werden kann (Horn, 1956; Schmiechen, 1980). Das 'Ergebnis' von Dickmann Q S Dickm / Q S = Q (1 + ) / (1 +  )  1+  ist also gar keine 'richtige' Näherung für kleine Werte des Wirbel-Parameters, sondern sie ist 'von Anfang an' systematisch falsch, damit sind auch alle Folgerungen falsch, wie bereits Koning (1955) und Horn (1956) feststellten, letzterer als er die elementare Theorie der Wechselwirkungen entwickelte. Auch danach wurde Dickmanns Modell aber noch weiterverwendet. Während bei Seeschiffen der Betriebszustand der Propeller durch Wind und Wellen in Grenzen verändert wird, sind die Veränderungen bei Schleppern ganz extrem. Der Propulsions-Gütegrad ist dann kein vernünftiges Mass mehr, vielmehr der hydraulische oder Pumpen-Wirkungsgrad, der sich als Verhältnis des PropellerWirkungsgrades und des Strahl-Wirkungsgrades definieren lässt. Während dieser Wirkungsgrad für nicht-ummantelte Propeller zu hohen Belastungsgraden, also niedrigen Strahl-Wirkungsgraden stark abfällt, behält er für Düsen-Propeller auch in dem genannten Bereich hohe Werte.

4.4

Ideale Düsen-Propeller

Es wurde bereits erwähnt, dass ideale Propeller auf die verschiedenste Weise 'realisiert' werden können, z. B. durch Düsen-Propeller mit Aktuatoren bestehend aus Rotoren und Statoren, letztere vor oder/und hinter den Rotoren. Seit 1933, dem Jahr in dem Kort die erste richtige Düse realisiert hatte, waren die DüsenPropeller ein wichtiges Forschungsthema. In den meisten Fällen ging es um den Entwurf freifahrender Propeller ganz in der Tradition des Froudeschen Paradigmas. In diesem Sinne wurden auch Freifahrt-Versuche ausgeführt, immer in der Hoffnung, die Wechselwirkungen mit dem Rumpf in der üblichen Weise behandeln zu können. In diesem Sinne wird die Sache gerade in Indien von einem Experten für Flugzeug-Triebwerke am Naval Science and Technological Laboratory wieder neu begonnen. Nach Amtsberg (1974) hat Horn (1940) die 'erste wirkliche Lösung des Düsenproblems mit Methoden der modernen Hydrodynamik' geliefert. Amtsberg bemerkt aber auch, 'dass es noch weiterer Bemühungen bedarf'. Tatsächlich wurden zu der Zeit noch gar keine optimalen Düsen-

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Propeller-Systeme betrachtet, sondern es wurden Düsen für die üblichen Propeller, z. B. SchaffranPropeller, entworfen. Der Hinweis auf die Bedeutung des DüsenProfils bei frei-fahrenden Systemen ist durch Impuls-Betrachtungen allein nicht zu rechtfertigen, wie die Strahltheorie zeigt. Verblüffend an Horns Arbeit ist die äusserst umständliche Darstellung der elementaren Zusammenhänge bei frei-fahrenden Düsenpropeller. Der Strahl-Wirkungsgrad ist wie gesagt eine bekannte Funktion des Belastungsgrades. Und wenn man zwei Propeller mit verschiedenen Belastungsgraden vergleicht, vergleicht man 'Äpfel und Birnen'. Das ist tatsächlich wiederholt geschehen, wie im Folgenden gezeigt wird. In seinem Beitrag zur 75-Jahr-Feier der STG stellt Amtsberg fest: 'In einer späteren Arbeit hat Horn seine Theorie für optimale Propeller so erweitert, dass auch die Wechselwirkungen mit dem Schiffskörper behandelt werden können. Amtsberg hat dazu ein Auswahlverfahren für optimale Düsensysteme entwickelt' (1950) Tatsächlich bewegt sich die Behandlung der Wechselwirkungen auf einem eher simplen Niveau, wie es auch heute noch üblich ist. Das Problem der Wechselwirkungen von Düsen-Propellern mit Schiffs-Rümpfen ist übrigens ein Beispiel für die Grenzen der empirischen Methode. Es wird niemals die notwendige Datenbasis für den Entwurf optimaler Düsenpropeller nach der traditionellen Methode geben. Wie das Problem gelöst werden kann, wird im Folgenden noch gezeigt. Von besonderem Interesse ist der Beitrag Korts der Diskussion. Kort stützt sich bei seinen sehr zahlreichen und sehr erfolgreichen Entwürfen ganz auf die elementare Strahltheorie und seine Erfahrungen. Seine Vorstellungen über die Strahltheorie und die Umströmung von Tragflügeln sind jedoch nicht haltbar, wie Horn und Amtsberg, im Anbetracht von Korts grossen Erfolgen und eingedenk der Schwächen ihrer eigenen Theorien, in ihren Schlussworten vorsichtig bemerken. In der späteren, sehr gerühmten Arbeit von Dickmann und Weissinger wird der Aktuator schon als Pumpe angesehen, aber die Wechselwirkungen mit dem Rumpf werden nicht betrachtet. Ferner ist das Verfahren nicht für den Entwurf von Profilen endlicher Dicke geeignet. Amtsberg erwähnt, dass nach den Vorstellungen von Dickmann und Weissinger Düsen-Propeller im Opti-

153

malfall als 'einzige zusammenhängende Ringwirbelschicht' angesehen werden. In einem späteren ONR-Vortrag hat Weissinger einen vollständigen Überblick über den Stand der linearisierten Theorie gegeben (1968). Dieses Modell kann aber nicht für alle Belastungen richtig sein. Düsen-Propeller sind, wie oben ausgeführt, im Idealfall Potential-Kraftfelder in Düsen. Die erzeugte Wirbelstrasse ist ein Wirbelzylinder wie beim Aktuator-Disk, nur dass der wegen der Rand-Singularität nicht so realisierbar ist, wie immer skizziert. Der Zweck der Düsen ist, die Rand-Singularitäten zu vermeiden. Das gilt übrigens auch für reale Düsen-Propeller. Die Düsen ermöglichen eine 'ideale' Zirkulationsverteilung bis zu den 'Spitzen' und darin besteht ihr Vorteil. Mit Düsen-Propellern kann man dem Ideal näher kommen, wenn der zusätzliche Reibungswiderstand der Düsen die Vorteile nicht ganz zunichte macht. Dickmann (1955) hat das gleiche, in gesperrtem Druck, festgestellt: "In dieser weitgehend erreichbaren technischen Verwirklichung der Idealpropellerströmung durch ein Düsenschraubensystem dürfte ein wichtiger, bisher noch nicht gewürdigter Vorteil dieser Bauart gegenüber 'freien Schrauben' liegen."

4.5

Düsen-Schub

Nur das 'dürfte' bleibt unverständlich, weil der genannte Vorteil theoretisch der 'einzige' Vorteil von Düsen-Propellern ist, und Dickmann selbst feststellt, dass es alleine auf die Wirkung ankommt, wie zwanzig Jahre früher schon Busmann (1935), auch ein Pumpenbauer, der spätere Inhaber der Firma Pleuger, in seiner Diskussion zu dem Vortrag von Marwitz: "Zu beachten ist aber, daß die Impulsbetrachtung der Schwierigkeit enthebt, Aussagen über den Unterdruck vor dem Düsenmund, den Sog, machen zu müssen. Wenn auch ein solcher besteht, so hat doch dessen Betrachtung dazu verführt, ihn groß zu machen, um damit den Wirkungsgrad verbessern zu wollen. Nicht aber auf die Größe des Sogs oder der Auftriebskraft auf die Düse kommt es an, sondern nur auf den erzeugten Abstrom. Insofern ist die kleinere Düse nach Bild gleichwertig der grossen nach Bild, auch wenn sie einen kleineren Auftrieb liefert. Le-

154

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

diglich die Verteilung der Einzelschübe auf Düse und Schraubenwelle ist eine andere. Auf eine solche Ausbalancierung ist aber kein Wert zu legen. Die Summe der Schübe ist stets durch die Reaktionskraft des Impulssatzes eindeutig bestimmt und wird nicht durch einen Düsensog zusätzlich vermehrt." Der Vorteil von Düsen-Propellern ist nicht der immer wieder, auch von Blaurock in seinem Beitrag zum 100. Jubiläum der STG zitierte 'Schubgewinn'. Alle idealen frei-fahrenden Propulsoren bei gleicher Geschwindigkeit mit gleichem Durchsatz und gleicher Energie-Zufuhr haben den gleichen Schub und den gleichen Wirkungsgrad. Wenn man eine dieser Bedingungen nicht beachtet, vergleicht man 'Äpfel mit Birnen'. Für die Aufteilung des Schubes auf Düse und Aktuator sind andere Gesichtpunkte massgebend. Der relative Schub des Aktuators ist direkt proportional der relativen Aktuator-Fläche, bezogen auf die Strahl-Fläche T A / T = (1 + / 2) / (1 + ) A A / A J . Im Ideal-Fall ist das Verhältnis der Flächen A A / A J = (1 + ) / (1 + / ) und die Düse 'produziert' keinen Schub. Sie erfüllt dann nur den Zweck einer Endscheibe, die Strömung ist ständig beschleunigt und damit die Ablösungsgefahr nicht vorhanden und die Kavitations-Gefahr ist minimal. Der Faktor ist genau gleich der Strahl-Kontraktion, die Dickmann nicht beachtet hat. Die uferlose Diskussion über die Aufteilung des Schubes auf Düse D und Aktuator A T D / T = T D / (T A + T D) = 1  A A e / T bei frei-fahrenden Aggregaten ist also vollkommen unergiebig. Alleine wichtig sind Hinweise auf die Kavitations-Gefahr für die Aktuatoren, die auf einem niedrigeren Druckniveau arbeiten als 'freie' Propeller. Durch die 'Entlastung', die höhere Geschwindigkeit am Ort kleinerer Aktuatoren, Durchsatz und Förderhöhe unverändert, steigt die Kavitationsgefahr.

4.6

Düsen-Formen

Dickmann (1955) erläutert die Tatsache, dass die Düse kein Tragflügel ist: die Strömung hat durch die Energiezufuhr im Aktuator einen völlig anderen Charakter. In der Arbeit wird ein Verfahren für den Entwurf von dünnen Düsen angegeben, das nicht für den Entwurf von Profilen endlicher Dicke geeignet ist.

Ungeklärt ist, warum denn, wenn der Aktuator schon als Pumpe angesehen wurde und die Wechselwirkungen mit dem Rumpf nicht betrachtet wurden, nicht aufgefallen ist, dass es nach der Strahltheorie auf die Düsenform, und auch auf ihre endliche Dicke, bei frei-fahrenden Aggregaten überhaupt nicht ankommt, sondern nur auf die relative Grösse des Aktuators bezogen auf den Strahlquerschnitt. Vorausgesetzt wird gleichförmige, 'ideale' Zufuhr der Energie und Vermeidung von Ablösung. In der Versuchs-Praxis ist die erste Voraussetzung gewöhnlich nicht erfüllt. Es wird vielmehr ein gegebener Propeller, eventuell noch nicht einmal ein Kaplan-Rad, zunächst einfach Schaffran-Propeller, in verschiedenen Düsen untersucht. Es gibt keine optimalen Düsen, was den Schub anbelangt. Das ist kein Mangel der Strahl-Theorie, vielmehr eröffnet sie Konstrukteuren die Möglichkeit, verschiedene Nebenbedingungen zu berücksichtigen. Interessant wären Hinweise auf die Gefahren der Kavitation und der Ablösung gewesen. Ganz generell steigt die Gefahr der Kavitation am Aktuator mit wachsendem Düsen-Schub, weil die Geschwindigkeit der Zuströmung zum kleineren Aktuator höher ist und damit das Druckniveau niedriger als an einem grösseren Aktuator. Ganz generell steigt die Gefahr der Ablösung aussen an der Düse mit sinkender Belastung. Bei der kleinsten Belastung muss die Staulinie daher noch auf der Aussenwand der Düse liegen, damit die Strömung aussen immer der von Dickmann (1955) erwähnten Druckseiten-Strömung eines Tragflügel-Profils entspricht, also immer beschleunigt wird. Dickmanns sehr knappe Antwort auf Gutsches (1955) Sorge wegen eventueller Ablösung wird diesem Sachverhalt nicht gerecht. Busmann stellt fest, dass diese Überlegungen zwangsläufig zu der im Januar 1926 als AndresenRing patentierten Ringdüse führten, erfunden von dem damaligen Studenten Andresen und realisiert von Kort. Die klaren Vorstellungen von Busmann haben in der Folge bis heute kaum Eindruck gemacht. Gutsche (1935) hatte Busmanns Diskussion zwar 'nichts hinzuzufügen', er lieferte aber doch noch einen schriftlichen Beitrag von über zwei Seiten in dem 'Verbesserungsfaktoren' wieder eine grosse Rolle spielen. Wichtig wäre der Hinweis gewesen, dass die Düse mit der kleinsten 'Öffnung' theoretisch für einen weiten Betriebsbereich zweckmässig ist.

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

5 5.1

Propulsoren hinter Rümpfen Propeller 'behind'

Die Untersuchungen frei-fahrender Propulsoren, soweit die möglich und sinnvoll ist, hat zwar einen grossen Wert für das Verständnis der Wirkungsweise von Propellern. Alle wesentlichen Arbeiten der VWS auf dem Gebiet der Propulsion lassen sich aber als Beiträge zur Klärung und Entwicklung der Methoden der Leistungsprognose für Propeller hinter Schiffen verstehen und ordnen. Am besten gelingt das, wenn im Rückblick ganz auf die zu Grunde liegenden Vorstellungen zurückgegangen wird. Historisch ist die Entwicklung natürlich nicht gradlinig verlaufen, sondern eher im Zickzack-Kurs, angetrieben von den jeweils aktuellen Problemen und entsprechenden Aufträgen. Weitbrecht beklagt 1939, dass die dringenden Tagesgeschäfte nicht genug Zeit für Forschung lassen. Die traditionellen Leistungsprognosen basieren auf der gewöhnlich impliziten Vorstellung, dass ein Propulsor Schub erzeugen muss, um den Widerstand des anzutreibenden Rumpfes zu überwinden. Und tatsächlich lassen sich die meisten Arbeiten, bis in die neueste Zeit, dieser 'Vorstellung unterordnen. Hierher gehören die Arbeiten von Gebers, Gutsche bis hin zu dem neuesten Verfahren von Kracht. Diese Vorstellung ist auch die Grundlage des von William Froude vorgeschlagenen und zur Anwendungsreife entwickelten Modellversuchsund Prognoseverfahrens. 1868 Bau, 1871 Inbetriebnahme der Versuchsanstalt, 1873 Versuche mit der Greyhound. Problem der Rauhigkeit. Weiterführung seiner Arbeiten durch den Sohn Robert Edmund Froude. Einen entscheidenden Beitrag zur Weiterentwicklung des Froudeschen Verfahrens leistete Gebers in der kurzen Zeit seiner Zugehörigkeit zur VWS durch die sorgfältige Analyse des Verfahrens und die Einführung des nach einer Konvention zu bestimmenden Reibungsabzuges. Leider hat er damit zugleich auch die kontinentale Methode eingeführt, bei der Propulsions-Versuche nur bei dieser einen Belastung des Propellers ausgeführt werden. Inzwischen werden auch auf dem Kontinent wieder Versuche mit variierten Belastungen ausgeführt, im einfachsten Fall mit und ohne Reibungsabzug, um die für Umrechnungen notwendigen Daten bereitzustellen.

155

Dabei war vornherein klar, dass durch die äussere Kraft zwar die Belastung des Propellers im Modell 'schiffsähnlicher' wird, nicht aber die Anströmung des Propellers. Ausser von der Belastung des Propellers hängt der Sog aber von dem Verhältnis von Verdrängungs- zu EnergieNachstrom ab (Weitbrecht, 1939), das bei der Froudeschen Methode nicht berücksichtigt werden kann, schon wegen der Inkonhärenz der Theorie und der Daten aus drei verschiedenen Versuchen, bei verschiedenen Strömungszuständen. Es konnte daher auch kein Zusammenhang zwischen dem Modell-Nachstrom und -Sog hergestellt werden. Obwohl das Verhältnis von Verdrängungs- zu Energie-Nachstrom vom Massstab abhängt, basieren Prognosen noch heute auf der sehr 'rohen' (Gutsche) Konvention, dass der Sog beim Schiff den gleichen Wert hat wie beim Modell mit Reibungsabzug. Und die 'Richtigkeit' dieser Konvention findet man auch immer wieder 'bestätigt', so bei den Versuchen mit der alten METEOR (Amtsberg, 1974).

5.2

Äquivalente Propeller

Zu den grössten Leistungen der Schiffstheorie gehört zweifellos Fresenius’ Konzeption des equivalenten Propellers gleicher Fördermenge und Förderhöhe im Energie-Nachstrom (1921). 'Leider' ist diese Konzeption nicht auf der Schleuseninsel erfunden worden, dort aber vermutlich am konsequentesten und erfolgreichsten angewendet worden (Horn, Schmiechen). Im METEOR-Projekt wurden der äquivalente Nachstrom-Propeller im Energie-Nachstrom, 'also weit hinter dem Schiff', und der äquivalente frei-fahrende Propeller, 'also weit neben dem Schiff' verwendet. Kollegen in St. Petersburg haben die Äquivalenz merkwürdiger Weise anders definiert und kommen deshalb zu anderen Ergebnissen. Wie bei Dickmann stimmt deshalb die Energie-Bilanz nicht. Auch in wiederholten Diskussionen konnten die gegensätzlichen Standpunkte nicht in Einklang gebracht werden. Gewöhnlich werden Propeller verglichen, deren äquivalente Propeller verschieden sind. Das liefert immer gute Verkaufsargumente, wie z. B. beim Grimschen ‘Leid-Rad’, das unter den Vorschlägen für Leitapparate eine Sonderstellung einnimmt. Ein Diskussionsbeitrag (Schmiechen, 1966) zu dem Vortrag von Grim (1966) hatte damals wegen der frech-fröhlichen Bezugnahme auf die Wirkungsweise für einigen Wirbel gesorgt. Der Vortragende hat jedoch in seinem schriftlichen

156

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Schlusswort die Richtigkeit aller vorgebrachten Argumente ausdrücklich bestätigt. Ein Problem bei der Untersuchung von Propellern mit Leiträdern im Modellmassstab ist, dass ihr hydraulischer oder Pumpenwirkungsgrad durch Laminar-Effekte völlig unrealistische Werte annimmt, noch weit unter dem ohnehin durch die Bauart bedingten schlechten Werten der Prototypen. Die Argumente von Krappinger für die Leiträder sind nicht realistisch gewesen, denn es gibt keine Leiträder mehr. Die meisten sind, von den Schiffsführungen unbemerkt, verloren 'gegangen' oder haben ihre Flügel verloren, wie bei der QE2. Hydrodynamisch vernünftig und äusserst erfolgreich waren dagegen Contra-Configurationen von Steven und Rudern nach dem Vorschlag von Wagner (1911, 1928), die ohne zusätzliche Flächen auskommen. Man muss dazu nicht gleich das ganze Hinterschiff 'verdrehen', wie von Nönnecke vorgeschlagen und verschiedentlich erprobt. Es bahnt sich inzwischen eine Renaissance der Contra-Configurationen an. Einen ganz anderen Zweck als Leitflächen haben Spoiler. Sie sollen in erster Linie Kimmwirbel zerstören, bevor sie in den Propeller geraten (Grothues-Spork, 1984). Ähnliche Wirbel können auch von Flossen-Stabilisatoren ausgehen.

5.3

Idealer Nachstrom

Statt auf die energetisch neutralen hydrodynamischen Kurzschlüsse zwischen Rümpfen und Propellern zu starren, werden mit Fresenius die Wirkungen der Propeller in Nah- und Fernfeldern betrachtet. Das ist ein anscheinend kleiner, aber sehr folgenreicher Schwenk des Blicks auf das Wesentliche. Denn jetzt lassen sich, wie vorher der Wirkungsgrad eines Propellers ohne Einführung eines Propeller-Modells, auch die Wechselwirkungen ohne Einführung eines Schiffs-Modells diskutieren! Das ist natürlich kein fauler Trick und keine göttliche Offenbarung, sondern Propulsionstheorie ohne jeden Aberglauben, wie sie spätestens im 21. Jahrhundert an allen Hochschulen gelehrt werden sollte. Eine elementare Theorie der Wechselwirkungen ergibt sich, wenn man ideale Propeller in idealem Verdrängungs- (D) und Energie- (E) Nachstrom betrachtet und den Einflussgrad der Verdrängung  (w  w E) / (1  w E) w D / (1  w E)

einführt. Horn (1956) hat diese Theorie bereits für reinen Verdrängungsnachstrom entwickelt, aber merkwürdiger Weise nicht weiterentwickelt. Das vollständige Ergebnis, das Sog-Theorem t = (1 + + ) /  2 1/2  ((1 + + ) /  2  / ) wurde später hergeleitet (Schmiechen, 1968; 1980) und in den verschiedensten Situationen, jetzt auch von Kollegen in anderen Versuchsanstalten benutzt. Das Sog-Theorem aufgelöst nach dem Einflussgrad der Verdrängung nimmt die Form an 2  = ( t (1 + ) + t / 2) / (1  t) . Aus Strahlwirkungsgrad und Sogzahl lassen sich also der Vedrängungseinfluss bestimmen und der Nachstrom so in seine Komponenten zerlegen. Bei Messungen am Modell ist das für die Prognose der Massstabseffekte von Bedeutung. Vorausgesetzt sind dabei natürlich kohärente Datensätze aus Propulsionsversuchen allein, auf die Horn erstmals hingewiesen hat (1935). Die Herleitung des Sog-Theorems benutzt das Konzept des von Fresenius (1921) eingeführten äquivalenten Ersatz-Propeller 'weit hinter dem Schiff', im Energie-Nachstrom allein. Die Bedingung ist, dass der Propulsions-Gütegrad aller Propeller mit gleichem äquivalenten Propeller gleich ist. Es kommt eben nur auf die Wirkung an. Folglich sind also Sog und Verdrängungs-Nachstrom energetisch neutral. Wenn jemand versucht, Gewinn aus dem Sog zu ziehen, dann ist seine Energie-Bilanz falsch, oder er vergleicht 'Äpfel und Birnen'. Horn hat das Konzept des äquivalenten Propellers 'bei seinen Gedankengängen sehr geholfen'. Er hat es verschiedentlich, aber nicht konsequent benutzt, weil er versuchte den Ersatz-Propeller im Detail zu 'konstruieren', z. B. seine Steigung anzugeben. Der äquivalente Propeller ist aber ein rein theoretisches Konstrukt, von dem nur Fördermenge und Förderhöhe interessieren. 

5.4

Näherungen

Für Werte der Belastung und des Verdrängungs-Einflusses 2 2  <<    ) gilt die Näherung t         Bei Verwendung der korrekten Näherung stellte sich heraus, dass die bei Verwendung von Digital-

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Rechnern ohnehin unnötige lokale Approximation wegen der Empfindlichkeit der Analyse zu sinnlosen Ergebnissen führte. Danach wurde nur noch mit dem vollständigen Theorem gearbeitet. Die angegebene Näherung deckt sich nicht mit der von Dickmann (1939) t Dickmann  w D    / 2  und obwohl Horn (1956) als Grund dafür Dickmanns falsches Propeller-Modell identifizierte, wurde dieses Modell auch später noch für das Studium der Wechselwirkungen benutzt (Nowacki, Sharma, 1972) mit dem Ergebnis t Nowacki    T J =     / 2  Von grossem Nutzen war dagegen die globale Approximation des Sog-Theorems t global  0.6   T J im Bereich  T J = (0, 1) und  = (0, 1) . Sie zeigt das zunächst verblüffende Ergebnis, dass das Format der Lösung von Nowacki und Sharma 'richtig' ist, dass der Sog aber erheblich überschätzt wird. Dagegen liefert das falsche Ergebnis von Dickmann zufällig richtige Werte für den Nachstrom-Wert w = 0.4 . Ferner liefert die globale Näherung eine vollkommen plausible Erklärung des früher vorgeschlagenen und seit dem METEOR-Projekt verwendeten lokalen Sog-Axioms mit Bezug auf den Rumpf-Fortschrittsgrad t Axiom 1 = t H J H , das inzwischen noch verbessert werden konnte und jetzt mit dem Strahlwirkungsgrad t Axiom 2 = t T J  T J vollkommen der globalen Approximation des Theorems entspricht. Diese 'Verbesserung', zusammen mit der Einführung des lokalen Nachstrom-Axioms, war natürlich erst realisierbar, nachdem nachgewiesen war, dass mit dem lokalen Nachstrom-Axiom robuste Verfahren der Identifikation des Nachstroms realisierbar waren. Dickmann war das Konzept des äquivalenten Ersatzpropellers zunächst unsympathisch, wie Horn (1955) 'boshaft und mit Befriedigung' feststellt. Hätte Dickmann (1939) es konsequent benutzt, so hätte er z. B. für das folgende Ergebnis keine numerischen Beispiele benötigt: "Eine nähere Prüfung der letzteren Formeln zeigt nun weiter, daß  wie zu vermuten  der Einfluss der Verdrängungströmung ungünstig ist, wenn positiver Mitstrom vorhanden ist

157

...Und zwar ... wurde zugrunde gelegt, daß ein bestimmter Körper von einem bestimmten Propeller in jeweils anderer Lage zum Schiff ... angetrieben werden soll." Er hätte nur feststellen müssen, dass derselbe Propeller ausserhalb des positiven VerdrängungsNachstroms einem grösseren äquivalenten Propeller, mit entsprechend höherem Strahlwirkungsgrad entspricht. Gravierender ist, dass für Dickmanns und Nowackis und Sharmas Ergebnisse die Energiebilanz nicht stimmt. Die stimmt exakt nur für das angegebene Sog-Theorem. Wird das nicht benutzt, so kann man versuchen aus Verdrängungs-Nachstrom und Sog 'Kapital zu schlagen', wie es oft geschieht. Diese Unsauberkeit in der Arbeit von Dickmann (1939) findet ihren Ausdruck in dem Anordnungsgrad für Schrauben-Propeller in gleichförmigem Nachstrom, der im Zuge der Rechnungen notwendig wird, der 'zwar klein' sei, den es aber 'natürlich' nicht geben kann (Schmiechen, 1963). In der sehr umfangreichen Dikussion des Vortrages von Dickmann hat nur Helmbold (1939) im Detail auf das Modell von Fresenius Bezug genommen, das er ausdrücklich 'für ein vollwertiges und legitimes Werkzeug der theoretischen Forschung' hält. Der Hinweis auf 'die dem Propellerstrahl vom Schiffskörper her aufgezwungene Fremdkontraktion' wird von Dickmann in seiner schriftlichen Erwiderung irrtümlich als SekundärEffekt abgetan. Nur an einer Stelle wird auf das Problem der Nachstrom-Komponenten eingegangen und darauf hingewiesen, dass der Propeller nur Energie und Verdrängungsnachstrom 'unterscheiden kann', so wie es auch in der axiomatischen Theorie konsequent gemacht wird. Mit der rationalen Analyse quasistationärer Versuche lassen sich die Komponenten tatsächlich trennen, sowohl bei Modellen als auch bei Schiffen (2002). Wegen des hochgradig differenzierenden Charakters der Analyse lassen die diesbezüglichen Ergebnisse aber noch zu wünschen übrig. Es wird vermutet, dass diese Probleme nicht nur durch unsaubere Daten bedingt sind, sondern dass sich durch die Wahl der lokalen Nachtrom- und SogAxiome auch eine 'kleine' konzeptionelle Unsauberkeit eingeschlichen hat, die in Zukunft noch zu beseitigen ist.

158

5.5

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Realer Nachstrom

Zu allen Aspekten des Nachstroms wurden von der VWS Beiträge geliefert: so zum nominellen Nachstrom: insbesondere der Abhängigkeit seiner Ungleichförmigkeit von der Rumpf-Form, zum Verhältnis von nominellem und effektivem Nachstrom und zur Beeinflussung des ModellNachstroms durch Grenzschicht-Absaugung oder, bei fehlender freier Oberfläche, durch Verkürzung des Modells nach einem Vorschlag von Rader. Im Falle der neuen METEOR wurde das verkürzte Modell (Dummy) übrigens auch bei freier Oberfläche gefahren, weil es nur um die Wechselwirkungen ging. Die ursprünglich vorgeschlagenen globalen Nachstrom-Axiome waren für die Anwendungen viel zu empfindlich. Sehr robust sind dagegen die später eingeführten ‘lokalen’ Axiome für den Pumpen-Wirkungsgrad oder Gütegrad des Propellers  JP = const und für den Nachstrom w = w TJ  TJ w TJ = const . Damit wurden die METEOR-Daten erneut ausgewertet und die Massstabseffekte im Nachstrom der METEOR zuverlässig direkt bestimmt (Schmiechen, 2002). Das Axiom betreffend die lokale Konstanz des hydraulischen Pumpen-Wirkungsgrades ist ohne Weiteres völlig plausibel, wenn nur angenommen werden darf, dass der Propeller für den betrachteten Zustand entworfen wurde. Tatsächlich ist mit einer quadratischen Funktion gerechnet worden. Auch das lokale Nachstrom-Axiom lässt sich plausibel 'begründen'. Mit wachsender PropellerBelastung und damit wachsendem Durchsatz sinkt der Anteil des Schiffs-Einflusses auf den Zustrom. Bei hoher Belastung verschwindet der Einfluss, während er bei verschwindender Belastung maximal ist. Wie gezeigt wurde, liefern diese Konventionen für einen frei-fahrenden Propeller genau die gemessene Geschwindigkeit. Die Voraussetzung idealen Nachstroms ist praktisch nicht gegeben. Das gleiche Verfahren kann man daher bei Propellern im Nachstrom nur konventionell anwenden und aus den Messwerten der Drehfrequenz, des Schubes und des Momentes die Geschwindigkeit des Propellers und den Nachstrom bestimmen, so wie es Horn 1935 vorgeschwebt hatte.

Bei der Froudeschen Methode wird der effektive Nachstrom, eine fiktive, nicht direkt messbare Geschwindigkeit weit vor dem Propeller, dort wo sich tatsächlich der Rumpf befindet, konventionell durch Bezug auf Propeller-Freifahrt-Versuche bestimmt. Infolge der Ungleichförmigkeit der Anströmung hinter dem Schiff ergeben die Konventionen der Schub- und Momenten-Identität tatsächlich zwei verschiedene Werte, und damit ein Problem, das vor allen anderen Horn beschäftigt hat (1935, 1964). Ein Problem der üblichen Freifahrt-Versuche ist, dass sie 'zur Vermeidung von MassStabseffekten' bei viel höheren Drehfrequenzen gefahren werden als hinter dem Modell. Eine 'physikalisch korrekte' Analyse ist von GrothuesSpork mit den Freifahrt- Diagrammen bei den jeweiligen Drehfrequenzen versucht worden. Versuche bei niedrigen Geschwindigkeiten leiden so massiv unter unter Mass-Stabseffekten, dass bei der Auswertung der METEOR-Versuche nur die Ergebnisse bei der höchsten Modell-Geschwindigkeit berücksichtigt wurden (1991). Bei Nachstrom-Propellern ist der Bezug auf Freifahrt-Versuche nicht nur ärgerlich, sondern ziemlich sinnlos. In der holländischen Versuchsanstalt wurden daher auch Versuche hinter Gittern gemacht, wie sie in Kavitations-Tanks zur Simulation der Nachstrom-Verteilung üblich sind, übrigens ohne dabei den mit dem VerdrängungsNachstrom verbundenen höhere Druckniveau zu berücksichtigen. In hinreichend grossen Kavitations-Tanks wird dieses Problem durch die Verwendung von Dummies so gut wie möglich vermieden.

5.6

'Schmierung'

Die euphorischen Hoffnungen, die in die Verminderung des Reibungswiderstandes von Schiffsrümpfen, Propellerflügeln und Tragflächen durch Makromoleküle gesetzt wurden, haben sich nicht erfüllt. Abgesehen von den Kosten machten die Probleme des Aufbereitens der Lösungen und ihres Einbringens den Einsatz unter den Bedingungen an Bord praktisch illusorisch. Beim Rudern und Segeln sind Faden-Moleküle und ähnliche 'Hilfsmittel' inzwischen verboten. Im Rahmen der Forschungen entstanden zwei Dissertationen, ein Zeichen dafür, wie gründlich gearbeitet wurde (Kilian, 1970; Lang, 1975). Anders gelagert waren frühere Untersuchungen zur Reibungsverminderung von Binnenschiffen durch Luftschmierung, die schon von Laval

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

untersucht worden ist. Wird zuwenig Luft zugeführt, können kleine Blasen in der laminaren Unterschicht stecken bleiben und wie Rauhigkeiten wirken, also den Widerstand erhöhen. Wird mehr Luft zugeführt, so zeigen schon einfache Überlegungen, dass der Stabilitätsverlust und die damit verbundenen Probleme der Aufrechterhaltung von Luftkissen den praktischen Einsatz, nicht zuliessen (Schmiechen, 1961, 1964). Bei Booten mit hoher Geschwindigkeit spielen andere Gesichtspunkte eine Rolle, so bei den späteren Luftkissen-Fahrzeugen verschiedener Bauart. Bereits 1960 wurde über das LuftkissenSchiff ILEN berichtet (Schiff und Hafen 12 (1960) 430). Heute wird, basierend auf russischen Vorarbeiten, für schnelle Fahrzeuge die Verminderung des Reibungs-Widerstandes durch partielle Kavitation in Verbindung mit aktiver StrömungsKontrolle durch Belüftung ernsthaft diskutiert (MT 40 (2003) 181-188).

5.7

Sog und Düsen-Schub

159

Bild 6: Wechselwirkungen verschiedener Düsen mit dem selben Rumpf

wirkungen fast ausschliesslich zwischen Rumpf und Düse stattfinden. Die Skizze der Situation (Schmiechen, 1968), in der jeder auf Anhieb Daniel Bernoulli am Werk sieht, entspricht genau der von Busmann (1935) gezeigten StrömungsAufnahme. Die qualitative Aussage kann durch folgende einfache Überlegung begründet werden. Betrachtet werden ein Düsen-Propeller und sein äquivalenter Propeller: T = TA + TD TE = TAE + TDE . Unter den Bedingungen T E T (1  t) und den Annahmen eines Aktuators im engsten Querschnitt der Düse und eines zylindrischen und praktisch kontraktionsfreien Strahls,

Die Wechselwirkungen zwischen Rümpfen und Düsen-Propellern wurden und werden immer noch höchst stiefmütterlich behandelt. Eine entscheidende Wende für das Verständnis der Wechselwirkungen brachten Versuche mit Kort-Düsen für See-Schiffe (Schmiechen, 1961). Die völlig plausiblen Ergebnisse widersprachen aber ‘leider’ den überlieferten 'Vorurtheilen' über die Wirkung von Düsen. Obwohl Busmann (1935) die Verhältnisse bereits völlig klar dargestellt hatte, entsprechen sie auch heute noch nicht den Vorstellungen von Fachleuten, ohne dass bisher rationale Argumente dagegen vorgebracht worden wären. So erhielt der Bericht keine VWS-Nummer und verschwand umgehend im Archiv. Aber Befunde und Ideen liessen sich nicht im Keller einsperren: sie waren der Anfang der rationalen Theorie der Wechselwirkungen mit all ihren bisherigen Anwendungen Sie erst ermöglichen es, die älteren Arbeiten richtig zu würdigen und ihre Ergebnisse im Sinne des Goetheschen Mottos und Geistes zu nutzen, genauso wie es Feyerabend (2002) beschreibt und wie es in diesem Beitrag geschieht. Die wichtigste experimentelle Ergebnis war, dass die WechselBild 7: Optimale 'Pumpe' hiner dem 'Schiff'

160

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

TAE  TA , ergibt sich T (1  t)  T  T D + T D E also endgültig TD  TDE + t T . Bei der angenommenen Annahmen ist der Düsenschub des äquivalenten Propellers T D E = T A / (2 + ) = A A e / (2 + ) . Anders als bei frei-fahrenden Düsenpropellern spielt bei der Anordnung hinter dem Schiff die Düsenform also eine grosse Rolle, aber nicht die gewöhnlich angenommene. Durch eine enge (weite) Düse wird die Strömung am Eintritt erhöht (verringert) und der Druck entsprechend gesenkt (erhöht). Die Folge sind hoher (geringer) Düsenschub und hoher (geringer) Sog. Dieser hydrodynamische Kurzschluss wäre energetisch völlig irrelevant, wenn nicht die höhere Geschwindigkeit und der damit verbundene nutzlose, höhere DüsenSchub mit höheren Reibungs-Verlusten verbunden wären.

6 6.1

Propeller als Pumpen

keine Annahmen über den Sog gemacht werden müssen, was auch gar nicht möglich ist, da systematische Versuche praktisch nicht möglich sind, da die rein empirische Methode hier am ihrem Ende angekommen ist. Die Ausbildung der Düsenhalterung als Leitapparat bot die Chance dem idealen NachstromPropeller so nahe wie möglich zu kommen. Die e

J

e

e

E

energy density e

0

Q

flow rate q Bild 8: Optimale 'Pumpe': Invariantes Entwurfsziel

Entwurfsziel

Die Skizze der Düse hinter dem Rumpf legt nahe, Propeller als Pumpen zu behandeln, wie es Dickmann zunächst für frei-fahrende DüsenPropeller getan hat (1955). Dieses Konzept wurde von der VWS, basierend auf einer 'spekulativen Rekonstruktion' (Schmiechen, 1983), weltweit erstmals auf einen Propeller hinterm Schiff, einer der ‘Zigarren’, an denen Amtsberg die Wechselwirkungen explizit studiert hat, angewendet. Dabei wurden alle Wechselwirkungen implizit behandelt (1975). Wie bei den Pumpenbauern tritt der Schub nicht mehr als Entwurfsziel, sondern nur noch als Nebenprodukt in Erscheinung. Als invariantes Entwurfsziel für alle optimalen, Nachstromangepassten Düsen-Propeller inklusive aller Wechselwirkungen wird vielmehr die optimale Verteilung der 'Förderhöhe' auf die Fördermenge vorgegeben. Es werden also von vornherein nur optimale Propulsoren betrachtet, das Problem ist die Realisierung der optimalen Pumpe. Wie beim Entwurf von Pumpen ergibt sich der Schub am Ende als Nebenprodukt, bei Pumpen ein lästiges Nebenprodukt, das ein Schublager erfordert. Die implizite Behandlung der Wechselwirkungen hat den unschätzbaren Vorteil, dass vorher

Berechnung der Beschaufelung für Stator und Rotor ist nach dem neuen Ansatz eine cura posterior. Leider bestand damals nicht die Möglichkeit, die Beschauflung mit CFD-Methoden zu entwerfen, aber die Blätter wurden schon numerisch gefräst. Die Versuche wurden übrigens mit einem Kunststoff-Nachbau einer der 'Amtsbergschen Zigarren' durchgeführt, weil die Aluminium-

Bild 9: Pumpe: Rotor, Stator, Düse

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Originale kurz vorher, nach Jahrzehnten sorgfältiger Lagerung, endlich verschrottet worden waren. Föttinger-Wandler sind keine Propulsoren, sie sind aber auch Strömungs-Maschinen von grosser historischer Bedeutung (Föttinger, 1910). Im Zuge der Entwicklung von Eisbrechern wurde der Einsatz von Wandlern wieder erwogen, aus Gründen der Isolierung der Maschinen-Anlagen von den Stössen an den Propellern (Lang, 1975). Zur Optimierung der neuen Entwürfe der VWS wurde eine späte Version des Algorithmus von Rechenberg verwendet, die schon die Evolution für ganze Populationen einschliesslich der geschlechtlichen Fortpflanzung simuliert.

6.2

Optimale 'Pumpen'

Dickmann hat ausführlich geschildert, wie man über das Cordier-Diagramm zu optimalen Pumpen kommt (1955, S.372 ff). In dem Beitrag von Gross (1955) sind in das Cordier-Diagramm die Optimalkurven für Gawn-, Schaffran- und WageningerPropeller eingetragen. Nach den ersten überschlägigen Auftragungen 'glauben wir [die VWS] schliessen zu können, dass sich für frei-fahrende Propeller eine ähnliche Optimalkurve wie für andere Strömungsmaschinen angeben lässt, ...'. Tatsächlich ist es die dieselbe Optimalkurve. Auch van Manen (1955) von der niederländischen Versuchsanstalt in Wageningen lieferte einen ausführlichen Beitrag mit detaillierten Ergebnissen der Wageninger Propeller (z = 2 bis 5).

6.3

161

Die Erfindungen von Schwechheimer und Endres, die beide das Ansaugen von vorne vorsahen, scheiterten nicht nur an Kinder-Krankheiten, sondern an den Problemen des Betriebes von Eintritts-Klappen. Die parallele Forschung über den Mechanismus der Propulsion auf der Basis der fundamentalen Arbeiten von Föttinger führte jedoch zu grundsätzlichen Ergebnissen (Dernedde, 1963) und letztlich zu den alternativen Ansätzen für die Behandlung der verschiedensten Probleme der Propulsion. Vor kurzem wurde der achterlich ansaugende Rohrstoss-Propeller von Hauck wiedererfunden, Professor für Kolben-Maschinen an der TFH Bremerhaven. Wie alle Erfinder vor ihm freut er sich über das Funktionieren seines Propulsors. Nach dem 'ersten Hauptsatz der Propulsion' kann man tatsächlich im Wasser 'machen was man will, man erzeugt immer Vortrieb'. Nach dem 'zweiten Hauptsatz der Propulsion' ist 'der Wirkungsgrad auch gar nicht so schlecht'. Kolben-Maschinen haben aber sehr niedrige spezifische Drehzahlen, während für die Propulsion von Schiffen nach der elementaren StrahlTheorie möglichst hohe spezifische Drehzahlen erforderlich sind: grosse Fördermengen und kleine Förderhöhen. So haben sich denn auch die AxialRäder für Propeller und Wind-Turbinen durchgesetzt. Dass diese Maschinen der Bauart nach extreme Schnell-Läufer sind, ist Laien im Anblick der geringen 'absoluten' Drehzahlen nur schwer verständlich zu machen.

'Strahlantriebe'

Der erfolgreiche Einsatz von Strahl-Triebwerken in der Luftfahrt hat immer wieder Anlass zu der Hoffnung gegeben, 'ähnliche' Aggregate auch im Schiffbau mit Vorteil einsetzen zu können. Diese Hoffnung, die häufig auf falschen Vorstellungen von der Wirkung und dem Arbeitsbereich von Schiffs-Propellern basierte, bescherte der VWS eine grosse Zahl von lukrativen Aufträgen. Die verschiedenen Rohrstoss-Propeller sollten keinen hohen Wirkungsgrad haben, sondern einfach zu fertigen und zu betreiben sein. Hinter einigen Aufträgen standen 'die' Pioniere. Vorbild für alle diese Aktivitäten sind die bekannten kleinen Piff-Paff-Boote, mit einem Kessel und zwei (!) nach achtern offenen Rohren. In Süddeutschland gibt es sogar einen Club für solche Boote. Das Prinzip sind Kipp-Schwingungen des Kessels (Schmiechen, 1963).

6.4

Ruder-Antriebe

Wie die historischen Arbeiten über die Entwicklung der Bootsformen belegen, hat die Untersuchung des Ruderns die Mitarbeiter der VWS von Anfang an beschäftigt. Hier interessiert mehr die Propulsion, das Rudern und die Ruderblätter. Besonders interessant war die Analyse des Ratzeburger Achters, der unter dem Schleppwagen gerudert wurde. Jetzt haben Hu und Kollegen am MIT herausgefunden, dass Wasserläufer mit ihren Beinen die gleichen Wirbelstrassen erzeugen wie Boote mit Rudern. Da sich die halben Wirbelringen an der Oberfläche durch Näpfchen verraten, lässt sich die Gruppengeschwindigkeit der Wirbelstrasse messen und so ihr Strahlwirkungsgrad bestimmen, ohne dass Schub und Leistung gemessen werden müssen! Anders als bei Stabwirbel-Strassen hängt die Gruppengeschwindigkeit nicht nur von den Durchmesser der Ringwirbel, sondern auch vom

162

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Durchmesser der Wirbelkerne ab. Diese Durchmesser können durch die Gestaltung des Ruderblätter und ihrer Bewegung beeinflusst werden, soweit das die Natur und die Kondition der Ruderknechte zulassen.

7 7.1

Bewegungen Diverse Bewegungen

behandelten Aufgaben neben den vielen RoutineVersuchen. Für Berichte über laufende konzeptionelle und versuchstechnische und rechentechnische Entwicklungen war dabei häufig gar nicht keine Zeit. So wurden in der Versuchsanstalt schon Seegangsversuche in transienten Wellen ausgeführt als die Daten noch von Hand abgelocht werden mussten. Weil kein anderer Bericht vorlag, hat Amtsberg diese Entwicklung dann später wenigstens so gewürdigt, dass diese Technik 'in der VWS erstmals für Tragflügelboote angewendet' wurde. Diese Arbeiten waren Ausgangspunkt für die Entwicklung von Verfahren für die zuverlässige Bestimmung von Spektren unter den realistischen Bedingungen von Begrenzungen aller Art.

Das Spektrum der Bewegungen von Schiffen, die in der Versuchsanstalt behandelt wurden, hätte breiter nicht sein können. Gewöhnlich denkt man bei Bewegungen zuerst an gesteuerte Bewegungen in ruhiger See und an erzwungene Bewegungen in Folge von Seegang. Die gesteuerten Bewegungen finden aber nicht nur auf hoher See zum Zwecke des Kurshaltens statt, sondern es sind meistens 7.2 Steuerfähigkeit Begrenzungen des Fahrwassers und andere FahrDie ersten Planar-Motion-Versuche wurden zeuge zu beachten. Dabei sind Not- und Stoppvon Horn noch mit einer völlig unzureichenden Manöver zu fahren, und Kollisionen sind nicht zu Anlage im kleinen Umlauftank UT1 ausgeführt vermeiden. (Horn, Walinski, 1958/59). Danach wurden Und das Leben eines Schiffes beginnt schon systematische Versuche mit idealisierten Schiffsmit einem ganz besonderen Manöver, mit dem Stapellauf. Das Anwachsen der Schiffsgrössen war der Anlass für die intensive Nachfrage nach StapellaufVersuchen, die sehr treffsichere Prognosen der kritischen Bewegungsabläufe lieferten (Grothues-Spork, 1970 bis 1989): Voraussetzungen waren die Herstellung der Ähnlichkeit der Schlitten-Reibung und aller Begrenzungen des 'Fahrwassers', also Aufgaben wie für Bild 10: Stapellauf: Versuchsaufbau die Versuchsanstalt gemacht. Der entscheidende körpern, alias Torpedos, durchgeführt. Die Anlage Paramater war jedoch jeweils der Ruderwinkel. war von extrem einfacher Bauart, sie besass nur einen einzigen, den Gier-Freiheitsgrad. Diese Zu den Bewegungen im Seegang gehören auch billige Bauart machte aber das bei tief-getauchten die den Starr-Körper Bewegungen überlagerten Körpern sehr aufwändige Umsetzen der Aufhänelastischen und der nicht-elastischen Schwingungung zwischen den Versuchen notwendig. gen der Schiffskörper. In der Bibliographie sind der Vollständigkeit wegen auch die Schwingungen Als angemessene Theorie wurden die bereits der Wellenanlage mit berücksichtigt, weil die erwähnten formal vom Koordinatensystem unabhydrodynamischen Impedanzen der Propeller auch hängigen Euler-Lagrangeschen BewegungsgleiGegenstand der Untersuchung waren, ohne dass chungen eingeführt. Die Invarianz impliziert, dass die dazu gehörigen Arbeiten im einzelnen gewürdie Werte der Parameter z. B. beim Wechsel des digt werden können. Bezugspunktes nach bestimmten Regeln zu transformieren sind. Für die effiziente Behandlung Die Auswahl der Berichte seit dem Kriege gealler Transformationen wurde ein operationaler ben einen Überblick über das Spektrum der

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Matrizen-Kalkül eingeführt, wie er später überall üblich wurde (Schmiechen, 1964/66).

7.3

Begegnen von Schiffen

Von Anbeginn wurden in der VWS auch viele systematische Versuche zum Begegnen von Schiffen unternommen, um das ‘Verhalten’ aufzuklären. Dieses rein empirische Vorgehen ist aber letztlich aussichtslos. Die mühsame Auswertung der letzten Versuchsserie bot genügend Zeit über eine effiziente Lösung des Problems nachzudenken. Klarheit brachte eine einfache Näherungs-Theorie (Hoffmann, Schmiechen, 1966), die als Beispiel für die Anwendung der allgemeinen Theorie der Bewegungen von Körpern in Flüssigkeiten entwickelt wurde. Durch Simulation, damals noch auf Analorechnern, konnte gezeigt werden: anfängliche, überflüssige Angst-Manöver können später nicht mehr korrigiert werden. Das war ein sehr frühes Beispiel für den Nutzen von Prediktoren zum Vermeiden von Kollisionen. Wie in der Wirtschaft werden die ‘grossen’ Fehler während des 'Booms' und nicht in der 'Rezession' gemacht. Zu der erwähnten allgemeinen Theorie liess sich der Verfasser ganz arglos von Eggers im Institut für Schiffbau einer Nach-Prüfung unterziehen. Dessen Knall-hartes Urteil war: die allgemeine Theorie sei nichts anderes, als ein paar Kreide-Krümel auf der Tafel. Dabei handelte es sich um die Euler-Lagrangeschen Gleichungen der Bewegungen starrer Körper in idealen Flüssigkeiten. Neu waren deren axiomatische Einführung und deren Verwendung als Modell einer allgemeineren axiomatischen Theorie. In der VWS waren sie über Jahrzehnte das wichtigste Werkzeug für die Lösung der verschiedensten BewegungsProbleme. Diese Theorie erlaubte zu erkennen, dass die potentialtheoretische Behandlung der Begegnung von Schiffen in der Dissertation von Collatz (1963) schon im Ansatz unzureichend war und zwangsläufig zur ‘Kollision’ führen musste. Wie in einem Diskussions-Beitrag (Schmiechen, 1963) auf Grund einer Näherungs-Theorie numerisch nachgewiesen, ist das Begegnen von Schiffen kein Problem der Verdrängung allein, vielmehr spielen zikulatorische Effekte eine entscheidende Rolle.

7.4

Squat: Absenkung

Ein anderes mit der Fahrt von Schiffen verbundenes Phänomen, das die Mitarbeiter VWS von

163

Anfang an beschäftigt hat, ist die Absenkung, nicht Tiefer- oder Absinken!, der Squat der Schiffe mit dem Absinken der Wasseroberfläche infolge der Verdrängungs-Strömungen In tiefem Wasser ist der Squat weniger von praktischem als von theoretischem Interesse, weil er ein Mass für die Übergeschwindigkeiten infolge der Verdrängung und damit für den Formfaktor liefert, worauf Horn immer wieder hingewiesen hat. In Modellversuchen ist der Squat, zusammen mit dem Trimm, direkt messbar. Dagegen bereitet die Bestimmung des Squat bei Schiffen auf 'hoher' See und auch auf beschränkten Gewässern erhebliche Schwierigkeiten, weil dazu nicht nur die Höhenlage des Schiffes, sondern auch die fiktive Höhenlage der ungestörten Wasseroberfläche am Orte des Schiffes bestimmt werden muss. Weil man den Squat nicht sehen kann, haben Nautiker kaum Erfahrungen mit dem Squat. Auf Binnenwasserstraßen, auf seewärtigen Hafenzufahrten und Seewasserstrassen ist der Squat dagegen von grossem praktischen und wirtschaftlichen Interesse, weil er neben anderen Einflüssen von entscheidender Bedeutung für die Bemessung und den Betrieb der Wasserstrassen ist. Er verstärkt die erodierenden Wirkungen der SchiffsUmströmung durch Verringerung des Durchtrittsquerschnitts und damit Erhöhung der Geschwindigkeit des rückfließenden Wassers, erhöht den Widerstand. Die Festlegung der Grenzgeschwindigkeiten einzelner Schiffstypen war Teil des Auftrags der Teltow AG von 1912, die Krey durch eigene Untersuchungen in der VWS ergänzte. Seine Ergebnisse und Überlegungen befruchteten die Wasserbauer bis in die Nachkriegszeit und erlebten in den 70er Jahren im Zusammenhang mit dem Anwachsen der Schiffsgrößen und damit notwendig werdenden Baggerungen eine Renaissance. Im Auftrage des Bundesverkehrsministeriums wurde 1988 von Schmiechen und Lang ein probabilistisches Modell zur optimalen Ausnutzung der Fahrwassertiefen auf den deutschen Seewasserstrassen unter Einbeziehung von Sicherheitsaspekten entwickelt. Dabei war der Squat, die wichtigste Einflussgrösse, aber nur ungenügend bekannt. Die heimliche Hoffnung der Auftraggeber, mit Hilfe der Theorie riskantere Entscheidungen treffen zu können als bis dato mit Hilfe der aktuellen Informationen über Fahrwasser und Wasserstände, konnte natürlich nicht erfüllt werden.

164

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Für die Vorbereitung von Entscheidungen über Baggerungen auf der Elbe liess die Wasserstrassen-Direktion Nord daher systematische Naturmessungen des Squat von Container-Schiffen auf der Elbe ausführen. Die Daten wurden in den Jahren 1996/98 von Stolte und Schmiechen ausgewertet. Die Ergebnisse bestätigten die Theorie von Tuck unter den gebenen realen Bedingungen der Messungen und führten zur Empfehlung von Verfahren zur Bemessung und zum Betrieb, die ohne versteckte Sicherheitszuschläge auskommen. Bei den Messfahrten entsprach die maximale Geschwindigkeit der Containerschiffe durch das Wasser übrigens innerhalb sehr enger Grenzen dem Wert 0.6 der Froudeschen Tiefen-Zahl. Der Squat und die Vertrimmung können unter Umständen zum Aufsetzen des Schiffskörpers und dadurch zu Schädigungen der Außenhaut, des Ruders oder des Propulsionsorgans und zu Beeinträchtigungen der Manövrierfähigkeit führen. Ein besonders Problem stellte die Stabilität von Pontons auf flachem Wasser dar. Infolge der Umströmung des Vorschiffs kommt es zur Instabilität, zum 'Kentern über den Vor-Steven'. Diese insbesondere für Arbeits-Pontons gefährliche Erscheinung konnte durch die Belüftung der Unterdruck-Zone im Vorschiff vermieden werden. Nach der Erfindung von Hoppe (1968) genügt dafür eine unten offene Schürze vor dem Vorschiff oder die Entfernung des Schiffsbodens im Vorschiff bis zum Kollisions-Schott, so dass dem Unterdruck die Angriffsfläche 'entzogen' wird.

7.5

Low Cost Inertial Systems

Ein fundamentales Problem bei der Bestimmung der Bewegungsverhaltens ist die Messung der Bewegungen. Nach Anläufen zur Eigenentwicklung eines Systems zur Bahnverfolgung wurde ein 6-D-Trägheits-System mit strap-down Feldmessern, alias 'Beschleunigungs'-Gebern vom NRC Canada gekauft. Schon beim ersten Einsatz erwies sich das System als zu schwer und seine Software entsprach auch nicht den geänderten, hohen Anforderungen. Die empfindlichen Feldmesser wurden aber in einem ad hoc konstruierten Low Cost Inertial System exemplarisch bei Messungen der Seefähigkeit einer Boje eingesetzt (Lang, 1997). Zur Bestimmung der Geschwindigkeit und der Lage müssen bei 'reinen' Trägheitssystemen die jeweils sechs Anfangswerte der Geschwindigkeit und der Lage bekannt sein. Tatsächlich kann das

Problem nur als Randwertproblem behandelt werden, es ist also im Prinzip auch die Kenntnis der jeweiligen sechs Endwerten notwendig. Wie gezeigt werden konnte, lassen sich diese Bedingungen wie bei dem Kanadischen System durch integrale Kriterien ersetzen (Schmiechen, 1998). Der Gedanke ist einfach: die Bewegungen erfolgen im Allgemeinen um mittlere Zustände, wenn die betrachteten Systeme bei den Versuchen nicht untergegangen oder mit Absicht versenkt worden sind. Ein weiteres Problem ist die Ausrichtung der Feldmesser. Wie die Anfangs- und Endbedingungen müssen auch diese 'mis-alignments' identifiziert werden. Bei dem kanadischen Gerät wurde die perfekte Ausrichtung angestrebt, weil die von der Software vorausgesetzt wurde. Die Lösung dieses Problems hätte die Lieferfirma fast in den Ruin getrieben. Ihrer Natur entsprechend eignen sich Inertial-Systeme nicht für quasi-stationäre Vorgänge. Den Ausgangspunkt der Entwicklung bildete übrigens ein Angebot für die Untersuchung von Stossvorgängen beim Aufschlag von Körpern aufs Wasser. Um die Kosten zu beschränken, wurde erfolgreich mit Unfallschreibern für Automobile experimentiert. Leider wurde der Auftrag trotzdem nicht erteilt. Für Seeschläge auf Plattenfelder ist ein besonderes Gerät entwickelt worden, das leider auch nicht zum Einsatz kam. (Stinzing, Schmiechen, 20th ITTC San Francisco, 1993).

7.6

Zustandsmodell

Wirbel und Wellen, wie sie z. B. bei ‘richtigen’ Kollisionen entstehen und sich von den kollidierenden Schiffen fortbewegen, verursachen ‘Memory’- Effekte. Für die effiziente Behandlung, im Allgemeinen nicht-linearer Vorgeschichts-Effekte in der Hydromechanik, wurden ganz abstrakt Zustands-Modelle eingeführt, das sind letztlich wieder die Lagrangeschen Gleichungen, nur für mehr als sechs/zwölf Freiheitsgrade (Schmiechen, 1973). Der amerikanische Jargon ‘extended dynamics’ oder ‘higher order differential equations’ basiert auf zu einfachen Vorstellungen von klassischer Mechanik, wie man sie auch im alten Europa immer wieder antrifft. Die von Cummins 1962 eingeführten Vorgeschichts-Integrale erster Ordnung waren bei der Identifikation der Parameter des DSRV (Deep Submergence Rescue Vehicle der US Navy) selbst auf grossen Digital-Rechnern praktisch nicht zu handhaben (Schmiechen, 1968). Bei nicht-linearen

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

165

Systemen wächst der Aufwand für Funktional-Polynome mit Faltungsintegralen höherer Ordnung schnell 'ins Utopische' und theoretische Vereinfachungen (Dalzell) sind auch sehr aufwändig und immer nur von beschränkter Gültigkeit und Anwendbarkeit. Alle diese Probleme konnten durch die Verwendung von rekursiven Modellen, ZustandsModellen, gelöst werden, die später systematisch untersucht und eingesetzt wurden (Schmiechen, 1973, 1974). Das Zustandsmodell, wurde zuerst auf die japanischen Daten von Kollisions-Versuchen mit dem Bild 11: Hydrodynamische Trägheit Modell des Kernenergie Schiffes MUTSU MARU angewendet, weil nur bei schnellen Vorgängen Vorgeschichts-oder Memory-Effekte eine Rolle spielen. Die Bilder der hydrodynamischen Trägheit (Bild 11) und der hydrodynamischen Dämpfung (Bild 12) zeigen, dass schon ein einfaches Ersatzmodell mit nur zwei zusätzlichen Freiheitsgraden die Eigenschaften bereits sehr gut beschreibt. Ähnliche Kollisions-Versuche wurden in der VWS ausgeführt und ausgewertet. Zustandsmodelle wurden dann später für den Germanischen Lloyd implementiert (Schmiechen, 1986; Schellin, Jiang, Bild 12: Hydrodynamische Dämpfung Sharma, 1985) und von der Marinetechnik (Soeding, Peirera) verwenStrömungsustände zu vermeiden. 'Unrealistisch' det, Sharma hat es in seiner Weinblum-Vorlesung bedeutet hier 'ausserhalb der zu untersuchenden 1986/87 allen Schiffbauern verständlich erläutert. Betriebsbedingungen. Zur Analyse transienter Signale werden ge7.7 Fourier Transforms Proper wöhnlich Fourier-Analysen, Fast Fourier TransBei den transienten Versuchen, z. B. mit Moforms, oder FFT wie sie im Jargon heissen, dellen von Schiffen und Plattformen im Seegang, angewandt, auch 'wenn es richtig ist'. Sehr oft trifft wurden ausdrücklich keine 'Impulse' verwendet, aber die zu Grunde liegende, meistens unausgeum unrealistische Strömungszustände zu vermeisprochene und deshalb vergessene Annahme der den. Für für Planar-Motion-Versuche war die periodischen Wiederholung gar nicht zu., weil die Technik vorbereitet, sie wurde aber nur bei den Aufzeichnungen begrenzt sind wie bereits erquasistationären Versuchen zur Bestimmung der wähnt. Die Folge sind systematische Fehler der Stabilität schneller Fahrzeuge eingesetzt, so Analyse, die durch die Wahl angemessener ähnlich wie später bei den quasistationären Modelle vermieden werden können. Propulsion-Versuchen. Extreme Manöver, wie von Die von Seismologen entwickelte Technik Abkowitz (1988) vorgeschlagen, wurden dabei (Childers, 1978) wurde basierend auf ersten ausdrücklich ausgeschlossen, um 'unrealistische'

166

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Prinzipien (Doetsch, 1961) weiterentwickelt Am Beispiel rekursiver Modelle, das sind homogene Differenzen- und Differential-Gleichungen, ist gezeigt worden, wie die Parameter und Anfangsbedingen der Gleichungen identifiziert und daraus die Spektren bestimmt werden können. (Schmiechen, Lang, 1984). Die Technik kann sowohl auf einzelne Signale, aber auch auf Auto- und Kreuz-KorrelationsFunktionen angewendet werden und ermöglicht so die zuverlässige Bestimmung der entsprechenden Leistungs-Spektren. Die Ordnung der Modelle wird durch ein pragmatisches Signal/ RauschKriterium bestimmt (Schmiechen, 1998, 1999).

7.8

Adaptive Regler etc

Nach den adaptiven Reglern (Schmiechen, 1969) wurden Mensch-Maschine-Systeme (Jordan, 1981) und auch Neuro- und Fuzzy-Controller studiert (Schindler, 1990; Jordan, 1995) Zu technischen Ergebnissen ist es nicht mehr gekommen, interessant ist aber hier die bekannte und erneut bestätigte Tatsache, dass neuronale Netze am besten ‘lernen’, wenn ihnen sehr viele, sehr verschiedene Informationen zufällig angeboten werden. Sie werden dagegen völlig 'blockiert', wenn ihnen nur wenige Informationen und die noch geordnet angeboten werden. Deshalb der Rat des Verfassers an alle jungen Kommilitonen: Lassen Sie sich nicht in eine Ecke drängen, aus der sie nicht wieder herauskommen, bevor Sie Ihre Kreativität entwickeln konnten: erhalten Sie sich Ihre kindliche Neugier, Phantasie und Begeisterung. Schliessen Sie innovative Ansätze nicht schon von vornherein aus: ‘Anything goes!’ Aber dazu müssen Sie ‘anything’ auf allen Abstraktions-Ebenen kennen.

8

Dank

Wie alle ehemaligen Mitarbeiter bedankt sich der Verfasser bei seinen Altvordern, insbesondere bei Fritz Horn, Hans Amtsberg und Siegfried Schuster für das Vertrauen, das sie in ihn gesetzt haben und für den Rahmen und das Klima, das sie auf der Schleuseninsel geschaffen haben, in dem sich die verschiedensten Talente und Ideen entwickeln und ergänzen konnten und in dem Pferde auch vom Kopf aufgezäumt werden durften.

9

Quellen

Abkowitz, M. A. a. Liu Geng-shen (1988): Measurement of Ship Resistance, Powering and Manoeuvring Coefficients from Simple Trials during a Regular Voyage. SNAME 96 (1988) 97-128. Weitere Veröffentlichungen 15th ATTC St. John's1989, 19th ITTC Madrid 1990. Amtsberg, H. (1950): Entwurf von Schiffsdüsensystemen (Kortdüsen). (Vortrag). STG 44 (1950). Teil B: Praktische Auswahlverfahren für optimale Düsensysteme. STG 44 (1950) 170. Amtsberg, H. (1974): Schiffshydrodynamik. In: 75 Jahre Schiffbautechnische Gesellschaft 1899-1974 (1974) 132-166. Busmann, F. (1935): Wirkungsweise von düsenpropellern (Diskussionsbeitrag). STG 36 (1935) 320 . Diskussion zu dem Vortrag von Marwitz. Völlig klare Vorstellungen über den Mechanismus. Busmann, F. (1955): Wirkungsweise von Düsenpropellern (Diskussionsbeitrag). STG 36 (1955) 303 . Diskussion zu dem Vortrag von Dickmann und Weissinger, insbesondere betreffend das Cordier-Diagramm. Collatz, G. (1963): Potentialtheoretische Untersuchungen der hydrodynamischen Wechselwirkung zweier Schiffskörper. STG 57 (1963). Diskussion Schmiechen: STG 57 (1963) 368. Cummins, W. E. (1962): The impulse response function and ship motions. Schiffstechnik 9 (1962) 47, 101-109. Dernedde, R. (1963): Untersuchung der Strahlausbildung bei einem pulsierenden Strahlantrieb. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 47, 1963. Dickmann, H. E. (1938): Schiffskörpersog, Wellenwiderstand eines Propellers und Wechselwirkungen mit Schiffswellen. Ing. Arch. 9 (1938) 452-486. Diss. TH Berlin. Dickmann, H. E. (1939): Wechselwirkungen zwischen Schiff und Propeller unter besonderer Berücksichtigung des Welleneinflusses. STG 40 (1939) 234-291. Dickmann, H.u. J. Weissinger (1955): Beitrag zur Theorie optimaler Düsenschrauben (Kortdüsen). STG 49 (1955) 253-305. Lösung der 'er-

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

167

von Gümbel zu erreichen. Die Arbeit wurde vollendet von Föttinger.

sten Hauptaufgabe', die Wirkung steht im Vordergrund, Berücksichtigung von Nebenbedingungen, die Form ist eine curia posterior (262).

Grim, O. (1966): Propeller und Leitrad. STG 60 (1966).

Dix, Y. (1908): Zur Modell-Schleppmethode von Wellenkamp (Diskussionsbeitrag). STG 9 (1908) 352. Mit sehr ausführlichen Hinweisen auf historische Vorläufer.

Grothues-Spork, H. (1965): ModellfamilienUntersuchungen über das Forschungsschiff METEOR und einen Tanker (Vortrag). STG 59 (1965) 161.

Feyerabend, P. K. (2002): Probleme des Empirismus I. Stuttgart: Reclam, 2002. Originaltext erschienen 1965.

Grothues-Spork, H. (1984): Model Tests to investigate the Effectiveness of Bilge Vortex Spoilers. 190 m-Containership. VWS-Bericht Nr.1014/84.

Flamm, O. (1908): Beitrag zur Entwicklung der Wirkungsweise der Schiffsschrauben. STG 9 (1908) 427-438. Freifahrende Propeller mit stroboskopisch beobachteter Lufteinblasung. Die dabei erkannte Wirbelstruktur war für der späteren Entwicklung der Theorie von entscheidender Bedeutung. Fleischer, K. P. (1973): Untersuchungen über das Zusammenwirken von Schiff und Propeller bei teilgetauchten Propellern. VWS-Berichte Nr.629/73, Nr.659/73. Fleischer, K. P. (1979): Untersuchung des Einflusses von Flossenstabilisatoren gegebener Größe und Form auf das Kavitationsverhalten von Propellern. VWS-Bericht Nr.845/79. Fleischer, K. P. (1982): Systematische Propulsionsversuche mit teilgetauchten Propellern unter Druckähnlichkeit. VWS-Bericht Nr.940/82. Föttinger, H. (1910): Eine neue Lösung des Schiffsturbinenproblems. STG 11 (1910) 157239. Föttinger, H. (1917): Neue Grundlagen für die theoretische und experimentelle Behandlung des Propellerproblems. STG 19 (1917). Einführung des Begriffs der Schraubenwirbel und damit vollständige Klärung des Zusammenhangs von Flügelblättern und Strahl. Fresenius, R.: Das grundsätzliche Wesen der Wechselwirkungen zwischen Schiff und Propeller. Schiffbau 23 (1921) 10, 257-260, 11, 300-304. Gebers, F. (1909): Neue Propellerversuche (Vortrag). STG 11 (1909) 729. Grammel, R. (1915): Ein Beitrag zur Theorie des Propellers. STG 17 (1916) 367. Erst mit der Einführung der Zirkulation gelang es, das Ziel

Gross, A. (1955): Optimalkurve für den Entwurf freifahrender Propeller (Diskussionsbeitrag). STG 49 (1955) 302. Gümbel, L. (1913): Das Problem des Schraubenpropellers. STG 15 (1914) 434. Vereinigung der Rankineschen Strahltheorie mit der Flügelblatttheorie von W. Froude. Erstmals wenigstens summarische Berücksichtigung des Nachstroms. Helmbold, H. (1939): Zu den Wechselwirkungen zwischen Propeller und Schiff (Diskussionsbeitrag). STG 40 (1939) 286. Hoffmann, M. (post mortem, i. V. M. Schmiechen) (1966): Untersuchung über die Verhältnisse bei den Begegnungen von Schiffen in Kanälen. VWS-Bericht Nr.332/66. Hoppe, K.-G.(1968): Über die Neigungsstabilität von Pontons bei der Fahrt in beschränktem Wasser. Diss. TUB. Eigenverlag, 1968. Horn (1937), F.: Bestimmung des Mitstroms durch Versuch Modell mit Schraube. Vorbemerkungen, Bericht. Anhang I: Geänderte Auswertung von Schraubenversuchen. Anhang II: Auswertung von effektiven Nachstrom-Mittelwerten nach der Methode von Horn-Dickmann: (Troost). VWS Mitteilungen Heft 32, 1937, 54-63. Kopien: VWS Mitteilungen Heft 58 (2002) post mortem. Horn, F. (1950): Entwurf von Schiffsdüsensystemen (Kortdüsen), Teil A: Theoretische Grundlagen und grundsätzlicher Aufbau des Entwurfsverfahrens (Vortrag). STG 44 (1950) 141. Horn, F. (1956): Beziehung zwischen Sog und Mitstrom bei reiner Verdrängungsströmung. Schiff und Hafen 8 (1956) 472-475.

168

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Horn, F. u. E. A. Wallinski (1958/59): Untersuchungen über Drehmanöver und kursstabilität von Schiffen. Schiffstechnik 5 (1958) 29, 173190, 6 (1959) 30, 9-34. Über Planar-MotionVersuche in der VWS. Horn, F. (1964): Ermittlung des Mittelwerts des Mitstroms aus Propulsions- und Freifahrtsversuchen. Schiffstechnik 11 (1964) 131-136. Jiang, Tao (1985): Mathematische Modellierung des Bewegungsverhaltens langsam manövrierender Großschiffe. Diplomarbeit. Hamburg. GL, 1985. Manövrierfragen bei Großtankern MTK 325-8. Jordan, K. (1981): Untersuchungen zur manuellen Steuerbarkeit gierinstabiler Schiffe unter Anwendung des Spiraltests nach Bech. VWSBericht Nr.912/81. Jordan, K. u. M. Schmiechen (1995): Torque and Thrust Measurements on Board the CORSAIR/ MEKAT. Proceedings FAST '95, 3rd International Conference on Fast Sea Transportation, Travemünde, 1995. Proc. FAST '95 (1995) Vol. 2, 953-964. Jordan, K. u. M. Schmiechen (1995): Fuzzy Manoeuvring. 25. Treffen des STG/FA Manövrieren. Howaldtswerke-Deutsche Werft, Kiel am 12.10.1995. Kilian, F.-P. (1970): Über die Verminderung des Reibungswertes von Grenzschichtströmungen viskoelastischer Flüssigkeiten, Teil I. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 51, 1970. Kort, L. (1950): Entwurf von Schiffsdüsensystemen (diskussionsbeitrag). STG 44 (1950) 199202. Kotik, J. u. V. Mangulis (1962): On the KramerKronig relations for ship motions. Int'l. Shipbuilding Progress 9 (1962) 97, 361-368. Kracht, A. (2003): Beiträge der VWS zur Entwicklung von Schiffsformen und zu der begleitenden Forschung. STG Nr.3010 / VWS Mitteilungen Heft 60, post mortem, 2003. Lang, B. (1975): Bewertung, Berechnung und Optimierung von hydrodynamischen Getrieben für Schiffe. VWS-Bericht Nr.737/75. Lang, B. (1975): Untersuchungen zur Widerstandsverminderung durch Polymerlösungen an idealisierten Schiffskörpern. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 53, 1975.

Lang, B. (1997): Untersuchung des ModulHalbtauchers 'Arkona-See' Variante Einfachspiere. VWS-Bericht Nr. 1273/97. Und weitere, sätere Berichte. Mildner, F. (1971/73): Untersuchung über die Genauigkeit verschiedener Meßverfahren zur Bestimmung der effektiven Wellenleistung. 3. Zwischenbericht. VWS-Berichte Nr.555/71, Nr.651/73, Nr.666/73. Müller, B. u. P. Diedrich (1971): Systematische Untersuchung von Verstellpropellern. Abschlußbericht. VWS-Bericht Nr.568/71. Müller-Graf, B. u. M. Schmiechen (1982): On the Stability of Semi-Displacement Crafts. Second International Conference on Stability of Ships and Ocean Vehicles (Tokyo, Oct. 1982) 67-77. Müller-Graf, B. u. F.-P. Schindler (1990): Systematische Verstellpropeller-Serie der VWS (Vortrag). STG 84 (1990) 107. Wechselwirkungen zwischen Rumpf und Propellern bei den schnellen KnickspantKatamaranen der VWS Serie '89. STG 95 (2001). Müller-Graf, B. (2003): Beiträge der VWS zur Entwicklung schneller Schiffe. STG Nr.3010 / VWS Mitteilungen Heft 60, post mortem, 2003. Nicolaysen, K.-H. (1998): Rationalisierung der Auswertung von Meilenfahrten. VWS-Bericht Nr. 1282/98. Nitzki, L. (1977): Eine Neudefinition der Bezugsgrösßen zur Beurteilung der Propulsionsverhältnisse von Schiffen nach Modellversuchen. Diss. TUB. Nowacki, H. (1963): Potentialtheoretische Strömungs-und Sogberechnungen für schiffsähnliche Körper. STG 57 (1963). Fortführung der Arbeiten von Amtsberg.Später in der VWS Modell-Versuche dazu. Nowacki, H. u. S. D. Sharma (1972): Freesurface effects in hull propeller interaction. Proc. 9th ONR Symp. on Naval Hydrodynamics (1972) Vol.2, 1845-1961. Nowacki, H. (1999): Schiffshydrodynamik. In: 100 Jahre Schiffbautechnische Gesellschaft (1999). Schaffran, K. (1916): Messungen an Modellen von hochbelasteten Schraubenpropellern. STG

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

18 (1916). Exakt ausgeführt, dimensionslos aufgetragen. Schindler, F.-P. (1990): Anwendung moderner Informationstechnologien in der Versuchsanstalt (Vortrag). STG 84 (1990) 339. Schlichting, O. (1932): Die Berücksichtigung des Reibungswiderstandes bei der Bestimmung des Schiffswiderstandes aus dem Froudeschen Modellversuch. STG 34 (1932). Neues Verfahren basierend auf Ergebnissen mit Modellfamilien. Ablösung! Vorläufer von Horn. Schlichting, O. (1951): Über die hydrodynamischen Grundlagen des Froudeschen Verfahrens zur Bestimmung des Schiffswiderstandes und dessen technische Durchführung. STG 45 (1951). Probleme der Übertragung vom Modell auf das Schiff. Neuartiges Schleppverfahren: Kombination der Verfahren von Froude und Wellenkamp. Schlichting, H. (1965): Grenzschichttheorie. 5. erweiterte und neubearbeitete Auflage. Karlsruhe: Braun, 1965. Mit handschriftlicher Widmung: Herrn Dr. Fritz Riegels in freundschaftlicher Verbundenheit. H. Schlichting. Mai 1965. Schmidt, H. G. a. J. A. Sparenberg: On the Edge Singularity of an Actuator Disc with Large Constant Normal Load. Journal of Ship Research 21 (1977) 125-131. Schmiechen, M. (1961): Über die Verminderung des Reibungswiderstandes von Binnenschiffen durch Luftkissen. VDI-Z. 103 (1961) Nr.32, 1581-1616. Schmiechen, M. (1962/65): Untersuchungen über die hydrodynamischen Massen an Schiffen. VWS-Berichte Nr.217/62, Nr.233/62, Nr.233/62 Nr.291/65, Nr.296/65. Schmiechen, M.: Brief an F. Horn. 22.02.1963. Unveröffentlicht. Schmiechen, M. (1963): Erörterung zu 'Potentialtheoretische Untersuchung der hydrodynamischen Wechselwirkung zweier Schiffskörper' (Diskussionsbeitrag). STG 57 (1963) 368. Schmiechen, M. (1964): Eine allgemeine Gleichung für Bewegungen starrer Körper in Flüssigkeiten und ihre Anwendung auf ebene Bewegungen von Doppelkörpern. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 48, 1964.

169

Schmiechen, M. (1963): Über achterlich ansaugende Rohr-Stoßpropeller. VDI-Zeitschrift 105 (1963) 1492-1497. Mittlg. Nr. 257 der VWS Berlin. Schmiechen, M. (1964): Untersuchung des Luftkissenprinzips auf seine Anwendbarkeit bei Binnenschiffen. VWS-Berichte Nr.219/62, Nr.276/64. Schmiechen, M. (1964): Fragen der Kursstabilität und Steuerfähigkeit von Schiffen. STG 58 (1964) 319/336. Dort Beispiel für die Begegnung von Schiffen in Kanälen. Details der Ansätze: 332/334. Schmiechen, M. (1966): Anmerkungen über die Verwendbarkeit des Leitrades (Diskussionsbeitrag). STG 60 (1966) 228-229. Schmiechen, M. (1969): Design and Evaluation of Experiments for the Identification of Physical Systems. Massachusetts Institute of Technology, Department of Naval Architecture and Marine Engineering, Report No. 69-1, 1969. Schmiechen, M. (1969): Adaptive Regler an Bord von Schiffen? (Vortrag). STG 63 (1969) 409. Schiff und Hafen 22 (1970) 61-59. Schmiechen, M. (1971): Brief an H. Fokker. Unveröffentlicht. Focker hatte in seiner 'Geschichte des Kampfes um die NachstromPropulsion' die Schiffbauer als tumbe Mitläufer der Verlierer hingestellt. Und das konnte natürlich nicht unwidersprochen bleiben. Mit dem Hinweis auf Fresenius wurde Fockers Kampf als ein Nachhut-Gefecht gegen Windmühlen entlarvt. Schmiechen, M. (1973): On State Space Models and their Application to Hydromechanic Systems. NAUT Report 5002, Department of Naval Architecture, University of Tokyo, 1973. Schmiechen, M. (1974): Zur Kollisionsdynamik von Schiffen (Vortrag). STG 68 (1974) 357. Schmiechen, M. (1978/79): Rationale Modelle idealer Propeller endlicher Belastung. Schiffstechnik 25 (1978) 121, 113-120. Diskussion von J. A. Sparenberg: s. Schiffstechnik 26 (1979) 2, 117-121. Schmiechen, M. et al. (1980): An Experimental Investigation of the Hydrodynamic Characteristics of a Partially Cavitating Hydrofoil. Proceedings of the Nineteenth American To-

170

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

wing Tank Conference, 1980. Basierend auf VWS-Bericht Nr. 863/80, 1980. Schmiechen, M. (1983): On Optimal Ducted Propellers for Bodies of Revolution - A Speculative Reconstruction. Proc. Int'l Symp. on Ship Hydrodynamics and Energy Saving, (El Pardo, 1983) Nr. VI, 2, S. 1/7. Schmiechen, M. a. B. Lang (1984): Estimates of Laplace and Fourier Transforms of Transient Functions from Finite Sets of Sampled Values. Proc. 13th Scientific and Methodological Seminar on Ship Hydrodynamics, Vol. 1, 231/6. Varna: Bulgarian Ship Hydrodynamics Centre, 1984. Schmiechen, M. (1986): Implementation and Verification of a State Space Model for Manoeuvring Ships. Technische Universität Berlin, Institut für Schiffs- und Meerestechnik, HMS Report 1/86, 1986. Schmiechen, M. a. Zhou, Lian-di (1987): An Advanced Method for the Design of Optimal Ducted Propellers behind Bodies of Revolution. VWS-Report No. 1083/87; Final report on a Partnership in Engineering Sciences Sponsored by Stiftung Volkswagenwerk. Schmiechen, M. (1992): Models in Ship Science. Proc. First International Conference on Occasion of the 300th Anniversary of the Creation of the Russian Fleet by Peter the Great, St. Petersburg, June 07-14, 1992. Schmiechen, M. (1998): Low Cost Inertial Systems. Systematische Identifikation der Anfangswerte aus den Messwerten. Unveröffentlichte Erprobungen unter Mathcad, 1994/1998. Schmiechen, M. (1998): Estimation of Spectra of Transient Functions from Finite Sets of Sampled Values. STG-Sprechtag 'Schiffe im Seegang' (Hamburg, 17.09.1998) 1-13. Kurzfassung. STG 92 (1998) 254. Schmiechen, M. (1999): Estimation of Spectra of Truncated Transient Functions. Schiffstechnik/Ship Technology Research 46 (1999) 2, 111-127. Schmiechen, M. (2000): Zur Auswertung von Naturmessungen des Squat. Vortrag beim Workshop on Squat des Instituts für Maritime Studien der Fachhochschule Oldenburg am 08./09.11.2000.

Schmiechen, M. (2001): Evaluating Ship Speed Trials: Identifying Parameters of Powering Models. Proc. International Symposium on Ship Propulsion. (St. Petersburg, June 19/21, 2001) 143-152. Schuster, S. (1962): Praktische Anwendung der Erkenntnisse über die Wechselwirkung von Schiff und Propeller auf den Beispielfall TS HUGO STINNES (Vortrag). STG 56 (1962) 152. Schuster, S. u. M. Schmiechen (Editors) (1972): Proc. 13th International Towing Tank Conference. (Berlin / Hamburg 1972): Volume 1, Volume 2, Materials for Reports, Materials of Interest. Schwanecke, H. (1989): 90 Jahre Schiffbautechnische Gesellschaft - 86 Jahre Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau (Vortrag). STG 83 (1989) 98. Sharma, S. D. (1986): Bemerkungen zum sogenannten Vorgeschichtseinfluß in der Schiffshydrodynamik. 9. Georg-WeinblumGedächtnis-Vorlesung, Berlin 1986. Stein, N. von der (2003): Nutzschub und Nutzschubgütegrad. Unveröffentlichtes Manuskript, 2003. Und persönliche Korrespondenz. Strasser, G. (Chairman, 23rd ITTC QS Group) (2002): ITTC Recommended Procedures. 2002. Wagner, R. (1911): Propeller mit Leitapparaten. STG 13 (1911). Contra-Ruder mit Tragflügelprofilen. Wagner, R. (1928): Rückblick und Ausblick auf die Entwicklung des Contrapropellers. STG 30 (1928). Weinblum, G. (1968): Anmerkungen zum Gruppenvortrag METEOR-Meßfahrten 1967 und zu den weiter gewünschten Versuchen (Diskussionsbeitrag). STG 62 (1968) 197. Weissinger, J. u. D. Mass (1968): Theory of ducted Propellers. A Review. Proc. 7th ONR Symposium (Rome, 1968). Beschränkung auf linearisierte Theorien.Sehr guter Überblick. Preprint 86 Seiten mit 84 Schreibfehler. Weitbrecht, H. (1937): Internationale Tagung der Leiter der Schleppversuchsanstalten Berlin, 26.-28. Mai 1937. Berichte, Beiträge und Entschließungen. VWS Mitteilungen Heft 32, 1937. Nach späterer Zählung 4th ITTC. Der

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Verfasser besitzt ein Original des schmalen Bändchens von 110 SeitenHeuitge Proceedings sind drei bändig und haben einen Umfang ca. 1000 Seiten! Weitbrecht, H. M. (1939): Anteilmäßiger Einfluß der Berücksichtigung oder Außerachtlassung der einzelnen Anteile des Mitstroms auf den Sog (Diskussionsbeitrag). STG 40 (1939) 282. Wellenkamp, H. (1908): eine neue ModellSchleppmethode. (Vortrag). STG 9 (1908) 337-363.

171

172

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Anhang: Beiträge der VWS zu Propulsion und Bewegungen 1 1.1

Schrauben-Propeller Theorie

Gutsche, F. (1956): Gebiet der laminaren Grenzschicht im umlaufenden Propellerflügel (Diskussionsbeitrag). STG 50 (1956) 203. Horn, F. (1931): Der von Horn konstruierte Mitstrom-Tragflügelpropeller hat günstigen Propulsionswirkungsgrad. Der Vergleich von Schrauben leidet unter Verschiedenheit der Drehzahlen (Diskussionsbeitrag). STG 32 (1931) 144. Kracht, A. (1995): Kritik an den verwendeten Formeln für die Auslegung von Propeller und Maschine (Diskussionsbeitrag). STG 89 (1995) 445. Kracht, A. (1995): Durchmesserverhältnis der Propeller (Diskussionsbeitrag). STG 89 (1995) 469. Lorenz, H. (1905): Theorie und Berechnung der Schiffspropeller. STG 7 (1905). Basierend auf der Strahltheorie, einem Ansatz der später von Pröll STG 11 (1909) und Gümbel STG 15 (1913) weiterverfolgt wurde, und viel später wieder in der Dissertation (TH Delft) von van Gunsteren, NSMB, und in den Arbeiten von Schmiechen wieder aufgenommen wurde. Pröll, A. (1922): Kritische Betrachtungen zu den Theorien des Schraubenpropellers. STG 24 (1922). Festellung, dass die einheitliche Theorie noch fehlt und dass nur die Berücksichtigung der Wechselwirkungen zu einer befriedigenden Lösung führen kann!

1.2

Messungen

Drehmann, W. (1931): Experimentelle Untersuchungen über Geschwindigkeit und Druckverhältnisse im Strahl eines Propellers bei Verwendung von Leitvorrichtungen. Diss. THC. Hamburg: Meusner, 1931. Graff, W. (1935): Über den Einfluß ungleichförmiger Anströmung auf die Schraubenwirkung (Vortrag). STG 36 (1935) 248. Ursachen für Flügelbelastungn und Schwingungen. Graff, W. (1936): Ergänzung früherer Messungen durch Untersuchung neuer Flügelprofile (Diskussionsbeitrag). STG 37 (1936) 296. Gutsche, F. (1940): Beitrag zum Abbau des Ablösungswiderstandes (Diskussionsbeitrag). STG 41 (1940) 185. Gutsche, F. (1938): Einfluß der Gitterstellung auf die Eigenschaften der im Schiffsschraubenentwurf benutzten Blattschnitte. STG 39 (1938) 125. Windkanal Messungen an der TH Charlottenburg. Fortführung der Arbeiten von Horn. Diss. TH Charlottenburg. Gutsche, F. (1933): Versuche über die Profileigenschaften der Blattschnitte von Schiffsschrauben und ihr Einfluß auf deren Entwurf und Auswertung. Diss. THC. VWS Mitteilungen Heft 10, 1933. Gutsche, F. (1935): Erfassung der Ungleichförmigkeit der Schraube hinter dem Schiff mit dem stampfenden Schraubenmeßgerät von Graff (Diskussionsbeitrag). STG 36 (1935) 256.

Schaffran, K. (1917): Über das Arbeiten schwerbelasteter Schleppdampfer (Vortrag). STG 18 (1917) 323.

Gutsche, F. (1936): Kennwerteinflüsse bei Schiffsschrauben-Modellversuchen (Vortrag). STG 37 (1936) 277. VWS Mitteilungen Heft 21, 1936.

Schmiechen, M. (1978): Rationale Modelle idealer Propeller endlicher Belastung. Schiffstechnik 25 (1978) 121, 113-120. Diskussion von J. A. Sparenberg: s. Schiffstechnik 26 (1979) 2, 117-121.

Gutsche, F. (1938): Einfluß der Gitterstellung auf die Eigenschaften der im Schiffsschraubenentwurf benutzten Blattschnitte. VWS Mitteilungen Heft 34, 1938.

Schuster, S. (1972): Definition des Anstellwinkels in der Propellertheorie (Diskussionsbeitrag). STG 66 (1972) 400.

Gutsche, F. (1940): Versuche an umlaufenden Flügelschnitten mit abgerissener Strömung (Vortrag). STG 41 (1940) 188. VWS Mitteilungen Heft 39, 1940. Horn, F. (1926): Versuche mit Tragflügelschrauben. STG 28 (1926). Trotz des Titels im we-

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

sentlichen Theorie. Anwendung der bereits entwickelten Theorie der Luftschrauben. Berücksichtigung der Kavitation. Berechnungsund Nachrechnungsverfahren. Versuche erst in der HSVA, dann in der VWS. Horn, F. (1927): Versuche mit TragflügelSchiffsschrauben (Vortrag). STG 28 (1927) 342. Schaffran, K. (1916): Messungen an Modellen von hochbelasteten Schraubenpropellern. STG 18 (1916). Exakt ausgeführt, dimensionslos aufgetragen. Schaffran, K. (1917): Messungen an Modellen von Schaufelrädern. STG 19 (1917). Exakt ausgeführt, dimensionslos aufgetragen. Schaffran, K. (1923): Systematische Luftpropellerversuche. VWS Mitteilungen Heft 2, 1923. Schuster, S. (1972): Kommentare zur Untersuchung der Propellergrenzschichtströmung (Diskussionsbeitrag). STG 66 (1972) 402. Schwanecke, H. (1990): Untersuchung von Propellern mit nichtkonventioneller Geometrie. (Tip-Fin-Propeller). VWS-Bericht Nr.1179/90. Schwanecke, H. (1992): On Development of TipFin Propellers (Vortrag mit P. Andersen u. J. J. Kappel). STG 86 (1992) 203. Stinzing, H. D. (1989): Bestimmung der Kavitationsschichtdicken an rotierenden Propellerflügeln mittels eines laseroptischen Verfahrens. VWS-Bericht Nr.1147/89. Schuster, S. (1982): Selbstglättungseffekt bei Propellern mit rauher Oberfläche (Diskussionsbeitrag). STG 76 (1982) 408. Voigt, H. (1933): Strömungsmessungen an freifahrenden Schrauben (Vortrag). STG 34 (1933) 461. Genaues Bild der räumlichen Strömung mit neuen Meßgerät: Geschwindigkeit und Druck! Voigt, H. (1936): Schraubendrehzahl, Motordrehzahl, Wasserführung und Schaufelform (Diskussionsbeitrag). STG 37 (1936) 379. Wagner, R. (1905): Versuche mit Schiffsschrauben und deren praktische Ergebnisse. STG 7 (1905). Versuche in einem Ringtank in Danzig mit Propellern die Föttinger schon vorher an einem elektrisch angetriebenem Boot untersucht hatte. STG 6 (1904).

173

Weitbrecht, H. M. (1933): Über den Maßstabeinfluß bei Modellschleppversuchen. VWS Mitteilungen Heft 12, 1933.

1.3

Schräganströmung

Atmowihardjo, S. (1968): Untersuchung des Einflusses der Schräganströmung und der Wasseroberfläche auf die Propellercharakteristik. VWS-Bericht Nr.456/68. Müller, B. (1969): Untersuchung des Einflusses der Schräganströmung und der Wasseroberfläche auf die Propellercharakteristik. VWSBerichte Nr.153/60, Nr.477/69. Schwanecke, H. (1960): Zur Frage der durch ungleichförmigen Zustrom zum Propeller hervorgerufenen instationären Kraftwirkungen I. VWS-Bericht Nr.163/60.

1.4

Kontra-Propeller

Boës, C. (1966): Berechnung von vier Kontrapropellerpaaren für die idealisierten Schiffskörper L = 3,87 m und L = 5,80 m mit großem Flächenverhältnis. VWS-Bericht Nr.349/66. Hoppe, K. G. (1966): Algol-Programm zum numerisch gesteuerten Fräsen von Propellern. 1. Teil. VWS-Bericht Nr.349/66. Kracht, A.(1970): Modellversuche für gegenläufige Propeller. VWS-Bericht Nr.519/70. Kracht, A. (1972/76): Experimentelle Untersuchung der Schub- und Drehmomentenverhältnisse bei kontrarotierenden Propellern Abschlußbericht. VWS-Berichte Nr.612/72, Nr.749/76. Kracht, A. (1986): Studie über die Wirkungsgrade gegenläufiger Propeller bei verschiedenen Lastaufteilungen. VWS-Bericht Nr.1051/86. Kracht, A. (1972): C-R-Propeller als Alternative bei bestimmten Schiffen (Diskussionsbeitrag). STG 66 (1972) 164.

1.5

Verstell-Propeller

Müller, B. u. P. Diedrich (1971): Systematische Untersuchung von Verstellpropellern. Abschlußbericht. VWS-Bericht Nr.568/71. Müller-Graf, B. u. F.-P. Schindler (1990): Systematische Verstellpropeller-Serie der VWS (Vortrag). STG 84 (1990) 107. Müller-Graf B. u. F.-P. Schindler (1990): Die Verstellpropeller-Serie der VWS -Erweiterte

174

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Fassung des auf der Sommertagung der Schiffbautechnischen Gesellschaft e. V. vom 5. - 8. Juni in Luzern gehaltenen Vortrages. VWS-Bericht Nr.1171/90. Müller-Graf, B. (2002): Systematische Versuche mit Modellen von Verstellpropellern (Vortrag). SNAME (2002). Discussion: Marine Technology (2003).

1.6

Teil-Tauchung

Atmowihardjo, S. (1970): Untersuchungen über das Zusammenwirken von Schiff und Propeller bei teilgetauchten Propellern. VWSBerichte Nr.493/69, 536/70. Fleischer, K. P. (1973): Untersuchungen über das Zusammenwirken von Schiff und Propeller bei teilgetauchten Propellern. VWS-Berichte Nr.629/73, Nr.659/73. Fleischer, K. P. (1979): Untersuchung des Einflusses von Flossenstabilisatoren gegebener Größe und Form auf das Kavitationsverhalten von Propellern. VWS-Bericht Nr.845/79. Fleischer, K. P. (1982): Systematische Propulsionsversuche mit teilgetauchten Propellern unter Druckähnlichkeit. VWS-Bericht Nr.940/82. Niemann, U. (1968): Untersuchungen über das Zusammenwirken von Schiff und Propeller bei teilgetauchten Propellern. VWS-Bericht Nr.426/68.

2 2.1

Propulsion Propeller 'behind'

Amtsberg, H. (1969): Untersuchungen an Rotationskörpern über die Wechselwirkung zwischen Schiffskörper und Propeller (Vortrag). STG 54 (1960) 117. Untersuchung an Rotationskörpern in der VWS. Reibungssog praktisch vernachlässigbar. Dazu ein Jahr später die Versuche mit elliptischen Zylindern von Pohl in der HSVA. STG 55 (1961). Und Versuche mit schiffs-ähnlichen Körpern von Nowacki in der VWS. Dickmann, H. (1938): Wechselwirkungen zwischen Schiff und Propeller unter besonderer Berücksichtigung des Welleneinflusses. STG 40 (1939) 234-291. Fleischer, K. P. (1981): Untersuchung des Einflusses der Druckähnlichkeit auf Widerstands-

und Propulsionsversuche. Abschlußbericht. VWS-Bericht Nr.917/81. Gebers, F. (1907): Über Schleppversuche mit Kanalkahnmodellen in unbegrenztem Wasser und in drei verschiedenen Kanalprofilen, ausgeführt in der Übigauer Versuchsanstalt (Vortrag mit H. Engels). STG 8 (1907) 389. Gebers, F.: Weitere Schleppversuche mit Kahnmodellen in Kanalprofilen, ausgeführt in der Übigauer Versuchsanstalt (Vortrag mit H. Engels). STG 9 (1908) 487. Gebers, F. (1909): Neue Propellerversuche (Vortrag). STG 11 (1909) 729. Gebers, F. (1910): Die Entwicklung einer neuen Schleppdampferart für Schiffahrtskanäle durch Modellversuche in der Kgl. für Wasserbau und Schiffbau. STG 12 (1910). Gründliche Analyse der Methode von Froude. Einführung des Reibungsabzuges. Dabei spielte auch der Angriff der Kanlsohle eine besondere Rolle. Hinweis auf den Beitrag von Herrn Oebius. Gebers, F. (1911): Die Entwicklung einer neuen Schleppdampferart für Schiffahrtskanäle durch Modellversuche in der Kgl. Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau (Vortrag). STG 12 (1911) 420. Geistert, K. (1988): Leistungsbedarf von Schiffen bei Anordnung großer, angsam laufender Propeller unter Berücksichtigung von Trimm- und Tauchungseinflüssen. (off-design conditions). VWS-Bericht Nr.1126/88. Gross, A. (1955): Modellversuche zur Ermittlung der Einflüsse von Hinterschiffsform und Propelleranordnung auf die Propulsionseigenschaften. VWS-Bericht Nr.52/55. Grothues-Spork, H. (19x6): Untersuchungen über den Maßstabseinfluß von Sog und Mitstrom. Abschlußbericht. VWS-Bericht Nr.449/x6. Horn, F. (1938): Entwicklung der Untersuchungen über die rechnerische Erfassung der Schraubenwirkung (Diskussionsbeitrag). STG 39 (1938) 174. Horn, F. (1956): Beziehung zwischen Sog und Mitstrom bei reiner Verdrängungsströmung. Schiff und Hafen 8 (1956) 472-475. Horn, F. (1964): Ermittlung des Mittelwerts des Mitstroms aus Propulsions- und Freifahrtsversuchen. Schiffstechnik 11 (1964) 131-136.

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

175

Weitbrecht, H. M. (1931): Über Mitstrom und Mitstromschrauben (Vortrag). STG 32 (1931) 117.

Kempf, G. (1926): Neue Erfahrungen im Schiffbauversuchswesen. STG 28 (1926). Alle Problem der Maßstabseinflüsse bei Rumpf und Schraube, Rauhigkeitswiderstand, Plattenmessungen, Wechselwirkungen.

2.3

Schuster, S. (1970): Zur Wechselwirkung zwischen Schiff und Propeller (Diskussionsbeitrag). STG 64 (1970) 281.

Amtsberg, H. (1961): Erörterung des Vortrages Pohl, insbesondere Höhe der Sogziffern (Diskussionsbeitrag). STG 55 (1961) 302.

Weitbrecht, H. M. (1939): Anteilmäßiger Einfluß der Berücksichtigung oder Außerachtlassung der einzelnen Anteile des Mitstroms auf den Sog (Diskussionsbeitrag). STG 40 (1939) 282.

Gutsche, F. (1960): Einfluß der Reynolds'schen Zahl auf die Höhe der Sogziffer (Diskussionsbeitrag). STG 54 (1960) 149.

2.2

Nachstrom

Amtsberg, H. (1953): Kritik an den experimentell ermittelten Nachstromzahlen im Vortrag van Manen (Diskussionsbeitrag). STG 47 (1953) 241. Amtsberg, H. (1955): Ungleichförmigkeit des Mitstroms über den Kreisumfang des Propellers (Diskussionsbeitrag). STG 49 (1955) 105. Gutsche, F. (1939): Effektiver Mitstrom und nominelle Mitstromwerte (Diskussionsbeitrag). STG 40 (1939) 287. Horn, F. (1960): Beziehung zwischen nominellem und effektivem Mitstrom (Diskussionsbeitrag). STG 54 (1960) 150.

Sog

Horn, F. (1933): Abhängigkeit des Sogs von Schraubenbelastung, Schubverteilung und Drehzahl; Betz und Prandtl-Helmboldsche Wirbeltheorie (Diskussionsbeitrag). STG 34 (1933) 504. Horn, F. (1941): Vorschläge zur Nachprüfung des von Dr. Weitbrecht als "Reibungssog" bezeichneten Soganteils (Diskussionsbeitrag). STG 42 (1941) 195. Schwanecke, H. (1961): Instationäre Vorgänge bei der Messung der Sogwerte (Diskussionsbeitrag). STG 55 (1961) 301. Schwanecke, H. (1993): Gründe für die Abweichung zweier Sogzahlen voneinander (Diskussionsbeitrag). STG 87 (1993) 372.

Kracht, A. (1979): Abhängigkeit der Nachstromverteilung hinter Schiffsmodellen von Formund Betriebsparametern. Abschlußbericht. VWS-Bericht Nr.847/79.

Weinblum, G. (1960): Maßstabseinfluß des Sogs beim Übergang vom Modell zum Großbau. Bedeutung der Methode der flächenhaften Singularitätsbelegungen (Diskussionsbeitrag). STG 54 (1960) 149.

Schmiechen, M. (1985): Schiffsmodellversuche mit Grenzschichtbeeinflussung durch Absaugung. VWS-Bericht Nr.1021/85; FDS-Bericht Nr.163/1985.

Weitbrecht, H. M. (1935): Widerspruch der Akimoffschen Sogtheorie gegenüber Eisner, Horn und Voigt (Diskussionsbeitrag). STG 36 (1935) 263.

Schmiechen, M. (1985): Ship Model Tests with Boundary Layer Suction. VWS-Report No. 1071/86.

Weitbrecht, H. M. (1941): Vom Sog, ein Versuch seiner Berechnung (Vortrag). STG 42 (1941) 147. VWS Mitteilungen Heft 42, 1941. Die Ergebnisse stehen zum Teil in Widerspruch zu den Ergebnissen von Dickmann.

Schwanecke, H. (1962): Entwicklung eines Gerätes zur Aufmessung des effektiven Mitstroms im Propellerbereich von Binnenschiffen. VWS-Bericht Nr.208/62. Schwanecke, H. (1962): Untersuchungen über den Einfluß des arbeitenden Propellers auf das Mitstromfeld. VWS-Bericht Nr.208/62. Schwanecke, H. (1980): Zur Bewertung von Hinterschiffsformen für günstige Nachstromverteilungen (Vortrag). STG 74 (1980) 319.

2.4

Alternativer Ansatz

Horn, F. (1935): Bestimmung des Mitstroms durch Versuch Modell mit Schraube. Schiffbau 36 (1935) 18, 19, 20. Horn, F. (1937): Bestimmung des Mitstroms durch Versuch Modell mit Schraube. Vorbemerkungen, Bericht. Anhang I: Geänderte Auswertung von Schraubenversuchen. An-

176

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

hang II: Auswertung von effektiven Nachstrom-Mittelwerten nach der Methode von Horn-Dickmann: (Troost). VWS Mitteilungen Heft 32, 1937, 54-63. Kopie in VWS Mitteilungen Heft 58 (2002) post mortem.

schlußbericht zum BMFT-Vorhaben 524-3892 MTK 0431 0/A0.

Schmiechen, M. (1980): Eine axiomatische Theorie der Wechselwirkungen zwischen Schiffsrumpf und -propeller. Fritz Horn zum 100. Geburtstag gewidmet. Schiffstechnik 27 (1980) 67-99.

Schmiechen (1991), M.: 2nd INTERACTION Berlin '91, the 2nd International Workshop on the Rational Theory of Ship Hull-Propeller Interaction and its Applications. VWS, the Berlin Model Basin, June 13 - 14, 1991. Proceedings. VWS Mitteilungen Heft 56, 1991. Unter den Teilnehmern alle Mitglieder des damaligen ITTC Powering Performance Committee, Chairman: K. Nakatake.

Schmiechen, M. (1980): Wechselwirkungen zwischen Schiffsrumpf und -propeller. STG 74 (1980) 333/351.

Schmiechen, M. (1991): The Method of Quasisteady Propulsion and Its Trial on Board the METEOR. VWS-Report No. 1184/91.

Schmiechen, M. (1982): Über Weiterentwicklungen des Vorschlages "Nachstrom und Sog aus Propulsionsversuchen allein". Schiff und Hafen 34 (1982) 91-92.

Schmiechen, M. (1991): Über die Wechselwirkungen zwischen Schiffsrumpf und -propeller. Rostocker Schiffstechnisches Symposium (Rostock, 30.09.-02.10.1991).

Schmiechen, M. (1984): Wake and Thrust Deduction from Propulsion Tests Alone. A Rational Theory of Ship Hull-Propeller Interaction. Proc. 15th Symp. on Naval Hydrodynamics (Hamburg, 1984) 481-500. Operationalen Interpretation noch unzureichend.

Schmiechen, M. u. V. Goetz (1993): Grundsatzversuche zu den Wechselwirkungen zwischen Schiffsrumpf und -propeller. VWS-Bericht Nr.1221/93; FDS-Bericht Nr.245/1993.

Schmiechen, M. (1987): Wake and Thrust Deduction from Quasisteady Ship Model Propulsion Tests Alone. VWS Report No. 1100/87. Published on the occasion of a visit to Korean and Japanese ship research institutes and the 18th ITTC at Kobe 1987 and in commemoration of the 4th ITTC at Berlin in 1937. English version of the following report. Schmiechen, M. (1988): Ermittlung von Nachstrom und Sog aus qua-sistationären Propulsionsversuchen allein. VWS-Bericht Nr.1105/88; FDS-Bericht Nr.194/1988. Schmiechen, M. (1989): Quasistationäre Propulsionsversuche mit der METEOR. STG Sommertagung Berlin, 16. Mai 1989. STG 83 (1989) 120/126.

Schmiechen, M. (1995): Discussion on papers by the Triantafyllou brothers concerning fish propulsion. Discussions Scientific American '95 and SNAME '96. Schmiechen, M. (2002): Rational Evaluations of Traditional and Quasisteady Ship Speed Trials. Published on the occassion of the 23rd ITTC Venice 2002 and of the Centenary of VWS, the Berlin Model Basin in 2003. VWS Mitteilungen Heft 58, post mortem, 2002. Zusammenfassung aller aktuellen Entwicklungen zur Auswertung von traditionellen Probefahrten, sowie von quasistationären Probefahrten einschliesslich Schubmessungen mit Modellen und Schiffen. Letztere lassen die vollständige Analyse der Wechselwirkungen zu und damit erstmals die direkte Bestimmung aller Massstabseffekte (METEOR) bei Nachstrom und Sog.

Schmiechen, M. (1989): Quasistationäre Propulsionsversuche mit der METEOR. In: Germanischer Lloyd (Herausgeber): Entwicklungen in der Schiffstechnik, BMFT-Statusseminar (Hamburg 1989), 87-105. Köln: TÜV Rheinland, 1989..

Schuster, S. (1980): Der Aufwand für Propulsionsversuche zur Bestimmung von Nachstrom und Sog (Diskussionsbeitrag). STG 74 (1980) 347. Ein Versuch, die Klienten der VWS zu beruhigen.

Schmiechen, M. (1990): Die Methode der Quasistationären Propulsion und ihre Erprobung auf der METEOR. VWS-Bericht Nr.1180/90. Ab-

Schmiechen, M. (1980): Nachstrom und Sog aus Propulsionsversuchen allein. Eine rationale Theorie der Wechselwirkungen zwischen

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Schiffsrumpf und -propeller (Vortrag). STG 74 (1980) 333. Schmiechen, M. (1986): Ship Model Tests with Boundary Layer Suction. VWS-Bericht Nr.1071/86. Schmiechen, M. (1989): Quasistationäre Propulsionsversuche mit dem Forschungsschiff (Vortrag). STG 83 (1989) 56.

2.5

Probefahrten

Nicolaysen (1998), K.-H.: Rationalisierung der Auswertung von Probefahrten. VWS-Bericht Nr.1282/98. FDS Bericht. Schmiechen, M. (1999): Contribution to the Discussion of the Report of the 22nd ITTC Specialist Committee on Trials and monitoring. Written Contribution to be presented at the ITTC in Seoul on 1999.09.07 and to be published in the Proceedings of the 22nd ITTC (1999) Vol.3. Based on various reevaluations of the new ISO/CD 15016 example, the last re-evaluation including a statistical analysis. Schmiechen, M. (1999): Towards a rational evaluation of ship speed trials. Berlin, June 18, 1999. Zusammenfassender Aufsatz mit Hyperlinks zu dem gesamten Material auf der Website des Verfassers. Schmiechen, M. (2001): Evaluating Ship Speed Trials: Identifying Parameters of Powering Models. Proc. International Symposium on Ship Propulsion. (St. Petersburg, June 19/21, 2001) 143-152. Stitterich, H. J. (1998): Der Einfluß kleiner Wellen (Rest-Seegang) auf das Widerstandsund Propulsionsverhalten eines Containerschiffmoduls. VWS-Bericht Nr.1283/98. Weitbrecht, H. M. (1936): Wert der Auftragung von Ergebnissen der Probefahrten und Schleppversuche (Diskussionsbeitrag). STG 37 (1936) 107.

177

METEOR und einen Tanker (Vortrag). STG 59 (1965) 161. Horn, F. (1935): Schwingungs-und Beschleunigungsmessungen auf der San Francisco. STG 37 (1935). Dazu Vortrag über die Messung der Wellenkontur von G. Weiß. Schmiechen, M. (1990): Die Methode der quasistationären Propulsion und ihre Erprobung auf der METEOR. VWS-Bericht Nr.1180/90. Schmiechen, M. (1991): The Method of Quasisteady Propulsion and its Trial on Board the Meteor. VWS-Bericht Nr.1184/91. Schmiechen, M. (1991): 2nd INTERACTION Berlin '91. 2nd International Workshop on the Rational Theory of Hull Propeller Interaction and its Applications. VWS, the Berlin Model Basin, June 13-14, 1991. VWS Mitteilungen Heft 56, 1991. METEOR. neu: Schubmessnung, quasistatioäre Versuche, rationale Theorie der Wechselwirkungen. Schmiechen, M. (1992): Verwendung des gemessenen Propellerschubs zur Bestimmung des Betriebsverhaltens (Diskussionsbeitrag). STG 86 (1992) 339. Schuster, S. et al. (1968): METEOR-Meßfahrten. Gruppenvortrag. STG 62 (1968). Widerstandsmessung bei Antrieb mittels LuftfahrtStrahltriebwerken; Amtsberg: 'deren exakte meßbarer Schub gleich dem Widerstand ist'. Schubmessung: Amtsberg: 'weitgehende Übereinstimmung der Gesamtsoggziffer .... Die Sogziffer ist also praktisch maßstabsunabhängig.' Amtsberg: 'Dringend erwünschte Freifahrt-Versuche nicht ausgeführt'. Weinblum, G. u. W. Block (1935): Stereophotogrametrische Wellenaufnahmen. STG 37 (1935).

Es fehlen noch die letzten Arbeiten von Kracht!

Weinblum, G. (1968): Anmerkungen zum Gruppenvortrag METEOR-Meßfahrten 1967 und zu den weiter gewünschten Versuchen (Diskussionsbeitrag). STG 62 (1968) 197.

2.6

2.7

Messfahrten

Grothues-Spork, H. (1965): Forschungsschiff "Meteor" Meilenfahrt vom 10. 7./64. VWSBericht Nr.289/65. Grothues-Spork, H. (1965): ModellfamilienUntersuchungen über das Forschungsschiff

Moment- und Schub-Messungen

Jordan, K. u. M. Schmiechen (1995): Torque and Thrust Measurements on Board the CORSAIR/ MEKAT. Proceedings FAST '95, 3rd International Conference on Fast Sea Transportation, Travemünde, 1995. Proc. FAST '95 (1995) Vol. 2, 953-964.

178

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Mildner, F. (1971/73): Untersuchung über die Genauigkeit verschiedener Meßverfahren zur Bestimmung der effektiven Wellenleistung. 3. Zwischenbericht. VWS-Berichte Nr.555/71, Nr.651/73, Nr.666/73. Mildner, F. (1973)): Vergleichende Untersuchung von Verfahren zur experimentellen Bestimmung des Schiffspropellerschubes. VWSBericht Nr.630/73. Mildner, F. (1973): Über die Bestimmung des Schiffspropeller-Schubes mit Dehnungsmeßstreifen. Diss. TUB. Eigenverlag, 1973. Müller, K. (1973): Untersuchung über die Genauigkeit verschiedener Meßverfahren zur Bestimmung der effektiven Wellenleistung. 2. Fortschrittsbericht. VWS-Bericht Nr.635/73. Müller, K. (1973): Vergleichende Untersuchung verschiedener Meßverfahren zur Bestimmung der effektiven Wellenleistung und des Propellerschubes. VWS-Bericht Nr.642/73. Müller-Graf, B. (1988): Das LSBK (LängsstufenBoden-Kanal-Boot) und seine hydrodynamischen Eigenschaften (Vortrag). STG 82 (1988) 14. VWS-Bericht Nr. 1113/88. Schmiechen, M. (1989): Quasistationäre Propulsionsversuche mit der METEOR (Vortrag). STG-Sprechtag: Betriebsmessungen an Bord (Berne, 15.03.1989). STG 83 (1989) 56. Hier fehlen noch die Arbeiten von Schuster (Strube) und Metzmeier (Schönewald) zu den Schubmessungen. Die hohle Mess-Welle auf der 'neuen' METEOR wurde bereits erwähnt.Das Prinzip wurde auch auf der CORSAIR angewendet.

2.8

Geschwindigkeits-Messungen

Schuster, S. (1959): Kritik an der Methode zur Geschwindigkeitsmessung nach Markiewicz (Diskussionsbeitrag mit H. Vollpich). STG 53 (1959) 318.

3 3.1

Leitapparate Leitapparate

Horn, F. (1929): Analytische Behandlung der Wirkung von Leitflächen hinter dem Propeller (Diskussionsbeitrag). STG 30 (1929) 250. Horn, F. (1931): Einfluß eines der beweglichen Flosse vorgeschalteten festen Kopfes beim Simplex-Ruder sowie des Ruderbrunnens.

Steuervorgang ist grundsätzlich unstabil. Einfluß der Ruderausbildung auf die Propulsion (Diskussionsbeitrag). STG 32 (1931) 253. Kracht, A. (1984): Ursachen für Leistungsgewinn beim asymmetrischen Hinterschiff (Diskussionsbeitrag). STG 78 (1984) 165. Schmiechen, M. (1984): Verbesserung der Propulsionsgüte durch Leitapparat oder durch asymmetrisches Hinterschiff ? (Diskussionsbeitrag). STG 78 (1984) 168. Schwanecke, H. (1984): Physikalische Ursachen für Leistungsersparnis beim asymmetrischen Hinterschiff (Diskussionsbeitrag). STG 78 (1984) 172. Schwanecke, H. (1960): Untersuchung über den Einfluß von Leitflächensystemen auf die Propulsion von Schiffen. VWS-Bericht Nr.146/60. Wagner, R. (1905): Versuche mit Schiffsschrauben und deren praktische Ergebnisse. STG 7 (1905). Versuche in einem Ringtank in Danzig mit Propellern, die Föttinger schon vorher an einem elektrisch angetriebenem Boot untersucht hatte STG 6 (1904). Wichtig hier: Schon 1905 hat Wagner auf die Vorteile von Leitapparaten hingewiesen und später über seine Ergebnisse vorgetragen.

3.2

Spoiler

Grothues-Spork, H. (1983): Untersuchung von Strömungsleitflächen am Hinterschiff. VWSBericht Nr.981/83. Grothues-Spork, H. (1984): Model Tests to investigate the Effectiveness of Bilge Vortex Spoilers. 190 m-Containership. VWS-Bericht Nr.1014/84. Grothues-Spork, H. (1984): Untersuchung der Wirkung von Kimmwirbelspoilern (HDFSystem). VWS-Bericht Nr.1013/84. Grothues-Spork, H. (1985): Propulsionsversuche mit Zustromdüse. VWS-Bericht Nr.1048/85. Bericht von Fleischer über FlossenStabilisatoren.

3.3

Schiffsruder

Graff, W. (1965): Zur Übertragbarkeit der Ruderversuche vom Modell zum Schiff (Diskussionsbeitrag). STG 59 (1965) 450.

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

179

Gross, A. (1958): Ruderversuche ohne und mit Propeller für ein Tragflächenboot. VWSBericht Nr.109/58.

(1950). Teil B: Praktische Auswahlverfahren für optimale Düsensysteme. STG 44 (1950) 170.

Kracht, A. (1987): Untersuchung eines BeckerRuders im Propellerstrahl. VWS-Bericht Nr.1088/87.

Amtsberg, H. (1959): Düsenwiderstandsbeiwerte (Diskussionsbeitrag). STG 53 (1959) 168.

Kracht, A. (1987): Kavitation an Rudern (Vortrag). STG 81 (1987) 167. Kracht, A. (1988/89): Ruderentwurf . VWSBerichte Nr.1134/88, Nr.1137/89. Kracht, A.(1990): Ruder im Schraubenstrahl. VWS-Bericht Nr.1178/90.

Eicke, S. (1953): Modellversuche über die Ansaugung von Geschiebe aus der Flußsohle durch einen Kortdüsen-Antrieb. VWS-Bericht Nr.20/53. Gross, A. (1953): Modellversuche für einen Dreischrauben-Düsenschlepper. VWS-Bericht Nr.15/53.

Kracht, A. (1997): Propeller und Ruder als Propulsionsorgan (Vortrag). STG 91 (1997) 601.

Gross, A. (1954): Modellversuche für einen Dreischrauben-Düsenschlepper (verkürzte Form). VWS-Bericht Nr.25/54.

Weitbrecht, H. M. (1937): Über Formgebung von Rennbooten für Ruder und Paddel (Vortrag). STG 38 (1937) 235. VWS Mitteilungen Heft 29, 1937.

Gross, A. (1956): Modellversuche für einen Doppelschrauben-Düsenschlepper. VWSBericht Nr.60/56.

3.4

'Leidrad'

Grim, O. (1966): Propeller und Leitrad. STG 60 (1966). Schmiechen, M. (1966): Anmerkungen über die Verwendbarkeit des Leitrades (Diskussionsbeitrag). STG 60 (1966) 228-229. Schmiechen, M. (1968): Performance Criteria for Pulse-Jet Propellers. Proc. 7th Symp. on Naval Hydrodynamics (Rome, 1968) 1085-1104. Schmiechen, M. (1970): Über die Bewertung hydromechanischer Propulsionssysteme. Schiffstechnik 17 (1970) Nr.89, 91-94.

3.5

Föttinger-Wandler

Gutsche, F. (1935): Vor- und Nachteile der KortDüse bei Schlepp- und Freifahrt; Schubbelastungsgrad (Diskussionsbeitrag). STG 36 (1935) 322. Gutsche, F. (1955): OberflächenReibungsverluste an Düsenwänden und Düseneigenwiderstand (Diskussionsbeitrag). STG 49 (1955) 304. Gutsche, F. (1959): Düsenpropeller in Theorie und Experiment (Vortrag). STG 53 (1959) 145. Näherungstheorie für Entwurfszwecke, auch Auswertung von Versuchen. Nach Amtsberg 'führen bereits die Folgerungen aus der einfachen Strahltheorie zu recht guten Aussagen'. Welche Überraschung!

Lang, B. (1975): Bewertung, Berechnung und Optimierung von hydrodynamischen Getrieben für Schiffe. VWS-Bericht Nr.737/75.

Horn, F. (1939): Über die Aussichten für die Anwendung der Kort-Düse auf größere Seeschiffe (Diskussionsbeitrag). STG 40 (1939) 162.

Lang, B. (1976): Optimierung eines zweistufigen hydrodynamischen Drehmomentwandlers. VWS-Bericht Nr.767/76.

Horn, F. (1939): Berechnung des Vortriebsgütegrades der Schraube über den Energieansatz (Diskussionsbeitrag). STG 40 (1939) 284.

Lang, B. (1980): Optimierung eines zweistufigen hydrodynamischen Drehmomentwandlers. VWS-Bericht Nr.872/80.

Horn, F. (1940): Beitrag zur Theorie ummantelter Schiffsschrauben (Vortrag). STG 41 (1940) 106.

4

Horn, F. (1950): Entwurf von Schiffsdüsensystemen (Kortdüsen), Teil A: Theoretische Grundlagen und grundsätzlicher Aufbau des Entwurfsverfahrens (Vortrag). STG 44 (1950) 141.

4.1

'Strahl'-Propeller Düsenpropeller

Amtsberg, H. (1950): Entwurf von Schiffsdüsensystemen (Kortdüsen). (Vortrag). STG 44

180

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Horn, F. (1954): Systematische Untersuchungen des Schiffes mit Großraumtunnel (Diskussionsbeitrag). STG 48 (1954) 163. Horn, F. (1955): Wechselwirkung zwischen Schiff und Propeller sowie zwischen Düse und Propeller (Diskussionsbeitrag). STG 49 (1955) 300. Horn, F. (1959): Kontraktionslosigkeit des Düsenstrahls (Diskussionsbeitrag). STG 53 (1959) 167. Kracht, A. (1987): Vergleich Düsenpropeller und Motorpropeller (Diskussionsbeitrag). STG 81 (1987) 264. Kracht, A. (1996): Berechnung eines Düsenpropellers für ein Unterwasserfahrzeug. VWSBericht Nr.1259/96. Marwitz, F. v. (1935): Über die Mittel zur Verbesserung des Schrauben-Wirkungsgrades bei Schleppfahrt. STG 36 (1935) 296-326. Mildner, F. (1969): Kavitations- und Freifahrtversuche mit zwei Düsenschrauben. VWSBericht Nr.483/69. Schaffran, K. (1935): Partielles PatentTunnelheck (Diskussionsbeitrag). STG 36 (1935) 325. Schaffran, K. (1939): Verbesserung des Wirkungsgrades von Propellern durch Vergrößerung des Propellerdurchmessers und durch Anordnung eines Tunnelhecks (Diskussionsbeitrag). STG 40 (1939) 163. Schwanecke, H. (1988): Ruderdüsen/ Steering Nozzles: Entwurfsunterlagen. VWS-Bericht Nr.1112/88. Weissinger, J. u. D. Mass (1968): Theory of ducted Propellers. A Review. Proc. 7th ONR Symposium (Rome, 1968). Beschränkung auf linearisierte Theorien.Sehr guter Überblick. Preprint 86 Seiten, 84 Schreibfehler.

4.2

Alternativer Ansatz

Goetz, V. (1993): Grundsatzversuche zu den Wechselwirkungen zwischen Schiffsrumpf, Düse und Propeller. VWS-Bericht Nr.1221/93. Goetz, V. (1993): Entwurf und Bewertung von Düsenpropellern mit Leitapparaten. Ergänzung zum Ber.Nr.1209/92. VWS-Bericht Nr.1222/93.

Schmiechen, M. (1961): Systematische Modellversuche mit Kortdüsen für Seeschiffe. Abschlußbericht zum ERP-Vorhaben S 1100. DFG Bericht. 1961. Schmiechen, M. (1963): Untersuchung von düsenartigen Leitvorrichtungen für Schiffsschrauben. VWS-Bericht Nr.246/63. Schmiechen, M. (1983): On Optimal Ducted Propellers for Bodies of Revolution - A Speculative Reconstruction. Proc. Internat. Symp. on Ship Hydrodynamics and Energy Saving, (El Pardo, 1983) Nr.VI, 2, 1-7. Schmiechen M. a. Zhou Lian-di (1987): An Advanced Method for Design of Optimal Ducted Propellers Behind Bodies of Revolution. VWS-Bericht Nr.1083/87. Schmiechen, M. a Zhou Lian-di (1987): An Advanced Method for the Design of Optimal Ducted Propellers behind Bodies of Revolution. VWS-Report No. 1083/87; Final report on a Partnership in Engineering Sciences Sponsored by Stiftung Volkswagenwerk. Proc. SNAME Spring Meeting (1988) 29/39. 13th STAR Symp. and 3rd. IMSD Conf. (Pittsburgh, June 8-10, 1988). Schmiechen M. u. V. Goetz (1989): Propeller in Tunneln und Düsen. VWS-Bericht Nr.1144/89. Schmiechen, M., A. Voss u. H. Engler (1992): Entwurf und Bewertung von Düsenpropellern mit Leitapparaten. VWS-Bericht Nr.1209/92; FDS-Bericht Nr.245/1993. Schmiechen, M. (1993): Entwurf und Bewertung von Düsenpropellern als Pumpen. STGSprechtag 'Hydromechanik schneller Schiffe und ummantelter Propeller', VWS Berlin und SVA Potsdam, 03./04.09.1993; VWS-Bericht Nr.1229/93. Schmiechen, M. (1993): Entwurf und Bewertung von Düsenpropellern als Pumpen (Vortrag). STG 87 (1993) 236. Schmiechen, M. (1994): Design and Evaluation of Ducted Propellers as Pumps. Centenary of the Krylov Ship Research Institute, St. Petersburg, 1994.

4.3

'Strahlantriebe'

Boës, C. (1965): Untersuchungen über GasStrahlantriebe für Wasserfahrzeuge. 9. Fort-

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

schrittsbericht. VWS-Berichte Nr.310/65, Nr.311/65. Boës, C. (1967): Gutachten über die grundsätzliche Verwendbarkeit und die möglichen Anwendungen des Stettler-Antriebes. VWSBericht Nr.360/67.

181

Schmiechen, M. (1961/68): Untersuchung von instationären Vortriebsorganen von Binnenschiffen. VWS-Berichte Nr.181/61, Nr.242/63, Nr.420/68

Dernedde, R. (1967): Radial- und Axialgeschwindigkeiten auf verschiedenen Wirbelzylindern. VWS-Bericht Nr.150/60.

Schmiechen, M. (1962/67): Untersuchung über Gas-Stahlantriebe für Wasserfahrzeuge. 11. Fortschrittsbericht, zugleich Abschlußbericht. VWS-Berichte Nr.230/62, Nr.238/63, Nr. 283/64, Nr.371/67.

Dernedde, R. (1960): Untersuchung von instationären Vortriebsorganen von Binnenschiffen. 1. Fortschrittsbericht. VWS-Bericht Nr.150/60.

Schmiechen, M. (1963): Über achterlich ansaugende Rohr-Stoßpropeller. VDI-Zeitschrift 105 (1963) 1492-97. Mittlg. Nr.257 der VWS Berlin.

Dernedde. R. (1962): Untersuchung von instationären Vortriebsorganen von Binnenschiffen/Tabellen. VWS-Bericht Nr.207/62.

Schmiechen, M. (1968): Ergänzungen zu 'Wasserstrahlantriebe für Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge' (Diskussionsbeitrag). STG 62 (1968) 252.

Dernedde, R. (1963): Untersuchung der Strahlausbildung bei einem pulsierenden Strahlantrieb. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 47, 1963.

Schmiechen, M. (1968): Performance Criteria for Pulse-Jet Propellers. Proc. 7th Symp. on Naval Hydrodynamics (Rome, 1968) 1085-1104.

Endres, J. B. (1969): Der DüsenkolbenStrahlantrieb (Vortrag). STG 63 (1969) 303. Diskussion Snay.

Schmiechen, M. (1970): Über die Bewertung hydromechanischer Propulsionssysteme. Schiffstechnik 17 (1970) 89, 91-94.

Endres, J. B. (1968/69): Grundlagenuntersuchungen an einem Düsenkolbenstrahlantrieb für Wasserfahrzeuge. VWS-Berichte Nr.421/68, Nr.423/68, Nr.438/68, Nr.441/68, Nr.503/69.

Schuster, S. (1956): Vergleichsversuche mit dem Modell eines Binnenfrachtschiffes bei Schraubenpropeller- und Wasserstrahlantrieb. VWS-Bericht Nr.66/56.

Endres, J. B. (1967): Modellversuche für ein KW-Boot mit stationärem Strahlantrieb und Strahlaustritt im Spiegel. VWS-Berichte Nr.366/67, Nr.380/67.

Schuster, S. (1957): Hydraulischer Reaktionsantrieb für Schiffe. VWS-Bericht Nr.83/57.

Endres, J. B. (1967): Modellversuche mit einer Hohlplattenfähre MLC 50. Zwischenbericht. VWS-Bericht Nr.381/67.

Schuster, S. et al. (1960): Über Probleme des Wasserstrahlantriebes. STG 54 (1960).

Gutsche, F. (1960): Verwendung von Axialpumpen für den Schiffsantrieb (Diskussionsbeitrag). STG 54 (1960) 231. Kohtz, D. (1964): Modellversuche für ein 10-mStrommeisterboot mit geringster Wellenbildung II. Propulsionsversuche mit Strahlantrieb. VWS-Bericht Nr.277/64. Kohtz, D. (1965): Modellversuche für ein KWBoot mit stationärem Strahlantrieb. VWSBericht Nr.312/65. Niemann, U. (1964): Untersuchung über GasStrahlantriebe für Wasserfahrzeuge. 6. Fortschrittsbericht. VWS-Bericht Nr.281/64.

Schuster, S. (1957): Tunnelschiff mit Bugantrieb. VWS-Bericht Nr.84/57.

Schuster, S. et al. (1960): STG-Vortrag Gruppenvortrag mit Experimenten. VWS-Bericht Nr.177/60. Schwanecke, H. (1960): Erprobung eines 10-mStrommeisterbootes mit "KSB-Nowka"Strahlantrieb. VWS-Bericht Nr.143/60. Schwechheimer, H. J. (1961/64): Untersuchung über Gas-Strahlantriebe für Wasserfahrzeuge. 5. Fortschrittsbericht. VWS-Berichte Nr.188/61, Nr.234/62, Nr.244/63, Nr.282/64. Snay, R. (1971): Strahlantriebsuntersuchungen zum Projekt "Gestra-Boot". VWS-Bericht Nr.594/71.

182

4.4

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Ruder-Antriebe

Boës, C. (1959): Beitrag zur Mechanik des Ruderns. Teil I: Kinematik. VWS-Bericht Nr.138/59. Boës, C. (1960): Beitrag zur Mechanik des Ruderns. Teil II: Dynamik. VWS-Bericht Nr.160/60. Boës, C. (1967): Untersuchungen an Ruderriemen. VWS-Bericht Nr.353/67. Fischer, P. (1964): Untersuchungen der Strömungsverhältnisse auf der Regattastrecke in Berlin-Gatow. VWS-Bericht Nr.270/64. Hoppe, K. G. (1964): Widerstandsversuch mit einem Rennachter. VWS-Bericht Nr.271/64. Hu, D. L. et al. (2003): Über die Propulsion von Wasser-Läufern. Nature 424 (2003) 663. Oehler, P. (1972): Widerstandsversuche mit unterschiedlich beschichteten Ruderbooten. VWS-Bericht Nr.614/72. Oehler, P. (1973): Widerstands- und Kraftmessungen zum Vergleich von zwei Renn-Einern (Skiffs). VWS-Bericht Nr.623/73.

5 5.1

Umströmungen Schiffsrümpfe

Amtsberg, H. (1937): Untersuchungen über die Formabhängigkeit des Reibungswiderstandes (Vortrag). STG 38 (1937) 177. Dix, Y. (1908): Zur Modell-Schleppmethode von Wellenkamp (Diskussionsbeitrag). STG 9 (1908) 352. Graff, W. (1933): Ermittlung des Wirbelwiderstandes völliger Schiffsformen. Diss. THC. Berlin: Deutsche Verlagswerke, 1933. Grothues-Spork H. (1972): EOS - Routing Study. 1. Messung von Strömungsrichtungen und geschwindigkeiten unter dem Eis. 2. Messung von Reibungskoeffizienten zwischen Eis und Stahl. VWS-Bericht Nr.619/72. Grothues-Spork H. (1975): Ablösungserscheinungen an völligen Hinterschiffen. Abschlußbericht. VWS-Bericht Nr.719/75. Grothues-Spork H. (1977): Untersuchungen zur Frage der Maßstabseffekte bei völligen Schiffsformen. VWS-Bericht Nr.799/77.

Horn, F. (1937): Zukünftige Ermittlung des Widerstandes großer Schiffe (Diskussionsbeitrag). STG 38 (1937) 227. Laute, W. (1932): Untersuchungen über Druckund Strömungsverlauf an einem Schiffsmodell. Diss. THC. Berlin: Deutsche Verlagswerke, 1932. Strohbusch, E. (1932): Über den Mitstrom von Schiffsmodellen im Propellerbereich. Diss. THC. Schiffbau 33 (1932) Hefte 16-18. Voigt, H. (1933): Strömungsmessungen an freifahrenden Schrauben (Vortrag) STG 34 (1933) 461. Weitbrecht, H. M. (1933): Über den Maßstabeinfluß bei Modellschleppversuchen (Vortrag). STG 34 (1933) 329.

5.2

Rauhigkeiten

Horn, F. (1951): Formeinfluß auf den Rauhigkeitswiderstand (Diskussionsbeitrag). STG 45 (1951) 262. Horn, F. (1951): Über die Größe des Rauhigkeitszuschlages (Diskussionsbeitrag). STG 45 (1951) 240. Grothues-Spork, H. (1976): Reibungskoeffizienten Stahl - Eis aus Versuchen in der Arktis und im Labor (Vortrag). STG 70 (1976) 17. Stinzing, H.-D. (1992): Entwicklung eines praktikablen Verfahrens zur Bestimmung des Rauhigkeitswiderstandes von Schiffen. VWSBericht Nr.1206/92. FDS Bericht Nr.240/1992. Das in der VWS entwickelte Mess-Verfahren wird demnächst in der SVA Potsdam eingesetzt. Stinzing, H.-D.: Method for Predicting the Roughness Resistance. 20th ITTC (San Francisco, 1993). Written Contribution to the Session on Resistance. Weitbrecht, H. M. (1938): Unterschiede zwischen ermittelten äquivalenten Sandrauhigkeiten und den aus Schleppversuchen mit Schiffen gewonnenen (Diskussionsbeitrag). STG 39 (1938) 198. Weinblum, G. (1938): Ersatz des Begriffes "Welligkeit" durch den Begriff der mäßigen Rauhigkeit (Diskussionsbeitrag). STG 39 (1938) 199.

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

5.3

Faden-Moleküle

Brevig, J. (1972): Verfahren zur Widerstandsverminderung durch lineare Hochpolymere. 1. Fortschrittsbericht. VWS-Bericht Nr.618/72. Goetz, V. (1973): Hydroakustische Voruntersuchungen über die Auswirkung von Fadenmolekülen auf die Schallabstrahlung im Nahfeld. VWS-Bericht Nr.631/73. Brevig, J. u. Lang, B. (1974): Verfahren zur Widerstandsverminderung durch lineare Hochpolymere. Abschlußbericht. VWSBericht Nr.681/74. Kilian, F.-P. (1967/70): Verfahren zur Widerstandsverminderung. VWS-Berichte Nr.384/67, Nr.439/68, Nr.442/68, Nr.537/70, Nr.541/70. Kilian, F.-P. (1969): Widerstandsverminderung durch Fadenmoleküle in der Grenzschicht (Vortrag). STG 63 (1969) 319. Kilian, F.-P. (1970): Über die Verminderung des Reibungswertes von Grenzschichtströmungen viskoelastischer Flüssigkeiten, Teil I. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 51, 1970. Kilian, F.-P. (1970): Über die Verminderung des Reibungswertes von Grenzschichtströmungen viskoelastischer Flüssigkeiten, Teil II. VWS Mitteilungen Heft 52, 1970. Kracht, A. (1969): Anmerkungen zu "Widerstandsverminderung durch Fadenmoleküle in der Grenzschicht" (Diskussionsbeitrag). STG 63 (1969) 333. Lang, B. (1973): Verfahren zur Widerstandsverminderung Teil 2: Untersuchung der statischen Druckverteilung und Geschwindigkeitsprofile an einem Rotationskörper. VWSBericht Nr.668/73. Lang, B. (1974): Verfahren zur Widerstandsminderung Teil 3: Widerstandsmessungen an einer Platte bei Ausspritzung von Polymerlösung. VWS-Bericht Nr.674/74. Lang, B. (1974): Verfahren zur Widerstandsverminderung Teil 5: Untersuchung von Propellern verschiedenen Flächenverhältnisses in Polymerlösungen. VWS-Bericht Nr.688/74. Lang, B. (1975): Untersuchungen zur Widerstandsverminderung durch Polymerlösungen an idealisierten Schiffskörpern. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 53, 1975.

183

Schmiechen, M. (1969): Kritische Anmerkungen zu 'Widerstandsverminderung durch Fadenmoleküle in der Grenzschicht' (Diskussionsbeitrag). STG 63 (1969) 332. Schmiechen, M. (1962/64): Untersuchung des Luftkissenprinzips auf seine Anwendbarkeit bei Binnenschiffen. VWS-Berichte Nr.219/62, Nr.276/64. Snay, R. u. B. Lang (1974): Verfahren zur Widerstandsmessung. Teil 4: Einfluß von Polymerlösungen auf Kräfte und Druckverteilungen an einem Tragflügel. VWS-Bericht Nr.694/74.

5.4

'Luft-Schmierung'

Schmiechen, M. (1961): Über die Verminderung des Reibungswiderstandes von Binnenschiffen durch Luftkissen. VDI-Z. 103 (1961) Nr.32, 1581-1616. Schmiechen, M. (1964): Untersuchung des Luftkissenprinzips auf seine Anwendbarkeit bei Binnenschiffen. VWS-Berichte Nr.219/62, Nr.276/64.

5.5

Schnelle Boote

Müller-Graf, B. u. M. Schmiechen (1982): On the Stability of Semi-Displacement Crafts. Second International Conference on Stability of Ships and Ocean Vehicles (Tokyo, Oct. 1982) 67-77. Schmiechen, M.: Untersuchung der Querstabilität schneller Rundspantboote. VWS-Bericht Nr.961/83. FDS Bericht Nr.140/1983. Schmiechen, M. (1983): Über ein Verfahren zur experimentellen Bestimmung der Querstabilität schneller Boote. Schiff und Hafen 38 (1986). Gekürzte Fassung von VWS-Bericht Nr.961/83. Schmiechen, M. (1984): Untersuchung der Fahrtstabilität einer schnellen Motor-Yacht. VWSBericht Nr.985/84.

5.6

Tragflügel

Schmiechen, M. (1980): Forward Foil System Force Tests. Part 1: Basic Report. Vol. 1: Text/Tables. Vol. 2: Figures/Photos. VWSBericht Nr.863/80. Kavitations-Versuche für Boeing Jet-Foil. Schmiechen, M. et al. (1980): An Experimental Investigation of the Hydrodynamic Characte-

184

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

ristics of a Partially Cavitating Hydrofoil. Proceedings of the Nineteenth American Towing Tank Conference, 1980.

5.7

Squat: Absenkung

Schmiechen, M. und B. Lang (1988): Entwicklung eines Modells zur optimalen Ausnutzung von Wassertiefen durch die Schiffahrt unter Einbeziehung von Sicherheitsaspekten. VWSBericht Nr.1127/88. Schmiechen, M. (1989): Unterhaltungstiefen für Wasserstraßen unter Sicherheitsaspekten (Vortrag). STG 83 (1989) 229. Schmiechen, M. u. F. Stolte (1996/97): Auswertung von Naturmessungen des Squat und Vergleich mit bekannten Squat-Formeln. Messquerschnitte, Ergebnisse: VWS-Bericht Nr.1264/96. Text, Berechnungen.:VWSBericht Nr.1274/97. Schmiechen, M. (1997): Squat-Formeln. In: Wietasch, K. W. (Hrsg.): 18. Duisburger Kolloquium Schiffstechnik/Meerestechnik 1997: Das Schiff in begrenzten Gewässern (Duisburg, 1997) 151-157 und 193-198 (Diskussion). Schmiechen, M. (2000): Zur Auswertung von Naturmessungen des Squat. Vortrag im SquatWorkshop am Institut für Maritime Studien der Fachhochschule Oldenburg am 08./09.11.2000.

5.8

Pontons

Boës, C. (1967): Modelluntersuchungen der Schub- und Drehmomentschwankungen. VWS-Bericht Nr.369/67. Dernedde, R. (1960): Beanspruchung von Drucklager und Wellenleitung eines schnellen Zweischraubenschiffes bei Längsschwingungsresonanz. VWS-Bericht Nr.157/60. Gutsche, F. (1960): Schwingungen des Hinterschiffes durch die auf die Außenhaut übertragenen Druckkräfte (Diskussionsbeitrag). STG 54 (1960) 113. Herzer, R. (1963): Untersuchungen des Problems der Schwingungen in Schiffsantriebsanlagen. 3. Fortschrittsbericht. VWS-Bericht Nr.256/63. Schuster, S. (1953): Ermittlung der erregenden Schwingungen durch Modellversuch (Diskussionsbeitrag). STG 47 (1953) 274. Schuster, S.: Beitrag zur Frage des fünfflügeligen Propellers (Vortrag). STG 49 (1955) 987. Behandlung des aktuellen Problems der Schwingungserregung. Einfache, treffsichere Theorie. Schuster, S. et al. (1958): Beispiele für die Behandlung instationärer Probleme im Schiffsmodellversuch (Vortrag). STG 52 (1958) 91. Schuster, S. (1962): Praktische Anwendung der Erkenntnisse über die Wechselwirkung von Schiff und Propeller auf den Beispielfall TS HUGO STINNES (Vortrag). STG 56 (1962) 152.

Boës, C. (1961): Untersuchung der Einwirkung von Unterströmungen auf die Stabilität von Pontons. VWS-Bericht Nr.185/61.

Schuster, S. (1963): Untersuchungen des Problems der Schwingungen in Schiffsantriebsanlagen. VWS-Berichte Nr.241/63, Nr.255/63.

Hoppe, K. G. (1964/67): Untersuchungen über die Kentergefahr flachbodiger Fahrzeuge in beschränktem Wasser. VWS-Berichte Nr.284/64, Nr.307/65, Nr.342/66, Nr.383/67.

Schuster, S. (1965): Methoden zur Messung der Übertragungsverluste und der Schwingungen (Vortrag). STG 59 (1965) 428.

Hoppe, K.-G.: Über die Neigungsstabilität von Pontons bei der Fahrt in beschränktem Wasser. Diss. TUB. Eigenverlag, 1968.

6 6.1

Schwingungen Wellen-Leitungen

Boes, C. (19xx): xxxxxxxxx. Eigenverlag. Diss. TUB..

Schuster, S. (1970): Bemerkungen zu 'Flügelblattschwingungen am Propeller eines Frachtschiffes' (Diskussionsbeitrag). STG 64 (1970) 231. Schwanecke, H. (1958): Zur Frage der hydrodynamisch gekoppelten Längs- und Drehschwingungen von Schiffswellenanlagen. VWS-Bericht Nr.112/58. Schwanecke, H. (1960): Beitrag zur Frage der hydrodynamischen Kraftwirkungen an schwingenden Schiffspropellern. VWSBericht Nr.159/60.

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Schwanecke, H. (1962): Vorhersage der Schubund Drehmomentenschwankungen der Propellerwelle (Diskussionsbeitrag). STG 56 (1962) 168. Schwanecke, H. (1963): Gedanken zur Frage der hydrodynamisch erregten Schwingungen des Propellers und der Wellenleitung (Vortrag). STG 57 (1963) 252. Hydrodynamische Impedanzen (Trägheit und Dämpfung) theoretisch identifiziert auf der Basis der Theorie instationärer Tragflügelbewegungen. Schwanecke, H. (1970): Zur Frage der antriebserregten Schwingungen von Schiffen (Vortrag). STG 64 (1970) 285. Schwanecke, H. u. J. Laudan (1972): Ergebnisse der instationären Propellertheorie (Vortrag). STG 66 (1972) 299. Schwanecke, H. (1994): Instabile Zustände infolge zeitabhängiger hydrodynamischer Kräfte und Momente (Diskussionsbeitrag). STG 88 (1994) 202. Voigt, H. (1953): Einige neuere Erkenntnisse und Erfahrungen bei Schiffsvibrationen (Vortrag). STG 47 (1953) 260.

6.2

Impedanzen

Dernedde, R. (1960): Ein Verfahren zur näherungsweisen Berechnung der mitschwingenden Wassermassen. VWS-Bericht Nr.161/60. Schiffstechnik! Von Propellern! Praktisches Verfahren auf der Basis der Arbeiten von Schwanecke. Niemann, U. (1963/68): Ermittlung derhydrodynamischen Massen und Dämpfungen an Schiffspropellern. VWS-Berichte Nr.239/63, Nr.274/64, Nr.457/68 Schuster, S. (1958): Erregungen, Dämpfungen und mitschwingende Wassermassen am Propeller (Diskussionsbeitrag). STG 52 (1958) 281. Schuster, S. u. R. Dernedde (1961): Ermittlung der hydrodynamischen Massen und Dämpfungen an Schiffspropellern. VWS-Bericht Nr.185/61.

6.3

Druck-Schwankungen

Gutsche, F. (1955): Druckschwankungen im Hinterschiff bei arbeitendem Propeller (Diskussionsbeitrag). STG 49 (1955) 107.

185

Schmiechen, M. (1987): Experimentelle Untersuchung der Druckschwankungen an einem Hinterschiff . VWS-Bericht Nr.1087/87. Schmiechen, M. (1987): Zur Prognose propellererregter Druckschwankungen am großen Schiff (Diskussionsbeitrag). STG 81 (1987) 202.

6.4

Schiffs-Schwingungen

Amtsberg, H. (1963): Erregerkräfte bei ummantelten Schrauben größer als bei nichtummantelten (Diskussionsbeitrag). STG 57 (1963) 278. Horn, F. (1932): Begriff 'Dämpfungswiderstand'; Verfahren von Lewis und Taylor; Versuche mit Rechtkantformkörpern (Diskussionsbeitrag). STG 33 (1932) 326. Horn, F.(1936): Hochseemeßfahrt. Schwingungsund Beschleunigungsmessungen (Vortrag). STG 37 (1936) 153. Horn, F. (1936): Dämpfung der elastischen Schwingungen des Schiffskörpers (Diskussionsbeitrag). STG 37 (1936) 397. Weinblum, G. (1933): Ermittlung der Dämpfungsbeiwerte in der Differentialgleichung der erzwungenen Schwingungen aus den Ausschwingungskurven (Diskussionsbeitrag). STG 34 (1933) 368.

6.5

Messungen

Friese, T. (1957): Schwingungsmessungen an Bord des DES "Tinnum". VWS-Bericht Nr.91/57. Gross, A. (1962): Messung der Schub- und Drehmomentschwankungen auf MS "Carl Trautwein". VWS-Bericht Nr.212/62. Gross, A. (1961): Modellversuche für TS "Hugo Stinnes". VWS-Bericht Nr.182/61. Gross, A. (1962): Schwingungsmessungen an Bord von TT "Esso-Norway". VWS-Bericht Nr.228/62. Hoffmann M. u. M. Schmiechen (1954): Schwingungsmessungen an zwei Seemotorbooten. VWS-Bericht Nr.28/54. Müller, K. (1969): Schwingungsmessungen an der neuen Antiebsanlage des "MS Atlas Hugo Stinnes". VWS-Bericht Nr.515/69. Müller-Graf, B. (1975): Erörterung der möglichen Ursachen der an Bord von MS "Ekfors"

186

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

auftretenden Vibrationen. VWS-Bericht Nr.744/75. Niemann, U. (1968): Berechnung der hydrodynamischen Erregenden für ein 7200 tdw Frachtmotorschiff. VWS-Bericht Nr.452/68. Reckling, K.-A. (1954): Schwingungsversuche für 9700 t Frachtmotorschiff. VWS-Bericht Nr.24/54. Schmiechen, M. (1967): Ergebnisse von Schwingungsmessungen auf MS "Pagensand". VWSBericht Nr.404/67. Johansen, T. (1977): Hauptprogramm HYDER. Berechnung von hydrodynamisch erregten Kräften und Momenten am Propeller. Programmbeschreibung. VWS-Bericht Nr.796/77. Schmiechen, M. (1970): Schwingungsmessungen auf MS "Bärbel Bolten" und MS "Marietta Bolten". VWS-Bericht Nr.535/70. Schmiechen, M. (1970): Elastische Schwingungen des Schiffskörpers (Vortrag). Akustik und Schwingungstechnik: Gemeinschaftstagung Berlin 1970. Düsseldorf: VDI, 1971, 107-119. Analoge Spektralanalyse, 'on-line'. Schuster, S. (1953): Schwingungsmessungen an einem Tragflügelboot. VWS-Bericht Nr.16/53.

6.6

Akustik

Boës, C. (1962): Überlegungen zur Frage der Propellergeräusche. VWS-Bericht Nr.210/62. Goetz, V. (1980): Untersuchungen zur akustischen Kavitationsbeobachtung. Abschlußbericht. VWS-Bericht Nr.904/80. Goetz, V. (1986): Untersuchungen zur akustischen Kavitationsbeobachtung. Abschlußbericht Teil 1. VWS-Bericht Nr.1059/86. Goetz, V. (1989): Routinemessungen von Geräuschen an Bord von Schiffen mit kavitierenden Propellern. VWS-Bericht Nr.1136/89.

7 7.1

Bewegungen 'Kursstabilität'

Horn, F. (1951): Beitrag zur Theorie des Drehmanövers und der Kursstabilität (Vortrag). STG 45 (1951) 578. Beispiel Tragflügelboot. Anwendung auf Dickschiffe. Optimierung von Modellversuchen zur Identifikation der Parameter.

Horn, F. u. E. A. Wallinski (1958/59): Untersuchungen über Drehmanöver und kursstabilität von Schiffen. Schiffstechnik 5 (1958) 29, 173190, 6 (1959) 30, 9-34. Über Planar-MotionVersuche in der VWS. Horn, F. (1954): Kursstabilität eines Schiffes mit Voith-Schneider-Propellern am Heck und andererseits im Vorschiff (Diskussionsbeitrag). STG 48 (1954) 258. Jiang, Tao (1985): Mathematische Modellierung des Bewegungsverhaltens langsam manövrierender Großschiffe. Diplomarbeit. Hamburg. GL, 1985. Manövrierfragen bei Großtankern MTK 325-8. Jordan, K. (1980): Simulationstechnik zur Erkennung der Manövriereigenschaften (Diskussionsbeitrag). STG 74 (1980) 266. Jordan, K. (1989): Ruderbelastungen bei Notmanövern Teil 1: Beurteilungsmethodik und Ergebnisse. VWS-Bericht Nr.1142/89. Niemann, U. (1967): Untersuchungen über die hydrodynamischen Massen an Schiffen. 4. Fortschrittsbericht. VWS-Bericht Nr.354/67. Niemann, U. (1967): Der Einfluß der Zähigkeit auf Querkräfte und Momente an manövrierenden Schiffen (Vortrag). STG 61 (1967) 209. Niemann, U. (1968): Die Berechnung von Querkräften und Momenten an manövrierenden Schiffen. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 49, 1968. Schmiechen, M. (1962/65): Untersuchungen über die hydrodynamischen Massen an Schiffen. VWS-Berichte Nr.217/62, Nr.233/62, Nr.233/62 Nr.291/65, Nr.296/65. Schmiechen, M. (1964): Eine allgemeine Gleichung für Bewegungen starrer Körper in Flüssigkeiten und ihre Anwendung auf ebene Bewegungen von Doppelkörpern. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 48, 1964. EulerLagrangesche Gleichungen, von MisesMotor-Kalkül in Matrizen-Schreibweise. Identifikation der Parameter als Matrizen. Schmiechen, M. (1964): Fragen der Kursstabilität und Steuerfähigkeit von Schiffen. STG 58 (1964) 319-336. Schmiechen, M. (1965): Vertrauensgrenzen der Übertragungsfunktion zwischen Giergeschwindigkeit und Ruderausschlag bei Schif-

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

187

fen. Schiffbauforschung 4 (1965) 5/6, 232236.

Universität Berlin, Institut für Schiffs- und Meerestechnik, 1987.

Schmiechen, M. (1965): A General Equation of Motion for rigid Bodies in Incompressible Fluids. Office of Naval Research, Contract N 62 558-2552, 1965.

Schmiechen, M. (1988): Gleichungen und Parameter für die Bewegungen von Unterwasserfahrzeugen. VWS-Bericht Nr.1132/88.

Schmiechen, M. (1973): On State Space Models and their Application to Hydromechanic Systems. NAUT Report 5002, Department of Naval Architecture, University of Tokyo, 1973. Presented at the meeting of the JTTC Dynamics Group in Yokohama, Oct. 30, 1973. Schmiechen, M. (1979): Modelle für das Manövrieren von Schiffen (Vortrag). STG 7 (1979) 337. Schmiechen, M. (1986): Implementation and Verification of a State Space Model for Manoeuvring Ships. Technische Universität Berlin, Institut für Schiffs- und Meerestechnik, HMS Report 1/86, 1986. Schmiechen, M. (1990): Mathematisches Modell einer Antenne. VWS-Bericht Nr.1157/90. Weinblum, G. (1937): Beitrag zur Theorie der Kursstabilität. VWS Mitteilungen Heft 30, 1937. Weinblum, G. (1938): Kursstabilität und Steuerfähigkeit (Diskussionsbeitrag). STG 39 (1938) 124.

7.2

Tauchfahrzeuge

Schmiechen, M. (1963): Untersuchungen des Eintrittsvorganges beim Überwasserstart schlanker Verdrängungskörper. VWS-Bericht Nr.A9, 1963. Schmiechen, M. (1968): Über den Einfluß des Seegangs auf die Bewegungen getauchter Verdrängungskörper. VWS-Bericht Nr.A 45, 1968. Schmiechen, M. (1969): Design and Evaluation of Experiments for the Identification of Physical Systems. Massachusetts Institute of Technology, Department of Naval Architecture and Marine Engineering, Report No. 69-1, 1969. Schmiechen, M. (1970): Über mögliche Kopplungen der Bewegungen bei Tauchfahrzeugen. Schiffstechnik 17 (1970) 86, 33-36. Schmiechen, M. (1987): Identifikation der Dämpfungsparameter von Unterwasserfahrzeugen aus stationären Bewegungen. Technische

7.3

Steuerbarkeit

Jordan, K. (1981): Untersuchungen zur manuellen Steuerbarkeit gierinstabiler Schiffe unter Anwendung des Spiraltests nach Bech. VWSBericht Nr.912/81. Jordan, K. u. M. Schmiechen (1995): Fuzzy Manoeuvring. 25. Treffen des STG/FA Manövrieren. Howaldtswerke-Deutsche Werft, Kiel am 12.10.1995. Schmiechen, M. (1969): Adaptive Regler an Bord von Schiffen? (Vortrag). STG 63 (1969) 409. Schiff und Hafen 22 (1970) 61-59. Schmiechen, M. (1972): On-line identification of manoeuvrability parameters and adaptation of control. 13th ITTC (1972) Materials of Interest: 234-239. Schmiechen, M. u. Stinzing, H.-D. (1978): Grundsätzliche Betrachtungen zur Optimierung des Hopper-Baggerns. Schiff und Hafen 30 (1978) 1017-1019. Die Vorschläge gehen schon stark in Richtung Fuzzy Control! Schuster, S. (1968): Regelung bei Tragflügelbooten (Diskussionsbeitrag). STG 62 (1968) 79. Schuster, S. (1968): Zur Stabilisierung von Tragflügelbooten (Diskussionsbeitrag). STG 6 (1968) 268. Weinblum, G. (1960): Messung des Steuerverhaltens nach der Frequenzgangmethode (Diskussionsbeitrag). STG 54 (1960) 193.

7.4

Div. Manöver

Amtsberg, H. (1936): Modellversuche über das Einschleppen von Kanalkähnen in den Trog eines Schiffshebewerkes. VWS Mitteilungen Heft 24, 1936. Jordan, K. (1982): Gutachten über die schiffahrtstechnischen Aspekte bei der Ausführung einer Schiffsentladestelle an der Alten Spree für den Kohlebedarf des geplanten BEWAGHeizkraftwerkes. VWS-Bericht Nr.957/82. Kienel, H. (1936): Über Widerstände und Fahrzeiten beim Einschleppen von Schiffen in

188

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Schleusen. Modellversuche und Versuche an Großausführungen. Diss. THC. VWS Mitteilungen Heft 24, 1936. Schuster, S. (1972): Material über das Manövrieren und dessen Verwendbarkeit im praktischen Gebrauch (Diskussionsbeitrag). STG 66 (1972) 419. Schuster, S. (1980): Bemerkungen zur Analyse von Revierunfällen (Diskussionsbeitrag). STG 74 (1980) 266. Schuster, S. (1981): Einfluß von Streckenkrümmung, Kanaleffekt, Wassergeschwindigkeit usw. auf den optimalen Treibstoffbedarf (Diskussionsbeitrag). STG 7 (1981) 510.

7.5

Begegnen

7.6

Stoppen

Jordan, K. (1986): Steuerbarkeit von Schiffen beim Stoppen. VWS-Bericht Nr.1081/86. Jordan, K. (1986): Steuerbarkeit von Schiffen beim Stoppen (Vortrag). STG 80 (1986) 247. Schmiechen, M. (1972): Über das Stoppen von Schiffen. HANSA 109 (1972) Sondernummer STG, 2017-2018. Schmiechen, M. (1991): Simulation von Beschleunigungsvorgängen bei Schiffen (Diskussionsbeitrag). STG 85 (1991) 456. Schuster, S. (1966): Systematische Untersuchung der Vorgänge beim Umsteuern von Schiffspropellern. 2. Fortschrittsbericht. VWSBericht Nr.326/66.

Collatz, G. (1963): Potentialtheoretische Untersuchungen der hydrodynamischen Wechselwirkung zweier Schiffskörper. STG 57 (1963). Diskussion Schmiechen: STG 57 (1963) 368.

Gross, A. (1973): Über das Umsteuern von Schiffspropellern. Abschlußbericht. VWSBericht Nr.632/73.

Thierry, G. de (1912): Abmessungen der Seekanäle mit Rücksicht auf die Größenverhältnisse zukünftiger Seeschiffe. 12. Internationaler Schiffahrtskongreß (Philadelphia, USA, 1912).

Schwanecke, H. (1957): Kollisionsversuche für ein 26 t-Tragflügelboot. VWS-Bericht Nr.97/57.

Graff, W. (1963): Theoretische und experimentelle Untersuchungen über die gegenseitige Beeinflussung bei der Vorbeifahrt von Schiffen (Diskussionsbeitrag). STG 57 (1963) 367. Hoffmann, M. (post mortem, i. V. M. Schmiechen) (1966): Untersuchung über die Verhältnisse bei den Begegnungen von Schiffen in Kanälen. VWS-Bericht Nr.332/66.

7.7

Kollisionen

Goetz, V. (1982): Experimentelle Untersuchung der Kollisinsdynamik von Schiffen. VWSBericht Nr.941/82. Schmiechen, M. (1974): Zur Kollisionsdynamik von Schiffen (Vortrag). STG 68 (1974) 357372. Vorstellung des Zustandsmodells am Beispiel der Kollisionen.. Schmiechen, M. (1974): Kollisionsdynamik von Schiffen. Zusätzliche Bemerkungen (Diskussionsbeitrag). STG 68 (1974) 371.

Schmiechen, M. (1963): Erörterung zu 'Potentialtheoretische Untersuchung der hydrodynamischen Wechselwirkung zweier Schiffskörper' (Diskussionsbeitrag). STG 57 (1963) 368.

Recking, K.-A. (1974): Systemanalyse in bezug auf die innere und äußere Kollisionsdynamik (Diskussionsbeitrag). STG 68 (1974) 370.

Schmiechen, M. (1964): Fragen der Kursstabilität und Steuerfähigkeit von Schiffen. STG 58 (1964) 319/336. Dort Beispiel für die Begegnung von Schiffen in Kanälen. Details der Ansätze: 332/334.

Grothues-Spork, H. (1970): Stapellauf-Modellversuche. VWS-Bericht Nr.544/70.

Weinblum, G. (1933): Strömungsbeeinflussung zweier Schiffe aufeinander beim Begegnen. Schiffbau 34 (1933) 113.

7.8

Stapelläufe

Grothues-Spork, H. (1971): Stapellaufversuche für ein großes Containerschiff. VWS-Bericht Nr.582/71. Grothues-Spork, H. (1972): Stapellauf-Modellversuche. VWS-Bericht Nr.600/72. Grothues-Spork, H. (1980): Modellversuche zur Ermittlung desdynamischen Verhaltens von

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Schiffen beim Stapellauf. VWS-Bericht Nr.882/80. Grothues- Spork, H. (1981): Einflüsse beschränkter Wasserverhältnisse und dynamischer Vorgänge auf den Stapellauf von Schiffen. Diss. TUB. VWS Mitteilungen Heft 55, 1981. Grothues-Spork, H. (1982): Dynamische Einflüsse auf Kräfte und Bewegungen beim Längsstapellauf (Vortrag). STG 76 (1982) 567. Grothues-Spork, H. (1989): Gutachten über die Ursachen von Schäden bei Stapelläufen der Schichau-Seebeckwerft und Vorschläge zur Abhilfe. VWS-Bericht Nr.1149/89. Pickert, J. (1959): Stapellauf-Modellversuche zum Projekt einer Hellingvergrößerung. VWS-Bericht Nr.125/59.

den dabei angenommenen Orbitalbewegungen (Diskussionsbeitrag). STG 39 (1938) 221. Horn, F. (1938): Berechnung der Zusatzstabilitäten und deren Bedeutung für die Ableitung von Grenzstabilitätskurven (Diskussionsbeitrag). STG 39 (1938) 337. Jordan, K. u. F.-P. Schindler (1978): Sicherung der Ladung und Wohlbefinden der Besatzung bei überbreiten Schiffen im Seegang. Bericht Nr.826/78. Laute, W. (1956): Schlingerdämpfungsanlagen für kleinere Fahrgastschiffe (Diskussionsbeitrag). STG 50 (1956) 65. Weinblum, G. (1932): Kugelversuche über Vertikalbewegungen (Tauchschwingungen) (Diskussionsbeitrag). STG 33 (1932) 333.

8.2 8 8.1

Schiffe und Plattformen im Seegang Schlingertanks

Frahm, H. (1910): Neuartige Schlingertanks zur Abdämpfung von Schiffsrollbewegungen und ihre erfolgreiche Anwendung in der Praxis. STG 12 (1910). Grothues-Spork, H. (1966): Modellversuche für einen passiven Schlingertank mit freier Oberfläche. VWS-Bericht Nr.349/66. Horn, F. (1910): Zur Theorie des Frahmschen Schlingertanks. STG 12 (1910). Umfassende Theorie der Schlingertanks und entsprechendes Berechnugsverfahren. Entstanden im Rahmen eines Gutachtens für die HAPAG. Horn, F. (1911): Zur Theorie der Frahmschen Schlingerdämpfungstanks (Diskussionsbeitrag). STG 12 (1911) 453. Horn, F. (1933): Rolle der Kraft-, Trägheits- und Reibungskoppelung bei Schlingertanks (Diskussionsbeitrag). STG 34 (1933) 400. Horn, F. (1936): Erreichbare Genauigkeit bei der Ermittlung der MG-Werte - Dämpfungsverhältnisse der Rollbewegungen (Diskussionsbeitrag). STG 37 (1936) 125. Horn, F. (1937): Grenzfälle und Zwischenlösungen bei der Schlingerbekämpfung. Zusätzliche Momente bei periodischen Gierbewegungen. Diskussionsbeitrag). STG 38 (1937) 325. Horn, F. (1938): Abhängigkeit des Seegangsmomentes (nach der klassischen Theorie) von

189

Plattformen

Geistert, K. (1978): Modellversuche zur Ermittlung des Seegangsverhaltens eines LNGZwischenlagers mit gekoppeltem LNGTanker. VWS-Bericht Nr.822/78. Geistert, K. (1979): Modellversuche zur Ermittlung des Seeverhaltens, der Trägheiten und Dämpfungen einer LNG-VerflüssigerPlattform. VWS-Bericht Nr.843/79. Lang, B. u. K. Geistert.(1979): Übertragungsfunktionen für verankertes und gefesseltes Modell. VWS-Bericht Nr.843/79. Lang, B. u. K. Geistert (1979): Übertragungsfunktionen für zwangbewegtes Modell. VWSBericht Nr.843/79. Schindler, F.-P. u. K. Geistert (1979): Prognosen von Leistungsspektren für verankertes und gefesseltes Modell. VWS-Bericht Nr.843/79. Schmiechen, M. u. K. Geistert (1975): Sinking Tests for a Gravity Platform in Still Water and Regular Waves. VWS-Bericht Nr.741/75. Schmiechen, M. (1978): Working Conditions of a LNG Loading Arm. VWS-Bericht Nr.819/78. Schmiechen, M. (1979): Prediction of working envelopes for floating systems and their subsystems in seaways. VWS-Berichte Nr.839/79, Nr.843/79. Schmiechen, M. (1976): Untersuchung des Modul-Halbtauchers 'Arkona-See' Variante Dreifachspiere. VWS-Bericht Nr.1270/96.

190

STG Nr. 3010 / VWS Mitt. 60 (2003): '100 Jahre VWS Berlin' Schmiechen: Propulsion und Bewegungen

Schuster, S. (1967): Frage nach der Übertragbarkeit von Seegangsmessungen für die Praxis (Diskussionsbeitrag). STG 6 (1967) 111.

Müller-Graf, B. (1988): Integration zweier CAD/CAM-Systeme für den Werfteinsatz (Vortrag). STG 82 (1988) 122.

Schuster, S. (1982): Folgesysteme bei Verankerungen von schwimmenden Seebauwerken (Diskussionsbeitrag). STG 76 (1982) 560.

Oebius, H, B. Grupe, M. Bender, H. Halter, H. Sollich, R. Spieker (1994): Modellhafte Installation eines EDV-gestuetzten kommunalen Umweltdaten-Informationssystems. VWSBericht 1237/94.

8.3

Seeschläge

Lang, B. (1992): Fallversuche mit einem LCAWModell. VWS-Bericht Nr.1207/92. Stinzing, H. D. (1993): Entwicklung eines Seeschlagmeßgerätes. Signalanalyse, Kalibrierungen, Kontrollmessungen. VWS-Bericht Nr.1223/93. Da müssen auch noch Berichte über das Slamming sein.

8.4

Spektren

Schmiechen, M. and B. Lang (1984): Estimates of Laplace and Fourier Transforms of Transient Functions from Finite Sets of Sampled Values. Proc. 13th Scientific and Methodological Seminar on Ship Hydrodynamics, Vol. 1, 23-1/6. Varna: Bulgarian Ship Hydrodynamics Centre, 1984. Schmiechen, M. (1998): Estimation of Spectra of Transient Functions from Finite Sets of Sampled Values. STG-Sprechtag 'Schiffe im Seegang' (Hamburg, 17.09.1998) 1-13. Kurzfassung. STG 92 (1998) 254. Schmiechen, M. (1999): Estimation of Spectra of Truncated Transient Functions. Schiffstechnik/Ship Technology Research 46 (1999) 2, 111-127.

8.5

Bewegungs-Messungen

Stinzing, H. D. u. M. Schmiechen: LOCIS. Entwicklung eines präzisen Low Cost Inertial Systems. Mit strap-down Beschleunigungsmessern. Weiterentwicklung des NCR Systems Ottawa, nicht abgeschlossen.Ursprünglich mit Unfall-Schreibern quick and dirty für Stossvorgänge.

9

'Software'

Lang, B. u. F.-P. Schindler (1985): Interaktive Digitalisierung der Schiffsgeometrie Programm GTABLE. Teil 1: Bedienungsanleitung Teil 2: Liste der Programme und der Sublibrary. VWS-Bericht Nr.1033/85.

Schindler, F.-P. (1990): Anwendung moderner Informationstechnologien in der Versuchsanstalt (Vortrag). STG 84 (1990) 339. Schmiechen, M. (Ed.) (1993): International Towing Tank Conference Symbols and Terminology List, Version 1993. Berlin: Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau, 1993. VWS Mitteilungen Heft 57, 1993. Neue Struktur der Symbol-Liste im Hinblick auf all die neuen Aufgaben der Versuchsanstalten. Integration aller Beiträge über schnelle Fahrzeuge von Herrn Müller-Graf. 'Editor' ist ein bischen untertrieben, tatsächlich hat der Verfassser einen ganzen Sommer an dem Dokument gearbeitet. Schmiechen, M. u. B. Johnson.(1998): Some Fundamental Considerations Concerning the History and Recent Development of the ITTC SaT List, the International Towing Tank Conference Symbols and Terminology List. First International Conference on Maritime Terminology, ISTI (Brussels May 15-16, 1998) 120. Stolte, F. u. M. Schmiechen (1995): ITiS A: Verteilte Bearbeitung hydromechanischer Aufgaben: Partialmodell Hydromechanik. VWS-Bericht Nr.1251/95. Auf der Basis der Arbeiten zu den ITTC Symbolen. Diss. Stolte Uni Rostock. Hier fehlen noch weitere Arbeiten: Müller-Graf: Vor-Arbeiten für das ExpertenSystem 'Schnelle Fahrzeuge' von IBM. Schmiechen: Integration von Entwurfs-Verfahren für Düsen-Propeller in das Experten-System NEXPERT Object.