M 1115 Aantasting van dwarsprofielen in vaarwegen Informatie nr. 2

M 1115
Aantasting van dwarsprofielen in vaarwegen
Informatie nr. 2
Het testen van de modelschepen
1
Inleiding
In het kader van het systematische onderzoek naar de aantasting van dwarsprofielen
in vaarwegen z i j n een drietal modelschepen gebouwd of verbouwd, te weten:
1
"Rixt",
een model van een onderzoekingsvaartuig met een lengte van 27 m,
een breedte van 7,5 m en een diepgang van 3 m, waarin een
vermogen van c a . 700 pk is geïnstalleerd.
2
"Olivier",
een model van een Ri jn-Hernekanaal-schip type "Johann Welker"
met een lengte van 80 m, een breedte van 9,5 m en een diepgang
van 2,5 m, waarin een vermogen tot c a . 2000 pk is geinstolleerd.
3
"Superbrousse" , een model van een duwboot met een vermogen tot c a . 9000 p k ,
welke maximaal 6 Europa-I I duwbakken met een maximale diepgang
van 4 m voortstuwt.
Teneinde de eigenschappen van deze schepen in het model vast te stellen is een
aantal proeven verricht die niet direct bijdragen aan het systematische onderzoek
maar wel een noodzakelijke voorbereiding z i j n om het systematische onderzoek
optimaal te kunnen verrichten.
2
2.1
Resultaten van de proefvaarten
Algemeen
Bij de proefvaarten is een aantal grootheden zoals acceleratie-vermogen, vaarsnelheid,
schroeftoerental
en schroefkracht gemeten, met als doel tijdens het systematische
onderzoek direct het juiste schaalbereik van de betreffende meetinstrumenten te
kunnen instellen en tevens door vergelijking van de verkregen resultaten met de
reeds bekende een eerste indruk te verkrijgen omtrent de betrouwbaarheid.
-2-
Bovendien kan aan de hand van de thans gemeten grootheden worden bepaald of
binnen het meetgebied sprake is van een constante vaarsnelheid e . d .
Daar het hier gegevens betreft welke voor het onderzoek zelf van belang z i j n ,
z i j n de gemeten grootheden veelal in modelmaten weergegeven.
Tevens kan door berekening en vergelijking met het prototype een globale
benadering van het motorvermogen worden gevonden. Hierop zal in een latere
informatie nader worden ingegaan.
2.2
Resultaten van de "Rixt"
De resultaten van de proefvaarten met de "Rixt" (figuur 1A) zi jn samengevat in
de figuren 2 . . . 1 1 .
Voor de "Rixt" varend op respectievelijk O, 38.75 en 56.25 m uit het midden
(deze plaatsen worden veelal aangeduid met de letters M , H en T ) , is het verband
tussen snelheid, schroefkracht en schroeftoerental vastgelegd in de figuren 2 . . .
De diepgang van het schip bedraagt
(peil = N . A . P . )
bedraagt.
4.
3 m terwijl de totale waterdiepte 6 m
Uit deze figuren valt op te maken dat de door de
schroef op het water uitgeoefende kracht nagenoeg onafhankelijk is van de plaats
van het schip in het dwarsprofiel. Dit is niet het geval voor de vaarsnelheid, deze
neemt af naarmate het schip dichter langs de oever vaart.
In figuur 5 is voor dezelfde drie plaatsen in het dwarsprofiel bij dezelfde
randvoorwaarden het verband tussen vaarsnelheid en schroefkracht e x p l i c i e t weergegeven,
In de figuren 6 en 7 is voor één plaats in het dwarsprofiel, namelijk het midden,
b i j een waterdiepte van 8 m ( N . A . P . + 8 cm) en 9,125 m ( N . A . P . + 12,5 cm)
het verband tussen vaarsnelheid, schroefkracht en schroeftoerental vastgelegd.
Vergelijking van deze grootheden bij verschillende waterstanden (figuur 8) geeft
te zien dat bij meer dan 1800 omwentelingen/minuut de snelheid d u i d e l i j k
toeneemt
bij grotere waterdiepte, z i j het dat de vaarsnelheid bi j 8 m resp. 9,125 m
waterdiepte nagenoeg g e l i j k is. De "Rixt" ondervindt dus bij een waterdiepte van
6 m w e l , doch bij grotere waterdiepten niet meer de invloed van de beperkte
afmetingen van het dwarsprofiel. Met betrekking tot de schroefkrachten moet op
grond van deze gegevens worden opgemerkt dat de schroefkracht niet of nauwelijks
afhankelijk is van de beschikbare waterdiepte.
Het accelerafie-vermogen is bij een waterdiepte van 6 m en een diepgang van 3 m
vastgelegd voor de reeds genoemde drie plaatsen in het dwarsprofiel, bij verschillende
toerentallen In de figuren 9 . . .
1 1 , waarin tevens de grenzen van het meettraject
z i j n aangegeven. In het algemeen kan worden gesteld dat er binnen dit gebied
sprake is van een nagenoeg constante snelheid.
2.3
Resultaten van de " O l i v i e r "
Met het model van een Ri jn-Hernekanaal-schIp " O l i v i e r "
(figuur 12) is nagenoeg
dezelfde serie proefvaarten verricht als met de " R i x t " , echter met beperking tot
een v^'oterdiepte van 6 m. De diepgang van de " O l i v i e r " bedraagt 2,50 m. Er is
weer op di-ie plaatsen in het dwarsprofiel gevaren n a m e l i j k :
a
O m uit het midden (midden)
b
30,35 m uit het midden (1 m model uit teen talud)
c
55,25 m uit het midden (teen talud).
Het verband tussen schroefkracht, vaarsnelheid en schroeftoerental is weergegeven
in de figuren 13 . . .
15. Ook hier is te concluderen dat de door de schroef op
het water uitgeoefende kracht onafhankelijk is van de plaats van het schip in
het dwarsprofiel en dat de vaarsnelheid afneemt naarmate het schip dichter langs
de oever vaart. Dit verschijnsel wordt nog eens duidelijk geïllustreerd door figuur 16
waarin het verband tussen snelheid en schroefkracht voor de drie situaties is
weergegeven. Bij een waterdiepte van 5 m (figuur 16A) b l i j k t weer de schroefkracht
nagenoeg g e l i j k te blijven t e r w i j l de maximale snelheid afneemt.
Het onderzoek naar het acceleratie-vermogen geeft resultaten (figuren 17 . . .
19)
die hetzelfde beeld geven als de overeenkomstige proeven met de " R i x t " :
binnen het meetgebied is een nagenoeg constante vaarsnelheid haalbaar.
Hierbij
moet worden opgemerkt dat het meetgebied is ingekort tot 20,5 m en zover mogelijk
naar het einde van het model is verschoven om binnen dit meetgebied niet p l a a t s afhankelijk te z i j n met betrekking tot het meten van de waterbeweging.
2.4
Resultaten van de "Superbrousse"
Met de "Superbrousse" met 4 Europa-ll bakken (76.50 *
een diepgang van 4 m (figuren 20 en
11 .40 *
4 . 0 0 m^) met
21) is b i j een waterdiepte van 6 m ( N . A . P . )
gevaren in het midden (M) en op 24,60 m uit het midden (H). Proefvaarten langs
teen
talud
z i j n met bovenstaande randvoorwaarden nog niet v e r r i c h t .
Uit de figuren 22 en 2 3 , waarin het ver-band tussen vaarsnelheid, schroefomwentelingen
per minuut en schroefkracht voor genoemde twee plaatsen is gegeven, valt op te
maken dat zowel de vaarsnelheid als de door de schroeven op het water uitgeoefende
kracht nauwelijks afhankelijk is van de plaats van het schip in het dwarsprofiel.
-4-
Onder schroefkracht wordt hier verstaan de totale kracht die de drie schroeven
van de "Superbrousse" op het water uitoefenen. De voorgaande conclusies wordt
bevestigd door figuur 24 waarin het verband tussen vaarsnelheid en schroefkracht
is vastgelegd.
Het acceleratie-vermogen is voor beide plaatsen (M en H) weergegeven in de
figuren 25 en 26. Ook hier is binnen het meetgebied een vrijwel constante
vaarsnelheid bereikbaar z i j het dat bij hoge toerentallen steeds meer a f w i j k i n g
wordt geconstateerd, reden waarom het meetgebied later tot 20,5 m is beperkt.
Voorts z i j opgemerkt dat de grootste vaarsniheid bij hoge toerentallen bereikt
wordt c a . 15 m na de start. Vervolgens neemt de vaarsnelheid weer af.
Dit
verschijnsel wordt veroorzaakt door het vormen van een systeem van waterspiegelveranderingen en stroomsnelheden rondom het schip. In het beginstadium ondervindt
het schip daardoor minder weerstand, maar naarmate het gehele systeem z i j n
evenwicht bereikt stijgt de weerstand en daalt dus de vaarsnelheid totdat de
weerstand en de schroefkracht aan elkaar g e l i j k
zijn.
De benodigde wachttijd tussen twee vaarten met de "Superbrousse" is bepaald
door de waterstand gedurende c a . 30 minuten te registreren (figuur 2 7 ) . Het b l i j k t
dat na ca. 15 minuten de oorspronkelijke waterstand weer wordt b e r e i k t , dus is
een interval van 15 minuten noodzakelijk. Tevens schijnt de gereflecteerde golf
sterker te z i j n dan de oorspronkelijke g o l f , doch dat verschijnsel werd veroorzaakt
doordat simultaan met de retourgolf werd teruggevaren naar het beginpunt.
In de figuren 28 en 29 z i j n de resultaten samengevat van een onderzoek naar de
stabiliteit van de waterbeweging rond het schip als functie van de afgelegde w e g .
Het b l i j k t dat zowel voor 875 o m w . / m i n
als voor 1275 o m w . / m i n de waterbeweging
binnen het meetgebied in lengterichting niet plaats afhankelijk i s , hetgeen het
voordeel biedt dat In lengterichting meerdere instrumenten kunnen worden opgesteld,
t e r w i j l de resultaten na correctie voor de afstand toch direct vergelijkbaar z i j n ,
temeer daar de meetraaien B halverwege het meetgebied A z i j n gelegen.
X
-
4.80m
—
teen
ta ud
I
midden
I
Stortsteen
50/200
7.A cm
Onderzocht dwarsprofiel
40cm
2.40m
I
I
Ligging
meetraaien
20cm
20cm
1
MIM
20cm
ï
1
MII
24cm
Meetpunten
boven het
talud
SITUATIE
Informatie
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
M.III5
2
FIG.
HQOFDAFMETINGEN
SPANTVORMEN
Lengte over alles
L e n g t e t u s s e n de
31,75m
loodlijnen
2710m
Breedte
7,50m
Diepgang
3.00m
Waterverplaatsing
32.5 m "
BOVENAANZICHT
Lengte
langs de w a t e r l i j n
29m
31,75nn
SPANTVORMEN EN HOOFDAFMETINGEN
ONDERZOEKINGSVAARTUIG
VAN
„RIXT"
WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM
HET
Informatie 2
schaal
schaal
M.1115.
1:100
1 : 200
FIG.1
^
Snelheid in
P
O
O
*<r>
O
O
m/s
O
go
O
p
p
p
^^^^i-Schroefkrachten (kg)
VERBAND
TUSSEN
EN
KJ
O
ö
O
p
O
SCHROEFKRACHTEN, SNELHEID
SCHROEFOMWENTELINGEN
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
Informatie
M. 1115
2
FIG. 2
Snelheid
O
in m/s
c-
00
O
>
iij
lu
O
3
4'
Schroefkrachten (ks)
VERBAND
TUSSEN
EN
SCHROEFKRACHTEN, SNELHEID
SCHROEFOMWENTELINGEN
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
Informatie
M.1115
2
FIG.3
Snelheid in m / s
O
O
>
ft»
3
O
3
3
Schroefkrachten
VERBAND
TUSSEN
EN
(kg)
SCHROEFKRACHTEN,SNELhÊi b
SCHROEFOMWENTELINGEN
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
Informatie
M.1115
2
FIG. 4
^ i - S n e l h e i d in m/s
V
>
Oi
CU
3
^ - S c h r o e f k r a c h t e n (kg)
VERBAND T U S S E N
EN
SCHROEFKRACHTEN, SNELHEID
SCHROEFOMWENTELINGEN
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
Informatie
M.111 5
2
FIG.6
- S S - Snelheid in m / s
>
Oj
3
1
t>
<Jt
S c h r o e f k r a c h t e n (kg)
VERBAND
TUSSEN
EN
SCHROEFKRACHTEN, SNELHEID
SCHROEFOMWENTELINGEN
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
Informatie
M.1115
2
FIG. 8
X
e
•S
ai
2J
5
z
Z
<
c
D
C71
Q.
O
O
in
Verband
t u s s e n snelheid
en afgelegde
weg
Informatie
WATERLOOPKUNDIG
O.
LABORATORIUM
M.1115
2
FIG.
9
Snelheid
in m/s
*j
e
X
a
-
a;
<
z
O
—
=>
p
_
C7>
c
D
C7I
Q.
Verband
t u s s e n snelheid
en afgelegde
weg
Informatie
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
M.1115
2
FIG.
/O
Snelheid
O
CM
O
O
Q
S
In m/s
O
«O
SL
i
D
Verband t u s s e n snelheid
en afgelegde
WATERLOOPKUNDIG
>1
weg
LABORATORIUM
Informatie
M.1115
2
FIG.
HOOFDAFMETINGEN
Lengte o v e r
alles
:79.95m
L e n g t e t u s s e n de
Lengte
spant
loodlijnen
0-20
:77.42m
Spantalstand
Breedte
Holte
op
in de
•.76.92m
. 3.87m
bkt
spanten
zijde
: 9.45m
: 2.50m
Diepgang
:
2.50m
Waterverplaatsing
:1598m-
9.50 m
Lengte
over
Lengte
langs
alles
de
79.95m
waterlijn
79.20m
2.50m
Waterverplaatsing
1 6 5 0 nn^
SPANTVORMEN E N HOOFDAFMETINGEM
HET
VAN
RUN-HERNE KANAALSCHIP „OLIVIER"
W A T E R L O O P K U N D I G LABORATORIUM
Informatie
schaal
schaal
M.1115
2
1:125
1:500
FIG. 12
Verband
tussen s c h r o e f k r a c h t , t o e r e n t a l
snelheid
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
cn
Informatie
M.1115
2
FIG.13
O
00
^ '
O
— S c h r o e f k r (kg)
»0
O
N I
M
C>
O
c>
tomw./min
1000
Snelheid
X Schroefkrachten
1 500
2000
C>4
c>
c
1.
»
JC
(.
^
c
m
H
Q.
N.A.R
lOcm
1i
lm uit t.t.
Olivier
{/
O
—
/ »
in
(n
• -
l/)
Q.
Q
—
•\
0.
O
oq
to
>i.
O
Ö
O
cg
c
O
Snelheid ( m / s )
Verband tussen schroef k r a c h t , snelheid
toerental
W A T E R L O O P K U N D I G LABORATORIUM
en
1 n forma tie
M.ni5
2
FIG.U
Schroefkr. (kg)
c
OJ
*-•
e.
u
m
I ,
. «
i>j
o
•.,
c
O
tn
X
ay
c.
c
in
E
•
E
o
O
u
tn
>
O
E
u
0
a;
<
c«
c
Q ,
JZ
o
tn
(!J
.«
Snelheid (m/s)
Verband
tussen schroefkracht, toerental
snelheid
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
en
Informatie
M.ni5
2
FIG. 15
0.5
1
S c h r o e f k r a c h t e n (kg)
Schroefkrachten als functie
van de snelheid
WATERLOOPKUNDIG LABORATORIUM
nformatie
M.ni5
2
FIG.1 6
Verband
tussen s c h r o e f k r a c h t , toerental
en snelheid
Informatie
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
M. 1115
2
FIG.
s
5
c
O
q;
<
z
O»
c
O
O)
in
O.
Q
Verband
t u s s e n snelheid
en afgelegde
O
—
Q.
Q.
weg
Informatie
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
M.1115
2
FIG. 19
Zijaanzicht
Zijaanzicht
—
voorschip
—
J
~ —
achterschip
0.5
2m
L
Cf
k 1
4.5
V
60
lm
V
—1
Opstelling
roeren en schroeven
Informatie
L I J N E N P L A N VAN D E DUWBOOT
2
"SUPERBROUSSE
S c h a a l I : lOO
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
M. 1115
FIG. 2 O
|8 8.50m
H
T
I4.30m
i
22.80m
i
35 5 0 m
I
2x76.50n)
Hoofdafmetingen van de duwecnheid
4 Europa n
^^Superbrousse" met
bak!<en.
W A T E R L O O P K U N D I G LABORATORIUM
Informatie 2
M.1115
FIG. 2 1
1
VERBAND T U S S E N T O E R E N T A L ^ S N E L H E i D
S C H R O E F KRACHT
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
TL
EN
O»
PEI'LNAP
midden
DiEPGANG
0.16M
SUPERBROüSSE-i-4
M.W5
FIG. 22
fTHS/^^^^^)
VEPBAND TUSSEN T O E R E N TAL^SNELHEID
SCHROEFKRACHT
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
rOUANUMMdU
EN
UI^HI^NE"
P E I L N A . P l m uit
DiEPGANG 0.16M
SUPERBROUSSE
M.11i5
FIG. 23
t.t.
44
SCHROEF KRACHT ALS F U N C f l E V A N
DE
SNELHEID
W A T E R L O O P K U N D I G LABORATORIUM
PEILNAP
DIEPGANG 0,16M
SUPERBROUSSE+4
M.1115
FIG. 24
Snelheid
O
CM
O
Q
00
in m/s
O
SL
+
Tl
Verband
t u s s e n snelheid
en afgelegde
WATERLOOPKUNDIG
weg
LABORATORIUM
Informatie
M.1115
2
FIG. 25
tl
in
VI
O
L.
J3
t-
«I
B
o:
<
z
O
—
u
Q.
3
O)
^
O)
c
O
Q-
O
10
Verband t u s s e n snelheid
en afgelegde
weg
Informatie
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
M.1115
2
FIG. 2 6
Informatie
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
M.
J J J ^
2
FIG. 27
r
^
N
O/fs
,^ y? c /y
s
/y>Ay^^
WATERLOOPKUNDIG
LABORATORIUM
M.
///^
FIG.
Jl/
E
5
m
£
•—
Q.
•»—
(V
c
O
'Ji: O
O)
O
cr
Afstand
van s t a r t p u n t schip tot m e e t r a a i
S c h r o e f t o e r e n t a l : 1275 / m i n .
—.
.—
Scheepssnelheid ( m / s )
__o
0 - - Maximale r e t o u r s t r o o m (cm/s)
_..x
X-.-
Maximale s p i e g e l d a l i n g ( m m )
A:
meetgebied voor
B:
meetraai
scheepssnelheid
voor r e t o u r s t r o o m en spiegeldaling
Invloed van de p l a a t s van de m e e t r a a i
op de
meetresultaten.
W A T E R L O O P K U N D I G LABORATORIUM
Informatie
M.1115
2
FIG.28
A
-
B
14
0.7
12
0.6
)
T
—
1\^
'
Spiegeldaling (mm)
Retourstroom (cm/s)
?
^
1
(
•
i
>- —
( 1\
;j
>
( 1
>
0.5
>
>
*
) /•
/
/
/
/
0/,
'
/'
t
1
1
—
/•/
"
\ .
?
L-
\^
^
'^^
~ i
r
0.3
-
J
„
;
J
c
1
-* •A
:heep ssnel heid
4
>
—-A
2
L = 755m
Dl
d
" S u p e r b r o usse'
n
L
2L
U A / et o n h
3L
^Afstand
4L
5L
6L
v a n s t a r t p u n t schip t o t m e e t r a a i
—.
.— Scheepssnelheid ( m / s )
—o
0--
Maximale r e t o u r s t r o o m (cm/s)
X-.-
Maximale s p i e g e l d a l i n g ( m m )
meetgebied voor
B ; meetrddi
7L
scheepssnelheid
voor r e t o u r s t r o o m en spiegeldaling
Invloed van de p l a a t s van de m e e t r a a i
op de
meetresultaten.
WATERLOOPKUNDIG
01
o
Schroeftoerental :875/min.
A;
02
LABORATORIUM
Informatie
M.1115
2
FIG. 29
0