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 zijn 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 ca. 700 pk is geïnstalleerd. 2 "livier", 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 ca. 2000 pk is geinstolleerd. 3 "Superbrousse", een model van een duwboot met een vermogen tot ca. 9000 pk, 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 zijn om het systematische onderzoek optimaal te kunnen verrichten. 2 Resultaten van de proefvaarten 2.1 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 zijn, zijn 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... 11. Voor de "Rixt" varend op respectievelijk, 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... 4. De diepgang van het schip bedraagt 3 m terwijl de totale waterdiepte 6 m (peil = N.A.P.) bedraagt. 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 expliciet weergegeven, In de figuren 6 en 7 is voor één plaats in het dwarsprofiel, namelijk het midden, bij 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 duidelijk toeneemt bij grotere waterdiepte, zij het dat de vaarsnelheid bi j 8 m resp. 9,125 m waterdiepte nagenoeg gelijk is. De "Rixt" ondervindt dus bij een waterdiepte van 6 m wel, 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... 11, waarin tevens de grenzen van het meettraject zijn aangegeven. In het algemeen kan worden gesteld dat er binnen dit gebied sprake is van een nagenoeg constante snelheid.
2.3 Resultaten van de "livier" Met het model van een Ri jn-hernekanaal-schip "livier" (figuur 12) is nagenoeg dezelfde serie proefvaarten verricht als met de "Rixt", echter met beperking tot een v^'oterdiepte van 6 m. De diepgang van de "livier" bedraagt 2,50 m. Er is weer op di-ie plaatsen in het dwarsprofiel gevaren namelijk: a 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. ok 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) blijkt weer de schroefkracht nagenoeg gelijk te blijven terwijl 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 "Rixt": 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 plaatsafhankelijk te zijn met betrekking tot het meten van de waterbeweging. 2.4 Resultaten van de "Superbrousse" Met de "Superbrousse" met 4 Europa-ll bakken (76.50 * 11.40 * 4.00 m^) met een diepgang van 4 m (figuren 20 en 21) is bij 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 zijn met bovenstaande randvoorwaarden nog niet verricht. Uit de figuren 22 en 23, 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- nder 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. ok hier is binnen het meetgebied een vrijwel constante vaarsnelheid bereikbaar zij het dat bij hoge toerentallen steeds meer afwijking wordt geconstateerd, reden waarom het meetgebied later tot 20,5 m is beperkt. Voorts zij opgemerkt dat de grootste vaarsniheid bij hoge toerentallen bereikt wordt ca. 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 zijn evenwicht bereikt stijgt de weerstand en daalt dus de vaarsnelheid totdat de weerstand en de schroefkracht aan elkaar gelijk zijn. De benodigde wachttijd tussen twee vaarten met de "Superbrousse" is bepaald door de waterstand gedurende ca. 30 minuten te registreren (figuur 27). Het blijkt dat na ca. 15 minuten de oorspronkelijke waterstand weer wordt bereikt, dus is een interval van 15 minuten noodzakelijk. Tevens schijnt de gereflecteerde golf sterker te zijn dan de oorspronkelijke golf, doch dat verschijnsel werd veroorzaakt doordat simultaan met de retourgolf werd teruggevaren naar het beginpunt. In de figuren 28 en 29 zijn de resultaten samengevat van een onderzoek naar de stabiliteit van de waterbeweging rond het schip als functie van de afgelegde weg. Het blijkt dat zowel voor 875 omw./min als voor 1275 omw./min de waterbeweging binnen het meetgebied in lengterichting niet plaats afhankelijk is, hetgeen het voordeel biedt dat In lengterichting meerdere instrumenten kunnen worden opgesteld, terwijl de resultaten na correctie voor de afstand toch direct vergelijkbaar zijn, temeer daar de meetraaien B halverwege het meetgebied A zijn gelegen.
X - 4.80m teen ta ud I midden I 7.A cm Stortsteen 50/200 nderzocht dwarsprofiel 2.40m 40cm I I Ligging meetraaien 20cm 20cm 20cm 1 ï 1 MIM MII 24cm Meetpunten boven het talud SITUATIE Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.III5 FIG.
SPANTVRMEN HQFDAFMETINGEN Lengte over alles 31,75m Lengte tussen de loodlijnen 2710m Breedte 7,50m Diepgang 3.00m Waterverplaatsing 32.5 m" BVENAANZICHT Lengte langs de waterlijn 29m 31,75nn SPANTVRMEN EN HFDAFMETINGEN VAN HET NDERZEKINGSVAARTUIG RIXT" Informatie 2 schaal 1:100 schaal 1 : 200 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115. FIG.1 ^
Snelheid in m/s P *<r> go ö KJ p p p p ^^^^i-schroefkrachten (kg) VERBAND TUSSEN SCHREFKRACHTEN, SNELHEID EN SCHREFMWENTELINGEN Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M. 1115 FIG. 2
Snelheid in m/s c- 00 > iij lu 3 4' Schroefkrachten (ks) VERBAND TUSSEN SCHREFKRACHTEN, SNELHEID EN SCHREFMWENTELINGEN Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG.3
Snelheid in m/s > ft» 3 3 3 Schroefkrachten (kg) VERBAND TUSSEN SCHREFKRACHTEN,SNELhÊi b EN SCHREFMWENTELINGEN Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 4
^i-snelheid in m/s V > i CU 3 ^-Schroefkrachten (kg) VERBAND TUSSEN SCHREFKRACHTEN, SNELHEID EN SCHREFMWENTELINGEN Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.111 5 FIG.6
- S S - Snelheid in m/s > j 3 1 t> <Jt Schroefkrachten (kg) VERBAND TUSSEN SCHREFKRACHTEN, SNELHEID EN SCHREFMWENTELINGEN Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 8
X e S ai Z < 2J 5 z in c D C71 Q.. Verband tussen snelheid en afgelegde weg Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 9
Snelheid in m/s *j e => X p a _ - C7> c D C7I Q. a; < z Verband tussen snelheid en afgelegde weg Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. /
>1 CM Q S Snelheid «SL In m/s i D Verband tussen snelheid en afgelegde weg Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG.
HFDAFMETINGEN Lengte over alles :79.95m Lengte tussen de loodlijnen.76.92m Lengte spant 0-20 :77.42m Spantalstand. 3.87m Breedte op bkt spanten : 9.45m Holte in de zijde : 2.50m Diepgang : 2.50m Waterverplaatsing :1598m- 9.50 m Lengte over alles 79.95m Lengte langs de waterlijn 79.20m 2.50m Waterverplaatsing 1650 nn^ Informatie 2 SPANTVRMEN EN HFDAFMETINGEM VAN HET RUN-HERNE KANAALSCHIP LIVIER" schaal 1:125 schaal 1:500 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 12
Verband tussen schroefkracht, toerental cn snelheid Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG.13
C>4 Schroefkr (kg) 00»0 NI M ^' C> c > livier 500 2000 uit t.t. X Schroefkrachten lm lcm Snelheid N.A.R 1000 1 /» in tomw./min > c c 1.» JC {/ (. 1 i ^ (n c m - H Q. l/) Q. Q 0. \ oq to >i. cg c Ö Snelheid (m/s) Verband tussen schroef kracht, snelheid en toerental 1 n forma tie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.ni5 FIG.U
Schroefkr. (kg) c J *- e. u m I,. «i>j o., c tn X ay c. c in E E o u tn E a; > u 0 < c«c Q, (!J JZ o.«tn Snelheid (m/s) Verband tussen schroefkracht, toerental en snelheid Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.ni5 FIG. 15
0.5 1 Schroefkrachten (kg) Schroefkrachten als functie van de snelheid nformatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.ni5 FIG.1 6
Verband tussen schroefkracht, toerental en snelheid Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M. 1115 FIG.
s 5» c ) c q; < z in. Q Q. Q. Verband tussen snelheid en afgelegde weg Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 19
Zijaanzicht achterschip Zijaanzicht voorschip ~ J L 0.5 Cf 4.5 k 1 V 60 V 1 2m lm pstelling roeren en schroeven LIJNENPLAN VAN DE DUWBT "SUPERBRUSSE Informatie 2 Schaal I : l WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M. 1115 FIG. 2
H 8 8.50m T I4.30m i 22.80m i 35 50m I 2x76.50n) Hoofdafmetingen van de duwecnheid ^^Superbrousse" met 4 Europa n bak!<en. Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 2 1
1 TL» VERBAND TUSSEN TERENTAL^ SNELHEi D SCHREF KRACHT EN PEI'LNAP midden DiEPGANG 0.16M SUPERBRüSSE-i-4 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.W5 FIG. 22
fths/^^^^^) ruanummdu UI^HI^NE" VEPBAND TUSSEN TEREN TAL^SNELHEID SCHREFKRACHT EN PEILNA.P lm uit t.t. DiEPGANG 0.16M SUPERBRUSSE 44 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.11i5 FIG. 23
SCHREF KRACHT ALS FUNCflEVAN DE SNELHEID PEILNAP DIEPGANG 0,16M SUPERBRUSSE+4 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 24
Snelheid in m/s CM Q 00 SL + Tl Verband tussen snelheid en afgelegde weg Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 25
tl in VI L. J3 t- «I Q. 3 ) 10 o: u < ^ B z ) c Q- Verband tussen snelheid en afgelegde weg Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 2 6
Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M. JJJ^ FIG. 27
r ^ N /fs,^ y? c /y s /y>ay^^ WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M. ///^ FIG. Jl/
E 5 m c 'Ji:» Q. (V ) cr Afstand van startpunt schip tot meetraai Schroeftoerental : 1275 /min... Scheepssnelheid (m/s) o 0-- Maximale retourstroom (cm/s) _..x X -. - Maximale spiegeldaling (mm) A: meetgebied voor scheepssnelheid B: meetraai voor retourstroom en spiegeldaling Invloed van de plaats van de meetraai op de meetresultaten. Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG.28
A - B 14 0.7 12 0.6 Spiegeldaling (mm) Retourstroom (cm/s) 4 \. / / / / ' /' t ) / / ^ * L- \^ ^ 1 -* A ) T 1^ ' ( 1 ( 1 \ \ i ; j? 1 1 > > " J '^^ ~i r ; >- -A - ( 1 > > >? J c heid 0.5 0/, 0.3 02 2 L = 7 55m ssnel :heep 01 n Dl UA/e t onh o d "Superbro usse' L 2L 3L 4L 5L 6L 7L ^Afstand van startpunt schip tot meetraai 0 Schroeftoerental :875/min... Scheepssnelheid (m/s) o 0 - - Maximale retourstroom (cm/s) X -. - Maximale spiegeldaling (mm) A; meetgebied voor scheepssnelheid B ; meetrddi voor retourstroom en spiegeldaling Invloed van de plaats van de meetraai op de meetresultaten. Informatie 2 WATERLPKUNDIG LABRATRIUM M.1115 FIG. 29