Krachten opgewekt door boegschroeven in ondiep water en...

Faculteit Ingenieurswetenschappen

Vakgroep

Mechanische Constructie en Productie

Afdeling Maritieme Techniek

Krachten opgewekt door boegschroeven in ondiep water en

beperkte vaargebieden

door

Jan Bertrem

Promotor : Prof. dr. ir. Marc Vantorre

Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van

burgerlijk werktuigkundig-elektrotechnisch ingenieur

optie maritieme techniek

Academiejaar 2006-2007

WOORD VOORAF i

Woord vooraf

In de maritieme wereld valt de trend op dat de afmetingen van schepen toenemen. Met

deze toename gaat een afname van de manoeuvreerbaarheid gepaard. Het schip wordt

moeilijker handelbaar en de consequenties van een verkeerd manoeuvre worden groter.

Om een schip van richting te veranderen is er een roer voorzien. Dit roer werkt echter

minder goed bij lage snelheid. Een schip zal dus moeilijker kunnen manoeuvreren wanneer

het traag vaart, zoals in een haven of een ander beperkt vaargebied. Daarom zal men

beroep doen op sleepboten om het schip te assisteren. Een schip kan ook worden uitgerust

met boeg- en/of hekschroeven die de manoeuvreerbaarheid terug verbeteren. Op deze

manier kan men besparen op sleepboten en is het schip meer autonoom.

Ik heb voor deze thesis gekozen omdat het onderwerp me interesseerde en een mix is

van scheepshydrodynamica, werktuigkunde, theoretisch en experimenteel onderzoek. Het

voorbije jaar is dan ook erg boeiend, afwisselend en leerrijk geweest. Er zijn tal van mensen

die elk op hun manier, hun steentje hebben bijgedragen om dit werk te maken tot wat het

nu is. Mensen die mij in de loop der jaren gesteund hebben en mij de kans geboden hebben

om kennis te kunnen opdoen.

Graag wil ik dan ook de volgende mensen bedanken. In de eerste plaats bedank ik mijn pro-

motor professor Marc Vantorre en mijn begeleider Guillaume Delefortrie voor hun energie

die ze in mij en deze thesis gestopt hebben, voor de vele vragen te beantwoorden waarmee

ik hen telkens heb lastig gevallen en voor de tijd en moeite die zij gedaan hebben om de

opleiding te maken tot wat ze is. Graag wil ik ook de mensen van het Waterbouwkundig

Laboratorium bedanken voor het ter beschikking stellen van de sleeptank en de ondersteu-

ning gedurende mijn thesis, bedankt Erik Laforce, Evert Lataire, Greet Van Kerkhove en

Luc Van Ostaeyen.

Zonder mijn ouders was dit allemaal niet mogelijk geweest. Zonder hen zou ik nooit de

kans gehad hebben om aan deze opleiding te kunnen beginnen. Ze hebben mij steeds alle

mogelijkheden gegeven om mij te ontplooien, me te verdiepen in mijn interesses, te staan

waar ik nu sta en daar ben ik hen dan ook uiterst dankbaar voor.

Mijn vriendin Elke mag zeker niet ontbreken, ze stond altijd klaar voor me wanneer ik ze

nodig had en is sinds lange tijd mijn grote steun. Ik wil haar dan ook ten zeerste bedanken

voor het frequente nalezen en de grammaticale tips.

Verder wil ik nog een aantal mensen bedanken die hier niet bij naam vermeld zijn maar

toch op een of andere manier voor mij een steun geweest zijn, een uitlaatklep, en mij mee

gemaakt hebben tot de mens die ik nu ben. Bedankt.

TOELATING TOT BRUIKLEEN iii

Toelating tot bruikleen

“De auteur geeft de toelating deze scriptie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen

van de scriptie te kopieren voor persoonlijk gebruik.

Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met

betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van

resultaten uit deze scriptie.”

Krachten opgewekt door

boegschroeven in ondiep water en

beperkte vaargebiedendoor

Jan Bertrem

Scriptie ingediend tot het behalen van de academische graad van

Burgerlijk werktuigkundig-elektrotechnisch ingenieur:

optie maritieme techniek

Academiejaar 2006–2007

Promotor: Prof. dr. ir. M. Vantorre

Scriptiebegeleider: dr. ir. G. Delefortrie

Faculteit Ingenieurswetenschappen

Universiteit Gent

Vakgroep Mechanische Constructie en Productie Afdeling Maritieme Techniek

Voorzitter: Prof. dr. ir. J. Degrieck

Samenvatting

In dit werk worden de krachten opgewekt door een boegschroef in ondiep water en beperktevaargebieden onderzocht. Dit wordt onderzocht aan de hand van een aantal experimen-ten op een schaalmodel van een LNG tanker schip uitgevoerd in de sleeptank van hetWaterbouwkundig Laboratorium te Antwerpen.

Trefwoorden

boegschroef, laterale thruster, beperkt vaargebied, ondiep water

Forces induced by Bow Thrusters in shallow andconfined Water

Jan Bertrem

Supervisor(s): Marc Vantorre, Guillaume Delefortrie

Abstract— This article explains the setup used for model experimentsconcerning the use of lateral thrusters near a quay wall and in shallow wa-ter, conducted in the towing tank of the Flanders Hydraulics Research Cen-tre. Some results are presented.

Keywords—lateral thrusters, bow thruster, shallow water, confined water

I. INTRODUCTION

THE increasing size of todays ships and the demand for amore autonomic ship regarding berthing and unberthing

maneuvers makes the use of thrusters popular. A study has beenconducted to investigate the behavior of the forces induced by abow thruster installed in a LNG tanker. This study is intendedas a preface for future research that will enable the building of amodel to be used in a simulator.

II. STATE OF THE ART

Little is know on the use of thrusters in shallow water and neara quay wall, hence this study. From the limited available liter-ature it can be found that a serious drop occurs in forces, morethen 50%, to be found when the ship is moving at slow speedahead [1]. A straight cilinder is the preferred tunnel shape, theapplication of a conical fairing at the aft end of the tunnel exitand entrance reduces the resistance [3]. Reducing the tunneldiameter reduces the decrease in thrust as the ships speed in-creases, this at the cost of reduced thrust at zero speed comparedto a larger tunnel diameter. A rounding of at least 10% of thetunnel diameter should be applied to the tunnel entrance and exit[4]. The influence of a quay wall in deep water is negligable [5].

III. EXPERIMENTAL SETUP

A. The Model Ship

A 1/70 scale model of a LNG tanker was equipped with alateral thrust unit located in the bow. The main characteristicsof the ship can be found in Table I.

B. Towing Tank

The towing tank was equipped with a quay wall of 32.51 mlength with a lock at the end of 7.14 m length.1 The water depthwas varied between 10% and 140% under keel clearance (ukc).

J. Bertrem is a student with the Mechanical Construction and ProductionEngineering Department, Ghent University (UGent), Gent, Belgium. E-mail:[email protected] .

1The Towing Tank for Manoeuvres in Shallow Water (co-operation FlandersHydraulics Ghent University) was accepted as a member organisation of theITTC (International Towing Tank Conference) in 1993.

scale λL 70Ship Model

LOA [m] 280 4LPP [m] 266.605 3.81B [m] 41.6 0.59D [m] 20.9 0.3T [m] 11 0.16∀ [m3] 93670 0.27CB 0.77 0.77

TABLE IMAIN CHARACTERISTICS OF THE SHIP.

IV. RESULTS

Influence of the ukc and the proximity of the quay wall canbe seen on Figures 1 and 2 . The distance from the side of theship to the quay wall is expressed as a fraction of the width ofthe ship. The speed is the speed of the model, every step inspeed equals 1 knot. On Figure 3 the force can be seen in

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 0 0.2 0.4 0.6speed [m/s]

forc

e [N

]

no quayB0.35B0.20B0.10B

Fig. 1. 10% ukc with thrust direction away from the quay

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.2 0 0.2 0.4 0.6speed [m/s]

forc

e [N

]

no quayB0.35B0.20B0.10B

Fig. 2. 140% ukc with thrust direction away from the quay

function of different ukc while the ship is in a lock. The “L”

and “H” are for 2 settings of the revolutions of the thruster, “L”corresponding to low rpm and “H” corresponding to high rpm.As can be seen, there is a large influence of the water depth onthe force generated by the bow thruster.

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ukc [%]

forc

e [N

]

LH

Fig. 3. Force in function of ukc with the ship in a lock.

V. CONCLUSIONS

From the results of the study it can be concluded that there isa rather large effect of the water depth/ukc on the use of a bowthruster. A quay wall has influence on the behavior of a lateralthruster. If the thrust is directed away from the wall, an increasein force and moment delivered from the thruster will occur. Ifthe thrust is directed toward the quay wall then a decrease inforce but an increase in moment can be expected. The use of athruster when sailing with a drift angle seems to be unfavorablecompared to sailing without a drift angle. The forces deliveredby a thruster while in a lock are highly affected by the waterdepth/ukc.

REFERENCES

[1] M.S Chislett and O. Bjorheden, Influence of Ship Speed on the Effectivenessof a Lateral-Thrust Unit, Hydro. and Aerodynamics Laboratory, 1966.

[2] M. Vantorre, Towing tank for manoeuvres in shallow water,http://watlab.lin.vlaanderen.be/

[3] J.W. English, Further considerations in the design of lateral thrust units,volume 14, International shipbuilding progress, 1967.

[4] J.W. English, The design and performance of lateral thrust units for ships -hydrodynamic considerations!, volume 103, Trans IMarE, 1966.

[5] W. Becker, Manoevring Technical Manual., Seehaven Verlag GmbH, 1993.

INHOUDSOPGAVE vii

Inhoudsopgave

Woord vooraf i

Toelating tot bruikleen iii

Overzicht iv

Extended Abstract v

Lijst van afkortingen xi

Lijst van eenheden xiv

1 Boegschroeven 1

1.1 Algemene inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Aanleiding tot het onderzoek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 Doelstellingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.4 Opbouw van de thesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.5 Soorten boegschroeven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.5.1 Laterale thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.5.2 Roteerbare thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.6 Beschikbare gegevens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.7 Vermogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.8 Thruster werking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.9 Schroefperformantie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

INHOUDSOPGAVE viii

1.10 Literatuur Onderzoek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.10.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.10.2 Relevante werken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2 Metingen 40

2.1 Inleiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

2.1.1 Sleeptank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.1.2 Modelproeven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.2 Beschrijving van de apparatuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.2.1 Sleeptank van het Waterbouwkundig Laboratorium . . . . . . . . . 42

2.2.2 Sleepwagen van het Waterbouwkundig Laboratoruim . . . . . . . . 44

2.2.3 Assenstelsels en soorten proeven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.2.4 Procedure voor het uitvoeren van proeven . . . . . . . . . . . . . . 49

2.3 Gebruikte opstelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.3.1 Omgeving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.3.2 Model M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.3.3 IJking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.4 Proevenprogramma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

2.4.1 Gebruikte snelheden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.4.2 Afstanden tot de kaaimuur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.4.3 Hoeken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

2.4.4 Toerentallen boegschroef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

3 Resultaten metingen 68

3.1 Paaltrek proeven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.1.1 In het midden van de tank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3.1.2 Nabij de kaai met stuwkracht weg van de kaai . . . . . . . . . . . . 70

3.1.3 Nabij de kaai met stuwkracht naar de kaai . . . . . . . . . . . . . . 72

3.1.4 Verdere analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

INHOUDSOPGAVE ix

3.2 StatX proeven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.2.1 In het midden van de tank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.2.2 Nabij de kaai met stuwkracht weg van de kaai . . . . . . . . . . . . 86

3.2.3 Nabij de kaai met stuwkracht naar de kaai . . . . . . . . . . . . . . 93

3.3 PMMPSI proeven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

3.3.1 35% ksp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

3.3.2 20% ksp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

3.3.3 10% ksp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

3.4 Multi proeven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.4.1 Beweging naar de kaai toe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.4.2 Beweging weg van de kaai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

3.5 In een sluis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

4 Conclusie en aanbevelingen 108

4.1 Conclusie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

4.2 Aanbevelingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

A ζ waarden 111

B Dimensieanalyse 112

C Karakteristieken voor Y en N voor verschillende schepen 116

D VBA code paaltrek proeven 118

E VBA code statx proeven 122

F Figuren invloed kaai 127

F.1 Nabij de kaai met stuwkracht weg van de kaai . . . . . . . . . . . . . . . . 127

F.1.1 140% kielspeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

F.1.2 35% kielspeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

F.1.3 20% kielspeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

INHOUDSOPGAVE x

F.1.4 10% kielspeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

F.2 Nabij de kaai met stuwkracht naar de kaai . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

F.2.1 140% kielspeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

F.2.2 35% kielspeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

F.2.3 20% kielspeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

F.2.4 10% kielspeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

Referenties 143

Lijst van figuren 146

Lijst van tabellen 153

LIJST VAN AFKORTINGEN xi

Lijst van afkortingen

Afkorting Eenheid Benaming

A0 [m2] dwarse oppervlakte tunnel

AA [m2] bovenwater laterale oppervlakte schip

AST Anti Suction Tunnel

AT [m2] oppervlakte doorsnede tunnel

AU [m2] onderwater laterale oppervlakte schip

B [m] breedte

c [NW

] specifieke stuwkracht

C [-] paaltrekcoefficient

CB [-] blokcoefficient

CFD Computational Fluid Dynamics

CMAmax [-] maximale wind moment coefficient

CMW [-] water moment coefficient

CPP Constant Pitch Propeller

D [m] holte, diameter tunnel

d [m] diameter van de naaf

dwt [m3] Deadweight Tonnage

F [N] kracht

FPP Fixed Pitch Propeller

g [kgm/s2] gravitatieconstante

LIJST VAN AFKORTINGEN xii

h [m] hoogte

HP [ft lbs

] Horse Power

J [-] snelheidsgraad

JP [kg.m2] polair traagheidsmoment

KQ [-] koppelcoefficient

ksp [%] kielspeling

KT [-] stuwkrachtcoefficient

LNG Liquified Natural Gas

LOA [m] totale lengte schip

LPP [m] lengte schip tussen de loodlijnen

LWL [m] lengte langs de waterlijn

m [kg], [-] massa, snelheidsratio

MH [N.m] hydrodynamisch moment uitgeoefend op het schip

MP [N.m] moment geproduceerd door de thruster op het schip

MW [N.m] windkoppel op het schip

n [1/s] toerental

P [W], [m] vermogen, spoed

Q [m3

s] debiet

RoRo Roll-on Roll-off

ROV Remote Operating Vehicle

s [ms2

] versnelling

SMCR Selected Maximum Continous Rating

T [m], [N] diepgang, stuwkracht

TEU Twenty feet Equivalent Unit, 1 container heeft volgende

afmetingen LxBxH: 20 ft x 8 ft x 8 ft

tpm toeren per minuut

TT [N] stuwkracht thruster

ULCC Ultra Large Crude Carrier

LIJST VAN AFKORTINGEN xiii

V [ms] snelheid

vj [ms] jet snelheid

VW [ms] windsnelheid

WL Waterbouwkundig Laboratorium

Y [N] dwarskracht op het schip

z aantal schroefbladen

β [◦] drifthoek

δ [◦] roerhoek

γ [◦] gierhoek

φ [◦] spoedhoek

ψ [◦] koershoek

ρA [kg/m3] densiteit van lucht

ρw [kg/m3] densiteit van de vloeistof

ζ [-] verliesfactor, Bendemann factor

∀ [m3] volumedeplacement

LIJST VAN EENHEDEN xiv

Lijst van eenheden

Onderstaande lijst kan gebruikt bij het omzetten van eenheden die voorkomen in deze

thesis. Verdere informatie over de omzetting van eenheden kan op de volgende webpagina

gevonden worden:

http://en.wikipedia.org/wiki/Conversion_of_units

Eenheid Afkorting SI-waarde

foot ft 0.3048 m

nautical mile nm 1852 m

square foot sq ft 9.290304× 10−2 m2

pound lb 0.5 kg

horse power HP 735.498 W

slug slug 14.59 kg

Fahrenheit F T[◦F] = 1.8 x T[◦C] + 32

knoop kn 0.5144 m/s

http://en.wikipedia.org/wiki/Conversion_of_units

BOEGSCHROEVEN 1

Hoofdstuk 1

Boegschroeven

1.1 Algemene inleiding

De schepen van tegenwoordig worden steeds groter en groter. Omdat grote schepen meer

lading kunnen meenemen kan men de vrachtprijzen drukken. Een actueel voorbeeld hiervan

zijn de containerschepen. Deze grote en snelle schepen hebben een enorme groei gekend

de laatste jaren. Neem een schip als de Emma Mærsk. Dit schip heeft een capaciteit

van 11000 TEU (Twenty foot Equivalent Unit). Dat wil zeggen dat de Emma Mærsk in

staat is om 11000 kleine of 5500 grote containers mee te nemen. Ze is 397 meter lang, 56

meter breed en heeft een snelheid van 27 knoop. Om deze hoge snelheid te halen heeft

de Emma Mærsk hiervoor een motor van 109 000 HP (Horse Power of paardenkracht)

[1],[2]1. Samen met deze toenemende groei van de schepen is er een stijgend verlangen naar

schepen die zelfstandig kunnen opereren. Dit komt vooral neer op het zelfstandig kunnen

manoeuvreren in beperkte wateren zoals bijvoorbeeld in havens, in ondiepe wateren, in

kanalen of in sluisen. De enorme groei in afmetingen van schepen maakt manoeuvreren

moeilijker. Een klein schip is meestal goed handelbaar. Een ULCC (Ultra Large Crude

Carrier) olietanker van pakweg 420 meter is niet meer zo vlot handelbaar en men moet daar

heel bedachtzaam mee omspringen. Om deze schepen op een veilige manier in de haven

1nummers tussen [ ] zijn verwijzingen naar referenties

1.1 Algemene inleiding 2

Figuur 1.1: Recente en toekomstige ontwikkeling van de

containerschepen.[3]

te laten aan- en afmeren maakt men gebruik van sleepboten. Deze sleepbootassistentie is

een aanzienlijke kost voor rederijen. Het bouwen van een schip dat zelfstandig kan aan-

en afmeren of minder sleepboten nodig heeft, kan een flinke besparing opleveren. Om dit

manoeuvreerprobleem op te lossen zijn er een aantal mogelijkheden en een daarvan is het

gebruik van boeg- en hekschroeven.

Een klassiek schip heeft achteraan een roer en een propeller. Wanneer het roer niet wordt

aangestroomd, het schip ligt bijvoorbeeld stil in het water, dan levert dit roer geen kracht

en kan het bijgevolg niet gebruikt worden om te manoeuvreren. De doeltreffendheid van

een roer stijgt met de snelheid van het schip. Als men in een haven ligt en niet snel kan of

mag varen dan kan men door het roer een korte tijd met de propeller gepast aan te stromen

toch nog manoeuvreren. Zij het dan wel in beperkte mate want als men het roer te lang

aanstroomt dan begint het schip snelheid te maken. Bij grote schepen is dit kortstondig

belasten van de motor niet vanzelfsprekend. Daarom kan men een schip uitrusten met

boeg- en/of hekschroeven. Dit zijn schroeven die in een tunnel zijn ingebouwd in dwarse

richting van het schip, in plaats van in de langsrichting. Zie Figuur 1.2 voor een voorbeeld

1.2 Aanleiding tot het onderzoek 3

van een boegschroef. In theorie kan men met een boeg- en hekschroef het schip ter plekke

laten roteren. Er zijn nog andere systemen om het manoeuvreergedrag van schepen te

beınvloeden. Er wordt hier later op in gegaan.

Figuur 1.2: Boegschroef.[4]

1.2 Aanleiding tot het onderzoek

Boeg- en hekschroeven kunnen het manoeuvreren in havens, vooral dan bij aan- en afme-

ren, sterk vereenvoudigen. Bij manoeuvreersimulaties in dergelijke omstandigheden is het

dan ook van belang het effect van thrusters op een betrouwbare wijze te kunnen formule-

ren in een wiskundige model. De krachtwerking is afhankelijk van een aantal parameters

die in verband staan met de karakteristieken van de boegschroef zoals diameter, vermo-

1.3 Doelstellingen 4

gen, toerental. Maar ook scheepsparameters zoals lokale breedte, langsscheepse positie,

snelheidscomponenten in het horizontale vlak en omgevingskarakteristieken als diepte, na-

bijheid van kaaimuren kunnen van belang zijn.

De beschikbaarheid van een boegschroefmodule die rekening houdt met deze parameters

zou het realisme en de kwaliteit van gesimuleerde havenmanoeuvres sterk verbeteren. Dit

leidt dan uiteindelijk tot een veiliger en efficienter manoeuvreren in havens of andere be-

perkte vaargebieden.

1.3 Doelstellingen

Het doel van de thesis bestaat erin een proevenreeks op te stellen met een modelschip

uitgerust met een boegschroef. De gegevens worden verzameld en geanalyseerd.

Hiertoe dienen volgende stappen doorlopen te worden:

• Opzoeken van beschikbare kenmerken van boegschroeven;

• Theoretische studie naar de werking van boegschroeven;

• Literatuurstudie naar de effecten van boeg- en hekschroeven in functie van de rele-

vante parameters;

• Opstellen en uitvoeren van een proevenprogramma in de sleeptank van het Water-

bouwkundig Laboratorium te Borgerhout;

• Analyse van de verkregen data.

1.4 Opbouw van de thesis

• Hoofdstuk 1 Boegschroeven: Inleiding,thruster werking en literatuuronderzoek;

• Hoofdstuk 2 Metingen: Gebruikte apparatuur, opstelling en proevenprogramma;

1.5 Soorten boegschroeven 5

• Hoofdstuk 3 Resultaten metingen;

• Hoofdstuk 4 Conclusie en aanbevelingen.

1.5 Soorten boegschroeven

Tegenwoordig maken vele schepen gebruik van boeg- en hekschroeven als hulp bij het ma-

noeuvreren in havens, kanalen of andere beperkte vaargebieden. Denk maar aan ferry’s die

zelfstandig aan- en afmeren of onderzoeken boorschepen die op een vaste positie moeten

kunnen blijven. Ook grote containerschepen kunnen worden uitgerust met thrusters om

het manoeuvreren te vergemakkelijken, enzovoort.

Figuur 1.3: RoRo Seafrance Rodin met 4 laterale thrusters.[5]

Er zijn 2 verschillende soorten van thrusters:

• laterale thrusters;

• roteerbare thrusters.


Er bestaan hiervoor verschillende fabrikanten. Enkele grote namen zijn onder andere

Wartsila, Brunvoll, Rolls Royce, Schottel, Hatlapa, Ulstein, Kawasaki, . . . . 2 .

Deze 2 verschillende soort thrusters zijn in de loop der geschiedenis soms anders benoemd.

In deel 1.10.1 wordt hier verder op ingegaan en een lijst gegeven van de gebruikte bena-

mingen voor elke soort van thruster, zie Tabel 1.2.

1.5.1 Laterale thrusters

Laterale thruster is de algemene benaming voor wat men doorgaans kent als boeg- en/of

hekschroef. Het is een schroef die geplaatst is in een tunnel onder water die loopt van

bakboord tot stuurboord. Deze tunnel bevindt zich meestal zo ver mogelijk vooraan in het

schip, vaak nog voor het voorpiekschot. In dit geval spreekt men van een boegschroef. Een

schip kan ook een hekschroef hebben. Dan bevindt de tunnel zich zo ver mogelijk achteraan

in het schip. Een combinatie van boeg- en hekschroeven of meerdere boegschroeven is

mogelijk. Zie Figuur 1.2 voor een doorsnede van een boegschroef.

Van deze systemen zijn er meerdere mogelijke opties en varianten. Enkele mogelijke opties

zijn:

• demonteerbaar zonder dokken;

• lage geluidshinder;

• met of zonder motorondersteuning;

• propeller met verstelbare spoed of vaste spoed.

Figuur 1.4(b) toont een schip dat is uitgerust met 2 laterale thrusters met tussenin een

zuigbuis. Deze buis heeft tot doel de zuigkracht op de romp te verminderen en daardoor

de performantie te verhogen. Dit wordt in een later deel nog toegelicht.

2Meer informatie kunt u vinden op de websites van de fabrikanten via Internet


(a) laterale thruster (b) laterale thrusters met zuigbuis

Figuur 1.4: Laterale thrusters.[5]

1.5.2 Roteerbare thrusters

Roteerbare thruster is de algemene naam voor thrusters die roteren om de verticale as

van het schip. De richting van de stuwkracht kan bijgevolg varieren in het horizontale

vlak. Vaak gaat het over een schroef ingebouwd in een straalbuis waarvan het geheel vrij

kan roteren in het horizontale vlak. Deze veelzijdige thrusters kunnen zowat overal onder

het schip geplaatst worden en geven het schip sterke positioneringcapaciteiten. Voor een

afbeelding van een roteerbare thruster zie Figuur 1.5.

Figuur 1.5: Roteerbare thruster.[5]

1.6 Beschikbare gegevens 8

Bij roteerbare thrusters zijn er allerlei systemen op de markt. Enkele mogelijkheden zijn

thrusters:

• met of zonder straalbuis;

• met een propeller met verstelbare spoed of vaste spoed;

• inklapbaar in de bodem van het schip om zo de weerstand te verminderen;

• demonteerbaar zonder te dokken.

Roteerbare thrusters worden vaak gebruikt wanneer er zeer hoge positioneringseisen gesteld

worden. Ze komen frequent voor in offshore supply/production vessels, Remote Operating

Vehicles (ROV), sleepboten, researchschepen, . . . .

1.6 Beschikbare gegevens

Bronnenonderzoek, [5][6][7][8], wijst uit dat de volgende parameters beschikbaar zijn:

• Diameter van de thruster in functie van het vermogen;

• Geometrie van de thruster eenheid;

• Gewicht van de eenheid;

• Nominale toerental van de aandrijfeenheid voor de thruster;

• Schroef met verstelbare spoed of schroef met vaste spoed ;

• Aandrijving van de propeller. Meestal is er keuze tussen elektrisch of met diesel

motor, maar er zijn ook systemen die met stoom werken (eerder zeldzaam).

De keuzes die men moet maken bij de aanschaf van een bepaald systeem zijn niet evident

en er speelt vaak een economische factor mee. Zo is een systeem dat gebruik maakt van

een vaste spoed, verder afgekort tot FPP (fixed pitch propeller), goedkoper dan dat met

1.7 Vermogen 9

een verstelbare spoed, verder afgekort tot CPP (constant pitch propeller). Maar men

mag niet vergeten dat wanneer men gebruik maakt van een FPP systeem dat men ook

de aandrijving en hulpsystemen in rekening moet brengen. Dit moet een aandrijving zijn

met variabele snelheid en omkeerbaar van richting. Terwijl dit voor een CPP systeem een

aandrijving met een vast toerental is die niet omkeerbaar hoeft te zijn. Dit maakt de kost

van de propeller en de hulpsystemen groter voor FPP. Tegenwoordig valt in nieuwbouw

situaties de keuze meestal op een elektrische aandrijving. Dit wordt ook bevestigd door [9].

Wanneer een bestaand schip wordt uitgerust met een boegschroef dan wordt deze keuze

gebaseerd op de beschikbare krachtbronnen en kan men niet op voorhand zeggen of het

een elektrische motor of diesel motor wordt.

1.7 Vermogen

Het beschikbare vermogen is in de loop der jaren sterk toegenomen. Tegenwoordig zijn de

grootste beschikbare vermogens voor thrusters 4 megawatt. Dit is mogelijk door de tech-

nologische vooruitgang in het gebied van de mechanica en elektro-mechanica, voornamelijk

dan in het domein van tandwiel overbrengingen, afdichtingen en aandrijvingen. Op Figuur

1.6 is de verhouding vermogen tot diameter van de thruster te zien.

Figuur 1.6: Tunnel thruster range Rolls-Royce.[6]

1.7 Vermogen 10

Om een eerste schatting te kunnen maken hoeveel vermogen nodig is om een schip uit

te rusten met thrusters, hebben vele fabrikanten, steunend op ervaringsgegevens, tabellen

of grafieken opgesteld. Deze laten toe per type van schip een schatting te geven van het

nodige vermogen. Dit vermogen zal dan aanleiding geven tot manoeuvreercapaciteiten

die in het verleden bij andere schepen als voldoende werden ervaren. Een voorbeeld van

dergelijke tabel vindt u in Figuur 1.7.

Figuur 1.7: Benodigde thruster vermogen per scheepstype.[10]

Men gaat ervan uit dat de verhouding stuwkracht tot vermogen (thrust to power ratio)

ongeveer als volgt is:T

P= ±0.147

kN

kW(1.1)

Dit getal is een gemiddelde gebaseerd op data vermeld in [11], metingen op ware grootte

vermeld in [12], een brochure van Ulstein Transverse Thrusters uit 1989 en het komt ook

voor in [13]. Als de laterale geprojecteerde oppervlaktes onder en boven de waterlijn van

het schip gekend zijn, kan een schatting van het nodige vermogen gemaakt worden. Een

klein voorbeeld als toelichting.

Een car ferry met volgende oppervlaktes:

Onder water laterale opp. = 400 m2

Boven water laterale opp. = 1000 m2

Selecteer uit Figuur 1.7 respectievelijk 15 en 8 kg/m2 benodigde thrust voor de

1.8 Thruster werking 11

onder en boven water oppervlakte. Vul dit in in de volgende formule om een

schatting voor het vermogen te krijgen:

P =(1000 m2 × 8 kg/m2) + (400 m2 × 15 kg/m2)

15 kg/kW= 934 kW (1.2)

Dit vermogen kan verdeeld worden over een boeg- en hekschroef.

1.8 Thruster werking

Een laterale thruster is te vergelijken met een axiale pomp. Door toepassen van de 2e wet

van Newton zijn volgende resultaten af te leiden [13]:

F = ms (1.3)

met:

• F [N] de som van de inwerkende krachten;

• m [kg] een massa;

• s [m/s2] een versnelling.

We kunnen deze vergelijking ook onder de volgende vorm schrijven:

F =d

dt(ms) = s

dm

dt+m

ds

dt(1.4)

Wanneer de snelheid s = v een constante is dan krijgen we deze vergelijking:

F = vm (1.5)

Met m = ρQ een massadebiet dat aanleiding zal geven tot een reactiekracht T die er als

volgt uit ziet:

T = ρQvj (1.6)

De parameters zijn:

• ρ [kg/m3] de massadichtheid van de vloeistof;


• T [N] de stuwkracht van de thruster;

• Q [m3/s] het debiet van de vloeistof;

• vj [m/s] de jet snelheid.

Beschouw het eenvoudige thruster systeem van Figuur 1.8.

Figuur 1.8: Stroming door een laterale thruster.

Aangezien er continuıteit van de stroom moet zijn, is het massadebiet constant en kunnen

we (1.6)3 schrijven als

T = ρAOv2j (1.7)

Waarin AO de oppervlakte is van de doorsnede van de tunnel. Het hydraulisch vermogen

van de pomp waardoor deze jet ontstaat is:

PN = Q∆p = Qρg∆h (1.8)

Hierin zijn:

• PN [W] hydraulisch vermogen;

• Q [m3/s] debiet;

• ρ [kg/m3] massedichtheid van de vloeistof;

• g [m/s2] de gravitatieconstante;

• ∆h [m] de opvoerhoogte;

3cijfers tussen ronde haken zijn verwijzingen naar een formule


• ∆p [Pa] druk.

Zie ook Figuur 1.9 voor de drukverdeling in de tunnel van de thruster. Deze ∆p kan met

Figuur 1.9: Drukverdeling in de tunnel van een thruster.[13]

de vergelijking van Bernoulli voor dynamische druk ook geschreven worden als:

∆p =1

2ρv2

j (1.9)

(1.8) wordt dan:

PN =1

2ρAOv

3j (1.10)

De specifieke stuwkracht c wordt dan:

c =T

PN=

2

v2j

(1.11)

Hiervoor kan ook de resultante, Y, van de dwarskracht op het schip door de thruster

gebruikt worden en dan voor het vermogen het machine vermogen, P, van de pomp.

c0 =Y

P(1.12)

Praktisch genomen is c0 de helft van de waarde van c in (1.11) en dit door [13]:


• ongelijkmatige stroming;

• propeller efficientie;

• wrijvings- en drukverliezen aan de tandwieloverbrengingen en aan de in- en uitgang

van de tunnel;

• verliezen door afscheiding van de stroming;

• efficientie van de motor en overbrenging.

Bovenstaande afleiding voor de specifieke stuwkracht c houdt geen rekeningen met verlie-

zen. J.W. English [14] heeft een uitvoerige analyse gemaakt waaruit blijkt dat in het ideale

geval van geen verliezen de totale stuwkracht gelijkwaardig verdeeld is tussen de schroef

en een zuigkracht die inwerkt op de romp. De schroef levert slechts de helft van de totale

stuwkracht. Vergelijking (1.14) is voor het ideale geval.

T = TS + TR (1.13)

ρAOv2j =

1

2ρAOv

2j +

1

2ρAOv

2j (1.14)

met

• TS de stuwkracht geleverd door de schroef;

• TR de stuwkracht geleverd door interactie met de romp.

In [11] wordt een formule gegeven voor het niet-ideale geval namelijk:

T =1

2ρAOv

2j +

1

2ρAOv

2j (ζingang + ζuitgang) (1.15)

Met ζingang en ζuitgang de verliezen aan in- en uitgang van de tunnel. Het nodige vermogen

kan dan op volgende manier geschreven worden:

P =12ρAOv

2j (1 + ζingang + ζuitgang)

ηp(1.16)

Met ηp het rendement van de pomp. [11] geeft enkele waarden voor ζ, deze zijn terug te

vinden in Bijlage A.

1.9 Schroefperformantie 15

1.9 Schroefperformantie

De gebruikelijke manier om het rendement van een propeller uit te drukken is met volgende

vergelijking [15]:

ηO =TVA2πnQ

=J

2π

KT

KQ

(1.17)

met

• T [N] de stuwkracht;

• VA [m/s] de aanstroomsnelheid van de propeller;

• n [1/s] het toerental;

• Q [Nm] het askoppel;

• J = VA

nDde snelheidsgraad met D de diameter van de schroef;

• KT = Tρn2D4 de stuwkrachtcoefficient;

• KQ = Qρn2D5 de askoppelcoefficient.

Deze vergelijking geeft het rendement van de schroef in open water. Dit rendement gaat

naar nul als de snelheidsgraad naar nul gaat. De schroef blijft weliswaar nog stuwkracht

produceren. Een andere manier is dus nodig om het rendement uit te drukken. Dit kan

met de paaltrekcoefficient C en de Bendemann factor ζ voor statische stuwkracht, als volgt

gedefinieerd:

C =T

PD

√T

ρAO=

K3/2T

π3/2KQ

(1.18)

ζ =KT

K2/3Q

1

π21/3(1.19)

De Bendemann factor vergelijkt de stuwkracht geleverd door de schroef ten op zichte

van de stuwkracht geleverd door de schroef in een ideale vloeistof. De factor is dan ook

maximaal gelijk aan 1. Bovenstaande vergelijkingen zijn afkomstig uit de impulstheorie

1.10 Literatuur Onderzoek 16

voor schroefwerking, zie [15], en kunnen in het ideale geval maximum C =√

2 en ζ = 1

worden voor schroeven zonder straalbuis. Wanneer de schroef in een straalbuis geplaatst

wordt kunnen deze coeffienten maximaal C = 2 en ζ = 3√

2 worden. Er bestaat volgende

relatie tussen de 2 coeffienten:

C = ζ3/2√

2 (1.20)

Opmerking:

In de literatuur is er discussie over de Bendemann factor,[9]. Strikt volgens de definitie

kan de factor niet groter worden dan de eenheid. Wanneer de factor toegepast wordt op

schroeven in een straalbuis zou deze moeten aangepast worden zodat ze maximaal 1 kan

worden. Dit wordt echter niet gedaan en men gebruikt in het algemeen de definitie van in

(1.19).

1.10 Literatuur Onderzoek

1.10.1 Inleiding

Historische ontwikkeling van de boegschroef

“The subject is, my Lords, the power of turning a ship so as to direct her head

to any given point, independently of rudder and sails - a desideratum so long

felt by practical seamen, and which, if possessed, would have prevented a long

list of disasters recorded in your annals ...”

Met deze woorden begon Foulerton zijn brief aan de Lords of the Admiralty in 1846 om

zijn idee van een laterale thruster te promoten. Hiermee was Foulerton de pionier.

De eerste praktische test met een installatie om het manoeuvreergedrag van een schip te

verbeteren was reeds in 1844 op het schip de Stockton Collier. Kort daarna volgde een

2e schip de Barge die uitgerust was met Foulerton’s “Ship Manoeuvrer”. Men zag toen al

het tactische voordeel van een schip met goede manoeuvreereigenschappen en rustte een


fregat, de St. Lawrence, uit met de Ship Manoeuvrer. De eerste testen werden uitgevoerd

op 24 mei 1845, “... the thirty-two points of the compass were then made in twenty-five

minutes by the winch handles only, against a tide of three miles an hour...” Op de officiele

testen bijgewoond door Admiral Sir Edward King, kon de St. Lawrence slechts gedraaid

worden over 23 punten van zijn kompas. De gekozen locatie was ongunstig op vlak van

wind en stroming. De proeven werden dan ook als mislukt beschouwd [9].

Figuur 1.10: Manoeuvrer

Tot de jaren 1880 was er geen interesse meer in boegschroeven, maar vanaf dan zijn er

verschillende patenten ingediend voor boegschroeven en andere installaties die het ma-

noeuvreren zouden verbeteren. De ene al beter dan de andere. Toch heeft het meer dan

een eeuw geduurd om vanaf Foulerton zijn eerste experimenten met de “Ship Manoeuvrer”

tot de praktische toepassing van boegschroeven te komen zoals we ze nu kennen. Men

meent dat dit toe te schrijven is aan het feit dat het idee van een boegschroef als ma-

noeuvreerhulp, bedacht is in een tijd waar men de nodige kennis en technologie nog niet

had om tot bevredigende resultaten te komen. Er was kennistekort over tandwielen voor

haakse overbrengingen, lageringen, afdichtingen en aandrijvingen. In Tabel 1.1 vindt u een

overzicht van de belangrijkste ontwikkelingen met betrekking tot boegschroeven.

Een overzicht van de gebruikte naamgeving voor thrusters die in de literatuur vaak terug

te vinden is staat in Tabel 1.2.


Jaar Gebeurtenis

1836 Smith en Ericsson ontwikkelen individueel de eerste praktische propellers

1844 Eerst gekende thruster installatie in de ”Stockton Collier” door Foulerton

1863 Eerst gekende patent voor propellers in tunnels (US patent 39394) door

Harris

1874 William Gleason ontwikkelt als eerste een machine om conische tandwie-

len te maken

1880 Produceren van gelijkstroom generators door Edison

late 1880’s Tesla en Ferraris ontwikkelen los van mekaar wisselstroom systemen

1895 Diesel bouwt de eerste diesel motor

1901-02 Striebeck publiceert zijn fundamentele theorie voor rollagers

1905 Plaatsing van een hydraulisch systeem in een schip om een wapen te

richten

1913 Gleason ontwikkelt het proces, de gereedschappen en machines voor het

maken van conische tandwielen

1933 Escher Wyss produceert de eerste propeller met verstelbare spoed

1935 Eerste lip afdichting van synthetisch materiaal

late 1950’s Begin van de thruster ontwikkeling en toepassing

Tabel 1.1: Sleutel momenten in de ontwikkeling van boegschroeven.[9]

R.A. Norrby en D.E. Ridley [9] zijn de eersten die voor een consequentere naamgeving

pleiten. Men stelt voor om de naam “Lateral thruster” (L-thruster) te gebruiken voor

thrusters waarvan de richting van de stuwkracht dwars op de lengterichting van het schip

staat en “Rotatable thruster” (Ro-thruster) te gebruiken als het gaat over een thruster die

vrij kan roteren in het horizontale vlak. In deze thesis wordt ook de voorkeur gegeven aan

de term laterale thruster. Op die manier wordt geen onderscheid gemaakt tussen boeg-

en hekschroeven maar toch gespecifieerd dat het over een niet-roteerbare thruster gaat.

Terwijl als men de term boegschroef gebruikt kan het eventueel gaan over een roteerbare

thruster gemonteerd in de boeg van het schip. Het is beter om een duidelijk onderscheid te

maken tussen laterale en roteerbare thrusters aangezien dit beiden verschillende systemen

zijn. Gezien deze thesis gaat over laterale thrusters gemonteerd in de boeg van een schip is

er hier geen verwarring mogelijk en kunnen we gewoon de term boegschroef of L-thruster


gebruiken. Bij gebruik van een ander systeem zal dit steeds duidelijk vermeld worden.

Athwartship Thrust Direction Arbitrary Horizontal Thrust Direction

Athwartship Bow Steering Propeller Azimuth Thruster

Bow Jets Maneuvering Propeller

Bow Propeller Multi-Directional Thruster

Bow Steering Propeller Rotatable Thruster

Bow Thruster Steerable Thruster

Lateral Thrust Unit Swinging Propeller

Lateral Thruster Swivel Thruster

Lateral Thrusting Bow Propeller

Manoeuvrer

Rigth-Angle Steering Propeller

Ship Steering Propeller

Side Thruster

Steering Propeller

Stern Thruster

Transverse Bow Thruster

Tunnel Thruster

Tabel 1.2: Verschillende namen voor thrusters.[9]

1.10.2 Relevante werken

In de literatuur is het aantal werken over boegschroeven dun bezaaid. Bovendien is de

literatuur vaak gedateerd of niet vrij beschikbaar, vandaar de noodzaak aan nieuw on-

derzoek. Een klein overzicht van hetgeen men in de literatuur terugvindt in verband met

boegschroeven.

J.S. Carlton heeft in zijn boek Marine Propellers and Propulsion een hoofdstuk geschreven

over “Transverse and azimuthing thrusters”[4]. Hij splitst het ontwerpproces op in volgende

onderdelen:

1. Bepalen van de nodige hoeveelheid stuwkracht, dus vermogen van de thruster eenheid;

2. Ontwerpen van een geschikte geometrie.


Bepalen van de nodige hoeveelheid stuwkracht Hiervoor worden 2 methoden ge-

geven. De eerste methode bepaalt het vermogen op basis van uitvoerige berekeningen,

modeltesten van scheepsweerstand (lateraal en rotationeel, eventueel bij een range van

stromingen), metingen van de windweerstand, . . . . Dit vraagt een grote inspanning en

de nodige financien. Daarom stelt Carlton een 2e methode voor die gebaseerd is op een

pseudo-empirische formulering van het manoeuvreerprobleem gekoppeld aan ervaringsge-

gevens met gelijkaardige schepen. Het vertrekpunt is volgende vergelijking:

Jpd2ψ

dt2= MH +MW +MP (1.21)

Hierin zijn:

• Jp [kg.m2] het polair traagheidsmoment van het schip;

• d2ψdt2

[rad/s2] de rotatieversnelling van het schip;

• MH [N.m] het hydrodynamische moment uitgeoefend op het schip;

• MW [N.m] een koppel teweeggebracht door de wind op het schip;

• MP [N.m] het moment geproduceerd door de thruster.

Wanneer men in een toestand van stationair gieren verkeert, valt het linkerlid van verge-

lijking (1.21) weg. Men stelt dan voor dat het hydrodynamische moment MH een functie

is van (ψ)2, MW een functie is van sin(2ψ) en MP een constante is. Vergelijking (1.21)

wordt nu:

k1(dψ

dt)2 + k2sin(2ψ) + k3 = 0 (1.22)

met

• k1 = 12ρWAUL

3CMW

• k2 = 12ρAAALV

2WCMAmax


Hier zijn ρW [kg/m3] en ρA [kg/m3] respectievelijk de densiteit van (zee)water en lucht,

AU [m2] en AA [m2] respectievelijk de laterale oppervlaktes van het schip onder en boven

water, L [m] de lengte van het schip, VW [m/s] de windsnelheid, CMW en CMAmax zijn de

respectievelijke water en maximale wind moment coeffienten. Vergelijking (1.22) kan nu

als volgt geschreven worden:

dψ

dt= −

√k2sin(2ψ) + k3

k1

(1.23)

Men kan hieruit makkelijk de tijd bepalen die nodig is om het schip 90◦ te laten draaien

als volgt:

t90◦ =

∫ π/2

0

dt

dψdψ (1.24)

Figuur 1.11 geeft opgemeten rotatiesnelheden weer in functie van het deplacement die als

acceptabel beschouwd worden.

Figuur 1.11: Rotatiesnelheid vs. deplacement.[4]

Ontwerpen van een geschikte geometrie Eenmaal het vermogen van de boegschroef

bepaald is kan men beginnen met het bepalen van de geometrie. Voor het bepalen van

de schroefgeometrie worden resultaten gegeven van proeven uitgevoerd door Taniguchi, zie

Figuur 1.12 met:

• d de diameter van de hub, dit is de diameter van de aandrijfinrichting van de schroef

die zich aan de naaf bevindt;

• CF de coeffient van de kracht op de romp uitgeoefend door het water;


• Ae/AO de verhouding van geexpandeerde oppervlakte tot de oppervlakte van de

schroefschijf;

• z het aantal schroefbladen.

(a) effect van Ae/AO (b) effect van het aantal schroefbla-

den

(c) effect van de bladvorm (d) effect van de hub diameter

Figuur 1.12: Test data van CPP thrusters.[4]

De effecten van cavitatie kunnen gezien worden in Figuur 1.13. Naast het selecteren van

een gepaste schroef is ook de plaats van de boegschroef in de romp en de geometrie van

de romp een belangrijk aspect. Op Figuur 1.14 zijn grafieken te zien van proeven met een

variabele geometrie van de romp


Figuur 1.13: Effecten van cavitatie op boegschroeven.[4]

(a) invloed tunnel lengte (b) effect van inzinking van de

schroef

(c) effect van de geometrie van de tun-

nel ingang

(d) effect van de hellingsgraad van de

romp

Figuur 1.14: Effecten van de tunnel locatie, afronding van de tunnel ingang en vorm van de

romp op modelschaal.[4]

M.S. Chislett en O. Bjorheden hebben de invloed van voorwaartse snelheid op de effec-

tiviteit van een laterale thruster bestudeerd [16]. Ze hebben testen gedaan op een model

van een tanker (60,000 ton deadweight) die uitgerust was met een laterale thruster. Hun


bevindingen waren dat de kracht en moment bij nulsnelheid opgewekt door de boegschroef

exact evenredig is met het kwadraat van het toerental van de propeller. De effectiviteit

van de boegschroef zakt tot een minimum wanneer het schip snelheid begint te maken om

vervolgens bij toenemende snelheid zich te herstellen. Zie Figuur 1.15.

Figuur 1.15: Resultaten metingen van Chislett.[16]

Er wordt hiervoor een fysische verklaring gegeven. De jet die gemaakt wordt door de boeg-

schroef zorgt voor interactie met de romp. Dit leidt tot het ontstaan van een tegenwerkende

zuigkracht op de romp waarvan het aangrijpingspunt zich snel naar achter verplaatst wan-

neer de snelheid van het schip toeneemt. Deze interactie ontstaat door het afbuigen van

de jet ontwikkeld door de thruster, zie Figuur 1.16.

Figuur 1.16: Illustratie afbuigen thruster jet.[16]


Door het afbuigen van de jet vormt zich een lage druk zone vlak achter de thruster. Het

is op deze zone dat een zuigbuis (verder afgekort tot AST - Anti Suction Tunnel) inspeelt.

Op Figuur 1.17 is te zien hoe een AST werkt en zijn tevens de resultaten te zien van een

AST bij een ferry en sleepboot.

Figuur 1.17: Illustratie AST.[4]

Tabel 1.3 geeft de mogelijke verbetering in performantie wanneer men een AST plaatst in

de boeg [8]:

Voorwaartse snelheid [kn] 0 2 4 6 8

Verbetering [%] 0 20 40 54 50

Tabel 1.3: AST performantie.[8]

J.W. English en B.N. Steele hebben het effect van verlies aan performantie van een late-

rale thruster onderzocht bij voorwaartse snelheid en bij gebruik naast een kaaimuur [17].

Hiervoor werd gebruik gemaakt van data uit de aerodynamica en modelproeven uitgevoerd


in het National Physics Laboratory in Groot-Brittannie. Aan de hand van de gekende de-

finities van KT en KQ wordt de stuwkracht berekend op basis van vermogen en diameter

van de eenheid.

T = C(PD)2/3 (1.25)

met

• T de stuwkracht in lbs;

• C een constante;

• P het vermogen in HP;

• D de diameter van de schroef in ft.

Deze formule is echter ontoereikend om de stuwkracht te voorspellen bij een schip dat

vaart. Ze introduceren de snelheidsratio m die de verhouding is van de jet snelheid tot de

voorwaartse snelheid van het schip:

m =VJV

(1.26)

Deze parameter is een handige manier om het afbuigen van de jet voor te stellen. De expe-

rimenten werden uitgevoerd bij verschillende waarden voor m. Er werd gebruik gemaakt

van drukmetingen om de zuigkracht, zie Chislett et al [16], en dus het verlies aan effectivi-

teit, te begroten. Er werd geconcludeerd dat een uitgestrekte lage drukzone zich achter de

thruster bevindt en dat de effectiviteit van een thruster nabij een kaaimuur sterk aangetast

wordt. Zie Figuur 1.18 voor een afbeelding van de resultaten van de drukmetingen.


Figuur 1.18: Drukmetingen [17].

Opmerking:

• De snelheidsratio m gedefinieerd zoals in (1.26) wordt oneindig groot wanneer het

schip stil ligt. Daarom wordt in latere werken m steeds op volgende wijze gedefinieerd:

m =V

VJ(1.27)

• De gebruikte proefopstelling was zeer eenvoudig. Hierdoor werd de complexe 3 di-

mensionale vorm die een schip kan aannemen sterk vereenvoudigd. English en Steele

erkennen dit ook en maken de aanbeveling om een modelschip uit te rusten met een

boegschroef.

J.W. English heeft het krachtenspel van een laterale thruster geanalyseerd [14]. Hij kwam

tot de conclusie dat een diffunderende thruster meer stuwkracht zou kunnen leveren. Dit

is praktisch niet mogelijk om meerdere redenen:

1. Een diffusieproces is vaak niet efficient.


2. De opening in de romp zou groter uitvallen en leiden tot meer weerstand.

3. Aan de zuigzijde zou de druk te veel dalen en cavitatie op de schroef sterk in de hand

werken.

Hieruit leidde English af dat een rechte cilindrische tunnel de beste keuze is. Op deze manier

wordt de kracht geleverd door de laterale thruster evenredig verdeeld in een kracht geleverd

door de schroef en een zuigkracht op de romp. Het belang van een goed ontworpen tunnel

geometrie komt hier naar voor. De romp levert een belangrijke bijdrage tot de kracht

geleverd door de thruster en het afronden van tunnel openingen is hier een belangrijke

factor in. English toont aan dat het combineren van weinig extra scheepsweerstand en

goede thruster werking niet goed samen gaan. Het aanbrengen van deuren om de tunnel

openingen af te sluiten wordt dan ook aanbevolen. Een andere oplossing is het aanbrengen

van een conische afronding van de achterste helft van de tunnel opening om de weerstand

te verminderen.

Figuur 1.19: Conische afronding

J.W. English heeft ook verder onderzoek verricht naar het verlies van stuwkracht bij voor-

waartse snelheid gebaseerd op modelproeven en data van een schip op ware grootte [18].

Hij concludeert dat het reduceren van de tunneldiameter een gunstig effect heeft op het

verlies van de stuwkracht bij voorwaartse snelheid, weliswaar ten koste van minder stuw-

kracht bij nulsnelheid. Het plaatsen van de tunnel zo dicht mogelijk bij het basisvlak heeft

een positieve invloed op de stuwkracht bij voorwaartse snelheid. Dit is tevens gunstig uit

het standpunt van cavitatie. De tunnel openingen moeten een afronding hebben die min-

stens 10% bedraagt van de tunneldiameter. Om de toename van de scheepsweerstand te

beperken kan men deuren plaatsen om de tunnel af te sluiten. Het conisch afronden van de


achterste helft van de tunnel opening is een alternatief voor tunnel deuren. Het gebruik van

contra-roterende propellers wordt aangeraden omdat deze bij een kleinere tunnel diameter

dezelfde hoeveelheid stuwkracht kunnen leveren. Door een kleinere tunneldiameter wordt

de snelheidsratio m = VVJ

kleiner en vermindert de tegenwerkende zuigkracht. De propeller

moet zich ten minste 1 tunneldiameter onder water bevinden om een gunstige instroom

te kunnen krijgen. De afstand tussen de kaaimuur en de uitgang van een laterale thruster

bedraagt minimaal 2 tunneldiameters om geen stuwkracht te verliezen.

R.A. Norrby en D.E. Ridley hebben een samenvattend werk gemaakt over laterale en

roteerbare thrusters in 1980 [9]. Ze bespreken zowel het mechanische als het hydrodyna-

mische aspect van thrusters. Gebaseerd op resultaten van experimenten met schroeven

uitgevoerd in het Nagasaki Technical Institute concluderen ze dat een 4-bladige schroef

van het KAPLAN type in een rechte cilindrische tunnel de voorkeur draagt.

Figuur 1.20: Schroeftypes [9].

G.R. Stuntz en R.J. Taylor hebben de invloed van laterale thrusters op de scheepsweer-

stand onderzocht [19]. Ze hebben hiervoor meerdere modelproeven gedaan met verschillen-

de configuraties van de tunnel openingen. Het aanbrengen van een raster voor de tunnel

openingen heeft een gunstige invloed op de scheepsweerstand. Op basis van hun experi-


menten geven ze een gemiddelde waarde voor de extra weerstand door de tunnel:

Ctunnel = 0.07 (1.28)

Rtunnel =1

2CtunnelρAOV

2 (1.29)

met

• ρ de massadichtheid van water, 1.9905 slugs/ft3 voor zeewater aan 59◦ F;

• AO de dwarse oppervlakte van de tunnel opening in sq ft;

• V 2 = (1.689Vknots)2, de scheepssnelheid in ft/s.

Er zijn ook testen uitgevoerd naar het verlies aan stuwkracht bij voorwaartse snelheid.

Men heeft slechts een verlies vastgesteld van 7% aan stuwkracht tussen 0 en 3 knoop.

Opmerkingen:

• Men heeft 2 tunnel configuraties getest, namelijk A en B. Wanneer de testen met

configuratie B gedaan waren en men het schip terug ombouwde naar configuratie A

kon men niet meer dezelfde resultaten produceren als voorheen met configuratie A.

Dit schrijft men toe aan instabiele afscheiding van de stroming aan de tunnel opening.

• Bij de testen voor het verlies aan stuwkracht werd gebruik gemaakt van een onvolledig

scheepsmodel, enkel de boeg sectie. Het is mogelijk dat hierdoor de testen andere

resultaten geven dan met volledige scheepsmodellen.

D.E. Ridley heeft onderzoek verricht naar het effect van de tunnel ingang configuratie op

de performantie van de thruster [20]. Volgende formule berekent de stuwkracht in functie

van onder andere de rotatiesnelheid:

kTT =1

2CHρAU [

LPP2

]2ψ2 (1.30)

met


• k de afstand vanuit het midden van het schip gedeeld door LPP ;

• TT de stuwkracht in lb;

• CH rotationele hydrodynamische weerstandscoeffient

CH = (0.30− 0.0023)LPP

T;

• LPP de lengte tussen de loodlijnen in ft;

• T de diepgang in ft;

• ρ de massadichtheid in lb sec2/ft4;

• AU de onderwater laterale oppervlakte in sq ft

AU = LPP × T

• ψ de steady-state rotatiesnelheid in rad/sec.

Deze formule geeft waarden voor de stuwkracht van een tunnelconfiguratie met scherpe

randen. Data van schepen op ware grootte met afgeronde tunnel ingangen wordt hiertegen

vergeleken. Zijn conclusies zijn dat het afronden van de tunnel ingang een gunstige invloed

heeft. Een conische afronding gunstig is voor de stuwkracht en de scheepsweerstand. Het

effect van de tunnel ingang op de scheepsweerstand kan door middel van stromingsstudies

voorspeld worden.

J.L Beveridge geeft een overzicht van de toen voorhanden kennis in verband met boeg-

schroeven (1972) [21]. Beveridge geeft een methode om een laterale thruster te selecteren.

De methode bestaat uit 6 stappen.

Vertrek van een schip met volgende afmetingen:

• ∆ = 3× 103 ton;

• L = 83.82 meter;

• B = 16.46 meter;


• H = 5.18 meter;

Er is een tunnellengte van l = 3.66 meter beschikbaar op afstand 0.15L. Aan een

snelheid van 3 knoop moet het schip nog 80% van het effectieve draaimoment

aan nulsnelheid hebben. Volgende stappen worden doorlopen:

1. Stel de tunneldiameter gelijk aan D = 12l = 1.83 meter. Het middel-

punt van de tunnel bevindt zich op een afstand I = D van het basisvlak.

Veronderstel dat de diameter nog kan varieren tussen Dmax = 2.44 m en

Dmin = 1.22 m; S is de afstand van het wateroppervlak tot het middelpunt

van de tunnel. Bekijk volgende tabel met gegevens:

D [m] I [m] S [m] l/D

2.44 2.44 2.74 1.5

1.83 1.83 3.35 2

1.22 1.22 3.96 3

Tabel 1.4: Voorbeeld thruster selectie.

2. Kies uit Figuur 1.11 op pagina 21 een rotatiesnelheid die overeenkomt

met het deplacement, neem bijvoorbeeld ω = 0.68 graden/sec. De nodige

stuwkracht wordt dan:

TT =ωL3H

XM2= 7883.44kg (1.31)

Met een waarde voor M = 97 afkomstig uit Figuur 1.21 . Omdat Figuur

1.21 gebaseerd is op angelsaksische eenheden moet M nog vermenigvuldigd

worden met een factor X = 0.1379.

3. Bereken de jetsnelheid:

VJ =

√TTρAO

= 9.8013/D (1.32)

Voor een snelheid van 3 knoop geeft dit volgende tabel:


D [m] VJ [m/s] VVJ

2.44 4.017 0.38

1.83 5.356 0.29

1.22 8.034 0.19

4. Bepaal een schroeftoerental en cavitatiegetal σ′. Op basis van de definitie

van KT kan men het toerental bepalen. Voor een propeller met pitch

ratio P/D = 1 mag men een gemiddelde waarde gebruiken van KT = 0.45.

Neem een schroefdiameter van D = 1.22 meter, dan krijgen we volgende

resultaten:

n =

√TT

ρD4KT

= 8.76 tps (1.33)

ofwel n = 522.4 tpm, en

σ′=

P

1/2ρD2n2= 2.43 (1.34)

met P = ρgH en waarbij H gelijk is aan:

H = luchtdruk + diepte van de schroef − dampdruk (1.35)

= 10.33 + 3.96− 0.1524 = 14.1376m (1.36)

H wordt uitgedrukt in meter water kolom. Het cavitatiegetal is te laag en

moet minimum groter dan 3.5 zijn.

5. Itereer voor een nieuwe tunnel diameter. Een mogelijke tunnel diameter

is D = 1.524 meter.

6. Bereken het nodige vermogen door gebruik te maken van het omgekeerde

van de paaltrekcoefficient die een aanbevolen waarde van 1 heeft voor

boegschroeven:

V ermogen =TTC

√TTρAO

= 497.38 kW (1.37)


Figuur 1.21: Draaipunt en rotatie snelheidsconstante [21].

D.E. Ridley heeft de performantie van thrusters bij voorwaartse snelheid vergeleken bij

schepen op ware grootte met model data [12]. Hij gebruikt daarvoor de rotatiesnelheid die

hij vergelijkt met de rotatiesnelheid wanneer het schip stilligt. De data van de modelproe-

ven worden gebruikt in volgende formule om rotatiesnelheden mee te berekenen:

ψ =F (p− a cosδ)±N

M ′vcga cos(β)(1.38)

met:

• ψ [rad/s] de rotatiesnelheid;

• F [N] de normaalkracht op het roer;

• p [m] de afstand tussen de kracht F en het zwaartepunt van het schip;

• a [m] de afstand tussen het aangrijpingspunt van de hydrodynamische krachten tot

het zwaartepunt van het schip;

• δ [rad] de roerhoek;

• vcg [m/s] de snelheid van het zwaartepunt;


• M′[kg] de massa van het schip plus de toegevoegde massa van het water;

• N [N.m] een extra moment, bijvoorbeeld door de boegschroef.

• β [rad] de drifthoek

Door vergelijken van de data van de modellen met de data op ware grootte besluit Ridley

dat er een goeie correlatie bestaat tussen de beide. Verder besluit hij dat een laterale

thruster zeer effectief is bij het achteruit varen en dat de positie van de thrustereenheid

best zo ver mogelijk voorwaarts ligt omdat:

• De krachtsarm groter wordt waardoor het moment groter wordt.

• Bij achteruit varen wordt er een kleiner stuk van de romp blootgesteld aan de tegen-

werkende zuigkracht.

Verder concludeert hij nog dat het effect van het gecombineerd gebruik van roer en thruster

additief is.

Opmerking:

Ridley baseert zich voor dit artikel op gegevens van 7 schepen maar er wordt nergens

vermeld welke schepen dit zijn, hun karakteristieken en hoe men deze data heeft verzameld.

W. Becker heeft een samenvattend werk gemaakt over thrusters (1993)[13]. Hij hanteert

een eenvoudige formule om de rotatiesnelheid te berekenen:

ψ = k

√TT

ρL3PPT

(1.39)

met:

• ψ[◦/s] de rotatiesnelheid;

• TT [N] de stuwkracht van de thruster;

• LPP [m] de lengte tussen de loodlijnen;


• T [m] de diepgang;

• ρ [kg/m3] de densiteit van de vloeistof;

• k [◦] een constante in graden afhankelijk van de vorm van het voorschip:

– k = 190 graden als gemiddelde waarde;

– k = 160 graden voor slanke schepen, schepen met 2 roeren en laterale thrusters

op grote afstanden van de loodlijnen;

– k = 220 graden voor schepen met het roer in het midden of een doodhout, volle

schepen met laterale thrusters nabij de loodlijnen.

Maak gebruik van volgende formule:

f(N/m2) =TT

LPPT(1.40)

Hiermee is (1.39) nu als volgt te schrijven:

ψ =k

LPP

√f

ρ(1.41)

Figuur 1.22 toont een overzicht van rotatiesnelheden van verschillende schepen.

Figuur 1.22: Laterale thruster design diagram.[13]

Volgende relaties bestaan:

TT ∼ n2 (1.42)


Op basis van deze relatie kan men rotatiesnelheden en schroeftoerentallen linken:

ψ1

ψ2

=n1

n2

(1.43)

Becker heeft ook proeven uitgevoerd in diep water om de invloed van een kaaimuur te

onderzoeken. Op Figuur 1.23 is de invloed van een kaaimuur te zien. De volgende conclusies

kunnen genomen worden, met a afstand tot de muur en D de tunnel diameter:

• Voor afstanden a/D ≥ 3 is er geen significante invloed van een muur.

• Op kleine afstand tot de muur is er een lichte stijging van het propeller koppel.

Figuur 1.23: Invloed afstand tot kaaimuur.[13]

Hij presenteert een hele reeks data van proeven met verschillende modelschepen uitgerust

met laterale thrusters waar het effect van verlies aan stuwkracht bij voorwaartse snelheid

onderzocht is. Specifieke data als bijvoorbeeld de waterdiepte ontbreekt echter. Deze data

zijn te zien in Bijlage C. Becker concludeert dat hoge jetsnelheden een betere performantie

geven bij voorwaartse snelheid, weliswaar ten koste van een lagere specifieke thrust to

power ratio c bij nulsnelheid.


Hij besluit dat je de krachten van de thruster mag superponeren wanneer het schip met

een drifthoek β vaart. De kracht van de thruster zonder drifthoek kan opgeteld worden bij

de hydrodynamische krachten van het schip dat met een drifthoek vaart.

Figuur 1.24: Invloed drifthoek.[13]

Verder geeft Becker de opmerking dat het uitvoeren van modelproeven met betrekking tot

laterale thrusters steeds op volledige scheepsmodellen moeten uitgevoerd worden.

Volgende artikels zijn minder uitgebreid besproken omdat enkel het abstract beschikbaar

was.

K. Maekawa, K. Kijima en K. Karasuno hebben een methode ontwikkeld om de invloed

van voorwaartse snelheid op de performantie van een laterale thruster bij een vissersschip

te voorspellen [22]. K. Kijima en T. Hirakawa hebben een functie ontwikkeld om theo-

retisch de invloed van voorwaartse snelheid op de performantie van laterale thrusters te

schatten [23]. M. Endo en K. Yokoi hebben modelproeven uitgevoerd op het trainings-

schip WAKASHIO-MARU IV waar een boeg- en hekschroef in werd geınstalleerd [24]. Ze

bespreken de data van de modelproeven en een hydrodynamisch mathematisch model van

laterale thrusters. D.-a. Sheng, X.-n Ma en H.-b Mao hebben berekeningen gemaakt in

verband met het manoeuvreergedrag van grote schepen uitgerust met laterale thrusters


[25]. Ze hebben 2 mathematische modellen gemaakt, een met 3 vrijheidsgraden en een met

2 vrijheidsgraden. K. Kijima en Y. Furukawa hebben een methode om de performantie

van laterale thrusters bij een offshore platform te schatten aangepast aan het gebruik bij

schepen [26]. J.O. Flower heeft een methode ontwikkeld om het draaien van schepen met

laterale thrusters bij nulsnelheid mathematisch te beschrijven [27].

METINGEN 40

Hoofdstuk 2

Metingen

2.1 Inleiding

In het kader van deze thesis werden er modelproeven uitgevoerd met de sleeptank van het

Waterbouwkundig Laboratorium (verder afgekort tot WL)1 te Borgerhout. Deze instel-

ling bestaat al sinds 1933 en werd opgericht als onderdeel van de Antwerpse Zeediensten.

Het doel was inzicht te verwerven over de invloed van baggerwerken op de diepten in de

Schelderivier en over de invloed van getijstromingen in het Scheldebekken. Later werd dit

uitgebreid tot onderzoeken in verband met andere rivieren en hydraulische constructies. In

1987 werd een sectie Nautische studies opgericht waarbij het onderzoek werd toegespitst

op de manoeuvreerbaarheid van schepen.

1Het WL is een afdeling van het Departement Mobiliteit en Openbare Werken van de Vlaamse Overheid

Waterbouwkundig Laboratorium

Berchemlei 115

B-2140 Antwerpen

http://watlab.lin.vlaanderen.be/


2.1 Inleiding 41

2.1.1 Sleeptank

Een sleeptank is simpel voorgesteld een groot lang rechthoekig bassin met water waar men

met een scheepsmodel proeven kan in doen, zie Figuur 2.1. Deze proeven zijn meestal

gedwongen proeven. Dit wil zeggen dat via een uitwendig mechanisme, de sleepwagen,

een bepaald traject wordt opgelegd aan het model en de krachten die daartoe nodig zijn

worden opgemeten. Dit opgelegde traject wordt zodanig gekozen dat tijdens een proef een

of meerdere parameters worden gewijzigd, terwijl de andere parameters constant worden

gehouden. Op deze manier kan de invloed van de interactie tussen 2 parameters nagegaan

worden.

2.1.2 Modelproeven

Modelproeven zijn goed ingeburgerd in de scheepshydrodynamica. Het is een efficient mid-

del om op kwalitatieve wijze inzicht te krijgen in de complexe hydrodynamica van schepen.

Er zijn tegenwoordig weliswaar krachtige CFD (Computational Fluid Dynamics) pakket-

ten op de markt maar omdat er zoveel parameters in rekening te brengen zijn en omdat

berekeningen nog steeds moeten bevestigd worden door waarnemingen in de realiteit, zijn

modelproeven tot op de dag vandaag nog steeds een vast gebruik.

In een sleeptank wordt aan een scheepsmodel een gedwongen beweging opgelegd. Dit

model is perfect geometrisch gelijkvormig aan een bepaald schip op ware grootte. Het

scheepsmodel is uitgerust met tal van krachten- en positiemeters zodat men dan aan de

hand van de verkregen data een model kan opstellen. Men kan met de modelwetten de

gemeten data omzetten naar krachten, snelheden, tijden, . . . , in realiteit, weliswaar met de

gekende correlatie problemen omdat men niet tegelijk aan de wet van Froude en de wet van

Reynolds kan voldoen. Zie Bijlage B voor verdere uitleg en een uitgebreide dimensieanalyse.

2.2 Beschrijving van de apparatuur 42

2.2 Beschrijving van de apparatuur

2.2.1 Sleeptank van het Waterbouwkundig Laboratorium

Figuur 2.1: Sleeptank Waterbouwkundig Laboratorium.[28]

Het WL beschikt over een scheepsmanoeuvreertank die ter beschikking stond voor deze

thesis. Deze sleeptank wordt voornamelijk gebruikt voor manoeuvreerproblemen en on-

derzoek naar het gedrag van schepen in ondiep water. Dit onderzoek spitst zich onder

andere toe op de volgende onderwerpen:

• bepalen van wiskundige modellen ten behoeve van manoeuvreersimulatie door ge-

dwongen manoeuvreerproeven (voornamelijk manoeuvres met lage snelheid);

• manoeuvres in beperkte wateren;

• gedwongen zeegangproeven;

• invloed van schip-schip interactie;

• nautische bodem;

• oeverzuigingseffecten.


De tank van het WL heeft de volgende karakteristieken [28]:

• lengte: 88 m, (67 m voor proeven), breedte: 7 m;

• de waterdiepte is beperkt tot 0.5 m;

• de lengte van de scheepsmodellen is ongeveer 4 m (schaal 1:50 tot 1:85);

• de sleepwagen beweegt over de lengte van de tank, het planar motion mechanisme,

bestaande uit een dwarswagen en een draaitafel, laat dwarsverplaatsingen over 5.5 m

en verdraaiingen over 355◦ toe;

• een scheepsmodel dat met dit mechanisme verbonden is, wordt gedwongen een op-

gegeven traject in het horizontale vlak te volgen. In verticale zin kan het model zich

vrij bewegen;

• een golfgenerator kan zowel regelmatige als onregelmatige golven opwekken, om de

verticale bewegingen te bestuderen die een schip uitvoert onder invloed van golven;

• de uitrusting wordt gestuurd door een boordcomputer. Het stuursysteem laat een

onbemande werking toe (24 uur op 24, 7 dagen op 7);

• een hulpwagentje kan een tweede scheepsmodel volgens een rechte koers voortbewe-

gen (bepaling van de krachten op een schip bij ontmoetende en oplopende vreemde

schepen).

Op Figuur 2.2 zijn de belangrijkste afmetingen van de sleeptank van het WL te zien. Aan

het begin van de tank heb je een haven om makkelijk aan de modellen te kunnen werken.

De tank is uitgevoerd in gewapend beton en gefundeerd op de wanden van de waterreser-

voirs, die in de proefhal de vloer ondersteunen. De bodem van de tank is zo vlak mogelijk

gemaakt: de tolerantie bedraagt ± 1 mm. Zeker voor zeer ondiep water is deze vlak-

heid van groot belang. Op de randen van de sleeptank werden twee rails aangebracht,

die nauwkeurig werden uitgelijnd. Het gaat om een looprail en een geleidingsrail waarop


de wagen zich verplaatst. Zowel vertikaal als horizontaal bedraagt de maximale afwijking

0.5mm. Om de meetfouten zoveel mogelijk te beperken dienen deze rails proper gehouden

te worden en worden de posities regelmatig gekalibreerd [29].

Figuur 2.2: Geometrie sleeptank.[29]

2.2.2 Sleepwagen van het Waterbouwkundig Laboratoruim

De sleepwagen legt een gedwongen beweging op aan het scheepsmodel die bestaat uit drie

componenten:

• een langsbeweging x0;

• een dwarsbeweging y0;

• een gierhoek ψ.

De sleepwagen is opgebouwd als een balkvormig raamwerk met aan weerszijden een balk

met daarop de wielen gemonteerd die de twee dwarse kokerbalken ondersteunen, zie Figuur


2.1. De constructie is zeer stijf gemaakt om de doorbuiging onder het eigengewicht zoveel

mogelijk te beperken, om de metingen niet te beınvloeden. Tussen de kokerbalken beweegt

de dwarswagen. Op deze dwarswagen is tevens een draaitafel voorzien om het schip te

kunnen laten gieren. De dwarswagen kan in vertikale richting 0.4 m bewegen. Dit is nodig

om variaties van het waterniveau in rekening te nemen. Het scheepsmodel wordt aan de as

van de draaitafel bevestigd. Dit gebeurt door een mechanisme dat de vertikale bewegingen

(stampen en dompen) van het model toelaat. Het slingeren kan worden toegelaten of

verhinderd. Zie Figuur 2.3 voor een detail van dit mechanisme.

Figuur 2.3: Instrumentatie scheepsmodel.[30]

In Tabel 2.1 staan verdere gegevens over de sleepwagen.

De sleepwagen is volledig geautomatiseerd en kan, eenmaal alles in de tank is ingebouwd,

onbemand zijn proeven uitvoeren. Enkel de waterstanden moeten handmatig veranderd

worden. Op deze manier kan men dag en nacht, 7 dagen op 7 proeven uitvoeren. Zo is men

minder beperkt door een werkdag van “slechts” 8 uren en weekends of verlof. Om dergelijk

niveau van automatisatie te kunnen halen moet men over strenge en degelijke procedures


beschikken om proeven uit te voeren.

Sleepwagen Dwarswagen Giertafel

Positie min 0.0 m -2.55 m -130.0◦

max 67 m +2.55 m +220.0◦

Snelheid min 0.05 m/s 0.00 m/s 0.0◦/s

max 2.00 m/s 1.30 m/s 16.0◦/s

Versnelling max 0.40 m/s2 0.70 m/s2 8.0◦/s

Vermogen 4 x 7.2 kW 4.3 kW 1.0 kW

Tabel 2.1: Karakteristieken van de sleepwagen.[30]

2.2.3 Assenstelsels en soorten proeven

Er wordt gebruik gemaakt van 2 assenstelsels, namelijk een absoluut en een scheepsvast

assenstelsel.

• Het absolute assenstelsel O0x0y0z0 is te zien op Figuren 2.2, 2.4 en is als volgt gede-

finieerd:

– de oorsprong O0 , gelegen in het startpunt van de sleepwagen;

– de x0-as volgens de langssymmetrieas van de sleeptank, rustend op het stil

wateroppervlak;

– de y0-as, loodrecht op de x0-as, gelegen op het stil wateroppervlak en naar

stuurboord gericht;

– de z0-as, vertikaal naar beneden gericht.

• Het scheepsvast assenstelsel Oxyz:

– de oorsprong O, midscheeps en op het wateroppervlak in rust gelegen;

– de x -as in het langssymmetrievlak van het scheepsmodel, rustend in het hori-

zontale vlak;


– de y -as loodrecht op de x -as, naar stuurboord gericht en rustend in het hori-

zontale vlak;

– de z -as in het langssymmetrievlak van het scheepsmodel, in rust vertikaal naar

beneden gericht.

Figuur 2.4: Absolute en scheepsvaste assenstelsel

Hoeken in deze assenstelsels zijn positief in uurwijzerzin wanneer men in de richting kijkt

volgens de positieve z- of z0-as. Volgende definities gelden:

• De snelheidsvector ~V (u, v, w), met respectievelijk u,v,w de componenten volgens de

x0-, y0- en z0-as;

• De drifthoek β = arctan(− vu), is de hoek tussen de x-as en de vector ~V (u, v), zie

Figuur 2.4;

• De koershoek ψ is de hoek tussen de x0-as en de x-as;

• De gierhoek γ = arctan( rL2u

) met r = ψ, deze hoek is een maat voor de verhouding

van de rotatiesnelheid van het schip t.o.v. de voorwaartse snelheid.

Op de sleeptank kunnen verschillende soorten van proeven worden uitgevoerd. In het kader

van deze thesis zijn de volgende soorten gebruikt:


• PAALTREK;

• STATX;

• MULTI1;

• PMMPSI2.

De eerste 10 seconden van iedere proef ligt het schip stil en beginnen de metingen. Deze

10 seconden worden gebruikt om iedere proef apart te kalibreren. Daarna begint de proef.

Tussen 2 proeven door moet telkens 2000 seconden gewacht worden zodat het water in de

tank terug voldoende stil is. Bij een paaltrek proef wordt dit 1500 seconden omdat het

water minder verstoord wordt.

PAALTREK

Een paaltrek proef is een stationaire proef. De sleepwagen begeeft zich naar een gekozen

vaste x0 en y0 positie en de draaitafel neemt een vooraf bepaalde hoek ψ aan. De boeg-

schroef treedt in werking en de krachten worden gemeten. Dit type proef is gekenmerkt

door de letter “A”, zie verder.

STATX

Een statx proef, stationair volgens de x0-as, is een proef waarbij op de sleepwagen een

vaste y0-positie en hoek ψ worden ingesteld. De wagen beweegt zich langs de x0-as met

constante snelheid waarbij de krachten worden gemeten. Dit type proef is gekenmerkt door

de letter “C”, zie verder.

MULTI1

Een multi1 proef, een multimodale harmonische proef, is gebruikt om het schip zuiver te

laten verzetten. Een vaste x0-positie en hoek ψ worden ingesteld. Het schip voert een


beweging uit volgens de y0-as, een lineaire versnelling tot een constante snelheid die wordt

aangehouden totdat het schip terug moet afremmen. Dit type proef is gekenmerkt door de

letter “M”, zie verder. Een kleine opmerking, deze beschrijving voor multi proeven is enkel

geldig binnen het bereik van deze thesis, algemeen worden er gedurende een multi-modale

proef een of meerdere parameters harmonisch gevarieerd.

PMMPSI2

Een pmmpsi2 proef, een planar motion mechanism gierproef, is gebruikt om het schip

een zuivere gierbeweging op te leggen. Een gemiddelde y0-waarde wordt opgegeven, een

snelheid in x0-richting, een amplitude voor de gierhoek en een periode. Het schip zal zich

met een constante snelheid langs de x0- en y0-as verplaatsen en dit met een harmonisch

oscillerende giersnelheid. Dit type proef is gekenmerkt door de letter “G”, zie verder.

Overzicht lettercodes type proef

Iedere proef heeft dus een specifieke lettercode. De codes voor de gebruikte types proeven

worden in volgende tabel nog eens samengevat:

Type proef Lettercode

PAALTREK A

STATX C

MULTI1 M

PMMPSI2 G

Tabel 2.2: Lettercodes type proef.

2.2.4 Procedure voor het uitvoeren van proeven

Er is een vaste naamgeving voor alle bestanden van proeven. Deze naamgeving bestaat

steeds uit een combinatie van in totaal 4 letters (hier aangeduid met X). Afhankelijk van


het type bestand volgen na deze 4 letter ook nog 2 of 4 cijfers (hier niet aangeduid). Na

deze 4 letter en eventuele 2 of 4 getallen volgt een punt en dan de 3 letters die het soort

bestand weergeven, zie verder. Het cijfer onder de X komt overeen met onderstaande

nummering.

X X X X . ∗

1 2 3 4

1. Letter die het gebruikte modelschip weergeeft, steeds “M”, zie 2.3.2 Model M;

2. Letter voor de gebruikte waterdiepte in de proef, zie Tabel 2.5 op pagina 62;

3. Letter afhankelijk van het type proef, zie Tabel 2.2 op pagina 49;

4. Letter afhankelijk van de snelheid gebruikt in de proef, zie Tabel 2.6 op pagina 63.

Eenmaal de naamgeving vast ligt kan men beginnen met het opstellen van een proevenreeks.

Voor het opstellen, uitvoeren en verwerken van proeven op een geautomatiseerde manier

zijn de volgende procedures ontwikkeld door het WL [31].

1. Genereren van trajecten;

2. Valideren en visualiseren van trajectbestanden;

3. Uitwerken van documentatiebestanden;

4. Genereren van datapointbestanden;

5. Berekenen van hydrodynamische afgeleiden;

6. Verkorten van documentatiebestanden.


Genereren van trajecten

Dit is het opstellen van het te volgen gedwongen traject van het scheepsmodel in de

sleeptank. Hiervoor zijn verschillende types van proeven ter beschikking. Bijvoorbeeld

“STATX” voor proeven waarbij enkel de x-positie van de sleepwagen verandert, “PAAL”

voor een stationaire proef, . . . . Vanuit een “∗.GEG” bestand dat afhankelijk van het type

proef een vaste vorm heeft en waarin alle randvoorwaarden van de proeven omschreven

zijn, worden door middel van een trajectgeneratie-programma een reeks proefbestanden

“∗.PRF” en trajectbestanden “∗.TRA” gemaakt. Per waterdiepte, type proef (STATX,

PAAL, . . . ), snelheid en te varieren parameter (bijvoorbeeld het schroeftoerental) is er

een ∗.GEG bestand waarin alle proeven staan. In een ∗.GEG bestand kan de te varieren

parameter wel meerdere waarden aannemen. Zo kan bijvoorbeeld het schroeftoerental in

een proef varieren van 0 naar een laag en hoog toerental. Er zijn dan per proef 3 condities.

Valideren en visualiseren van trajectbestanden

Als de ∗.TRA bestanden aangemaakt zijn dienen deze gevalideerd te worden door het

validatie programma. Dit programma gaat na of het traject wel degelijk kan uitgevoerd

worden rekening houdend met:

• de uiterste waarden voor posities, snelheden en versnellingen van de wagen en schip;

• contact tussen het schip en een eventueel ingebouwde omgeving in de sleeptank.

Indien alles in orde verloopt wordt het traject gevalideerd en wordt er onderaan het ∗.TRA

bestand een lijn toegevoegd ter bevestiging van de positieve validatie. Het validatie pro-

gramma genereert ook een batch bestand “∗.BTC” dat door de computer van de sleepwagen

kan uitgevoerd worden en toelaat de proeven in batch uit te voeren.


Uitwerken van documentatiebestanden

Na het uitvoeren van de proef op de sleepwagen wordt een documentatiebestand “∗.DOC”

aangemaakt waarin men alle gegevens over de proef, het schip en de geregistreerde meet-

gegevens terugvindt. Er wordt tevens een “∗.RES” bestand gemaakt waarin de hoofd-

parameters van de proef terug te vinden zijn, en per meetkanaal en per conditie van de

parameter een gemiddelde waarde en/of een beperkte harmonische analyse bevat.

Genereren van datapointbestanden

De grootheden die de resultatenbestanden bevatten, zijn niet steeds rechtstreeks bruikbaar

voor het opstellen van wiskundige manoeuvreermodellen. Er kunnen zich bijvoorbeeld

transiente verschijnselen voordoen. Om deze reden werd een reeks zogenaamde selectiepro-

gramma’s ontwikkeld, waarmee datapointbestanden “∗.DPT” aangemaakt worden. Voor

stationaire proeven bevat een dergelijk bestand per conditie een lijn waarin de voornaams-

te kinematische en sturingsparameters en dynamische grootheden in een geschikte vorm

vermeld staan. Voor proeven met een niet-stationair karakter wordt elke proef op dezelfde

wijze weergegeven door een aantal momentopnamen. Deze gegevens zijn dan gebaseerd op

een gemiddelde waarde van bijvoorbeeld 30% tot 90% van de regimetijd per conditie.

Berekenen van hydrodynamische afgeleiden

Uit de resultaten van harmonische proeven kunnen sommige hydrodynamische afgeleiden

die in een vooropgesteld mathematisch manoeuvreermodel voorkomen, rechtstreeks bere-

kend worden. Hiertoe werden een aantal programma’s ontwikkeld, die vanuit een reeks

∗.RES bestanden een coefficientenbestand “∗.COE” genereren.

Verkorten van documentatiebestanden

Omdat de ∗.DOC zeer veel informatie bevatten, werd er een programma ontwikkeld dat

door een gemiddelde met een vooropgestelde factor, de gegevens in het ∗.DOC handelbaar

2.3 Gebruikte opstelling 53

maakt. Dit programma maakt dan een “∗.KRT” bestand aan. De gebruikte factor in deze

proeven is voor STATX proeven een gemiddelde van de metingen om de 10 centimeter

volgens de langspositie van de sleepwagen en voor de andere proeven een gemiddelde van

10 lijnen van het .∗.DOC bestand. Voor stationaire proeven (type PAAL) wordt er geen

∗.KRT bestand aangemaakt.

2.3 Gebruikte opstelling

2.3.1 Omgeving

Voor deze proevenreeks werd een kaaimuur van 0.702 meter breed en 39.65 meter lang

in de tank gebouwd. Informatie over de gebruikte omgeving in de sleeptank is terug te

vinden in figuur 2.5 (figuur op schaal 1/75, afstanden in millimeter). Er werd ook een sluis

ingebouwd op het einde van de kaaimuur.


39650

790

20350

702

7140

4500

Oorsprong

Sluis

Kaaimuur

Wand sleeptank

Figuur 2.5: Omgeving sleeptank

2.3.2 Model M

Het gebruikte modelschip voor deze thesis was het model M dat de naam Mathilda draagt.

De afmetingen zijn te vinden in Tabel 2.3.


schaal λL 70

Schip Model

LOA [m] 280 4

LPP [m] 266.605 3.81

B [m] 41.6 0.59

D [m] 20.9 0.3

T [m] 11 0.16

∀ [m3] 93670 0.27

CB 0.77 0.77

Tabel 2.3: Afmetingen schip.

Het schip is een model van een LNG (Liquified Natural Gas) tanker. Het werd uitgerust

met een roer en een boegschroef, geen hoofdpropeller, en is te zien op Figuur 2.6. De lijnen

van het schip zijn te zien in Figuur 2.7. Het inbouwen van dergelijke boegschroef installatie

op zo’n beperkte ruimte is geen makkelijke opdracht. Bepaalde compromissen moeten dan

ook gesloten worden. Verschillende ontwerpen werden overwogen. Het ontwerp van de

verschillende onderdelen wordt toegelicht in de volgende stukken.

Figuur 2.6: Model M


Figuur 2.7: Lijnen schip M

De schroef

De schroef, zie Figuur 2.8, is door het WL zelf ontworpen. Ze is 3-bladig en heeft een P/D

(spoed/diameter) verhouding van 1. Dit betekent dat de schroefbladen een spoedhoek φ

hebben van [15]:

φ = arctan(P

πD) = 17.66◦ (2.1)

De schroef zelf heeft bladen die verbreden naar de tip toe, Kaplan type. Carlton geeft

grafieken in verband met het ontwerp van een boegschroef [4]. Zie het literatuur onderzoek

1.10.2. De schroef heeft een diameter van 32 mm. De buitendiameter van de ring rond de

schroef is 40 mm.

Figuur 2.8: Schroef


De schroef werd vervaardigd met FDM -Fused Deposition Modelling- technologie 2. Deze

techniek laat toe om complexe vormen laag per laag op te bouwen door middel van een

thermoplastisch materiaal en dit rechtstreeks vanuit een CAD programma. De dikte van

deze lagen varieert van +/- 0.127 tot 0.254 mm.

Inbouw in het schip

Er is uit praktische overwegingen gekozen om de boegschroef aan de hand van een module

in te bouwen in een tunnel in de boeg van het schip, te zien op Figuur 2.9.

Figuur 2.9: Boegschroef module

De schroef is ingebouwd in de koker van de module die in de tunnel van het schip geschoven

en afgedicht wordt. Deze tunnel bevindt zich op 1.777 meter ten opzichte van het midden

van het schip. In Tabel 2.4 is verdere informatie te vinden over de inbouw van de tunnel

in het schip.

2http://www.materialise.be/materialise/view/en/91787-Fused+Deposition+Modelling.html

http://www.materialise.be/materialise/view/en/91787-Fused+Deposition+Modelling.html


diameter tunnel 0.032 m

lengte tunnel 0.104 m

afstand basisvlak tot middelpunt tunnel 0.0485 m

afstand waterlijn tot middelpunt tunnel 0.1085 m

afstand midden van het schip tot middelpunt tunnel 1.777 m

Tabel 2.4: Gegevens locatie boegschroef.

De module bestaat uit 2 compartimenten, namelijk een deel in contact met water en een deel

dat niet in contact staat met water. De schroef wordt aangedreven door een riem rond de

uitwendige vertanding van de schroef, zie Figuur 2.8. Deze riem maakt een verbinding met

een hoger gelegen tandwiel dat via een afgedichte as verbonden is met het compartiment

dat niet in contact komt met het water. Deze afgedichte as wordt aangedreven door de

elektromotor door middel van een riemoverbrenging. De overbrengingsverhouding is 2:1.

Dus de schroef doet dubbel zoveel toeren als de uitgaande as van de motor. Deze verhouding

was nodig om het toerental te kunnen opdrijven zodat de dwarskracht groter en meetbaar

zou worden. Een foto van het geheel in werking is te vinden op Figuur 2.10.

Figuur 2.10: Werking boegschroef


De constructie zorgde voor veel luchtbelletjes in de stroming van de boegschroef. Er werd

eerst gedacht dat dit door cavitatie van de schroef was. Testen van de schroef in open water

bewees het tegendeel. De belletjes moesten dus afkomstig zijn van de riemoverbrenging

rond de schroef. In hoeverre deze luchtbelletjes effect hebben op de proeven is niet meteen

duidelijk. Ze zijn duidelijk zichtbaar op Figuur 2.10. In een poging dit effect te verminderen

werd er aan weerszijden een stuk buis, met dikte gelijk aan deze van de ring rond de schroef,

in de tunnel geplaatst. Deze buisjes werden ook afgerond aan de zijden naar de romp toe.

Afronden van de tunnel in- en uitgang heeft een gunstig effect op de stuwkracht, dit is

welgekend zie [4], [13], [14], [18], [19], [20], [21].

(a) zonder buisjes (b) met buisjes

Figuur 2.11: Boegschroef, correctie dmv buisjes.

Een foto van de buisjes ingebouwd is te zien op Figuur 2.11. De aanpassing van de con-

structie op deze wijze bracht een verbetering met zich mee en er werd voor gekozen de

buisjes te laten zitten voor de proeven.

Aan de openingen van de tunnel werden kleine gaatjes voorzien voor injectie van kleurstof

(kaliumpermanganaat, KMnO4) in het water om de stroming te visualiseren. Deze injectie

gebeurde niet permanent, om de metingen niet te beınvloeden, maar slechts bij een beperkt

aantal proeven.


2.3.3 IJking

Vooraleer de proeven van start kunnen gaan moet de meetapparatuur geijkt worden. Het

ijken gebeurd via een vaste procedure ontwikkeld door het WL. Dit gebeurt door het

aanbrengen van gekende krachten op het model en deze te vergelijken met de metingen.

Met deze gegevens kan de meetapparatuur gekalibreerd worden.

Het aanbrengen van de krachten gebeurd door middel van een hefboom die nauwkeurig

op welbepaalde plaatsen aan de hand van gekalibreerde gewichten krachten opgelegd, zie

Figuur 2.12. De gemeten krachten worden ingevuld in een speciaal ontworpen Excel blad,

wat informatie geeft over de nauwkeurigheid. Het resultaat van de ijking met betrekking

tot de Y-krachten is te zien op Figuur 2.13.

Figuur 2.12: IJking

2.4 Proevenprogramma 61

y = 0.0317x + 0.0211R2 = 1

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

Kracht [N]

Vo

lt [

V]

Ijking

Lineair (Ijking)

Figuur 2.13: Resultaat ijking Y-krachten.

2.4 Proevenprogramma

Het proevenprogramma omvatte volgende proeven:

• in het midden van de tank;

• op verschillende afstanden van de kaaimuur;

• met een gierhoek/drifthoek;

• zuiver verzetproeven;

• zuiver gierproeven.

Deze proeven werden uitgevoerd bij volgende waterdiepte:

• 0.016 m = 10% ksp;

• 0.031 m = 20% ksp;

• 0.055 m = 35% ksp;


• 0.220 m = 140% ksp.

Bij 140% ksp werden enkel proeven in het midden van de tank en op verschillende afstanden

tot de kaaimuur gedaan en dit zonder gierhoek/drifthoek. ksp is de afkorting van kielspeling

en is als volgt gedefinieerd:

ksp =h− T

T× 100 (2.2)

met

• h de waterdiepte;

• T de diepgang van het schip.

De gebruikte lettercodes voor de waterdiepte zijn te zien in Tabel 2.5, zie ook sectie 2.2.4:

ksp [%] Lettercode

10% K

20% L

35% M

140% N

Tabel 2.5: Lettercodes waterdiepte.

Hierna volgt telkens een stuk met verdere toelichting over de gebruikte snelheden, afstanden

tot kaaimuur, gierhoeken, . . . .

2.4.1 Gebruikte snelheden

Volgende snelheden zijn gebruikt bij de statx proeven:

-3,-2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 knoop

De snelheden zijn opgegeven in knopen voor het schip op ware grootte en positief in richting

van de positieve x0-as. Voor snelheid 0 wordt een paaltrek gebruikt.

Bij de zuiver verzetproeven zijn volgende snelheden gebruikt:


-0.75,-0.50,0.50,0.75 knoop

Het schip heeft hier geen voorwaartste snelheid en verplaatst zich enkel dwars, volgens de

y0-richting. Positieve snelheden zijn volgens de positieve y0-as.

In Tabel 2.6 zijn alle gegevens terug te vinden over de gebruikte snelheden, het aantal

condities per proef en over welke lengte dit is gebeurd. De gebruikte lettercodes zijn ook

terug te vinden in deze tabel, zie ook sectie 2.2.4.

letter A B C D E F G H I J K M N

u [kn] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -2 -3

u [m/s] 0.0615 0.1230 0.1844 0.2459 0.3074 0.3689 0.4304 0.4919 0.5533 0.6148 -0.1230 -0.1844

optrek [m] 1.50 3.01 4.51 6.01 7.51 9.02 10.52 12.02 13.53 15.03 -3.01 -4.51

optrek [m] 2 3 5 6 8 10 11 11 11 11 3 5

afrem [m] 2 2 5 6 8 7 7 7 7 7 3 5

som 4 5 10 12 16 17 18 18 18 18 6 10

Lbeschikbaar [m] 46 45 40 38 34 33 32 32 32 32 44 40

Lconditie [m] 15 14 13 12 11 11 16 16 16 16 14 13

condities 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 3 3

Tabel 2.6: Tabel met gegevens over de gebruikte snelheden.

Opmerking:

1. Voor de snelheden gebruikt bij de verzetproeven worden de letters P en Q zowel voor

positieve als negatieve snelheden gebruikt. Q komt overeen met de snelheden -0.75

knoop en 0.75 knoop, P komt overeen met de snelheden -0.5 knoop en 0.5 knoop.

2. De snelheden 6,8,9 knoop zijn pas na evaluatie van de resultaten van waterdiepte

35% ksp toegevoegd.

3. Bij 35% ksp zijn ook proeven uitgevoerd aan een toerental van 2500 tpm, dit bleek

echter te laag om een voldoend grote kracht te kunnen opwekken. Voor de proeven

bij 35% is volgende tabel geldig:


letter A B C D E F G H I J K M N

u [kn] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -2 -3

u [m/s] 0.0615 0.1230 0.1844 0.2459 0.3074 0.3689 0.4304 0.4919 0.5533 0.6148 -0.1230 -0.1844

optrek [m] 1.50 3.01 4.51 6.01 7.51 9.02 10.52 12.02 13.53 15.03 -3.01 -4.51

optrek [m] 2 3 5 6 8 10 11 11 11 11 3 5

afrem [m] 2 2 5 6 8 7 7 7 7 7 3 5

som 4 5 10 12 16 17 18 18 18 18 6 10

Lbeschikbaar [m] 46 45 40 38 34 33 32 32 32 32 44 40

Lconditie [m] 11 11 10 12 11 11 16 16 16 16 11 10

condities 4 4 4 3 3 3 2 2 2 2 4 4

Tabel 2.7: Tabel met gegevens over de gebruikte snelheden bij 35% ksp.

2.4.2 Afstanden tot de kaaimuur

Om de invloed van een kaaimuur te onderzoeken zijn proeven gebeurd met verschillende

afstanden van het schip tot deze muur. De afstand wordt gemeten vanaf de zij van het

schip tot de zijkant van de kaaimuur, zie Figuur 2.14.

Figuur 2.14: Afstand tot de kaaimuur.

De afstand tussen het schip en de kaaimuur is gekozen als een percentage van de scheeps-

breedte. In Tabel 2.8 zijn de percentages te zien in de kolom “Afkorting”. De volgende

afstanden zijn beproefd, met L de afstand tussen de zij van het schip en de muur:


Afkorting Lmodel [m] Lware grootte[m] y0-coordinaat [m]

midden 2.852 199.63 -0.351

1B 0.594 41.6 1.907

0.35B 0.208 14.56 2.293

0.20B 0.119 8.32 2.382

0.10B 0.059 4.16 2.441

Tabel 2.8: Afstanden kaaimuur.

Zoals te zien in Tabel 2.8 zijn de proeven aangeduid met de afkorting “midden” niet

uitgevoerd in het “echte” midden van de sleeptank maar op positie -0.351 meter. Dit is te

wijten aan de kaaimuur die zorgt voor een assymmetrie in de tank. Om een symmetrische

situatie te krijgen, nodig voor het uitvoeren van proeven zonder kaaimuur, verplaatst het

midden over -0.351 meter.

2.4.3 Hoeken

De gebruikte hoeken, die ingesteld werden op de draaitafel van de sleepwagen, zijn gekozen

in functie van percentages van de afstand van het voorschip (Yf) en achterschip (Ya) tot de

kaaimuur, zie Figuur 2.15. Het schip werd benaderd als een rechthoekige bak met breedte

B = 0.66 meter.

Figuur 2.15: Keuze hoeken.


De hoek in functie van afstand tot de kaaimuur is te berekenen als volgt:

ψ = arctan((Ya/B − Yf/B)B

LOA model

) (2.3)

In Tabel 2.9 zijn alle gegevens te vinden omtrent de gebruikte hoeken zie Figuur 2.15 met:

• Yf , Ym, Ya [m] afstand tot de kaaimuur;

• y0-positie [m] y-coordinaat van het midden van het schip in het absolute assenstelsel;

• ψ [graden] hoek ingesteld op de draaitafel.

Yf/B Ya/B Yf Ya Ym y0-positie ψ

[%] [%] [m] [m] [m] [m] [◦]

10 20 0.066 0.132 0.363 2.435 0.945

20 10 0.132 0.066 0.363 2.435 -0.945

10 35 0.066 0.231 0.412 2.386 2.362

35 10 0.231 0.066 0.412 2.386 -2.362

20 35 0.132 0.231 0.379 2.419 1.418

35 20 0.231 0.132 0.379 2.419 -1.418

35 100 0.231 0.660 0.541 2.257 6.122

100 35 0.660 0.231 0.541 2.257 -6.122

Tabel 2.9: Gegevens hoeken.

Bij de zuiver gierproeven is de amplitude van ψ = 15◦, de proeven werden uitgevoerd aan

2 en 4 knoop.

Opmerking:

Het was niet mogelijk om de boegschroef op een automatische wijze in de andere zin te laten

draaien. Daarom werd om de stuwkracht van zin te veranderen, het schip 180◦ geroteerd.

Dit zorgt er voor dat het teken van de gemeten kracht opgewekt door de boegschroef

behouden blijft en de resultaten makkelijker te vergelijken zijn.


2.4.4 Toerentallen boegschroef

Het toerental van de boegschroef was aanvankelijk 2500, 3750 en 5000 tpm. Na analyse

van de eerste gegevens bleken de krachten bij 2500 tpm te klein en zijn deze resultaten niet

in rekening gebracht. Bij de eerste proeven was er geen meting van het toerental en werd

het toerental, bij het begin van de proeven, handmatig gecontroleerd door een tachymeter.

In verdere proeven gebeurde de meting en het loggen van het toerental automatisch door

de motor. Uit deze metingen bleek dat het hoge toerental van 5000 tpm niet gehaald werd.

Wanneer van alle paaltrek en statx proeven het gemiddelde en een standaardafwijking

wordt genomen voor het lage en hoge toerental krijgt men volgende gegevens:

L [tpm] H [tpm]

gemiddelde 3692 4703

standaardafwijking 42 58

Tabel 2.10: Toerentallen proeven.

RESULTATEN METINGEN 68

Hoofdstuk 3

Resultaten metingen

In dit hoofdstuk worden de meetresultaten bekeken en besproken. Wanneer in de legende

van een grafiek de letters “L” en “H” staan dan duiden die op het toerental. L staat

voor laag en komt overeen met het toerental van 3750 tpm. H staat voor hoog en komt

overeen met het toerental van 5000 tpm, zie ook sectie 2.4.4. Afstanden tot de kaaimuur

worden aangeduid als volgt: midden, 1B, 0.35B, 0.20B, 0.10B. Zie sectie 2.4.2 voor verdere

informatie over deze afstanden. De boegschroef levert steeds een stuwkracht die het schip

naar bakboord doet roteren, dit is dus in negatieve zin, zie hierover ook de opmerking in

sectie 2.4.3.

3.1 Paaltrek proeven

Een serie paaltrek proeven werd uitgevoerd waarvan de resultaten in onderstaande secties

zullen besproken worden. 3 soorten paaltrek proeven worden bekeken:

1. in het midden van de tank;

2. met stuwkracht weg van de kaaimuur;

3. met stuwkracht naar de kaaimuur.

3.1 Paaltrek proeven 69

Bij deze proeven wordt de ksp, afstanden tot de kaaimuur, de koershoek en het toerental

gevarieerd.

3.1.1 In het midden van de tank

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

kielspeling [%]

krac

ht

[N]

LH

(a) Dwarskracht

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

kielspeling [%]

mo

men

t [N

m]

LH

(b) Giermoment

Figuur 3.1: Paaltrek in het midden van de tank, invloed ksp.

Op Figuur 3.1 zijn de resultaten te zien van een serie proeven in het midden van de tank.

Figuur 3.1(a) geeft de dwarskracht weer die opgewekt werd door de boegschroef. Er is een

duidelijk onderscheid tussen het hoge en lage toerental te zien. De hoge en lage toerental

curves vertonen echter niet dezelfde trend. Bij 20% ksp vertoont het hoge toerental een

plotse toename van de dwarskracht terwijl dit bij het lage toerental niet zo is. Meer hierover

in sectie 3.1.4. Het giermoment, Figuur 3.1(b) vertoont dezelfde trend als de dwarskracht.

Figuur 3.2 toont de dwarskracht van paaltrek proeven uitgevoerd met een koershoek en

bij verschillende ksp. De figuur geeft dezelfde trend als Figuur 3.1(a) weer. Er is geen

grote invloed van de ksp voor het lage toerental maar wel een duidelijke invloed bij het

hoge toerental. Voor de kleinste kielspeling treedt er enige spreiding op in de resultaten,

zie hiervoor naar 3.1.4. Het giermoment gedraagt zich analoog aan de dwarskracht.


-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4°H

6.1° L 6.1° H

(a) Dwarskracht

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4°H

6.1° L 6.1° H

(b) Giermoment

Figuur 3.2: Paaltrek in het midden van de tank met koershoek, invloed ksp.

3.1.2 Nabij de kaai met stuwkracht weg van de kaai

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

krac

ht

[N]

midden L midden H

B L B H

0.35B L 0.35B H

0.20B L 0.20B H

0.10B L 0.10B H

(a) Dwarskracht

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

mo

men

t [N

m]

midden L midden H

B L B H

0.35B L 0.35B H

0.20B L 0.20B H

0.10B L 0.10B H

(b) Giermoment

Figuur 3.3: Paaltrek, invloed ksp bij verschillende afstanden tot de kaaimuur, stuwkracht weg

van de kaai.

Figuur 3.3(a) geeft de dwarskracht bij paaltrek weer in functie van de ksp en dit voor

verschillende afstanden tot de kaai en voor 2 toerentallen. De boegschroef leverde een

stuwkracht met orientatie weg van de kaaimuur. Er is een duidelijke invloed van de kiel-

speling waarvan de invloed stijgt bij het naderen van de kaaimuur. Ten opzichte van de

kracht in het midden van de tank krijgt men een stijging van respectievelijk 66.8% en 40%

van de dwarskracht voor 3750 tpm en 5000 tpm wanneer men tot op 0.10B afstand van de

kaai nadert. In absolute waarden en opgeschaald voor het echte schip geeft dit een stijging


van de dwarskracht met respectievelijk 5.98 ton en 6.26 ton voor 3750 tpm en 5000 tpm.

Dit resultaat had men intuıtief al kunnen aanvoelen omdat wanneer men de kade nadert,

de boegschroef zich als het ware kan “afzetten” tegen de kade - er zijn veel havens die het

gebruik van boegschroeven zo dicht tegen de kade niet goed keuren en dan ook consequent

verbieden omdat men bang is voor schade aan de kaaimuren wanneer bijvoorbeeld een

boegschroef van 3.5 megaWatt gebruikt wordt op 4 meter van de kaai. Dit effect is alleen

maar terug te vinden bij een kielspeling van 10%. Bij een grotere kielspeling is het effect

omgekeerd. Men krijgt een verlies aan kracht, dit verlies aan kracht is het grootst voor

een afstand van 20% en 35% afstand van de kaai en is toch vrij aanzienlijk. Bij 35% ksp

en 35% afstand van de kaai verliest men 21.1% van kracht bij het maximum toerental ten

opzichte van de kracht in het midden van de tank.

Figuur 3.4 toont de invloed van een negatieve koershoek. De resultaten voor de dwarskracht

sluiten goed aan bij mekaar, een trend is duidelijk, namelijk een toename van de kracht

en moment bij afnemende ksp. Het giermoment gedraagt zich afwijkend ten opzichte van

de dwarskracht. Een mogelijk antwoord hiervoor is dat voor deze proeven elke koershoek

gekoppeld is aan een bepaalde afstand tot de kaaimuur, zie hiervoor naar 2.4.3.

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

-0.9° L -0.9° H

-1.4° L -1.4° H

-2.4° L -2.4° H

-6.1° L -6.1° H

(a) Dwarskracht

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

-0.9° L -0.9° H

-1.4° L -1.4° H

-2.4° L -2.4° H

-6.1° L -6.1° H

(b) Giermoment


van de kaai negatieve koershoek.

Op Figuur 3.5 is de invloed te zien van een positieve koershoek. Het effect hiervan op de


krachten is groot. Bij toenemende koershoek verminderen de krachten, dit is het sterkst

bij 10% ksp, daar is er een daling van maar liefst 66% te meten voor het hoge toerental als

de koershoek van 0.9◦ naar 6.1◦ verandert.

-0.5

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4° H

6.1° L 6.1° H

(a) Dwarskracht

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4° H

6.1° L 6.1° H

(b) Giermoment


van de kaai positieve koershoek.

3.1.3 Nabij de kaai met stuwkracht naar de kaai

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

krac

ht

[N]

midden L midden H

B L B H

0.35B L 0.35B H

0.20B L 0.20B H

0.10B L 0.10B H

(a) Dwarskracht

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

mo

men

t [N

m]

midden L midden H

B L B H

0.35B L 0.35B H

0.20B L 0.20B H

0.10B L 0.10B H

(b) Giermoment

Figuur 3.6: Paaltrek, invloed ksp bij verschillende afstanden tot de kaaimuur, stuwkracht naar

de kaai.

Zoals te zien is op Figuur 3.6, is de invloed heel wat minder in vergelijking met de vorige

situatie. Bij de lage toerentallen liggen alle metingen dicht bij mekaar en vormen haast

een rechte lijn. Bij de metingen aan het hogere toerental doet er zich een dip voor bij 35%


ksp.

Op Figuur 3.7 is de invloed van een negatieve koershoek te zien. De metingen liggen terug

dicht bij mekaar en een trend is duidelijk. Toename van de krachten bij afnemende ksp.

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

-0.9° L -0.9° H

-1.4° L -1.4° H

-2.4° L -2.4° H

-6.1° L -6.1° H

(a) Dwarskracht

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

-0.9° L -0.9° H

-1.4° L -1.4° H

-2.4° L -2.4° H

-6.1° L -6.1° H

(b) Giermoment


de kaai, negatieve koershoek.

Figuur 3.8 toont de invloed van een positieve koershoek. De figuur is haast identisch aan

Figuur 3.7.

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4° H

6.1° L 6.1° H

(a) Dwarskracht

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4° H

6.1° L 6.1° H

(b) Giermoment


de kaai, positieve koershoek.


3.1.4 Verdere analyse

Analyse van deze paaltrek gegevens toont dat er zich transiente verschijnselen voordoen.

Het krachtenspel komt niet in regime toestand en men mag deze gegevens dan ook niet

vergelijken met de rest van de data die wel gebaseerd is op regime toestanden. In deze

analyse worden transienten aan het licht gebracht door bepaling van de standaardafwijking

van een zwevend gemiddelde van 20 metingen op de meetresultaten. Zie Bijlage D voor

de gebruikte macro code. Wanneer de standaardafwijking op dit zwevend gemiddelde

merkelijk groter is dan dat van andere proeven en men er de grafiek bijhaalt, is er over het

algemeen een transient verschijnsel. Als men bijvoorbeeld op Figuur 3.3(a) het punt op

0.20B afstand van de kaai bij hoog toerental en 10% ksp onderzoekt, krijgt men de grafiek

van Figuur 3.9 te zien.

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

0 20 40 60 80 100 120

tijd [s]

krac

ht

[N]

Figuur 3.9: Transiente paaltrek proef

Hier is het duidelijk dat er geen regime toestand bereikt wordt. Deze gegevens mogen niet

vergeleken worden met de andere data. Bekijken van dezelfde proef als in Figuur 3.9 maar

dan uitgevoerd bij een ksp van 140 % geeft de volgende grafiek.


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

tijd [s]

krac

ht

[N]

Figuur 3.10: Paaltrek proef bij 140% ksp.

Er is nog steeds een lichte transient aanwezig maar deze staat niet in vergelijking tot de

resultaten van de proeven bij 10% ksp.

Om een maat van nauwkeurigheid te geven aan de proeven werden foutbalken voorzien op

de grafieken. Deze foutbalken zijn gebaseerd op de standaardafwijking van een zwevend

gemiddelde op 20 metingen berekent met de macro in Bijlage D. Deze standaardafwijking

werd niet voor iedere proef berekend maar enkel voor de “afwijkende” resultaten en dit

steekproefsgewijze. Het is een manier om gemakkelijk te zien of een proef een transient

heeft of niet.

Opmerking:

Voor de statx proeven, zie verder, wordt ook gebruikt gemaakt van de standaardafwijking.

Deze standaardafwijking wordt bij statx proeven genomen met een zelfde zwevend gemid-

delde van 20 metingen zoals voorheen maar nu echter op de .KRT bestanden aangezien de

.DOC bestanden voor deze proeven veel meer data bevatten dan de paaltrek proeven. De

macro hiervoor is te vinden in Bijlage E. In principe levert dit niet exact dezelfde resultaten

op. De KRT bestanden zijn gebaseerd op een zwevend gemiddelde van 10 cm afgelegde

weg tijdens de proef. De bemonsteringsfrequentie is afhankelijk per proef. Dit zorgt ervoor

dat de KRT bestanden gemiddelde waarden geeft die gebaseerd zijn op een varierend aan-


tal metingen. Dit zorgt ervoor dat het zwevende gemiddelde waar de standaardafwijking

wordt op gebaseerd, niet op hetzelfde aantal metingen is gebaseerd voor proeven met een

andere snelheid. Dit verschil is echter bijzonder klein zodat het achterwege gelaten wordt.

Invoeren van de foutbalken levert volgende resultaten op, de afwijkende proeven zijn aan-

geduid door een grijs gebied.

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

kielspeling [%]

krac

ht

[N]

LH

(a) Dwarskracht

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

kielspeling [%]

mo

men

t [N

m]

LH

(b) Giermoment

Figuur 3.11: Paaltrek in het midden van de tank, invloed ksp met foutbalken.

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4°H

6.1° L 6.1° H

(a) Dwarskracht

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4°H

6.1° L 6.1° H

(b) Giermoment

Figuur 3.12: Paaltrek in het midden van de tank met koershoek, invloed ksp met foutbalken.


-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

krac

ht

[N]

midden L midden H

B L B H

0.35B L 0.35B H

0.20B L 0.20B H

0.10B L 0.10B H

(a) Dwarskracht

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

mo

men

t [N

m]

midden L midden H

B L B H

0.35B L 0.35B H

0.20B L 0.20B H

0.10B L 0.10B H

(b) Giermoment


van de kaai met foutbalken.

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

-0.9° L -0.9° H

-1.4° L -1.4° H

-2.4° L -2.4° H

-6.1° L -6.1° H

(a) Dwarskracht

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

-0.9° L -0.9° H

-1.4° L -1.4° H

-2.4° L -2.4° H

-6.1° L -6.1° H

(b) Giermoment


van de kaai negatieve koershoek met foutbalken.


-0.5

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4° H

6.1° L 6.1° H

(a) Dwarskracht

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4° H

6.1° L 6.1° H

(b) Giermoment


van de kaai positieve koershoek met foutbalken.

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

krac

ht

[N]

midden L midden H

B L B H

0.35B L 0.35B H

0.20B L 0.20B H

0.10B L 0.10B H

(a) Dwarskracht

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

mo

men

t [N

m]

midden L midden H

B L B H

0.35B L 0.35B H

0.20B L 0.20B H

0.10B L 0.10B H

(b) Giermoment


de kaai met foutbalken.

3.2 StatX proeven 79

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

-0.9° L -0.9° H

-1.4° L -1.4° H

-2.4° L -2.4° H

-6.1° L -6.1° H

(a) Dwarskracht

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

-0.9° L -0.9° H

-1.4° L -1.4° H

-2.4° L -2.4° H

-6.1° L -6.1° H

(b) Giermoment


de kaai negatieve koershoek met foutbalken.

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4° H

6.1° L 6.1° H

(a) Dwarskracht

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

0.9° L 0.9° H

1.4° L 1.4° H

2.4° L 2.4° H

6.1° L 6.1° H

(b) Giermoment


de kaai positieve koershoek met foutbalken.

3.2 StatX proeven

Een serie statx proeven werd uitgevoerd waarvan de resultaten in onderstaande secties

zullen besproken worden. 3 soorten paaltrek proeven worden bekeken:

1. in het midden van de tank;

2. met stuwkracht weg van de kaaimuur;


3. met stuwkracht naar de kaaimuur.

Bij deze proeven wordt de snelheid, ksp, afstanden tot de kaaimuur, drifthoek en het

toerental gevarieerd. In de legende van de grafieken kunnen de termen “gecor” en “ref”

voorkomen. Ref staat voor referentie en wil zeggen dat deze data dienen als referentie

voor de andere data, bij deze referentie proef was de boegschroef niet actief. Gecorrigeerde

proef data wordt bekomen door van een proef uitgevoerd bij hoog of laag toerental er de

data van de referentie proef van af te trekken. Zo kan men het effect dat de boegschroef

teweeg brengt bekijken.

gecorrigeerde data = originele data - referentie proef

3.2.1 In het midden van de tank

140% ksp

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

ref YLgecor LHgecor H

(a) Dwarskracht

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

ref NLgecor LHgecor H

(b) Giermoment

Figuur 3.19: Statx, kracht en moment in het midden van de tank bij 140% ksp, invloed snelheid.

Zoals zichtbaar is op Figuur 3.19 krijgt men bij verhoging van de snelheid van 0 naar 3

knoop (0 naar 0.1844 m/s op schaal) een vermindering in de kracht en in mindere mate

het moment. Deze vermindering is het sterkst uitgesproken bij het hoge toerental. Voorbij

3 knoop stijgt de kracht voorbij de waarde bij paaltrek om dan min of meer constant te

blijven. Het moment gedraagt zich ongeveer gelijkaardig tot aan 7 knoop (0.4304 m/s),

vanaf 7 knoop krijgt men een plotse stijging van het moment.


Het gebruik van een boegschroef bij achteruit varen gaat gepaard met een sterke toename

van de dwarskracht. Het moment kent een zeer lichte daling t.o.v. dat bij paaltrek.

Duidelijk zichtbaar is dat de referentie proef sterker afwijkt van zijn nul waarde bij toene-

mende snelheid. Deze afwijking wordt sterker bij kleinere kielspeling (zie verder) en is toe

te schrijven aan wervelvorming. Dit is experimenteel bevestigd geweest door injectie van

kleurstof via de boegschroef en is zichtbaar in de resultaten. De krachten opgewekt door

deze wervels verstoren de metingen. Vanaf snelheden van 5 a 6 knoop (0.3074 a 0.3689 m/s

op schaal) en hoger neemt de invloed hiervan sterk toe op de metingen. Bij lage snelheid

zijn de krachten opgewekt door deze wervels klein, de krachten opgewekt door de boeg-

schroef overtreffen deze. De grootte van de foutbalken neemt ook toe bij hogere snelheden.

Bij 1 knoop (0.0615 m/s) zijn tevens grote foutbalken waarneembaar.

35% ksp

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment


Figuur 3.20 geeft hetzelfde weer als de vorige figuur maar nu bij 35% ksp. De vermindering

in kracht bij lage snelheid is minder sterk uitgesproken. Enkel nog bij het hoge toerental

doet er zich een kleine vermindering voor bij 1 knoop. Vanaf daar neemt de kracht toe tot

een snelheid van 6 knoop (0.3689 m/s). Tussen 7 en 10 knoop worden vreemde resultaten

verkregen. Kracht en moment wisselen zelfs van teken. Het is duidelijk dat in dit bereik


van snelheden de krachten opgewekt door de wervelvorming overheersen en de metingen al

behoorlijk beınvloeden.

Op Figuur 3.21 is de invloed van een drifthoek op de werking van de boegschroef te zien

in functie van de snelheid. De data in Figuur 3.21 is gecorrigeerd met referentie data, dus

op de figuur is het effect van zuiver de boegschroef te zien.

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°

(a) Dwarskracht laag toerental

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°

(b) Giermoment laag toerental

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°

(c) Dwarskracht hoog toerental

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°

(d) Giermoment hoog toerental

Figuur 3.21: Statx, kracht en moment in het midden van de tank met verschillende drifthoeken

bij 35% ksp, invloed snelheid.

Bekijken van de dwarskracht toont een stijging bij 1 knoop en een daling bij 2 knoop t.o.v.

de kracht zonder drifthoek. Bij achteruit varen levert een positieve drifthoek iets meer

kracht op en bij vooruit varen levert een negatieve drifthoek iets meer kracht.


20% ksp

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment


Op Figuur 3.22 is zeer duidelijk de invloed van de wervelvorming te zien. De referentie

proef begint na 5 knoop (0.3074 m/s op schaal) zeer sterk af te wijken van nul en vertoont

als het ware 2 “takken”. Tussen -2 en 5 knoop doet zich min of meer hetzelfde voor als bij

35% ksp met dat verschil dat de krachten haast geen dip meer kennen aan 1 knoop en dat

de krachten allemaal net iets groter uitvallen.

Figuur 3.23 toont de invloed van een drifthoek bij verschillende snelheden. Dwarskracht

en moment bij achteruit varen kennen een fikse toename t.o.v. deze bij 35% ksp. Bij

voorwaartse snelheid is het varen met een drifthoek nadelig voor de dwarskracht t.o.v.

zonder drifthoek, bij een drifthoek van 6.1◦ aan 1 knoop wordt de kracht bijna nul. Het

moment is groter voor positieve drifthoeken bij achteruit varen en negatieve drifthoeken

bij vooruit varen.


-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.4

-1.3

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


Figuur 3.23: Statx, kracht en moment in het midden van de tank met verschillende gierhoeken


10% ksp

Figuur 3.24 toont de invloed van de snelheid op de dwarskracht en moment. Figuur 3.24

verschilt in grote mate met Figuren 3.20 en 3.22. Bij 10% ksp doet zich ongeveer hetzelfde

voor als bij 140% ksp met dat verschil dat kracht en moment niet stijgen na 3 knoop maar

instabiel worden door sterke wervelvorming. Zo is er aan 10 knoop bij laag toerental een

verschil van 2 Newton tussen 2 identiek dezelfde metingen. In realiteit zou dit overeen

komen met een verschil van kracht van ±70 ton.


-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment


-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


Figuur 3.25: Statx, kracht en moment in het midden van de tank met verschillende gierhoeken



Figuur 3.25 toont de invloed van een drifthoek bij verschillende snelheden. Ook hier is er

een groot verschil met de vorige situatie. De dwarskracht neemt flink toe bij achterwaartse

snelheid terwijl zich bij voorwaartse snelheid de kracht niet meer stijgt bij 2 knoop. Ook

het giermoment is sterk afwijkend van de voorgaande situatie. Er is nu een zeer sterke

afname van het moment bij voorwaartse snelheid. Bij laag toerental verandert zelfs het

teken van het moment. Er is terug een voorkeur voor negatieve hoeken bij voorwaartse

snelheid.

3.2.2 Nabij de kaai met stuwkracht weg van de kaai

De proeven uitgevoerd nabij de kaaimuur hebben iets minder last van de wervelvorming

omdat hier bij de hogere snelheden oeverzuiging optreedt en een dominante kracht vormt.

De wervelvorming is nog steeds aanwezig, dit is experimenteel vastgesteld, maar het effect

ervan op de krachtwerking wordt teniet gedaan door de sterke oeverzuiging. Hoe dichter

bij de kaaimuur en dus hoe sterker de oeverzuiging wordt, hoe minder de wervelvorming

zich uit in de metingen. Om het effect van de boegschroef te kunnen zien wordt de data

gecorrigeerd met referentie data:


Op deze wijze is de oeverzuiging niet zichtbaar.

In Bijlage F zijn de figuren per kielspeling apart te zien per afstand tot de kaaimuur.

140% ksp

Op Figuur 3.26 is een versterking van de kracht en moment te zien bij kleiner wordende

afstand tot de kaaimuur. De toename in kracht bij 1 knoop (0.0615 m/s op schaal) op

de grafieken is te wijten aan het feit de referentie kracht waarmee gecorrigeerd werd een

afname kende in kracht bij 1 knoop, zie hiervoor naar de grafieken in Bijlage F.1.1. Voor de

kleinste afstand tot de kaaimuur is deze toename in kracht en moment toch vrij aanzienlijk.


Bij achteruit varen lijkt er een minder uitgesproken effect op de dwarskracht te zijn maar

wel op het moment, hier is een duidelijke toename van het moment zichtbaar bij kleiner

wordende afstand tot de kaaimuur.

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middengecor Bgecor 0.35Bgecor 0.20Bgecor 0.10B

(a) Dwarskracht bij laag toerental

-0.75

-0.7

-0.65

-0.6

-0.55

-0.5

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment bij laag toerental

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(c) Dwarskracht bij hoog toerental

-1.4

-1.3

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(d) Giermoment bij hoog toerental

Figuur 3.26: Statx, kracht en moment bij verschillende afstanden tot de kaaimuur bij 140%

ksp, invloed snelheid, stuwkracht weg van de kaai.

35% ksp

Op Figuur 3.27 doet zich min of meer hetzelfde voor als bij de vorige kielspeling met dat

verschil dat de krachten en momenten groter zijn. Het onderlinge verschil tussen de ver-

schillende afstanden tot de kaaimuur bij de dwarskracht is nu echter minder uitgesproken,

ze vertonen allemaal dezelfde trend namelijk een toename t.o.v. de kracht in het midden

van de tank. Bemerk de sprongen in de metingen bij 5 en 7 knoop (0.3074 en 0.4304 m/s op


schaal). Bij het giermoment is er echter wel nog een een onderling verschil tussen afstand

tot de kaaimuur, het giermoment neemt toe bij kleiner wordende afstand tot de muur.

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

midden

gecor B

gecor 0.35B

gecor 0.20B

gecor 0.10B


-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]



-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

krac

ht

[N]



-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]



Figuur 3.27: Statx, kracht en moment bij verschillende afstanden tot de kaaimuur bij 35% ksp,

invloed snelheid, stuwkracht weg van de kaai.

Op Figuur 3.28 is de invloed van een drifthoek te zien. De dwarskracht wordt bij voor-

waartse snelheid nadelig beınvloed door een drifthoek t.o.v. de kracht zonder drifthoek, bij

achterwaartse snelheid is het omgekeerde waar. Een positieve drifthoek is minder nadelig

dan een negatieve drifthoek. Het giermoment vertoont echter een lichte versterking t.o.v.

het moment zonder drifthoek en dit zowel bij voorwaartse en achterwaartse snelheden. Bij

het hoge toerental, Figuur 3.28(d), is er een toename duidelijk van het giermoment voor

positieve drifthoeken ten opzichte van negatieve drifthoeken


-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


Figuur 3.28: Statx, kracht en moment bij verschillende afstanden tot de kaaimuur en drifthoe-

ken bij 35% ksp, invloed snelheid, stuwkracht weg van de kaai.

20% ksp

Figuur 3.29 toont terug dezelfde trends als bij de vorige kielspeling, namelijk een toename

van kracht en moment onder invloed van de kaaimuur en snelheid. De krachten zijn terug

groter geworden t.o.v. de vorige kielspeling, het moment kent slechts een kleine stijging.

Enkel in het giermoment is er bij achterwaartse snelheid een duidelijke afhankelijkheid van

de afstand tot de kaaimuur.


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

krac

ht

[N]



-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]



-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

krac

ht

[N]



-2

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]





Figuur 3.30 toont een afname van de dwarskracht bij negatieve drifthoeken en een toename

van de dwarskracht bij positieve drifthoeken ten opzichte van de kracht zonder drifthoek

bij voorwaartse snelheid. Bij achterwaartse snelheid is er een toename van de kracht. Het

punt bij snelheid -0.1230 m/s voor 6.1◦ op Figuur 3.30(c) valt hier bijna samen met dat

voor -6.1◦, dit komt omdat het regime bij 6.1◦ zich niet snel genoeg ingesteld heeft bij het

hoge toerental. Ten opzichte van het moment zonder drifthoek lijken positieve drifthoeken

een toename van het moment te vertonen en negatieve drifthoeken een afname van het

moment.


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°




10% ksp

Figuur 3.31 toont een sterke toename van kracht en moment ten opzichte van de andere

kielspelingen. Er is terug een toename van kracht en moment door de nabijheid van de

kaaimuur. Bij het achteruit varen is er een afname van de dwarskracht en een toename

van het giermoment ten op zichte van de kracht en moment in het midden van de tank.


-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

krac

ht

[N]



-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]



-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

krac

ht

[N]



-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6

snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]





Figuur 3.32 toont de invloed van een drifthoek bij 10% kielspeling en verschillende snel-

heden. Ten opzichte van de kracht zonder drifthoek doet er zich een versterking van de

dwarskracht voor bij achterwaartse snelheden en een vermindering bij voorwaartse snelhe-

den. Bij achterwaartse snelheid kennen dwarskracht en giermoment een sterke toename.

Deze toename in de dwarskracht is het grootst bij negatieve drifthoeken.


-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°




3.2.3 Nabij de kaai met stuwkracht naar de kaai

De data die hier wordt voorgesteld is ook gecorrigeerd geweest met referentie data om zo

het effect van de boegschroef duidelijk naar voor te brengen.


140% ksp

Op Figuur 3.33 is te zien dat een kaaimuur een nadelig effect heeft op de dwarskracht

t.o.v. wanneer men in het midden van de tank vaart. Bij achteruit varen is er echter een


toename van de kracht bij het naderen van de kaaimuur. Het giermoment wordt gunstig

beınvloed, versterkt door de nabijheid van een kaaimuur en ook hier is er een toename van

het moment bij achteruit varen en dichter bij de kaaimuur komen.

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-0.75

-0.7

-0.65

-0.6

-0.55

-0.5

-0.45

-0.4

-0.35

-0.3

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-1.3

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


Figuur 3.33: Statx, kracht en moment bij verschillende afstanden tot de kaaimuur bij 140%

ksp, invloed snelheid, stuwkracht naar de kaai.

35% ksp

Op Figuur 3.34 is voor de dwarskracht dezelfde trend waarneembaar als de vorige figuur,

namelijk een afname van de kracht door de kaaimuur en een toename bij achteruit varen.

Ook het giermoment vertoont dezelfde trend als de vorige figuur, namelijk een toename van

het giermoment. Deze toename van het giermoment is zelfs vrij groot, zie Figuur 3.34(d).

Bemerk de grote sprongen in de grafieken vanaf 4 knoop (0.2459 m/s op schaal).


-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

middenB

0.35B0.20B

0.10B



invloed snelheid, stuwkracht naar de kaai.

Figuur 3.35 toont de invloed van een drifthoek bij verschillende snelheden. De dwarskracht

neemt licht toe onder de invloed van een drifthoek, enkel een grote positieve drifthoek ver-

toont een afname van de kracht. Het giermoment ligt verspreid rond de meting zonder

drifthoek. Positieve drifthoeken versterken het giermoment en negatieve drifthoeken ver-

zwakken het giermoment ten opzichte van het moment zonder drifthoek.


-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.4

-1.3

-1.2

-1.1

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°



ken bij 35% ksp, invloed snelheid, stuwkracht naar de kaai.

20% ksp

Figuur 3.36 toont een zelfde tendens als Figuur 3.34 die dezelfde gegevens weergeeft maar

dan bij 35% ksp. Namelijk een nadelige beınvloeding van de dwarskracht bij het naderen

van de kaaimuur. Echter bij achterwaartse snelheid treedt een uitgesproken versterking van

de kracht op. Het giermoment vertoont een lichte versterking bij naderen van de kaaimuur

en een zeer sterke toename bij het kleinere afstand tot de kaaimuur bij achterwaartse

snelheid.


-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

middenB

0.35B0.20B

0.10B




Op Figuur 3.37 is min of meer hetzelfde te zien als op deze bij 35% ksp. Met dat verschil

dat de kracht en moment zijn toegenomen in grootte. Voor de dwarskracht is er een

verschil tussen positieve en negatieve drifthoeken, de krachten bij negatieve drifthoeken

zijn net iets groter. Het giermoment ligt terug verspreid rond de meting zonder drifthoek.

De metingen met positieve drifthoek hebben een iets groter moment t.o.v. deze zonder

drifthoek, de metingen met negatieve drifthoek hebben een iets kleiner moment t.o.v. deze

zonder drifthoek.


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-2

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°




10% ksp

Figuur 3.38 toont dat de nadelige invloed van de kaaimuur op de dwarskracht vermindert

bij kleine kielspeling. Bij hogere snelheden zou er zelfs een versterking optreden. Het is

echter duidelijk te zien dat deze punten fluctueren en dat de wervelvorming en de bijzondere

kleine kielspeling de meting al verstoren. Voor het giermoment is er nog steeds spraken

van een toename over het volledige bereik van snelheden.


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

middenB

0.35B0.20B

0.10B


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 0 0.2 0.4 0.6snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

middenB

0.35B0.20B

0.10B




Figuur 3.39 vertoont net dezelfde trends als dezelfde figuur bij 20% ksp, zie Figuur 3.37.

Er is wel een toename van kracht en moment onder invloed van de geringe kielspeling.

3.3 PMMPSI proeven 100

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

-6.1°-2.4°-1.4°-0.9°00.9°1.4°2.4°6.1°




3.3 PMMPSI proeven

In de volgende grafieken wordt in de legende steeds gebruik gemaakt van 2 letters. De 1e

letter duidt op het toerental van de boegschroef, laag of hoog. De 2e letter duidt op de

snelheid van het schip, L = 2 knoop en H = 4 knoop.

In de grafieken wordt gebruikt gemaakt van een dimensieloze restkracht en een dimensieloos

restmoment. Met behulp van:

restkracht = ∆Y = kracht - referentie proef;


restmoment = ∆N = moment - referentie proef.

Zijn deze als volgt gedefinieerd:

dimensieloze restkracht =∆Y

12ρ(u2 + ( rL

2)2)LT

(3.1)

dimensieloos restmoment =∆N

12ρ(u2 + ( rL

2)2)LTxT

(3.2)

met r = ψ en xT de langscoordinaat van de boegschroef in het scheepsvast assenstelsel.

3.3.1 35% ksp

-0.14

-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40gamma [°]

dim

ensi

eloz

e re

stkr

acht

L LH LL HH H

(a) Dimensieloze dwarskracht

-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40gamma [°]

dim

ensi

eloo

s re

stm

omen

t

L LH LL HH H

(b) Dimensieloos giermoment

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 2 4 6 8 10 12 14afstand [m]

krac

ht

[N]

ref LL LH Lref HL HH H

(c) Dwarskracht

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 2 4 6 8 10 12 14afstand [m]

mo

men

t [N

m]


(d) Giermoment

Figuur 3.40: Pmmpsi, kracht en moment bij 35% ksp i.f.v. γ en i.f.v. afstand langs de x-as.

Figuur 3.40 toont dat er een effect van de boegschroef is. Er is geen consistentie in de

resultaten.


3.3.2 20% ksp

Figuur 3.41 toont het resultaat voor 20% ksp. Hier is de proef bij lage snelheid mislukt. De

proeven bij 20% ksp zijn uitgevoerd in het ware midden van de tank en niet in het hydro-

dynamische midden zoals de proeven bij 35% en % 10 ksp. Het effect van de boegschroef

is waarneembaar.

-0.07

-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20gamma [°]

dim

ensi

eloz

e re

stkr

acht

L HH H


-0.05

-0.045

-0.04

-0.035

-0.03

-0.025

-0.02

-0.015

-0.01

-0.005

0

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20gamma [°]

dim

ensi

eloo

s re

stm

omen

t

L HH H


-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

0 2 4 6 8 10 12 14afstand [m]

krac

ht

[N]

ref HL HH H

(c) Dwarskracht

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

0 2 4 6 8 10 12 14afstand [m]

mo

men

t [N

m]

ref HL HH H

(d) Giermoment


3.3.3 10% ksp

Deze kleine kielspeling levert de vreemde resultaten te zien op Figuur 3.42.

3.4 Multi proeven 103

-0.14

-0.12

-0.1

-0.08

-0.06

-0.04

-0.02

0

0.02

0.04

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40gamma [°]

dim

ensi

eloz

e re

stkr

acht

L LH LL HH H


-0.08

-0.07

-0.06

-0.05

-0.04

-0.03

-0.02

-0.01

0

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40gamma [°]

dim

ensi

eloo

s re

stm

omen

t

L LH LL HH H


-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

0 2 4 6 8 10 12 14afstand [m]

krac

ht

[N]


(c) Dwarskracht

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

0 2 4 6 8 10 12 14afstand [m]

mo

men

t [N

m]


(d) Giermoment


3.4 Multi proeven

Deze proeven zijn niet stationair van karakter, het schip beweegt naar of weg van de

kaaimuur. Bij begin en einde van de proef is er groot overgangsverschijnsel, hier is de

snelheid niet constant. Dit stuk van de proef wordt niet beschouwd. Wanneer een constante

verzetsnelheid bereikt is, doet er zich vooral bij beweging naar de kaaimuur toe een transient

voor, deze is sterker bij kleine ksp. Om de multi proeven toch met elkaar te kunnen

vergelijken wordt gebruik gemaakt van de restkracht en restmoment. Dit is de gemeten

kracht min de kracht van een referentie proef. Op deze wijze is de transient niet meer

zichtbaar en kunnen resultaten met elkaar vergeleken worden. Een gemiddelde wordt


genomen over een interval van 40-90% van de afstand dat de verzetsnelheid constant is.

Zie Figuur 3.43 voor het overgangsverschijnsel.

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0 0.5 1 1.5 2 2.5afstand [m]

krac

ht

[N]

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

snel

hei

d [

m/s

]

snelheidkrachtreferentierestkracht

(a) Dwarskracht bij 35% ksp

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

0 0.5 1 1.5 2 2.5afstand [m]

krac

ht

[N]

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

snel

hei

d [

m/s

]

snelheidrestkrachtkrachtreferentie

(b) Dwarskracht bij 10% ksp

Figuur 3.43: Multi, overgansverschijnsel bij beweging naar de kaaimuur toe.

De “L” en “H” in de legenda van de volgende grafieken duiden op het toerental van de

boegschroef waarbij respectievelijk L staat voor het Laag toerental en H staat voor het

Hoog toerental. In de legenda staat ook “wvk” en “nk”, dit duidt op de richting van de

stuwkracht. Bij wvk is de richting van de stuwkracht weg van de kaai, bij nk is de richting

van de stuwkracht naar de kaai toe.

3.4.1 Beweging naar de kaai toe

Het schip beweegt zich met een zuivere verzetbeweging naar de kade toe. Figuur 3.44 toont

kracht en moment. Er is een invloed van de kielspeling op de resultaten, de stuwkracht

met zin naar de kaai vertoont een grotere kracht dan met stuwkracht weg van de kaai. De

giermomenten zijn bij 0.5 knoop bijna gelijk voor beide richtingen van stuwkracht.


-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

L wvkH wvkL nkH nk

(a) Dwarskracht bij 0.50 knoop

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

L wvkH wvkL nkH nk

(b) Giermoment bij 0.50 knoop

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

L wvkH wvkL nkH nk

(c) Dwarskracht bij 0.75 knoop

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

L wvkH wvkL nkH nk

(d) Giermoment bij 0.75 knoop

Figuur 3.44: Multi, kracht en moment bij beweging van het schip naar de kade toe.

3.4.2 Beweging weg van de kaai

Het schip beweegt zich met een zuivere verzetbeweging van de kade weg. De kielspeling

heeft terug zijn invloed op de metingen. Hier zijn kracht en moment voor de stuwkracht

met zin weg van de kaai groter dan deze met stuwkracht naar de kaai.


-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0 5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

L wvkH wvkL nkH nk

(a) Dwarskracht bij 0.50 knoop

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

L wvkH wvkL nkH nk

(b) Giermoment bij 0.50 knoop

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0 5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

krac

ht

[N]

L wvkH wvkL nkH nk

(c) Dwarskracht bij 0.75 knoop

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 5 10 15 20 25 30 35 40ksp [%]

mo

men

t [N

m]

L wvkH wvkL nkH nk

(d) Giermoment bij 0.75 knoop

Figuur 3.45: Multi, kracht en moment bij beweging van het schip weg van de kade.

De grafieken tonen aan dat wanneer stuwkracht en verzetbeweging dezelfde richting hebben,

deze de kracht en het moment versterken.

3.5 In een sluis 107

3.5 In een sluis

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

krac

ht

[N]

LH

(a) Dwarskracht

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0 20 40 60 80 100 120 140 160ksp [%]

mo

men

t [N

m]

LH

(b) Giermoment

Figuur 3.46: Sluis, kracht en moment bij schip in een sluis.Figuur 3.46 toont de resultaten van de proeven uitgevoerd in de sluis. Een duidelijke

invloed van de kielspeling is te zien op de figuur. Bij deze proeven had men transienten

verwacht door rondcirculeren van het water in de sluis. Het bekijken van de data van de

proeven bracht geen echt sterke transienten aan het licht. Enkel bij de kleine kielspelingen

is er een kleine transient bij het begin van de proef en een lichte afname van de kracht in

functie van de tijd, zie Figuur 3.47.

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

10 30 50 70 90 110

tijd [s]

krac

ht

[N]

(a) Dwarskracht bij 10% ksp

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

10 30 50 70 90 110

tijd [s]

krac

ht

[N]

(b) Dwarskracht bij 20% ksp

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

10 30 50 70 90 110

tijd [s]

krac

ht

[N]

(c) Dwarskracht bij 35% ksp

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

10 30 50 70 90 110

tijd [s]

krac

ht

[N]

(d) Dwarskracht bij 140% ksp

Figuur 3.47: Sluis, tijdsverloop dwarskracht bij gebruik boegschroef in een sluis.

CONCLUSIE EN AANBEVELINGEN 108

Hoofdstuk 4

Conclusie en aanbevelingen

4.1 Conclusie

De beschikbare parameters van boegschroeven zijn opgezocht en een theoretische studie

naar de werking van boegschroeven is uitgevoerd. Er is een literatuurstudie uitgevoerd naar

de effecten van laterale thrusters die relevant zijn voor deze thesis. Een proevenprogramma

is samengesteld geweest voor de sleeptank van het Waterbouwkundig Laboratorium. De

data verkregen van de proeven zijn geanalyseerd.

De beschikbare gegevens voor thrusters zijn de diameter, vermogen, geometrie van de

thruster eenheid met betrekking tot installatie in het schip, het gewicht van de eenheid,

het nominaal toerental van de aandrijfmotor, keuze van de schroef tussen FPP of CPP en

het type aandrijving namelijk diesel of elektrisch.

De werking van een thruster valt uit te leggen met de wetten van Newton. De theoretische

beschouwing steunt op de verandering van de hoeveelheid van beweging van de vloeistof

- impulstheorie. De totale reactiekracht te wijten aan de thruster verdeelt zich over een

kracht geleverd door de schroef en een kracht op de romp van het schip. Hieruit volgt

meteen het belang van de tunnel geometrie. Een goede afronding van de tunnel in- en

uitgang is bevorderlijk.

4.2 Aanbevelingen 109

Op basis van een beperkt aantal proeven is gepeild naar de invloed van een kaaimuur, kiel-

speling, drifthoek, snelheid en een sluis. De kielspeling is een dominante parameter die over

het algemeen wanneer deze klein wordt de krachten en momenten versterkt. De snelheid

van het schip heeft een grote invloed op het gedrag van de thruster. Volgens de literatuur

kan men een sterke afname verwachten van kracht en moment bij lage voorwaartse snelheid

van het schip t.o.v. kracht en moment bij nulsnelheid. Deze daling bereikt een minimum,

waarna kracht en moment zich terug herstellen. Dergelijke afname is terug te vinden in

bepaalde proeven maar ze is minder sterk uitgesproken als dat de literatuur voorspelt. Het

gebruik van een boegschroef bij achteruit varen heeft een toename, tot sterke toename van

de kracht en moment tot gevolg. De nabijheid van een kaaimuur heeft een effect op de

boegschroef. Wanneer de stuwkracht weg van de kaaimuur gericht is, is er een stijging

van de kracht en moment ten opzichte van wanneer er geen kaaimuur aanwezig is. Als de

stuwkracht echter naar de kaaimuur gericht is, dan is er een vermindering van de kracht,

het moment kent een toename. Het gebruik van thrusters bij het varen met een drifthoek

heeft vaak een nadelige invloed op de krachten t.o.v. deze zonder drifthoek. Wanneer het

schip zuiver verzet en de stuwkracht heeft dezelfde richting als deze verzetbeweging, dan

neemt de stuwkracht toe. Kracht en moment bij het gebruik van een thruster in een sluis

zijn zeer sterk afhankelijk van de kielspeling. Hoe kleiner de kielspeling, hoe groter kracht

en moment.

Aan hoge snelheid trad er wervelvorming op die de metingen beınvloedde. Deze wervelvor-

ming werd versterkt bij kleinere kielspelingen. Ze treedt op vanaf snelheden van ongeveer

4 a 5 knoop afhankelijk van de kielspeling.

4.2 Aanbevelingen

De constructie van de boegschroef zorgde voor zeer veel kleine luchtbelletjes. De opgewekte

krachten waren klein waardoor het toerental zeer hoog moest worden opgedreven. In welke

mate dit nog overeenkomt met schepen op ware grootte is niet meteen duidelijk. Dit kan de

4.2 Aanbevelingen 110

resultaten niet representatief maken bij schepen op ware grootte. Een nieuw ontwerp van

de boegschroef installatie waarbij dergelijke vorming van luchtbelletjes zich niet voordoet

lijkt aangewezen.

Het gebruik van een ander schip dat geen wervelvorming vertoont bij hogere snelheid wan-

neer het niet is uitgerust met een hoofdpropeller. Proeven waarbij het model M uitgerust

werd met een hoofdpropeller vertonen deze wervelvorming niet, het uitrusten van het model

met een propeller kan dus een verbetering zijn.

Het aanbrengen van afrondingen aan de tunnel in- en uitgang. Dit verhoogt de dwarskracht

geleverd door de boegschroef, zie het literatuur onderzoek.

Opnieuw uitvoeren van de proeven maar dan met minder condities per proef. De tijdsduur

van de paaltrek proeven langer nemen want bij deze proeven traden vaak transienten op.

De proeven enkele keren herhalen ter controle van de reproduceerbaarheid.

ζ WAARDEN 111

Bijlage A

ζ waarden

DIMENSIEANALYSE 112

Bijlage B

Dimensieanalyse

Opdat modelproeven een juist beeld van de werkelijkheid zouden geven, moet er dynami-

sche gelijkvormigheid zijn. Dit houdt het volgende in:

• schip en model dienen geometrisch gelijkvormig te zijn

• de krachten die op het model en op het schip inwerken dienen in een constante

verhouding te staan; dit geldt ook voor de krachten op de vloeistof in de omgeving

van model en schip

De krachten die voorkomen zijn de volgende:

• drukkrachten

• zwaartekracht

• wrijvingskracht

• krachten voortkomend uit de zwaartekracht

• traagheidskrachten

• elastische krachten (verwaarloosbaar)

• oppervlaktespanningen (verwaarloosbaar)

DIMENSIEANALYSE 113

Om een idee te krijgen hoe men deze krachten op een wetenschappelijk correcte manier

moet schalen, kan men gebruik maken van de dimensieanalyse. Dergelijke analyse steunt

op het Buckingham Π-theorema en de wetten van Navier-Stokes [32]. Toepassing van deze

theorie op een scheepshydrodynamisch probleem zijn terug te vinden in [33].

De modelwetten die moeten worden toegepast zijn de volgende:

1. De modelwet van Reech-Froude voor snelheid:

VS√gLS

=VM√gLM

⇔ Fn,S = Fn,M (B.1)

2. De modelwet van Reynolds:

VSLSνS

=VMLMνM

⇔ Rn,S = Rn,M (B.2)

3. Gelijkvormigheid in drukken:pSρSV 2

S

=pM

ρMV 2M

(B.3)

4. Gelijke snelheidsgraad:VASnSDS

=VAMnMDM

(B.4)

Hierin zijn:

• V de scheepssnelheid

• g de gravitatieconstante

• L de scheepslengte

• ν de viscositeit van de vloeistof

• ρ de massadichtheid van de vloeistof

• p de druk

• VA de intreesnelheid

DIMENSIEANALYSE 114

• D de schroefdiameter

• n het schroeftoerental

Opmerkingen:

• In bovenstaande uitdrukkingen duidt de subscript “S” op het schip en “M” op het

model.

• In een sleeptank kan niet voldaan worden aan B.3 omwille van de atmosferische druk.

Bij modelproeven levert dit geen echt bezwaar op tenzij cavitatie optreedt. Om dit

verschijnsel toch op schaal na te bootsen moet men de atmosferische druk volgens de

modelwetten schalen.

• Om praktische redenen kan aan de gelijkvormigheidswet van Reynolds B.2 bij proe-

ven met scheepsmodellen niet worden voldaan. Een scheepsmodel op schaal 1/70 zou

immers moeten gesleept worden met een snelheid die 70 keer deze van het werkelijke

schip bedraagt, wat in de praktijk niet mogelijk is. Het gebruik van een andere vloei-

stof dan water zou een theoretische mogelijkheid zijn, maar dit is evenmin praktisch

uitvoerbaar. Men lost dit op door te voldoen aan de modelwet van Reech-Froude en

door gebruik van zo grote mogelijke modellen het verschil in Reynoldsgetal tussen

schip en model te beperken.

Op basis hiervan liggen nu alle verbanden tussen de parameters vast waaran voldoen moet

worden voor dynamische gelijkvormigheid. Een overzicht:

DIMENSIEANALYSE 115

snelheidschaal λV =√λL

tijdsschaal λt =√λL

versnellingsschaal λa = 1

oppervlakteschaal λS = λ2

volumeschaal λ∀ = λ3L

massaschaal λm = λρλ3L

kinematische viscositeit λν = λµλ−1L

krachtenschaal λF = λρλ3L

vermogenschaal λP = λρλ3.5L

momentenschaal λQ = λρλ4L

schaal voor toerental λn = λ−0.5L

Tabel B.1: Schalen voor gelijkvormigheid

met:

• λL = xS

xMde lengteschaal

• λρ = ρS

ρMde densiteitsschaal

• λµ = µS

µMde schaal voor de dynamische viscositeit

Van deze schalen ligt λρ omwille van praktische redenen (er wordt met zoet water gewerkt)

vast en dus ook λµ alhoewel deze ook van de temperatuur afhankelijk is.

KARAKTERISTIEKEN VOOR Y EN N VOOR VERSCHILLENDE SCHEPEN 116

Bijlage C

Karakteristieken voor Y en N voor

verschillende schepen

Deze gegevens zijn afkomstig uit [13].

KARAKTERISTIEKEN VOOR Y EN N VOOR VERSCHILLENDE SCHEPEN 117

VBA CODE PAALTREK PROEVEN 118

Bijlage D

VBA code paaltrek proeven

Een macro werd geschreven om de resultaten van de paaltrek proeven te onderzoeken op

transiente verschijnselen. De code van deze macro wordt hier weergegeven:

Sub paaltrektest() ' ' paaltrektest Macro ' De macro is opgenomen op 5/04/2007 door Jan Bertrem. ' ' Sheets(1).Select Sheets(1).Name = "data" Columns("A:A").Select Selection.TextToColumns Destination:=Range("A1"), DataType:=xlDelimited, _ TextQualifier:=xlDoubleQuote, ConsecutiveDelimiter:=True, Tab:=True, _ Semicolon:=False, Comma:=False, Space:=True, Other:=False, FieldInfo _ :=Array(Array(1, 1), Array(2, 1)), TrailingMinusNumbers:=True Columns("J:Q").Select Range("J169").Activate Selection.Insert Shift:=xlToRight Range("J171").Select lastrowJ = Worksheets("data").Range("I1").End(xlDown).Row ActiveCell.FormulaR1C1 = "=RC[-1]+RC[-3]" Range("J171").Select Selection.AutoFill Destination:=Range("J171:J4170") Range("J171:J4170").Select Range("J168").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "ijk" Range("J169").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=AVERAGE(R[2]C:R[402]C)" Range("J170").Select Range("K171").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=RC[-1]-R169C10" Range("K171").Select Selection.AutoFill Destination:=Range("K171:K4170") Range("K171:K4170").Select Range("K170").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Y" Range("L170").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Zwev gem van 20" Range("L190").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=AVERAGE(R[-19]C[-1]:RC[-1])" Range("L190").Select Selection.AutoFill Destination:=Range("L190:L4170") Range("L190:L4170").Select Range("N172").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "40-80 seconden" Range("N173").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "40" Range("N174").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "80" Range("O173").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=MATCH(RC[-1],R[-2]C[-13]:R[3997]C[-13],1)"

Range("O173").Select Selection.Copy Range("O174").Select ActiveSheet.Paste Application.CutCopyMode = False ActiveCell.FormulaR1C1 = "=MATCH(RC[-1],R[-3]C[-13]:R[3996]C[-13],1)" Range("O173").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=MATCH(RC[-1],R[-2]C[-13]:R[3997]C[-13],1)+170" Range("O174").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=MATCH(RC[-1],R[-3]C[-13]:R[3996]C[-13],1)+170" Range("N177").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "STDEV" Range("N178").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = _ "=STDEV(INDIRECT(""L""&R[-5]C[1]):INDIRECT(""L""&R[-4]C[1]))" Range("N179").Select Charts.Add ActiveChart.ChartType = xlXYScatterLinesNoMarkers ActiveChart.SeriesCollection.NewSeries ActiveChart.SeriesCollection(1).XValues = "=data!R171C2:R4170C2" ActiveChart.SeriesCollection(1).Values = "=data!R171C11:R4170C11" ActiveChart.Location Where:=xlLocationAsNewSheet With ActiveChart .HasTitle = True .ChartTitle.Characters.Text = "Dwarskracht" .Axes(xlCategory, xlPrimary).HasTitle = True .Axes(xlCategory, xlPrimary).AxisTitle.Characters.Text = "tijd [s]" .Axes(xlValue, xlPrimary).HasTitle = True .Axes(xlValue, xlPrimary).AxisTitle.Characters.Text = "kracht [N]" End With With ActiveChart.Axes(xlCategory) .HasMajorGridlines = True .HasMinorGridlines = False End With With ActiveChart.Axes(xlValue) .HasMajorGridlines = True .HasMinorGridlines = False End With ActiveChart.Axes(xlCategory).Select With Selection.Border .Weight = xlHairline .LineStyle = xlAutomatic End With With Selection .MajorTickMark = xlOutside .MinorTickMark = xlNone .TickLabelPosition = xlLow End With With ActiveChart.Axes(xlCategory) .MinimumScale = 10

.MaximumScale = 110 .MinorUnitIsAuto = True .MajorUnitIsAuto = True .Crosses = xlAutomatic .ReversePlotOrder = False .ScaleType = xlLinear .DisplayUnit = xlNone End With ActiveChart.SeriesCollection(1).Select ActiveChart.SeriesCollection(1).Trendlines.Add(Type:=xlMovingAvg, Period:= _ 20, Forward:=0, Backward:=0, DisplayEquation:=False, DisplayRSquared:= _ False).Select ActiveChart.ChartArea.Select Sheets("data").Select Selection.End(xlUp).Select ActiveWindow.SmallScroll Down:=-18 Range("K171").Select Range(Selection, Selection.End(xlDown)).Select With Selection.Interior .ColorIndex = 36 .Pattern = xlSolid End With Range("B171").Select Range(Selection, Selection.End(xlDown)).Select With Selection.Interior .ColorIndex = 36 .Pattern = xlSolid End With Range("N177").Select With Selection.Interior .ColorIndex = 3 .Pattern = xlSolid End With Range("N178").Select End Sub

VBA CODE STATX PROEVEN 122

Bijlage E

VBA code statx proeven

Een macro werd geschreven om de resultaten van de statx proeven te onderzoeken op

transiente verschijnselen. De code van deze macro wordt hier weergegeven:

Sub statx() ' ' statx Macro ' De macro is opgenomen op 2/04/2007 door Jan. ' ' Sneltoets: CTRL+j ' Dim lastrowJ As Long Sheets(1).Select Sheets(1).Name = "data" Columns("A:A").Select Selection.TextToColumns Destination:=Range("A1"), DataType:=xlDelimited, _ TextQualifier:=xlDoubleQuote, ConsecutiveDelimiter:=True, Tab:=True, _ Semicolon:=False, Comma:=False, Space:=True, Other:=False, FieldInfo _ :=Array(Array(1, 1), Array(2, 1), Array(3, 1), Array(4, 1), Array(5, 1), Array(6, 1), _ Array(7, 1), Array(8, 1), Array(9, 1), Array(10, 1), Array(11, 1), Array(12, 1), Array(13, 1 _ ), Array(14, 1), Array(15, 1), Array(16, 1), Array(17, 1), Array(18, 1), Array(19, 1), Array _ (20, 1), Array(21, 1), Array(22, 1), Array(23, 1)), TrailingMinusNumbers:=True Columns("J:U").Select Selection.Insert Shift:=xlToRight ' Range("J1").Select lastrowJ = Worksheets("data").Range("I1").End(xlDown).Row ActiveCell.FormulaR1C1 = "=RC[-1]+RC[-3]" Range("J1").Select Selection.AutoFill Destination:=Range("J1:J" & lastrowJ&) Rows("1:1").Select Selection.Insert Shift:=xlDown Range("J1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Y" Range("K1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "Zwev gem" Range("K22").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=AVERAGE(R[-19]C[-1]:RC[-1])" Range("K22").Select Dim lastrowK As Long lastrowK = Worksheets("data").Range("J22").End(xlDown).Row Selection.AutoFill Destination:=Range("K22:K" & lastrowK&) Range("J2").Select Range(Selection, Selection.End(xlDown)).Select ' Range("J2:J281,B281").Select ' Range("B281").Activate ' Range(Selection, Selection.End(xlUp)).Select ' Range("J3").Select ' Range(Selection, Selection.End(xlDown)).Select ' Range("J3:J281,B281").Select ' Range("B281").Activate ' Range(Selection, Selection.End(xlUp)).Select ' Range("J3:J281,B3:B281").Select

' Range("B281").Activate Charts.Add ActiveChart.ChartType = xlXYScatterLinesNoMarkers ' ActiveChart.SetSourceData Source:=Sheets("data").Range("B3:B281,J3:J281"), ' ActiveChart.SetSourceData Source:=Sheets("data").Range("B3:B" & lastrowJ&, "J3:J" & lastrowJ&), _ ' PlotBy:=xlColumns ActiveChart.SeriesCollection.NewSeries ActiveChart.SeriesCollection(1).XValues = Worksheets("data").Range("B3:B" & lastrowJ&) ActiveChart.SeriesCollection(1).Values = Worksheets("data").Range("J3:J" & lastrowJ&) ActiveChart.Location Where:=xlLocationAsNewSheet With ActiveChart .HasTitle = True .ChartTitle.Characters.Text = "Dwarskracht" .Axes(xlCategory, xlPrimary).HasTitle = True .Axes(xlCategory, xlPrimary).AxisTitle.Characters.Text = "tijd [s]" .Axes(xlValue, xlPrimary).HasTitle = True .Axes(xlValue, xlPrimary).AxisTitle.Characters.Text = "kracht [N]" End With With ActiveChart.Axes(xlCategory) .HasMajorGridlines = True .HasMinorGridlines = False End With With ActiveChart.Axes(xlValue) .HasMajorGridlines = True .HasMinorGridlines = False End With ActiveChart.Axes(xlCategory).Select With Selection.Border .Weight = xlHairline .LineStyle = xlAutomatic End With With Selection .MajorTickMark = xlOutside .MinorTickMark = xlNone .TickLabelPosition = xlLow End With With ActiveChart.Axes(xlCategory) .MinimumScale = 50 .MaximumScaleIsAuto = True .MinorUnitIsAuto = True .MajorUnitIsAuto = True .Crosses = xlAutomatic .ReversePlotOrder = False .ScaleType = xlLinear .DisplayUnit = xlNone End With ActiveChart.SeriesCollection(1).Select ActiveChart.SeriesCollection(1).Trendlines.Add(Type:=xlMovingAvg, Period:= _

20, Forward:=0, Backward:=0, DisplayEquation:=False, DisplayRSquared:= _ False).Select Sheets("data").Select Range("M1").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "plak hieronder de gegevens van de proef" Range("M7").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "interval" Range("N7").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "begin regime" Range("O7").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "eind regime" Range("P7").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "kolom nummer" Range("Q7").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "kolom nummer" Range("M8").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "30-90" Range("N8").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=(R[-4]C-R[-5]C)*0.3+R[-5]C" Range("N8").Select Selection.AutoFill Destination:=Range("N8:N10"), Type:=xlFillDefault Range("N8:N10").Select Range("O8").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=(R[-4]C[-1]-R[-5]C[-1])*0.9+R[-5]C[-1]" Range("O8").Select Selection.AutoFill Destination:=Range("O8:O10"), Type:=xlFillDefault Range("O8:O10").Select Range("P8").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=MATCH(RC[-2],C[-14],1)" Range("P8").Select Selection.AutoFill Destination:=Range("P8:P10"), Type:=xlFillDefault Range("P8:P10").Select Range("Q8").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=MATCH(RC[-2],C[-15],1)" Range("Q8").Select Selection.AutoFill Destination:=Range("Q8:Q10"), Type:=xlFillDefault Range("Q8:Q10").Select Range("P8:Q10").Select With Selection.Interior .ColorIndex = 38 .Pattern = xlSolid End With Columns("J:K").Select With Selection.Interior .ColorIndex = 36 .Pattern = xlSolid End With Columns("B:B").Select With Selection.Interior .ColorIndex = 36

.Pattern = xlSolid End With Range("M12").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "0" Range("N12").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=STDEV(INDIRECT(""K""&R[-4]C[2]):INDIRECT(""K""&R[-4]C[3]))" Range("M13").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "L" Range("N13").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=STDEV(INDIRECT(""K""&R[-4]C[2]):INDIRECT(""K""&R[-4]C[3]))" Range("M14").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "H" Range("N14").Select ActiveCell.FormulaR1C1 = "=STDEV(INDIRECT(""K""&R[-4]C[2]):INDIRECT(""K""&R[-4]C[3]))" Range("M2").Select End Sub

FIGUREN INVLOED KAAI 127

Bijlage F

Figuren invloed kaai

F.1 Nabij de kaai met stuwkracht weg van de kaai

F.1.1 140% kielspeling

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

krac

ht

[N]

refY Lgecor Y LY Hgecor Y H

(a) Dwarskracht

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

ref

N L

gecor N L

N H

gecor N H

(b) Giermoment

Figuur F.1: Statx, kracht en moment met stuwkracht weg van de kaai op afstand B van de

kaaimuur bij 140% ksp, invloed snelheid.

F.1 Nabij de kaai met stuwkracht weg van de kaai 128

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

refN Lgecor N LN Hgecor N H

(b) Giermoment

Figuur F.2: Statx, kracht en moment met stuwkracht weg van de kaai op afstand 0.35B van de


-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]refN Lgecor N LN Hgecor N H

(b) Giermoment



-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]

ref

N L

gecor N L

N H

(b) Giermoment





-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment




-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment





-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment

Figuur F.10: Statx, kracht en moment met stuwkracht weg van de kaai op afstand 0.35B van

de kaaimuur bij 20% ksp, invloed snelheid.


-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment





-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment




-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



F.2 Nabij de kaai met stuwkracht naar de kaai 135

F.2 Nabij de kaai met stuwkracht naar de kaai


-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment

Figuur F.17: Statx, kracht en moment met stuwkracht naar de kaai op afstand B van de kaai-

muur bij 140% ksp, invloed snelheid.

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment

Figuur F.18: Statx, kracht en moment met stuwkracht naar de kaai op afstand 0.35B van de



-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment





-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-2

-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment




-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment





-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment




-1.8

-1.6

-1.4

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-4

-3

-2

-1

0

1

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment





-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-4

-2

0

2

4

6

8

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment




-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

krac

ht

[N]


(a) Dwarskracht

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3snelheid [m/s]

mo

men

t [N

m]


(b) Giermoment



REFERENTIES 143

Referenties

[1] http://www.maerskline.com/, Maart 2007.

[2] http://nl.wikipedia.org/.

[3] http://www.manbw.com/, Maart 2007.

[4] J.S. Carlton. Marine Propellers and Propulsion. Butterworth-Heinemann Ltd, 1994.

Senior Principal Surveyor, Technical Investigation, Propulsion and Environmental En-

gineering Department, Lloyd’s Register.

[5] Wartsila Transverse Thrusters. http://www.wartsila.com/, Augustus 2006.

[6] Rolls-Royce Tunnel Thrusters Fact Sheet. http://www.rolls-royce.com, Februari

2007.

[7] Brunvoll. http://www.brunvoll.no, Augustus 2006.

[8] SCHOTTEL Transverse Thrusters. http://www.schottel.de/, Maart 2007.

[9] R. Norrby and D.E. Ridley. Notes on Thrusters for Ship Manoeuvering and Dynamic

Positioning. S.N.A.M.E, 1980.

[10] Ulstein brochure Tunnel Trusters. http://www.ulsteingroup.com, 1989.

[11] T. van Beek. MT525 Marine propulsion systems. Cursus gedoceerd aan de TU Delft.

http://www.maerskline.com/

http://nl.wikipedia.org/

http://www.manbw.com/

http://www.wartsila.com/

http://www.rolls-royce.com

http://www.brunvoll.no

http://www.schottel.de/

http://www.ulsteingroup.com

REFERENTIES 144

[12] D.E. Ridley. Observations on the Effect of Vessel Speed on Bow Thruster Performan-

ce. New England Section of The Society of Naval Architects and Marine Engineers,

Januari 1970.

[13] W. Becker. Manoevring Technical Manual. Seehaven Verlag GmbH, 1993.

[14] J.W. English. Further considerations in the design of lateral thrust units, volume v14.

International shipbuilding progress, 1967.

[15] M. Vantorre. Hydrostatica en Voortstuwing van Maritieme Constructies, 2006. Cursus

gedoceerd aan de Universiteit Gent.

[16] M.S. Chislett and O. Bjorheden. Influence of Ship Speed on the Effectiveness of

a Lateral-Thrust Unit. Number Hy-8. Hydro. and Aerodynamics Laboratory, April

1966.

[17] J.W. English and B.B. Steele. The Performance of Lateral Thrust Unit for Ships as

Affected by Forward Speed and Proximity of a Wall. Number 28. National Physics

Laboratory - Ship Division, 1962.

[18] J.W. English. The design and performance of lateral thrust units for ships - hydrody-

namic considerations!, volume v103. Trans IMarE, 1966.

[19] G.R. Stuntz and R.J. Taylor. Some Aspects of Bow-Thruster Design, volume v72.

Trans S.N.A.M.E, 1964.

[20] D.E. Ridley. Effect of Tunnel Entrance Configuration on Thruster Performance.

S.N.A.M.E, 1967.

[21] J.L. Beveridge. Design and Performance of Bow Thrusters. Chesapeake Section of The

Society of Naval Architects and Marine Engineers, Januari 1972. Journal of Marine

Technology.

REFERENTIES 145

[22] K. Maekawa, K. Kijima, and K. Karasuno. Prediction of influence of forward speed

on the bow thruster performance installed in a fishing vessel, volume v99. Trans West

Japan Soc Naval Architects, March 2000.

[23] K. Kijima and T. Hirakawa. Theoretical estimation of influence of forward speed on

the performance of bow thruster, volume v96. Trans West Japan Soc Naval Architects,

August 2000.

[24] M. Endo and K. Yokoi. Estimated manoeuvrability of T.S. WAKASHIO-MARU - II.

Side thruster model test, volume v96. Japan Inst Navigation, March 1997.

[25] D.-a. Sheng, X.-n. Ma, and H.-b. Mao. Manoeuvring efficiency calculation of lateral

thrusters for large vessels., volume v8. Journal of Ship Mechanics, April 2004.

[26] K. Kijima and Y. Furukawa. Study on the prediction of the performance of a lateral

thruster on a ship, volume v87. Trans West Japan Soc Naval Architects, March 1994.

[27] J.O. Flower. Thruster turning of ships at zero forward speed, volume v112. Trans

IMarE, 2000.

[28] http://watlab.lin.vlaanderen.be/, Maart 2007.

[29] F. Goerlandt. Wiskundige modellering van squat nabij oevers. 2005.

[30] M. Vantorre. Towing tank for manoeuvres in shallow water.

[31] M. Vantorre. Genereren, valideren en uitwerken van gedwongen manoeuvreer- en

zeegangsproeven. Januari 1997.

[32] J.R. Welty, C.E. Wicks, R.E. Wilson, and G.L. Rorrer. Fundamentals of momentum,

heat and mass transfer. New York, John Wiley and Sons, Inc., 2000.

[33] M. Vantorre. Inleiding tot de Maritieme Techniek, 2005. Cursus gedoceerd aan de

Universiteit Gent.


LIJST VAN FIGUREN 146

Lijst van figuren

1.1 Recente en toekomstige ontwikkeling van de containerschepen. . . . . . . . 2

1.2 Boegschroef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.3 RoRo Seafrance Rodin met 4 laterale thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.4 Laterale thrusters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.5 Roteerbare thruster. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.6 Tunnel thruster range Rolls-Royce. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.7 Benodigde thruster vermogen per scheepstype. . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.8 Stroming door een laterale thruster. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.9 Drukverdeling in de tunnel van een thruster. . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.10 Manoeuvrer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.11 Rotatie snelheid vs. deplacement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.12 Test data van CPP thrusters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.13 Effecten van cavitatie op boegschroeven. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.14 Effecten van de tunnel locatie, afronding van de tunnel ingang en vorm van

de romp op modelschaal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

1.15 Resultaten metingen van Chislett. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.16 Illustratie afbuigen thruster jet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

1.17 Illustratie AST. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.18 Drukmetingen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.19 Conische afronding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

1.20 Schroeftypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29


1.21 Draaipunt en rotatie snelheidsconstante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

1.22 Laterale thruster design diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

1.23 Invloed afstand tot kaaimuur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

1.24 Invloed drifthoek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.1 Sleeptank Waterbouwkundig Laboratorium. . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.2 Geometrie sleeptank. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.3 Instrumentatie scheepsmodel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.4 Absolute en scheepsvaste assenstelsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.5 Omgeving sleeptank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.6 Model M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2.7 Lijnen schip M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.8 Schroef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.9 Boegschroef module . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2.10 Werking boegschroef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.11 Boegschroef, correctie dmv buisjes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2.12 IJking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

2.13 Resultaat ijking Y-krachten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

2.14 Afstand tot de kaaimuur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

2.15 Keuze hoeken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.1 Paaltrek in het midden van de tank, invloed ksp. . . . . . . . . . . . . . . 69

3.2 Paaltrek in het midden van de tank met koershoek, invloed ksp. . . . . . . 70

3.3 Paaltrek, invloed ksp bij verschillende afstanden tot de kaaimuur, stuw-

kracht weg van de kaai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70


kracht weg van de kaai negatieve koershoek. . . . . . . . . . . . . . . . . . 71


kracht weg van de kaai positieve koershoek. . . . . . . . . . . . . . . . . . 72



kracht naar de kaai. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72


kracht naar de kaai, negatieve koershoek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73


kracht naar de kaai, positieve koershoek. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.9 Transiente paaltrek proef . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3.10 Paaltrek proef bij 140% ksp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.11 Paaltrek in het midden van de tank, invloed ksp met foutbalken. . . . . . . 76

3.12 Paaltrek in het midden van de tank met koershoek, invloed ksp met foutbalken. 76


kracht weg van de kaai met foutbalken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77


kracht weg van de kaai negatieve koershoek met foutbalken. . . . . . . . . 77


kracht weg van de kaai positieve koershoek met foutbalken. . . . . . . . . . 78


kracht naar de kaai met foutbalken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78


kracht naar de kaai negatieve koershoek met foutbalken. . . . . . . . . . . 79


kracht naar de kaai positieve koershoek met foutbalken. . . . . . . . . . . . 79

3.19 Statx, kracht en moment in het midden van de tank bij 140% ksp, invloed

snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80


snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.21 Statx, kracht en moment in het midden van de tank met verschillende drift-

hoeken bij 35% ksp, invloed snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82



snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.23 Statx, kracht en moment in het midden van de tank met verschillende gier-



snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.25 Statx, kracht en moment in het midden van de tank met verschillende gier-


3.26 Statx, kracht en moment bij verschillende afstanden tot de kaaimuur bij

140% ksp, invloed snelheid, stuwkracht weg van de kaai. . . . . . . . . . . 87


35% ksp, invloed snelheid, stuwkracht weg van de kaai. . . . . . . . . . . . 88

3.28 Statx, kracht en moment bij verschillende afstanden tot de kaaimuur en

drifthoeken bij 35% ksp, invloed snelheid, stuwkracht weg van de kaai. . . 89










140% ksp, invloed snelheid, stuwkracht naar de kaai. . . . . . . . . . . . . 94


35% ksp, invloed snelheid, stuwkracht naar de kaai. . . . . . . . . . . . . . 95


drifthoeken bij 35% ksp, invloed snelheid, stuwkracht naar de kaai. . . . . 96










3.40 Pmmpsi, kracht en moment bij 35% ksp i.f.v. γ en i.f.v. afstand langs de

x-as. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101


x-as. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102


x-as. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

3.43 Multi, overgansverschijnsel bij beweging naar de kaaimuur toe. . . . . . . . 104

3.44 Multi, kracht en moment bij beweging van het schip naar de kade toe. . . . 105

3.45 Multi, kracht en moment bij beweging van het schip weg van de kade. . . . 106

3.46 Sluis, kracht en moment bij schip in een sluis. . . . . . . . . . . . . . . . . 107

3.47 Sluis, tijdsverloop dwarskracht bij gebruik boegschroef in een sluis. . . . . 107

F.1 Statx, kracht en moment met stuwkracht weg van de kaai op afstand B van

de kaaimuur bij 140% ksp, invloed snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

F.2 Statx, kracht en moment met stuwkracht weg van de kaai op afstand 0.35B

van de kaaimuur bij 140% ksp, invloed snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . 128







de kaaimuur bij 35% ksp, invloed snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129


van de kaaimuur bij 35% ksp, invloed snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . 129





















F.17 Statx, kracht en moment met stuwkracht naar de kaai op afstand B van de

kaaimuur bij 140% ksp, invloed snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

F.18 Statx, kracht en moment met stuwkracht naar de kaai op afstand 0.35B van








kaaimuur bij 35% ksp, invloed snelheid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137























LIJST VAN TABELLEN 153

Lijst van tabellen

1.1 Sleutel momenten in de ontwikkeling van boegschroeven. . . . . . . . . . . 18

1.2 Verschillende namen voor thrusters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.3 AST performantie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

1.4 Voorbeeld thruster selectie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.1 Karakteristieken van de sleepwagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

2.2 Lettercodes type proef. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.3 Afmetingen schip. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

2.4 Gegevens locatie boegschroef. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

2.5 Lettercodes waterdiepte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.6 Tabel met gegevens over de gebruikte snelheden. . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.7 Tabel met gegevens over de gebruikte snelheden bij 35% ksp. . . . . . . . . 64

2.8 Afstanden kaaimuur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

2.9 Gegevens hoeken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

2.10 Toerentallen proeven. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

B.1 Schalen voor gelijkvormigheid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Krachten opgewekt door boegschroeven in ondiep water en...

Documents

Transcript of Krachten opgewekt door boegschroeven in ondiep water en...