Immer mal wieder tauchen Fragen auf, wie so ein Schiffsrumpf denn überhaupt geplant oder gerechnet werden kann... meistens im Zusammenhang mit „ist sicher schwer zu verstehen!“ – ist´s aber nicht.
Die prinzipiellen Grundlagen sind logisch leicht nachvollziehbar; ich möchte meinen Amateur-Beitrag dazu relativ übersichtlich und kurz halten.
Ich werde versuchen, eher vereinfacht zu formulieren, - dass dabei einige Feinheiten nicht so ganz zu ihrem Recht kommen, mögen mir die Fachleute verzeihen.
Hoffentlich interessieren euch meine Beiträge, so dass Zwischenfragen, Anregungen und Kritiken folgen; und auch erweiternde und erhellende Einträge hereinschneien!
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Beschränken wir uns auf die von uns favorisierte Zeit, die erste Hälfte des 20.Jhdts, und gehen wir einen Rumpf in der Dimension eines Kreuzers an (Freunde von Viermastbarken oder Stealth-Fregatten, bitte Nachsicht üben!).
Die Fragen, die wir zu lösen haben werden, sind u.a.:
- welche Form hat dieser Rumpf (und was bedeutet das für das Verhalten im Wasser)?
- wie verteilen sich die Gewichte darauf (und WO können sie überhaupt sein)?
- was ist die logische Form der inneren Unterteilung (und welchen Funktionen dient sie)?
- kann man aus einer Rumpfform auf andere Parameter, zB ökonomische Geschwindigkeiten, Seetüchtigkeit, Trimm bei verschiedenen Geschwindigkeiten etc. schließen; wie weit ist das beim Entwurf zu berücksichtigen?
Für´s Erste, mal nur die Diskussion des Unterwasserschiffs, um die Form festzulegen. Eine (erfahrungsgesteuerte) Vorstellung von Länge und Breite vorausgesetzt, kann ich die Form des Wasserplans grob in zwei Dreiecke aufteilen (Fig. A - unten im Anhang), beide gleich lang, und der Mittelpunkt dieser Figur ist auch gleichzeitig ihr Schwerpunkt F.
Für´s erste bleiben wir auch dabei, dass der Schwerpunkt immer auf 50% der Länge CWL (Konstruktionswasserlinie) zu liegen kommen soll (später werden wir´s dann –geringfügig- revidieren).
Wäre unser Rumpf aus einem Brett ausgesägt und so ins Wasser gesetzt, so würde auch der Schwerpunkt F der durch ihn verdrängten Wassermasse (hier grau) exakt auf die Mitte (m) seiner Länge zu liegen kommen, Fig. B.
Wenn wir mit seiner Parallelogrammform aus zwei Käseschachteln nicht einverstanden sind und ihm in der Mitte eine rechteckige gerade Sektion einsetzen wollen, so ändert dies nichts daran, Fig. C; natürlich ist auch hier allein die unter Wasser liegende Portion des Rumpfes gemeint.
F, der Schwerpunkt des verdrängten Wassers („Formschwerpunkt“) liegt in beiden Fällen in der Mitte; und der Massenschwerpunkt des Schiffes liegt auf einer senkrechten Linie über ihm.
Dabei berücksichtigen wir erst mal nicht, wie und in welcher Form der Rumpf über Wasser „weiter geht“.
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Dazu eine Zwischenbemerkung: ein Rumpf pendelt sich (in Längendimension wie nach der Breite) immer so ein, dass M (Massenschwerpunkt; der ist nur veränderlich, wenn sich auf dem Schiff selbst Gewichte verschieben, zB Bunker geleert oder gefüllt werden) über F (Formschwerpunkt der verdrängten Flüssigkeit) zu liegen kommt.
Warum dies so ist, siehe
http://forum-marinearchiv...e/smf/viewtopic.php?t=646„Stimmt“ die Unterwasserform nicht, dann taucht der Rumpf nach einer Seite, nach vorn oder achtern hin so weit tiefer, bis sich -durch die dort mehr verdrängte Flüssigkeit- F unter M geschoben hat.
Mit ein Grund, warum Schiffsrümpfe meist achsensymmetrisch sind.
Da wir –aus Gründen der leichteren Eindockbarkeit, aber auch aus bautechnischen Belangen- unseren Rumpf gerne auf ebenem Kiel haben (d.h. der Tiefgang ist vorn und achtern gleich), sollten wir seine Formverdrängung in der vorderen wie achteren Hälfte gleich halten.
Solange das Schiff „an beiden Enden“ unter Wasser exakt gleich geformt ist (Fig. B und C), auch weiter kein Problem (solche Rümpfe gibt es : zB bei Auto- oder Eisenbahnfähren, die dadurch zeitraubende An- und Ablegemanöver vermeiden, an beiden Enden sind die Rampen).
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Wir wollten aber keine Fähre, wir wollen einen schnittigen Kreuzer. Und der ist aus diversen Gründen (wird nachgeliefert, keine Bange) vorn schlanker als achtern, oder: die vordere Käseschachtel ist spitzer, die achtere stumpfer, das dazwischenliegende Rechteck rutscht aus der Mitte nach achtern (Fig D). Und leider mit ihm und den veränderten Dreiecken auch der Formschwerpunkt F.
Allerdings sind die Gewichte auf unserem Rumpf so verteilt, dass M nach wie vor in der exakten Mitte liegt (dafür gibt es Gründe! -kommt alles noch), so dass M nun deutlich vor F liegt.
Oh je.
Nach dem gerade Erwähnten heißt dies: ein so gestalteter Rumpf muss vorne tiefer tauchen, so lange bis F wieder auf m (Mitte) und damit unter M (Massenschwerpunkt) zu liegen kommt.
Adé gleichmäßiger Tiefgang-!, mit dem Bug sitzen wir jetzt um einiges tiefer im Wasser. Gar nicht gut für´s Seeverhalten (und gerade deswegen haben wir den Rumpf vorne ja schlanker gemacht-).
Die einzige Möglichkeit, den Rumpf wieder auf ebenen Kiel zu trimmen, ist: ihm achtern Auftrieb weg nehmen. Das wird gemacht, indem er achtern im Querschnitt einfach flacher gehalten wird als vorne (die „weggeschnittenen“ Teile, rot, in Fig. E).
Der Querschnitt eines Rumpfes ist nun sein jeweiliger Konstruktions-Spant.
Und genau davon, von der Form der Spanten und deren Parametern, kann -wenns euch interessiert- der nächste Eintrag von mir dann handeln.
Ciao,
Harold
