Entwurfslogik-Symposion : Form/Berechnung II

[harold]

"Irgendwie konnten die Italiener bei einem schwerern Schiff mit weniger PS die selbe GEschwindigkeit erreichen (ZARA).
---
Mal eine Frage an die Fachleute: wären ca 100.000-117.000 Ps - Dtl-Klasse-Motoren - in den Rumpf einer Hipper reinzukriegen?"


Solche und ähnliche Fragen kommen immer mal wieder auf.
Meist im Zusammenhang mit irgendeiner anderen Idee, so dass die technische Information, die dort von den "Fachberufenen"  unseres Forums eingestellt wird, bald mal wieder unauffindbar ist.

Ein "Symposion" der alten Griechen ist nun nix anderes als ein themenzentriertes Trinkgelage, bei dem a bissl philosophiert wird.  Jeder steuert so seine Spezialität bei.
Und wenn dann alle genug haben (vom Wein und vom Thema), isses aus.

Zum Beginn.

Ich zäum das Pferd mal von der Gewichtsgruppenverteilung her auf.

Wie in "F&B I" so nebenbei erwähnt, kann ich das Strukturgewicht eines Schiffsrumpfes (reine bauliche Struktur, sonst nix; keine Maschine, keine Artillerie, keine Ausrüstung, und vor allem keine Panzerung) ziemlich genau abschätzen, indem ich
- die Deckshöhen (=Anzahl) im Rumpf nehme (oder die Seitenhöhe [in m] durch 2.35 - 2.5 dividiere) und eine zugebe für den Schiffsboden
- diese Zahl mit den Quadratmetern des Wasserplans multipliziere,
- und mit 0.3-0.33t pro so erfasste Decks-m² rechne.

Die senkrechten Strukturen sind (wenn wir nicht unter 3000 ts gehen) dabei bereits automatisch miteinkalkuliert.

Ein bisschen milchmädchenhaft, bewährt sich aber für eine grobe Abschätzung mit einer Fehlerbreite von 1 - 2.5% recht gut.

Da wir nun wissen, wieviel unser Rumpf selbst wiegt (im Regelfall etwa um die 25-30% seiner Verdrängung), ist nun auch klar, welche weiteren Gewichte wir unterbringen können.
Gehn wir´s der Reihe nach durch:
- Panzerung - rechne die Dicke x Fläche x spezifisches Gewicht Stahl (ca. 7.86)
- Ausrüstung - nimm Erfahrungswerte für einzelne Gruppen (excl. Treibstoff)
- Artillerie - erfasse Daten von Turm- und Geschützgewichten sowie Munition.

Bleibt:
Maschine & Treibstoff .
...zu klären wären: kg/PS-Richtwerte, Aggregatgewichte, Geschwindigkeitsschätzung anhand von Vergleichsmodellen (Stichwort "Admiralitätskoeffizient").

Und hier übergebe ich die Stafette an unser in fleuzerischen Diskussionen herangereiftes Fachgremium

Und was tu ich nú? -ich meld mich wieder mit Bebilderungen und Schemata für die Dingers, die vielleicht nicht ganz klar rübergekommen sind,
das erste ist grad in Produktion (und -editiert- auch schon drin).
Ciao,
Harold

[harold]

...und hier Bild Nr 2:
Die Decksdurchbrechungen (Barbetten, meist zwei- bis mehrgeschossige Maschinenanlagen) stellen "Lücken" in unser Grobkalkulation dar
(die hier auftretenden Gewichtsanteile werden teils zur Gänze -Barbetten-, teils zu  Anteilen -"lockere" Unterteilung Maschine horizontal- von anderen Gewichtsanteilen aufgenommen).

Die hier "fehlenden" Strukturgewichte können ohne weiteres aber für die Decksaufbauten umgesetzt werden, da diese meist leichter und weniger dicht unterteilt ausgeführt sind.

Also soweit zu den Strukturen.

Da ich KEIN Maschinenspezialist bin, spiel ich den Gewichtsball/Maschine mal weiter...

Harold

[Warjag]

Hallo

Ich bin kein großer Fachmann im Bereich "Maschinenanlagen", aber wenn ich darf, eine kleine Frage.
Anläßlich auffallender Geschwindigkeit der italienischer Schiffe. Schon lange habe mich gefragt, wie konnten italienische Schiffe solche Geschwindigkeit erreichen? Und habe mich auch gefragt, ob das der Realität entspricht?
Eine kleine Illustration dazu.
19.07.1940. Die Schlacht beim Kap Spada. Zwei ital. Krz, die KOLLEONI und BANDE NERE (bei der Erprobung bis 40 Kn) haben gegen 6.20 Uhr 4 engl. Zerst. (HASTY, HERO, ILEX und HYPERION, 36 Kn) begegnet. Ca. 1 Stunde sind die Italiener ihnen auf den Fersen gewesen und haben nicht eingeholt. Dann begegnen die Italiener austral. Krz SYDNEY (in den besten Tagen nicht mehr als 32 Kn). Von 7.20 Uhr bis 9.26 Uhr, also 2 Stunden hat diese Jagd gedauert. KOLLEONI wurde versenkt, BANDE NERE ist verschwunden, weil die SYDNEY ihre Geschoße verausgabt hat.

Für mich bedeutet es, dass die Rekordgeschwindigkeit der ital. Schiffe war nur Potemkinsche Dörfer  

Im Gegenteil haben deutsche und englische Schiffe ihre Geschwindigkeit in Wirklichkeit bei sich behalten.

Sozusagen, es ist nicht so wichtig, wie schnell das Schiff ist, wichtiger ist, wie man seine Geschwindigkeit gerechnet hat.

Sorry, wenn es ein Off-Top war.

MfG
Dmitrij

[Peter K.]

Servus DMITRIJ!

Nun, auch ich bin kein Maschinenspezialist, werde aber in Kürze aufgrund meiner fleuzerschen Vorarbeiten wohl noch einiges von mir geben ...  

Zu deiner Frage:

Die größtenteils fantastisch hohen Probefahrtsgeschwindigkeiten italienischer Schiffe der Zwischenkriegszeit haben eine überraschend simple Ursache:

Die italienische Regierung zahlte den Bauwerften anfangs eine beachtliche Prämie für jeden erreichten Knoten über der Kontraktgeschwindigkeit!

Diese Zahlungen wurden dann später zwar eingestellt, weil diese, mit allen möglichen, noch zu behandelnden Tricks "hochgekitzelten" Probefahrtsgeschwindigkeiten absolut nichts mehr mit den im Dienstbetrieb erzielbaren Geschwindigkeiten zu tun hatten.
Dennoch wurden von den Bauwerften offensichtlich weiterhin derartige Probefahrten veranstaltet -  waren ja eine gute Werbung für mögliche Exportaufträge!  

Was genau ließen sich nun die italienischen Werften einfallen?

1 Gewichtsreduzierung.

Die Basis einen jeden Kriegsschiffentwurfes ist bekanntlich die Konstruktions- oder Normalverdrängung. Sie wird zwar in den verschiedenen Marinen leicht unterschiedlich berechnet, aber im Einsatz/Gefecht wird das Schiff im Mittel dieses Gewicht, d.h. diese Verdrängung aufweisen. Folglich wird die benötigte Antriebsleistung zur Erzielung einer gewünschten Geschwindigkeit von dieser Konstruktionsverdrängung berechnet. Die Royal Navy berechnet übrigens auch eine ,,sea speed" bei ,,deep load condition", also Geschwindigkeit bei Einsatzverdrängung – aber das nur am Rande!

Die italienischen Werften haben nun ihre Schiffe so gebaut, daß sie zwar maschinell fertig waren, sonst hat aber bei diesen Probefahrten noch ´ne Menge gefehlt! Das ging so weit, daß beispielsweise die von dir angesprochene ZARA 1931 ihre Probefahrten ohne ihre schweren Türme absolvierte. Offensichtlich wurde derart viel Material nicht eingebaut bzw. Vorräte nicht übernommen, daß vielfach die Verdrängung bei Probefahrten sogar unter der Standardverdrängung lag! Ich könnte mir gut vorstellen, daß neben der fehlenden Bewaffnung der größte Teil der Ausrüstung – von den Beibooten bis zu den Mannschafts-WC´s – nicht an Bord war, abgesehen von minimalen Betriebsvorräten und vielleicht nur einer eingeschifften Teilbesatzung. Ja ich bezweifle sogar, daß man das Gewicht für einen Anstrich verschwendet hat ...

Hier noch ein paar Zahlen:

ZARA hatte eine Normalverdrängung von 13.580 ts, ihre Probefahrt absolvierte sie 1931 mit einer Verdrängung von 10.766 ts, d.s. knapp 21 % weniger und liegt sogar noch unter der Standardverdrängung von 11.870 ts!
COLLEONI hatte eine Normalverdrängung von 6.571 ts, ihre Probefahrt absolvierte sie 1932 mit einer Verdrängung von 5.565 ts, d.s. über 15 % weniger!

2 .Leistungssteigerung

Getriebeturbinen haben die Eigenschaft, daß man sie für kurze Zeit mit erheblicher Überlast fahren kann und genau das machten sich die italienischen Werften zu nutze, teilweise sogar unter Negierung sämtlicher Sicherheitsgrenzen!

ZARA sollte beispielsweise eine Konstruktionsleistung von 95.000 PS auf 2 Wellen aufweisen, erreichte aber bei ihrer Probefahrt 120.690 PS, d.s. etwa 27 % mehr! Damit kam das Schiff dann kurze Zeit auf 35,23 kn! Im normalen Dienstbetrieb kamen die Kreuzer der ZARA-Klasse dann übrigens selten über 29 kn!
COLLEONI hatte die selbe Konstruktionsleistung wie ZARA, erreichte aber 119.177 PS, d.s. fast 25,5 % mehr! Sie erzielte damit 39,855 kn! Das Schwesterschiff BARBIANO kam sogar bei 5.608 ts Verdrängung mit 123.479 PS (fast 30 % Überlast) auf 42,05 kn, wenngleich auch nur für etwa 30 Minuten!

3. Optimale Rahmenbedingungen

Derartige Probefahrten fanden sicherlich in tiefem Wasser und guten Wetter (kein oder wenig Wind) statt, die Schiffe dockten dazu erst kurz vorher mit sauberem, glattem Boden aus! Solche Bedingungen sind dann im Gefecht relativ selten  ...
... und vielleicht hat man ja auch noch schnell eine bekannte, günstige Strömung ausgenutzt, um so knapp über 42 kn zu kommen!

Vergleichsweise war SYDNEY bei einem ,,deep displacement" von 9.278 ts bei 72.000 PS für 31,5 kn Geschwindigkeit entworfen, die Zerstörer der H-Klasse bei 1.877 ts ,,deep displacement" bei 34.000 PS für ebenfalls 31,5 kn!

Hoffe, ich konnte mit dieser kurzen Zusammenfassung weiterhelfen ...

LG & Gute Nacht
Peter K.

[harold]

Danke, Peter!

"....SYDNEY bei einem ,,deep displacement" von 9.278 ts bei 72.000 PS für 31,5 kn -
Zerstörer der H-Klasse bei 1.877 ts ,,deep displacement" bei 34.000 PS für ebenfalls 31,5 kn."

Ei, da böte sich ja eine Zwischenbemerkung zum sogenannten Admiralitätskoeffizienten an...
Harold

[Scheer]

Hi Peter

lassen sich analoge Erklärungen auch zu den manchmal utopischen Geschwindigkeitsangaben der deutschen Kreuzer und Schlachtschiffe finden ?

[Peter K.]

@ SCHEER

Gerade von den deutschen großen Schiffen gibt es offensichtlich nur sehr wenig verwertbares Zahlenmaterial, zumindest habe ich in meinen Unterlagen bei einer schnellen Suche nichts vernünftiges gefunden!

Für BS findet man beispielsweise eine Konstruktionsverdrängung von 45.451 t (August 1940), eine Konstruktionsleistung von 138.000 WPS für 29 kn bei 250 Umdrehungen. Erreicht wurden jedoch 150.170 WPS für 30,1 kn bei 265 Umdrehungen. Aber bei welcher Verdrängung wurde diese Überlast von knapp 9 % gefahren, und für wie lange und unter welchen Bedingungen?

GU wiederum sollte bei einer Konstruktionsverdrängung von 35.398 ts eine Konstruktionsleistung von 125.000 WPS für 31 kn erreichen. Tatsächlich erreichte sie 160.050 WPS (28 % Überlast) für 30,7 kn bei 265 Umdrehungen, ein anderes Mal nur 151.983 WPS (ca. 21,5 % Überlast) für 28 kn bei 280 Umdrehungen. Wieder fehlt die korrespondierende Verdrängung und die Rahmenbedingungen.

Für HP findet man vielfach eine Konstruktionsleistung von 132.000 WPS, tatsächlich war das aber bereits eine 20 %ige Überlastleistung, mit der man offensichtlich fix rechnete! Die tatsächliche Konstruktionsleistung betrug nur 110.000 WPS. HP erreichte mit 133.631 WPS (ca. 21 % Überlast) 32,5 oder 32,6 kn. Wieder fehlen jedoch alle anderen wichtigen Zusatzangaben!

Bei den Zerstörer gibt es hingegen einige Daten:
Z17 DIETHER VON ROEDER sollte bei einer Konstruktionsverdrängung von 2.806 t eine Konstruktionsleistung von 70.000 WPS (möglicherweise bereits mit ca. 20 % Überlast) für 36 kn bei 450 Umdrehungen erzielen. Tatsächlich kam das Boot mit 2.765 t Verdrängung auf 74.482 WPS für 40,443 kn bei 472,3 Umdrehungen.

Vermutlich haben die deutschen Konstrukteure wohl Überlastleistungen bewußt in ihren Berechungen verwendet!

Grundsätzlich meine ich, daß die manchmal genannten hohen Geschwindigkeiten deutscher Einheiten nur mit "italienischen" Tricks, wenn auch nicht in derart ausgeprägter Form, erzielbar waren. Abgesehen davon sind Geschwindigkeitsvergleich zwischen Schiffen verschiedener Nationen mehr als problematisch, weil vielfach die näheren Umstände der Geschwindigkeitsermittlung nicht bekannt sind!

Bei Evers, Kriegsschiffbau, Seite 446, findet man übrigens eine brauchbare Grundlage, wie die Probefahrten in der deutschen Marine durchgeführt wurden - bei Interesse werde ich das in den nächsten Tagen mal hier ´reinstellen!


@ HAROLD
Zur Admiralitätskonstante bzw. zur Admiralitätsformel kommt in den nächsten Tagen noch was ...

Gute Nacht
Peter K.

[Warjag]

Danke, PETER!

hinsichtlich ital. Schiffe: habe ich es schon lange vermutet  

was Deutschland betrifft: wenn mein Gedächtnis mich nicht täuscht, hat man in Deutschland Antriebsanlagen mit überhitzterem Dampf (die Dampfkessel "Benson" und "La Monte").
Wie findet ihr diese Lösung? Ich meine die Unwirtschaftlichkeit der Antriebsanlagen war ein Grund des Untergangs der 10 Zerstörer bei Narvik. Ich glaube, dass die deutschen Konstrukteure haben sich beeilt, unverläßliche neue Anlagen aufzustellen. Andere Staaten waren in dieser Frage vorsichtiger.
Also was meint ihr?

MfG
Dmitrij

[harold]

Darf ich ein wenig stukturierend eingreifen?

Vorschlag:

- erst mal mögliches MaschinenGEWICHT klären (und Platzbedarf),
- dann aus den Vergleichswerten mögliche LEISTUNG dafür errechnen, und
- dann erst zum Vergleich von Schiffstypen mit Hilfe des Herrn Froude und diversen Konstanten.  

Sonst verzetteln wir uns hier, ähnlich wie zu Fleuzer-Zeiten...

Ciao,
Harold

[t-geronimo]

@ Scheer, Peter K:

Hier nochmal in Auszügen, was Josef zum Thema Meilenfahrten etc in einem anderen Thema geschrieben hat (höchst interessant):

...Deshalb hier mal einige Hintergründe: In der deutschen Marine war es gang und gebe, die Geschwindigkeit eines Schiffes während der Werftabnahmefahrten (Erprobungsphase) zu messen. Da die Schiffe aber noch nicht voll ausgerüstet waren ergab sich aus den Meilenfahrten immer nur ein für den Zeitpunkt gültiger Messwert. Dieser Messwert wurde dann für das voll ausgerüstete Schiff hochgerechnet. Das ist kein Scherz sondern bittere Wahrheit. Wenn also irgendwo steht, dass BS soundso schnell lief, dann sind das immer Hochrechnungen. B u. V gibt übrigens diese 30,1 kn an (nachzulesen in ,,Kurzer Vergleich ,,Bismarck"/"Richelieu" vom K-Amt)
Ein mir vorliegendes Protokoll einer Meilenfahrt vom 29.10.40 weist folgende Werte aus:
Wassertiefe 65 m (Ansaugeffekt aufgehoben)
Zuladung 75 % (!!!)
Bb-Welle 38753 WPS bei 251,7 Umdrehungen
Mittelwelle 38820 WPS bei 244,1 Umdrehungen
Stb-Welle 39837 WPS bei 252,7 Umdrehungen
(es folgen weitere Angaben über Luft- u. Wassertemp. Windstärke und -richtung sowie Seegang).
Erreicht wurden an diesem Tag 28,374 Kn. Wohlgemerkt bei einer Zuladung von 75%. Was Du auch noch berücksichtigen musst ist, dass das Schiff immer noch den glatten Werftanstrich trug. Der reibungsintensivere endgültige Unterwasseranstrich wurde erst im März 41 im Dock der Deutsche Werke Kiel aufgetragen.

3. Tiefgänge
Mobfall: 53.165 t (also mit K-Zuschlägen Öl)
achtern: 10,21 m
mitte:     10,55 m
vorn:      10,94 m
Du siehst, dass das Schiff ,,auf der Schnauze lag", das kommt daher, dass die Bunker für die K-Zuschläge alle vorn lagen. Dafür darfst Du getrost noch 1-2 Kn abziehen. Damit dieser Zustand so schnell wie möglich beseitigt wurde, bestand die Anordnung, dass diese Bunker zuerst leer gefahren werden mussten!
....
....
Damit wir uns nicht falsch verstehen: Ich glaube wohl, dass die deutschen Ingenieure in der Lage waren, die Geschwindigkeit hochzurechnen, nur: ein Fakt sind diese 30,1 kn nicht, da später ja keine Meßfahrten mehr gemacht wurden. Wir können diese 30,1 kn nur als "ungefähr" einstufen. Das kann 0,4 nach unten aber auch nach oben gehen. Es bleibt auch dieser ominöse Winkspruch der ständig auf die BS auflaufenden PG, der da lautete: "Ihre 30 kn scheinen nicht meine zu sein".

Freundschaftlich
Josef

[harold]

...zwei Bemerkungen zu TG´s "Josef-Einschub":

1) die o.73m Tieferlage vorne würde ich bei der Spantausbildung von BM nicht als geschwindigkeitsmindernd einstufen, sondern von der dadurch bewirkten tieferen Wulstlage sogar als förderlich (siehe F&B 1);

2) generell empfiehlt es sich, auch auf Fotografien zu achten; nach der Dimension der an der Bordwand sichtbar werdenden Longitudinalwelle kann die Geschwindigkeit recht genau bestimmt werden (--für die, die´s nicht nochmal in F&B 1 nachgucken wollen: v = ²V(L x 6.562); wobei v Geschwindigkeit in kn, L Wellenlänge und ²V als Wurzelzeichen--).

Nach wie vor meine Bitte, "on topic" zu bleiben ... und Einzelfälle aus dem Generellen abzuleiten, anstatt dass wir uns hier in Spezialanalysen verzetteln.
D´accord?
Harold

[t-geronimo]

D'accord  

[wer]

Danke, Peter!

"....SYDNEY bei einem ,,deep displacement" von 9.278 ts bei 72.000 PS für 31,5 kn -
Zerstörer der H-Klasse bei 1.877 ts ,,deep displacement" bei 34.000 PS für ebenfalls 31,5 kn."

Ei, da böte sich ja eine Zwischenbemerkung zum sogenannten Admiralitätskoeffizienten an...
Harold

Was ist dieser sogenannte Admiralitätskoeffizient und was kann man damit berechnen?

Vielleicht kann man es auch ohne Bilder erklären.

Gruß

Christian

[harold]

[³W(V³) x v²] / wps  =  c  (bei gleicher Form und gleichen Maßen)

Andersrum : ein gewisses (oben definiertes) Verhältnis von Verdrängung (in ts), Geschwindigkeit (in kn) und zu dieser Geschwindigkeit aufgewendeter Maschinenleistung (wps)(ohne Reibung) ist für einen gegebenen Rumpf stets gleich...
... natürlich nur als Näherungswert, Fehlertoleranz 10 -³ .

Nachrechnen - zB [³W( 45172²) x 30.1²] / 150170 = 7.6524 ...(BM);
oder:
[W³( 13880²) x 28.5²] / 54000 = 8.68737 ...(GS)

Zwischenbemerkungen : jede Menge davon  ....  aber vielleicht ist die Herausforderung,  mal nachzudenken, ob ein höherer oder niedriger Admiralitätskoeffizient günstig wäre oder nicht : schon mal eine kleine Eintrittskarte in zukünftige Ausflugsgebiete unseres threads?
Harold

edtiert: hatte ne Klammer in der Formel missverständlich gesetzt-

[schiffbauer]

Das habe ich geradezu befürchtet !!

Dass nun die sog. Admiralitätskoeffizient auftaucht!! Die Fachwelt hat diesen Koeffizient längst ad acta gelegt, da er keine verläßlichen Werte produziert.
Als unser Vorväter diese Formel ausbrüteten, haben sie als Basis eine (damals geläufige) Schiffsform und deren Widerstandsverhältnis als Basis
genommen. Inzwischen, auch schon zu Kriegsmarinezeiten, haben sich die Formen und die dazu gehörenden Widerstände so verändert, bzw vervielfältigt, dass diese Formel keine einigermaßen verläßliche Angaben produziert. Vergleiche von unterschiedlichen Schiffen auf der Basis dieser Formel sollte man nicht anstellen.

Heutige Rechenmethoden, zumal unterstützt durch entsprechende Rechnerprogramme, liefern wesentlich verläßlichere Ergebnisse.

Harold, nichts für ungut!
Gruß
Schiffbauer