Parameter für einen Schiffs-Körper

[harold]

Für unsre "Schiffs-Konstrukteure":

Die Gestaltung der Gewichtsverteilung und der optimierten Rumpfform für ein virtuelles Projekt, den ,,Fleuzer" oder Flugdeckkreuzer, haben mich dazu gebracht, mal wieder über Rumpfformen nachzudenken.
Einige meiner Überlegungen dazu sind in einen Beitrag im thread
http://forum-marinearchiv.de/smf/viewtopic.php?t=592&start=30
hier im Forum eingeflossen, ich möchte dies jedoch zum Anlass nehmen, meine Gedanken und bescheidenen Kenntnisse dazu einmal allgemein nachvollziehbar darzulegen. Vielleicht interessierts ja wen...
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Die Aufgabenstellung:

ein Schiffsrumpf soll so wenig Widerstand generieren als möglich,
eine brauchbare Auftriebsverteilung über seine gesamte Länge aufweisen,
ein inneres Volumen gewährleisten, das für Schutzsysteme etc brauchbar ist.

Gehn wirs von hinten her an:

INNERES VOLUMEN:
Volumen kann ich definieren über : möglichst großer Querschnitt über möglichst große Länge.
Nota bene: hier geht es NUR ums Unterwasserschiff!

Lassen wir die Länge mal beiseite, befassen wir uns mit dem Querschnitt.

Den größtmöglichen Querschnitt hätten wir bei gegebenem Tiefgang und gegebener Breite mit einem Rechteck. Sein Wert: 100 % (außer wir setzen unter der CWL Wulste an).
Den kleinstmöglichen Querschnitt hätten wir bei einer V-Form (vorausgesetzt, wir verzichten auf konkave Linien). Wert: 50 % des Maximalquerschnitts.
Den größtmöglichsten Querschnitt bei kleinstmöglicher benetzter (=Widerstand generierender) Oberfläche hätten wir bei einem Halbkreis (r = ½ Breite = Tiefgang) oder einer Halb-Ellipse (1/2 der kleinen Achse = T, große Achse = Breite); Wert: 62,8 % (jaja, hat mit Pi zu tun) des Maximalquerschnitts.

Unsere Querschnittswerte für den jeweiligen eingetauchten Spant sollten sich also zwischen 62,8 und 77,8 bewegen ... für den letzteren Wert gibt es eine mathematisch-geometrische Begründung [wénns wen wírklich interessiert: natürlich geb ich die, aber hier lenkt sie nur ab].

Gut wäre es für eine Raumnützung, könnten wir die maximale Breite, den maximalen Querschnitt über eine möglichst große Länge durchziehen...
...aber sehen wir weiter:

AUFTRIEBSVERTEILUNG:
Die größten Gewichte habe ich mittschiffs konzentriert : Maschine, Panzerung, Artillerie. Über die Schiffsenden hin kann ich mit den strukturell bedingten schiffbaulichen Gewichten rechen, plus ein paar modesten Zutaten, aber mit nichts Überdimensionalem mehr.

Heißt also: den größten Auftrieb brauche ich mittschiffs; zu den Schiffsenden hin sollte der Auftrieb das Gewicht des Schiffskörpers kompensieren.
Also in der Mitte entsprechend sehr voluminös, an den Enden jeweils feiner.

Zwei Möglichkeiten habe ich nun, das Volumen zu ,,steuern" : die oben genannte Völligkeit des jeweiligen Spants, und natürlich die jeweilige Breite in der Wasserlinie.
Aber schauen wir, wohin das führt:

WIDERSTANDSARME RUMPFFORM:
Dass die anwachsende und wieder schwindende Breitendimension die Eleganz eines Schiffsrumpfes ausmacht, ist wohl jedem klar, der einfach nur die Wasserlinie eines Bootes ,,begreift".
Auch vorbeiströmendes Wasser weiß diese ,,Eleganz" zu schätzen, je sanfter und ungebrochener die Linien verlaufen, desto weniger Verwirbelungen macht es.
Allerdings hat unser Rumpf nicht nur eine Breitendimension, sondern auch eine flächige Querschnitts-Dimension (siehe oben). Und auch da honoriert es das vorbeiströmende Medium, wenn die jeweilgen Werte sanft und ohne größere Sprünge an- und abschwellen.

Nota bene : Wellen werden in jedem Fall generiert, mit ganz klar definierter Wellenlänge pro Geschwindigkeit. Was wir vermeiden wollen, ist eine große Amplitude der Wellen, d.h. wieviele Tonnen Wasser jeweils gegen die Schwerkraft bewegt werden müssen – das geht nämlich auf Kosten unserer Maschinenleistung.

Praktisch angewandt, heißt dies:
Möglichst gleichmäßiges Ansteigen und Verringern des eingetauchten Querschnitts; und
möglichst gleichmäßiges Anwachsen und Vermindern der Breite in der Wasserlinie; dazu
Durchschnittswerte der Spantkoeffizienten (siehe ,,inneres Volumen") zwischen 63 und 78 %.

Im Anschluss nun die (beispielsweisen) Werte des ,,Fleuzers",
gerechnet wurden die Werte auf 1/16 der Länge CWL (und der jeweilige Mittelspant als maßgeblich hergenommen); dh ich habe das Schiff quer (90°) in 16 Salamischeiben geschnitten.
Eine wesentlich genauere Berechnung ergibt sich, wenn man das Schiff (die Salami) nicht rechtwinklig zu seiner Länge, sondern einmal um 60°, einmal um 45° aufschneidet; ...laß mer dees, für diesmal.

Die hellblaue Linie zeigt den Verlauf der Spantenquerschnitte von Bug bis Heck (Maximum liegt bei 92.4m²)
die schwarze Linie zeigt die Breitendimensionen (Maximum 24m)
die blaue Linie zeigt den jeweiligen Spantquerschnitt (,,Bauch" mittschiffs bei 77 %, Maximum am Bug bei 105 %... Taylor-Wulst!; Mittelwert 73 %).

Die Kurven sind im Anhang zu sehen; für Interessierte maile ich gern die vollständigen Berechnungsdateien -
und natürlich freue ich mich über Fragen, Anregungen und Kritik!

MfG
Harold

[schiffbauer]

Mensch Harold,

Da hast Du aber mal wieder "ein dickes Ei gelegt". Ich bin ja ganz baff.
Die Vorgehensweise ist ja (wenigstens für mich) leicht unorthodox, aber nichts desto weniger spannend.
Ich muß gestehen, dass wir da etwas anders herangehen, indem wir natürlich unsere Erfahrung benützen und (meist) auf einem ähnlichen Linienentwurf aufsetzen und den dann entsprechend modifizieren, durch Skalierung in 1, 2 oder drei Ebenen. Außerdem helfen uns heutzutage auch entsprechende Software - Tools, die es uns erlauben, relativ schnell schon mal ein vorläufiges Optimum zu finden.

Alle Achtung für Deine Bemühungen

Gruß aus dem sonnigen Buenos Aires
Wolfgang

[harold]

Danke für deine freundlichen Bemerkungen, Wolfgang!

Die "orthodoxe" Variante möcht ich eben gerne kennenlernen ... meine ist díe mitm Hausverstand und kindheitslangem Training beim Frühstück.

(kleine Dönkes am Rande : meine Schwester und ich wurden von Vater regelmäßig mit Problemstellungen versorgt wie "wenn du mir in der Kochzeit der Frühstückseier mindestens drei verschiedene Möglichkeiten skizzieren kannst, eine Ei-Oberfläche zu berechnen, verzicht ich auf meines, das bekommst dann du" etc.
Ganz schlimm wars zur Zeit der Mondlandungen, da wollte er von uns Treibstoff-Verbrauchskurven, Beschleunigungstabellen und exakte Voraussagen zum Verhalten von Stubenfliegen bei Schwerelosigkeit.
Wir sind oft zu spät in die Schule gekommen und haben den verblüfften Lehrern Entschuldigungen gegeben wie "mussten noch nachweisen, dass (n! -1) eine Primzahl ergibt und das in Fermats Theorem einbauen..."
BTW, der alte Herr war Jahrgang 1899 und hat von 41 bis 44 an der Marineberufsschule in Stettin unterrichtet -unter Parteiaufsicht, weil er als "unzuverlässig" galt.)

Natürlich habe ich versucht, in meiner Berechnungsweise ein bisschen die Vor-Computer-Zeit zu simulieren ... "Retro-Engeneering" könnt mans auch nennen
Könntest du -wenn Zeit und Gelegenheit nach deiner Rückkehr gegeben sind- mal ein Beispiel (graphisch?) für heutige Optimierungen reinbringen (ohne jetzt Werftgeheimnisse zu veröffentlichen...) ?
Ich nehme an, es interessieren sich ja auch andre Leut noch dafür, nur reagieren die meisten leicht verschreckt, wenn Physik ins Spiel kommt.

Ciao,
Harold

[DHEO]

@ harold

verschreckt ist ja wohl geschönt  

Ich verstehe nicht mal die obligatorischen 5% eines normal Windows Users, und dann kommst Du mir mit sowas  

Aber alle Achtung, meinen höchsten  Respekt vor solchen Überlegungen, Berechnungen und Taten!!!

Grüße

dirk

[Ralf]

*kopfschüttel* ...also ich unterhalte mich mit meinen Ablegern über Pockemon und Teletuppies... Aber vielleicht gehe ich da auch verkehrt ran...  
*diestirnkrauszieht*    Wenn ich mir das so durchlese, fühle in einem dichten Nebel dann doch einen sehr klaren und verständnivollen Gedankengang. Ich kann nicht sagen, dass ich alles 100% verstehe, aber es leuchtet doch einiges ein!
Hast Deinen Beruf nicht verfehlt, lieber Harold...

@Schiffbauer: Buenos Aires! Da wäre ich jetzt auch gerne, auch wenn uns der liebe Petrus oder wer auch immer einen netten Altweibersommer spendiert hat... Aber das ist ja immer so, wenn die Amis durch die Gegend gepustet werden... Komm wieder gut nach Hause!

[harold]

"...das ist ja immer so, wenn die Amis durch die Gegend gepustet werden..."

Hallo Ralf, auch nach viel Zeit zum Nachdenken und einigem Allolol-Konsum kann ich dies nicht dechiffrieren.
Bletchley Park ersucht um Nachhilfe vom OKM!
Ciao
Harold

[Scheer]

Schätze, Ralf meint den globalen Zusammenhang der Hurrikane im Golf und unserer "freundlichen" Herbst-Hochdruckgebiete

[Ralf]

Jep, Herr Admiral, genau das... Hier im Norden haben wir immer Wind... Ein steife Briese, wie der Hamburger (mit Hamborger St zu sprechen) zu sagen pflegt... 3-4 Windstärken sind schon wenig...  
Aber wenn in den USA die Hurrikans wirklich herftig sind, haben wir immer guttes Wetter in S-H, was für uns auch ungewöhnlich ist um diese Jahreszeit... Normal haben wir um dieses Datum "original norddeutsches Schmuddelwetter", wie meine Oma zu sagen pflegte...  
Denn Ihr wisst ja: Es gibt kein schlechtes Wetter, nur unpassende Kleidung. Und wie ich immer zu sagen pflege: Wer keinen Wind und keinen Regen mag, der wohnt hier falsch...!