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.de/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).
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik/01schwerpunkt.jpg)
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
...lang sind diese Winternächte ... hab mal weitergeschrieben.
Wir haben nun nicht drei aneinandergepappte Käseschachteln mit jeweils rechteckigem Querschnitt als Unterwasser-Rumpf, sonder als Querschnitte gerundete Formen als Spanten, im Längsschnitt einen gekurvten Strak (und kein Prisma).
Eins bleibt jedoch gleich: der Teil vor der Mitte sollte den gleichen Auftrieb haben wie der dahinter, so dass der gemeinsame Auftriebsschwerpunkt exakt auf 50% CWL fällt (in unserer ersten Annahme, wohlgemerkt!).
Teilen wir unseren Rumpf in 8 gleiche Abschnitte, so sollte demnach auch die größte eingetauchte Fläche (der Hauptspant, Spt.5) exakt in die Mitte zu liegen kommen.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik/02spanten2a.jpg)
Das braucht nicht notwendig auch die größte Breite zu sein ... vorausgesetzt, die Spantfläche ist dort geringer.
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Ab jetzt gilt es eine Verwechslung zu vermeiden:
Spantfläche
meint die eingetauchte Fläche eines Spantes, gemessen in einer absoluten Größe, in m². Will ich den Auftrieb an exakt dieser Stelle berechnen, so gebe ich dem Spant eine Längen (Scheiben)-dimension - er sei zB 1 m ,,dick"- und habe in Wasser zB somit ein Volumen von ebensoviel m³ wie vorher Fläche in m².
Diese Volumensberechnung hilft mir den jeweiligen Auftrieb festzustellen, in Süßwasser ist er 1 Tonne/Kubikmeter, in Salzwasser, je nach Salzgehalt, um 1 – 3 Prozente mehr (hat wohl jeder schon beim Schwimmen gemerkt).
Spantkoeffizient ( cS)
ist der Anteil der eingetauchten Spantfläche an einem Rechteck aus (lokaler!) Breite x Tiefgang.
Wird nicht in Prozent ausgedrückt, sondern in Dezimalbruchteilen von 1 (d.h. 60% = 0.6); und hat für die Strömungsberechnung wie auch für die Ermittlung der Rumpffestigkeit (angedroht : kommt, wenn ihr wollt!) große Bedeutung, für die Ermittlung des Auftriebes: keine.
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Die eingetauchten Spantflächen sind also in direkter Relation zum Auftrieb.
Wenn ich den Rumpf auftriebsmäßig im Gleichgewicht (vor und hinter der Mitte ausbalanciert) haben möchte, dann sollten die jeweilig (annähernd) gleich weit von der Mitte entfernten Spanten ebenfalls den selben Querschnitt haben (Ausnahmen genug ! – aber jetzt erst mal die Regel).
In unserem Bild sollten also Spant 2 und 8, Spt 3 und 7, Spt 4 und 6 jeweils gleichflächig sein.
Wie man aber am Wasserplan sehen kann, ist unser Dampfer vorn um einiges schlanker als achtern; d.h. der jeweilige Vergleichs-Spt achtern (6, 7 oder 8 ) ist breiter als sein vorderer ,,Zwilling" (4, 3 oder 2).
Da die jeweiligen Breiten nun divergieren, so tun es auch die Rechtecke, in die die Spanten eingezeichnet sind. Die (rote) Spantfläche kann also zu sehr unterschiedlichen Prozentanteilen (oder Koeffizienten cS) das Rechteck aus B x T füllen.
Zur Spantzählung: von vorn nach achtern, beginnend mit 1, endend mit [Abschnittzahl + 1], hier 9.
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Eine Anmerkung (für unsere Fachleute):
Für Konstruktionen hat sich im europäischen Raum eine Zählung von achtern nach vorn, 10-er, 20-er oder 40-er Abschnitte, etabliert, beginnend mit 0. Für bestimmte Berechnungen recht fein, vor allem, weil dann der letze Wert, der Vorsteven, immer bei 0 liegt.
Der angelsächsische Raum hingegen zählt bei der Konstruktion von vorn nach achtern, und tut dies in Abschnitten, die durch 16 (zoll-bedingt) teilbar sind (16, 32, 64, 160). Bis auf 160 sind dies alles erfreulicherweise auch 2-er-Potenzen und somit für eine einfache Detailberechnung um einiges benützerfreundlich als das Dezimalsystem (mit übrigens ein Grund, warum Computersysteme mit dpi und inches rechnen: Zweierpotenzen, binär viel leichter darzustellen).
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Spt.2 hat also die gleiche Fläche wie Spt.8, Spt.3 wie 7, 4 wie 6.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik/03spanten2.jpg)
Diese verbunden, und –voilá !- der Rumpf ist fertig!
Wirklich?
Aber nein. Noch viele Fragen offen:
- wie berechne ich diese verdammten Spantflächen denn eigentlich?
- wie war das mit´m Spantkoeffizienten, nochmal, wozu?
- wie steht denn der Tiefgang in Relation zur Breite, und die zur Länge?
- ICH WILL EIN SCHLACHTSCHIFF ! MIT VIIIELEN KANONEN ! WOZU DER GANZE SCHEISS MIT UNTERWASSER – RUMPF !?!
Zu Frage 4 : Build a Starship Enterprise, and stay in your room, kiddy. Zum Rest der Fragen bald Näheres.
Ciao,
Harold
Servus Harold,
warum dann das lange Festhalten am runden Popöchen? Ab spätestens Spant 8,5 bommelt das Heck nur Überwasser herum, Auftrieb gegen Null. Ist doch dann nur unnützes Gewicht. Das bei einem Treffer in diesem Bereich das Heck nach unten durchsacken muß, scheint mir logisch, da kein Auftrieb vorhanden ist.
Selbst wenn die Hecksektion dicht bleiben würde, gäbe es Probleme, da der vordere Teil des Rumpfes durch eindringendes Wasser tiefer taucht, während die Hecksektion nach oben drängt. Damit würden entsprechende Hebelwirkungen auf den Rest der vorhandenen Struktur entgegengesetzt wirken und das Heck zum abreißen bringen. Oder habe ich was übersehen bzw. falsch verstanden?
Tennyson d'Eyncourt hat dieses Problem ja schon um 1920 erkannt. Warum haben gerade die Briten trotzdem bei der "King George V."-Klasse immer noch ein "normales" Heck eingebaut und erst ab "Lion" einen Transom-Stern geplant?
Servus Spee,
"- warum dann das lange Festhalten am runden Popöchen? Ab spätestens Spant 8,5 bommelt das Heck nur Überwasser herum, Auftrieb gegen Null. Ist doch dann nur unnützes Gewicht. -"
Ähh: die komplette Form, die du oben siehst, ist vorläufig ausschließlich UNTERWASSER-Schiff... nur die EINGETAUCHTEN Spantflächen... !
Aber : sobald die japanischen Kreuzer-Rümpfe im Menue sind, gibts für dich foinste Delicatessen vom Bürzel!
Ciao,
Harold
@harold,
selbst als UW-Schiff im Verhältnis zum darüber befindlichen ÜW-Bereich kaum Auftrieb.
Aber ich warte natürlich ganz höflich auf "Marinierte japanische Kreuzerbürzel in sauce d'eckform". Gibt's reichlich Sake dazu?
Geduld ... das mit´m Überwasser-Bereich ist schon im Wok, muss nur noch reichlich Statik und Strukturgewicht reinwürzen und umrühren, bis es genießbar wird...
Ciao,
Harold
Nächster Gang wird serviert:
Die Unterwasser-Spantfläche von (zB) Spt.2 und Spt.8 soll also gleich sein.
Die Breite in der Wasserlinie sei einmal 5m, einmal 7m; der Tiefgang vorne 6m, achtern (bereits aufkimmend) 4m.
(Warum aufkimmend und flacher? Spee hat ja oben gleich mal gemaunzt über den zu mageren Arsch... na ja, irgendwo möcht ich ja auch noch Schrauben und Ruder unterbringen – außer s´ist n Außenborder)
Gewünscht wird / erforderlich ist ein jeweiliger Querschnitt von 22m² (-wie es zu diesem Wunsch kommt, später: unter ,,Strukturgewicht pro m³ Rumpf"-).
Obwohl man jede Kurve als mathematische Funktion definieren kann (und dann die Flächeninhalte rechnen – macht Kopfschmerzen, ich tats seinerzeit noch mit Logarithmentafeln), ists für die Entwurfsphase leichter, über die Fläche ein Rasternetz zu legen und die entsprechenden Einheiten (hier : Meter) einfach auszuzählen.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik/04spanten1.jpg)
In meiner Hilfsarbeit als Schüler bei einem Bootsbauer (Col. Plunder, damals schon 85; mit einem selbstgebauten Boot 1921 als erster wieder die österreichische Flagge über den Atlantik getragen) hab ich noch gesehen, wie das mit einem Steckbrett und Schnüren ging... und viel selbstgebranntem Schnaps.
Ebenso kann die eingetauchte Außenhaut in éiner Dimension, nämlich der Spantabwicklung, auf diese Art näherungsweise recht gut gegisst werden (einfache Trigonometrie).
Zusammen mit den Spantabständen (selbstverständlich sind dazu mehr als nur unsere wenigen Spanten nötig) kann man so die benetzte Außenhaut flächenmäßig definieren.
Für eine relativ glatte Außenhaut ist der so ermittelbare Reibungs-(Verwirbelungs-)widerstand vernachlässigbar zu rechnen; geht´s um genietete Außenhäute, oder um starke Korrosion / Bewuchs, wird ein ernstzunehmender Faktor daraus.
Da wir später sowieso unsere Not haben werden, die nötige Maschinenleistung zu kalkulieren, lass ich, nach dieser Notiz, die benetzte Außenhaut einfach mal ,,durch den Rost" fallen.
Bitte jetzt nochmals die Skizze studieren: obwohl beidesmal eine Spt.Fläche von 22 Einheiten gegeben ist, nimmt der vordere 5m-Spt. 22 von 30 Rechteckseinheiten (oder 73%) ein, der achtere 22 von 42 Einheiten (52%). Die jeweiligen cS sind nun 0.73 sowie 0.52.
Wichtig für ein ausgewogenes Design ist es, dass die Spantflächen von vorne gleichmäßig ansteigen, mittschiffs ihr Maximum erreichen und nach achtern hin wieder gegen Null gehen.
Graphisch dargestellt, sieht dies so aus wie die gelbe Kurve unten –ein Katenoid (Kettenlinie), die geometrische Form einer durchhängenden Kette.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/04aKurven.jpg)
Ebenso (natürlich damit zusammenhängend) zeigt die Verdrängung des Rumpfes pro Spantabschnitt eine ähnliche Linie (unten: orange).
Darüber die graphische Darstellung der jeweiligen Spantkoeffizienten (blau), hier deutlich der Verlauf vom Maximum vorne bis zum Minimum achtern. (Ganz oben die Wasserlinie –jeweilige Breiten- die dem Rumpf eignet).
Aufmerksame Betrachter werden gleich mal den Kopf geschüttelt haben : sowohl die gelbe als auch die orange Linie zeigen bei den Werten 1 und 2 einen leichten Knick nach außen, und auch die Spt.Koeffizientenlinie beginnt bei einem Wert deutlich über 1 (über 100%).
Was´n das?? Richtig: Bugwulst.
Da ist der Rumpf unter Wasser breiter als in der Wasserlinie, und somit auch ,,völliger". Auf die Weise kann er im Bereich 3 und 4 feiner gehalten werden als in den korrespondierenden Abschnitten 13 und 14, und hat vorne doch noch genügend Auftrieb.
(Zum strömungstechnischen Aspekt von Bugwulsten später mehr – aber die Auftriebsbalance ist ein Aspekt, der oft sehr gerne untern Tisch gekehrt wird).
Verdaulich? Kleiner Zwischen-Schnaps?? -oder, bald weiter zu "was passiert, wenn das Ding stampft" und "Rumpfformen á la carte?"
Ciao,
Harold
Die Spantform hat Auswirkungen auf Auftriebsschwankungen (und damit Verschiebungen von F) bei Schiffsbewegungen um die Querachse (Drehpunkt ist immer M, der Massenschwerpunkt).
Stampfen:
Tiefertauchung vorn, zB, bewirkt eine Zunahme des Auftriebs, die Auftauchung des korrespondierenden Spants achtern eine entsprechende Abnahme.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/06stampfen.jpg)
F, der Formschwerpunkt, wandert kurzzeitig nach vorne aus – der entstehende Hebelarm richtet das Schiff vorn wieder auf.
Je stärker der Spantausfall ist, desto größer die Volumens- und somit Auftriebszunahme bei Tiefertauchung. Die dabei auftretenden Kräfte sind recht ungleich verteilt (siehe orange und grün), was natürlich zu Biegebelastungen des Rumpfes führt.
Bringt mich zum nächsten Punkt, ,,Strukturgewichte eines Rumpfes" ...
Abgesehen von Gewichtsgruppen wie Aufbauten, Artillerie, Maschine und Panzerung hat der Rumpf als tragende Konstruktion normalerweise einen Gewichtsanteil von ca 25 - 35 % an der Gesamtmasse eines Schiffes. Kommt natürlich drauf an, in wie weit Maschinenfundamente, gepanzerte Schotts oder Barbettkonstruktionen in die tragenden Verbände integriert sind.
Eine gute Faustregel zur Berechnung ist die Abschätzung anhand des Wasserplans.
Pro Deckshöhe des Schiffskörpers fallen ungefähr 0.35t / m² an Gewicht an (grob gerechnet), die sich entsprechend auf den Wasserplan verteilen.
Die starke Aufkimmung am Heck (Bereich Schrauben / Ruder) wird durch die Gewichte dieser ,,Angehänge" wieder kompensiert.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/4cStrukturgewichte.jpg)
"Löcher" für Barbetten oder Maschine werden zT durch die in diesen Bereichen stärker ausgebildeten Trageschotten gewichtsmäßig kompensiert.
Die Gewichtsverteilung auf einzelne Abschnitte des Rumpfes lässt sich so relativ leicht überschlagsmäßig kalkulieren.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/4bBerechnung.jpg)
Wasserplanabschnitte rechnen sich aus dem Mittelwert benachbarter Breiten mal Abstand dieser Breiten voneinander; den korrespondierenden Auftrieb eines solchen Abschnitts rechnen wir aus dem Mittelwert der beiden benachbarten Spantflächen mal Abstand dieser Spantflächen.
Für einen SH-Rumpf zB (Wasserplan ca. 4500m², Rumpfhöhe 5.3 Decks) rechnen wir 5.3 x 0.35 x 4500 = 8347.5 t. Der Realwert liegt bei 8223 t, Fehler also + 1.5% (a bissl mehr zu kalkulieren schad´t nie).
Auch andersrum wird ein Schuh draus: 5.3 x 0.35 = 1.855; d.h. pro m² Wasserplan eine Belastung von 1.86 t - oder eine entsprechende Eintauchung (je nach Spantform) von 1.9 bis 2.3 m.
Da wir wissen, dass der Strukturanteil am Gesamtgewicht ca 25 - 35% ausmacht, können wir somit Rückschlüsse auf eine mögliche Gesamtverdrängung ziehen.
Zwei Wege:
- kalkuliertes Strukturgewicht = 8350t, Gesamtverdrängung also zwischen 23860 und 33400 t. (8350/35 resp /25 x 100)
- mittlerer Auftriebsanteil um die 1.86m, Tiefgang also zwischen 6.65 und 9.3m.
Da SH als moderneres, geschweißtes Schiff eher bei 25% als bei 35% Strukturanteil liegen dürfte (als Schätzung; real sind´s sogar nur 23.6%), nehmen wir besser die höheren Werte.
---nachvollziehbar bis jetzt?
Was hätten´S denn gern als nächsten Gang?
Frisch in der Küche wären: Rumpfform und Geschwindigkeit; Freibord; Spantenausfall; ... die japanischen Bürzel an Eckerlsauce brutzeln auch schon.
Relativ übersichtlicher und kleiner Amateurbeitrag, he? Mir brummt der Schädel, Herr Rat....
Gruß
vom Lt.
Servus,
jaja, unser Bocuse aus Wien! Immer wenn er von einem einfachen Eintopf spricht, kommt ein zu (Hirn-) Blähungen führendes 8-Gänge-Menü heraus. Aber solange es schmeckt, schlagen wir zu!
Lieber Arold,
könntest du mir bitte die kleine Berechnung von die graue Schiff schicken...äh, falscher Text.
Nochmal.
Deine Hausaufgabe habe ich mir mal angesehen. Ich vermutete einen deutschen Rumpf. Aber das scheint wohl nicht unbedingt wichtig. Wenn nun dein Schiff stampft, dann dürfte es mit meinem laienhaften Wissen ziemlich schnell eintauchen, da der Rumpf vorn recht schmal ist. Achtern dagegen erhält es beim Eintauchen immer mehr Auftrieb, je tiefer es taucht, durch besagten Bürzel. Also Arsch hoch, Köpfchen ins Wasser. Kommt daher der schönen Springstyle-Satz für deutsche Schiffe; "tends to be wet forward" oder so ähnlich?
Also Bug länger ausfallen lassen bzw. Gewichte über Rumpfhöhe (oder generell) nach hinten verschieben?
Ich hoffe mal auf besser als "5, setzen!".
Da wir wissen, dass der Strukturanteil am Gesamtgewicht ca 25 - 35% ausmacht, können wir somit Rückschlüsse auf eine mögliche Gesamtverdrängung ziehen.
Zwei Wege:
- kalkuliertes Strukturgewicht = 8350t, Gesamtverdrängung also zwischen 23860 und 33400 t. (8350/25 resp /35 x 100)
- mittlerer Auftriebsanteil um die 1.86m, Tiefgang also zwischen 6.65 und 9.3m.
Ist vielleicht ne dumme Frage, aber kann mir jemand erklären wie man auf die Gesamtverdrängung usw. kommt?
Mfg
Christian
...sorry, war n bisschen abwesend.
@ Lt.Werner:
nachhaken, nachfragen, Verständnis absichern .... dazu ist dieser thread ja da.
Ran an die Tasten!
@Thomas:
yep, ganz warm schon!
Wenn du´s wirklich heiß haben möchtest, dann bitte ich dich um folgendes: scan den Spantenriss von SH aus G/D ein, und den von KGV, und stell die beiden hier rein (wenn das nicht geht, schick sie an mich)(mein scanner ist im Eimer).
Dann machen wir mal Verdauungspause und diskutieren die beiden vergleichsweise - tät ja vieles passen; incl Bürzel-Diskussion.
Wäre auch eine Insel der Ruhe, nach soviel "Stoff".
@Christian:
...entweder oben gucken (V=Volumen=Verdrängung), oder, wenn´s um reine Feststellung geht:
L X B X T X cB. Schlußrechnung!
Näheres siehe http://forum-marinearchiv.de/smf/viewtopic.php?t=689
Wieviel Vorwissen, zB über Gewichtsgruppen, dürfen wir denn voraussetzen?
Also, was halten die Herren von einer gemütlichen Zigarrenpause zwischen zwei Gängen, so als Neujahrsvergnügen?
Guten Rutsch euch allen!
Harold
Wie gewünscht, die Spantenrisse!
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/08shSpant.jpg)
"Scharnhorst"
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/07kgvSpant.jpg)
"King George V."
(Quelle: Garzke und Dulin: Axis and neutral battleships of WWII bzw. Allied battleships in WWII)
Oh, das ging schnell! Danke!
na dann: zurücklehnen, entspannen, und sich die entsprechenden Spanten achtern im Vergleich mit denen vorne angucken.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/09KGVuSH.jpg)
Was fällt denn so auf? :)
Nehme ich mal die Einschnürungen durch die Schrauben weg, dann erscheint mir der britische Rumpf als ein Spiegelbild. Will heißen, Heck und Bug haben einen recht ähnlichen Spantenverlauf.
Überhaupt scheint mir der britische Entwurf fülliger, obwohl ja die "King George V."-Klasse auch kein Ausbund in puncto Seeverhalten war. Das dürfte aber am mangelnden Freibord am Bug liegen.
Um uns das Ganze so richtig schmackhaft zu machen, hab ich mal die eher erratische Spantzählung von G/D (machmal tun´s 12-teln, manchmal 20-teln, manchmal 21-teln...) "normalisiert" und unsere korrespondierenden Spanten 1-2-3-4-5 respektive z-y-x-w-v getauft.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/10KGVuSH2.jpg)
Das Mittelschiff -obwohl gerade dá noch einiges dazu zu sagen wäre!- habe ich außer Acht gelassen, schaun wir uns mal nur das jeweils vorderste und achterste Viertel des Rumpfes an...
Zurücklehnen, und n Cognac, n Taschenrechner plus Ausdruck dieser Graphik ... und einfach mal wirken lassen.
Achja - vielleicht auch noch ne Schere? Schnipp, schnipp...
:)
Harold
Ich sage mal, bei "Scharnhorst" deutlich mehr Auftrieb im Heck, beim britischen Entwurf etwa gleiches Verhalten, ob über Heck oder Bug.
Damit nickt das britische Schlachtschiff wie auf einer schönen Sinuskurve auf und ab, das deutsche Schiff dagegen ist buglastig. Richtig?
...ts-ts, icke nix Professa! Niix sage, obe riktik iss - oda fallss. Icke áuch nur genáo hinkukke...ganzganz genáo.
Die beiden Schiffchen hab ich mir hergenommen, weil sie in CWL und Breite kompatibel sind
KGV 225.5 / 31.4
SH 226 / 30
und auch in ihren Höchstgeschwindigkeiten um grad mal 2.8 kn divergieren
KGV 29.2 kn / 125000 WPs
SH 32 kn / 165000 WPs
Na ja, hab mal -zulässig ist das ja (wer´s nicht glaubt, lese Schneekluth)- geometrisch beide Unterwasser-Rümpfe auf die gleiche Breite und den gleichen Tiefgang gebracht.
Die jeweiligen Spanten entsprechen einander, ob rot oder blau.
Harold
Die Apologeten des deutschen Kriegsschiff-Baus konzedieren ja gern mal, dass SH um die Neese "n `büschen" nass gewesen sei, aber BS, die doch nicht. Bestes Seeverhalten...
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/11BS.jpg)
(c) Garzke/Dulin, Axis and Neutral BBs
Was sagt die graphische Analyse, auf gleiche Proportionen gebracht?
1) viel Neu´s ham se sech im Schiffbau ooch nich einfalln lassn ... fast die gleichen Kurven, oder -?-...
2) .... ein ganz klein weniges Wenig ist BS achtern sogar völliger als SH.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/12SHuBS.jpg)
---soweit zum Vergleich der Unterwasser-Rümpfe. Es wird wirklich Zeit, dass wir uns deutlich ÜBER die Wasserlinie begeben, um Unterschiede wirklich würdigen zu können.
Oder sollen wir zuvor NOCH ein paar Kandidaten submarin vergleichen?
Che pensi, Tommaso?
Ciao,
Harold
@harold,
klar, immer her mit dem Schinken!!
Kleiner "Roter" gefällig? Steht gerade neben mir, 2003' Cascina Albano. Danke Alfredo und Prost!!
Ja, als Zwischgang mal was "Überseeisches"? Passend zum Zeitraum ein BB56 "Washington".
Einmal von vorn:
(http://www.usswashington.com/bdy_pln1.gif)
und von hinten!
(http://www.usswashington.com/bdy_pln3.gif)
Violà! Lassens sich schmecken, gell.
Kleiner Zwischengang?
1 m³ Wasser = Auftrieb 1 t (und mehr, siehe Salzgehalt)
1 m³ sehr turbuliertes Wasser (weil´s im Schraubenstrom liegt...), das recht viel an Sauerstoff freisetzt = Aufrtrieb 0.65 t
Was also geschieht am Heck eines Schiffes?
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/13heck.jpg)
...und was ist meine Privatauffassung eines wirklich funktioniernden transom sterns? Die da:
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/14transom.jpg)
mit einem auftriebserhaltenden Mittelkanal, und die skegs so ausgezogen, dass die "Ruder" im Prinzip Druckausgleichsklappen sind.
Ciao,
Harold
PS : einmal Washington/ BS/ Vanguard gefällig; sehr wohl, der Herr ...
... kann aba a bissl dauern.
Na, a kloine Änderung im Menue, bittscheen.
"Lion" statt "Vanguard", sonst weinen vielleicht einige?
@harold:
Vorwissen ist praktisch nicht vorhanden, habe ja auch gerade erst begonnen, mich mir der Materie auseinanderzusetzen. aber ich habe mir die andern threads unter technik und Waffen schiffskörper angesehen und denke dass ich (wenigstens) das behersche.
Mfg Christian
Wir können uns noch genügend Spantvergleiche zu Gemüthe führen, aber ich denke, die Linie als solche wird jetzt langsam klar.
(können wir auch n eigenen thread dazu aufmachen, wenn´s denn wirklich sein mag...)
Wie Thomas letztens erwähnt hat, sollte doch irgendwas getan werden, um den Rumpf vorne weniger stark einstampfen zu lassen – auch wenn sein Bugbereich recht fein gehalten ist.
Sonst schaut´s bei Gelegenheit so aus:
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/22kgvwave.jpg)
(c) navsource
Eine der Möglichkeiten, diese Einstampferei zu verringern (und nebenbei noch anderes - davon gleich mehr!), sind sogenannte ,,Schultern".
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/16schultern.jpg)
Darunter verstehen wir eine leichte Diskontinuität sowohl von Spantvölligkeitsgrad (cS) als auch Spantfläche im vorderen Rumpfbereich (genauer definiert: 1/2 lambda der Höchstgeschwindigkeit, 3/2 lambda der ökonomischen Geschwindigkeit vom Bug nach achtern versetzt – vergleiche:
http://forum-marinearchiv.de/smf/viewtopic.php?t=725
Am Rumpf selbst lässt sich so eine ,,Schulter" als deutliches Ende einer konkaven Linienführung und spürbarer Beginn einer konvexen Ausbauchung feststellen.
Hier die Umsetzung der oben gezeigten Spantkurven der KGV in
- Breite (m),
- Spantkoeffizient (cS) und
- Spantfläche (m²).
Und natürlich, hier der graphische Hinweis auf eine Schulter; so wie auf den Kurven weiter oben der Hinweis auf den Bugwulst:
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/15.jpg)
Die Wasserlinie (Kurve 1) verläuft bis zu Schulter hin konkav, ab der Schulter bis zum Heck dann gleichbleibend konvex.
Der Spantkoeffizient (Kurve 2) beginnt bei 0.58 und steigt stetig vermehrt, bis er ebenfalls in eine konvexe Linie mit Maximum bei 0.983 übergeht.
Die Spantflächen zeigen keine katenoide Kurve, sondern eine gauß´sche Glocke, deren vordere Konkavität stärker gekrümmt ist als die achtere.
Der ausgeprägte Wechsel von konkav zu konvex (in der Mathematik definiert als Wendepunkt) fällt in allen drei Kurven in den Bereich der rot eingetragenen Linie: da hatte KGV eine Schulter – diente ja auch ein bisschen zur Kompensation des nicht sehr ausgeprägten Deckssprungs im Vorschiff (da kennt thomas aus erster Quelle n paar Dönkes zu).
Zum einen dient die Schulter also der Auftriebsbalance zwischen vorderer und achterer Rumpfhälfte, so dass die Mehreintauchung durch Stampfen vorne ebenso mehr an Auftrieb findet wie achtern.
Dazu eine Graphik der KGV, die -hoffentlich- nach dem bisher Gezeigten keinerlei weiteren Erläuterung mehr bedarf:
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/24KGVtrimm.jpg)
Allerdings, wie oben schon angedeutet, kann eine ausgeprägte Schulter nun auch dazu führen, dass eine zweite abrupte Kompression des Wassers stattfindet (ähnlich, jedoch nicht so dramatisch wie am Vordersteven)
- hier als "schulterlose" Welle gezeigt an einer Simulation:
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/17aWavePattern.jpg)
Das tiefe erste "Wellental" soll nun durch den Druckanstieg aufgrund der Schulter "gefüllt" werden.
Bei bestimmten, definierten Geschwindigkeiten kommen die Amplituden der Bugwelle und dieser zweiten Welle zu Interferenzen, die sich gegenseitig teilweise aufheben.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/17schulter2.jpg)
Hier ist die blaue Linie der Wellenverlauf ab Vordersteven, die grüne Linie der Wellenverlauf ab Schulter.
Die rote Resultierende aus beiden zeigt wesentlich gemäßigtere Amplituden (und damit Auftriebsschwankungen) als die Stevenwelle selbst.
Am Foto kann man recht schön wahrnehmen, was dies für das Wellenbild an der Bordwand, aber auch seitlich vom Schiff bedeutet.
Ich hab ein bisschen gesucht, ob ich ein schönes Dockbild finde, auf dem sich eine Schulter zeigt, aber bis jetzt leider nix gefunden. Wenn wer was hat : bitte reinstellen!
Danke,
Harold
Gerade bei sehr langgestreckten und schmalen Vorschiffen (wie hier bei einer der Iowa´s) sind ausgeprägte Schultern wichtig.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/20schulter3.jpg)
(ist zwar nicht das Bild, das ich wollte... irgendwo in meinen diversen Eichhörnchennestern schlummert noch eine schöne Anson im Trockendock, von schräg vorne unten aufgenommen...)
und so sieht´s im Bau aus - der Rumpf ist grad mal bis etwa 2.5 m unter die Wasserlinie gediehen
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/19015955.jpg)
Sorry für die Überbreite - aber schließlich gibt´s da auch was zu sehen...
Harold
Und hier, um die hydrodynamischen Folgen eines solchen Rumpfes zu zeigen, noch mal ein wirklich schönes Wellenbild einer SD.
Die Amplituden am Bug vergleichen : mit den überlagerten und damit geglätteten Wellen ab ca. "B".
Auch den konkav-konvexen Wasserlinenstrak kann man in dieser Aufnahme recht gut erkennen; und natürlich tobt sich die dermaßen "gefoppte" Flüssigkeit in einem majestätischen "Schnauzbart" aus.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/18schulterSD.jpg)
(Quelle für alle letzten Aufnahmen: nav.source.com)
Eigentlich sollten wir uns jetzt mal den Spantformen ÜBER Wasser zuwenden - und so nebenbei noch einen Seitenblick auf die Trimmlage eines Schiffes in Bewegung machen.
Wäre der nächste logische Schritt.
---oder war einiges vom bisher Behandelten nicht eindeutig nachvollziehbar? Dann bitte ich um Zwischenfragen, Anregungen, Kritiken!
Ciao,
Harold
Hi Harold,
meine Frage ist leider etwas oberflächlich. Hintergrund: Ich betrachte die Rumpfformen von oben, die der britischen und amerikanischen im Vergleich zu den deutschen. Bei den Deutschen ist die Form sehr "rund", bei den US/GB dagegen ist das Mittelschiff im ganzen Bereich fast gleichbleibend breit. Dadurch sieht zum Beispiel die KGV von oben deutlich wuchtiger aus als die Scharnhorst.
Welche Philosophie steckt hinter diesen ganz unterschiedlichen Formen? Rein ästhetische Erwägungen werden es wohl nicht gewesen sein.
Ich hoffe, diese Frage ist nicht zu profan. Sollte sie indirekt hier schon beantwortet sein, habe ich das einfach nicht kapiert.
P.S. Das Foto der Anson findest du in "Britische Schlachtschiffe" von Raven und Roberts. Da ich den Band im Moment in einer Kiste auf dem Speicher verstauen musste, konnte ich das Bild nicht einscannen und hier einstellen. Umbaukollateralschäden nenne ich das.
Liebe Grüße
Volker
@ Volker,
tja, vor 1 3/4 Jahren sind wir beide mal über die gleiche Frage gestolpert - remember? :)
Den damaligen Artikel dazu gibt´s unter
http://forum-marinearchiv.de/smf/viewtopic.php?t=372
... wenn wir -jetzt, hier- die amerikanischen Notlösungen auf Grund der Panama-Kanal-Schleusen mal außer Acht lassen und nur KGV mit SH vergleichen, ist dir das Recht?
Beide Schiffe zeigen einen sehr vergleichbaren Wasserplan, KGV ist um 4.7% breiter in der größten Dimension, die Länge in der CWL differiert um 0.5m.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/23KGV-SH-3.jpg)
Den Vergleich der Spantrisse -in Bezug auf die Völligkeitsgrade vorn und achtern- hab ich ja auf der letzten Seite schon reingestellt, dank Spee´s Hilfe.
Wenn du´s vergleichst, ist die Breitendifferenz allerdings im Vorschiff wesentlich prononcierter. Zieht man auch noch den Spantenriss heran, so ist die "bulligere" Form des Vorschiffs von KGV -bei sehr "ähnlicher" Wasserlinie!- eindeutig auszumachen.
Die beiden (unteren) Skizzen zeigen gestrichelt jeweils die Deckskante von KGV und SH -
-hier fällt auf, dass der Spantausfall von KGV vorn und achtern sehr ausgeglichen ist, und extrem achtern sogar wieder senkrecht wird.
Im Vergleich dazu sind die Überhänge der SH in der Breitendimension geringer gehalten, jedoch kragt sie mit dem Heck um einiges aus (ich habe hier die Atlantik-Bug-Variante eingezeichnet; mit dem originalen ist ihr Spantausfall vorne noch geringer (und somit noch weniger "auftriebsgenerierend").-
Bevor ich jetzt frohgemut die nächsten Design-Einzelheiten (und Berechnungen, oijoi!) von mir gebe, wart ich weitere Fragen ab...
Ciao,
Harold
@Harold,
deine Wellenbilder erinnern mich ein wenig an die Generierung eines Lasers. "Versklavung" mehrerer Wellen zu einer Welle. Prinzip ähnlich bzw. gewollt oder rein zufällig?
Servus Thomas,
..also auf´n Laser wär ich selber nicht gekommen -
aber im Prinzip geht´s darum, dass zwei Wellen sich durch Interferenz löschen.
Dies haut bei einer klar definierten Wellenlänge (und ihren rationalen Teilungen reps. Vielfachen) auch recht gut hin -
- da die Wellenlänge jedoch von der gefahrenen Geschwindigkeit abhängig ist, ist die Interferenz nicht immer deckend; zumindest kommt es zu Teil-Löschungen.
Für den Bau eines "ökonomischen" Schiffes such ich mir natürlich eine Geschwindigkeit aus, die auch von der Maschine her sparsam ist, und auf die bei dieser Geschwindigkeit generierte Wellenlänge stimm ich dann meinen Rumpf ab; diese Geschwindigkeit wird dann auch meist gefahren.
Ökonomisch? Kriegschiffbau? (na eben).
Ciao,
Harold
@Harold,
Ökonomie schon, denke an den Treibstoffverbrauch. Schließlich haben die Briten genau aus diesem Grund die Bugwulst für die "King George V."-Klasse nicht gewählt und der "Lion"/"Vanguard" dafür einen Transom-Stern spendiert.
@ Thomas -
-hab´s eher auf die geforderten Geschwindigkeiten bezogen gemeint :)
Soll´ch n Bugwulst (ja grad dass ned Taylor-Bug heißt) un n transom-Schtern nu ooch noch inne Suppe bullern?,
so die Frage, küchenseitig.
Ciao,
Harold
@Harold,
brunz' mal los. Würde mich wirklich interessieren, ob die Briten da gut gerechnet haben.
- näjj, asso vor mer diss auffe S-paisekaate sötzn -
... wart ich mal geduldig auf weitere Zwischenfragen.
(wie hat´s geheißen : eher kurz gehalten und leicht verständlich...?
War´s denn das ... bis jetzt?)
Sinn & Zweck des Ganzen ists ja, Interessierten Einblick in Zusammenhänge zu geben, die eigentlich ganz logisch sind - wenn man sie erst einmal gesehen hat.
In dem Sinn - langsam, langsam...
Harold
@harold,
jaja, tu mal langsam. Dafür mal ein kleiner Hirnbrecher für dich.
"The fault may in great measure be attributted to the ... ships being to sharp and constricted at their extremities; they are not what is termed good sea-boats; this pecularity, which has been imagined to lead to superiority in point of swiftness, has produced a contrary effect, at least in rough seas."
Von wann stammt das etwa? Ist schwer, nur so zum Spaß :) !
-n Kommentar zur spanischen Armada?
:)
Harold
@ Spee
die Beurteilung der Schiffe der deutschen kaiserlichen Flotte nach der Untersuchung in Scapa Flow?
Grüße
Dirk
Servus,
ich löse mal.
Zur Zeit der Napoleonischen Kriege wurden die Eigenschaften der französischen Schiffe als deutlich besser als die ihrer britischen Kontrahenten beurteilt. Diese Aussage wird bis heute gern weitergegeben. Dummerweise sahen das die französischen Schiffbauexperten der damaligen Zeit überhaupt nicht so. Mehrere direkte Vergleiche zwischen französischen und britischen Schiffen in den 20er und 30er Jahren des 19.Jahrhunderts brachten das aus deutlich zu Tage. Jede Nation hatte in ihren Konstruktionen Vor- wie Nachteile gegenüber der anderen. Insgesamt waren die britischen Schiffe aber ausgewogener. Auch spezielle Bautechniken wurden mit der Gesamtkonstruktion verglichen. So wurde dem britischen Konstrukteur Sepping mit den Bau der Linienschiffe der "Ganges"-Klasse die Kopie eines französischen Schiffes "vorgeworfen". Sepping hat aber nie geleugnet, die gute Linienführung des Mittelschiffes eines gekaperten französischen Linienschiffes kopiert zu haben. Was aber später gern vergessen wurde und eben den Briten der Vorwurf einbracht, daß sie alles kopiert hätte. Vergessen wurde dabei auch, daß Bug und Heck eine komplette Neukonstruktion von Sepping war und das Sepping eine neue Art des Spantenaufbaus (diagonal braced hull) erfand bzw. zur Vollendung brachte. Die britischen Schiffe der "Ganges"-Klasse hatten eine ineinander verschachtelte Diagonalverspantung, die dem Schiff ein wesentlich höhere Festigkeit verlieh, als den französischen Schiffen dieser Zeit.
Der Kommentar stammt aus 'Nauticas' Veritas', Naval and Military Magazine aus den Jahr 1844, von einem französischen Autor Namens Bouvet. (Quelle: D K Brown, Before the Ironclad).
Was sagt uns das Ganze? Nicht immer alles als feststehend hinnehmen, was seit Jahrzehnten als gültig erklärt wird, sondern mal nachprüfen, ob's wirklich so ist/war.
Hallo Harold,
sorry, ich hatte den Artikel hier nicht gefunden. Dumm von mir. Gelesen hatte ich ihn früher im "anderen" Forum - das ist jedoch noch gesperrt.
Leider muss ich zugeben, dass meine naturwissenschaftlichen Kenntnisse wirklich schwach sind. Das ist kein Witz. Dein Artikel von damals hat mir einige Hinweise gegeben, aber richtig kapiert habe ich ihn nicht.
Hilf' mir bitte dennoch aus der geistigen Klemme: Alle Aufnahmen, die ich von den beiden Schiffstypen kenne (KGV/SH), sind deutlich unterschiedlicher im Mittelschiff als deine Skizzen. Die KGV wirkt weitaus "eckiger" als auf den Skizzen.
Frage also: Gucke ich schief oder kann man die Unterschiede so ohne weiteres nicht anhand von Fotos betrachten? Leider habe ich im Moment einfach keine Zeit, selber anhand von Spantenrissen beide Schiffe selbst einmal "nachzubauen".
Liebe Grüße
Volker
Servus Thomas!
Nu -erfrischend die Lösung!
- Ich mach mal, nachdem hier weder Proteste gegen noch Fragen zum Bisherigen hereinzuschneien scheinen, einen kleinen Schritt weiter (hmm - das Interesse ist allerdings weniger als nur feiertäglich flau...):
Lassen wir unseren Rumpf in eine (unwahrscheinlich) lange Dünung geraten, in der das Vorschiff regelmäßig um etwa 2.5° eintaucht und auftaucht (also um 5° pendelt), das selbe gelte für´s Achterschiff.
Wie kann man nun die Auftriebsverhältnisse, resp. den durchs Auf/Eintauchen verlorenen/gewonnenen Auftrieb vorn und achtern genauer berechnen?
Ein Blick auf die Grahik zeigt als rote Linien (vom der neutral gedachten Schiffsmitte aus) die ein- und ausgetauchten Partien des Rumpfes. Zu den jeweiligen Spantflächen lassen sich (näherungsweise) recht einfach die korresponierenden Flächen konstruieren.
Die jeweilige Fläche (hier in abgestuften Grautönen) ist proportional zu der dort wirkenden Kraft, sei es Auftriebsgewinn oder -verlust.
Die beim derzeitigen Layout wirkende Balance geht sich eindeutig zuungunsten des Vorschiffs nicht aus; auch nicht, wenn wir den Auftriebsgewinn im Vorschiff mit dem Auftriebsverlust im Achterschiff als gemeinsames Moment nehmen, und vice versa.
Da wir die Spantformen nicht verändern wollen, bleibt uns nur eine Möglichkeit: die Hebelarme vorn zu verlängern und achtern zu verkürzen, oder, anders gedacht, den Massenmittelpunkt M (als "Drehpunkt") von 50% der Schiffslänge aus leicht nach achtern zu verschieben.
Das hat natürlich Folgen...
Servus Volker,
die beiden Wasserlinien-Decksrisse weiter oben sind ausgehend von den Spantrissen in G/D rekonstruiert, müssten also recht exakt sein.
Ich versuch noch mal n KGV-Foto von "oben" zu finden und ihr einen entsprechenden Überhang achtern/vorne á la SH zu verpassen.
Vielleicht überzeugt das, dass der Rumpf um gar nicht so viel kastiger sein muss, um doch wesentlich andere Auftriebsverhältnisse zu liefern.
Ciao,
Harold
@Harold,
Zitat(hmm - das Interesse ist allerdings weniger als nur feiertäglich flau...)
Nur, weil sich einige nicht zu Wort Melden, heisst es nicht, dass sie nicht mitlesen. Meiner einer beschäftigt sich mit der Geschichte, weniger mit dem Schiffsbau. Deswegen ist für mich das Ganze ein Buch mit (nunmehr, Dank Dir und den Anderen in dieser Runde) sechs Siegeln! :D
Für mich reicht es halt aus, halbwegs nachzuvollziehen, was DU hier machst. Selbst irgendwelche Berechnungen zu machen, ist bei mir in absehbarer Zeit nicht vorgesehen. ;)
Also, selbst falls Du annimmst, einen Monolog zu führen, sei Dir bewusst, dass es immer noch ein paar stille Seminarteilnehmer gibt.
Gruß
Dominik
"...dass es immer noch ein paar stille Seminarteilnehmer gibt."
-silent minorities gehören gefördert! :)
Aber bevor ich "monologisiere", das versprochene Bild zum Bedenken von Volker:
- KGV wirkt ja auch durch die standard bridge und den vorderen Vierling (weiter achterlich als "A" von SH) um einiges wuchtiger vorn. Und Fakt ist, sie ist um 1.4m breiter.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/21kgv1941.jpg)
Ich hab dieses Foto genommen und das Deck (mitsamt Bordwänden) á la SH gelängt, die Wasserlinie jedoch unverändert gelassen.
Auch einige der Aufbauten sind der flinken Schere zum Opfer gefallen.
Obwohl sich "unter Wasser" nix geändert hat, schaut sie jetzt "leichter und eleganter" aus (und natürlich sind die größeren Gewichte, die sie als Aufbauten so hatte, über ihre leicht breitere Rumpfform ausgeglichen).
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/25KGVlang.jpg)
Bewusst nicht mit irgendeinem Foto-Bearbeitungsprogramm rumgespielt und die Änderungen sichtbar gelassen, um nicht zu "manipulieren".
Ciao,
Harold
"...Die beim derzeitigen Layout wirkende Balance geht sich eindeutig zuungunsten des Vorschiffs nicht aus; auch nicht, wenn wir den Auftriebsgewinn im Vorschiff mit dem Auftriebsverlust im Achterschiff als gemeinsames Moment nehmen, und vice versa.
Da wir die Spantformen nicht verändern wollen, bleibt uns nur eine Möglichkeit: die Hebelarme vorn zu verlängern und achtern zu verkürzen, oder, anders gedacht, den Massenmittelpunkt M (als "Drehpunkt") von 50% der Schiffslänge aus leicht nach achtern zu verschieben.
Das hat natürlich Folgen..."""
-hier sind sie:
Eine leichte Verschiebung (um etwa 2 bis 4.5 m; oder 0.9 - 2%) des Massenschwerpunkst nach achtern verursacht einen achterlichen Trimm, oder das leichte Austauchen des Vorschiffs.
Schadet gar nichts - nützt eher! Aber vorerst ein Rückgriff auf schon Veröffentlichtes ( http://forum.schlachtschiff.com/topic.asp?TOPIC_ID=1407 ), hier kurz zusammengefasst:
Schiffe in Fahrt generieren Wellen.
(http://www.cyberiad.net/gallery/shipwakes/optwave.gif)
So interessant diese an der Oberfläche zu beobachtenden transversalen Wellenmuster auch sind (für Feinspitze hier eine schöne Kurzfassung:
http://www.math.ubc.ca/~cass/courses/m309-01a/carmen/Mainpage.htm ), uns interessieren hier nur die Druckwellen (Longitudinalwellen), die ein im Medium Wasser bewegter Körper verursacht.
(http://www.cyberiad.net/gallery/shipwakes/ddg51.gif)
Da Wasser kaum kompressibel ist, erscheinen die Maxima und Minima dieser Druckwelle als Wellenberge und –täler direkt an der Rumpfseite.
(http://forum-marinearchiv.de/smf/files/wellenbild1_281.jpg)
aus : http://forum-marinearchiv.de/smf/viewtopic.php?t=725
Der Abstand der ,,Wellenberge" voneinander ist die Wellenlänge Lambda.
(http://www.scharnhorst-class.dk/scharnhorst/gallery/pictures/gallscharnseatrials1/gallscharnseatrials105.jpg)
(Bild : john asmussens page)
Sie steht in Verhältnis zum Quadrat der gefahrenen Geschwindigkeit:
Lambda (L, in m) = [Geschwindigkeit (v, in kn)] ² x 0.1524, oder anders
v = Quadratwurzel aus (L x 6.562).
Für unseren in der CWL 225 m langen Beispielrumpf, den oben öfters diskutierten, habe ich nun drei Geschwindigkeiten ausgewählt,
L = 100m; CWL = 2.25 L; v = 25.6 kn
L = 128.6m; CWL = 1.75 L; v = 29 kn
L = 150m; CWL = 1.5 L; v = 31.4 kn.
Die jeweils obere Kurve ist für einen "schulterlosen", die untere für einen Rumpf mit Schulter.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/26wellen1.jpg)
1)
Im ersten Fall (25.6 kn) verteilen sich die Maxima und Minima relativ gleichmäßig am Rumpf. Als Auftriebsgewinn/ -verlust ist der jeweilige Wert des über die CWL eingetauchten resp. aus der CWL ausgetauchten Spantquerschnitts als Volumen zu rechnen...
...Wellenberge in der größten Schiffsbreite geben mehr Auftrieb als zB am Bug.
Insofern wird in diesem ersten Beispiel der Rumpf vorne etwas weniger Auftrieb durch die eigengenerierten Wellen erhalten als achtern.
Allerdings hat dieser Rumpf nun eine ,,Schulter" (grüner Pfeil) auf 2/9 CWL; das ist bei dieser Geschwindigkeit auf exakt L/2 (50m) der generierten Wellenlänge L (100m).
Die von dieser Schulter verursachte zweite Druckwelle löscht nun (Phasenverschiebung L/2) die erste weitgehend aus (weitgehend deshalb, weil die Amplituden –Höhe der Wellenberge- nicht gleich sind; hier vereinfachend weggelassen).
Die nächstgeringere Geschwindigkeit, wo es zu einer entsprechenden Auslöschung käme, wären 14.8 kn [ 2/9 CWL = 50m = 3/2 L; => L = 33.3m; ²V(33.3 x 6.562) = 14.78].
Nachvollziehbar?
In beiden Geschwindigkeits- Fällen ist dieser Rumpf eine ideale Plattform, hat keinen Trimm, neigt auch nicht zum Einnicken vorn. Ist : KGV.
2)
Mit 125000 WPs soll KGV auf knapp über 29 kn zu bringen gewesen sein. Schaun wir mal, was dies für ihr Wellenbild und ihren Trimm heißt:
Die Wellenlänge L läge nun bei 128.57m (4/7 von CWL); wäre keine Schulter da (wie in er oberen Kurve), würden sich die ,,Berge" und ,,Täler" so ausbalancieren, dass ein leichter vorlicher Trimm entstünde.
Aber da ist ja noch die Schulter (untere Kurve) ... und die verschiebt das Auftriebsmaximum nun deutlich nach achtern, so dass bei 29 kn der vorliche Trimm entprechend zunimmt.
Fazit: gut, die Geschwindigkeit ist ,,drin", aber sie wird vorn ganz hübsch nass!
Wollte man sie für diese speed stabil im Trimm halten, so bräuchte sie ihre Schulter wesentlich weiter achtern (wir wissen´s, auf L/2 = 64.3 m ; roter Pfeil).
3)
Die als Vergleichswert hergenommene CWL von 225 m trifft ja nun auch auf SH zu. Ihr konzedieren wir mal die unten gezeigten 31.4 kn; L = 150m oder 2/3 CWL.
Die ,,schulterlose" SH hat jetzt eine Auftriebsverteilung mit deutlichem Auftriebsmaximum achtern von der Schiffsmitte (und wir wissens, vorn wird´s nass))obere Kurve).
Hätte sie –vergleichbar zu KGV- eine Schulter (untere Kurve), wäre die viel zu weit vorne. Sollte sie bei dieser Geschwindigkeit stabil sein wollen, so wäre die Position L/2 = 75 m für einen Schultersprung zu wählen (roter Pfeil); dies würde ihr zu einer ähnlich ruhigen (und trockenen!) Lage bei 18.1 kn verhelfen (Berechnungsart wie oben, 1).
So weit also mal zur Konstruktionsart, zur Berechenbarkeit und damit Begründung der Form von Unterwasser-Rümpfen.
--
Was uns jetzt noch fehlt, sind manche kleinen feinen Kräutlein in der Sauce, und natürlich eine Auswahl an Desserts.
Spee wünscht sich den transom-stern, und auch den Taylor-Bug.
Als Digestif dazu mangelt auch noch eine Bemerkung über das Verhältnis B zu T; respektive B zu L.
Vor ein paar Tagen kam auch das Strukturgewicht zur Sprache – was fehlt: die logische Schlussfolgerung auf die Gewichtsgruppen in diversen Schiffsgrößen.
Und natürlich : was bedeuten diese Auftriebs-Schwankungen (und ihre Frequenz) für die Schiffs-Struktur?
So, waiting for your orders ... (nur bei stabiler Schiffslage, sonst kotzen wieder alle rum, wenn das Lambda nicht stimmt)(dazu fällt mir was von MS "Miaulis" ein, uuuh... :)
Harold
Bevor ich mich auf den Bugwulst einlasse, ein paar Bemerkungen zum abgeschnittenen Heck, bzw transom stern oder Spiegelheck.
Als Beispiel dafür möchte ich vorerst nicht die Vanguard hernehmen, sondern die britischen Schlachtschiff-Entwürfe von 1921 (,,The Saints") – einfach, weil bei diesen das Spiegelheck wesentlich ausgeprägter vorgesehen war (Lion ist schon bescheidener, und Vanguard eher nur knapp ,,beschnitten").
Wenn der Spantquerschnitt achtern abrupt auf Null geht, bedeutet dies für das umströmende Medium einen ebenso abrupten Druckabfall (proportional zum Querschnitt) – es wird also eine Welle generiert, die nicht mit einem Druck-Maximum beginnt (so wie am Bug oder an der Schulter), sondern mit einem Druck-Minimum, einem ,,Wellental".
Die Länge dieser Welle ist ident mit jener der je nach Geschwindigkeit generierten Bugwelle, nach der uns bekannten Formel L(m) = 0.1524 x v²(kn).
Bis jetzt habe ich vereinfacht, indem ich so tat, als seien die jeweilig generierten Wellenberge und –täler (korrekt: die Amplitude der Welle) prinzipiell zu vernachlässigen.
Sind sie aber nicht.
Die Amplitude (der ,,Druck-Stoß") steht in exponentiellem Verhältnis zum druckgenerierenden Querschnitts-Anstieg.
Um auf das viel weiter oben Geschriebene zurückzukommen : ein sehr fein und schlank zulaufendes Vorschiff generiert eine Druckwelle, die mit der Druckwelle der Schulter durchaus vergleichbar ist.
Ein recht ,,plump und fett" zulaufendes Vorschiff generiert einen wesentlich stärkeren / homogeneren Druckanstieg
(hier schon die erste Abzweigung zum Taylor-Bug; bitte vormerken! Als Untersuchungsobjekt dazu möchte ich Yamato vorschlagen).
Ebenso hat die Amplitude (,,Berge" und ,,Täler") eine direkte Relation zur Wellenlänge und damit zur gefahrenen Geschwindigkeit : in etwa zwischen 0.4 und 0.85 der Wellenlänge; d.h. je schneller, desto ausgeprägter die Amplitude – oder die Niveau-Unterschiede der Grenzschicht am Rumpf.
---
Nehmen wir also unseren ,,Saints" -Rumpf mit Spiegelheck, 258m CWL, und schaun wir, was passiert.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/27transom2.jpg)
Bei einer Geschwindigkeit von 29 kn (L = CWL / 2) kommt das achtere Druckmaximum der eigengenerierten Welle auf´s Heck zu liegen; eben dort generiert der radikale Druckabfall auf Null ein Minimum – Überlagerung = Auslöschung; als Konsequenz entsteht hinter dem Spiegelheck ein druckausgeglichener Raum (stagnierende Strömung), der das Schiff strömungstechnisch ,,verlängert" und gleichzeitig dafür sorgt, dass die Energie, die normalerweise nun als Hecksee aufschäumte, nicht einfach nur ,,verpulvert" ist.
Der sauerstoff-angereicherte Schraubenstrom wirkt hier zusätzlich noch als isolierende ,,Grenzschicht".
Bei einer Geschwindigkeit von 23.75 kn (L = CWL / 3) das gleiche Bild, beinahe... nur: die Amplitude ist nun geringer.
Der Druckabfall achtern ist nach wie vor vergleichbar groß, jedoch der Drucküberschuss der Welle geringer – es entsteht ein kleiner ,,Strömungskern" als Niederdruckmaximum, den das Schiff nachschleppt, als sogenannten ,,Sog".
Betrachten wir die weiteren Fälle von CWL geteilt durch ganzzahlige Wellenlänge, so ergeben sich Geschwindigkeiten von 20.57 kn (CWL / 4), 18.4 kn (CWL / 5) und 16.8 kn (CWL / 6).
Alle diese Geschwindigkeiten sind ,,transom-freundlich", die dazwischen liegenden, je geringer, desto nicht.
Warum?
Weil da jeweils am Rumpfende die eigengenerierte Welle mit einem Minimum endet – das sich mit dem Druckabfall im besten Fall –höhere V, größere Amplitude- ausgleicht (weil der Spiegel über die dynamische Wasserlinie zu liegen kommt) und im schlimmsten Fall aufsummiert –geringe V, geringe Amplitude; Spiegel liegt teilweise unter der dynamischen Wasserlinie.
Für Geschwindigkeiten unter 15 kn liegt der Spiegel (aufgrund der geringeren Amplitude) für unsern Beispielsrumpf prinzipiell unter der dynamischen WL und sorgt für ziemliches Geschäume achtern –d.h. für einen zusätzlichen Verlust an Energie, die sich in den Stömungsdifferenzen austobt.
Fazit : je geringer die optimale Geschwindigkeit des Rumpfes sein soll, desto geringer der Querschnitt des Spiegels unter CWL.
Will ich ein Schiff, das oft Geleitzugsgeschwindigkeiten mitfahren soll, => Vanguard, kleiner schmaler Heckspiegel.
Will ich eins, das höhere Gefechtsgeschwindigkeiten optimal laufen soll, => Lion, etwas größer und breiter.
Will ich eins, das nur bei höchsten Geschwindigkeiten a bissl spart, => Saint´s-Class; ziemlich beachtlicher eingetauchter Spiegelquerschnitt.
Die optimale Form: recht breiter, jedoch unter der CWL sehr flacher Spiegel.
Wenn keine Zwischenfragen dazu eintrudeln, morgen weiter mit dem Bugwulst/Taylorbug anhand der Yamato;
ciao,
Harold
Na-ja, hab jetzt doch eine kleine Pause einschieben müssen... also zum Bugwulst:
Ursprünglich hieß das ja Taylor-Bug (nach einem amerikanischen Marineoffizier, aber auch Theoretiker, ich kenn von ihm Veröffentlichungen bis zum Jahr 1943) und war eher nur eine tropfenförmige Verdickung am unteren Ende des Vorderstevens.
Da uns hier die Technologie der Zwischenkriegszeit interessiert, lass ich die Wulstbug-Formen heutiger Konstruktionen einmal komplett außen vor, die wärn ein Kapitel für sich...jojo...
Wovon hier nun die Rede/Schreibe ist, sieht man recht schön an einem Foto der ,,Bremen" auf Stapel (1928)
(http://debrisfield.russellwild.co.uk/resources/csbremen/csbremen8.jpg)
Würde man einen der ersten Unterwasser-Spanten zeichnen, so beginnt der an der CWL relativ fein und läuft nach unten hin zu einer ellipsoid-rundlichen Verdickung aus, ein Tropfen eben.
Und dieser Tropfen hat auch an seiner voluminösesten Stelle (also recht weit unten) den größten Querschnitt, generiert also dort den größten Widerstand gegen anströmende Flüssigkeit.
Bis jetzt haben wir (oder ich, um es Schritt für Schritt aufzubauen...) so getan, als würde der Vordersteven an der Stelle, an der er das Wasser an der Oberfläche ,,zerteilt", der Generationspunkt für die Longitudinalwellen sein (und ebenso der Ursprung der an der Oberfläche wahrnehmbaren Transversalwellen an der Grenzschicht Wasser-Luft).
Diese Annahme mag ja für den zweiten Fall noch zutreffen, aber Longitudinalwellen werden von JEDEM Teil des Vorderstevens generiert, und natürlich : sie breiten sich auch in der Höhen/Tiefendimension aus.
Da nun unser Tropfensteven seinen größten Widerstand (und damit die massivste Druckwelle) recht weit unten generiert, breiten sich die Wellen von diesem Punkt aus kegelförmig nach achtern aus – und schneiden damit auch die CWL.
Der ,,Kegel" hat einen beidseitigen Winkel von etwa 20° (na, machen wir´s genau: 19° 27'; dazu wieder der Querverweis auf die Kelvin-Formeln, siehe weiter oben); den selben Winkel haben auch die beidseitig sich ausbreitenden Transversalwellen an der Oberfläche.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/32bulb.jpg)
Und wie schon beim Transom-stern, so kommt es auch hier zu Interferenzen und damit zu partiellen Löschungen der beiden Wellensysteme – auch hier (analog) in Abhängigkeit zur gefahrenen Geschwindigkeit.
Nota bene: diese Unterwasser-Druckwellen am Vordersteven entstehen auch bei ganz geradem, unten nicht verdicktem Steven – nur ist die Druckwelle in ihrem Generationspunkt hier nicht so sehr ganz nach unten verschoben, sondern der Höhe nach gleichmäßig verteilt.
Zwei Beobachtungen dazu, eine alltägliche und eine historische:
- Diese Wellensysteme sind beileibe nicht gleichmäßig, sie pulsieren in Frequenzen, die von der Form (und den dort herrschenden Druckverteilungen) des Vorschiffes nach Fahrt, nach an der Oberfläche allgemein vorliegendem Wellenbild und nach Eigenvibrationen des Schiffes andauernd interferierenden Modulationen unterworfen sind – und dies gilt für jeden wellengenerierenden Teil des Rumpfes. Am Bug heißt dies: die aufeinandertreffenden Systeme kommen nie so recht zu einem stabilen Verhältnis zueinander, dies wechselt dauernd, pulsiert, es gibt immense Druckgefälle auf kleinstem Raum...
...das Indiz dafür, so simpel, dass wir´s gar nicht mehr näher beachten?
Das Wasser schäumt. Einfach, oder?
- Die historische Dimension: was, wenn nun ein kluger Mensch daranginge, vom (sehr schmal ausgebildeten) Vorsteven knapp unter der CWL nach unten hin den Verlauf des Vorschiffs innerhalb dieser Kegelform zu halten? –um so die sich ausbildende longitudinale Druckwelle erst so weit achtern wie möglich entstehen zu lassen? –wie sähe denn dies aus; hat jemand je diesen Gedanken verfolgt?
Offensichtlich. Hier das Unterwasserschiff von Derfflinger,
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/derfflinger.jpeg)
und das Vorschiff eines recht unspektakulären Schnellseglers, Bluenose:
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/30bluenose.jpg)
Warum die wohl so geheißen hat, und nicht etwa Whitenose? (siehe Anmerkung zuvor)
Mensch Harold,
hast Du eigendlich einen Lehrstuhl für Phisik und Strömungsmechanik ???
Ich kapier zwar nicht allzuviel von Deiner Abhandlung, aber meinen allerhöchsten Respekt vor soviel geballten Wissen !!!
Viele Grüße
Leo
Aber Leo,
kennst mich ja. Bissl Hobby, bissl Freud dran ... viel mehr is´nich.
Sag lieber mal, wo ich mich unverständlich / zu oberflächlich geäußert hab - dann "we´rn Se jeholfn".
Soll ja schließlich Klarheit in die Sache bringen, und nicht abschrecken...
:)
Harold
...ich hab mir erlaubt, die Diskussion zum extremen Bugwulst von CVN76 "Ronald Reagan" in einen eigenen thread zu verschieben, um nicht allzuviel in eine Dose zu packen.
siehe : http://forum-marinearchiv.de/smf/viewtopic.php?t=1089
Hierorts sollt´s dann on topic bleiben mit
Länge/ Breite,
Strukturgewicht
Gewichtsgruppenverteilung.
harold (in Funktion Admin Fachgruppe Technik)
harold schrieb:
"Da nun unser Tropfensteven seinen größten Widerstand (und damit die massivste Druckwelle) recht weit unten generiert, breiten sich die Wellen von diesem Punkt aus kegelförmig nach achtern aus – und schneiden damit auch die CWL."
Nun meine Frage: Hat es denn irgendwelche schlimmen Folgen, wenn diese Wellen die CWl schneiden? (Falls es schon vorher geschrieben wurde, habe ich es wohl nicht verstanden oder übersehen)
*hilferufend*
Christian
Was passiert denn deiner Meinung nach, wenn eine "unterseeische" Druckwelle die Oberfläche erreicht?
Was macht der Wasserspiegel dann ;) ?
...hab heute einige Stunden damit verbracht, ein brauchbares Wellenmodell der Yamato zu zeichnen - morgen kommts rein, heut bin ich zu müde, das alles auch noch mit den Fotos zu kombinieren.
Also Geduld ...
Harold
Bis jetzt haben meine Zeichnungen und Skizzen ja nur suggeriert, dass wir die Verhaltensweisen eines Rumpfes in Bewegung schlicht ZWEIDIMENSIONAL angehen können – schön wär´s!
Natürlich sind wir an die Flachheit unserer Bildschirme und Pläne gebunden, um einen dreidimensionalen Vorgang (der sich dazu noch in der Zeit verändert...) abzubilden.
Aber dazu hätt´ich ein paar Tricks auf Lager...
Wie man von den üblichen Plänen, die einem so vorliegen, zu besserem Verständnis des Geschehens am bewegten Schiff kommt, möchte ich hier exemplarisch (und vorerst vereinfacht : bei diesem Modell ist die See immer spiegelglatt) am Beispiel der Rumpfform der Yamato-Klasse vorstellen.
Als erstes: wie lese ich einen Spantriss?
Im Prinzip wie die Höhenlinien einer Gebirgskarte ... und dort, wo die Form besonders zerklüftet oder speziell ist, sind Zwischenlinien (½ , ¼) eingeschoben.
Nicht immer sinds zwanzig Linien wie hier (manchmal sinds nur 10, manchmal 40; in der Fuß-Inch-Tradition auch 12, 16, 32, 64 oder 160), und nicht immer beginnt die Zählung am Bug mit ,,0", sondern auch recht oft am Heck ...
... und nicht immer sind die Spanten auch eindeutig beschriftet! Gerade Garzke/Dulin, aus dem dieses Beispiel stammt, hatten offenbar einen schlampigen oder unterbezahlten Zeichner, der manche Risse irreführend numeriert hat.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/34Y-spanten.jpg)
Hier mal unser Beispielfall Yamato, - und die uns interessierenden Unterwasserspanten sind auch bereits schon mit einem Grafikprogramm blau überzeichnet.
Links die Ansicht über´s Heck, rechts die über Bug.
Bei einer Numerierung von 0 (F.P. = fore point) bis 20 sollte die Mitte auf 10 zu liegen kommen – dass hier der breiteste Spant, auch der mit der größten Fläche, Spt 11 ist, sagt schon mal was über die Rumpfform aus : ihre breiteste und voluminöseste Stelle liegt bei 11/20 der CWL, oder auf 55%, also deutlich achtern der Schiffsmitte.
In der rechten Hälfte sieht man den tropfenförmigen Bugwulst – die Linien verlaufen hier ,,hohl", d.h. sie sind konkav zur CWL hin gebogen.
Spt 3 ist eher U-förmig, an Spt 4 bis Spt 15 (jetzt schon linke Hälfte = von achtern) ist der Rumpf leicht zur CWL hin eingezogen – wie wir wissen´s, die T-Schutzbreite vor dem geneigten Panzer.
Spt 16 – Spt 19 sind wieder U-förmig, aber, der größeren lokalen Breite entsprechend, flacher : um die gleiche Fläche auszufüllen wie ihre Entsprechungen vorne.
Spt 16 und Spt 4, 17 und 3, 18 und 2 sollten die selbe Fläche aufweisen, wenn der Formschwerpunkt auf 50% wäre – dass er dies offensichtlich nicht ist, sehen wir daran, dass eher 18 ½ und 1; 17 ½ und 2 etc korrespondieren. Ein weiteres Indiz für die Lage des Formschwerpunkts.
Ab Spt 16 ½ bis 18 verläuft die Spantkurve wieder hohl – diesmal aber zum Kiel hin, nicht zur CWL.
Warum? Wellen und Schrauben!
Und nicht einfach nur Schrauben, sondern auch das durch diese turbulierte Wasser, das dadurch (Sauerstoff-Freisetzung!) an Volumen gewinnt (und insofern auch weniger Auftrieb verleiht... bitte anmerken!)
Will ich einen gleichmäßigen Anstrom am Rumpf, so muss ich diesem Volumensanwachs Raum geben – durch entsprechend starken Einzug der achteren Spanten, verglichen mit denen vorne.
Noch eine Bemerkung zur rechten Hälfte, zur vorderen: von Spt 4 bis 6 steigt die Völligkeit ziemlich stark an, während die Wasserlinie eher gleichmäßig (2-3-4-5-6) graduell vermindert breiter wird.
Was´n das wohl? – ,,Schulter":
Pro Längeneinheit (= Zeiteinheit in Fahrt) steigt das verdrängte Volumen nicht gleichmäßig, sondern rapide zunehmend (4-5-6) und dann wieder weniger stark zunehmend (6-7-8-9-10) an; dies generiert einen ebenso rapiden Druckanstieg achtern von Spt 4 . Ergebnis: ,,Schulterwelle".
So weit mal zu den Informationen, die in einem Spantriss enthalten sind ... aber schrieb ich nicht ,,dreidimensional"? Kommt gleich...
Genauso, wie ein Modellbauer nach Spantenriss (mit Sperrholz, Dekupiersäge und Leim) daran geht, sich das Gerippe seines Schiffes zu erstellen, können wir dies mit a bissl Zeitverschleiß auch am Bildschirm.
Allerdings stehen dann die Breiten- und Höhenachsen nicht mehr rechtwinkelig aufeinander, da wir ja noch die Längendimension einbauen wollen.
Und um die Ansicht nicht zu kompliziert und unübersichtlich zu halten, ists auch von Vorteil, nur eine Seite des Rumpfes darzustellen ... per Symmetrie können wir vermuten (ja, nur vermuten!) dass die hydrodynamischen Prozesse auf der anderen Seite gleichartig ablaufen (im Prinzip tun sie das ja auch, nur eventuell a bissl zeitverschoben) ...
...aber der Teufel schläft nicht - und kommt dann ins Spiel, wenn unser Rumpf nicht stur geradeaus fährt (Wellenbilder bei Hartruderlagen sind ausgesprochen ,,nett"! ) oder mit gröberem Seegang/Dünung von einer Seite konfrontiert ist.
Darf ich deshalb im Folgenden ein wenig vereinfachen?
Spezialfälle kommen gerne ... aber erst mal die simpel-eindeutigen Dinge.
Hier (nach vorigem Spantriss umgesetzt) die Spantform des Rumpfes der Yamato, von ,,unten" gesehen, weil wir uns ja für die Vorgänge unter Wasser interessieren.
Als ,,Beplankung" des Rumpfes : gleichfarbige Flächen sind ,,Flächen gleicher Krümmung" (unser Modellbauer würde seine Planken an ihnen orientieren) (eine Funktion der tangentialen Steigung der Spanten)
...ihre Ausdehnung pro Längeneinheit sagt ebenfalls einiges über Drucksteigerung oder –verminderung aus
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/41Y-modell2.jpg)
(zB ist die fußballfeldgroße flache Schiffsbodenfläche ,,gar nicht gut" für eine strömungsgünstige Form –es kommt zu argen Druckminderungen unter dem Schiffsboden, die sich mit den Druckmaxima an den Schiffs-Seiten dann zu ausgleichenden, energiefressenden Wirbeln aufbauen- aber wir wollen schließlich flach eindocken ... und schon geht´s los mit den Kompromissen).
Die nächsten Schritte werden dann zeigen (hoffe ich!), was so ein dreidimensionales ,,Modell" an Aussagen liefern kann.
Zum Beispiel könnten wir –ziehharmonikamäßig- unser Rumpfmodell in der Längendimension zusammenstauchen, um seine Form mal näher unter die Lupe zu nehmen.
Tun wir das mal. Und was nun sowohl in der CWL als auch der Spantform sich zeigt: die ,,Schulter"
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/35Y-schulter.jpg)
Aber welche Konsequenzen haben diese Formeigenschaften –Bugwulst, Bug, Schulter- nun für den bewegten Rumpf?
Bild dazu kommt dann gleich...(und endlich kriegt ,,wer"/Christian seine Antwort).
Nun, einmal ein Blick von unten vorne auf unseren Beispiel (Yamato)-Rumpf.
An der Oberfläche macht der Vordersteven (als verdrängendes Volumen) Wellen (ich setze jetzt mal, keck, die Formeln aus den vorherigen Einträgen als bekannt voraus.... derf i dees?)
hier sind sie dunkelgrün eingezeichnet.
Der Bugwulst generiert (notabene : gleiche Wellenlänge) ebenfalls seine Druckwelle (hier hellblau), die sich als ,,Kegel" nach achtern ausbreitet.
Christian/,,wer", hier die Antwort auf deine Frage :
natürlich tut diese Druckwelle auf der Höhe des Wasserspiegels (CWL) etwas : sie bringt die Flüssigkeit zum ,,Aufsteigen" (oder, anders gesagt, macht das initiale Maximum eines eigenen Wellensystems an der Oberfläche).
Ist hier ebenfalls hellblau eingezeichnet, an der von uns aus von unten gesehenen Trennfläche Wasser / Luft.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/36Y-wellen.jpg)
So, und jetzt noch die Schulter. Auch sie generiert eine Druckwelle (hier hellgrün eingezeichnet), gleiche Wellenlänge wie Bugwulst und Steven; und auch diese Welle erreicht die Oberfläche achterlich versetzt.
Konsequenz: noch eine weitere Auf-und-ab-Bewegung der Wassermassen.
Jede einzelne dieser Wellen ist für die Bewegung von hunderten Kubikmetern Wasser gegen die Schwerkraft verantwortlich.
Energie, die nur in ein Wassermassen-Geschaukle hineingesteckt wird ...
... wenn diese Wellen sich nicht überlagern würden, und damit teilweise aufheben (und damit die auf-und-ab-Verlustmaschine wesentlich einschränkten).
(1) zeigt die Wellenüberlagerung bei ca. 24kn, (2) bei knapp unter 29 kn, jeweils auf die Länge unseres Yamato-Rumpfes umgerechnet.
Eine Analyse dieser Wellenüberlagerungen, als nächstes dann.
Bevor ich weitermache, Zwischenfrage: verständlich bis jetzt?
Ciao für diesmal,
Harold
Soweit mal zur Theorie ... und jetzt geht´s ans Praktische, zumindest, was die Beobachtung betrifft.
Yamato bei etwa 24.5kn liefert (nach unserer Berechnung) das unten gezeigte Wellenmuster:
grün – Bugwelle
hellblau – Wulstwelle
hellgrün – Schulterwelle;
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/38Y-wellen1.jpg)
daraus resultierend die Überlagerung dieser Wellen, blau gesondert herausgezeichnet.
Zum Vergleich: Foto von den Erprobungsfahrten Ende 1941.
Und nun Yamatos Wellen von oben:
nach dem eben gezeigten Wellenmuster die Maxima / Minima, die an der Oberfläche sichtbar sein sollten ... blau dick: max, blau dünn: min.
Das Wellenschema für – auch diesmal - 24.5 kn; fast identisch.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/39Y-wellen2.jpg)
...ein seltsamer Zufall, dass sowohl eines der letzten wie auch eines der ersten bekannten Bilder dieses Schiffes sie in beinahe gleicher Geschwindigkeit zeigen... –auf was einen die Hydrodynamik so alles bringt...
Das Foto ist (wie auch das obige) aus Garzke/Dulin; nur hier der besseren Vergleichsmöglichkeit halber seitenverkehrt.
Aufnahmedatum: 7. 4. 45; ca 1310; vermutlich zu Beginn zweiten Angriffswelle – denn noch macht sie beachtliche Geschwindigkeit (dh. die Aufnahme ist vor den fatalen Treffern an Bb), und die Schlagseite ist noch nicht sichtbar.
70 Minuten später gibt es die Yamato nicht mehr.-
So, -das war´s bald mal für´s erste.
Begonnen hat diese kleine Artikelserie ja mit
---"Die Fragen, die wir zu lösen haben werden, sind u.a.:
- welche Form hat ein 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?"---
Sollten wir - obwohl noch vieles-vieles offen ist (Schlingerkiele als "Strömungszäune", zB) die Fragen 1 und 4 so langsam, langsam mal verlassen ...
...mir schwebt da eine "Form&Berechnung II" gemeinsam mit anderen Technikinteressierten vor, in der es nur um Gewichtsverteilungen, innere Unterteilung, Strukturen und deren Anforderungen an den Rumpf etc geht.
Wenn´s zum Bisherigen nun Fragen, Verständnisprobleme und harsche Kritiken gibt, bitte immer mal hier rein damit ...
(auch mir fallen noch so einige Dinge ein dazu-)
... aber der Übersichtlichkeit halber würde ich sagen, zu allen anderen Aspekten in Bälde n neuer thread.
Ciao,
Harold
@harold:
Was passiert denn deiner Meinung nach, wenn eine "unterseeische" Druckwelle die Oberfläche erreicht?
Was macht der Wasserspiegel dann Wink ?
Nach meiner Meinung erhöht sich der Wellengang,oder?
gruß
Christian
...lies & guck mal fünf Posts weiter oben ... ;)
Harold
So, und jetzt der Nachtisch:
Longitudinalwellen (Druckwellen innerhalb des Mediums Wasser) unterm Schiff.
Dazu wieder eine Umzeichnung des Spantrisses auf ,,Haut", gleichfarbige Flächen verbinden gleiche Krümmungen der Spanten.
So, als würde ich den Rumpf mit einem Kartoffelschäler aus Wachs herausschnitzen.
In der Ansicht über Heck wird nun die Schulterausbildung eher sichtbar als in der über Bug...
Hier nun ausschließlich die Longitudinalwellen unter Wasser.
Die Verdichtungen sind durch engere oder weitere Strichlagen angedeutet (dreidimensional wäre schön... aber für die Grafik zu verwirrend –hab´s ausprobiert... also hier die Druckunterschiede nur horizontal eingezeichnet)
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/40Y-wellen3.jpg)
Blau : Bugwulst
Grün : Schulter
Rot : der DruckVERLUST vor der Schulter (durch den stark eingezogenen Boden)
Alle drei Systeme interferieren nun auf ca 180m Länge unter dem größtenteils über 30m breiten Rumpfboden ... die Druckmaxima/-minima bauen sich rautenförmig (wie ein Schottenkaro) auf.
Die Wirkung der Wulstwelle und auch teilweise die der Schulterwelle wird durch den Schlingerkiel lateral zwischen Boden und Bordwand begrenzt –
- im Prinzip können sich diese Druckunterschiede ausgleichen, jedoch nicht nahe an der Bordwand.
Das heißt, für die jeweiligen Auftriebsverhältnisse bleiben sie neutral.
Der Ausdruck ,,Schlingerkiel" ist insoferne irreführend, als diese über 100+ m ausgezogene Seitenflosse nicht nur Widerstände gegen ein Rollen des Schiffes setzt, sondern ebenso wichtig ist in der Funktion als ,,Strömungs-Grenzzaun" (vergleichbare Konstruktionen gibt es im Tragflächenbau von Flugzeugen).
Die entstehenden Druckverhältnisse sind hier für EINEN Längsschnitt (nämlich in Kielebene) schematisch eingezeichnet, alles oberhalb der Mittellinie ist ,,Druck", alles darunter ,,Sog" oder Unterdruck.
Nach achtern zu verringern sich die Amplituden jeweils ... gegen Beginn der Aufkimmung des Achterschiffes sind sie bereits recht gering.
Dort liefert die starke Einziehung des Bodens und die recht abrupt flacher werdende Spantgeometrie einen neuerlichen ,,Sog" (=Druckabfall) ... damit dieser jeseitig begrenzt bleibt, gibt es einen neuen ,,Grenzzaun", nämlich die Kielflosse.
Hier fehlt in der Zeichnung was : Wellen, Wellenböcke; und natürlich die Schrauben.
Aber zu diesen (und was sie für die Druck- und Anströmverhältnisse bedeuten) bei Gelegenheit mehr.
Hier nun –seeehr schematisch!- die Anströmverhältnisse am Heck.
Durch den Einzug der Spanten vor den Wellen wird ein Unterdruck erzeugt; achtern der Schrauben entsteht der Überdruck des Schraubenstroms.
(http://premium1.uploadit.org/harold/technik2/42Y-heck.jpg)
Der Verlauf ,,idealer" laminarer Strömungsbahnen ist hier dunkelblau eingezeichnet, die hellere Farbe der Verwirbelung bedeutet die (durch Sauerstoff-Freisetzung) geringere Dichte des Schraubenstroms; die sich über die Oberfläche hinaus wölbende Hecksee ist an der hellblauen Fläche der CWL angedeutet.
Durch Schraubenstrom und angelenkte Strömung entsteht beiderseits des Ruderblattes ein Unterdruck; wird das Ruder (zB) nach Bb ausgelenkt, steigt der Unterdruck an Stb und verringert sich an Bb.
Anders, als wie man sich das landläufig so vorstellt, ist ein Ruder also hauptsächlich ein Druckregulator, der durch ,,Sog" (=Unterdruck) wirkt.
---
Zu den strömungstechnischen Zeichnungen und Anmerkungen meine (nun hoffentlich nicht verwirrende!) Quellenangabe:
Coats, Callum: "Living energies. Victor Schauberger´s brilliant work with natural energies",
Gateway books, 1996.
Darin hauptsächlich die Kapitel über Holzschwemmanlagen, Forellen und Flussregulierung.
(jaja, genau dér Schauberger...).
...vermutlich war dieser thread -aufgrund der verschwundenen Illustrationen- für so manchen unserer "neuen" Besucher bestenfalls frustrierend!
Inzwischen hab ich sämtliche verschwundenen Bilder in "Form und Berchnung" neu eingebunden, so dass vielleicht der eine oder andre sich durch diese paar Seiten durchliest, ohne das große Kopfkratzen zu kriegen.
Die organische Fortsetzung ist natürlich im "X"-entwwurf-thread; aber wenn zu dem hier kurz Angesprochenem noch Fragen offen sind, bitte HIER rein damit.
Ich hoffe nur, ich kann sie auch beantworten!
Harold