Forum Marinearchiv

 Hallo,

bin mit dieser Frage angeschrieben worden und habe davon ja nun keinen blassen Schimmer !

Theo
Liebe/-r Experte/-in,
es geht um die grobe (!) Abschätzung der Geschwindigkeit v (m/sec) eines Schiffes anhand dessen Widerstandbeiwertes c(w), dem größten Querschnitt des Rumpfes A (qm), der Dichte des Meerwassers rho (t/cbm) bzw. (kg/cbm) und verschiedenen Werten für die Motorleistung P(kW). Außerdem ist noch die Rumpfgeschwindigkeit (km/h) bekannt.

Ein Prof. Rainer Müller aus München führt solche Berechnungen vor (http://www.tu-braunschweig.de/Medien-DB/ifdn-physik/leistung.pdf). Ich komme jedoch bei dem Versuch, seine Berechnungen nachzuvollziehen, trotz mehrfacher Überpüfung zu anderen Ergebnissen. Entweder mache ich was falsch, oder dieser Prof. irrt sich. Eine Nachfrage per E-Mail beantwortet Müller nicht. Deshalb wende ich mich nun an die wer-weiss-was-Experten.

Müller setzt die Beziehung "Leistung = Kraft mal Geschwindigkeit" (Leistung hier verstanden als zu überwindende Reibung eines Gegenstandes in der Strömung eines Fluids) in die Formel für den Strömungswiderstand W = A mal c(w) mal rho mal (v im Quadrat) mal 0,5 ein und erhält als Formel für die Geschwindigkeit v = 3.Wurzel aus [2 mal P / rho mal A mal c(w)]. So weit kann ich ihm auch folgen.

1. Müller kommt mit diesem Apparat zu ziemlich genauen Prognosen der Höchstgeschwindigkeit von Autos (18 Modelle). Die Dichte des Fluids (Luft) setzt er dabei mit der Dimension "kg/cbm" ein. Meine Nachrechnungen sind alle um den Faktor 10 zu klein.

2. Müller berechnet die Höchstgeschwindigkeit des Schiffes "Titanic". Die Dichte des Fluids (Meerwasser) setzt er dabei mit der Dimension "t/cbm" ein. Auch hier trifft er die tatsächlich gemessene Geschwindigkeit erstaunlich gut (22 kn), und in diesem Fall komme ich zu dem gleichen Ergebnis. Allerdings verwendet Müller einen völlig unrealistischen (und offenbar aus der Luft gegriffenen) Widerstandsbeiwert c(w) = 0,3. Nach meinen Recherchen liegen die Widerstandsbeiwerte großer Schiffe alle unter 0,1.

Also meine Frage: Kann man die Geschwindigkeit eines Schiffes auf die obige Weise abschätzen?

Besten Dank im Voraus für eine Antwort,

Wenn ich mich mal einklinken darf: bei Landfahrzeugen wie Autos wächst ja bei nennenswerten Geschwindigkeiten der Treibstoffverbrauch hauptsächlich mit der zweiten Potenz der Geschwindigkeit (darunter überwiegt ein linearer Anteil durch Reibung). Ist das bei Wasserfahrzeugen auch so? Ich hab im Hinterkopf, da würde der Verbrauch stärker steigen als mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Bin mir aber nicht sicher und hab auf die schnelle auch nix gefunden.

da bin ich auch überfragt kann aber nur aus der Praxis berichten.

Motorenleistung Geschwindigkeitsermittlungen werden alle in Tankversuchen ermittelt.
Ökonomische Fahrt bei einem meiner Supertanker betrug 14 kn bei einem Verbrauch von
60 Tonnen HFO pro Tag.
Steigerte man die Geschwindigkeit auf 15,5 - 16 kn (Höchstgeschwindigkeit) dann stieg
der Verbrauch auf fast 85 Tonnen pro Tag also mehr als zur 2.Potenz.

Das argument zur Entwicklung von Supertankern und von heutigen Riesen Containerschiffen
ist ja bei Verdopplung der Schiffsgröße:
1. gleichbleibende Besatzungstärke
2. Reibung steigt mit 2.Potenz
3. Ladefähigkeit steigt zur 3.Potenz
4. die Maschinenleistung stieg aber nicht in der 2.Potenz, so hatte z.b.:
   ein 80 000 dtw Tanker ca. 22 000 PS indizierte Leistung
   ein 180 000 dtw aber nur 36 000 PS
   beide Schiffe hatten in etwa die gleiche Marschgeschwindigkeit = 13,5 bis 14,5 kn
   Beide Schiffe hatten 10 Zyl  2 Takt Langsamläufer mit ca 100 U/min

wie das mathematisch berechnet wurde entzieht sich meiner Kenntnis aber die Rumpfform,
(Rumpfgeschwindigkeit) und natürlich der Beladungszustand solcher Schiffe spielen eine Rolle.
Deutlich wird es auch an den vielen Entwicklungen des Wulst,Tropfen und Rundbug wobei versucht
wurde strömungstechnische Vorteile zu schaffen.
Diese speziellen Bugformen hatten bei  Supertankern aber nur bei bestimmten Tiefgängen einen Vorteil.
(meistens nur in Ballastzuständen)
Mit dem Rundbug wurde der Versuch gemacht, den Vorteil für verschiedenen Tiefgänge zu schaffen.

Bei Schiffen mit ziemlich gleichbleibende Tiefgängen (Kriegschiffe, Passagierschiffe,Fähren usw) bringt dies
konstant wesentlich mehr.

viele Grüße

Hans

 

ZitatAlso meine Frage: Kann man die Geschwindigkeit eines Schiffes auf die obige Weise abschätzen?

Für erste, ganze grobe Überschlagsrechnungen kann die Formel für den Strömungswiderstand

Fw = cw x p/2 x v^2 x A

verwendet werden, wobei
Fw = Strömungswiderstand
cw = Widerstandsbeiwert, der von der Form des umströmten Körpers abhängig ist
p = Dichte des strömenden Mediums
v = Relativgeschwindigkeit zwischen Körper und Medium
A = größter Körperquerschnitt, der der Strömung entgegensteht.

Die Ergebnisse werden jedoch in der Regel höchst ungenau sein, da der Widerstand nicht nur von der Geschwindigkeit und der Hauptspantfläche abhängig ist!
Dazu bedarf es einer Zerlegung der verschiedenen Widerstandsarten und deren getrennte Berechnung/Abschätzung.

Alternativ wurde daher viel und lange mit der sogenannten Admiralitätsformel (http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,7927.msg94739.html#msg94739) gearbeitet!

Danke Euch beiden. Auf die Admiralitätskonsten war ich auch gestoßen, aber eher im Zusammenhabg mit der Höchstgeschwindigkeit. Aber wenn man genau hinschaut, geht da die Geschwindigkeit in der dritten Potenz ein. Der Verbrauch scheint sich dann wohl aus mehreren Termen zusammen zu setzen, einem mit dritter und einerm mit zweiter Potenz. Dazu wohl noch ein linearer Anteil und ein konstanter (Leerlaufverbrauch sowie Nebenaggregate).

Recht vielen Dank für die Auskünfte !

Theo

Hallo,
noch mal zu der Frage: Steigt der Treibstoffverbrauch mit der 3. Potenz der Geschwindigkeit? Ja, wenn man die von mir im Anfangsartikel zitierte Formel für die Geschwindigkeit zugrunde legt. Die kommt nämlich dadurch zustande, dass man sie mit dem allgemeinen physikalischen Gesetz "Leistung = Kraft mal Geschwindigkeit"  - als Formel: P = F(w) x v - zusammenbringt. Unter "Kraft" wird hier der vom Schiff zu überwindende Wasserwiderstand verstanden. Löst man dies nach F(w) = P/v auf und setzt es in die von Peter K. (siehe oben) zitierte Formel für den Strömungswiderstand ein, erhält man P = 0,5 x c(w) x A x v^3.

Damit wären wir wieder bei der von mir in dem Anfangsartikel zitierten Formel für die Geschwindigkeit, die sich ja unmittelbar aus dieser gerade dargestellten Formel ableitet. Es mag ja sein, dass sie, wie Peter K. schreibt, für den Schiffbauer viel zu ungenaue Resultate liefert (das habe ich auch schon von anderen gehört). Ich möchte sie aber trotzdem nicht gleich ganz verwerfen, denn: Diese Formel stellt eine Brücke dar zwischen der klassischen Physik und dem Handwerk des Schiffbauers. Und sie findet sich ja auch in der Fachliteratur - so in dem Bändchen "Schiffbau kurzgefasst" von Alte & Matthiessen - nicht mehr ganz neu, aber immerhin in 10 Auflagen erschienen.

Auch ist das Anliegen von Rainer Müller ja durchaus legitim - nämlich zu zeigen, dass das, was in der Schule an Physik gelehrt wird, auch interessante praktische Anwendungen hat. Nur müsste er dann halt auch richtig rechnen!

Es bleiben also meine Fragen: 1. Warum sind die Geschwindigkeiten, die Müller für Autos berechnet, um genau den Faktor 10 zu klein (wenn man richtig rechnet!)? und 2.: Warum liegt die für die Titanic berechnete Geschwindigkeit so total daneben (wenn man realistische Widerstandsbeiwerte einsetzt), und nicht nur um 20 oder 30 %?

Gruß, Jörg Sommer

Hallo Jörg,

fein das Du nun selbst hier gelandet bist !

Deine Seite siet ja auch toll aus.

Viel Spaß und Erfolg hier bei uns..


Theo

Hallo Dr. Sommer! (Wer hätte gedacht, dass ich mal solch einen Satz schreibe... :-D)

Als erstes herzlich Willkommen hier!  :O/Y

Bei der Beantwortung der Fragen bitte evtl. etwas Geduld haben, da nicht alle Experten jeden Tag hier reinschauen. Das kann manchmal etwas dauern.
Des weiteren habe ich mal die Überschrift des Themas ein klein wenig aussagekräftiger gemacht, als zusätzlichen Anreiz sozusagen.
Und der Thematik wegen habe ich es in die Rubrik "Formeln und Begriffe" verschoben. ;)

Zitat von: Jörg Sommer am 18 März 2011, 11:57:351. Warum sind die Geschwindigkeiten, die Müller für Autos berechnet, um genau den Faktor 10 zu klein (wenn man richtig rechnet!)?

Systematischer Fehler? Falsche Einheit, falscher Maßeinheitenpräfix, irgendwas falsch umgerechnet, irgendwo Volumen mit Fläche oder Masse mit Gewichtskraft verwechselt? Wobei im letzten Fall der Unterschied nicht genau 10,0 wäre, sondern 9,81 oder 0,102.

Ja, ja, "Schiffbau kurzgefasst" von ALTE/MATTHIESSEN (ISBN 3-87700-0282) ist schon ein feines, kleines Büchlein ... ich habe zwar nur die ältere 2. Auflage, trotzdem schau´ ich da immer wieder mal rein ...

ZitatWarum liegt die für die Titanic berechnete Geschwindigkeit so total daneben?

Ich hab´ mir jetzt mal die Vorgehensweise von Herrn Prof. MÜLLER kurz angesehen und dabei meines Erachtens gleich mehrere grundlegende Fehler gefunden:

• Die Wasserverdrängung der TITANIC wird da mit 46.329 t angegeben, was schlichtweg falsch ist! Das Schiff hatte zwar eine Vermessungsgröße von 46.329 BRT, was aber nichts mit der verdrängten Wassermenge zu tun hat. Tatsächlich betrug die Verdrängung 53.147 t!
• Es wird mit einer Seewasserdichte von 1,028 t/m³ kalkuliert. Niemand rechnet mit dieser Größenordnung, die einer Seewassertemperatur von 0°C entspricht! Üblich (außer in der deutschen Marine, die stets mit 1,015 t/m³ rechnete) ist ein Wert von 1,025 t/m³, entsprechend 20°C.
• Bei der vereinfachten Berechnung der Hauptspantfläche wird fälschlicherweise die Länge über alles verwendet, was zu einem viel zu kleinen Wert führt!

Ohne Spezialliteratur zur TITANIC habe ich mal auf die Schnelle folgende Daten zusammengetragen:

Vermessungsgrösse: 46.329 BRT, 21.831 NRT
Wasserverdrängung: 53.147 t (Leerverdrängung 39.380 t, Tragfähigkeit 13.767 t)
Länge: 269,04 m über alles, 259,08 m zwischen den Loten
Breite: 28,19 m über alles, 28,04 m auf Spant
Tiefgang: 10,54 m maximal
Antriebsleistung: 46.000 PS (2x15.000 PS auf Aussenwellen und 1x16.000 PS auf Innenwelle) geplant für 21 kn Dienstgeschwindigkeit, 51.000 PS erreicht
Blockkoeffizient Cb: 0,684
Zylinderkoeffizient Cp: 0,705

Die Angabe von Block- und Zylinderkoeffizient ist zunächst recht hilfreich, ergibt sich doch der Hauptspantkoeffizient Cm aus der der Formel Cm = Cb/Cp mit 0,97.
All diese Koeffizienten werden jedoch üblicherweise für das glatte Unterwasserschiff, also ohne Aussenhaut und Anhänge, angegeben, weshalb noch einige Überlegungen folgen müssen:
Die Wasserverdrängung von 53.147 t entspricht bei einer Seewasserdichte von 1,025 t/m³ einem Volumen von 51.851 m³, inklusive Außenhaut und Anhängen. Letztere schätze ich vorsichtig auf 1,5 %, wodurch sich ein Volumen auf Spanten von 51.073 m³ ergibt.
Setzen wir diesen Wert in die Formel Cb = Vsp/(Lpp*Bsp*T) ein, ergibt sich ein T von 10,28 m.
Nun kann man aus den beiden Formel Cp = Vsp/(Lpp*A) und/oder Cm = A / (Bsp*T) die Hauptspantfläche A herausrechnen und erhält ein Ergebnis von rund 280 m² - im Gegensatz zu den 168 m² von Herrn Prof. MÜLLER.

Hallo Peter Kreuzer,

vielen Dank für Ihre Mühe! Ich bin allerdings mit den verschiedenen Abkürzungen in Ihren Berechnungen noch nicht so vertraut. Steht "T" für Tiefgang? Dann ist alles o.k. Wenn nicht, müssten wir das noch einbeziehen - wir brauchen die Hauptspantfläche unterhalb der Wasserlinie.

Hallo Thorsten Reich,
den Dr. können wir weglassen. Die Verbesserung der Überschrift finde ich prima, ebenso die Umstellung in eine andere Rubrik.

Hallo "Elektroheizer",
mit Ihren Vermutungen lagen Sie goldrichtig. Ich habe ja auch schon lange in dieser Richtung gesucht. Heute Nacht um vier, im Bett, fiel es mir endlich wie Schuppen von den Augen: Dieser Prof. Müller hat den Wert für die Dichte der Luft in der falschen Dimension (kg/cbm) verwendet. richtig ist g/cm^3, in die Formel muss dann 0,001292 eingesetzt werden und nicht 1,3. Und siehe da: Jetzt kommen die richtigen Werte für die Geschwindigkeiten von Autos heraus. Also: Für Fahrzeuge, die sich im Medium "Luft" bewegen, haut diese Formel offenbar ganz gut hin.

Bei Schiffen im Medium "Wasser" wird es halt komplizierter. Mit den Berechnungen von Peter Kreuzer kommen wir sicher schon weiter, ich warte noch ab, bis eine noch offene Frage meinerseits geklärt ist (siehe oben). Noch eine andere Idee: Müsste nicht der Wirkungsgrad der Vorschuberzeugung beachtet werden - also der Anteil der Motorleistung, der tatsächlich in Vorschub umgesetzt wird? Bei Autos kann man das vielleicht vernachlässigen; die Getriebewirkungsgrade liegen bei 95%, und auch der Rollwiderstand ist im Vergleich zum Luftwiderstand vernachlässigbar - zumindest wenn es um die Höchstgeschwindigkeiten moderner Fahrzeuge geht. Bei Schiffen sieht das schon anders aus. Die Propellerwirkungsgrade erreichen höchstens 80%, und bei Peter Kreuzer lese ich was von "Ps auf Außenwelle", das muss wohl noch einbezogen werden.

Herzlichen Dank an alle!
Jörg Sommer

ZitatSteht "T" für Tiefgang?

... ja!  :MG:

Zitatwir brauchen die Hauptspantfläche unterhalb der Wasserlinie

... die Hauptspantfläche befindet sich IMMER unterhalb der (Konstruktions-)Wasserline!  :wink:

ZitatBei Schiffen sieht das schon anders aus.

Tja, zunächst einmal ist die Leistungsangabe in PS keine exakte, denn auf der TITANIC kamen zwei verschiedene Antriebssysteme zum Einbau.
Das Schiff hatte eine Dreiwellenanlage, wobei zwei Vierfachexpansionsmaschinen auf die beíden Außenwellen (Schraubendurchmesser etwa 7 m) und deren Abdampf über eine Parsons-Niederdruckturbine auf die Mittelwelle (Schraubendurchmesser etwa 5 m) wirkte.
Die Leistung von Kolbendampfmaschinen wird jedoch üblicherweise in PSi, jene von Turbinenanlagen in WPS angegeben!

Wenn man von den angegebenen 21 kn Dienstgeschwindigkeit ausgeht, entspricht das einer Froudschen Zahl von 0,2143. Das bedeutet, dass sich das Schiff in einem Bereich bewegt, wo der Reibungswiderstand mit einem Anteil von geschätzten 75% am Gesamtwiderstand weit über dem Restwiderstand dominiert.
Dennoch ist diese Geschwindigkeit auch in Bezug auf den Wellenwiderstand gut gewählt, denn sie liegt sehr nahe einem äußerst günstigen Bereich:
Bei 20,89 kn bzw. F=0,2132 wird eine eigengenerierte Welle von 74,02 m Länge erzeugt, was exakt sieben halben Schiffslängen entspricht und damit sehr widerstandsgünstig ist!

Guten Morgen, Peter Kreuzer,

nach wie vor geht es ja um die Frage, ob auf der Grundlage der Widerstandsformel allein eine halbwegs vernünftige Schätzung der Höchstgeschwindigkeit eines Schiffes möglich ist, wie das Prof. Müller behauptet. Um das am Beispiel der Titanic nachzuprüfen, fehlt uns jetzt noch deren Widerstadsbeiwert c_w. Können Sie dazu was sagen?

Die 2. Frage betrifft den Restwiderstand. Bei Fahrzeugen, die sich im Medium "Luft" bewegen, kann er offenbar vernachlässigt werden, wie wir gesehen haben (sofern wir nicht an die Schallmauer herankommen, aber das steht z.Zt. nicht zur Debatte). Die "Schallmauer" für das Schiff ist, sofern es ein Verdränger ist, die Rumpfgeschwindigkeit, und da sind wir in der Tat oft ziemlich nahe dran. - Also: Was machen wir mit dem Restwiderstand? 25% bei der Titanic ist ja schon ziemlich viel, und das ist bereits ein Minimum? In welchen Größenordnungen bewegen sich denn die Restwiderstände überhaupt bei Verdränger-Schiffen? Das Müllersche Verfahren ist wohl nur dadurch zu retten, dass noch ein entsprechender Korrekturfaktor angehängt wird. Das ginge aber nur, wenn sich die Restwiderstände in einem engen Bereich bewegen - sagen wir mal : für die meisten Schiffe zwischen 20 - 40% liegen. Dann würde man das Ergebnis um einem mittleren Wert - z.B. 30% - aufwerten. Was halten Sie davon?

Mit freundlichem Gruß
Jörg Sommer

zu 1.

Ich halte die Formel für den Strömungswiderstand Fw = (cw*p*A*v²)/2 trotz ihrer Ungenauigkeiten nach wie vor für die "Mutter aller Leistungsformeln", entstand aus ihr doch zunächst die französische Formel und dann die englische Formel - besser bekannt als Admiralitätsformel. Bei letzterer ist ja bekanntlich trotz vieler Vergleichsdaten die sogenannte Admiralitätskonstante problematisch, während bei ersterer Unsicherheiten vor allem bei cw, wo es praktisch keine Vergleichswerte gibt, und auch bei Fw liegen - hier insofern, als dieser Strömungswiderstand lediglich mit dem Schleppwiderstand und unter Einbeziehung der Formel P = F*v auch nur mit der kleineren Schleppleistung und nicht mit der Gesamtleistung gleichzusetzen ist.

Ich sehe in diesem Punkt einen weiteren Fehler von Herrn Prof. MÜLLER, indem er die gesamte Leistung von 51.000 PS in die umgeformte Formel P = (cw*p*A*v³)/2 einbezieht und nicht nur die wesentlich geringere Schleppleistung. Der nächste Fehler liegt meiner Meinung nach in der Tatsache begründet, dass er diese 51.000 PS in kW und nicht in die SI-konforme Größe W umwandelt, ebenso wie die Seewasserdichte in der Größe kg/m³ berücksichtigt werden müsste.

Am Beispiel TITANTIC komme ich jetzt auf folgende Ergebnisse:
Seewasserdichte p = 1025 kg/m³
Hauptspantfläche A = 280 m² lt. obiger Rechnung
Geschwindigkeit v = 21 kn = 10,8 m/s
Gesamtleistung P = 51.000 PS = 37.510.436 W, davon Schleppleistung grob geschätzte zwei Drittel = 25.006.957 W (genauer geht´s mit einer Widerstandsrechnung, für die ich zu faul bin)  :wink:
Aus der umgeformten Formel cw = (2*P)/(p*A*v³) ergibt sich ein Widerstandsbeiwert cw von 0,1383, was mir für ein älteres, genietetes Schiff mit einem hohen L/B-Verhältnis und damit einer großen benetzten Oberfläche nicht allzu unglaubwürdig erscheint!


zu 2.

Die TITANIC war mit ihren 21 kn Dienstgeschwindigkeit meilenweit von ihrer Rumpfgeschwindigkeit entfernt, die bei 39,1 kn gelegen hätte! Allerdings bewegten sich Kreuzer bei Höchstgeschwindigkeit in etwa im Bereich ihrer Rumpfgeschwindigkeit, Zerstörer und Torpedoboote überschritten sie teilweise erheblich und müssen eigentlich schon als "Halbgleiter" angesehen werden!

Die 21 kn der TITANIC, gleichbedeutend mit F = 0,2143, liegen in einem Bereich, wo der Reibungswiderstand bei weitem überwiegt. Allerdings sinkt sein Anteil am Gesamtwiderstand bei höheren Froudeschen Zahlen, während der Restwiderstand vor allem wegen des Wellenwiderstandes steigt. Letzterer bewegt sich im Bereich bis F = 0,5 in einer Bandbreite von ungefähr 25 bis 65 % am Gesamtwiderstand!
Der Reibungswiderstand kann recht genau errechnet werden, beim Restwiderstand ist das trotz vieler verschiedener Verfahren schwieriger ... nicht umsonst gibt es noch heute Schiffbauversuchsanstalten, die salopp gesagt nichts anderes tun, als den Gesamtwiderstand eines masstabgetreuen Modells zu messen, ihn auf das naturgetreue Schiff hochzurechnen und den errechneten Reibungswiderstand des Originalschiffes davon abzuziehen, schon hat man den Restwiderstand!  :roll:

Hallo Peter Kreuzer,

vielen Dank für die ausführliche Antwort. Es führt wohl doch kein Weg dran vorbei: Ich muss den Restwiderstand für meinen Öko-Trimaran rechnerisch abschätzen. Ich habe  mich für das Verfahren Lap/Keller entschieden, weil das als einziges im "Schiffbau kurzgefasst" von Alte/Matthiessen dargestellt ist und dieses Buch das einzige über Schiffbau ist, das ich gerade zur Hand habe. Alle Berechnungen beziehen sich auf einen der 3 (gleich geformten) Schwimmer des Trimarans. Ich unterstelle mangels entsprechender Untersuchungen im Strömungskanal, dass der Interferenzwiderstand der Schwimmer = 0 ist.

Ich habe alle Formparameter berechnet, die ich zur Auswahl einer der Gruppen A - E (Bild 8.3) brauche. Wegen der Stromlinien-Form ist nun allerdings der "Verdrängungsschwerpunktabstand vom Hauptspant in % von Lpp" mit -4,2 % reichlich groß geraten - so groß, dass mein Referenzpunkt in der Grafik weit unterhalb der vier Geraden zu liegen kommt (cp = 0,65). Jetzt weiss ich nicht, welche Gruppe ich auswählen soll und ob das überhaupt geht?

Wenn Sie mir da auch noch mal helfen könnten?

Mit freundlichem Gruß
Jörg Sommer

P.S. Inzwischen sind wir mit meinen Problemen derart ins Spezielle geraten, dass ich mich frage, ob das (außer uns beiden) überhaupt noch ein Schwein im Formum interessiert. Deshalb könnten wir die weiteren Erörterungen auch per E-Mail austauschen. Die Adresse finden Sie auf meiner Internetseite im Impressum. 

ZitatInzwischen sind wir mit meinen Problemen derart ins Spezielle geraten, dass ich mich frage, ob das (außer uns beiden) überhaupt noch ein Schwein im Formum interessiert.

doch, doch Ferkeleien werden immer gerne gelesen top

Ich bin der selben Meinung wie KALLI, denn erstens haben wir mittlerweile immerhin 475 views in diesem Thread und zweitens ergibt sich manchmal nach vielen Monaten noch etwas zum Thema! Also "ferkeln" wir noch ein wenig ...

Nun muss ich gestehen, dass mir das Verfahren nach LAP/KELLER nur dem Namen nach aus der genannten Quelle bekannt ist und ich noch nie damit gerechnet habe. Da es aber auf der Auswertung gebauter Schiffe beruht (welchen Typs, welchen Zeitraums ?), frage ich mich, ob es überhaupt geeignet ist, einen stromlinienförmigen Schwimmer zu simulieren! Ich bin ja (leider) kein Schiffsbauer/konstrukteur, wie manche andere hier im Forum, sondern interessiere mich nur für diese Thematik, aber ich denke bei diesem speziellen Problem kann ich ohne Einarbeitungszeit, die ich im Moment leider wirklich nicht aufbringen kann, bedauerlicherweise nicht weiterhelfen!

Da ich mich mehr für ältere, historische Berechnungsverfahren wie nach AYRE oder TAYLOR interessiere und mir die Sache dann doch keine Ruhe gegeben hat, habe ich mich daran gemacht, eine komplette Widerstandsrechnung nach TAYLOR (ne ziemlich aufwendige Sache) für die TITANIC im Geschwindigkeitsbereich von 9,0 bis 13,5 m/s zu erstellen und insbesondere ihre Schleppleistung für 21 kn Dienstgeschwindigkeit festzustellen. Trotz mancher Unzulänglichkeiten (schwierige, daher ungenaue Ablesung aus kleinformatigen Diagrammen, Abschätzungen gewisser Parameter, etc.) kam ich auf recht brauchbare Ergebnisse!

Bei 21 kn Dienstgeschwindigkeit ( F=0,2143 ) sehen die Widerstände nun wie folgt aus:

• Reibungswiderstand 120.001 kg = 69,4 %
• Restwiderstand 48.697 kg = 28,2 %
• Luftwiderstand 4.213 kg = 2,4 %
• Gesamtwiderstand 172.911 kg

Dieser Gesamtwiderstand entspricht einer Schleppleistung von 24.907 PS oder 18.318.971 W. Insofern muss ich daher meine obige Schätzung der Schleppleistung von grob geschätzte zwei Drittel = 25.006.957 W revidieren - mit grob geschätzt die Hälfte wäre ich besser gelegen!  :wink:
Das bedeutet nun, dass der Widerstandsbeiwert cw nun nicht 0,1383 ist, sondern nur 0,1013!

Im Anhang stelle ich noch ein "Abfallprodukt" dieser Widerstandsrechnung vor:
Sie zeigt über die Froudesche Zahl aufgetragen die einzelnen Widerstandsanteile übereinander gestapelt dargestellt, sodass die oberste, rote Kurve des Restwiderstandes gleichzeitig den Gesamtwiderstand zeigt. Die blaue Kurve stellt den Reibungswiderstand dar, die gelbe den Windwiderstand.
Schön zu sehen ist die dominierende Stellung des Reibungswiderstandes in diesem Froudeschen Bereich. Bei etwa F = 0,23 erkennt man den beginnenden Anstieg am typischen ersten Buckel der Restwiderstandskurve.
Ganz genaue Betrachter sehen bei F = 0,2083 einen kleinen "Ausreisser" in der Restwiderstandskurve, vermutlich ein Ablesefehler in einem Diagramm oder ein Rechenfehler - der Wert müsste ein klein wenig geringer sein ...

... nur der Richtigkeit halber:

Ich habe den Grund für den "Ausreisser" in der Restwiderstandskurve gefunden - er beruht tatsächlich auf einer falschen Diagrammablesung!

Das bedingt folgende neue Werte bei 21 kn Dienstgeschwindigkeit ( F=0,2143 ):

    * Reibungswiderstand 120.001 kg = 70,4 %
    * Restwiderstand 46.148 kg = 27,1 %
    * Luftwiderstand 4.213 kg = 2,5 %
    * Gesamtwiderstand 170.362 kg

Dieser Gesamtwiderstand entspricht einer Schleppleistung von 24.520 PS oder 18.048.918 W, was wiederum einen neuen Widerstandsbeiwert cw von 0,0998 ergibt!

... im Anhang noch das korrigierte Diagramm mit einer schön strakenden Restwiderstandskurve ...

Zwischenzeitlich habe ich mich etwas bezüglich des Verfahrens nach LAP/KELLER schlau gemacht und bin im guten, alten SCHNEEKLUTH fündig geworden.

Dieses empfehlenswerte Werk ist in der zweiten Auflage hier (http://www.mojaladja.com/upload/Profa/Brodski_dizajn_efikasnost_i_ekonomicnost.pdf) oder auch hier (http://www.saturatore.it/temporanea/11042010/ENGLISH/Ship%20Design%20for%20Efficiency%20and%20Economy.pdf) downloadbar!

... dort Seite 191 ...

Guten Morgen, Peter Kreuzer,

Ihre Widerstands-Kurven für die Titanic sind klasse! Vielen Dank auch für die Links zu dem Artikel von Schneekluth. Das ist Rettung in der Not, denn mit der Methode von Lap & Keller kam ich so, wie sie in Alte & Matthiessen dargestellt ist, nicht mehr so recht weiter. Ich stürze mich jetzt in die Arbeit und melde mich wieder, wenn ich was rausgekriegt habe - oder wenn ich nicht mehr weiter weiss.

Viele Grüße, Jörg Sommer

... bei Bedarf kann ich gerne weitere Literaturtipps geben, z.B.
Taylor´s Klassiker The Speed and Power of Ships (http://www.archive.org/details/speedpowerofship00tayluoft) aus dem Jahre 1910 (nur Textband)
Saunders´ Langzeit-Standardwerk Hydrodynamics in Ship Design (http://ia600400.us.archive.org/29/items/hydrodynamicsins5765saun/hydrodynamicsins5765saun_bw.pdf) von 1957 (nur Band Nr. 2 von 3),
aber auch modernere Werke ...

Hallo,
ich fürchte, ich muss mit meiner Widerstandsberechnung kapitulieren. Für einen Schwimmer meines Trimarans mit Länge über Wasserlinie L_WL = 13,14 m erhalte ich bei einer Geschwindigkeit von 3 m/s (5,8 kn) einen Reibungswiderstand von 0,329 und einen Restwiderstand von 0,336, macht zusammen 0,665. Das heißt, dieser Schwimmer würde von einem besseren Staubsaugermotor (665 W) auf 5,8 kn gebracht werden? Das kann doch wohl nicht sein, auch wenn der Schwimmer eine extreme Stromlinienform aufweist (Blockkoeffizient = 0,50, Schärfegrad = 0,326)? Sind vielleicht die von mir verwendeten Formeln in Alte/Matthiessen (1980) bzw. Schneekluth/Bertram (1998) nur für Großschiffe geeignet? 

Jetzt habe ich noch eine Faustformel gefunden zur Motorisierung von Segeljachten: v = Wurzel aus (L_WL mal Leistung in PS dividiert durch Verdrängung in t), leider aus einer etwas obskuren Quelle (www.multihull.de/technik/t-formel.htm). Der Autor dieser Seite gibt als Quelle an: "in der Literatur zusammengesucht".

Meine Frage an die Marine-Archivler: Kennt jemand diese Formel? Was ist davon zu halten? Wer hat sie in die Welt gesetzt?

Mit freundlichem Gruß,
Jörg Sommer    

Zitat... einen Reibungswiderstand von 0,329 und einen Restwiderstand von 0,336, macht zusammen 0,665.

... in welchen Einheiten?
... mit welchem Verfahren errechnet?

Zitat(Blockkoeffizient = 0,50, Schärfegrad = 0,326)

... einer dieser beiden Werte (vermutlich zweiterer) kann nicht richtig sein, denn sie ergeben einen Hauptspantkoeffizienten von 1,534 - ein praktisch unmöglich Wert, der üblicherweise knapp unter 1 liegt!

ZitatSind vielleicht die von mir verwendeten Formeln in Alte/Matthiessen (1980) bzw. Schneekluth/Bertram (1998) nur für Großschiffe geeignet?

... diese Vermutung habe ich weiter oben schon anklingen lassen! Vielleicht sind Vergleiche mit Flugzeugschwimmern oder Ubooten in Überwasserfahrt angebrachter?

Ich prüfe alles noch mal nach und melde mich dann wieder! Vielen Dank für das Interesse!
Jörg Sommer

Hallo Peter Kreuzer,
Sie hatten recht: mein Schärfegrad beträgt 0,571 (und nicht 0,326). Leider nutzt mir diese Korrektur nichts, mein Reibungsbeiwert und Reibungswiderstand bleibt viel zu niedrig. Das Übel zeigt sich bereits bei der Reynolds-Zahl, die meiner Meinung um den Faktor 10 zu klein ausfällt: mit R_n = v_* L_WL/ny komme ich bei v = 3 m/s, L_WL =  13,6 m und ny = 1,191 * 10^-6 m²/s (abgelesen aus Alte & Matthiessen 1980, S. 58) immer nur auf 32 896 725 = 0,33 _* 10⁸ - ein Wert, den ich in der Grafik 8.1 bei Alte & Matthiessen zur Bestimmung des Widerstandsbeiwertes schon gar nicht ablesen kann (der kleinste dort dargestellt Wert ist 1 * 10⁸). Daraus resultiert dann ein absurd niedriger Widerstands-Beiwert von 0,0025 und ein Reibungswiderstand von 0,48 (Sie hatten nach den Einheiten gefragt: die sind in meiner Literatur nicht angegeben; ich weiß nur, dass zur Überwindung dieses Widerstandes bei gleichbleibender Geschwindigkeit der gleiche Betrag in kW erforderlich ist). Ich habe die Formel R_F = C_{F *} rho/2 _* v² _* A_S aus Alte & Matthiessen 1980, S. 58 verwendet, die sich auch in dem von Ihnen zitierten Schneekluth 1998, S. 191 findet mit c_F  = 0,075/(log R_n - 2)², rho = 1,025, v= 3 m/s und A_S = 42,46 m²; letzteres widerum berechnet mit A_S = 2,6 _* Wurzel aus (Verdrängung _* L_WL). Die Verdrängung habe ich ermittelt, indem ich mein Schwimmer-Modell vollständig ein ein randvolles Wassergefäß eingetaucht und das Volumen des überfließenden Wassers gemessen habe; davon habe ich 80% genommen und auf die Groß-Ausführung hochgerechnet. Ich komme auf 20,42 m³, was 20,93 t Seewasser entspricht.

Dass die Schwimmer meines Öko-Trimarans eher mit Flugboot-Schwimmern oder U-Booten zu vergleichen sind, leuchtet mir ein; nur stellt sich dann gleich die Frage, ob denn auch hierfür geeignete math. Modell zur Widerstandsberechnung zur Verfügung stehen?

Mit freundlichem Gruß
Jörg Sommer      

Ich habe jetzt ´mal ein wenig nachgerechnet und bin dabei von folgenden Angaben für einen Schwimmer ausgegangen:

Länge L = 13,10 m
Breite B = 2,15 m
Tiefgang T = 1,66 m
Verhältnis L/B = 6,093
Verhältnis B/T = 1,295
Geschwindigkeit v = 3 m/s = 5,83 kn
Blockkoeffizient Cb = 0,500
Zylinderkoeffizient Cp = 0,571
Hauptspantkoeffizient Cm = 0,876 (Cb/Cp)
Volumen V = 23,38 m³ (LxBxTxCb)
Verdrängung D = 23,97 t bei
Seewasserdichte p = 1025 kg/m³
Hauptspantfläche A = 3,13 m² (CmxBxT)
benetzte Oberfläche O = 48,95 m² (gemittelt aus den Ergebnissen ihrer Formel und jenen von Lap, Denny, Taylor, Danckwardt und Schneekluth zwischen 45,50 und 53,23 m²)
kinematische Zähigkeit von Seewasser bei 15°C kZ = 1,191x10^-6

Die Reynoldsche Zahl R ergibt sich aus Lxv/kZ mit 0,33x10^8.
Der Reibungswiderstandsbeiwert Cf ergibt sich nach ITTC57 aus der Formel 0,075/(logR-2)² mit 0,0025, wozu noch weitere 0,0004 als üblicher Rauhigkeitszuschlag kommen.
Daher rechnen wir mit Cf = 0,0029 weiter.
Der Reibungswiderstand Wr errechnet sich nach der Formel 0,5xpxOxv²xCf zu rund 655 N.
Daraus ergibt sich eine Leistung Peps von Nxv = 1964 Watt oder 2,67 PS, um den Reibungswiderstand eines Schwimmers bei einer Geschwindigkeit von 5,8 kn zu überwinden.

Für alle drei Schwimmer ist nach dieser Rechnung also eine Schleppleistung von etwa 8 PS erforderlich, um lediglich den Reibungswiderstand bei dieser Geschwindigkeit zu überwinden. Dabei ist der zusätzliche Reibungswiderstand, den die beiden Pods für die Motoren verursachen, ebenso wenig berücksichtigt, wie der gesamte Restwiderstand dieser drei Schwimmer und der wahrscheinlich erhebliche Luftwiderstand des gesamten Schiffes!

Ob ich da jetzt einigermassen richtig liege, muss allerdings einer unserer Schiffbauer entscheiden ...  :wink:

Hallo Peter Kreuzer,
ganz herzlichen Dank für die Mühe, die Sie sich mit der Neuberechnung der Widerstands-Daten des Öko-Trimarans gemacht haben! Im Wesentlichen werden ja meine Zwischenergebnisse bestätigt. Bei meinem Endergebnis hatte ich allerdings die Multiplikation mit der Geschwindigkeit vergessen - jetzt sieht das schon etwas realistischer aus.

Eine grundsätzliche Frage: Sollte man bei den Formparametern nicht grundsätzlich gemessene Werte gegenüber Berechnungen aus Faustformeln bevorzugen - sofern erstere vorhanden sind? Das betrifft in unserem Fall vor allem die Verdrängung, die ich ja mit dem Überlauf-Verfahren gemessen habe. Auch die benetzte Oberfläche könnte ich messen, indem ich auf eine Seite meines Schwimmers kleine Flächen aufzeichne, die ich als quasi eben betrachte und genau ausmesse; auf stärker gewölbten Teilen wäre das Raster enger, auf relativ ebenen Teilen weiter.

Jetzt werde ich mich also an die Berechnung des Widerstandes der beiden Pods machen und an die des Luftwiderstandes. Bei den Pods muss ich den Interferenzwiderstand allerdings vernachlässigen, ebenso bei der Zusammenfassung aller 3 Schwimmer.

Bei den Pods beschäftigt mich das Problem, dass sie ihre eigene Rumpfgeschwindigkeit haben, die wesentlich unter der der Schwimmer liegt. Deshalb werden sie, wenn sich das Schiff noch ganz gemütlich unterhalb seiner Rumpfgeschwindigkeit fortbewegt, über ihre eigene Rumpfgeschwindigkeit hinaus gezwungen. Was passiert da eigentlich? Treten da schon Kavitationen auf?

Grüße aus Heidelberg,
Jörg Sommer 

ZitatDas betrifft in unserem Fall vor allem die Verdrängung, die ich ja mit dem Überlauf-Verfahren gemessen habe.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht in diesem Fall darin, dass die Genauigkeit der Messung für den gesamten Schwimmer durch die Annahme relativiert wird, davon pauschal 80 % einzurechnen.
Andererseits ist der angegebene Blockkoeffizient von 0,5 unwahrscheinlich niedrig und beides ist einer ausreichend genauen Berechnung abträglich!
Hilfreich wäre eine aussagekräftige Skizze des Schwimmers (Spantskizze) ...

ZitatAuch die benetzte Oberfläche könnte ich messen, ...

Natürlich ist dies mit Hilfe der Simpson-Regel zwar aufwendig, aber ziemlich genau berechenbar. Ob diese Genauigkeit allerdings in Anbetracht der übrigen Unsicherheiten erforderlich ist, erscheint zweifelhaft und die üblichen Formeln dürften in dieser Anfangsphase durchaus ausreichen.

Hallo Herr Kreuzer,
vorab: Ich habe nicht herausgefunden, wie man Zitate einbaut - ich mache es jetzt mal unprofessionell auf diese Weise:

Zu Ihrer Anmerkung: "Andererseits ist der angegebene Blockkoeffizient von 0,5 unwahrscheinlich niedrig und beides ist einer ausreichend genauen Berechnung abträglich!" möchte ich sagen:

Mein Blockkoeffizient ist deshalb so niedrig, weil meine Schwimmer die klassische Stromlinienform haben - vorne dick und nach hinten schmal auslaufend. Primär habe ich das gar nicht mal wegen eines günstigen Widerstandes so gemacht, sondern um die Säule, an welcher der Schwimmer drehbar befestigt ist, im vorderen Drittel des Schwimmers zu positionieren; dies wiederum zu dem Zweck, eine Rückstellkraft zu erzeugen, die den Schwimmer immer zur Fahrtrichtung des Schiffes ausrichtet. Der sich dadurch ergebende geringe Widerstand war also nur ein angenehmer Nebeneffekt! Ich habe allerdings nicht damit gerechnet, dass dieser Nebeneffekt so groß ausfällt.

Das wirft nun eine ganz grundsätzliche Frage auf, die eigentlich alle Schiffbauer interessieren müsste:
Was ist eigentlich aus der klassischen Stromlinienform im Schiffbau geworden? Noch nie ist mir ein Schiff mit diesem typischen dicken Vorderteil und einem allmählich auslaufenden spitzen Hinterteil begegnet! Was spricht denn eigentlich gegen diese Form?

Gruß, J. Sommer

moin,

nur Vermutungen ...
a) höherer Aufwand beim Bau
b) schlechtere Möglichkeit der Nutzung des Innenvolumens als Frachtraum
c) Probleme beim Anlegen (Heck muß wg. der Schraube weit von der Pier freigehalten werden)

Gruß, Urs

"Noch nie ist mir ein Schiff mit diesem typischen dicken Vorderteil und einem allmählich auslaufenden spitzen Hinterteil begegnet! Was spricht denn eigentlich gegen diese Form?"

Nichts. Siehe:
http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,11450.0.html
Bei ruhiger See ist allerdings das eigengenerierte Wellenbild ein ziemlicher Energie-Vernichter, siehe
(http://premium1.uploadit.org/harold//designed_Bourbon400x267.jpg)

"Hilfreich wäre eine aussagekräftige Skizze des Schwimmers (Spantskizze) ..."

Dem kann ich mich nur anschließen ... da nun offensichtlich Verdrängung, und damit die Koeffizienten etc nur sehr sehr grob geschätzt sind, Lage des Formschwerpunkts etc offensichtlich nicht bekannt (das vermute ich mal nach der Modell-Messung mit Überlauf-Verfahren) könnte ich hier ein wenig Hilfestellung geben.

Aber ohne zeichnerische Aufklärung geht da leider nix.
Scans kann man mit "erweiterte Optionen" hier anhängen (also das sollte nicht das Problem sein!)
:MG: Harold

Guten Morgen an alle!
Ich freue mich sehr, dass noch einige andere "alte Hasen" (vermute ich mal) aus dem Marine-Archiv meine Berechnungen überprüfen wollen - denn ich kann es immer noch nicht glauben, dass ein 25-m-Trimaran mit 10 kW (14 PS) auf 6 kn kommen soll. Das wäre eine der Konsequenzen der bisherigen Widerstans-Berechnungen, wobei ich inzwischen auch den Restwiderstand und den Reibungswiderstand der beiden Pods mit einbezogen habe. Ich traue mich gar nicht, so etwas in meiner Internetseite zu publizieren - werde ich da nicht ausgelacht?

Also: gern stelle ich einen Spantenriss meiner Schwimmer zur Verfügung. Den muss ich allerdings noch etwas überarbeiten, denn ich weiss nicht, ob es anderen Modellbauern auch so geht: Am anfang hat man genaue Zeichnungen, aber wenn das Modell ferig ist, hat sich doch die eine oder andere Abweichung ergeben, und man muss die Zeichnung korrigieren. Dazu komme ich allerdings erst nächste Woche - ich hoffe, Euer Angebot steht dann noch ...

Viele Grüße,
Jörg Sommer

Freut mich!
Da ich ein neugieriger Mensch bin, hätte ich auch gerne die Konfiguration der drei Schwimmer vor Augen ... denn wenn alle drei gleich groß sein sollen, dann schwant mir was à la:
(http://premium1.uploadit.org/harold//trimaran.jpg)

Hallo,
mir schwant schon, was Ihnen schwant! Der Interferenzwiderstand! Der ist in der Tat bisher außen vor geblieben, weil ich ihn nicht berechnen kann. Ich habe mich halt damit getröstet, dass er sowohl positiv wie auch negativ sein kann. Bin ich damit nicht auf Modellversuche im Strömungstank angewiesen?

Wie auch immer: Die Konfiguration der Schwimmer sieht so aus, dass ihre Auftriebs-Mittelpunkte ein gleichseitiges Dreieck bilden. Das habe ich willkürlich so festgelegt, weil mir nichts Besseres einfiel. - Wie gesagt: Nächste Woche kommt noch der Spantenriss.

Viele Grüße,
Jörg Sommer

Hallo,
ich habe die Spantenrisse meines Modells auf den neuesten Stand gebracht. Die Zeichnungen sind abrufbar unter http://oeko-trimaran.de/NeueBilder/Spantenriss.jpg ,sowie http://oeko-trimaran.de/NeueBilder/Spant1-4 und http://oeko-trimaran.de/NeueBilder/Spant5-8 . Jetzt warte ich gespannt und hoffnungsvoll auf neue Erkenntnisse hinsichtlich der Widerstandsberechnungen.

Grüße aus Heidelberg,
Jörg Sommer

Lieber Herr Jörg,
ich hab mir alle drei Bilder angesehen ... aber bitte, wo ist denn die Wasserlinie?
Erst damit können wir dann gemütlich weiter rechnen.
Und der Abstand zwischen den einzeln Schwimmern, den hätt' ich doch auch noch ganz gerne erfahren.
Ciao,
Harold

Lieber Herr Harold,
vielen Dank, dass Sie sich meiner Sache angenommen haben.

Die Wasserlinie habe ich in der Zeichnung ergänzt; diese Ergänzung ist zusammen mit einigen kleineren Korrekturen schon hochgeladen. Der Abstand zwischen den Schwimmern beträgt in Höhe der Wasserlinie 66,7 cm (Modell 1 : 20). Die Höhe muss ich deshalb angeben, weil die Schwimmer-"Beine" jeweils um 10° nach außen gespreizt sind. Auf die Lage des vorderen Schwimmers hat dies bei Geradeaus-Fahrt keinen Einfluß, bei den beiden hinteren Schwimmern entsteht eine Krängung um den genannten Winkel. Diese dürfte aber, wie ich meine, auf die Widerstandsberechnungen keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss haben.

Grüße aus Heidelberg,
Jörg Sommer

Hallo Ihr Schiff- und Modellbauer!
Warum ist auf einmal Funkstille eingetreten? Nach wie vor bin ich dringend auf Euren Sachverstand angewiesen! Wollte nicht jemand "gemütlich weiter rechnen"?

Grüße aus Heidelberg
Jörg Sommer

Ist hier tatsächlich Funkstille oder läuft das Projekt noch?

Ohne stabile Daten ...  :/DK:
Spantrisse => Wasserlinie? Bezugslinie?
Ich mach zwar gerne Zeichenarbeiten, aber nicht "ins Blaue hinein"!
:MZ: Harold

Hallo Harold,
gern liefere ich Ihnen alles, was Sie brauchen - aber was heist das: "Spantrisse => Wasserlinie? Bezugslinie?". Bin halt nur ein selbsternannter Schiffbauer!

Das mit der Wasserlinie sollte man sowieso nicht allzu genau nehmen. Ich habe sie ziemlich willkürlich festgelegt. Habe einfach gedacht: 80 % des Volumens des Schwimmers sollte unter Wasser sein. Weil das ziemlich schwierig zu ermitteln ist, habe ich halt 80 % der (größten) Höhe des Schwimmers genommen - ist natürlich auch nur wieder was Ungefähres. Also legen Sie halt die Wasserlinie selbst fest, so dass sie ungefähr meinen Vorgaben entspricht!
Grüße aus Heidelberg, Jörg Sommer

-ja eben, das isses ja-!

Bitte:

was wiegt das Schinnakl, wie sind die Gewichte verteilt, was und wie weit hoch oben steht da auf den "Beinen" herum, ... hmm ... also mir fehlen ca 85% der Informationen.

Bemaßungen bitte "im Original", weil dann können wir auch mit der Wellenhöhe "im Original" rechnen (im Modell ist das immer so ne Sache!);

wird der Zossen auch gesegelt, oder läuft er nur unter Motorkraft;

... also im Augenblick sehe ich einen Schwimmer, dessen diverse Risse ohne CWL, ich weiß weder die Spantkoeffizienten (nein, ich rechne sie nicht aus!) noch sonst irgendwas über die Verteilung von Gewichten.
A bissl a Arbeit sollt wohl jeder einbringen...

=> http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/board,76.0.html
=> http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/board,79.40.html

enthalten einige Winke hierzu; für die Berechnung der benetzten Fläche bzw des Auftriebs vs. Gewichts kann ich den download unter #5 von http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,753.0.html  empfehlen.

Zitat von: harold am 13 Juli 2011, 16:36:59
-ja eben, das isses ja-!

Bitte:

was wiegt das Schinnakl, wie sind die Gewichte verteilt, was und wie weit hoch oben steht da auf den "Beinen" herum, ... hmm ... also mir fehlen ca 85% der Informationen.

Ich dachte, Sie hätten mal einen Blick auf meine Internetseite www.oeko-trimaran.de geworfen. Dann wüssten Sie, "was da auf Beinen herumsteht"!

Zitat von: harold am 13 Juli 2011, 16:36:59
wird der Zossen auch gesegelt, oder läuft er nur unter Motorkraft;

Also wirklich: Ein Blick von 2 sec. auf die Startseite hätte gereicht, um diese Frage zu beantworten! Ich glaube, so wird das nichts. Sie wollten mir wohl klar machen, dass ich als nicht-studierter Schiffbauer lieber die Finger von so etwas lasse!

Grüße aus Heidelberg
Jörg Sommer

Sehr geehrter Hr Dr Sommer,

den Verweis auf Ihre umfassende Website  http://www.oeko-trimaran.de/  kenne ich nun seit eben erst.
Vorher stand da nix dazu bei uns.
Mit Ihrer Mitteilung von => http://www.oeko-trimaran.de/Folgeseiten/Folgeseiten4/Schwimmer-Zeichng-Masse.htm
und aus => http://www.oeko-trimaran.de/Folgeseiten/Folgeseiten2/Schwimmer.htm
kann ich erstmals Ihre Grundidee - mobile Schwimmer - erfassen.
Im Prinzip wollen Sie also die Verwindungen zwischen Kata- oder Trimaran-Schwimmkörpern nicht statisch abfangen, sondern "dynamisch kraftverwandeln".

(In dieser Form war hier noch nicht die Rede davon - und auch hier bei uns noch längst kein Hinweis auf Ihre Seite)

1) inwieferne entspricht
"Das mit der Wasserlinie sollte man sowieso nicht allzu genau nehmen. Ich habe sie ziemlich willkürlich festgelegt. Habe einfach gedacht: 80 % des Volumens des Schwimmers sollte unter Wasser sein. Weil das ziemlich schwierig zu ermitteln ist, habe ich halt 80 % der (größten) Höhe des Schwimmers genommen - ist natürlich auch nur wieder was Ungefähres."

der doch eher exakten Aussage in der Website:

"Tiefgang: 1,54 m
Verdrängung: 61,26 cbm
Schwerpunkt: 0,43 m unter Boden Hauptrumpf  Gewicht: 23,12 t*" ?

Wie haben Sie das gerechnet? Ziemlich willkürlich? Das mit den "80% der größten Höhe des Schwimmers" sieht seeeehr danach aus (und ist, pardon, eines Naturwissenschaftlers nicht würdig. - Wollten Sie unser Verständnis provozieren?).

Sie sind doch Dr. rer nat, dh. Physiker; also bitte mal die Ihnen hoffentlich bekannte Simpson-Formel anwenden. Viele Querverweise, auch zu anderen für Ihre Fragestellung relevanten Themen, erhalten Sie dazu in
http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,1013.0.html
http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,8669.0.html
http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,8728.0.html
http://forum-marinearchiv.de/smf/index.php/topic,11026.0.html

Haben Sie Berechnungen angestellt, wie sich der Verdrängungs-Schwerpunkt nach vorne oder achtern verlagert bei dem freien Schwung der Auftriebskörper, können Sie die entsprechenden Hebelkräfte hin zum Ansatz der Dämpfer-Zylinder nennen? (ja, und dazu brauchen wir etwas, das "sehr genau genommen ist", "was Ungefähres" genügt hier nicht).

2) "4. Die Schiffsbewegungen
bei rauer See, welche Seekrankheit auslösen können, werden weitgehend von den Schwimmern aufgefangen: Das Abbremsen beim Auffahren auf eine Welle dürfte beim Öko-Trimaran schwächer sein 1), die Auf- und Abbewegungen 2a) etwa gleich stark wie bei einem konventionellen Schiff gleicher Verdrängung. Das Stampfen 2b) ist beim Öko-Trimaran etwas stärker, das besonders unangenehme Slamming (Aufschlagen des Rumpf-Vorderteils auf das Wasser nach dem Passieren eines Wellenberges) aber bleibt auf die Schwimmer beschränkt 2c). Das Rollen ist deutlich schwächer 3). Das Gieren ist schwer vorherzusagen, allerdings auch für die Seekrankheit weniger relevant 4) ."

Soweit Ihr Zitat aus http://www.oeko-trimaran.de/Folgeseiten/Folgeseiten2/Komfort2.htm- hier meine Anmerkungen dazu, in Blau:

1) warum? ... fährt der Ö-TM nur immer gegen die Wellen, oder darf er sich auch seinen Kurs frei suchen? ...denn dann spielt der Abstand zwischen den drei Auftriebskörpern sehr wohl eine Rolle ...!
2a) & 2b) na-nu? ich dachte immer, Stampfen und auf-und-ab hätte doch sehr was miteinander zu tun; BTW zu 2c) fehlt mir gerade der entsprechende vertikale Stoßdämpfer.
Ich fürchte eher, die Konstruktion neigt zum Unterschneiden der einzelnen Schwimmer vorne - einfach weil sie nicht schnell genug aus der (nach Konstruktionsprinzip gleichmäßigen, durch das Anschneiden von Wellen aber sehr multifrequenten) Pendelbewegung vorne zu langsam nach oben kommt.
Was passiert eigentlich, wenn eines der Zylinder-Systeme durch Kolbenstangenbruch, durch irgendetwas blockiert? Gibt es dann eine "Normalstellung" des Auftriebskörpers, oder hängt der dann "dreiviertel-achte" in der See?

3) sind Sie mal mir so was
(http://www.islandwalking.com/IMG_1016.jpg)
gefahren ("Benchijigua Express", F.Olsen Line) ? Das Ding ist groß (etwa 2500 ts) und schnell (38.4 kn) und ist auch n Trimaran; manchmal sind die Seen aber eher quer, und dann holt man sich sein Bier von der Bar eher in der Dose als im Becher. Warum wohl  :-) ?

4) ich weiß jetzt beim besten Willen nicht, wann Sie beginnen zu vomitieren - eine nach allen drei Achsen frei schwingende Plattform, die ihre Schwingungen auch recht unübersichtlich-interferent von frei schwingenden Auftriebskörpern erhält, könnte ich mir gut als Jahrmarkts-Attraktion vorstellen.
Als habitablen Schiffskörper jedoch eher weniger.

Ich finde Ihre Idee durchaus interessant - aber mit der freien Beweglichkeit der Schwimmer (wie immer sie auch gedämpft sein mögen) bringen Sie Ihre Plattform in sehr, sehr schlecht voraussagbare Schwingungen -

- tja, und da setzt auch meine Kritik an:
o welche Masse (ich meine hier Masse, nicht "Maße") haben die 3 Schwimmer, und welche die Plattform
o wie sind exakt die Formschwerpunkte der Schwimmer, in welchen Abständen zu den "Beinen"
o was sind die Dämpfungsmomente, entgegengesetzt den Verwindungsmomenten, in kN (bei diversen Szenarios)

3)  "Sie wollten mir wohl klar machen, dass ich als nicht-studierter Schiffbauer lieber die Finger von so etwas lasse!" ... mitnichten. Aber ich möchte Sie doch bitten, sich mit den grundlegendsten Prinzipien von Hydrostatik oder Hydrodynamik vertraut zu machen.
Sie sind doch wohl Ing., oder auch Dr.Ing., oder? ...also ein wissenschaftlich denkender Mensch?
Dazu gehört wohl auch, daß Sie -nach einer wohlwollenden Aufnahme im Forum- Berechnungsgrundlagen in einer Form zur Verfügung stellen, die ohne weiteres hier im Forum nachzuvollziehen ist.

Nun, ich mag Sie beruhigen - ich selbst bin kein "studierter" Schiffbauer; es interessiert mich nur "einigermaßen", und darum habe ich mir die nötigen Dinge fürs Verständnis über die Jahre zusammengesucht.
Sie finden hier -unter etwa 4000 Mitgliedern- auch so manche, die für weltberühmte Werften zeichnen / stehen ... stellen Sie Ihr Projekt hier vor, und zwar in rein technischer Hinsicht, und Sie werden gewiß Antworten finden.
Aber bezüglich des verständnismäßigen Nachvollziehens dieser Antworten, bzw der Erarbeitung der von Ihnen bislang vernachlässigbar erscheinenden Grundlagen dazu ...
... pardon, wir können Ihnen gerne die Richtung weisen, aber in selbige zu gehen müssen Sie wohl ganz-eigen tun.

4) "Ich glaube, so wird das nichts." ... ja, das kann wohl wahr werden.
=> http://www.specker.li/voegel/html/voegel01.html  (bitte alle Teile ansehn, es lohnt).
Ihnen stünde hier im Forum ein immenser Think-tank zur Verfügung; wenn Sie diesen auch nutzen möchten, müssten Sie wohl oder übel runter vom hohen Roß und uns einfach sagen, was Sie nun wirklich von uns wollen.

Mit freundlichen Grüßen,
Harold Winkel

Hallo Herr Winkel,

zu Ihrem letzten Beitrag folgendes:

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
Sehr geehrter Hr Dr Sommer,

den Verweis auf Ihre umfassende Website  http://www.oeko-trimaran.de/  kenne ich nun seit eben erst.
Vorher stand da nix dazu bei uns.

Meine Website steht in meinem Profil. Inzwischen habe ich festgestellt, dass solche Angaben im Marine-Forum offenbar eher unüblich sind. Insofern haben Sie schon recht - ich hätte die Seite auch mal in einem Beitrag erwähnen sollen.

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
Im Prinzip wollen Sie also die Verwindungen zwischen Kata- oder Trimaran-Schwimmkörpern nicht statisch abfangen, sondern "dynamisch kraftverwandeln".

Was hier "dynamisch kraftverwandelt" wird, sind nicht "Verwindungen", sondern die Stampf-Bewegungen der Schwimmer. Mit "Verwindungen" meinen Sie vermutlich die Gierungen der Schwimmer relativ zum Hauptrumpf. Diese werden konstruktiv deshalb ermöglicht, damit eine Verwindung der Schwimmerstützen ("Beine") vermieden wird.

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
1) inwieferne entspricht
"Das mit der Wasserlinie sollte man sowieso nicht allzu genau nehmen. Ich habe sie ziemlich willkürlich festgelegt. Habe einfach gedacht: 80 % des Volumens des Schwimmers sollte unter Wasser sein. Weil das ziemlich schwierig zu ermitteln ist, habe ich halt 80 % der (größten) Höhe des Schwimmers genommen - ist natürlich auch nur wieder was Ungefähres."

der doch eher exakten Aussage in der Website:

"Tiefgang: 1,54 m
Verdrängung: 61,26 cbm
Schwerpunkt: 0,43 m unter Boden Hauptrumpf  Gewicht: 23,12 t*" ?

Wie haben Sie das gerechnet? Ziemlich willkürlich? Das mit den "80% der größten Höhe des Schwimmers" sieht seeeehr danach aus (und ist, pardon, eines Naturwissenschaftlers nicht würdig. - Wollten Sie unser Verständnis provozieren?).

Zuerst habe ich die Verdrängung berechnet, indem ich die (polygonalen) Spanten eines Schwimmers in flächenäquivalente Kreise verwandelt, den Rumpf in eine Reihe von Kegelstümpfen aufgeteilt, von jedem das Volumen berechnet, dieses zusammengezählt und davon 80% genommen habe (die 80% sind willkürlich festgesetzt; manchmal muss man etwas willürlich festsetzen, um überhaupt weiterzukommen! Ist das jetzt eine Provokation?). Den Tiefgang hätte ich natürlich auch ermitteln können, indem ich von den oben erwähnten flächenäquivalenten Kreisen jeweils oben 20% abgeschnitten und dann eine Ausgleichsgerade durch diese Abschnitte gelegt habe. Das stimmt auch nur wieder ungefähr mit der polygonalen Urform der Spanten überein. Aber worum geht es überhaupt? Letztendlich um Widerstandsberechnungen, die sowieso nur sehr ungenau sind (sagen wir mal: Um plusminus 30 %) daneben liegen können. Da streite ich mich nicht damit herum, ob der Tiefgang jetzt 1,54 m oder 1,58 m beträgt!
Den Schwerpunkt habe ich empirisch am Modell ermittelt, indem ich die Schwimmer so belastet habe, dass der oben bestimmte Tiefgang erreicht wird (Badewanne!) und das Modell dann (Werkbank!) so auf einer Spitze gelagert habe, dass es sich genau im Gleichgewicht befindet. Da kann man jetzt auch wieder meckern, weil ich den Hauptrumpf auch zum Teil hätte belasten müssen, weil da später noch die Möblierung und die Brückenausstattung reinkommt ...

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
Sie sind doch Dr. rer nat, dh. Physiker;

Nein, das stimmt so nicht. Mit einem Dr. rer. nat. könnte ich z. B.auch Geologe sein. Bei mir ist es noch schlimmer. Gehen Sie mal ins Impressum meiner Website. Sie werden die Hände über dem Kopf zusammenschlagen!

Jetzt ist es an der Zeit, mal zum Grundsätzlichen meines Schiffprojektes zu kommen. Es hat vor Jahrzehnten als Hobby begonnen. irgendwann tauchte die Idee am Horizont auf, dass dieses Ökoschiff auch mal "in Groß" gebaut werden könnte. Um Sponsoren dafür zu finden, wollte ich den Entwurf öffentlich vorstellen (Verhandlungen in Hinterzimmern liegen mir nicht, obwohl die vielleicht iregendwann auch nötig sind!). Für die öffentliche Präsentation ist kein bis in alle Einzelheite durchgerechneter Schiffsentwurf nötig und (wg. meiner begrenzeten Sachkenntnis) auch nicht möglich, andererseits reicht ein Rohentwurf auch wieder nicht, wenn man keine Ahnung hat, wie weit er trägt. Also: Irgendwas dazwischen. An diesem Punkt befinden wir uns jetzt. Immerhin weiß ich schon, in welcher Größenordnung Energie aus Sonne, Wind und Wellen im Jahresdurchschnitt für bestimmte Szenarien des Schiffbetriebes zur Verfügung stehen. Größenordnungen! Das reicht! Welche Geschwindigkeiten damit zu erzielen sind? Wäre ganz schön zu wissen. Wenn aber die dazu nötigen Widerstands-Berechnunge zu kompliziert werden, lasse ich es eben bleiben. Jedenfalls habe ich jetzt angefangen, schon mal gezielt auf mögliche Sponsoren zuzugehen. Die dazu nötige Frechheit gewinne ich nicht aus der Genauigkeit meiner bisherigen Berechnungen, sondern aus dem Vergleich mit dem, was sonst noch derzeit unter der Bezeichnung "Ökoschiff" oder "green flagship" so alles geboten wird (sehen Sie sich nur mal die "Orcelle" an, Sie lachen sich kaputt!).

Ich mach jetzt mal Schluss, das wird sonst zu lang. Jedenfalls leuchtet es mir ein, wenn Sie schreiben:

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
Ihnen stünde hier im Forum ein immenser Think-tank zur Verfügung; wenn Sie diesen auch nutzen möchten, müssten Sie wohl oder übel runter vom hohen Roß und uns einfach sagen, was Sie nun wirklich von uns wollen.

Ich hoffe, ich habe das damit schon mal ein Stück weit getan. Auf Ihre weiteren wertvollen Anregungen komme ich später zurück.

Mit freundlichem Gruß
Jörg Sommer

Hallo Herr Winkel,
inzwischen habe ich mir die Flugentengeschichte angesehen - einfach köstlich! Jetzt grüble ich darüber nach, was Sie mir damit eigentlich sagen wollten. Das wollten Sie doch, oder wollten Sie mich einfach nur zum Lachen bringen? Das ist Ihnen in der Tat gelungen, ist ja auch schon was. Also: Die vordere Ente hat ja wohl die Rolle des Bedenkenträgers. Das wären aber doch eher Sie in unserer Diskussion! Im Cartoon ist das aber ein ziemlich ekelhafter Typ. Wollen Sie sich das antun?

Jetzt noch mal zurück zu Ihren letzten Anmerkungen, so weit ich noch nicht auf sie eingegangen bin:

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
Haben Sie Berechnungen angestellt, wie sich der Verdrängungs-Schwerpunkt nach vorne oder achtern verlagert bei dem freien Schwung der Auftriebskörper,

Habe diese Frage nicht verstanden - was ist das, "freier Schwung der Auftriebskörper"?

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
können Sie die entsprechenden Hebelkräfte hin zum Ansatz der Dämpfer-Zylinder nennen? (ja, und dazu brauchen wir etwas, das "sehr genau genommen ist", "was Ungefähres" genügt hier nicht).

Nein, kann ich nicht. Mit solchen Berechnungen käme ich ins Uferlose! Stattdessen habe ich die Daten eines ganz ähnlich konstruierten Wellenkraftwerkes ("Pelamis" siehe meine Webseite) auf meinen Fall übertragen.

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
2) "4. Die Schiffsbewegungen
bei rauer See, welche Seekrankheit auslösen können, werden weitgehend von den Schwimmern aufgefangen: Das Abbremsen beim Auffahren auf eine Welle dürfte beim Öko-Trimaran schwächer sein 1), die Auf- und Abbewegungen 2a) etwa gleich stark wie bei einem konventionellen Schiff gleicher Verdrängung. Das Stampfen 2b) ist beim Öko-Trimaran etwas stärker, das besonders unangenehme Slamming (Aufschlagen des Rumpf-Vorderteils auf das Wasser nach dem Passieren eines Wellenberges) aber bleibt auf die Schwimmer beschränkt 2c). Das Rollen ist deutlich schwächer 3). Das Gieren ist schwer vorherzusagen, allerdings auch für die Seekrankheit weniger relevant 4) ."

Soweit Ihr Zitat aus http://www.oeko-trimaran.de/Folgeseiten/Folgeseiten2/Komfort2.htm- hier meine Anmerkungen dazu, in Blau:

1) warum? ... fährt der Ö-TM nur immer gegen die Wellen, oder darf er sich auch seinen Kurs frei suchen?

Ja, natürlich darf er das. Aber wenn er gegen die Wellen fährt, gilt das Gesagte.

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
2a) & 2b) na-nu? ich dachte immer, Stampfen und auf-und-ab hätte doch sehr was miteinander zu tun

Nein. Unter Stampfen versteht man die Drehung eines Schiffskörpers um seine horizontale Querachse. Diese selbst kann sich dann noch auf- und abbewegen - oder auch nicht. In der Praxis tritt zwar beides meist gemeinsam auf, man muss es aber trotzdem begrifflich sauber trennen und es ggf. auch getrennt voneinander messen!

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53

Ich fürchte eher, die Konstruktion neigt zum Unterschneiden der einzelnen Schwimmer vorne - einfach weil sie nicht schnell genug aus der (nach Konstruktionsprinzip gleichmäßigen, durch das Anschneiden von Wellen aber sehr multifrequenten) Pendelbewegung vorne zu langsam nach oben kommt.

"Zu langsam" ist ein relativer Begriff. Als Bezugsgröße habe ich einen Schiffsrumpf mit der Verdrängung der 3 Schwimmer zusammengenommen gewählt. Der hätte wegen seiner größeren Masse (gegenüber dem einzelnen Schwimmer) eine größere Trägheit, würde also langsamer nach oben kommen, ergo sich stärker in die Welle einbohren.

Zitat von: harold am 14 Juli 2011, 02:29:53
Was passiert eigentlich, wenn eines der Zylinder-Systeme durch Kolbenstangenbruch, durch irgendetwas blockiert? Gibt es dann eine "Normalstellung" des Auftriebskörpers, oder hängt der dann "dreiviertel-achte" in der See?

Es gibt in der Tat eine "Normalstellung", denn die Schwimmer sind so getrimmt, dass die Stützen geweils im Auftriebs-Mittelpunkt ansetzen.

So viel erst mal zu Ihren Fragen.
Mit freundlichem Gruß
Jörg Sommer