Formel: Geschwindigkeit von Schiffen?

[harold]

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

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

[Jörg Sommer]

Hallo Herr Winkel,

zu Ihrem letzten Beitrag folgendes:

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.

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.

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 ...

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:

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

[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:

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"?

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.

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.

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!

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.

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