Form und Berechnung : was, warum, wie.

[Dominik]

@Harold,

(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!

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

[harold]

"...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.



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).



Bewusst nicht mit irgendeinem Foto-Bearbeitungsprogramm rumgespielt und die Änderungen sichtbar gelassen, um nicht zu "manipulieren".

Ciao,
Harold

[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.

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.

Da Wasser kaum kompressibel ist, erscheinen die Maxima und Minima dieser Druckwelle als Wellenberge und –täler direkt an der Rumpfseite.

aus : http://forum-marinearchiv.de/smf/viewtopic.php?t=725
Der Abstand der ,,Wellenberge" voneinander ist die Wellenlänge Lambda.

(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.




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

[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.



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

[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)



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.



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.

[harold]

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,



und das Vorschiff eines recht unspektakulären Schnellseglers, Bluenose:



Warum die wohl so geheißen hat, und nicht etwa Whitenose? (siehe Anmerkung zuvor)

[Taucher]

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

[harold]

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

[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)

[wer]

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

[harold]

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

[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.



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...

[harold]

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



(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.

[harold]

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"



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).

[harold]

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.



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