Ein Design-Beispiel (Träger X)

[harold]

Wie schon angekündigt, ein Seitenblick auf die Methoden, mit denen ich an einen Entwurf herangehe, anhand des Trägers X.

Vorgabe war, ca 23000 metr.t Einsatzverdrängung, etwa 60 Maschinen, 30 kn+, und entsprechende Fahrstrecke.

Schritt eins:
Wie groß kann der Rumpf sein? Nun, da gibt´s Erfahrungswerte ... da ich ein schnelles Schiff haben möchte, will ich, dass die eigengenerierte Wellenlänge bei full speed (sagen wir mal 32.5 kn) am Heck ein Minimum hat;
oder andersrum, die Schiffslänge sollte 1,5 x dieser Wellenlänge (Lambda) sein ... also eineinhalb mal 157m = 235m;
(Wellenlänge = 0.1524 x v²(kn) ).
Diesmal möchte ich auf ein Spiegelheck verzichten, da (nach eben genannter Formel) bei etwa 27.8 sowie  22.8kn die Sogwirkung überhand nehmen würde, und gerade diese Geschwindigkeitsbereiche sind für einen Träger wichtig...

Ebenso aus dem Vergleich von schnellen Rümpfen dieser Größenordnung weiß ich, dass ein Blockkoeffizient von etwa knapp über 0.5 günstig wäre –ich habe 0.525 gewählt- und die Breite etwa 1/9 bis 1/10 der CWL betragen sollte.
Ausgehend von einem cB von 0.525, einer Länge von 235m und Breite von 26m komme ich auf einen Tiefgang von 7.17m  (Volumen = L x B x T x cB);  und da ein Verhältnis T : B  von 1 : 3.63  für ein Schiff, das wenig rollen darf, recht vernünftig ist, bleibe ich mal bei diesen Abmessungen.

Allerdings sollte ich hier große Aufmerksamkeit auf die Spantausbildung legen ... im Mittelschiff darf sie sehr wohl recht ,,kastig" sein (Spantkoeffizienten nahe an 0.95), sollte jedoch zu den Enden hin recht fein werden.
Ihr cP wird dementsprechend hoch werden.

Weiters will ich, dass sie eine prononcierte Schulter hat, um in ihrem optimalen Geschwindigkeitsbereichen weniger Sog zu machen – nach unserer oben genannten Wellenformel wäre diese Schulter (der Übergang vom konkaven Vorschiff zum konvexen Mittelschiff) etwa auf 41m nach Vorsteven zu setzen (für CWL = 2 Lambda wären dies ca 59m, aber etwa 18m darf ich für den Druckpunkt ca 6m unter CWL als sin20° noch abziehen).
(für "neue" Leser: hier in der Technik-Sektion gibt´s die entsprechenden Informationen, auf einige Artikel verteilt. V.a. "Form&Berechnung)

Nach einer eher schnell hingepfuschten Vorskizze



führt dies dann zu ihrer (ebenfalls noch nur gegisster) Unterwasserform



Die gilt es dann, mit ihren zeitgleichen Bauformen zu vergleichen – und da in dén Zeiten, in ,,denen" wir planen, auch noch Rumpfvergleiche mithilfe des sogenannten ,,Admiraltätskoeffizienten" gerechnet wurden, tu ich dies ebenso (,,schiffbauer" wird ganzganz böse gucken) und komme bei vergleichbaren Rümpfen (hier hab ich mir Corageous, SH sowie PE ausgemittelt) auf einen Koeffizienten von um 7.83 bei einer Standardverdrängung von ca 20000ts.

Schritt zwei:
Damit kann ich die nötige Maschinenleistung sehr grob abschätzen –in diesem Fall ca. 110000 wPS für 32.6kn.
Das geht sich auf zwei Schrauben gerade noch aus – aber wie diese antreiben?

Grobe Vergleichsrechnungen ergeben ein Maschinengewicht bei Dieselantrieb von ca. 3480t – das ist mir als Prozentanteil an der Verdrängung ( 15.1% ) zu viel; eine vergleichbare Tu-Anlage käme mit allen Hilfsmaschinen und Generatoren auf ca 2450t ( 10.6% ) der Einsatzverdrängung (für die Standard-Verdrängung fallen die beiden Werte ähnlich auseinander, nämlich 17.4% und 12.3%).

Was der Diesel mehr wiegt, hab ich im Tu-Fall mehr an Treibstoff mit, satte   1030 t bei Einsatzverdrängung. Und im Hochgeschwindigkeits-Bereich geht sich die Verbrauchsrechnung eindeutig zugunsten der Tu-Anlage aus!

Von vergleichbaren Anlagen kann ich hochrechnen, dass eine Fahrstrecke von ca 10000sm/16kn drin wäre – insofern ist mein Träger X sowohl vom Treibstoff als auch der Reichweite her ein idealer Companion für eine SH-Klasse.

Im Design sollte ich diese Antriebsanlage jedoch redundant aufteilen – dh. die Turbinenräume sollten nebeneinander liegen (eventuell eine Abteilung längenversetzt? –gibt verschieden lange Wellen...) und die zugehörigen Kessel sollten ebenfalls über eine gewisse Länge verteilt sein. Generatoren und andere Hilfsmaschinen kann ich dazwischen oder daneben packen.
Und etwa 5-6m Torpedoschutzbreite jeseits hätte ich ja auch noch gerne.

Schritt drei:
Die Hangarauslegung. Bei der gewählten Form kann ich von etwa 180m zwischen den Extrempunkten der Hallendecks ausgehen.
Ursprünglich wollte ich ja drei gleich große Aufzüge einbauen, jeder ca.12.3m x 15.5 m, um ,,ausgefaltete" Maschinen an drei Punkten (hinter den Katapulten, mittschiffs in der ,,Landesektion" und achtern, in der ,,Startvorbereitung") auf resp. unter Deck zu bringen. Das hieße jedoch, ebenfalls in jedem Hangardeck mindestens für 2 Maschinen vor resp. achtern des achteren und vorderen Aufzugs Rangierabstände zu halten, und ebenso für je 2 Maschinen vor und achtern des mittleren.

Nimmt zu viel Platz unter Deck weg – und, ist es logisch? Nur weil GZ eine solche Konfiguration zeigt? – mitnichten!



Vorne will ich Maschinen auf Deck bringen zum Katapultstart; gut, die können ruhig ,,zusammengefaltet" auf´n Lift kommen und auf Deck erst ,,entfaltet" werden (Zeitbedarf für ne Ju 87 zB 3 min).
Das gleiche gilt für Motorenstarts von weit achtern, auch da kann ich eine Halbstaffel Me 109 oder Fi ,,gemächlich" nach oben bringen und startbereit machen – und brauche weder einen großen Lift noch die Vorbereitungsareale in den Hangardecks, die mir ,,unten" dann beim Stauraum bitter fehlen.

Also, darum die Entscheidung, vorn und achtern ,,kleine" Lifte, mittschiffs ein großer.

Konsequenterweise führt dies mal zu einer ersten Umzeichnung; die Abmessungen sind hier noch sehr grob und die Stauverhältnisse übertrieben dicht



und schließlich zu einer Vorskizze



welche aber sicher noch zu überarbeiten sein wird.
Vor allem mit einer Grobabschätzung mit Hilfe der KalkU3; das dauert ungefähr so lange wie alle bisherigen Schritte zusammen...

Ja, dies mal so zur Arbeitsweise bei mir-

Wenn jemand von euch Kritik oder Fragen hat, bin ich gern bereit, dazuzulernen und neue Aspekte einzubringen!

Harold

[Ralf]

Ich bin einfach nur sprachlos! Super...

[DHEO]

Vor soviel Wissen kann ich mich nur veneigen!!!

Grüße

Dirk

[klaus99]

Hallo Harold

Für das was für dich eine Skizze ist dafür brauche ich Tage um das zu begreifen
Wahnsinn !
Danke für diesen beitrag -Werde am Wochenende mal Bücher studieren um mitdenkenzu können

[harold]

Schönen Dank auch - wenn ihr nur ahntet, wie lückenhaft mir selbst das alles noch vorkommt ....!

A propos Lücken : warum Zweiwellen-Anlage, und nicht drei, und warum ein kleines bisschen unter der möglichen Maximaltonnage geblieben?

Weil ich "sparen" muss.  Und zwei Tu-Sätze sind in der Fertigungslogistik mir lieber als drei; um die nötige Höchstgeschwindigkeit herauszufahren, darf ich aber kaum über 20000 mtr.t Standard kommen; und schließlich bin ich von Mittelwellen gar nicht mehr so sehr überzeugt.

Ja, und die zweite Lücke: warum mittschiffs ein "großer" Aufzug?
Weil ich gelandete Maschinen (da gehe ich vom vordersten Bremsseil + ca 30m Bremsweg aus, das wären also ca 75m ab Achterkante Flugdeck) so schnell wie möglich unter Deck haben möchte.
Das Layout des mittleren Aufzugs KANN ähnlich wie in GZ sein, mit dem Unterschied, dass auch ohne Überbrückung ein Längsverschub von gefalteten Maschinen im oberen hangardeck möglich ist (Vorteil der "amerikanischen" Bauweise).

Und, ich will keine Startwagen, wie in GZ. Viel zu anfällig...! Nein, ganz normale Katapultwagen, die scherengitterartig die Maschine "aufbocken", pneumatisch (besser noch mit Dampfdruck!) abschießen, und anschließend mechanisch zurückgefahren werden.
Für den Verschub der Maschinen auf und unter Deck sehe ich eher kleinste Zugmaschinen vor.

Das warn mal die ersten Ergänzungen, zur KalkU bin ich noch nicht richtig gekommen, da endlich die Sonne scheint...

Ciao,
Harold

[harold]

@Klaus,

die interessantesten dazu sind sicher Ulrich Israel, Flugzeugträger GZ, sowie Hadeler, Der Flugzeugträger.
Thomas/Spee hat mich im Herbst mit Layman/McLaughlin, The Hybrid Warship beglückt, das ich nur weiterempfehlen kann!
Aber warte nur bis Peter K hier reinliest, der kann dan gleich noch n halben laufmeter dazu empfehlen
Harold

[harold]

Nach einer kleinen Sitzung im Eissalon (1 Eiscafé, 4 Grappe... und wahrscheinlich n Sonnenbrand) steht nun auch die vorläufige KalkU für das 20kT-Träger-Projekt.

Für diejenigen, die schon öfters mit der KalkU gespielt haben, hier n screenshot



...einige Werte kommentiert:

- 34.2 % für reine Schiffs-Struktur und Aufbauten scheinen viel, aber hier sind auch viele Komponenten eingerechnet, die sonst unter "Ausrüstung" fallen.
- Für knappe 2180 t habe ich ihr ein tiefes (6.5m) T-Schott von 50mm, sowie ein die Maschine und Lasten (Torpedos, Bomben, Seeminen, Flak-Muni - und nicht zuletzt auch Flugbenzin!) schützendes Deck von 65mm verpassen können. Alles an Dicke darüber scheint mir verlorenes Gewicht.
- Die Maschinenanlage (dunkelgelbe Werte) ist in meinem husch-husch-Entwurf VIEL zu komprimiert, sowohl von der Gewichtsverteilung als auch von der Trefferredundanz ist´s nötig (und auch möglich), sie eher in die Länge zu ziehen.

Ich erhalte dabei jedoch für beide Wellen verschiedene Längen ... soll mich nicht stören ... die möglichen Interferenzen einer durch Torsionen bedingten Vibration sollte ich mir jedoch noch genauer anschauen.
- In der FlugKomp. ist bereits der Treibstoff für die Maschinen eingerechnet, ebenso ihre Bewaffnung - darum kommen die "Lasten" so niedrig heraus.
- "Bunker" zeigt  Treiböl (da nehme ich für unsere 15000sm/16kn ca. 6200 t an)  - ja, ein erfreuliches Nebenergebnis der Beschränkung auf eine eher kompakte Antriebsanlage: ihre Reichweite ist gestiegen. Allerdings muss sie, wenn sie dreiviertel-leer wird, entsprechend ballastfluten, um stabil zu bleiben.

Hier noch die bislang fehlenden Werte:
Standardverdrängung 18967 ts / 19270 t.
Einsatzverdrängung 22645 ts / 23007 t.
cB = 0.525, cP = 0.549; Wasserplan = 61.4% (seeehr fein).

Insgesamt gefällt sie mir mehr als ihre "Konkurrenz", der auf der SH-Klasse aufgebaute Träger : sie kommt billiger (Antriebsanlage!), ist wahrscheinlich auch billiger und schneller im Bau,  hat ne größere Reichweite, und weniger Verlustwerte sind in einem Einzelschiff verbaut.

85-90 Maschinen klingt zwar toll ... umbaumäßig wär´s bei einer SEHR früh gestoppten SH auch drin - aber für mich ist dies eher "too many eggs in a basket".
Reichweitenmäßig ist sie mit unsrem PE-Umbau kompatibel und insofern auch gut verbandstauglich.

Harold

[wer]

Weiter oben erwähnst du, dass eine Ju 87 für das Ausklappen der Flügel etwa 3 min benötigt, verstehe ich das richtig?

Und:

Ich weiß ja jetzt nicht von welchem jahr du ausgehst, aber du respektive wir sollten die lifte schon relativ stark auslegen, um dann -was wir natürlich wissen, aber sicherlich auch vorauszusehen war- die Flugzeuge wurden schwerer, Gründe sind bekannt, denke ich, und da muss dementsprechend vorgesorgt werden. meines erachtens sollte man mindestens 80 der bei baubeginn zur verfügung stehenden maschinen reinkriegen, sonst wird es später mit größeren, schwereren maschinen ebenfalls eng.

So, dass mal fürs erste. nachdem ich das Buch über GZ gelesen habe, kann ich auch mal mitreden.

gruß

Christian

[harold]

@ Christian, nein, größer sollte sie nicht sein, denn sonst sind alle Vorteile, die sie hat, perdü- pfft.!
Um die Aufzüge mach dir mal  keine Bange, die können nachgerüstet werden.
Aber anstelle von (theoretisch) 60 Maschinen der frühen 40-er mitzuführen "nur" 40 der mittleren 50-er mindert den Einzelwert des Schiffes nicht, weil der Einzelwert der Trägermaschine entsprechend gestiegen sein dürfte.
Oder, warum hatten die US ihre Kriegsbauprogramm-Träger so lange in Verwendung?

Zurück zur Ausflickerei der Lücken.
Oben hab ich gezeigt, dass unser 20kT-Träger Probleme mit einer allzu massierten Anordnung der Antriebsanlage hat.
Inzwischen hab ich a bissl gerechnet und gezeichnet, und (entsprechend dem Motto : zeigen, wie´s gemacht wird) schaut die verbesserte Antriebsanlage derzeit so aus:



60% der HM und Generatoren sind hier nach Bb besetzt, um einen Gwichtsausgleich zur Inselstruktur zu schaffen, und die asymmetrische Anordnung der Turbinen dient einmal der besseren Gewichtsverteilung längsschiffs, und zum anderen einer erhöhten Treffer-Redundanz.

Da die Abgasleitungslängen nach wie vor in vernünftigem Verhältnis stehen, ändert sich an der äußeren Gestalt nichts.

Trotzdem bin ich erleichert, ihr nicht nur eine bessere innere Unterteilung, sondern auch eine bessere Gewichtsverteilung verpasst zu haben (schrieb ich nicht oben, dass die Gewichtskalkulation mindestens soviel Zeit in Anspruch nähme wie die Design-Arbeit?)!

Harold

[Peter K.]

Tja, da hat unser HAROLD wieder ´mal ein tolles Posting produziert - recht herzlichen Dank dafür!!!

Einiges könnte ich da noch anzumerken, bin aber heute schon zu müde dafür.
Kurz möchte ich jetzt nur festhalten, daß ich bei der Wahl der Länge - speziell bei Schiffen, die viel im Atlantik operieren sollen - versuche, eine günstige Interferenz zwischen schiffsgenerierter Wellenlänge und der im (Nord-)Atlantik vorherrschenden Wellenlänge von 90 m zu erreichen, d.h. Schiffslängen von 90, 180 und 270 m sind tunlichst zu vermeiden.
Ach ja, bei den Hauptabmessungen schaue ich mir auch die Seitenhöhe genauer an - aus ihr und dem Tiefgang ergibt sich die Freibordhöhe, die wiederum äußerst aufschlußreich ist, wie naß das Schiff denn wird!

Hier noch einige der erwarteten Buchempfehlungen betreffend Trägerentwurf:

Norman Friedman
British Carrier Aviation
The Evolution of the Ships and their Aircraft

Norman Friedman
U.S. Aircraft Carriers
An Illustrated Design History

Roger Chesneau
Aircraft Carriers of the World, 1914 to the Present

John Roberts
The Aircraft Carrier INTREPID

Ross Watton
The Aircraft Carrier VICTORIOUS

Robert C. Stern
The LEXINGTON Class Carriers

[harold]

@ Peter:
" eine günstige Interferenz zwischen schiffsgenerierter Wellenlänge und der im (Nord-)Atlantik vorherrschenden Wellenlänge von 90 m zu erreichen, d.h. Schiffslängen von 90, 180 und 270 m sind tunlichst zu vermeiden."
 ... hast mich ertappt - drum die 235 m (90 x 2.61)! Beim Freibord ist sie höher als jede vergleichbare deutsche Einheit.

@ johnestauffer:
As you did mention on the other board, for atlantic duty this design should sport an enclosed bow.
Peter, in his post just above, came to the same conclusions, hinting to freeboard and wetness in wide atlantic dunings.

So let us stay her some weeks in the yard again, and come out with her new bow (now shown also with all her shutters closed down)



Hope you guys like the amelioration,

Harold

[Marcel V.]

@Harold
Frage(start off topic): Wie lange brauchst du, um so eine "Skizze" zu erstellen? Ich würd' da (wenn überhaupt ) ewig brauchen...(off topic ende)

[harold]

(off topic) viele Einzelteile, wie Flak, Boote, Flieger, Maschinenkomponenten ... kann ich mir aus bereits erstellten Dateien (den bisherigen Projekten) rausholen; und für´n Rumpf und seine diversen Schnitte brauch ich pro Zustand so jeweils eineinhalb Stunden. Zum Erstellen am Computer, wohlgemerkt, denn davor gibt´s ne Menge Bleistiftskizzen und Berechnungen... aber da diese in den letzten Tagen hauptsächlich im Eissalone stattfanden, war´s eigentlich ganz lustig :

(-"Entschuldigen Sie, was entwerfen Sie denn hier?"
- "Einen kompletten deutschen Flugzeugträger!"
- "Aha. Machen Sie das -äh- beruflich?"
- "Nein, ich unterrichte."
- "Maschinenbau?"
- "Deutsche Literatur, Medienkunde und Kunsterziehung am Rainergymnasium."
- "Oh." (-Pause-) "Aber was machen Sie dann mit dem Flugzeugschiff in Ihrer Schule?", und-so-weiter.
(off-topic-Ende)

Harold

[Huszar]

@Harold:

der geschlossene Bug hat etwas an sich...
Können wir die Flugzeughalle(n) bis zum Bug verlängern, oder packen wir dort Unterkünfte, Magazine, usw hin?

(off-topic: meine Kolleginen schaun auch mal bisl komisch, wenn ich gerade die Tipp-Ex-Orgie abhalte...)


mfg

alex

[harold]

Alex,

"vor dem Umbau" war da ja die Schiffsführung - sie wird auch "nach dem Umbau" noch dort sein, nur eben anders verteilt; und gegen das zusätzliche Platzangebot auf der Back hat wohl niemand was.

Aber VOR den ersten, schmalen Aufzug auf Deibl komm raus noch zwei, drei Maschinen reinzuquetschen bringt´s nicht, denke ich.

Was ich mir eher noch vorstellen kann, ist ihre Gestalt Richtung "nach 20 Jahren" zu verändern; dh wesentlich mehr an Leitständen, Elektronik; Aufzüge umgerüstet und Flugdeck angewinkelt, ... etc.

Aber ich warte mal noch Peter´s Einwände ab und mach vielleicht vorerst noch einen Querschnitt, der ja dann auch durch die vertikale KalkU geprüft werden kann.

Harold