Vorführung schiffbaulicher berechnungen

Vorführung schiffbaulicher Berechnungen

auf dem Elektronenrechner IBM 650 an der Technischen Hochschule Hannover

Dr-Ing. K. K n ii p f fe r hannover

Seit über zwei Jabren sind am Lehrstuhl für Entwerfen von Schiffen und Schiffstheorie der Technischen Hochschule Hannover (Prof. Dr-Ing. K. Wendel) Bestrebungen im Gange, eine elektronische Rechenanlage für schiffbauliche Rechnungen einzusetzen. Es handeli sich dabei um einn Feil einer größeren Arbeit über die Durchführung von Leckrechnungen im Schiffsentwurf [1]. in der sich der Ver-lasser die Aufgabe stellte. aus sehr vielen systematisch variierten Lecicrechnungen Entwurfsdiagramme über das L,cck'eiha1ten von Schiffen fiji ein fiühes Projektstadium.

iufzustellen.

Dieses Vorhaben wäre ohne den Einsatz einer elektro-nischen Rechenanlage kaum zu verwftklichen gewesen; denn die dLìfür notwendige Zahl von Leckrechnungen hätte die Möglichkeiten des manuellen Rechnens wohl bei

vetem uberschritten. Es entstanden daher Programme für deli dem Lehrstuhl zur Verfügung stehenden Magnet-tiommeliechner IBM 650, die über die eigentliche

Auf-gibenstellung hinaus auch die Bearbeitung von

Leek-rechnungen an speziellen SchiiTen rail. kompliziert gestal-teten Leekräurnen erlauben. Außerdem fielen sozusagen als Nebenprodukte einige weitere Programme ab ..so dati heLitc eine ganze Reihe von schiffbaulichen Rechnungen ohne merklichen Zeitaufwand mit dieser Maschine durchgeführt weiden können. Bisher wurden Programme ZLii Beaìbei-tu ng folgender Aufgaben entwickelt:

1. 'irvenblatt für beliebig vertiimmte i: u r:

-Schwimmlagen bezeichnung

Noirnalausfühiung TN

Ergebnisse fi.ir jeden Spant TIK ± Zi e) mit gekiünuinter vVasseitinie:

T iocho cl en w el te l'IÇ H- Z2

S i n uswel I e IlK

-i-2 .Lcc krechnung [u r einfach gestaltete Leek-1iLime einschließlich unsynmetrisehci

Uberui Li Lungen L I

Leckiechnung für stark unterteilte l.eckiäume einschl. unsvinnietiischer

u beni u I Lingen L Ti

Pintokarenen für beliebig vertrimmte be-schudigle Schiffe mit beliebig gestaltetem Leckeaum (aiich für Linbeschidigte Schiffe,

l < 75 ) LH

ft Prü.fprogramme fu r Schi ffsaufiaße

Prüfung mil genauer Fehleranalvsc

PI

Prüfung ohne Fehleranalyse . . P 1I

t;. LJnrechnungspiogiamme für Schiffs-aufmaße

:Ii) affine Veizeirung (längs. quei. hoch) UI

h) Veranderung der Viiliigkeit u.nd des \"eid iangungsschweipu nktes der

länge nach U 1.1

bi Einsetzen eines parallelen IVIittel-schiffs bestimmter Länge mit Mitte an beliebiger Stelle in Längsschiffs-richtung

b:! Beliebige Verschiebung der Lage cIes l-lauptspLlntes in

LängsschitTs-rich hang (Sch\verpunktversehie-hung)

b,: Voigzibe einer gewünschten neuen

Vol I igkei t Ei nsetzen eines

entspre-chend langen parallelen

Mittel-schiffes.

M:in kann feststellen. dal) der heutigen Schiffbaupraxi din oft l)hint:ìstiSch tnmutenden Iviöglichkeiten des

elek-I-1ANS\ - Schfthri - Schifibau - Hafen - 98.Jahrgan - 1961 - Nr.10

tronischen Rechnens nicht mehr fremd sind. Durch eine Reihe von Veröffentlichungen [21. [3]. [4]. durch Angebote verschiedener Rechenzentren und auch infolge eigener Überlegungen verschiedener Weeften in dieser Richtung ist überall ein starkes Interesse an diesen Dingen fesizu-stellen. Dies zeigte sich auch auf der Sitzung des Fach-ausschusses ..Schillssicherheit der Schiffbautechnischen Gesellschaft anla I 3lich der Herbsttagung am 16. 1 1. 1960 n

Berlin. auf der der Einsatz elektronischer Rechenanlagen im Schiffbau zur Sprache kam. Es meldeten sich eine Reihe von 1-lei'ien. die sich an einer VorfL ihrung der damit ge-botenen Möglichkeiten interessiert zeigte. Die \:eieinbartc Vorführung fand am 5. 4. 1961 in der Technischen Hoch-schule Hannover statt. Die Einladung des Vorsitzenden des Schiffssicherheitsausschusses. Prof. Wendel. hatte

ein über Erwarten starkes Echo gefunden. Es \\alen

niche als 40 Heiren erschienen. Linter ihnen

m:itl-gebliche Vertreter der Klassiflkationsbeho F de. der Marine und dec Werften. Die folgenden Ausführungen geben eine Ubersicht über cias. vas in l-Iannover vorgetragen und gezeigt wurde.

Im Mittelpunkt der Veranstaltung stand die IBM 650":

ein Digitalrechner mittlerer GrüfTe. Der Begriff

digital')

CliÜ(:kt in diesem Zusammenhang aus. dall die Maschine nur Ziffern verarbeitet. Mancher wird vieleicht fingen. was solche Elektronenrechner ZL1 ihren oft erstaLinlichen Leistungen befähigt Lind nach welchen Grundprinzipien sie arbeiten? Hierzu kann man folgendes feststellen:

I . Jeder einzelne Rechenschritt der Maschine löst

selbst-t:itig den nächstfolgenden aus, ist also ein Glied einer ohne Unterbrechung durchlaufenden Kette von e1e mentaren Rechenoperationen. Der Ablauf dieser Folge wird durch das sogenannte Programm gesteuert. Im Rechenablauf sind \Terveigungen rnüglich. Das geschieht durch einfache Alternativfragen. die clic

Maschine mit .ja' oder nein beantworten kann. Zum Beispiel ist eine Zahl von Null verschieden ocher

.

ist. sie gleich Null? Ist eine Zahl positiv oder negativ? und so \\:eite] Bei ja" läuft die weitere Rechnung

in dei einen Richtung: bei :t" in einer anclereii

Richtung weiter. Diese :,l0gCr1" Entscheidungen dei Maschine mit der daraLis eivaehsenclen Fülle von lVliiglichkeiten mügen wohl die etwas schmeichelhafte Bezeichnung .:Elektronengehhrn für solche Maschinen aufgebracht haben.

Der Rechenablauf wird mit unvorstellbarer hoher C-e-schwindigkeit durchlaufen. Zum Beispiel kann die IBM 650 in einer Sekunde bis zu 1300 zehnstelhige Additionen ausführen. Bei moderneren Anlagen wird

noch eine bis u tausendmal höhere Rechengeschwin-cligkeit erreicht.

Damit ist für digitale Elektronenrdchner bereits das

Wesentliche genannt. Speziell für Maschinen der Gr011en-ordnung der IBM 650 wäre noch die Speicherfähigkeit ZU erwähnen. Diese Maschine enthält auf einer rotierenden Trommel 2000 Speicher: die jeweils eine zehnstellige Zahl -ein Wort - aufnehmen können. AUf diese Trommel wird das ganze Programm einschließlich aller zu verarbeitenden Ziffern geladen' und darauf durch den Befehl zur ersten Reehenoperation gestartet worauf alles weitere ohne Eingriffe von außen abläuft, bis das Programm selbst cias Ende der Rechnung angibt. Diese Art von Maschinen nennt man speicherprogrammierte Maschinen.

Sol! so eine 1echenanIage eine schilfbauliche Rechnung ausfùhi'en - z. B. KuLvenblattrecl-inung Leckrechl]ung.

Pantokaienenrechnung USW. -, so muß die Getdt des

Schilískörpers genügend genau beschrieben sein. Da die MLlschjne digital arbeitet, kann sie die Schifislinjen nicht Unmittelbar verarbeiten. 'Ian maß ihr in geeigneter Weise Aufmal3e der Schifisobeif-ihehe zuführen. Das Aufmessen cIei Schilislinien und das Ablochen in Lochkarten stellt die einzig ubiigbleibende manuelle Vorarbeit für die

Berech-flung dar. Sie bildet aber auch die einzige Fehlerquelle; ciciin beim maschinellen Rechenvorgang ist durchvielfache interne Kontrolle ein Fehler üblicher Ar nicht _möglich, sofcrn das verwendete Programm einwandfrei ist. Es stellt sich die Frage: Wie können wir garantieren, dall in den Lochkarten, die die Schiffsaufmaule enthalten, keine Fehler stecken? Beim Messen, Schreiben und Lochen zeigt es sich

ilTirflei _{wieder, dall sich Fehlei nicht vermeiden lassen.}

besonders, venn man flir diese an sich einfachen Arbeiten I-[ilfskriifte einsetzt.

Das ist abei bei so wertvollen Maschinen. bei denen _jede Rcchenninute einige Naric kostet, ein ernstes Problem! Stoppt die Maschine wegen eines Aufmußfehleis, so gehen wertvolle Minuten mit der Korrektur des Fehlers verloren. Noch unangenehmer ist es, wenn die Maschine mit fehler-liufteri Aufmaßen ¿L! Ende rechnet; dann _{war die gaase}

Rechenzeit umsonst und überdies wird hierdurch

ein

l-Iuuptargument erschüttert, das für den Einsatz elektro-fischer Rechenanlagen spricht, niimlici die hohe Genauig-keit und ZuveiliissigGenauig-keit der Ergebnisse. Erst wenn es ge-lingt. Fehler in den Eingabedaten völlig auszuschließen, kaiiu mal] die Möglichkeiten des Elektronenrechners _als dusgenutzt ansehen.

Das gab Veranlassung zur Aufstellung besonderer Feh-leisuchprogiamme (Programmübersjcht; P 1, P 11), die die Maschine selbst veranlassen, alle in Karten gelochte Sclii fis aufinalle auf Fehler zu überprüfen. Mit ihrer Hi]Ie kann man, bevor die eigentliche schilibauliche _Rechnung beginnt. alle fUr die Berechnung nötigen Daten in einen einwandfreien Zustan.d bringen.

Wie arbeitet so ein Fehlersuchprograirnn? Es nutzt die Tat.sache aus, dall in den schiffbaulidien Programmen für alle .Integi'ationen die Simpsonsche Regel angewendet wird, cIle eine Emteilung der Aufmalle in Doppelstrejfen mit jeweils gleichiniilliger Schrittweite voraussetzt. Eine Ubes-prüfung dieser Bedingung ist maschinell leicht möglich.

Damit wird bereits eine Reihe von Einteilungsfehlern

erfaßt.

Das Programm P I ist außerdem so eingerichtet, daß _es nacheinander versucht, jeweils ffinf benachbarte Aufmaß-punkte innerhalb eines Spantenquersthnittes um Straken zu bringen, wobei sich die betrachteten Kurvenstücke gegenseitig überlappen. Stiakt es nicht gut genug, so steckt da entweder ein Aufmaßfehler oder die Sduittweite eines Doppeistreifens ist zu groll, um den Kurvenzug ausreichend genau wiederzugeben. Ein zu\'eI'lässiges Kriterium liber Stral<en bzw. Nichtstrakei-i liefert die Praktische Mathe-matik. Man ersetzt ja bei der Simpsonintegraiion den tat-ssichlichen Kurvenzug duich ein Polynom dritten Grades.

Den Fehler, der hierdurch entsteht, nennt man

Ersatz-fehler (l.',..). Er läßt sich numerisch berechnen. Wird der Eisatzlehler grùlier als der unvermeidliche Fehler durch

begrenzte Zeichen- und Ablesegenauigkeit und durch

Rundung - man nennt ihn Funktionsfehier" (Ff)

_{-, so}

sollte man die Aufmaße dichter zusammenschieben, wo-durch dei Ei'satzfehler sehr stark abnimmt, da er propor-tional der 5. Potenz der Sclirittweite ist. Näheres hierüber ist der Arbeit 1j zu entnehmen.

Das Programm berechnet für jeden Kurvenzug

stUck-weise die beiden Fehler F und Ff und stellt

fest. ob

Fe/Fr > i dann ist die Teilung zu weit bzw. das schlechte

Shaken weist auf einen

Aufrnaßfehler hin,

oder ob

F/Fí c I , darin ist die Teilung unnötig eng gewählt ùnd man könìnte Aufmaßpunkte einsparen.

ist eines der Kriterien erfüllt, die auf Fehler hindeuten, so stanzt die Maschine eine Fehierkarte, die den Ort, die

962

rs.:'.

...

4--:Li__

Bild i Aufmaße eines Frachtsthiffes

Art und die Grùlle des Fehlers Lind eventuell nodi Einp-pfehlungen ober eine z\vecicliii3igere Teilung der bet.ref-fenden Stelle enthiilt. Es wird niimlich noch diejenige Schrittwejte berechnet. für die gerade F5/F I wiid. also die für das Kurvenstück zu empfehlen wiic. Außerdem wird fur jede Spantilfiche der niitßere F]iichenfehler in [nj und zuletzt, nachdem alle Aufmaße abgetastet sind. noch der rnitUere Gesantfeliler der \'erclrïngung _{Fv [ni'l} in einer Karte ausgestanzi. Der ganze Vorgang dauert je nach Anzahl der Aufmaße 4'/ bis G Inmuten.

Duich weitere Fehlerbetiachtungen hißt sidi zeigen (vgl. [1]). daß eine solche Fehleranalvse alle Fehler in den Auf-inaßordinaten anzeigt. die giöller sind als et\va 7 mm in

der Zeichnung. In sehr vielen FilIen ist jeclocis mit einer Anzeige bei noch wesentlich kleineren Fehlern bis herunter zu etwa 3 inni zu rechnen. Es ist einzusehen. dali noch kleinere Fehler in den Aufinaßen auf cIas Ergebnis gee-inetrischer Berechnungen oui ganzen Schiffslcörper keinen merklichen EinilLtil haben vciden.

Bild i zeigt den Spantenriß des bei den Vorführungen verwendeten Schiffes mit dei gewfihit.en Ordiiiatenteilung. bei dei sich die Schrittwejte eines jeden Doppelstreifens der jeweiligen Gestalt des Spantun-irisses anpahlt. Diese Teilung kann fui den Un Mahlstab I : 100 vorliegenden

Spanteniiß als ausreichend eng angesehen weiden; denn es ist durchweg F/F1 < I. Der bei der Fehleranalvse ei-rechnete inittlere Verdhifingungsfehler Fv 7,36 1-11i macht

etwa 0,04 Vi der Gesamtveidiïngung aus. Dieser Weit killt sich durch Vergroßerung ches Zeiehnungsmaßstal)cs noch verringern, setzt allerdings eine sehr genaue Zeichnung and eine sorgfältige Ablesung auf etwa 0.1

mm in der

Zeichnung voiaus ..Den Arbeitsaufwand zur Herstellung eines _{fertigen Aufmaßkartensjtzes aus dem Linien.rilj} eines Schiffes kann man etwa mit einem Tag uiir zwei Mann ansetzen.

Die Schillsaufmaßkarten können von der 1'(aschine nicht, nur iibe[l)rüft, sondern auch nach den verschiedensten Ge-sichtspunkten umgerechnet werden (Programmübersicht:

t_J I, _{LJ 11), wodurch sich die Aufmaße für neue}

Schiuiskör-ier herstellen lassen. dic sich in ihren Hauptubmessungen, ihrer Vúlligkeit und ihrem Schwerpunkt der LUnge nach VOlTi urspronglichen Schiff unterscheiden. Mit den selbst-tiiLig gestanzten neuen Aufnmßkarterì können sofort aile schiffbaulichen Rechnungen der Piogi'ainim ibersithi.

aus-gefuhrt werden. Auf diese Weise ist es möglich,

aus-gehend von einigen Staidardschiffstypen, von denen Auf-maßkarten vorliegen. in wenigen Minuten Schiffsköiper beliebiger Hauptdaten fUr schnelle Berechnungen _zu er-halten, was besonders Flu Pi'ojektarbeiten von grolicin

Nutzen sein di.irfte.

fflittIrer, terdthngúngs,

f?r

. .6 th h

7(M1t1oO)

L-Ti

gramm zur Berechnung von Kurvenblättet-n für _beliebig vertrimmte Schiffe

_{ist ein}

_{Teil de Leckrechnungspro_} gramms LI. In seiner Normalausfubrung werden mit dem Programm TR folgende Angaben _{für jede Wasserlinie in} jeweils zwei Ergebniskrtn _gestanzt;

Karte:

Tiefgang hinten. Tiefgang vom _[rn]

Verdrängung auf Sjanten _[m'i

Liingenmoment der Verdrängung

bezogen auf Hauptspant _[rn']

1-löhenmoment der Verdrängung

bezogen auf Kielpunkt _[rn']

Wasser1jnenfläche Fm2]

Wasser] inienmomen t

bezogen auf Hauptspant _Fm2]

Längenträgheitsmomn der WL

bezogen auf Hauptspant _1m']

Breitenträgheitsmome der WL

...

K a r t e

Tiefgang hinten, Tiefgang vorn Verdrängunssch\rer1)un der Länge nach von Hauptspant

Verdrängungsschverpun

der Höhe nach (KF) _Fm]

Einheitstrimmoment (., = [mUm]

Wasserl.inienschwerpunkl von Hauptspant Fm] Radius (M1F) [m]

Breitenmetazentriacher Radius (MF) [ml

Das Programm TR benötigte für das Schiff

_{auf Bild i}

ir Durchfuhrung einer Kurvenbi attrechnung mit zehn asserlinien nicht ganz sieben Minuten. Bild 2 zeigt als 7ispiel d.ie Ergebniskarten für die Konstruktionswasser -lie T.= 6,50 m.

a n s-eiter uug ues 1rOgramms

noch mehr_{. oder andere Angaben berechnen zu lassen} Einige solcher Ergänzungen wurden _{vorgenommen was} aus der Programmübersich hervorgeht. Bi den \Vasser-linien mit Wellenkont-,ar (TR ± z2: Z3)_{wird allerdings dem} dynamischen Verhalten der Welle nicht Rechnung ge-tragen.

Wir kommen nun zu den Programmen _für Leckrech-nungen. Leckrechnungen sollen Aufschluß über das Ver-halten eines Schiffes in beschädigtem Zustand geben. Ge-geben ist hierbei der überflu Lete Bereich des Schiffskörpars Er ist abhängig vom angenommenen _{Ausmaß der} Beschä-digung. Gefragt Ist nach der Änderung der Schvimm1age und nach den Stabilitätsverhijltnisaen während und nach der Überflutung.

Bild Z Ergebniskarten einer Kurvenblattrethnung mit dem

Programm TK für WL 6,50 m

Bild 3 _{Kennzeichnung eines Teilleckraumes bei den}

Programmen L I und L II

Un-1 the ganze Vielfalt der möglichen Überflutungen samt der inneren Aufgliederung der Leckräurne richtig erfassen zu können, wird der Schiffskörper in einzelne _Teilräume mit konstant angenoimnenet- Flutbar-keit _{xaufgegljedet-.t.} Von jedem Teilraum wird eine Leckraumkarte hergestellt. in die alle aus Bild 3 ersichtlichen Bestimmungsgrö_lIen ein-gelocht werden. Die Leckraumkarten erhalten jeweils eine Leckraumnurnrner und werden auf der_{Magaettrornrnej} ge-laden wie die Schiffsaufmaße und stehen wie diese für die Rechnung jederzeit zur Verfügung. Bei der Durchführung einer Leckrechnung können durch _{Aufruf solcher LeckT} raumnummern bis zu zehn Teilräurne zu einem

Leck-loo'

n is

ill

2???? 33333 41444 55515 66166 77777 38688 99999 735 r

loo'

71111 2222? 33333 44444 5515 66166 71771 88888 99999 171nt h OIl00 00 T, ? t ni Ti n n, II Ti t 111111,1 1 22272227?? 33333)3311 4444444444 5555555555 6 666 6656 66 1171111117 8888888888 99999 9199 i t t ii is fl t 't t a .hI0000000 r r a n nit n, rira n 11111.1 1111 227222 772? 3333333333 4444444444 5555555555 66666116 66 77717 77111 8886888888 9 99 9399919 ni a a n ara r, ti n. "J 'T,) o 'N 'N f ThEm]T,5Em]l Wort _o Wort 2

liii

22222 33333 kF Em] Wort L. + I .4

ETMEmi/11I WL-Ov.Iro. Ñ Erri]

AF

_I

O Wort o Wort 6 Wort 7 _r Wort 8

D

H

111111000 IIII000loIIIIIII000

sr z 5,,, nts, L )rai z, 1451:,, t mi ax; istmi ;n

lllllllIIilllllllllIflniiiiii

272 22227212777 222722 222??? 7222 TK 2.8<or

_.3

ner 555555 666611 7.7 7777 888888 999.999 lt t t IO COI i i n r, 11111 2722? 33333 111111111 111111000 11191000 n rrr: r. n T rtz; ::aa,zms,sr,,mr., rttZ,n,m,i,ç:; 1111111111111111111111111171i, 22???7?22??22227777722272 27722 33333333333313) Th Im TyH 'pt f n?J I ML fm'J M,. Em) p Wo

u Wort 2 o Wort 3 o Wort ¿ o

110010000 1110001Go n, Ji t isa, r a. ni inim i, c ii ini au s, 111111I1311111i1111l 22 22 2 2 22 22 22 22277227 3331333333333333 3 312 44441144L4444 444441,4 5 55555 515 555 555 515 51 66666666636566666666 17177771111717717177 88868888888888886888 99999999199999999999 trrnnn.punj ¿2QU14U:,,5t$í 110000000 riz u ir:, in il in 1111111111 2772721211 3333133333 + E: a Lm i I Wort 5 o

M[Jt] 3L[]

' Wort 6

_i

Wort 7 o Wort B o 111000000 lT 2 9 ii 5 149 51512

11111 11lIllIlllltillliiiiiiiii

727222 22722I27777I72227272?2 3

Th1.i(rte

Magettromme(-Rechnr

Type 650 55555555 _55555555 66 66 1 61166 66166 1666 6 66 66 161666 711711177117171711171777111111 85866886' 88888 88681888888888518 999991999199999999999999919999

5:20% ii ctS 1414 t alt C tiSi IS (TIP 142 iii? nit,, tinTi 2

O 00000000Ill000000 O

Sm 6? 13k 6)5: T? Il 69 a r. i7 3m im7 ml TiC

NSA - Schlffhrt - Schiffbau - Hafen - 98. Jahrgang -1961 Nr.lo

963 .4, I Yerdrod.1.n.I o Wort D r1 Fm] [mJ

b'ck:h /.usflfl-)mcfl.gefaÍ3t, werden. _{Die Lage der Teil riiiie} ZLILflflfldCy ist dabei beliebig.

Die Tei1!ume konnen _{Symmetijc1i und UflSyIflm1rjseh} ¿UF Symmetrjee)ene des Schiffes liegen. In Bild 4 sind dic veIschiedencn Anordnungen von TeiIrumen zusammen-gestellt. wie sie von den Programmen_{als Leckr4ume} be-arbeitet verden können. Jeder Fall _{\Vird dem Programm} durch em verschlüsseltes Kennwort mitgeteilt. Aus Bild 4 geht auch der Unterschied zwischen _{den Programmen L I} und L II hervor: L I seht hei _{Querneigungen des Schiffe} nur eine konstante Flutharkeji vor. L II berLicksichtjgt die TdtsaChe. daß hei Neigungen _{eventuell der darüber oder} darunter liegende Leckraum teilweise eintauchen kann. Die dadurch entstehenden _{Keilstticke werden mit der} je-weiligen Fluthark-eit z _{und z, berücksichtigt. Das} Pro-gramm L II rechnet allerdings wesentlich _{langsamer als}

L T.

-,, / _-r

/.'/

\_

1aIi _{I.CCkherejcli}

Dic Kennzeichnung jedes _{einzelnen Lech-Falls geschieht} i-nit einer ..Parameter1çirÍe _{Sie enthält außer der durch}

RdurnflhjiflIflcrn _{festgelegten Leckrauiloii-binition noch}

Angaben ibr die Ausgangsschvimmlag _{(Tielgang hinten,} Tiefgang vorn), äußere krängende _{Momente (Winddruck,} Personenrnonent usw.) Lind _{Zwischenzusthnde dei} thei--liutung (Abstand zwischen Innen- und Außenwasser_ spiegel). Bild 5 gibt einen Eindruck von den Möglichkeiten, die durch Kombination _{mehrerer Teillecki'a urne für die} Programme gegeben sind.

Der Ablauf der _{echnung. wie er in der Maschine vor} sieh geht, sei in groben Zügen skizziert:

I. _{Berechnung der geometrischen}

GrölTen des

LinbeschLi-digten Schiíìskòr'pei-s für die _{Ausgangsschirnnilage} Stanzen einer Karte entsprechend der 1. Ergebnis-kai'tc des Kurvenblattprograi'nms _{TK (s. oben).}

,'. Svniinctrjsie Lekr:jij nn i.:, _{c.IincL i, i} i,:s rcci11L , ir I-nit ','., u.

I'

IC -: 6 - c\N

ti. Unsvinn'-j IIc I.I'cI-çr,ÌIIlT1' Ea schuct L i

/

J

'J iIi 7 e'.: : ' Fall il

Bild 4 _{Mogliche Raurnanordnujigen und Lagen derEnclwasser} linie bei Leckrethnuii5en mi den_{Programmen L J und L II}

HArSÀ - Schiltah't - Sehiftbau- 1-lafen 98.Jahi-gang - 1961 Nr. IO w

Es rcciinc

Abzug _{der geornetrjc}1n Größen}

des Leckbej'eicjic vun denen des Schjffs nach der Vorstellung daß der()fl

Leckwaser eirgenommene Raum zum Auftrieb des Schjff _{kn@n Beitrag mehr leistet. Stanzen einer} Kìrle mit den gleichen Kurvenb!atterten fu r den Restschiffskcirper ehenfa]1 für die _Ausgangs

SCllwimmlage.

Aus der Differenz der geometrischen Größen nach I

und 2. wird naherungsejse

_{Eintauchung und}

Ver-lrimmun _{bestimmt. Mit der entstehenden neuen} Schwimmiage wird _{eine neue Rechnung nach}

1.. 2. und 3 _{durchgefuhr Diese Iterationsrechnung}

1Í3t djs Schiff sozusagen n die Endschwimmlage einpen-dein.

3Lh jedem _{Iteratlonsschritt wird geprüft.}

oh Ver-clrangun _{und Langenrnoni}

der Verdrhngung der AusgangsJag _{erreicht sind. ist dies genügend}

genau der Fall, so wird

nuch _{einer nochmaligen}

eine letzte Ergebniskì

gestanzt.. de folgenden In-halt hat

Endschwimmlage: Tiefg;.ìng_{hinten. Tiefgang vorn.} ivic-veriust L\MG für Flichenf!utbirkejt zj MG-Veilust ¿\MG für Flächenflutharkeit z' IOU, Lcckriurnnuminern der am Leckfall beteiligten Ein-zeiraune und, falls _{unsymmetrische Flutungen oder} auüere Momente_Vorliegen:

Erforclrlicles MG des unbeschjdirten Schiffes .1, Asgo SÇ ffui Endncigung tMG, fui' Endneigung _MG,, furEndnejgung..

_MG,

K hinteres Schott

Burl T I'rgcI)1iiss _{einer l.cckrcch:iiiiog mit}

progranlzfl L 11

r)') _{q- und sind drei be1iebi}

zu \\hlencic ('ici-gungswinkel z. E.

_{- 4. 'L' = 7'.}

cç-; 12"

De zuletzt genannten drei Werte MG _{bedeutun ¿ilso:} ist die metazentrioche Höhe des Schiffes \-'or der VerIct-¿ong gerade so groll. wie z. B. der deich die_Maschine er-rechnete Wert MG, _{so wird sich nach der}

betreffenden Überflutung gerade der _{Winkel c einsteIIei, Kennen \\'ir} aber sojche erfordei']ithen _{MG-Werte fi.ir drei Winkel}

i .s b

können

andere Wertepaare MG

--f(c1) durch Interpolation _{gewonne13 werden} Es wurde die

Berechnung eines Leclçfalls nach Bild o vorgefùhr

_{und zwar für die Ausgangsuefg0 T1}

-5,50 m und T = 6.50 m. Das Auflist.en der _Ergebnjss die-ser Leckrechnungen ergab einen Schrieb nach Bild 7 Die Bezeichnungen darin sind nachträglich hinzugeftigt _Diec Rechnung wurde mit dem _{Progr1im1 L II durchgefLihr,} Sie dauerte insgesamt

14 Minuten. Mii, dem PI'ogran1ill L I hätte die _{CfltSI)recl3ende Rechnung 9'L}

Minuten gedauei

,, ' .35_oo9, , '22OOm

Bild 6 Jij den _{'urIl,hrl1leii CCF1'ChI)CI:r Lcckf,jii}

K

vorderes Schott

luid

h.èilli'/e)C!lnuflg eine9''t'eilIeckrauni6s l)j thOrn

Prograniju i.ii

)-iArcsA -_{Sçhffl;ìhj't Schulbau -Rifen}

-98.Jahi'oa11g _{195) - Nr.10} 2 009, 965 i. (5.50 5,50 5,50 5,50

2('

5.i9 6,55 5, 9 'dSth,,.,,tcQe. 655n SlIm 2. 8 3 7 3.7 9 78 5 5,4 9 9 0 3 2.7 7 8 40 8,98 o, 08 fr1 ri 1. 25 4 o. i 2 7 2 5 7.7 o - 5 0 5 6,1 9 M 1 26 8 9,54 - 0, 1 0 m - 100) t, ('"3 2 4 1 0 5. 5 3 2 2 1 5 1,99 2 7 9 5 5,90 2 5 3 8 155 :,8e,

'FjJ

1686,j 1534,45 i34.82 1582,13 MOI,O9,n 161,/7 4482,4'/ -2583,53. 1752.47 M1. o,s o , 133068955 159395080 145814230 -'Ro Cr,; o O i O O 1, 05 J Lm] 3 5 5 2 1,9 3 3 2 1 9.6 2 3 5 4 4 0.7 3 .1 3 2 8 0,8 ,,6,50 6.50 (775 - 7,75 3(7.71 7.7i 7,70m 6.50 6.50 6,13 6,1.3 6,15 6,15 6,14m 10091,35 92o,6d 1 0931.1 2 o C 1 1 4,4 9 1 0 9 1 1,6 0 o O I 0 2,1 8 0.1 9 1 1 6 6 6,6 9 :i O 7 2 0,9 4 1 2887,68M i o o 6 3,4 3 - t i e 7 s, 4 0 8 1 1 1 6 9.9 3 O,22m (F- «DO') 3 4 4 1 6,1 0 3 1 5 4 7.56 I O 2 3 0.9 3 6 3 5 0,3 5 4 0 O 8 2.s o : ' s .s o MC1, _{,o o'n} 1 7 5 0.5 8 1 5 9 /,6 2 1 605,6S 1 5 9 5.1 1 18O.j5 1 5 9 :o, a o Rú. i, i -L 9 / 9.0 0 2 3 / 5,6 7 5 2 1 1.6 8 -7 -7 6. -7 0 -. 5 i o 7,5 5 8 8 0. 3 5 u- 0,1 S 6 2 8 6 2 1,0 9 1 1., 0 2 5 1 2.3 5 1 7 9 0 9 9 3, 1 6 1 3 5 7.90 1 7 8 7 2 6 9.7 9 i 5 5 1 o 3 5.j 9 '4-0um Nr : 102040556 I 5 9 6 3. 3 3 3 78 3.1 5 3 5 3 1 2,1 4 3 2 9 2 7, 9 3 8 2 7 0,9 5 2 2 8 8 7,5 3 '55 ,. lO.O99 9 85 9 '85 _SOOn,

Diese Ait der Berechnung reicht zwar für ein Erfassen cIei meisten vorkommenden Leckf!1e aus. Die Ergebnisse fur unsYmmetrische Flutungen sind jedoch aus der ungekrängten EndJage des verletzten Schiffes abgeleitet. also nicht exakt ermitte]t. Es besteht aber in _einigen Fäl-len der Wunsch bzw. die Notwendigkeit. für das verletzte und vertrimmt eingetauchte Schiff auf exakte Weise die Verhdltnisse bei Querneigungen zu erfassen. Dafür bend-tigt man die Hebel des aufrichtenden Momentes für das he-schádigte Schiff in der Endschwimmlage. Diese Aufgabe löst ein anderes Programm (Programmübersicht: _{LH). Es} wurde von Herrn cand. arch. nay. Heinrich Söding entwik-kelt, der dartiberbej der Vorführung am 5. 4. berichtete.

Bei dem Programm LH kann sich ein Leckhereich eben-fal]s aus bis zu zehn Teilräumen _{zusammensetzen Diese} Teih-üun-ie kennen praktisch jede beliebige Gestalt anneh-iyien. Die seitlichen Begrenzungswände müssen zwar ehen scm, können aher beliebig schief im Raum stehen. Das geht ¿lus Bild 8 hervor, das die zur Kennzeichnung eines Tat]-riiums benötigten Maße enthält. Das Programm ist so ein-gerichtet, daß es jeweils nur den Teil des so vermaßten Leckraurns erfaßt, der innerhaih des Schiffskörpers _liegt. Ntch diesem Prinzip würde z. B. die Überflutung eines Ladeaurns in einem Massengutschiff etwa nach Bild 9

loRi 9 Beispiel cines nit dem Prograiiirn 1.11 erfaliharen

Leckfa lles

dui'ch sieben Teilrfìume gekennzeichnet werden können. Sirnt]iche Schnitte zwischen Raumwtinden und Schiffs-obeif9iche bzw. Wasserobei'flüche berechnet das Programn selhsttütig. Es erfaßt die daraus entstehenden _echt kom-plizierten Raumteile mit hoher Genauigkeit.

Mit einer Parametei-karte wird dem Programm

mit-geteil t. l'ui _{velche Sch\virnrnlage (Tiefgang hinten,}

Tief-Lng vorn) und fur welche Krängungs\'inkel p die Rech-nung lusgefrihrt werden soll. Der Neigungswinke] kann

750 < 1z; 750 hetragen: denn es ist im Gegensatz zu

den uns ge\vohnten Stahiitütseechnungen am unbeschüdig-ten Schil'f. bei komplizierteren Leckfäilen mit uns.ymme-Irischen Überflutungen nicht mehr gleichgültig. nach \vel-cher Seile sich das Schiff neigt. Steuerbordneigungen wer-cien durch ein -F p ausgedrückt. Außerdem sind in der

H r mt]

Jo

Paramuterkarte Angaben über Zwischenzustünde der F'lu-tung (Differenz zwischen Außen- und innenvasserspiegel) und ober die Leckraumzusammensetzung (Angabe der Teil-raumnuinmern) enthalten. Schließlich können durch che Parameterkarte noch 9ußere krtingende l'clomente ein-gegeben werden.

Im Noriaifall berechnet das Programm LEI fur die an-gegebene um den Winkel p geneigte Schwimmiage die Ver-drängung und den auf den Kielpunkt bezogenen aufrich-tenden Hebel (Pantokarene wi) des lecken Schiffes. Auch hier wird nach der Anschauung wegfallender Auftrieb ge-rechnet. Dazu ergibt sich noch die Verdrt4ngung und die Pantokarene w des unbeschüdigien Schiffes in der ange-nommenen Schwimmiage.

Will man bei bekannter Höhe dea Ge\vichtsschwer;)Link-tes j:'- unmittel bar die Hebelarme h erhalten. so kann man über clic bekannte Beziehung

h = xvKG sin

den Anteil KG sin if als den Hebel eines üußeren lcrüaen-den Momentes r'' V . KG sin (f auffassen und dieses Mo-ment uher die Parametei-karte eingeben. Hat man darüber hinaus noch weitere krfingencle Einflüsse. vie Wind-moment. Pei-sonenmoment usw., dem krüngenden iVioment hinzugefügt. so erscheint als Ergebnis der Saldo einer Sta l)ilittjtshjlaflz (vergi. [5]).

Pilan wird dieses Programm zweckmüßigerweise nicht. ganz in der Weise verwenden, wie wir es von den üblichen Stabilitütsverfahren zur Bestimmung der Pantolcaienen her gewohnt sind. Bei unverletzten und unvert rtmmten Schiffen genügt es ja. Tie.fgang und Neigungswinkel in gleichmäßigen Stufen zu variieren und so cIas l'vlerkinals-feld gleichmüulig mit errechneten Punkten auszufüllen. Die vorstehende Aufzahlung der verschiedenen Einflüsse. die beim verletzien Schiff zu beachten sind. zeigt. daß es w.üil z\veckmsißiger ware, nicht aile vorkommenden Parameter schematisch zu verändern ..sondern clic Rechnung mehr ge-zielt durchzuführen, indem man für eine ganz bestimmte Schwimnilage. nsimlich die Endschwimm]age, die sich aus

einer vorausgegangenen Leckrechnung mit cIen Program-men L I oder L li für den je\veiligen Lecktall ei-geben liai. Pantokarenenpunkte für verschiedene Neigungen herech-net. Um die Verdrangung einzuhalten, kann man die Recli-nung jeweils für einige parallele Schwimmtagen ausfüh-ren. Man \vird sich auch sonst nur auf sinnvolle Fälle he-schranken, die besonders aufschlußreich oder kritisch sind. Das schließt z. B. die Berechnung von großen Neigungs-\vinlceln (p > 75°) oder von Zuständen mit völlig getauch-tern Schiff aus. Bei der Programmierung wurde ganz be-wußt auf die Erfassung solcher F911e verzichtet und dafür größeres ugenmerk auf die möglichst genaue Erfassung kOinl)liziert gestalteter Lechräume gelegt.

Dadurch. daß das Programm LEI die aus den Program-iiien L I oder L II berechnete Endschwimmlage als Aus-gangsbasis benutzt. ergünzen sich die Programme gegen-seitig. Es ergibt sich dadurch aber auch die Möglichkeit. clic Programme untereinander zu überprüfen. Bei der Vorfüh-rung am 5. 4. wurde mit dem Programm LH ebenfalls der in Bild 6 skizzierte Leckfall durchgerechnet. Die Ergebnisse sind aus dem Schrieb Bild 10 zu erkennen. Beide

Rechnun-gen - mit L II und LH - erfassen den Neigungswinkel

(r = 7°. Bei L Ii erhält man einen Wert MG. der über die Beziehung KM - MG = KG den Wert KG711 ergibt. für den

Th] TLm]

LeckrQiarn lumrnem - _{Vir,bC.d (n)}

/(*GICC') w ["J _'-' N'] 770 6,14 102030000 _{10882,267 10075.037}

_0,000-0,127.

7.70 6,14

_1020)0000

_{10895,130 10063,257} 0,878 0,730 7,70 6.1.4 _{102030000 i0941,14B 10063,568} 1,892 1,732 7,70 6,14 _{102030000 10898,849} 9967,345 3,698 3,546 7,70 6,14 102030000 _{10364,103 9449,160 5,010}

Bild IO Ergebnisse einer Leck-Pantoharenenrechnting mit Programm LH

966 _{HANSA - Schiíiahrt - Schiltbau - 1-laden- 98.Jahrgang - 1961 - Nr.10}

q 1J 0.00 7,0 0 i 5,0 0 30,0 0 4 5,0 0

der Winkel ' = 7 _{gerade eine Gleichgewichtslage düs}

Schiffes ist. Es ergab sich:

aus der Kurvenhlattrechnung TK

(T = 6.50 m) : KM = 7.07 m tILlS der Leckrechnuog L 11

(T = 6.50 m) MG7" 1.21 m

KG7° = 5.86 m

Die Rechnung cies Programms Li-f mit der

Endschwimm-age aus L II

(Ti = 7,70 m; T. 6.14 m) ergab WI,.k =

0.730 m.

Damit Wild

h = wjj - KG7 sin 7

= 0.730m - 0.714m = 0.016m 0.

Es ergibt sich also ein um 1.6 cm fehlerhafter Hebelarm,

cia _{ja eigentlich h = O werden müßte, wenn q = 70 eine}

Gleichgewichtslage des Schiffes ist. Diese kleine Abwei-chung erklart sich wohl zum Teil aus der nicht exakten Behandlung des Problems durch das Programm L II.

Gerade das Programm :cur Bestimmung von Leckhebel-armen LH macht deutlich, dall dei Elektronenrechner Auf-gaben lösen kann, die bisher atißerhalh der _praktischen Moglichkeiten lagen. Wer hat jemals eine Pantokareneri-rech.nung eines Schiffes mit 32 Konstruktionsspanten für einen komplizierten Leckfali (Bild 6) Lind eine stark ver-trimmte Schwimmlage ausgeführt? ALLÍ dem Elektronen-i echn.er daLElektronen-ierte sElektronen-ie ftElektronen-ir jeden NeElektronen-igungswElektronen-inkel etwa vElektronen-ier Minuten! Die Genauigkeit des Ergebnisses solcher Rech-nungen erreicht dabei ein für uns Schifibauer unge\vohnt hohes Mali. Gerade die Zuverlässigkeit der Ergebnisse _Ist iber im Interesse der Sicherheit unserer Schiffe unbedingt

notwendig. So kann man. wie Professor Wendel in seinen einfuhrenden Worten ausführte, den Einsatz elektronischer Maschinen im Schiffbau als einen wichtigen Schritt in der Entwicklung unseres Fachgebietes ansehen.

In der Diskussion. die sich der Vorführung im Rechen-raum des Instituts für Praktische Mathematik anchloÍj, war zunächst viel von Preisen and Kosten die Rede. Es ist bekannt, dall die Elektronenrechner nicht nur Zeit, son-dern in nicht geringem Malle auch Kosten sparen. Atiftröge von Werften können an Rechenzeniren bearbeitet \\'erdcn. Es gibt in Deutschland einige derartige Stellen.

Zur Frage, ob die Klassißkai.ioisbeho"rde die mit

Elek-tronenrechnern gewonnenen Ergebnisse anerkennt. äußerte Dipl-Ing. Seefisch: Der Germanische Lloyd be-größe diese Entwicklung sehr, müsse sich allerdings _eine Prufung der verwendeten Programme und der darin ver-\vendeten Rechenprinzipien vorbehalten. Eine ciste Uber-prüfung der hier vorgeführten Programme sci zufrieden-stellend verlaufen.

Schrifttum:

K n u p f f e r . K.: Die Durchführung von Leckrechnungi:n im Schiffsentwurf, I. Teil." Schilistechnik Bd. 8 (1961)

Heft 41, Seite 51.

A r n d t. B.'..,Schlffstheoric'_Rechntingen nit Hilfe von elektronischen Rechenanlagen», Hansa 1959. Seite 2441,

P r o h a s k a, C. W..,, Das elektronische Rechenverf:ihren

im Schiffbau". Schiff und Hafen 11)59. Seile 957.

P r o h a s k a, C. W... Ship Design by Computer". The Shipping World 1959. Seite 220.

W e n d e I_{, K,: Sicherheit gegen Kentern. Z-VDI. Bd. 100} (1958), Seite 1523.

hert in der Anordnung der Pumpe gegeben _{ist. Die} Motor-trägerplatte auf der Pumpenoberseite ist mit_{einer grollen} Montageoffnung versehen, welche einen guten Ztigang zur Pumpe gestattet. Beim Einbau der Pumpe muß nicht

un-,DoJphin"-KreiseIpumpe für den Schifisbetrieb

Speziell fur den Schil'fsbetrieb entwickelte die britische Firma I-Ja.mworthy Engineering Ltd., Poole. eineneue