Vorführung sdiiffbaulicher Berechnungen auf dem Elektronenrechner IBM 650
an der Technischen Hochschule Hannover
--
Von Dr.-Ing. K. Knüpffer, Hannover
Seit über zwei Jahren siid am Lehrstuhl für Entwerfen
von .Sthiffen und Sthiffstheone der Technischen Hothsthule
Hannover (Prof. Dr-Ing. K. Wendel) Bestrebungen im Gange,
eine elektronische Rechenanlage für sthiffbaWidiie Rethnun-gen einzusetzen. Es handelt aich dabei um einen Teil einer größeren Arbeit über de Durthführung von Leckrechnungen im Sthiffsentwurf [1], in der sidi der Verfasser die Aufgabe stellte, aus sehr vielen systematisch variirten Leckrìthnun-gen Entwurfsdiagrame iber das Le&verhalten von Sthffen für ein frühes Projektstadium aufzustellen.
Dieses Vorhaben wäre ohne den Einsatz einer elèktroni-schen Redienanlage kaum zu verwirklichen gewesen; denn
die. dafür notwendige Zahl von Leckrethnungen hätte die
MöglichkeAten des manuellen Rechnens wohl bei weitem überschritten. Es entstanden daher Programme für den dem Lehrstuhl zur Verfüg.Ling stehenden Magnettrommelredmer IBM 650, die über die eigentliche Aufgabenstellung hinaus
auth die Bearbeitung von Leckrechnungen an speziellen
Schiffen mit kompliziert gestalteten Leckräumen erlauben.
Außerdem fielen sozusagen als Ndbenprodukte einige
weitere Programme ab, so daß heute eine ganze Reihe von sthiffbaulithen Rechnungen ohne merklichen Zéitaufwand
mit dieser Maschine durchgeführt werden können. Bisher wurden Programme zur Bearbeitung folgender Aufgaben
entwithelt:
-1. Kurvenblatt für beliebig vertrimmte Schwimm-
Kurz-lagen bezeichn.
'a) Normalaissführsng TK
Ergebnisse f 'jeden Spant TK+Z1
mit gekrümmter WasserIine:
Trochoidenwelle TK+Z2
Sinuswelle ' TK+Z3
2. Leclrethnung für einfach Sestaltete Leckräume einschl. unsymmetrisdier Überflutungen
3. Leckrechnung für stark unterteilte Leckräume einschl. unsymmetrischer Überflutungen
4. Pantokiarenen für beliebig vertrinimte
'beschädigte Schiffe mit beliebig gestaltetem Leckraum
('auth für unbeschädigte Schiffe, q, < 75°)
5. Prüfprograrnzne fur ;Sthiffsaufmaße
Prüfung mut genauer Fehleranalyse Prüfung ohne Fehleranalyse
6. Umrethnungsprogranime für Schiffsaufmuße affine Verzerrung (längs, quer, hoch) Veränderung der VöIIigkeit und des
Ver-drängungssthwerpunktes der Länge nach
ib1 Einsetzen eines parallelen 'Mittelsthiffs
'bestimmter Länge mit Mitte an belie-biger Stelle in Längssthiffsrichtung b2 Beliebige Verschiobung der Lage des
Hauptspantes 'in Längsschiffsrithtung (Schwerpunktversthiebursg)
b3 Vorgabe einer gewünschten neuen VölIigkeit, Einsetzen eines ent-sprechend langen parallelen
Mittelsthijffes.
Man kann feststellen, daß der heutigen SdiifFbaupraçis die
oft phantastisch anmutenden Möglichkeiten des elektronischen
Rechnens nicht mehr fremd sind. Durch eine Reihe von
Ver-öffentlichungen [2, 3, 4], durch Angebote verschiedener
Rethenzentren und auch infolge eigener Überlegungen ver-schiedener Wenften in dieser Richtung ist überall ein 'starkes
Interesse an diesen Dingen festzustellen. 'Dies zeigte sich Sthiff und Hafen 1961, H. 5
aith auf der Sitzung des Fathausschusses ,,Schiffssicherheit der Sdiiffbautethnisthen Gesellschaft aiiläßiich der
Hethst-tagung am 16. 11. 1960 in Berlin, auf der der Einsatz
elektro-nischer Rechenanlagen im Schiffbau zur Sprache kam. Es meldete sich eine Reihe von Herren, die sich an einer
Vor-führung der d'anit gebotenen Möglichkeiten , interessiert
zeigte. Die vereinbarte Vorführung fand am 5. 4. 1961 in der Technischen Hochschule Hannover statt. Die Einiadung des
Vorsitzenden dea ,Sthiffssitherheitsaussthusses, Prof. Wendel, hatte ein über Erwarten starkes Echo gefunden. Es waren mehr als 40 Herren erschienen, 'unter ihnen maßgeblithe
Ver-treter der KIassifikationsbehörde, der Marine und der Werf-ten. Die folgenden Ausführungen geben eine Übersicht über das, was in Hannover vorgetragen und gezeigt wurde.
Im Mittelpunkt der Veranstaltung stand die ,,IBM 650", ein 'Digitalrechner mittlerer Größe Der Begriff ,,digital"*) drückt in diesem Zusammenhang aus, daß die Maschine nur
Ziffern verarbeitet. Mancher wird vielleicht fragen, was solche
-Elektronenrechner zu ihren oft erstaunlichen Leistungen
be-fähigt und nach welchen Grundprinzipien sie arbeiten? Hierzu kann man folgéndes feststellen:
Jeder einzelne Retherrsthritt der Maschine löst selbsttätig den nächstfolgenden aus', ist also ein Glied einer ohne
Unterbrechung durchlaufenen Kette von elementaren
Rechenoperationen. Der Ablauf dieser Folge wird durch das sogenannte Programm gesteuert.
Im Rechenablauf sind Verzweigungen möglich. Das
ge-'
sdiieht 'durch einfache Alternativfragen, die 'die Maschine
mit ja" oder ,,nein"beantworten kann. Zum Beispiel 'ist eine Zahl 'von Null verschieden oder ist sie gleich Null? ist eine Zahl positiv oder negativ? und so weiter. Bei ja" läuft die weitere Rechnung in der einen Richtung, bei
nein" in einer anderen Richtung weiter. Diese logischen"
Entscheidungen der Maschine mit der daraus erwathsenden
'
Fülle von Möglichkeiten mögen wohl die etwas
sthmeichel-hafte Bezeichnung ,,Elektronengehim" für solche
Maschi-neñ aufgebracht 'haben.
'Der Rech'enablauf wird mit unvorstellbarer hoher Ge-sthwindigkeit durchlaufen. Zum Beispiel kann 'die IBM 650 in einer Sekunde bis zu 1300 zehnstellige Additionen aus-führen. Bei moderneren An1agei wird noch eine 'bis zu
tausendmal höhere Rethengeschwindi'gkeit erreicht. Damit ist für digitale Elektronenrechner bereits das
Wesentliche genannt. Speziell für Maschinen der
Größen-ordnung der IBM 650 wäre n'odi die Speicherfähigkeit zu erwähnen. Diese Maschine enthält auf einer rotierenden Trommel 2000 Speicher, die jeweils eine zehustellige Zahl ein Wort" .- aufnehmen können. Auf diese Trommel wird
das ganze Programm einschließlich 'aller zu verarbeitenden' Ziffern ,,gel'aden" und darauf durch d'en Befehi zur ersten Rethenoperation ,,gestartet", worauf alles weitere ohne Ein-griffe von außen abläuft, bis das Programm selbst 'das Ende der Rechnung angibt. Diese Art von Maschinen nennt man
speitherprc>grammierte Maschinen.
Soll sq eine Rechenanlage eine schifibauliche Rechnung ausführen - z. B. Kurvenblattreehnung, Ledcrechn'ung, Pan-tokarenenrechnüng usw. -, so muß die Gestalt 'des Schiffs-' körpers genügend genaubeschriebon sein. Dia die Maschine digital arbeitet, 'kann sie die Schiffslinien nicht unmittelbar verarbeiten. Man muß ihr in geeigneter Weise Au.fmaße der
Schiffsoberfläche zuführen. Das Aufuinessen der Schiffslinien
und das Ablochen in Lochkarten stellt die einzig
übrigblei-) thgt (engi.übrigblei-), d5e Fiagerbrei'le, d'le Zifl'eT,
421
LI
LII
LHPI
PII
UI
Uil
bende manuelle Vorarbeit für die Berechnungen dar. Sie bildet aber auch lie einzige Fh1erque11e; denn beim ma-sthinellen Rethenvorgang ist durch Welfathe interne Kon-trollen ein Fehler üblicher Art nitht nög1ith, sofern das ver-wendete Programm einwandfrei ist. Es stellt ith die Frage:
Wie können wir garantieren, daß in den Lothkarten, die die
Sthiffsaufmaße enthalten, keine Fehler stecken? Beim Messen,
Sthreitben und Lothen zeigt es sith immer wieder, daß sich
Fehler nicht vermeiden lassen, besonders, wenn man für
diese an sich einfachen Arbeiten Hilfskräfte einsetzt. Das ist a'ber bei so wertvollen Maschinen, bei denen jede
Redrenminute einige Mark kostet, ein ernstes Problem! Stoppt die Maschine wegen eines Aufmaßfehiers, so gehen wertvolle Minuten mit der Korrektur des Fehlers verloren. Noch unangenehmer ist es, wenn die Maschine mit
fehler-heften Aufmaßen, zu Ende rechnet; dann war die ganze Rechenzeit umsonst und übeiiclies wird hierdurch ein Haupt-argument erschüttert, das für den Einsatz elektronischer
Rechenanlagen spricht, nämlich die hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse. Erst wenn es gelingt, Fehler
in den Eingabedaten völlig auszuschließen, kann man die Möglichkeiten des Elektronenrechners als ausgenutzt ansehen.
Das gab VeÑnlassung zur Aufstellung besonderer
Féhier-suchprogramme (Prograimmübersicht: P I, P II),
die die
Maschine selibst veranlassen, alle in Karten gelochte
Schiffs-aufm'aße auf 'Feh'ler zu überprüfen. Mit ihrer Hilfe kann man,
bevor die eigentliche sthiffbaulithe Rechnung beginnt, alle
für die Berechnung nötigen Daten in einen einwandfreien Zustand 'bringen.
Wie aibeitet so ein Fehlersuchprograrnrn2 Es nutzt die Tatsache aus, daß in den sthiffbaulithen Programmen für
alle Integrationen die Simpsonsthe Regel angewendet wird, die eine 'Einteilung der Aiifmaße in Doppeistreifen mit
je-weils gleichmäßiger Sthrittweite voraussetst. Eine tYber-prüfung dieser Bedingung ist maschinell leicht möglich. Damit wird 'bereits eine Reihe von Einteilungsfehlern erfaßt. Das Programm P list außerdem so éingerichtet, daß es nach-einander versucht, jeweils fünf benachbarte Aufmaßpunkte innerhalb eines Spantquerschnittes zum Straken zu bringen, wobei sich die betrachteten Kurvenstücke 'gegenseitig über-lappen. Strakt es nicht gut genug, so steckt da entweder ein Aufmaßfehler oder die Schrittweite eines Dopplstreifens ist 'u groß, urn 'den Kurvenzug 'ausreichend genau wiederzu-geben. Ein zuverlässiges Kriterium über Straken bzw.
Nicht-strake.n liefert die Praktische Mathematik. Man ersetzt ja bei der Simpsonintegration den tatsächlichen Kurvenzug durch ein Polynom dritten Grades. Den Fehler, der
hier-durch entsteht, nennt man ,,Ersatzfehler" (Fe). Er läßt sich numerisch berechnen. Wird der Ersatzfehier größer als der unvermeidliche Fehler durch begrenzte Zeichen- und
Ab-lesegen'auigkeit unid durch Rundung - man nennt ihn
,,Funktionsfel'sler" (Ff) -, so sollte man die Aufm'aße dichter zusammerisdileben, wodurch der Ersatzfehler sèhr stark ab-nimmt, da er proportional der 5.-Potenz 'der 'Sthrttw'eite ist. Näheres 'hierüber ist der Arbeit [1] zu enthehm.en.
Das Programm berechnet für jeden Kurvensug stückweise
die beiden 'Fehler Fe uñ'd F un'd stellt fest ob_2.> 1, dann
ist die Teilung zu weit 'bzw. daIs schlechte Straken weist auf einen Aufmaßfehler hin, oder ob - < 1, dann ist die Tei-iung unnötig eng gewählt und mar 'könnte Aufmaßpunkte einsparen.
ist eines der Kriterien erfililt, die auf Fehler hindeuteh, so stanzt 'die Maschine eine Fehlerkarte, die den Ort, die
Art und die Größe des Fehlers und eventuell noch Empfeh-., lungen über eine zweckmäßigere Teilung an der betreffen-'den Stelle enthält. Es wird nämlich noch diejenige Schritt-weite 'berechnet, für die gerade - = i wird, also 'die für 'das Kurvenstück zu empfehlen wäre. Außerdem wird fü
jede Spantiläche der mittlere Flächenfehler in [m2] Luid
ZU-letzt, nachdem alle Aufmaße abgetastet sind, noch der mitt-lere Cesaxntfehler der Verdrängung Fv[m3] in einer Karte ausgestanzt. Der ganze Vorgang dauert je nach Anzahl der
Aufmaße 41/2 'bis 8 Minuten.
Durch weitere Fehlerbetìaditungen läßt sich zeigen (vergi. [i]), daß eine solche Fehleranailyse alle Fehler in deñ Auf-maßordinaten anzeigt, die größer sind ais etwa 7 mm in der Zeichnung. In sehr vielen Fällen ist jedoch mit einer Anzeige bei noch wesentlich kleineren Fehlern bis herunter zu etwa
3 nun zu rechnen. Es ist einzusehen, 'daß noch kleinere Fehler in 'den Auhn'aßen auf das Ergebnis geometrischer
Berechnungen ein ganzen Schiffakörper keinen merklichen Einfluß haben werden.
Alb. i zeigt den Spantenriß des "bei den Vorführungen
verwendeten Schiffes mit del gewählten Ordinatenteilung,. bei der sich cile Sthrittweite eines jeden Doppelstreifens der jeweiligen Gestalt des Spanturnrisses anpaßt. Diese Teilung
75
Fehlerana(yse (PI): mittlerer Verdrängungs-fehler = t7,36m3
(M 1:100)
Abb. 1: Au/maße eines Frachtschiffes
kann für den im Maßstab 1:100 vorliegenden Spanten±iß als
ausreichend eng angesehen werden; denn es ist durchweg <1. Der bei der Fehleranalyse errechnete mittlere
Verdrängun'gsfehler Fv 7,36 rn1 macht etwa 0,04 O/ der Gesamtverdrängung aus. Dieser Wert läßt sich durch Ver-größerung des Zeichnungsrnaßstabes noch verringern, setzt allerdings eine sehr genaue Zeichnung in'd eine sorgfältAe
Ablesung auf etwa 0,1 sum in der Zeichnung voraus. Den Arbeitsaufwand zur Herstellung eines fertigen
A'ufmaß-'kartensatzes aus dem Lini'enriß eines Schiffes kann man
etwa mit einem Tag für zwei Mann ansetzen.
Die Schiffsaufrnaßkarten köniien von der 'Maschine nicht nur überprüft, sondern auch nadi 'den verschiedensten
Ge-sichtspunkten umgerechnet wer'den (Prograniñiübersicht: U I,
U II), wodurch sich die Aufmaße für nene Sdiiffskörper her-steHen lassen, die. sich in ihren Hauptzbmessuingen, ihrer Völligkeit 'uncd ihrem Schwerpunkt der Länge nach vorn ur-sprünglichen Schiff unterscheiden. 'Mit den selbständig ge-stanzten neuen Aufmaßkarten können sofort alle
schiffbau-lidien Rechnungen der Prograxnmübersicht ausgeführt
werden. Auf diese Weise ist es möglich, 'ausgehend von einigen Stan'clardschiffstyperi, von 'denen Aufmaß,karten
vor-liegen, 'in wenigen Minuten Schiffskörper beliebiger Haupt-¿aten für schnelle Berechnungen zu erhalten, was besonders für Projektatheiten von großem Nu.tzen sein dürfte.
5-r t. rtir.t rit
j'
WO W Wr,.;G W £ W 5L W 1611 WO 711 W 8
IlOOlilool lliiIllllllliill001llllifl000 11000000, IHII000 ilil000ìciiiiiii000
N 11111111111 ill Il Ii 1111111 liti 1111,11 thu Il lib.. iii 11111 I I
122227t2202tt?21 222222222t2200?2200 0002200 022i121120222122212?202222tO 'i?7''itiZ
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05886930398833313333fl3311330i33l3333331313033300023)3Ij3
Tk1Itt
i
i-ii
446 441664 ttti i-i i Magettrornmel-Rechner 4
Type 650
505i5l55ii551996555l5t5555i55ill55lti555,50l95i3ç9,,5,
Es rethnet'L I
Abb. 2: Ergebniskarten einer Kurcenblattrethnung mit dem Programm TK für WL 6,50 m
1-.
Il
-Ji
Abb. 3: Kennzeichnung. eines Teilleukraumes bei den Programmen L I und L II
Das in der Prograxninübersitht mit TK bezeichnete Pro-gramm zur Berechnung von Kurvenblättern für beliebig
ver-trinrnit.e Schiffé ist em Teil des Ledorethnungsprogramrns L I.
In seiner Normal-ausführung weiden mit dean Programm TK
fo'gende Anahen für jede Wassedinie in
ewei1s zwei Ergebniskarten gestanzt:1. Karte:
Tiefgang hinten, Tiefgang vorn [m]
Verdrängung auf Spanten [ms]
Längenznoment der Verdrängung,
bezogen auf Hauptspant
A. Symmetrische
33196565Leckräume
Es rethnet L II mit und x 5'y
Höhenmoment der Verdrängung
- bezogen auf Kielpunkt -
-WasserIinienfläthé
-Wasseritinienmoment -bezogen auf Hauptspant
Längenträheitsmoñient der 'NL
-bezogen auf Hoaüptspant
Breitenträgheitsmoment,der WL 2. Kalte:
Tiefgang hinten, Tiefgang vorn
-Ver&ängungsschiwerunkt
'der Länge nach von Hauptspant
-Verdrängun-gssthweipunkt der Höhe nach KF)
B. -Unsymmetrische
Leckr-äume--. Es rechnet LII
Es rechnet L I
rmtx0und,4
-.
-Links und oben:
Abb. 4: Mögliche Raumanordnungen und Lagetz der End-wasseìlinie bei Ledcredznún gen mit den :Programmen L I
-
undLil
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M6ttt] M[,r] JLW[t8] J8'n6 Wri I Wort 2 Wort 3 WOrt £ .- Wort 5 rJ Wort 6ti
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Thtml T)
4. Ausgcngsschwin,mIe '1 (550 5,50 5,50 5,50 2(6,55 5.19 6,55 5,19 r,d sthwmmlage: 655m 515m V (m'] 8 37 5.7 9 78 5 5,4 9 9 0 3 2.7 7 8 40 8,98 Aii- 0,08,', (jer. IC') MLt'n"J 1 25 4 1,11. 2 7 2 5 7.7 0 - 5056.1 9H 1 2689,54 0,1 1m-(at. ioo') 1 1666,69 3-07 20.9 4 - 1 2887,68 M 1 0 3 6 3,4 3 -1 187 1,4 0M 1. 11 6 9.8 3 [,n) 24105.53 2 2151,99 2 79 5 5.9 0 2 5384.65 188m 3 4 4 1 6.1 0 3 1 547,66 4 0 2 3 0,5 9 3 6 3 5 0,3 5 4 0 0 8 2,8 0 3 6 253.51Abb. 5 gibt einen Eindruck von sien Möglichkeiten, die -durch
Kombination mehrerer Teilledcräume für die Programme gegeben sind.
Der Ablauf der Rechnung, wie er iii der Maschine vor sich geht, sei in gròben Zügen skizziert:
Berechnung 'der geometrischen Größen des unbeschädigten
Sdiiffskörpers für die Ausgangssthwimmiage. Stanzen einer
Karte entsprechend der 1. Ergebniskarte des
Kurvenblatt-programms TK (s. oben).
Abzug der geometrischen Größen des Leckbereiches von
denen des Schiffes -nach der Vorstellung, daß der vom
Leek-wasser eingenommene Raum zum Auftrieb des Schiffes keinen Beitrag mehr leistet. Stanzen einer Karte mit- den
gleichen Kurvenblattwerten für den Reststhiiffskörper
eben-falls für die Ausgangsschwimmlage.
-Aus -der Differenz der -geometrischen Größen nach 1. und 2. wird näherungsweise Eintauchung und Vertrimmung bestimmt. Mit -der entstehenden neuen Schwimmlage wird eine neue Rechnung nach 1., 2. und S. durchgeführt. Diese
Iterationsredinung läßt das Schiff sozusagen in die End-sthwimmliage einpendeln.
Nach jedem Iterationsschritt wird geprüft, oh
Ver-drängung und Längenmoment der -:VerVer-drängung der Aus-gangsliage erreicht sind. Ist dies genügend gen-au der F-all,
sowird - - -
-LMn-0,22m MCi,,.' 2,01m
(ìFaoo
-Abb. 7: Ergebnisse einer Ledcredznung mit Programm ¡1
-
x-35.00m x-22OOm
Abb. 6: Bei den Vorführungen gerethneter Lec*f all
#vg,I ,,,/e L ['n"] J,,, (n,"] 1686,41 161,77 1456727.70 35521,93 1 534,4 6 4482,47 1331689,51 32419.82 1734.82
-2583,53.
1593980,80 36440.73 1. 582,1 3 1762.47 1468142,30 33280,84 .4-Raum ,k:102040506
M6i 1,09 mn 'ME.0,6om 1 7 50.58-197900e 1628622,09
3 6 96 3.8 3 1 597,62 2375,67 1502512,35 3 376 3.1 5 1805.65-5221.68. 1791993.64
3 8 3 1 2,1 4 1 595,1 1 776,70 1618547.90 32 927.94 1 804.1 2-5107,66. 1787 269.79
3 8 2 7 0,9 5 1 5 9 3,8 0 880,38 1613838.19 .32 887,5 3 .-'oum Nr.: 1,2 1mM.0.73m -102040506
(- x)
2. Ausganhwrimte
, 6.506,50 .6.506.50 10091,35'9420,64 6,13 10931,12 7,75 6.13 10114.493(7.71
6,15 1 0 9 1 1,6 0 .7.71 6,-15 1 0 1 0 2,1 8 r'4s.chwtmmlarde: 7,701n 6.14m 049m424
Sthiff und Hafen 1961, H. 5Einheitstrimm-Moment (v = 1) [sntlrnl
Wasserl-iniensthwerpunkt -von Hauptspant [ni]
Län-geninetazentrischer Radius (.MLF) Em]
Breitemnebazentrisdier Radius (MBF) [ni]
Das Programm TK benötigte f iir das Schaff auf Abb. 1 zur
Durchführung einer Kurveablattredinung mit zehn Wasser-linien nicht ganz sieben Minuten. Abb. 2 zeigt aLs Beispiel
die Ergebniiskarten für die Konstruktionswasserlinie T = 6,50
Meter. ¿27
Es ist leicht moglidi, durch Erweiterung des Programms noch mehr oder andere Angaben berechnen zu lassen. Einige
soldier Ergänzungen wurden vorgenommen, was aus der Programmübersidit hervorgeht. Bei den Wasserlinien mît
Wellenkon.tur (TK + Z2, Z3) wird allerdings dem dynami-schen Verhalten der Welle nicht Rechnung getragen.
Wir kommen nun zu den Pfogranimen für Ledcredin.ungen.
Ledcrethnungen sollen Aufschluß über das Verhalten eines
Schiffes in 'beschädigtem Zustand geben. Gegeben ist hierbei
der überflutete Bereich des Sthiffskörpers. Er ist abhängig vom angenommenen Ausmaß der Beschädigung. Gefragt ist nach der Änderung der Schwimmiage und nach den Stabili-tätsverhältnissen während und. nach der Überflutung.
Um die gañze Vielfalt der möglichen Überflutungen samt der inneren Aufgli-ederu-ng der Leckräume richtig erfassen zu können, wird der Schiffskörper in einzalne Teilräume mit
konstant angenomméner Flutbarkeit x aufgegliedert. Von
jedem Teilrauni wird eine Leckraunikarte hergestellt, in d-i-e alle aus Abb. S ersichtlichen Bestimncungsgrößen eingelocht
werden. Die Leckraumkarten erhalten jeweils eine
Leek-raumnuxrner und werden auf der -Magnettrommel geladen wie die Sdiiffsaufrnaße und stehen wie diese für cile Rech-nung jederzeit zur Verfügung. Bei der Durchführung einer
Ledcrechn-ung können durch Aufruf so1dier
Leckraum-nummern bis zu zehn Teilrä,nne einem Leckbereich zu-sammengefaßt 'werden. Die Lage der Teilräume zueinander ist dabei beliebig.
Die Teilrä-ume können symmetrisch und uñsymmetrisch zur
Symmetrieebene des Schiffes liegen. In Abb. 4 sind die ver-sdiiedenen Anordnungen von Teilräumen zusammengestellt,
wie sie von den Programmen als Leekräume bearbeitet werden können. Jeder Fall wird dem Programm durch ein
verschlüsseltes Kennwort mitgeteilt. Aus Abb. 4 -geht euch der Unterschied zwischen den Programmen L I und L II
her-vor: L I sieht' bei Querneigungen des Schiffes nur eine
konstante Flutbarkeit vor. L II berücksichtigt die Tatsache,
daß hei Neigungen eventuell der darüber oder darunter
liegende Ledcraum teilweise eintauchen kann. Die dadurch
entstehenden Keilstücke werden mit der jeweiligen
Flut-barkeit x,, und berücksichtigt. Das Programm L II rechnet
allerdings wesentlich langsamer als L I.
- Die Kennzeichnung jedes einzelnen Leckfalles geschieht
mit einer Parameterkarte". -Sie enthält außer der durch
Raumnummern festgelegten Ledcraumkombination noch
Angaben über d-je Ausgan-gssthwimmlage (Tiefgang hinten, Tiefgang vorn), äußere krängende Momente (Wmnddruck, Personenmoment usw.) und Zwischenzustände - der Über-flu-tung (Abstand zwischen Innen- und Aufenwasserspiegel).
-
I-/1/I,"
.iIt'-" U?
Erforderliches MG des unbeschädigten Schiffes K hintereh SchottAbb. 8: Kennzeidznung eines 5. nach einer nochmaligen Schwimmiagenkorrektür eine letzte Ergeibniskarte gestanzt, die folgenden Inhalt hat:
Endschwiinm1age:Tiefgan hintei, Tiefgaiíg vorn,
MG-Verlust MG ür FlächenfiutJbárkeit XF XV,
MG-Verlust MiG für Flächenflutbarkeit xp = 100,
Ledcraumnuinrnern der am Leckfall beteiligten Einzel-r;iume und, falls unsymmetrisch&' Flutungen oder äußere
Momente vorliegen:
-für Endneigung q'1 r
für Endneig.ung q'2 : MG,.
für Endneigung q r MG
q'1, q'2- und q'3 sind drei beliebig zu wählende Neigungs-winkel, z B. q'1 = 40, q'2 = 70, q'3 12°.
Die zuletzt genannten drei Werte bedeuten also: ist
die metazentrische Höhe des Schiffes vor der Verletzüïíg
gerade so. groß, wie z. B. der durch die Maschine errechnete Wert MCV, , so wird sich nach der betreffenden
Über-flutung gerade der Winkel q'1 einstellen. Kennen wir aber
solche erforderlichen M-G-Werte für drei Winkel q', so können
dazwisthenliegende 'andere Wertepaare MG, = f (q') durch Interpolation gewonnen werden.
Es wurde -die Berechnung eines Ledcfalles nath Abb. 6
vorgeführt, 'und zwar für die Ausganigstiefgänge T1 5,50 m und T2 6,50 m. Das Auflisten der Ergebnisse dieser Ledc-rechnungén -ergab einen Schrieb nach Abb. 7. 'Die Bezeich-nungen darin sind - nachträglich hizugefü'gt 'Diese Rech flung wurde knit dein Programm -L II durchgeführt. Sie dauerte insgesamt 14 Minuten. Mit dem Programm L T -hätte
die entsprechende Rechnung 9'/s Minuten gedauert. -
-Diese Art der Berechnung reicht zwar für ein Erfassen der meisten vorkommenden Leddälle -aus. -Die Ergebnisse MGr
für unsymmetrische F-lutungen sind jedoch aus der
tnge-krängten Endilage des verletzten Schiffes abgeleitet, also nicht exakt ermittelt. Es 'besteht -aber - in einigen Fällen der Wunsch bzw. die Notwendigkeit, für -das verletzte und
ver-trimmt ein-getauchte Schiff auf exakte Weise die Verhältnisse bei Querneigungen zu erfassen Dafür 'benötigt man die Hebel 'des aufrichtenden Momentes für das beschädigte
Schiff in der Endschwimmlage. Diese Aufgabe -löst ein an-deres Program-rn (Prpgramm'übersidit: LH). Es wurde vòn cand. arch nay Heinnth Socling entwickelt der daruber bei
der Vorführung -am S. Apri-I berichtete.
-Bei 'dem Progràmm LH kann sich ein Ledcbereich
eben-falls aus bis zu zehn Teilräumen zusammensetzen. Diese Sthiff und Hufen 1961, H 5
K vorderes Schott Teilledcraumes bel dein Programm LH
Teilräume -können pniktisch -jede beliebige Gestalt annehmen.
Die seitlichen Begrenzungswände müssen zwar -ben sein, können aber beliebig schief, im Raum stehen. Das 'geht aus
Abb.. 8 hervor, d-as- die zur - Kenzeidmu-ng eines Tèilraumes
- benötigten Maße enthält. Das Programm ist so eingerichtet,
daß es jeweils nur den Teil des so vermaßten Leckraums
erfaßt, der innerhalb -des Schiffskörpers -liegt. Nach diesem Prinzip würde z. B. -die U'berflutung eines - Laderaums in einem Massengutschiff etwa nach Abb. 9 durch, sieben Tèil-räume -gekennzeichnet werden können. Sämtliche Schnitte
zwischen Raumwä-rsden .u,nd Schiffsoberfläche bzw.
Wasser-oberfläche beredmet das -Programm selbsttätig. Es erfaßt die daraus entstehenden recht komplizierten Raumteilemithoher
Genauigkeit.
Mit einer Parameterkarte vird dem Programm mitgeteilt, für welche Schwhnmlage (Tiefgang hinten, Tiefgang vorn) und---für welche -Krängungswinkel q' die Rechnung
ausge-führt werden søil. Per Neigungswinkel kann - 75° q' Ç
+ 75° betragen; denn es ist im- Gegensatz zu den u-ns
ge-wohnten Stabiliitätsrethnuisgen am. Schiff, bei
komplizierteren Le&fällen -mit unsymmetrischen
Über--Abb. 9:. Mögliche Anordnung der Teilräume für da- Programm
- LH -
Mr(mt]
10
Abb. 10:, Ergebnisse einer Lec*-Pantokarenenrethnung mit Programm LH
flutungen nidit mehr gleithgültig, nadi weither Seite sidi das thiff neigt. Steuerbordneigungen werden durdi ein
+ q ausgedrückt. Außerdem sind in der Parameterkarte Angaben über Zwisthenzustände der Flu.tung (Differenz zwisthen Außen- und Innen'waserspiegei) und überS die
Ledciaumzusammensetzung (Angabe der Teiirauinnuminern) enthalten. Sthuießlith können durth die Parameterkarte nodi äußere krängende 'Momente eingegeben werden.
Im Normalfall beredinet das Programm LH für die
an-gegebene bm den Winkel92geneigte Sthwinniage die Ver-drängung. lind den auf den Kiëlpunlct bezogenen
aufriditen-den Hebel (antokarene Wieck) des lecken Sthi.ffes. Auth hier wird nath der Ansthauuxig wegfallender Auftrieb ge-redinet. Dazu ergibt sith nodi die Verdrängung und die Pantokarene w des urabesthädigten Sthiffes in der ange-nommenen Sthwimmlage.
Will man bei 'bekannter Höhe des Gewithtssthwerpunktes
KG unmittelbar die Hebelamie h erhalten, so kann man
über die bekannte Beziehung
hwisinq
den Anteil KG sin ç als den Hebel eines äußeren krängen-den Momentes y V . KG. sin auffassen und dieses.
Mo-ment ither die Parameterkarte eingeben. Hat man darüber
hinaus nodi weitere krängende Einflüsse, wie Windmoment,
Personenrnoment usw., dem krängenden Moment
hinzu-gefügt, so erstheint als Ergebnis der Saldo einer
Stabilitäts-bilanz (vergl. [5)).
-Man wird dieses Programm zweckniäßigerweise nitht ganz
in der Weise verwenden, wie wir es von den üblichen
&abllitä.tsverfahren zur 'Bestimmung der Pantokarenen her gewohnt sind. Bei unverletzten und unvertthninten Schiffen genügt es ja, Tiefgang und Neigungswinkel in gleichmäßigen
Stufen zu variieren und so das Merkmalsfeld gleichmäßig
mi errechneten Punkten auszufüllen. Die vorstehende
Auf-zählung der verschiedenen Einflüsse, die beim verletzten
Schiff zu 'beachten sind, zeigt, daß es wohl zweckmäßiger wäre, nicht alle vorkommenden Parameter schematisch zu
verändern, sondern die Rdmung mehr gezielt
durchzu-führen, indem man für eine ganz bestimmte Sdlwimmlage,
nämlich die Endsthwimmlage, die sich aus einer voraus-gegangenen Leckredusung mit den Programmen L I oder
L II für den jewèthgen Ledcfall ergeben hat, Pantokarenen-punkte für versthïedene Neigungen berechnet. Um die Ver-drängung einzuhalten, kann roan 'die Rechnung jeweils für
einige parallele Schwiminlagen ausführen. Man wird sith
auch sonst nur auf sinnvolleFälle beschränken, die besondèrs s aufschlußreich oder kritisch sind. Das schließt z. B. die Berechnung von großen Neigungswinkeln (q > 75°) oder von Zuständen mit völlig getauchtem Schiff aus. Bei der Programmierung wurde ganz bewußt auf die Erfassung
soldier Fälle verzichtet und dafür größeres Augenmerk auf die möglichst genaue Erfassung kompliziert gestalteter Leck-räume gelegt.
Dadurch, daß das Programm LH die aus den Programmen L I oder LII 'berechnete Endsthwianmlage als Ausgangsbasis benutzt, ergänzen sich 'die Programme gegenseitig. Es ergibt
ridi dadurch aber auch die Möglichkeit, die Programme - untereinander zu überprüfen. Bei
der Vorführung am
5. April wurde mit dem Programm LH ebenfalls
der in Abb. 6 skizzierte Leckfail 'durdigerechnet. Die
Er-gebnisse sind aus dem Schrieb Abb. 10 zu erkennen. Beide
Redinungen - mit L II und LH - erfàssen den
'Neigungs-winkel q' = 7°. Bei LU erhält man einen Wert MG , dey
über die Beziehung KM - MG = KG den Wert KG7o
er-gibt, für den der Wel q = 7° gerade eine
Gleichgewichts-lage des Schiffes ist. Es ergab sich:
ans der Kurvenblattredmung TK (T = 6,50 m): KM 7,07 m
aus der 'Ledaechnung L II (T = 6,50 m): MC7o = 1,21 m
KG7o5,86m
Die Ñechnung des Programms LH mit der
Endsdiwimm-lage aus L U .(Th
7,70 ro; T = 6,14 rn) ergab wieck
= 0,730 m. Damit 'wird
h°wleck_k
sin'7° = 0,730m-0,714in "0,016m 0.Es ergibt sich 'also ein um 1,6 cmi fehlerhafter Hebelarm,
da ja eigentlich h
O werden müßte, wenn q' 7° eineGleichgewichtslage des Schiffes ist. Dies 'kleine Abweichung
erklärt sich wohl zum Teil aus der nicht exakten Bekandlung des Problems durch 'das Programm L II.
Gerade das -Programm zur Besthurnung von Ledohebel-armen LH macht 'deutlich, daß der Elektronenrechner Auf-gaben , lösen kann, 'die bisher außerhalb der praktischen Möglichkeiten lagen. Wer hat jemals eine Pantokarenen-rechnung eines Schiffes mit 82 Xonstruktionsspanten für einen komplizierten Ledefall (Abb. 6) 'und eine stark ver-trimmte Sthwimrnilage ausgeführt? Auf dem
Elektronen-redìner dauert sie für joden Neigungswinkel etwa 4 Minuten! Die Genauigkeit des Ergebnisses soldier Rechnungen erreidit dabei ein fir uns Schiffbauer ungewohut hohes Maß. Gerade die Zuverlässigkeit dèr Ergebnisse ut aber im Interesse der
Sicherheit unserer Schiffe. unbedingt notwendig. So kann man, wie es 'Professor Wendel in seinen einführenden Worten ausführte, den Einsatz elektronischer Maschinen im Schiffbau
als einen wichtigen Schritt in der Entwiddung unseres
Fach-gebietes ansehen
In der Diskussion, die sich der Vorführung im Rchenraum
des Instituts für Praktische Mathematik anschloß, war
zu-nächst viel von Preisen und Kosten die Rede. Es ist bekannt
'daß die Elektronenrechner nicht nur Zeit, sòndem in nicht
geringem 'Maße auch Kosten sparen. Aufträge von Werften
können an Redienzentren bearbeitet werden. Es 'gibt in
Deutschland einige derartige Stellen.
Zur. Frage, ob die Kìassifikationsbehörde die mit
Elektro-nenrechnern gewonnenen Ergebnisse anerkennt, äußerte Dipl-'Ing Seefisth: Der Germanische Lloyd- begrüße diese
Entwicklung sehr, müsse sich allerdings eine Prüfung der
verwendeten 'Programme und der darin verwendeten
Rechen-prinzipien vorbehalten. Eine erste 'Überprüfung der hier
vorgeführten Programme sei zufriedenstellend verlaufen.
Schrifttum:
Kniipffer, K..,, Die Durphführung von Leckrechnungen im Sdiiffse'ntwurf", I. Teil: Forsthungshefte für Sthiffs technik Bd 8(1961) Heft 41, Seite 51.
Arndt, B.: ,,Sthiffstheorie-Rec'.hnungen
mit Hilfe von
elektronischen Rechenanlagen", Hansa 1959, Seite 2441. Ñohaska, C. W.: ,,Das elektronische Rechenverfahren im Schiffbau", Schiff und Hafen 1959, Seite 957.
Prohaska, C. W. ....Ship Design by Computer", The
Shipping World 1959, Seite 220.
Wendel, K.: Sicherheit gegen Kentern", Z-VDI, Bd. 100
(1958), Seite 1523.
Th'nl .o-Leckrnumhummern Cn] Vi0
[hï
w,,,...Cm3 w7,70 6,14
102030000
10882,267 10075.0370,000 -0,127
7.70 6,14102030000
10895,130 10063,257 0,876 O,730 7,70 6.14102030000
10941,148 10063,568 1,692 1,7327.70 6,14.
102030000
10898,848 9967,345,698 3,546
7,70 6,14
102030000
10364,i08
9449,1605134 5.010
426
Schiff und Hafen 1961, H. 5,, [O) 0.00 70 O 1 5,0 O 30,0 0 45,0 O
