Betrachtungen über stabilitätsverfahren im Seegang Teil 1 und 2

ehieht nhlsln4tung, Mvhrmaschinenbedic'niing un(l Zu-( dnitng meijierer Arbeit sghnge an einzelne Arboits-itze nut eventuellem \Verkst.ückrüeklauif. reichen oft i eht tuis oder lassen sieh schlecht anwenden. Ebeiio hwierig ist die Verkettung der einzelnen Teilfließ-ral3en zu FliefJst r8ßen. Die Behandlung (lieser Gesetz-iißigkeit en überschreitet jedoch don Rahmen dieser rbeit.

3etrachi ungen über Siahulitatsverfabren ini Seegang I. Teil

Von Dipl-Ing. E. Upalìl, KDT, Rostock

Aus dem Institut für Theorie des Schiffes an der Schiffbautechnischen Fakultät der Universität Rostock, Direktor: Professor Pipl.-Ing. K. Th. Braun

Zur Beurteilung der Stabilitätsverhältnisse im Seegang reicht die Hebelarnilcurve für Glattwa8ser nicht

mehr aus. Im Seegang müssen die Stabilitätsschwankun gen, die infolge der Wellenbewegung am Schiff

entstehen, bekannt sein. Die diesbezüglichen Rechnungen erhöhen den Arbeitsaufwand um ein Viel-facles. In den nachfolgenden Ausführungen werden Rechenmetloden mit erträglhem Stunden nachweis sowohl für das lute gi'ator- wie für das Krylow- Verfahren auf ihre Vor. und Nchtejlc hin unter.ucht. Der Seegang ist eine sehr wichtige Einflußgröße auf

lie Stabilitat. Praktisch ist ihm ein Schiff während

seiner gesamten Fahrzeit ausgesetzt, denn in den selten-sten Fällen ist die See ruhig und spiegelglatt. Wenn Schiffe für Glattwasserverhältnisse (lurch Einhalt en der erforderlichen Miiìdeststabilitiit als ausreichen I st aWl

befunden wurden, ist es vorgekommen, datI es unter nicht allzu harten Bedingungen im Seegang. dutch ge-ringfügige äußere oder auch innere Einwirkungen von

Wind, Fahrt im Drehkreis oder geringere seitliche Ver-schiebung der Ladung, zum Kentern und daiuuit zum totalen Verlust geführt hat. Nichts ist bei Stabilitats. betrachtungen verkehrter, als die Oberfläche des Meeres als glatte Oberfläche anzusehen. Gerade die Sehiffsver-luste in den letzten Jahren führten zu kritischen Unter-suchungen der St.ahiliiütsbeanspruchung, die dio Schiffe im Unwetter und auch im normalen Seegang (lurch Wellen erleiden. Aus statistischem Material über

Wellen-länge, Form der Welle, Wellensteilheit, ihrer Passierphaso und von der Lage (les Schiffes zur Wellenrichtung wurden

wichtige Faktoren für die Beurteilung der Stabilität im Seegang gewonnen. Im positiven wie auch im negativen Sinne können sie sich auf die Schiffsstabilität auswirken.

Erst dann, wenn der Einfluß des Seegangs auf die

Stabilität vollkommen geklärt ist, kann an eine einheit-liche Bemessung der erfordereinheit-lichen Mindeststabilitiit gedacht werden.

Auf Grund umfangreicher wissenschaftlicher Unter-suchungen konnte Wendel [11 bei seinen Ermittlungen über den Stabilitätsunfall des MS Irene Oldendorif" bei bestimmten Lagen des Schiffes in der Welle uid bei bestimmter Schiffsgeschwindigkeit Umfang und GrößQ der Stabilittshebelarme festlegen. Diese Untersuchun-gen gehen über den normalen Rahmen, den man bei Glattwasserstabilität kennt, betriichtlich hinaus. In der Hauptsache müssen solche Untersuchungen

vorgenom-men werden, die einen besonderen Einfluß auf die

Stabilitätseigenschaften eines Schiffes ausüben. Das

StabTlitätsmoment ist nicht nur eine Funktion des

Neigungswinkels , sondern wird auch durch die Wellen-form, ihre Wellenabmessungen und Wellensteilheit, so-wie durch ihre Begegnungsphase so-wie auch von der Kurs-richtung des Schiffes beeinflußt. Aus diesem Grunde müssen besonders kritische Merkmale mit den voraus-sichtlich maximalen Stabil itätsschwankuingen unter. sucht werden.

S1ijiFl,aiitl,,iik II 0/1OSI

literatur

Ill Weidatwr, II. niel 16'i?/rr. Il.: flegrlffebrellitiitung der Arten und For-inri, der il Irlilèri g ig. Fertlgizngefreliii k 5 (1958) II. Il.

[ I JUjrnrr, J.: FijeLflit gli ng -- chic iiioihirii h orli, der Prod

iiktlonuiirganh-cation. Maschihncntctu f) (I ni; i) ii. s.

31 Cc/ir, ¡1. und ,'r/inke, R.: igjffi Irr Fil ilhirtigung. Techttinc) Ge-meinsehaft, (11)59) A IegnhC C, II. 5.

141 Negai, f.: (iruinrilag (I(r Fhiclifert icing n Ir Ilauprod uktion. VE R

Verlag (ihr flatiwesci. Thrliit I 96)). SbÀ 3800

Am gefährliehìten erweist SjCII die Situation, venn die ankommenden Wellen von einer bestimmten Wellen-länge gleich der SchiffsWellen-länge L ( = L) sind, diese von hinten oder schräg von hinten unter einem Winkel von 450 auf das Schiff treffen und daba die Wollengeschwin-digkeit CIV etwa der SchiffsgeschwinWollengeschwin-digkeit u entspricht. Ein Kentern kann eintreten, wenn keine positive Stabili-tät mehr vorhanden ist, also ein labiler Gleichgewichts-zustand herrscht. Doch dabei ist der Zeitfaktor, d. h. die Relativgcschwindigkeit zwischen Schiff und Welle, ausschlaggebend. Diese labilen Zustände treten ebenso bei See von vorn bzw. schräg von vorn auf. Nur ist die Passierphase viel

schneller, wil sich Wellen-

unii

Schiffsgcschwind igkeit addiert. In dieser kurzen Z'i t-dauer kommt das Schiff nicht zum Kentern. Dagegen ist es möglich, wenn (las Schiff langsam von den Wellen überholt wird. Beim Kentein des Schiffes hat also die Zeitdauer zweifellos einen Einflull auf labile Stabilitäts-zustände. Diese Tatsachen wurden durch die Erfah-rungen aus der Praxis bestätigt [9].

Für das Seegangsverhalten eines Schiffes sind in

bezug auf Abmessungen von Welle und Schiff unii von der Passierphase auf (lie zu erwartende Stabilität im Seegang einige Dinge von Interesse. Diese lJberleguin-gen gestatten gewisse FolgerunlJberleguin-gen in Hinblick auf das Seegangsverhalten zu ziehen.

Eine große Bedeutung hat das Verhältnis von Wellen-länge zu Schiffsiiinge (A; LL). In der bewegten See gibt es viele Möglichkeiten. Einige von ihnen sollen erwähnt

werden.

A: LL = O Glattwasser

A: LL - O unendlich viele kleine Wellen streben

Glntt,wasserverhält n i sso an

A: LL < i vicl kleine Wellen sind über die Schiffs-länge verteilt

A:

- i

Wellenlänge = Sehiffslänge

A:LL'l sehr lange Wollen streben

glattwasser-ähnliche Verhältnisse an.

Aus diesen wenigen Fällen kann ohne weiteres dir Schluß gezogen werden, dati mi) kleinem ). : LLVerlìii lt -nia dio Stabilii ätsiiruderungon gering sind, l)ei gu'hl3ercn

Werten die Unterschiede gegenüber Glatt wasser grötler

TCNISCHE UNMi3y

Laboratorium Scheepshydromechaflfc*

ftichlof

Mokefweg 2,, 2628 CD _Deift I e O1

tien und dio größten Veränderungen bei A: LL -treten. Deshalb ist bei (len Stabilitiitbctrachtungen

Seegang auch mir der letzte Fall von Bedeutung, i dem wiederum vier Passieiphasen von Interesse I (Bild 1).

us diesem Bild lassen sich oinige Schlußfolgerungen die Stabilität des Schiffes zicheuu. Die größten bihitñtssehwankungen treten zweifellos in den Fällen hiiff im Welenberg" und ,,Schiff im Wellental" auf,

,n hier best ehen offensichtlich die größten

Formabwei-ngen von der vorhandenen Schwiminwasserlinie entiber Glattwasser. I)ieser Effekt ist durch die ver-erta Schiffsform mit ihrer Auftriebsvert.eilung und

L der wellenförmigen Sehwimmfläeho infolge der

ilenlage zwischen Schiffsmitte und den Schiffsenden ingt. Ini ersten Fall verringert die scharfe Vor- und iteu-schiffsform, im zweiten Fall vergrößern die stark

c)

d)

-- 1'

VI

II

I Mau kaute V e1knlagen für 1)estimnite Pasierpl1aFen an, Schiff

a) 4chiff vor den, WeIlenlerg (Wellcnberg hefindeL ich auf Ljj4) li) Schiff auf dem Welleni erg (Ve1lenberg mittschiffs auf LL/2) e) f-Lchiflhinter demWellerierg (Wellenberg befindet sich auf LL) d) Schiff in, Wellental (W llenta n,jttschiff, LL/2)

aiieuiden Schiffsendei

dio WL-Fläche, Ja, MP

dar uit die Auftriebsräfto und ihre Momente. Im schiffsbereieh sind ir folge der Auftriebsdifferenzen gen ruge Anderungen lurch die fast geraden Seiten-de au Seiten-der Schiffsform und Sehiffsbreite zu erwarten. ;e Einflüsse bewirken ein Schwanken der Stabilitäts-e und rufStabilitäts-en bStabilitäts-ei SStabilitäts-ehr If im WStabilitäts-ellStabilitäts-enbStabilitäts-erg" Stabilitäts-einStabilitäts-e klStabilitäts-einStabilitäts-erStabilitäts-e hei ,,Schiff im Wehlental" eine größere

Hebelarm-¿e gegenüber Glattwnsserverhält nissen hervor 1 2).

i don übrigen Lagen der Velle - Schiff vor bzw. er dem Wellenberg - nähern sich clic

Hebelarm-en der Glattwasserkurve.

anach wäre die Bemessung einer Mindeststabilitiit lie -tabilitätsbeansprizchung im Seegang nach der

ciarnìkurvc für das Schiff auf dein Wellenberg

4Jka]Iseh durchaus bicchtigt.

ugegen ist die Lage d s Schiffes für den einfachsten - quer unter 000 zur Fortsehritisbewegung ein-merde regelmäßig a uftreffendo Wellen

_{- bei den}

cml teilenden größer n Rollschwinguingen nicht so hrlkh (Bild 3).

if alo Fälle kann vo lier das Verhällzuis der Eigen-)de von Welle und S tiff festgelegt verdon, bei dem e Ausschläge zu crwar ten sind. Es hat sieh erwiesen,

Veranlaßt durch die Veröffentlichung von Wendel [1]

wurden diesbezüglich im Institut für Theorie des Schi Wes

an der Universität Rostock auch

Stabilitätsbetrach-tungen im Seegang durchgeführt. Wahl der Anzahl der Spauten

Für die Durchführung einer Stabihitätsrechnung für Glattwasserverhältnisse legt man im allgemeinen neun

luid Z Ilebelarmkurven für See \'on hinten bzw. von vorn für vier

mar-kaute Paosierphacen

7 18' 20' .10 40 20' .. BO' 70 82'

Tschebyscheff-Spanten

zugrunde. Auf keinen

Fail weniger, weil sich sonst in den Ergebnissen Ungenauig. keiLen ergeben. Kirsch [2] hat in ihrer Arbeit eingehend dargelegt, wie mit steigender Tschebyscheff- Spant zahl eine Zunahme an Genauigkeit der Ergebnisse gegenüber

den genauen Werten zu erwarten ist. Dies ist nicht

verwunderlich, denn durch die wachsende Spant zahl wird die wirklich vorhandeno Kurve beliebiger Gestalt durch eine Parabel höheren Grades immer besser ange-nähert. Eine bedeutend bessere Erfassung der zum

uniter-laud

fl/IC

la//b

Bibi 3 Wellen, die ltllcl, uintr'r 111)0 auf das sluilr t1h'n

S,Iffll'auultc1,nihIIf ll't'l

/

/a/

.

.r''

r

\','elJ ,jlar' M G M, Mz 'r luff wasser _{1,30 0} u Wv)lr'nberg auuî L/4 1,93 0,63 b Wellcnherg auf L/ 1,30 0 e Wellenberg auf /,:L 1,40 0,10 d Wellental auf L/2 2,25 0,95 daß (lie Hebelarmkurvo für Qlattwasser erhalten bleibt, nur durch dio Begegnuungsphaso (lev Welle am Schiff werden dio h-Kurvon gegeneinander verschoben. Als einzige Ausnahme tritt bei quereinkommender Seo keine Stabilitätseinbußo ein. Bis jetzt ist es noch keinem

Forscher durch es

Schiff mit positiver Stbilität in aufrechter Lage durch Wehen auf tiefem Wasser zum Kentern zu bringen.

VI HI VI cw liii il ru, 72 lu t o' 0,5 0.4 0,2

neh tiden Kurve ist

in der Prttxis gewührleistet, da

bei (3 'r Aiìmtheriing boj sieben bzw. nitii Spanten einer

Para 't1 7. bzw. 9. th'tL(l('s entspricht.

Be Sccgnngsverhiiltnissen ist eine genaue Erfassung

des chiffskörpers weit wichtiger als bei

Stabilitats-rechi ungen fur glattes Wasser, weil im Seegang bei besti unt'n We11tnlngen mit erheblichen

Stabilitäts-einbi (3en '¿it rechnen ist. Für (lie Stabilitätssicherbeit

eine Schiffes im Seegang muß daher besonderer Wert

auf lie Genauigkeit des Ergebnisses gelegt werden. Dcsl.alb istZUüberlegen, ob neun Tschebyscheff-Spanten

für che Erfassung (les Schiff.skörpers für bestimmte \\TelIelìlagefl ausreichend sind. Zweckmäßiger erscheint

es, den Schiffskärper in zweiTeilabschnitte aufzugliedern.

Es empfiehlt sich daher, den Schiffskörper in Vor- und Hini ersehiff aufzuteilen und für jeden Teilkörper eine hinr'ichende Anzahl von Spanten festzulegen. Um die Schi iTsenden ausreichend zu erfassen und die Anzahl der panten nicht zu übertreiben, ist osangebracht, für das Tor. wie auch für das Hintersehiff sieben Tscheby-sch f-Spanten zu nehmen. Diese Einteilung ist in bezug auf lie durchzufiihrende Integration sehr vorteilhaft, weil durch (len Fortfall der Koeffizienten erheblich an

Zeit eingespart wird.

V ¡e weit es zweckmäßig erscheint, mit

Simpson-Spe iten zu arbeiten, hängt ganz von dem angewendeten Sta nut iitsverfahren und von der Möglichkeit, elektrische

RNlienmasehinen anzuwenden, ab. Hier muß von Fall

zu li'all entschieden werden, um (len Arbeitsiiinfang

nie t unnötig zu steigern. Vorteilhaft ist es auch hier, we n der besseren Übersicht, den Sehiff.körper in Vor-un Hintersehiff aufzuteilen. Wieviel Siinpson-Spanten gru idsät zlich bei einer Unterstiehiuig aflzliwen(len sim I, hii gt einmal von der Wellenform urul ilirerBegegnungs. ph se, andererseits auch von (tern Mchiffskörper mit sei er Vor- und Hinterschiffsform ah. Wenn auch noch kei ie eindeutige wissenschaftliche Untersuchung

vor-lief t, so ist es wohl, wie es die bisherige Erfahrung

zei t, angebracht, die Untersuchung mitmindestens 11

bz y. 13 Spanten für den gesamten Schiffskörper untem'

Ei (beziehung von halben Spanten an den Enden durch-zu ühren.

Die gemachten Spantangaben können nur als allge-meiner Hinweis angesehen werden. So tritt nach wie

vor die berechtigte Frage bezüglich der Wahl der ge-rirtgst.en Anzahl von Spanten auf. Auf keinen Falldarf man verkennen, daß der benötigte Arbeitsumfang hei Stabilitätsbetrachtungen im Seegang bei vier Wellen-lagen am Schiffskörpe gegenüber der Glattwasserstahili-tät etwa um das Fiinf- bis Sechsfache zunimmt. Ferner ist zu überlegen, ob die zu erwartende Zunahme an

Ge-nauigkeit der Rechnung mit dem erheblich höheren A beits- und Zeitinìfang zu vereinbaren ist. Eine

wirk-lithe Klärung kann nur durch eine Untersuchung in

V rbindung mit genauen Meßwerten aus

Modellvr-s ehen und auModellvr-s

durchgeführten Rechnungen mit

Vriation der Spantzahl herbeigeführt werden. Bei Anwendung von elektronischen Rechenauto-. n aten wird man auf eine engere Spantteilung übergehen, seil hier (1er Zeitfakior nicht so sehr in Erscheinung

ti itt.

S tal,ilitätsreelìnungen

För (lie Berechnung der Stabilität sind für

Glatt-w usservcrhältnisse imLaufe der Zeit viele

Berechnungs-verfuhren entwickelt worden. Von dieser Vielzahl sollen n'in zwei bekannte Stabilitätsverfahren, die Methode

on Krylow und das Intcgrator-Verfahren, näher auf

ii ire Brauchbarkeit für St ahilitiitshetraehtungen im cegling untersuchtworden. I)mLs Verfahren von Krylow cshalb, weil es einmal bei nicht allzu großem Arbeits-mifwand und unter Verzicht von irgend welchen korn. 1li-iiemten Hilfsmitteln fur eine ganz bestimmte

Ver-Schiff hint relit, ¡k II 9/19111

dr/ingimttg V0 sehr brauchbare Ergebiisso liefert. Das Integrator-Verfahren deshalb, weil e außerordentlich

wenig Zeit in Anspruch nimmt, auch ami die Gefahr hin,

daß die Ergebnisse besonders bis p 200 von don ge-nauen Werten erheblich

abweichen. Eben weil der

Arbeitsumfang unter günstigen Voraussetzungen bei Annahme hydrostatiselier Druckverteilung in der Welle um einen sehr beträchtlichenTeil steigt ist man vorerst. wenn man keinen elektronischen Reel, nautomaten be-sitzt, darauf angewiesen.

Bei Stabilitätsbetrachtungen im Seegang kann man die Verfahren in zwei große Gruppen einteilen:

Verfahren mit geglätteter Welle, Verfahren mit normaler \Velle.

Welche Methode am zweckmiilligstenerscheint, hängt

ganz von dem gewähltenStabilitätsverfahren ab. Es ist auch möglich, daß sich eine Methode für eine Gruppe nicht eignet, z. B. das Verfahren nach Krylow mit dem geglätteten Welle. Auf diese Einzelleiten wird später noch eingegangen.

Im folgenden Teil soll nun versuel Lt werden, für die Stabilitätsbetrachtungen ini Seegang einige Anregungen zu geben, um (lie durchzuführenden Rechnungen auf ein ertriigtliehes Mail zu heschränkeir.

lutegratorniellioden

Diese Durehführungsart gestattet, die Berechnung der Stahilitätswerte sowohl minter der vereinfachten An-nahmne einer hydrostatischen Druckverteilung in der \Vellc wie auch (ter genauen Voraussetzung mittels einer hydrodynamischen Dri mekvert ('dung - Berücksicht i-gling (les Smith-Effekt s -dtmrchzufiìhren. Es muß aber gleich von vornherein darauf hingewiesen werden, daß bei der Annahme h drodynamischcr Druckverteilung in der Welle dei Arbeitsaufwand sehr erheblich ist und etwa das Zehnfac lie einer (lint twasserstabilität,-rechnung beträgt.

Außerdem bietet (las Int.egrator-Verfahren den Vor-teil, nicht nur für eine, sondern gleichzeitig für mehrere Verdrängungen die Stahilitätseigenschaften zu unter-suchen, urn somit. für die jeweiligen zu betrachtenden Wellenlagen am Schiff Schiff im Wellenberg" usw.-(lie Pant okarenen zu erhalten.

Bei diesem Verfahren gibt es mehrere Möglichkeiten.

Hier sollen 3 Methoden etwas näher auf ihre Brauch-barkeit untersucht und dabei auf ihre Vor- und Nach-teile eingegangen werden. Tin allgemeinen werden mit

dem Integrator die Spaumtfiächenf und deren Momente ,n,

bezogen auf die Bczngsaehse, ermittelt.

Bei der

Ie-trachtungsweise der einzelnen Methoden kommt es nur darauf an, wie un einzelnen vorgegangen wird.

Erste Methode

Urn den Einfluß der Wcllenform auf den Schiffskörper richtig zu erfassen, mull man sich grundsätzlich über die zu untersuchenden Wellenlagen am Schiff und damit über die Anzahl (1er zu verwendenden Spantori im klaren sein (sic'lmo Abschnitt Spantzuhl).

Um bei den Untersuchungen amInstitut für Theorie dea Sçhiffes 11] eine möglichst große Genauigkeit. zu erreichen, ist citi Spantenriß mit. 15 Simpson-Spanten gewählt worden. An (len Enden (lesSchiffes sind je zwei halbe Spanten eingeführt (Bild 4). Der Übersicht wegen ist es angebracht, Vor- und Hinterachiff zu trennen. Außerdem wem-den auf eineTransparcntuntcrlage ver-schiedene Wasserlinien im Abstand von ini und eine Gradeinteilung von q - 15°, 3Ø0 45° usw. gezeichnet (Bild .5). Bei jeder zu untersuchenden Neigung wird der Spant.enmiß mit der Symmetrieachse des Schiffes uni

den Bozugsnmnkt K (Kielpunkt)

in (he jeweilige

I riingtiiìgsltsge gedreht. Mit dem _{Integrator wird dann} j 1er Spent bis zur jeweiligen _vorgegebenen

Wasser-li _{ic umfahren und daraus danti}

dio Sl)nntfluichen und d ten Momente entsprechend (lesi Bedingungen der ( !attwasserstnbihitüt erniitteit. Für jede

Kriingnngs-li ze _{trägt man dicse ermittelten Werte auf der}

zu-g hörizu-gen Wasserhnie von dem betreffenden Spant ab

u _{1 verbindet diese Punkte zu einer strakenden Kurve.}

S entstehen für die gewählten Nelgtingslagen die Form-k rvenblüter (Bild G).

Bei der 1rüngung _{= 900 kann die Symmetrie des}

S hiffes in bezug auf die

_{Mitt.schiffsachse ausgenutzt}

w rden. Die Spantfliiehen und deren Momente brauchen für (lie einzelnen Wasserlinicn _{nur bis zur Mittschiffs.} achse bestimmt werden. Durch _{einfache Umrechnung} lassen sich die anderen Werte _ermitteln.

Zur Bestimmung der Flächen und der Momente wählt man für die einzelnen Spanten Formulare, wie sie für

di _{Integratormethode allgemein üblich}

sind.

Diese fur die einzelnen Neigungen erstellten Form-ki 'venhliitter sind nun Gegenstand weiterer Unter-su 'hungen. In diese Forinkurvenblätter, die abhängig

VS ri der Neigungslage _{sind, werden die verschiedenen}

W 'Ilenlagen am Schiff, die für die

Siabilitätsbetraeh-tu g lin Seegang von BedeuSiabilitätsbetraeh-tung

_{sind, eingetragen.}

Ò0 132 J 4 .5 6 7 88,59V/O

Bu 4_{Tiefgttnge der ein?elnen Sinipson-Spanten bei Schilf}

Im Wdilenberg MS 13°

/

Bass 4/c

73

Basis 900 Wasserliniennet z

nut Grauhint 'tIiiii

Praktisch geht man so _{vor: man zeichnet die Welle auf} Transparent und legt sie für die _{zu untersuchende Be.} ge-nungsphaso über das Formkurvenblatt _{(Bild 6) und}

liett dann an den Schnittpunkten

_{der Welle mit den}

Sprinten die Flächen und Momente ab. Die Verdrängung

ergibt sich aus der Integration

_{der einzelnen}

Spant-flüchen f über die Schiffslänge.

L

V=ff.dx.

₍₎

o

T benfalls werden an den _{genannten Schnittpunkten}

die _{l)antmomentenwerto abgelesen und über die} Schiffs.

län _{integriert. I)as Gesamtmoment, bezogen auf die}

Bei uigsachse (Integratorachse),_{die parallel der Auftriebs.}

riel Lung verläuft, bekommt man:

L

)frrfm.dx.

(2)

o

F ei diesen Seogangsuntersuchungen am Schiff ändert sich die Verdriingiingsverteilung _{gegenüber der} Glatt--was rerlage durch die Wehlenlage (Wellenberg _Mitte Seh IT, Wellental Mitte Schiff,

_{usw.) und durch die}

Wel lenform .Trotzdern muß aber_{dio Gesamtvcrdriingung}

der 'erändertcn Verdriingiingsverteilung _der

Verdrän-gun _{bei Glattwasserlage bzw.}

Ausgangslage ontspre.

heit.

lGiattwasser == 175eegang (3) 144

Ebenfalls muß wie hei Liingsfesr_{igkeits.Rcehnuru gen} die Bedingung eingrhnhten werdet, daß der Mas-an. schwerpunkt G des 4eh lUes, der sie.i nicht ändert, U

dem Formschwerpuuuulct.F liegt, d._{h., beideSchwerpun de}

liegen auf einer gemeinsamen senlrechten Ebene aur Bezugslinie. Die Längskoordinatest _{(los Schiffes,} e-messen vom hinteren Lot (LH), mils en übereinstimur n.

'ilL

. ₍₄₎

Bei dieser Betrachtungsweise _{wird der Einfluß (les} Triinms auf die Stabilität nicht _{berücksichtigt.}

Für jede Neigungelago des Schiffes müssen bei der zu untersuchenden Wehlenlage die angegebenen Bedingun-gen eingehalten werden. Die Wellenlage _{muß so lange} verschoben werden, bis die GI. (3) und (4) erfüllt sind.

Bei der Ermittlung 'Irr

_{Hebelarmkurve werden für}

einen Ladefall etwa G Wochen benötigt._{Damit ist aber} ein besonders großer _{Arbeitsaufwand verbunden, (1er} für Stabilitätsuntcrsusehusngen _{kaum zu vertreten Ist.}

Um den Arbeitsuisufasug_{zu verkür:en, kann noch eine}

Vereinfachung des Verfahrens vorgenommen werden. Bei der Ermittlung einer Pantokar ne geht man nicht von einer vorgegehesien Verdrän'ung

_{aus, sondern}

achtet nur darauf, slailForm- und _{1assenschwerpunkt} auf einer lotrechten Ebene _liegen.

Bulul 5 Ml / 2 _J 4 5 6 7 II o Vt

BilI 6 Spantfläehen- und Moment kurven für die Krängungslage q' 30' Auf (lie Bestiinnuing (les Hebelarms wird später im Abschnitt Bestimmung der statischen_{Hebelarmkurve"}

eingegangen.

Einfluß des Truants assi tile Stabilität

Die bisherige DUrL-huliihrung _{der Rechnung nach der}

ersten Integratormethodo war sehr umständlich und zeit

-raubend. Es mußte nach anderen Wegengesucht werdeh. Voraussetzung war aher, den Einfluß des Trimins zu kennen, um die Brauchbarkeit _anderer Stabilitätsver-fahren danach einsehuitzen _{zu können. So wurde von} Schirmer [3J der Nachweis an einem Küstenniotorschiff geführt. Die Abweichungen der Stabilitätswerte des ver-trimmten Schiffes gegenüber des_{unvetFimmtpn waren} gering; im Wellental sehr klein, dafür im Wcllenberg

efs größer. Diese kleinen

_{Differenzen sind durchaus}

zu vertreten, zumal jedem Stabilität_{sverfahren Unge.} nauigkeiten anhaften. Denkt

_{man außerdem an die}

Glattwasserstabilität, so werden die Abweichungen in-folge des Trimms ebenfalls vernachlässigt. Außerdem steht der Arbeitsuìnfang zur Genauigkeit der Ergebnisse in keinem tragbaren Verhältnis.

Zweite Methode uiuit gegliiü*trr Welle

Durch den Verlauf der Wellenkontur am Schiffs-körper ergeben siels an den Spanten verschiedene

Tief-gänge (Bild 4). Diese Unterschiede_{werden bei der} Durch-führung der Reehuuutnus berücksichtigt. _{Dazu ist es}

not-wendig, daß die eine.chinn

_{Spunten in Richtung der}

vertikalen Schiffsaehtso nach oben verschoben werden, bis ihre Sehwimui-W.L sieh alle miteinander decken (Bild 7). Damit ist dio Welle _geglättet.

'Io

Çatiu ich erfolgL damit auch eine Verschiebung der ?lpur de K1, K, usw. in cine andere Ilohenlage.

knin) lieb it (k't Kielpunkt beim Intogrator.Verfahren flhlg( neinen (1er Drehl)unkt für den SpanteiìiB, der F (1er tntegratorachso liegi. Da sich die Momente auf 'Sc A 'he beziehen, entsteht hier zwangsliiufig eine hwio3 ïgkeit . Man löst dieses Problem, indem man den

Lspre 1w11(len Kielpunkt des zugehörigen Spants auf

Int ratorac1ue legt und ihn als Drehpunkt benutzt.

tbei 4 es angebracht, jeweils nur êinen, bei

syrn-'trise en \Vellenlagezt (Wellenberg und Wellental) -ei Sj unten für die entsprechende Neigung gleich für 'luer Tiefgänge zu integrieren. Die Werte müssen für

e Wasserlinie abgelesen werden. Ratsam ist es dann, 'ich für sämtliche Neigungen die Werte zu ermitteln. st dunn wird der Kielpunkt des folgenden Spants auf Integratorachse gelegt. Auf diese Weise entsteht :ieblicho Ablese- und Schreibarbeit.

Auf'velcho Art wird nun die gegenseitige Verschiebung r Sp tnten erreicht? Eine Möglichkeit besteht darin, r jod u untersuchende Wellenlago am Schiffeinen sond 'rten Spantenriß mit sämtlichen verschobenen

ant i auf ein Blatt, bei Teilung des Schiffes auf zwei ätte anzufertigen, so daß eine gute ljbersicht und 3105e enauigkeit gewährleistet ist.

Wer auch diese Durchführungsart gegenüber der sten 1ethode schon Vorteile aufweist, so darf man eht ergessen, daß der Spantenriß für jedo andere

eher -iteilheit und für jede neue Passicrphase neu un-forti t werden muß. Dieses wirkt sich natürlich

nach-ilig uf den Arbeitsumfang aus.

Am lt und Reden [41 schlagen vor, jeden Spant für 211 a if eine durchsichtige Folie zu zeichnen und die asse 'linie entsprechend der Wellenlago zu markieren; tnn liese Folien übereinandorlegen und (lie Wasser.

lie u id ebenso die Mittelhinien zur Deckung zu bringen,

s di Welle geglättet ist. Diese Art hat einen Nachteil, hain nicht eine unbegrenzte Zahl von Kunststoff. lien übereinandergelegt werden, weil sie nicht völlig ireh -iiehtig sind. Deshalb wird aus Symmetriegründen

upfc bIen, das Schiff der Länge nach in zwei Hälften ifzu eilen und zweimal fünf oder sechs Tschcbyscheff-)anten zu nehmen. Andererseits aber hat es auch einen orteil. Durch das iThereinanderlegen der Folien kön. n siimtliche gewünschte Wellenlagen leicht durch (las ersciieben hergestellt werden.

Die praktische Durchführung der Rechnung bereitet in venig Schwierigkeiten. tìber den angefertigten

)ani enriß bzw. über das Spantpaket mit den

ver-bol: enen S1:anten, entsprechend der Wellenkontur kld 7), wird ein auf Transparentbiatt angefertigtes

ass-'rliniennetz mit koastantem Abstand voneinander ild 8) gelegt und die Kielpunkte K von beiden mit r Iiitegratorachse zur Deckung gebracht. Die einzelnen Lralìelen 'Wasserlinicn stellen die verschiedenen

Ver-uf autechnik II 9/19111 Will Bild 9 Wacuerliniennetz für 9 Tscliebyscheuf-Span ten (dritte Methode) Bild 8 WaMserlhuicnnetz

fOr gegliittete Welle mit Gradeinteilung Basis Ms 10'

I/

Jû' /

/

480 ix MIS

drängungen bzw. mittleren Tiefgänge tiar. Dann wird für den entsprechenden Spant, mit der dazugehörigen Neigung, in der üblichen Art, vie bereits erwähnt -mittels Integrator (lie Spantflächo und das Spantmoment für den zu untersuchenden Verdrängungsbereich er mittelt. Aus diesen Größen wird die Verdrängung und

der Hebelarm ermittelt.

Beide Arten haben, obwohl eine Verbesserung der Arbeitsweise gegenüber der ersten Methode zu

verzeich-nen ist, trotz allem noeh

einen Nacht 'il. Durch die

Integration der einzelnen Spanten bis zur jeweiligen Schwimrnwasserlinie und dio damit veri undene erheb-liche Ablese- und Schreibarbeit entsteh: noch ein be.

triichi licher Arbeitsaufwand, etwa der ersten

Methode. Aus diesem Grunde wurde ein weitere Mög-lichkeit untersucht.

l)nilte kthimle itìit IlorlIlaler Velle

Um die Stabilitätsbetraehtung im See;ang noch Ok-o-nomiseher zu gestalten, wurde cine weitere Durch-führungart vom Verfasser entwickelt. Es wird keine

Verschiebung der Spant en gegeneinander vorgenommen,

sondern mit (1er wiukI el -ii \Velle verden Betrachtungen angestellt. Zur Durchulühiriiiug der Rechnung ist nur ein gewöhnlicher Tschebyseiucl'l- bzw. Simpon-Spantenril3 erforderlich. Die Berücksichtigung der Wellenkontut über die Schiffslängc erfolgt durch ein besonders dafür erforderliches Wasscrhini'nnetz (Bild 9) ohne konstan-ten Abstand der Wasserliruien. I)ieser Abstand wird durch die Wellenform und den Spantabstand festgelegt. Das Wasserliniennetz wird von der auf Transparent. bogen gezeichneten Wcllcnkontur oder aus der Lage der Welle am Schiff (Bild 4) gewonnen. Ausgehend vom Hauptspant werden die Tauchungsönderungen der ande-ren Spanten festgelegt und ein Wasserliixiennetz - ent-sprechend der sonst üblichen Art - mit dem jeweiligen Vermerk der Tanehurug. wie WL Spt 1, WL Spt 2 usw. (Bild 9), gezeichret. Die Bsis kann ganz beliebig parallel zu den anderen Wasserlinien gelegt werden. Damit wird

nur die Verdrängung (les Schiffes mit demdazugehörigen mittleren Tiefgang festgehalten. Um den Abstand der Basis in die richtigen Grenzen zu legen, ist es ange-bracht, das Blatt mit der Wellenkontr auf das Form-kurvenblatt zu legen und den zu untersuchenden

Ver-0110 _Q00

au

o

58'

115' 445 ¿1 BUd 7 MIS 780 Verschobener Spantenriß infolge Wellenglättung WL Sp!5 211' _Jo' WL Spt4.S.

/

/

Slll

57w

/48° WI Spi 12 /58°

drüngungsbereich au (1er G la t twasserverd rilugui ig ab

u-schiitzen. Die maximale Verdrängung legt dio Basis, die minimale einen bestimmten Punkt K oberhalb der Basis

auf (10111 WTast'rlinie11 netz fest. Bei symmetrischen IVellenlagen -- im Wellenberg und im

_Wcllontal

-lIeben flU 13er den M i t t eispant jeweils _{zwei Spanten} gledie 1-löhe bzw. gleiche Wasset,linie. In don anderen Fi)len gehört zu jedem Spant eine \Vasserlinie. Danach

\ vo MS

ergeben sich maximal soviel Wasserlinien wie Spanten gewählt werden. Auf das Wasserliniennetz werden zweck-mäßig die zu untersuchenden Neigtingslagen gezeichnet.

Die Handhabung dieses Wasserliniennetzes

_{- bei den}

inzelnen Krángungslagen

_{- entspricht don üblichen}

l3cdingungen. Zur Durchführung werden die Kielpunkte -om Wasserliniennetz und voci

_{pantenriß mit der}

Entegratorachse unter Beachtung der entsprechenden

eigung zur Deckung gebracht (Bild 10). Eild IO Normaler Spantenriil iiilt Wasserliniennetz fdr die Neigung

Mit dorn Integrator erfolgt (hann die Integration für

jeden Spant uuiii 1)04 zu seiner auf dein %VL-Netz

ein-getragenen Wasserlinie. Dio Wort e der panIf1ächin und Spanimomente weidrrì in ein fil r- UlaLtwasserstaiilitiI gultigos Rechenselu-ena eingctramnn und daraus

di

Ver-diiingung und nlmmr ÏJeJ)olarm, 1 _{7zogen auf den Dreh.}

punkt, erinitteb. Durch Versi hiebung des

Wasser-liniennetzes über den 4pantonriÍ3

_{K0 aufKv1 ii w.}

-werden für andero Tiefgänge _{( erdriingungen) (lie} er-forderlichen Stai il itiitswerte eri iittelt. K_v steli b den

Drehpunkt für den Tiefgang dci- maximalen Ver driin-gung bei der Neidriin-gung _{= O do -; K1, K1., sind} ent-sprechend geringere Tiefgängo.

Die Anwendung (liesor Methude erweist sich sehr zweckmäßig. Voi- allem hat die Tschebysehoff-Spant-teilung gewisse Vorteile. Ein Vorteil _{besteht darin, fil,} sämtliche Wellenimigen am Schiff braucht

_{nur ein}

Spantenriß angefertigt zu werden. Alle Spanten können bei einer Neigung

_{- wegen der gemeinsamen}

Kiel-punkte - mit einmal umfahren werden. _{Somit ergeben} sieh auch gleich elio Summen (1er Spantflächen und Spantmomente, ari denen der zu untersuchende Ver-drängungsbereieh gleich kontrolliert werden kann. Diese

Verfahrensweise bringt eine erhebliche Einsparueg_an Ablese- und Scirreibarheit gegenüber den bisher- ge-schilderten Methoden. Dio Durmhführungsart _mittels Integrator bis _{zur entsprecher den Wasserhinie des}

betreffenden Sprintes, erfordert ober gewisse_Auf, ierk-samkeit und Koimzei,t ration, das eventuell als Nachteil empfunden werden kann.

ShA 3201) Por(uetmun in lieft /l)IIíJ6I)

Die Stellung der Sdiiffselektrotechnik

_{innerhalb der Gesamtelektrotechnik}

Von Prof. 1)ipL-Iuìg. W. Krebs, Rostock

(Vortrag zur Feier des l0jdlirigen Bestehens der Scliiffbautechnischen Fakultät dei _Universität Rostock am 16. Mai 1901)

Die Elektrotechnik hat seit ihremersten Erscheinen an Bord vor rd. 80 Jahren sehr bald eine nicht _mehr íortzudenkendo Bedeutung für Schiffbau und Schiffahrt rlangt. Nachdem sie zuerst in kurzer Zeit die _gesamte Beleuchtung übernommen hatte, fand sie bald _iinmer iveitere Anwendungsgebiete. Sie verbesserte einmal die Betriebs- und Lebensbedingungen

_{an Bord, gab aber}

uußerdom dem Schiffbau und dem Schiffsbetrieb _ganz ìeue Möglichkeiten, die vor allem auf dem Gebiet der avigation und der Sclìiffsführung rasch genutzt wurden. Die heutige Bedeutung der Elektrotechnik_{an Bord hat} Dr. Fanfani, mein Spezialkollege

_{an der Universität}

Genua, in der Einleitung zu seiner

_{Vorlesung mit}

-oinanischem Schwung folgendermaßen_{charakterisiert:} Wenn man von einem modernem Schiff _alles fort-iimmt, was irgendwie von der Elektrizität _{abhängt, so} deibt nur noch ein unhygienischer, unsicherer, finsterer, mnbequemer und von der Welt abgeschnittener _Rumpf ribrig."

Er hat, recht, denn der Aufwand, den_{z. B. ein} Fahr-1astschiff heute entwickeln muß, um sieh gegen den huftveiJeehr zu behaupten, wird fast restlos mit Hilfe iler Elektrizität bestritten. Die Fa}irgäste sind heute i nspruchsvoller als etwa die des Dampfers ,,City of flerlin", dei- im Dezember 1879 mit elektrischen Bogen-i Bogen-impon Bogen-im großen Salon und Bogen-im ZwBogen-ischondeck ausge. otattet wurde. Sie richteten nach der Ankunft in _New '.ork eine Dankadresse an die Reedcrei, worin hervor-ehoben wurde, daß das Licht, trotz Sturm_{unid Wellen}

bei der winterlichen tTherfahrt, während der langen Nächte und im Zwischendeck _{sogar bei Tage gebrannt} habe, alle Arbeiten, sogar Nähen, ermöglicht und viel zur Erheiterung und zuiri Wohlleben der Fahrgästo bei-getragen habe (The Timos 30. Dezember1879).

Die Zeiten, w-o der Schiffbau die_{Elektrotechnik}

raum-und massemäßig kaum in seine Entwürfe _{einzubeziehen} brauchte, weil sie mit ihren kleinen _{Geräten und} bieg-samen Kabeln immer noch irgendwo unterkam, _sind endgültig vorbei. Die E-Anlagen sind heute so umfang-reich, daß sie sieh mit runden Prozentzahlen an der Ge-samtmasse des Schiffes beteiligen. Einige Zahlen mögen das erläutern; Um das Jahr 1895 betrug_{auf einem} da-maligen Spitzenfahe-gastschiff von 12800 BRT die Lei-stung der elektrischen Zentrale 66 kW, d. h. 5 W/BRT, im Jahre 1960 auf einem Fahrgastschiff von 38000 BRT bereits 7500 k\V, also _{197 W/BRT. Die spezifische}

Zentralenleistunig hat sich also auf das fast 4øfache erhöht.

Einen weiteren Maßstab für den Umfang _der E-An-lagen geben auch Lunge und Masse _{des Kabelnetzcs.}

Auf einem Logger em-icicht es eine Länge_{von etwa 3 km,}

auf einem Fraeliter von 4500 tdw von 25 km, auf unseren 1000Ò-t-Frachteru von 55 kin, während auf großen Fahrgastschiffen Längen von 300 bis 400_{km mit einer} Masse von 400 bis 500 t, also von über 1% des Doplace-meats allein für (lie Kabel, vorkommen _{können. Bei} Kriegsschiffen liegen (lie Werte noch höher;_{so betrug} inn Jahre 1939 auf einem Schlachtschiff die

Kabel-'46

Betraclitii ¡igen liber Stabil ititsverfahren

_{im Seegang II. Teil}

Von Dipl.-Ing. E. Upahi, KDT, Rostock

Aus dem Institut Jur Theorie des Schiffes_{an der Seluiffbautechnischerì Fakidíit der UiiversiUil} Rostock, Di'rktor: Prof. Dipl. Ing. K. Tb. Braun

(Por1't?nq au. lift 9/l6l, S. 446)

Methoden nach Krylow

Wegen der großen Beliebtheit dieses Stabilitätsver-falirens für Glattwasserverhältnisse infolge seiner guten Genauigkeit und wegen der schnellen Kontrollmöglich-keiten für einen bestimmten Ladefall des Schiffes lag

der Gedanke nahe, diese Berechnungamethode auch für (lie Ermittlung der Seegangsverhältnisse brauchbar _zu maclien.

In der Hauptsache wird dieses Verfahren wohl nur für Stabilitatsuntersuchungen bei von vorn kommender bzw. bei nachlaufender See angewendet, denn wie sieh gezeigt hat, treten hier die größten Stahilitätssehwan-kuingen (Bild 2) auf. Außerdem sind vorläufig nur

Rech-nungen mit hydrostatischer Druckverteilung in der

Welle möglich, weil die Berücksichtigung der hydro-dynamischen Dru ckverhitltnisse große Schwierigkeiten bereitet. Ebenfalls wird bei diesen Betrachtungen der Einfluß des Trirnms auf die Stabilität _{vernachlässigt.} Welche Möglichkeiten bestehen hier, um dieses Ver-fahren für Seegangsverhältnisse_{zu entwickeln ? Offenbar}

liegt es auch hier nahe, mit einer

_{geglätteten bzw.}

normalen Welle zu arbeiten. Beide Arten sollen auch hier näher auf ihre Brauchbarkeit _{untersucht werden.} Wie sich aber ira Laufe der Entwicklung zeigte, war nur die Verfahrensweise mit der normalen Welle bei Einführung einer Leitwasserlinie brauchbar. Diese

Leitwasserlinie ist notwendig, um dio Lago der Wasser-linie mit gleichem Flächeninhalt der Wellezu bekommen.

Im Seegang rollt ein Schiff nicht_{etwa wie bei Glut} t-wasser um die Wasserlinien-Ilüllkurve_{an der} Wasser-oberfläche, sondern um eine unterhalb der Wasserober-fläche gelegene Längsschiffsachse, die_{ungefähr auf der} Höhe des Massenschwerpunktes liegt. Man könnte sieh das Rollen auch ebenso auf einer _{idealisierten}

Hüll-kurvenfläehe vorstellen, die unterhalb der_Schwimm-WL liegt. Dies ist auch die Ursache, weshalb die Methode mit der geglätteten Welle nicht möglich ist.

Bevor man mit der eigentlichen Rechnung _beginnt, sind noch allgemeine Vorarbeiten zu leisten. Bei der Durchführung einer Untersuchung muß _die

Ausgangs-verdrängung des Schiffes mit der Verdräning

im

Seegang übereinstimmen. Um den mittleren _Tiefgang zu ermitteln, legt man die zu untersuchende Wellen-form mit der entsprechenden Lage auf ein normales Kurvenblatt für die Neigung 97 = O und liest an den Schnittpunkten der Welle mit dem Spant die entspre-chenden Spantflächen ab. Durch_{Integration der} Spant-flächen über die Schiffslänge mittels _{Simpsonspanten} ergflt sich eine genaue Verdringung. Nicht immer wird man gleich die gewünschte Ausgangsverdriingung er-reichen, aber bei einigem Probieren und bei linearer Interpolation gelingt es schnell. Mit (1er so gefundenen

Spit

23

4 5 5 78 5

Bild 11 Tlefglthgo der Tschebytcheff-Spanten bel Schiffini Wellenberg

Verdrängung liegen dann auch gleichzeitig die Wellen-lage am Schiff und die Tiefgünge an den Tschebyscheff-Spanten für die Untersuchung fest (Bild 11).

Durch dio einzelnen Passierphase

_{der Welle am}

Schiff worden Veränderungen an der Höhenlage des

Verdrängungsschwerpunktes 1"0K, des Breitenträg-heitsmomentes J und somit auch am breitenmeta-zentrischen Radius der Anfangslage MF0 _auftreten

(Bild 12). Uni das Breitentiägheitsmoment _{für die}

Anfangslage 97 0 genau zu bekommen, ist es vorteil-hafter, die Sehiffsbreito an d n betreffenden Spanten ins Fornikurvenblatt einzutra en.

Bild 19 Periodische Anderting von 31?« d tuch J1zF tlfl(i XI', beim Kümo.

Seegang von vorn hzw. von hinten. V 300 m Bild 13 Verschobener pantenriß nuit geglätteter Welle Ha d $k//eeierg HI g J c d lt/lecbrg WdIenärg WaJ1eg Wt//cty

OEuf 1/4 #IS uf 1/4 1 VI

Verschobener Tschebyscheff- Spantenriß ohne Leit-WL Wenn (liese Methode auch nicht zum Erfolg führt, so soli doch wenigstens auf dio Ursache ihrer Unbrauch-barkeit kurz ein tegnngen werden.

Aus den ermittelten Tiefgiingen an den Tscheby-schoff-Spanten (Bild 11) verden diese so gegeneinander verschoben, dull sieh (lie jeweiligen Sehwimniivasser-linien mitoinnndcr decken. Wenmi auch damait eine Glättung der Wasseroberfluieho erreicht wird, so ist doch (lie Basis der Spatiten gegeneinander verschoben

(Bild 13). Mit dieser einen Sehwimlnwasserliliie sind luau

Verhältnisse geschaffen worden, wie sie bei einer

nor-Trwíímsii;an,

7

4 _Jls

dr 5m 't SthifIhu;/aItenlmrar »r7uu*ir - ì Suiffe, Seagrb - - K Sul/I/te O/s*nfe,i7e/ gli//ce P/giiir r)to _{ScltIffiittechtiik Il 10/11)61} in t4 SIZH HG Mfr

mali i Krvlow-lleehnutig für Glattvasser üblich sind. Verl ihrt juan in tier sonst üblichen Art, so bilden tile Sein itlpunkto der Wasserliniciifluichen für (lie einzelnen Nei ingen eine angeniiherte WL-Hiillkurvonflutcho, auf der inn sich ein Schiff bei Querneigiingen rollend

vor-tcll . Bei der Oint twassorreehnung liagt diese Flächen-kur' o selbstverständlich immer an der Wasserober-fuel e (Bild 13, 14 und 15).

S 'lit man diese

Ìber1egungen auch bei Seegangs-betr ichtungen an (Bild 14), so schwimmt vorstollungs-miiI g ein gekrümmter Schiffskörper auf einer glatten

Vas erflüche _{[6]. Hier würde bei Quernoigungon des}

Schi íes ebenfalls nur eine WL-Hiillknrvenflitcho ent-steli 'n. Kann those Vorstellung bei dieser Durchfüh-runsart nun aber mit der Wirklichkeit übereinstimmen? Auffallend an dieser Darstellung ist aber das so

ont-standene tYberwasservolumen an don Schiffsenden und der damit entstandene sehr hohe Freibord. Wie aber

Sp!

Bibi _{4 Darstellung des Sclìiffski)rpers bel geglätteter Welle}

Bild _{5 Drehung der Spanten an tier Waseeroberfithite}

aus 1er Glattwasserstbilität her bekannt ist, werden

dadi reh die Stabilitätseigenschaften sehr _verbessert.

Dio och hinausragenden Schiffskörperteile _{üben den} Einf uß - wenn sie zu Wasser kommen -- wie einbe. zoge ìe Aufbauten aus.

Eine andere Vorstellung von einer geglätteten_Welle für unen normalen Schiffskörper mit dem dargestellten Spaiitenrií3 zeigt Bild 15. Es würde hier bedeuten, daß die :)rehung der Spanten an der betreffenden Wasser-oheríläche vor sich geht. Damit ergibt sieh_{zwangsläufig} an j dem Spant eine WL-Hüllkurvo, die immer in einer ande ren horizontalen Ebene liegt. Oder eine andere Betr ichtung: Der Sehiffskörper würde sich um eine Ach e drehen, die in der Wel]enkontur liegt _{und einen} gekr immten Vorlauf hat. Rein überlegungsmäßig Icom at man zu dem Schluß, daß beide Betrachtungen nich der Wirklichkeit entsprechen. Ein Schiä' _im See-gang kann unmöglich Rolibowegungen auf einer WL-Hüll eurvenflüche ausführen, die die Gestalt einer Wel-tank intur hat. Außerdem beeinflussen die _einzelnesi Spaiten mit unterschiedlicher Höhenlage die

Stabili-Eätsi yerto.

4et1 ode nach Krylow mit Leitwasserlinie

Di vorher angestellten Überlegungen mit den auf-trete aden Schwierigkeiten führen für Seegangsverhält-iisse zu der Vorstellung, von einer _sogenannten

Leit-vass 'rlinie auszugehen, also eine WL-Hüllkurverzflücho

u 1h den, auf der ein Schiff bei Neigungen tim die

Längs-ichs tatsächlich rollt. An dieser Leitwasserlinionfluiche nüsien dann dio nötigen Korrekturen für die Einhal-Sung der konstanten Verdrängung an der idealisierten

oit'vasserlinienfiüche bei ciar Betrachtung der einzelnen eig ingen vorgenommen werden. 1)io _{Schwierigkeit} estu ht allerdings darin, die Höhe der

Ausgangswasser-eliifTlnuteeliiilk 11 10/1961

linie über Basis für dio Neigung 92 ()0 _{zu finden. Im}

allgemeinen wird man dazu neigen, (lie Lage etwa in halber Höhe der Welle zu legen, weil dort der volumen-mäßige Ausgleich der Wassermenge íwisehen Wellen-berg und Wellental liegen dürfte. tjnLer der Annahme von sinusförmigen Wellen trifft es auch ohne weiteres zu. Die Loitwassorlinienfläche wird ici diesem Fall auf halber Wellenhöho gelegt. Anders siel t der Verlauf bei einer Trochoidenwelle aus. Hier verJäuft (lie Höhen lage etwas unterhalb der halben W' Ilenhöhe. In dei Arbeit des Verfassers [5] wird dios

auf Grund dci

volumenmüßigen Ausgleichs nachgewiesel. Betriigt bei einem trochoidenförnuigen Wellenprofil dio gesamte Wellenhöhe an der Oberfläche H 2 1'o so wird die

Leitwasserlinie um dio Strecke

Bild 16 A Weiletilage am Sehili mit Leitwasserlinie Bibi 17 Normaler Spantennill mit Abstand der Leitwasserlinie von der hall,en

Watserlinie

WI û

WI O

I ut - WI

WID,'

von tier halben Wasserlinie nach unten abgesetzt

(Bill 16 unti 17). Die Lage der Ausgtngswasserlinien-fläche ist damit festgelegt. Diese Methode wurde von Upalcl und Lau [6] unabhängig voneinander entwickelt.

Nun zur praktischen Ausführung:

Zur Durchführung einer Rechnung nach Krylow mit einer Leitwasserlinienfiücho wird ein normaler Tscheby-scheff-Spantenriß genommen und mit einer normalen

Welle gearbeitet.

Auf einem

besonderen

Trans-parenthogen werden die Wasserlinien entsprechend den verschiedenen Tiefgängen der Spanten von der Basis mit der Leitwasserlinie (Ausgangswasserlinie) zu einem Wasserliniennetz aufgetragen entsprechend der 3. Inte-gratormothodo (Bild 9), aber ohne Basislinie. Zu Beginn wird das WL-Netz so über (len Spantenriß gelegt, daß

sich Ausgangs.WL vom WL-Netz und Spantenriß

decken (Bild 18). Zur Bestimmung von M werden elio

WI Oj

WI Oj

L t - WI wiol

,5;'$

Bild 18 Spantenrlß mit Wnsserllnlcnnetz (normale Welle) filz die NeIgung9)

Aiit'innße a und h an jedem Spnnt mit der ihm gehörigen \Vasserlinie von der Lotrecliten mifgeinessen. Bei den. nun zu untersuchenden Krängungslagen hat _die Leit-wasserlinienflitcho die Funktion die _Neigungen fest-zulegen und die (lurehzufïtllrenclen Korrekturen der

Sclì\vimnl\vusserliniexl für (lie _{Konstant haltung der}

Verdriingung zu gewührleisten, also _{dieselbo Aufgabe} zu erfüllen wie bei einer Irylow-Rechnung nach _der (Uattsvassernìethode.

In den Spantenriß wird die

_{erste Neigungslage im}

Schnittpunkt mit der Mitsehiffsachse_{hineingelegt. Die}

beiden Leitásse'linien vom VL-Netz

und Spanten.

riß werden miteinander zur Deckung gebracht, daß (1er Drehpunkt D immer im korrigierten Wasser]inien-schwerpunkt liegt (Bild 19). Von der _{Mittellinie des} WL-Netzes werden grundsiitzlieh

_{immer hei den zu}

untersuchend en Krängungslagen die Ablesungen der Spant aufmaße an (len. betreffenden _{Wusserl mien} vor-genommen. WL13 WLl2 A13 WL11 ,1S

Bild 19 Spantenriß nit \Vass'rJiniennetz _{(norinde Welk) für die}

Neigung q g'1

Ausdensieh ergebenden Werten wird(larauf im Span. tenriß die Korrektur der Neigungs-WL und die Ver-schiebung des WL-Schwerpunktes durch die Bestimn-mung des Wertes e von der Leitwasserlinie

_{- wie bei}

Glattwasser Üblich

_{- vorgenommen. Die weiteren}

Neigungslagen werden immer (lurch den gewonnenen

neuert WL-Sehwerpunkt gelegt und die Leit-WL und WL-Netzes mit dem Punkt

_{D -}

_{wie oben beschrieben} zur Deckung gebracht. Auf diese Weise erhält man die vorher erwähnte idealisierte Leitwasserlinien-Hüll-kurvenfläehc innerhalb der Welle. Der _sich

anschlie-ßende Rechnungsgang Ist wie bei

einer normalen

Krylow-Methode bei Glattwasser.

Mit diesem Verfahren ist es nun möglich, die wirklich vorliegenden Stabilitätsverhältnisse zu erfassen. Dabei nimmt diese Rèchnung für eine _{Wellenlage am Schiff} etwa die Zeit in Anspruch wie bei einer normalen Glatt-wasserrechnung nach Krylow. Bei einer Untersuchung der verschiedenen Wellenlagen _{am Schiff braucht} je-weils nur das WL-Netz neu angefertigt zu werden, nicht aber der Spantenriß. Also ein kleiner_{Vorteil. As} Grün-den der Übersichtlichkeit ist allerdings _{für die} Korrek-turen der Leitwasserlinie jeweils eine neue Pauso für den Spantenriß zu empfehlen. Als Nachteil kann sich die Ermittlung der Aufmaße bei den verschiedenen Wasser-Jinien für dio einzelnen Spanten durch (lie erhöhte Aufmerksamkeit auswirken. Besonders dann, wenn die Fäl'e Wellenbcrg auf L/4 und 3/4-L _{der Schiffslängo} untersucht werden. Dann hat jeder_{Spant einen} ande-ren Tiefgang und damit auch seine entsprechende Was-serlinie. Bei einer Nachrechnung von kritischen Stabili-tätsfiillen im Seegang ist diese Methode für eine be-stinnntoVerdrängiing sehr geeignet un(l vermittelt einen schnellen Überblick.

Selbstverstöndlich läßt sich auch auf _{diesem Wege} ein Pantokarencn-Diogramnm aufstellen, indem man für mehrere Tiefgänge die vorliegenden Verhältnisse unter. 512

sucht und ilie gefundenen l'unkte zu Querkarven ver-bindet. Aber der zeitliche Arbeitsaufwand

_{steht in}

keinem Vorhiiltnis zu den E gebnissen.

Hierzu ein Beispiel: Wem len. für vier _Bel Ldungs/n-stände mit vier Wellenlagen am Schiff (lie Sabilitiits-eigenschaften für den Zus! md

_{untersucht, See voit}

hinten bzw. von vorn kommend, so sind, um (liese

Forderung zu _{erfüllen, 16 Htahilitätsrechnuiigen} not-wendig.

Für die Ermittlung der Pantokarenen dürfte der

Arbeitsaufwand bei vier Verdrängungen doch wohl etwas zu groß werden.

Bestimmung des statischen Hebelarms

Um nach dem Integratorverfahron die Stabilitäts-verhältnisse für die einzelnen Wcllenlagen am Schiff zu

kennen, muß der Abstand des

VeÑlriingungssehwer-punktes F von dem Kielpunkt

_{K fui' dio einzelnen}

Neigungen bestimmt werden. Aus dem Gesamtmoment M des gekrängten Schiffes erhält man durch Division der Verdrängung V (len Hebt larm_{(Bild 20).}

L / ni dx M '1K =

₌

if. dx

o

In der Formel stellen a tini b die Instrumentenkon-stante und 2 den Zeichnungsn aßstab_{dar. Hiermit ist es} möglich, fur jedo beliebige B4gegnungsphaso der Welle am Schiff die Lage der Aiiftriebsrichtung_{für beliebige} Verdrängungen hei den entsprechenden _Neigungen

j

festzustellen. Diese ermittelt_{en 11K-Werte werden als} Funktion der Verdrängung aufgetragen,

_{so daß für}

jede Wellenlago am Schiff ein I'antokarenen-Diagramni

Bild 20 StahilitätugröCen für die Ncigiingslage

(Bild 21 un

_{22) entsteht, wie es allgemein bei der}

Glattwasserstaliilität bekannt ist. Diese Art der Auf-tragung von Stabilitiitsquerkurven bietet einen großen Vorteil, denn für beliebige Tiefgänge _können gleich-zeitig mehrere Stabilitätsbetrachtungen _{durclmgefiihrt} werden.

Für die größten Stabilitätsschwankungen _{,,Schiff im}

Wellenberg" und Schiff im Wellental" wurden

_bei

einer Wellensteilheit von _{= 0,075 die} Stabilitäts-querkurven (mK-Kurven) aufgetragen. Ihr Kurvenver-lauf entspricht etwa dem flit Glattwnsser. _Rein iiußer-lieb unterseheidemi sich dio beiden _{Auftragungsarten} nur (lurch den Kurvenverlauf. Bei ,,Wellental auf L/2"

(Bild 21) nehmen dio Pnntokarenen bis

_{etwa g' = 60'}

einen konvexen, bei ,,Wellcnberg auf L/2" (Bild22)

bis etwa g' = 40° dagegen einen konkavon_{Verlauf an.} Schlffbauteehnllc Il 1011961

I ihreii Fwìli ionsvert en sind

tinier-liicile zu verzeichnen, wobei die

mini-aleii 'ert o ini letztgenannten Fait 1ift rei en.

Aus diesen Pantokarenen kann für

u möglichen Ladezustatid des

ch ifte, bei Kenntnis des Massen-liwerpiinktes KG der Höhe nach, der lebelarni der statischen Stabilität be-* itomt werden.

(6) 1)er Hebelarrn ist nicht nur eine Funk-i on des NeFunk-igungswFunk-inkels q', sondern '.v irci durch die Wollenform, We'len-iiteiiheit, (lurch ihre Begegnungsphase

sowie durch die Knisricht eng des

Schiffes beeinflußt [7], [8] und [9].

Wenn dieses hier auch nicht so in

Er-(heinung tritt, so ist es deutlich in

ild 2 zu erkennen. Die Hehelarme der nzelnen Passierphasen weichen mehr 1er weniger, ganz nach der Wellenlage n Schiff, von dem Glattwas.serw.rt ab. Bei der Stabilitätsbetrachtung im See-Ing geht man von der Annahme aus, aß dio Verdrängung sich bei den

ein-lnen Passierphasen der Welle (lurch

i as Heben und Senken des

Schiffes

icht ändert. Außerdem muß das Schiff I eim Passieren der Welle gleichen Kurs nd gleiche Geschwindigkeit

beibehal-i n.

Bei dem Verfahren nach Krylow mit eitwasserlinie werden in der 1-laupt.

tche wohl nur bestimmte

kritische

tabilitiitsfälle

untersucht. Das

Ver-I thren hat (len Vorteil. daß es

Stabili-i i.tswerto für eine konstante

Verdrän-eng ermittelt. Daher bietet es schnelle ontrollniög1ichkeiten. Dio Durchfüh

-mg der Rechnung ist der für Glatt.

asser analog, so (laß auch hier dio

i)rdinaten der

Formsehwerpunkts-I urve yF und z

ermittelt werden.

us diesen Werten wird die

Zusatz-labilität Zh ÂtzNì, gebildet [10], clic

on den. S'tejj?e, einführte.

= " +

MF

(7)

Unter M ist dio breitenmetazentrischc Höhenlage ini

¡eegang zu verstehen (1311cl 20).

Diese Ait der Rechnung bringt den Vorteil mit sieh, daß für affin verzerrte Schiffe ohne großen Reehenauf-'cand die Stabilitätsverhältnisso leicht überprüft werden

J:önnen.

Der statische

Stabilitätshebelarm für Seegangs.

orhältnisse wird aus der Anfangsstabilität für Seegang und der Zusatzstabilitiit zh = MN gebildet.

h = (M7G + z) sinq'

(9)

l)amit it für (liese Verfahren clic Möglichkeit ge.

eben, Iie Hebelarme der statischen Stabilität zu

er-i uer-it.teln.

'usam inenfassung

I )urch il io auftretenden Stabilitätsschwarik _{ingen (1er} lehelarmkurve im Seegang, hervorgerufen durch dio \ellenhewcgung inn Schiff, ist es erforderlich, genaue nninisse darüber zu bekommen. Zu diesem Zweck ist s n ngehrncht, die bekannten Stabilit ätsvorfaliron auf *ctiifflciiitec.Iinlk 11 10/19Cl n ¿jo 2.08 zio ¿88 058 n

Bild 21 FantoknreniiìeinesKüinos, 1/k_K lirven für Schilf jun Vellental

I ₁₇₀₈

Vasi

ihre Brauchbarkeit mit dem erforderlichen Arbeits-aufwand und der damit verbundenen Genauigkeit zu

überprüfen, denn dio

Stahilitätsuiitersuchungen im Seegang nehmen ein Vielfaches cIes Arbeitsaufwands

gegenüber der Glattwasserstabilität an. Zu dioem

Zweck wurden bekannte Stabilitätsverfahren, wie (las Integrator- und das Krylow-Verfahren, untersucht unii auf ihre Vor- und Nachteile hingewiesen. Dabei hat sieh gezeigt, daß die Verfahren, die vom Verfasser und Lea entwickelt wurden, wie cias Integratorverfahren nach der dritten Methode und das Krylow-Verfahren mit Leitwasserlinie, jeweils für ihren Verwendungszweck bestimmt, sehr brauchbare Resultate zeigten. Aller-clings hängt (lie Genauigkeit von der Wahl der Spanton ab. Wenn man das Krylow-Vcrfahren mit Leitwasser-linie nur für eine konstajito Verdrängung

_{- wegen des}

sonst zu großen Arbeitsumnfanges _{verwendet, kann} das Integratorverfahren

- wegen seiner Einfachheit

mind seines geringen Zeitaufvandes_{-- für clic Ermittlung}

der Pantokarenen _{bzw. Forinzuisat zstabilit ut unter} Berücksichtigung seiner ihm enlia ítenden Eigenheit en

niugewenulet werden -513 500 8i--go' 200 308 488 388

V-

808 rm 788 ¿00 b0 ¿80 058 408 ₀₀₀

rU

-Verwendete_Symbole in] A _in] C,4. _[in/s] u _[in/si Ji1 _[in1] .MZF0 [ni] [O]

f

!iii9 [iii3] [in3] II! _[m'J PIlL iii] GIlL [in] F0K _[in]

- 2 r0

_nu] r0 _in] e _[in] '1K [m] h _[in] KG _[in] Schiffslünge \Ve11enhnge \Ve1lengesc1iwindigkeit Schiffsgschwind igke.it Breiten tnigheitsmoment

metazentriseher Radius der

An-fangslage lin Seegang Krüngungswinkel

Span tflachc'

Spantmoment Verdrängung statisches Moment

Formschwerpunkt bez. auf HL Ma.ssenschwerpunkt bez, auf HL Fiöhenlage des Verdrängungs-schwerpunktes

We11enhöhi

halbe Wellenhölin

_{an der}

Ober-fläche

Wasserlinien-&hwerpu nkt Hehelarin bez, auf Kielpunkt Rebelaron iler _statischen

Stabi-lität

Höhenlage des Massenschwer. punktes

Zeitdauer

durchlaufende Wegstrecke Zusatzstabilitütsgröße

Q uerkoordinate der F-Kurve Vertikalkoordjnate (1er F-Kuive Anfangssiuhilüät für Glattwasser

JL!0ilI _{1m] perioil} 1n _{Stabilitätsiinlerung}

ALG _{Im] Anfiuiig tabili1iit für Secang}

[ml

_{inctaei rische Höhenlaçe für}

Glattwn ser

M2K [in]

_{motazenrische Höhen1ae für}

Seegang

M,JG ' sin q' [in]

_{Stabi1itshebelarrn des}

Schiffs-gewichti

sin q' [in] _{Stabilito shebelarm der}

Auf-triebsvci ieilung

sin q' [in] _{Stabilitä(shebclarm der}

Schiffs-form

Literatur

[1j Wendel, K.: St,il,ilitütselnbtil3e luz Seegang und durch Kokadecksiast, Hansa (11)54) S. 2009.

[2) Kitsch, M.: flor die _{Anwendbarkeit der Tsclzebyscheffkoofllzicnten}

in der Praxis. Schiff1autec1,nik 3

(1953) S. 273 bis 277 und S. 311 his

315.

[31 Sehtriner, M.: Stabilität in, Seegng, Diplomarbeit 1958, unvcr'_{öffeiitliçht.}

(41 4 radI, B. inni Ioden., S.: StabllitSt 1,sI vor- und acliterliche i Seegang. Sclziffstechnlk .5. Bd. (1958) 11.28, . 1112 his 199.

[51 Upahi, E.: Jeclinrische BerüeR ichtigung _{des Sinit -Effektes.}

Sehiffbautechiek 10 (1960) 11. 1, S. M bis28. [6] Lau, F.: Stabfliiät im Seegang.

Diiloinarbeit, unveröffciit lieht.

[71 Ora/I, W. inn! 1(eelseher, F.: _{Withstands- und Stabilitii oversuclie} mit tirel Fic1i1atipferiiiodt'llen. _{W' rit, Iteederei, hafen 22 (1941)} 11.8, S.115 Ii' 120.

[s] Geint: 1toUscliwlnznngen, StabilitI t _{und Sicherheit im Seegang.}

Sehiffstechnik (1952) JI, 1, 8.10 bi-21.

[9] $altou'skaja, W.: Dic Oewährleistung

einer sicheren Fahrt bei k'li,ien

Schiffen. MorskoJ Flot 19 (1959) 11. _{S. 13 bis 15.}

[101 Ups),!, E.: _{SI t!tilithitorcclrnting miitteIs}

Stahilitäts- und

Zusatz-,tal,ilitäts-Funkt inri nach 'eon dz _{Steinen, Schifibaulechnik 7}

(1957) 11. 1, 8. _{lis 5S 11. 2, S. JI t bis 116; 11.3, S. 17e} bis 184.

[IJJ Braun, K. 17.: Einige_{Arbeiten des Instituts für Theorie dci Schiffes}

auf dciii (lebict her Sclnffustubilität i n Jtahinen der Entwicklung des Faelzgebiet.'i in den letztefl Jahren. _{5ehiifbuuteehnik 10 (1160) 11. 2,}

8. 67 his 76.

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