Modellversuchsverfahren der VWS fur schnelle Wasserfahrzeuge

ment systems necessitated clianges both in conception and in config- I V f i H o I l i i n n o r . . uration of all systems. This paper describes the evolution of such a J - » ^ m i c l l U n g e n . system, culled Britships, with special reference to the Technical and

System considerations for new developments, and describes aspects concerned with the use of micro computers. It suggests that the need to respond to changes in technology is a continuous process and it is essential for C A D / C A M Systems to adapt to the new technology.

Die im Programm angekundigten Vonrage ..Optimization of C R M ISD 'SS BR-1 Engine and Water-Jet Package for a 1200 kW Propulsor" und „Developments in Structural Design of Naval Surface Ship" ent-fallen.

Die mit uns befreundete Gesellschaft „The Society for Underwater Technology" plant für den 26.-28. Januar !9S8 in London eine inter-nationale Konferenz mit dem Thema „Technology Common to Aero and Marine Engineering".

Ziel der Konferenz ist der Gedankenaustausch unter Ingenieuren, die sich mit Problemen des Entwurfs und des Betriebs von Luft-, Was-ser- und Unterwasserfahrzeugen befassen.

Voranzeige und „Call for papers" können bei unserer Geschafts-stelle angefordert werden. Für STG-Mitglieder gelten ermiiBigte Ta-gungsgebühren.

Modellversuchsverfahren der VWS fiir

schneüe Wasserfahrzeuge

voor

DipL-Ing. B . Müller-Graf, VWS*) ^^^'^'^ O0f[f/WDEN

Since the end of the sixties there has been a significant escalation in the development and delivery of traditional but also of new types of high speed marine vehicles ( H S M V ' s ) . Towing tanks with large basins are increasingly engaged in model tests of high speed craft and in investigations of their hydrodynamics. Due lo the special test conditions of HSlVIV's the classical model tests techniques are inadequate in determining the hydrodynamic characteristics of high speed craft. To find out resistance, power performance, lift, dynamic stability and dynamic loads of planing hull,s semidisplacement hulls, hydrofoil crafts, S E S ' s and catamarans unique test techniques became necessary. At the Berlin Model Basin ( V W S ) these special test procedures have been systematically developed and permanently improved during the last two decades. The used lest techniques are minimiz-ing the scale effects. Well proven prediction methods are available.

1. Einleitung

Im Gegensatz zu den rücklaufigen Abliefe-rungszahlen langsamer Verdrangungsschiffe ist bei schneilen Wasserfahrzeugen, die durch Spitzengeschwindigkeiten über F„ = 0,5 ge-kennzeichnet sind, eine seit etwa 1975 stetig zunehmende Neubautatigkeit zu verzeich-nen. Vor dem Hintergrund einer seit vielen Jaliren nahezu ungebrochenen Konjunktur für schnelle Rund- und Knickspantmotorboo-te mit Verdrangungen von etwa 0,5-30,0 entstanden bis Ende der siebziger Jahre als gröBere schnelle Wasserfahrzeuge vomehm-lich Patrouillenboote konventioneller Bauart, d. h. Fahrzeuge, deren Verdrangungsgewicht noch gröBtenteils vom hydrostatischen A u f -trieb getragen wird, sowie bis etwa 200 m ' ver-drangende und über 25 kn laufende Fahrgast-fahren unterschiedlicher Entwurfsprinzipien. Die Vorverlegung der Seewirtschaftsgrenze auf 200 sm und die steigende wirtschaftliche Nutzung des Offshore-Bereiches bedinglen seit etwa 1980 weltweit ein sprunghaftes A n -steigen des Bedarfs an schneilen seetüchtigen Überwachungs- und Sicherungsfahrzeugen, aber auch an schneilen Crewbooten und Ver-sorgem zum Bedienen der Offshore-PIattfor-men. Die Entwicklung und der Bau neuarti-ger schneller Wasserfahrzeuge, wie Katama-rane und Oberflacheneffektschiffe (SES's),

•) Versuchsanstalt fiir Wasscrbau und Schiffbau, Berlin

erhielten hierdurch Starke Impulse. Ungeach-tet der gestiegenen Brennstoffkosten wurde die Forderung nach mehr als 30 kn schneilen Fahrgastfiihren noch durch das Bestreben der Betreiber der Offshore-Plattformen unter-stützt, die kostspieligen Hubschrauberverbin-dungen durch preiswertere oberflachenge-bundene Fahrdienste zu ersetzen. 1978 wurde der Bedarf an schneilen Überwachungsfahr-zeugen auf 300-600 Einheiten geschatzt [1] und der an schneilen Fahrgastfahren 1984 al-lein für den interinsularen Verkehr im südost-asiatischen Raum auf 200 Einheiten. Inner-halb der letzten 10 Jahre verdoppelte sich die Plotte der über 25 kn schneilen Fahrgastfah-ren, die, wie Tab. 1 zeigt, 1986 auBerhalb der USA, der UdSSR und Chinas 557 Einheiten umfaBte [2]. AuBerhalb der sozialistischen Staaten wurden zwischen 1970 und 1987 anna-hemd 2456 Patrouillen-Boote und Uberwa-chungsfahrzeuge abgeliefert (Tab. 2).

Der gestiegene Bedarf an schneilen Was-serfahrzeugen führte zwangslaufig zu einer Verschiebung der Arbeitsgebiete bei den Versuchsanstalten, die über ausreichend lan-ge Schlepprinnen mit hohen Schleppwalan-gen- Schleppwagen-geschwindigkeiten verfügten. Statt der Unter-suchung der hydromechanischen Probleme langsamer Verdrangungsschiffe, die sich seit vielen Jahren im wesentlichen auf den klassi-schen Wellenwiderstand, auf den Reibungs-widerstand bei unveranderlicher benetzter Oberflache, auf Ablösungserscheinungen und deren nachteilige Folgen hinsichtlich Pro-pulsionseigenschaften und

Schwingungsver-halten, auf Kavitationseigenschafien und das Uneare Verhalten des Schiffes im Seegang be-schrankten, gewann die Untersuchung der vielschichtigeren und weitaus zahlreicheren Probleme der Hydromechanik schneller Fahrzeuge an Bedeutung. Gleit- und Spritzer-widerstand, Reibungswiderstand bei varia-bler benetzter Oberflache, induziener Wider-stand, AnhangswiderWider-stand, Trimmwinkelein-fluB, MaBstabseffekte infolge Oberfliichen-spannung, Magnuseffekt, Schraganströmung und ihre nachteiligen Auswirkungen auf Ka-vitations- und Schwingungserscheinungen, Fahrtstabilitat sowie das nichtlineare Verhal¬ ten der Fahrzeuge im Seegang sind hier die dominierenden Probleme, zu denen noch die Phanomene der hydrodynamischen, aerosta-tischen und aerodynamischen Auftriebser-zeugung hinzutreten.

Mit den für langsame Verdrangungsschiffe seit vielen Jahrzehnten bewahrten Versuchs-methoden und Auswertungsverfahren lassen sich daher die speziellen Probleme schneller Wasserfahrzeuge nicht zuverlassig untersu-chen. Die hohe Modellgeschwindigkeit, die relativ groBen vertikalen Wege und der starke EinfluB auBerer Krafte am geschleppten M o -dell auf Trimm und Widerstand erfordern na-hezu f ü r jeden Fahrzeugtyp, je nach A r t der überwiegenden Auftriebskrafte, spezielle Versuchstechniken und Auswertverfahren.

In der Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau in Berlin wird in Fortsetzung einer langen wissenschaftlichen Tradition seit mehr als 25 Jahren und nicht erst seit dem Vorverle-gen der Seewirtschaftsgrenze der Problematik schneller Wasserfahrzeuge groCe Beachtung geschenkt. Systematische Untersuchungen von Gleitbooten [3] sowie von Tragflugelboo-ten mit teilgetauchTragflugelboo-ten Flachen der Supramar A G [4J erzwangen bereits Anfang der sechzi-ger Jahre die Entwicklung neuer und speziel-ler Versuchstechniken, die aufgrund der For-schung auf dem Gebiet schneller Rundspant-boote und der systematischen Untersuchung des Einflusses von Spritzleisten auf Wider-stand und Fahrtstabilitat dieses Fahrzeugtyps [5] laufend erganzt, verbessert und den

Forschung/Entwicklung

r

Hydrofoil Craft

years Surlac

pi ere.

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rans srs V SO.fSH > total

until 195 S 1955-1360 7 7 1960' 61 IZ ₁₂ 1962 ' 63 \k ₁₆ 196'f'6S Z't 2 _{1 27} 1366*67 31 7 _{I 39} 196S* 69 'fZ 10 2 _{1 58} 1970 "11 55 21 'i 2 9 ₉₅ 1972'73 72 37 t II 7 10 5 W6 13Tt*75 91 50 9 19 13 Il- 17 213 mem 101 60 18 31 lb ls 39 2 8 0 1978*73 110 70 21 to 21 15 61 338 19S0 115 71 23 ^3 27 16 71 366 mi tzo 75 27 51 33 17 79 WZ 1382 123 'ao 28 62 t3 18 SO tMt 1933 IZt et 28 73 ^7 20 94 t67 1SS¥ IZ6 86 28 95 16 22 105 512 1385 131 75 IB Ut- tl 19 108 506 13S6 ₁₃₂ 7t 19 139 IS 26 122 5S7 Pfrccntoge 23.7 13.2 25.0 _{B.2 ZI.9 WO}

Quelle: "World's Fast Ferry Dircclory" dcr Zcilschnfl "High Speed Surface Craft , Vol. No. 5. 6. 7 und Schiffsliste dcr Japan Maritime Credit Corporation

Tab. Nr. 1: nolle derschneUen Fabrgaslfahren {V > 25,0 kn) ohne Ci boole auBerhalb der USA, der UdSSR und Chinas

Period Type tt < A' _{< IOI} tot - A < sot sot •'A <wot IO0t<.i <20Qt 2001 ^2 <300t a ^300 ' Total 1970¬ 1971, 5DR8H HCPH s ACVs HFC SES's ; 10 127 19 5 1 113 « 69 38 316 137 1970¬ 1971, Units 137 2« 68 117 69 36 ',53 1971,¬ 1978 ISDRBHs 'HCPfi '5 ACV 's HFC SES's 90 «6 209 13 81 118 7 IOI 6 29 628 60 6 1971,¬ 1978 Units 136 226 81 119 107 29 698 1978¬ 1982 SDRBHs HCPH's ACVs HFC SES's - -52 19 265 13 tot, 6 75 1 58 56 610 ₃₉ 1978¬ 1982 Units 71 278 110 76 58 56 61,9 1982¬ 1986 IDRBHs HCPH S ACVs -IFC ^ES's 30 1 205 tl 22 80 103 2 33 60 116 5',9 5 22 2 33 Jntts 31 231 80 138 60 116 656

Total tJeli^f. craft 375 759 339 tiSO S9i 239 2i'56 Pe/cenlage 15.3 30.9 13.8 18.3 12.0 9.7 100

Type 0/ Craft _{Jnits Percentage}

Semi-displacement tound bilqe hulls 5DRBH s 2l',8 87.5 Hard crime plonino hulls HI^PH ' s 21,1 9.8

Air cushion vehicles ACV s _{26 1.1}

nyarototi cra/t nFC ₈ 0.3

Surface eftect ships s£S's _{33 1.3}

Oucllc: Fork, Harald „Schncllboote". Bd. 3 u. 4, Kochler, Herford

Tab. Nr. 2: Zwischen 1970 und 1987 auBerhalb der sozlalislischen Slaalen abgelleferle Patrouillenboole und schneUe Oberwachungsfahrzeuge

lichkeiten derelektronischen Datenerfassung und -verarbeitung angepaCt wurden. Nun-mehr stehen langjahrig erprobte Versuchs-techniken f ü r

— Gieitboote,

— Rundspantboote (Semi-displacement hulls),

— Tragflügelboote mit teilgetauchten Fla-chen,

— Katamarane und

— Oberflacheneffektschiffe (SES's) zur Verfügung, die den besonderen Forde-rungen und Versuchsbedingungen gerecht werden wie:

— möglichst hohe Modellgeschwindigkeiten

( V m > 4 , 0 m/s) ,

— kurze MeBzeiten,

-— relativ groBe Widerstande und Krafte, — relativ groBe Schübe und

Propellerdreh-leistungen,

— relativ groBe Vertikalwege (Tauchungen), — relativ groBe Trimmwinkel,

— groBe Vertikalbeschleunigungen und Be-wegungsamplituden im Seegang, — Anordnung der Schleppkraft im

Wider-standsversuch wie der Restkraft im Pro-pulsionsversuch bei allen Tauchungen und Trimmlagen in der resultierenden Schub-achse,

— gleichmaBiger, aber möglichst hoher Tur-bulenzgrad des Tankwassers,

— möglichst kurze Beruhigungszeiten f ü r die vora Modell verursachten Wellensysteme. Diese Versuchstechniken, die seitens des High Speed Marine Vehicle Committee der ITTC nicht nur als zweckmaBig, sondem im Hinblick auf die Vergleichbarkeit von Ver-suchsergebnissen auch als zukünftige Stan-dard-Versuchsmethoden angesehen werden, sind in den Beitragen des Komitees zu den Konferenzberichten der 16., 17. und 18. I n -ternationalen Tankleiter-Konferenz (ITTC) und in den Referenzen [ 6 - 1 2 ] beschrieben und werden nachstehend erörtert.

2. Wahl des ModellmaBstabes

Die Wahl des ModellmaBstabes X, d. h. der ModellgröBe, hat bei schneUen und durch die Ausbildung von Spritzem gekennzeichneten Wasserfahrzeugen einen ganz wesentlichen EinfluB auf die Zuverlassigkeit und Übertrag-barkeit der Versuchsergebnisse. Wurden bis vor wenigen Jahren für die Untersuchung kleiner Fahrzeuge auch relativ kleine, oft nur 0 , 9 - l , 5 m lange Modelle als ausreichend an-gesehen, so sind heute die

Modellabmessun-gen schneller Wasserfahrzeuge innerhalb der durch die Versuchseinrichtung gegebenen Grenzen so groB wie möglich zu wahlen. Die G r ü n d e hierfür sind:

1. M i t zunehmender ModellgröBe nehmen die MaBstabseffekte ab, die bei diesen Fahr-zeugen in erster Linie durch die Oberflachen-spannung und dann erst durch die Zahigkeit bedingt sind. Die das Verhaltnis von Trag-heitskraften zu Kapillarkraften kennzeich-nende Weber-Zahl

O,

mit a, = Oberflachenspannung des Was-sers, 0,0726 N / m ,

die zur Gewahrleistung einer maBstablichen Ausbildung des Spritzers und Benetzung der AuBenhaut bei Modell und GroBausführung gleich sein sollte, fallt infolge der in beiden Fallen gleichen Froude-Zahlen und Oberfla-chenspannung des Wassers ungleich aus.

Die Oberflachenspannung des Wassers am Modell ist maBstablich viel zu groB, und zwar um den Faktor Der am Modell auftretende Spritzer besteht daher nicht wie bei der GroB-ausführung aus einem Strahl von Wassertrop-fen, sondem aus einer zusammenhangenden Wasserschicht (Bild I ) , die förmlich an der

Schift & Hafen/Kommandobrücke, Heft 6/1987

AuGenhaut zu kleben scheint und nur mit Hil-fe von Spritzleisten zum Abreifien zu bringen ist. aber auch dann noch eine bei der GroB-ausführung nicht beobachtete Tendenz zum Wiederanlegen zeigt. Die benetzte Oberfla-che des Modells ist daher relativ gröBer als bei der GroBausführung und damit auch der A n -teil des Reibungswiderstandes. Da sich einer-seits die Oberflachenspannung des Tankwas-sers nicht um den Faktor Ifk' vermindern laBt, die Zugabe von Detergentien wie „Pril" bringt nur den-Faktor 0,5, und andererseits aufgrund der bisherigen Untersuchungen der VWS über die Charakteristik der Spritzers [5, 12] eine langere Lauflange des Spritzers erfor-derlich ist, um die Helmholtzschen Instabih-taten soweit anwachsen zu lassen, daB sie die Oberflache des Spritzers zum Zerplatzen bringen und der Spritzer in Tropfen zerfallt, sollten hinsichtlich einer realistischen Ausbil-dung des Spritzers die Modellabmessungen und die Modellgeschwindigkeiten so groB wie mögUch sein. Es ist daher offensichthch. daB mit Modellabmessungen, die bei Geschwin-digkeiten oberhalb F„ = 0,5 zu Spritzem füh-ren, deren Lauflange unter 0,5 m liegt, keine zuverlassigen Versuchsergebnisse zu erwar-ten sind.

Um die kritische Reynoldszahl R„ = 5-10*, oberhalb der eine vollturbulente Grenz' schicht am Rumpf gewahrleistet ist, bereits bei Modellgeschwindigkeiten zu erreichen, die der niedrigsten interessierenden Ge-schwindigkeit, namlich der Marschgeschwin-digkeit von V = 14- 16 kn, entspricht, sind im allgemeinen Modelle von nur 3.0-3,5 m Lan-ge erforderlich. Zur Vermeidung der den Mo-dellanhangswiderstand vergröBernden, lami-naren Ablösungserscheinungen an den A n - ! hangen sind jedoch noch gröBere Modellab-messungen notwendig. Um möglichst groBe örtliche Reynoldszahlen der Anhange zu er-reichen, sollten schon aus diesem Grund die Modellabmessungen so groB sein, wie es die Grenzen der Versuchseinrichtung eriauben.

2. Mit zunehmender ModellgröBe können die dann auftretenden gröBeren Krafte, Mo-mente und Wege meBtechnisch genauer er-faBt werden. Daneben nimmt z. B. der Ein-fluB der durch Restwellen im Tank hervorge-rufenen Widerstands- und Trimmschwankun- , gen auf die Versuchsergebnisse ab und kann schlieBlich bei ausreichender ModellgröBe vemachlassigt werden.

3. Die heute bei Propulsionsversuchen, vor allem aber bei Seegangs- und Stabilitats-versuchen notwendigen Antriebsmotore, Ge-triebe und MeBgerate bedingen

Modellver-driingungen von etwa 0,120-0.150 m\ die sich nur in Modellen von etwa 3.5-4,0 m Lan-ge unterbrinLan-gen lassen.

Die gröBe zuverlassige Modellange ist durch die Forderung nach vernachlassigba-rem Flachwasser- und KanaieinfluB gegeben, die durch die Bedingungen

L w L ^ 1.25hT.„t und

^ 0.5 BT.„k mit

hiank Tiefe der Schlepprinne m Bisnk Breite der Schlepprinne m erfüllt wird.

Für den Widerstandsversuch ist die Model-lange dadurch begrenzt. daB die gröBte gefor-dene Modellgeschwindigkeit etwa der maxi-malen Schleppwagengeschwindigkeit ent-sprechen sollte, bei der noch eine ausreichen-de MeBzeit zur Verfügung steht. Für die See-gangsversuche muB der ModellmaBstab so ge-wahit werden, daB die gröBten im Versuch geförderten Wellenhöhen und Wellenlangen denjenigen entsprechen, die die Wellenma-schine maximal erzeugen kann.

Für den Propulsionsversuch hangt die Wahl des ModellmaBstabes ausschlieBlich von der Bedingung ab, daB die kritische Reynoldszahl auf 0,7 R des Modellpropellers

R„ ^ 4 1 0 '

bei der untersten noch interessierenden Ge-schwindigkeit eingehalten werden kann.

Die untere noch zulassige Grenze der Mo-dellabmessungen ist dadurch gegeben, daB die Modellverdrangung einschlieBiich A n -trieb, MeBgerate und einem Ballastanteil von etwa 15 % der Verdrangung nicht die jeweils geförderte Verdrangung überschreiten sollte, um eine Entlastung des Modells durch eine auBere Kraft zu vermeiden, da diese den Trimm verfalschen kann.

In der Versuchsanstalt für Wasserbau und Schiffbau werden die oberen Grenzen für die Modellabmessungen voll ausgenutzt. Die Modelle sind bei den im allgemeinen von X = 4 bis 15 variierenden ModellmaBstaben in der Wasserlinie 3,75 bis 4,10m lang und haben eine Verdrangung von etwa 0,130 bis 0,35 m ^ Die maximale Geschwindigkeit betragt beim Widerstandsversuch V = 8,5 m/s und beim Propulsionsversuch, bei dem die kritische Reynoldszahl für Modellpropeller von 0,135 bis 0,145 m Durchmesser eingehalten werden kann, V = 7,5 m/s. Die gewahlten Modellab-messungen eriauben es, Propulsionsversuche unter Dmckahnlichkeit im groBen Umlauf-tank U T 2 der VWS durchzuführen.

Modelle

Zur Untersuchung schneller Wasserfahr-zeuge werden heute ausschlieBlich Holz- und Kunststoffmodelle verwendet, die gegenüber den üblichen Paraffinmodellen nicht nur leichter sind. sondem. im Hinblick auf die gröBeren vor allem bei Seegangsversuchen auftretenden Beanspruchungen auch eine gröBere Festigkeit haben.

In der VWS werden die Holzmodelle für Rundspantboote in Schichtbauweise aus dem relativ leichten Abachiholz oder in Leisten-bauweise hergestellt. Knickspant- und SES-Rümpfe werden über Querspanten und Strin-ger aus Vielschichtsperrholz aufgeplankt. Die Oberflache der Hobmodelle wird vor dem Spachteln mit Polyurethanharz versiegeit und nach dem Spachteln 3 - 4mal mit matter Po-lyurethanfarbe gestrichen.

Die besonders für Seegangs- und Fahrtsta-bilitiitsversuche erforderlichen Kunststoffmo-delle werden mit Hilfe einer von einem Paraf-finpositiv abgenommenen Negativform im Handauflegeverfahren aus glasfaserverstark-tem Epoxydharz hergestellt. Dieser schwer-zuverarbeitende Harztyp garantiert gegen-über dem üblicherweise verwendeten Poly-esterharz wegen des kleineren Schrumpfma-Bes eine gröBere MaBhaltigkeit der Modelle. Die gelb eingefarbte und nach dem Ausfor-men naB nachgeschliffene Gelcotschicht be-nötigt keinen Anstrich. Aus Polyurethan-Hartschaum gcfraste Modelle haben sich in-folge der geringen Harte und Festigkeit des Materials, die den Einbau zusatzlicher Langs-verbande erfordert, in der VWS nicht be-wahrt.

Alle Modelle werden zur besseren Bestim-mung der benetzten Oberflache mit einem en-gen Netz von schwarzen Wasserlinien und Spantmarkiemngen sowie einer roten Kon-stmktionswasserlinie versehen (Bild 2).

Um eine turbulente Grenzschicht am Rumpf auch bei Geschwindigkeiten unter-halb der kritischen Reynoldszahl zu gewahr-leisten, werden etwa 100 mm hinter der Ste-venkontur 2,5 mm aus der AuBenhaut heraus-rajgende Stifte von 2,0 mm Durchmesser oder mit einem entsprechenden quadratischen Querschnitt angeordnet. Die Reihe der Stifte, deren vertikaler Abstand untereinander etwa 15 bis 20 mm betragt, endet am Kiel in einem Bereich von etwa 8 bis 10 % der Wasserlinien-lange hinter dem vorderen L o t , der auch bei maximalen Trimmwinkeln nicht aus dem Wasser austaucht (Bild 2).

Im Gegensatz zu den in anderen Versuchs-anstalten heute immer noch bei schneilen Booten angebrachten Sandstreifen, die

ober-< Bild 1: Ausbildung des Spritzere ara Rundspanlboot bei F, = 0,87

BUd 2: Modell rail Liniennelz und Turbulenzstiflen .',•4

Forschung/Entwicklung

Luft Ziehen, wodurch kaum noch die Turbu-lenz der Strömung angefacht wird und deren Eicenwiderstand nicht eindeutig bestimmbar ist. laBt sich der Widerstand der Stifte zuver-lassig ermitteln. Die Anhange sind mit Hama-Turbulenzerzeugem ausgeriistet. Die Propel-lerwellen sind meistens freidrehend ange-ordnet.

Anstatt der im Boden eingelassenen Stau-keile. deren Fertigung, Anbringung und Aus-wechslung recht aufwendig ist, werden in der VWS verstellbare und vor dem Spiegel am Boden angebrachte Trimmklappen verwen-det, die eine schnelle Ermittlung der optima-len Staukeilanstellung eriauben (Bild 3).

^ . 2 0 . 4

Bild 4: Modell mit aufgeselzfen Spritzleisten 4. Versuche

Bild 3: VersleUbarer StaukeU des Modells Die am Rumpf angebrachten Spritzleisten werden zwecks Ausbildung einer scharfen AbriBkante aus Hartholz gefertigt. Sie erhal-ten keinen Farbanstrich, sondem werden mit Kunstharz versiegeit und anschlieBend sorg-fiiltig naB geschliffen (Bild 4).

Alle Modelle besitzen HeiBaugen, um am Ende der MeBfahrt aus dem Wasser gehoben Oder, wie bei speziellen Farbanstrichversu-chen zur Ermittlung der benetzten Oberfla-che. erst nach Erreichen der Sollgeschwindig-keit in das Wasser gelassen werden zu können.

4.1 Besondere Versuchsbedingungen bei der Untersuchung schneller Wasserfahrzeuge

Die geförderten groBen Modellabmessun-gen und hohen Modellgeschwindigkeiten ver-ursachen neben einer starken Spriuerbildung ausgepragte Diagonalwellen, die am Ende der MeBfahrt beim Uberholen des abgestopp-ten Modells nicht nur dieses, sondern auch Modellfuhrung und MeBeinrichtung erheb-lich beschadigen können. Gleichzeitig verlan-gen die Zunahme der Wellenbildung die zwi-schen den MeBfahrten erforderlichen Warte-zeiten, um die Wellenbewegung im Tank ab-khngen zu lassen. Die Modelle schneller, teil-weise gleitender Rundspantboote rufen im Bereich der maximalen Versuchsgeschwin-digkeit von 7,0 bis 8,5 m/s Diagonalwellen von ca. 0,35 m Höhe hervor. Beim Propulsions-versuch dieser Boote entstehen Wellen, die denjenigen eines 0,3 m^ verdrangenden und mit 15,5 kn oder 28,8 km/h durch die

Schlepp-nnne fahrenden Motorbootes entsprechen das von emem 5,5 kW AuCenborder angetrie-ben wird. Um die hierfiir erforderlichen Beru-higungszeiten von ca. 50 Minuten zu vermei-den, ist in der VWS auf der einen Seite der Schlepprinne eine unmittelbar vom Tnmm-tank bis etwa 20 m vor die Welienmaschine reichende Wellenberuhigungsanlaee ange-bracht. Sie besteht aus einem elektrfsch in der Hohe verstellbaren und 30° gegen die Wasser-oberflache geneigten zweilagigen Holzrost von 0,4 m Breite (Bild 5), der bei Seegangs-versuchen soweit hochgefahren werden kann, daB er noch oberhalb der maximal erreichba-ren Wellenhöhe liegt. Da der Rost die Refle-xion der Diagonalwellen an der Tankwand nahezu volhg unterbindet. klingt die Wellen-bewegung im Tank so rasch ab. daB die War-tezeit zwischen den MeBfahrten nur noch von der Rechenzeit der EDV-Anlaee des Schleppwagens zur Auswertung der MeBda-ten abhangt. Da eine Widerstands- und Tnmmandemng durch die zur Halfte in das Wasser eintauchenden Roste nicht festge-stellt werden konnte, bleiben sie wahrend der MeBfahrten im Wasser und brauchen nicht, wie ursprünglich geplant war, unmittelbar nach Durchfahrt des Modells abgesenkt zu werden.

A m hinteren Ende der Schlepprinne sind auf jeder Seite je zwei schwimmende. etwa 10 bis 15° gegen die Wasseroberflache geneigte 3lagige Holzroste von ca, 5 m Lange angeord-net, die mit einer etwa 1,5 m unter der Was-seroberflache liegenden horizontalen Damp-fungsflache verbunden sind. Zwischen beiden Rostpaaren ist auf Mitte Rinne eine Lücke für die Durchfahrt des Modells ausgespart. Da die Roste die Diagonalwellen völlig auslö-schen, wird das hinter den Rosten abgestopp-te Modell nicht mehr von nachlaufenden Wel-len erfaBt.

Versuche mit schneilen Rundspantbooten im groBen Umlauftank der VWS haften

ge-BUd S: Rosle der Wellenbemhlgungsanlage im hochgefahrenen Zustand ge-BUd 6: Turbulenzharke in Belrieb

zeict. daB bei der gleichen Versuchsgeschwin-digkeit wie in der Schlepprinne das auBere Er-scheinungsfeld des Spritzers jedoch anders ausfallt und mehr dem der GroBausführung ahnelt. Statt der koharenten und in ihrem vor-deren Bereich glasigen und glatten Spritzer-blase wies der hier milchige und undurchsich-tige Spritzer eine unruhige und stark zerfurch-te Oberflache auf, die kurz vor dem Zerplat-zen in Tropfen zu stehen schien. Die vom Spritzer benetzte Oberflache war etwas klei-ner als in der Schlepprinne, lieB sich aber ein-deutig reproduzieren. Gleichzeitig wies der Anhangswiderstand im unteren Geschwindig-keitsbereich einen gleichmiiBigeren Veriauf auf. Da die Ursache für diese verschiedenen Erscheinungen ausschheBlich auf den hohe-ren Turbulenzgrad der Strömung des Umlauf-tanks zurückzuführen war, erschien es zweck-maBig, auch den turbulenten Hintergrund des Wassers in der Schlepprinne zu erhöhen. Bei Versuchen mit schneilen Wasserfahrzeugen wird daher am Morgen vor Beginn der MeB-fahnen sowie nach jeder mehr als 30 Minuten dauemden Pause eine Turbulenzharke von 1,0 m Breite, deren 0,4 m lange Zinken aus Messing-Vierkantstaben bestehen (Bild 6), auf Mitte Rinne in beiden Richtungen durch das Wasser gezogen. Ohne wesentliche Wel-lenbildung im Tank wird der Turbulenzgrad des Tankwassers erhöht. Die sonst übliche Streuung der MeBpunkte für Widerstand und Trimm ist durch diese MaBnahme nahezu ver-schwunden.

pointrr <ns!rumerl „-m aolenliornfler

4.2 VVidcrstandsversuche

Wegen der Kürze der bei hohen Versuchs-geschwindigkeiten zur Verfügung stehenden MeBzeit sowie auch wegen der gröBeren Ge-nauigkeit werden Widerstand, Tauchungen und Krangungen sowie die Benetzung elek-trisch gemessen.

Das in der VWS entwickelte Widerstands-meBgerat ist ebenso wie die spezielle Modell-führung für Verdrangungen von 0,1 m^ bis 0,5 m ausgelegt und nimmt die beim Anfahren und Abbremsen auftretenden Massenkrafte sicher auf. Das Modell kann frei tauchen und trimmen. U m den Beginn abnehmender Fahrstabilitat erkennen zu k ö n n e n , sind freie Krangungen bis etwa O = ± 6° möglich. Die Versuchseinrichtung eriaubt Tauchungswege von etwa 0,25 m und bei Tragflügelbooten von ca. 0,4 m. Die Schleppkraft wirkt entspre-chend den Gegebenheiten der GroBausfüh-rung am Modell unabhangig von der jeweili-gen Tauchung oder Trimmlage stets in der Li-nie des axialen Schubes (Bild 7). Mit Hilfe eines Stellmotors kann das WiderstandsmeB-gerat vertikal so verschoben werden, daB die Neigung der sowohl am Modell als auch am Dynamometer gelenkig angeschlossenen Zugstange stets mit der Schubachse zusam-menfallt. Die erforderliche vertikale Ver-schiebung des Dynamometers wird mit Hilfe der visuellen Beobachtung eines an der Zug-stange angebrachten Zeigers, der deren Nei-gung relativ zum Modell angibt, eingeregelt. Das MeBelement, ein Biegestab mit aufge-klebten DehnungsmeBstreifen, miBt nur die horizontale Komponente der Schleppkraft, die dem tatsachlich auftretenden Widerstand

56

Bild 7: Widerstands- und Trinuneövorrichtung

entspricht. Es stehen Biegestabe bis 400, 600 und 800 N Widerstand zur Verfügung. Beim Überschreiten dieser Lasten kippen die Bie-gestabe um und legen sich an die Gehausewand an, so daB die beim Anfahren und A b -bremsen auftretenden Tragheitskrafte die Biegestabe nicht belasten. Das verwendete MeBverfahren schlieBt die den Widerstand und Trimm verfalschenden Momente aus, die zwangslaufig dann auftreten, wenn entspre-chend der bei Verdrangungsschiffen üblichen Methode die Schleppkraft horizontal und au-Berdem noch oberhalb der Schubachse aufge-bracht wird. Die für hohe Froudesche Zahlen ermittelten unrealistischen Widerstande und Trimmwinkel früherer .systematischer Wider-standsversuche [13, 14] sind für die Notwen-digkeit der richtigen Krafteinleitung ein deut-licher Beweis.

Die Tauchungsiinderungen am vorderen und hinteren Lot werden elektrisch gemes-sen, können aber gleichzeitig durch Zeigerin-strumente visuell kontrolliert werden. Die je-weils auf einer gemeinsamen Welle sitzenden MeBgeber werden durch Zahnketten ver-stellt, die mit dem Modell durch dünne Schnü-re verbunden sind. MeBbeSchnü-reich und Ablese-genauigkeit können durch die Wahl unter-schiedlicher Kettenraddurchmesser variiert werden. Die Krangungswinkel werden nach dem gleichen Prinzip gemessen, um bereits beim Widerstandsversuch sich abzeichnende Fahrtinstabilitaten qualitativ zu erfassen (Bild 8).

Das Modell wird bei den Widerstandsver-suchen nur an zwei Punkten geführt (Bild 7), einerseits mit Hilfe von einem Paar Führungs-kugeln, die in einem am Modell befestigten Ausleger angebracht sind und die an einer vor dem Vorsteven angeordneten, schleppwagen-festen vertikalen Platte auf- und niedergleiten können, und andererseits an dem Befesti-gungspunkt der Zugstange am Modell. Das Modell kann sich daher ungehindert in Fahrt-richtung einstellen.

Die effektiv benetzte Oberflache, die sich bei allen schneilen Wasserfahrzeugen infolge der Spritzerbildung sehr stark mit der Ge-schwindigkeit andert, muB im Hinblick auf ei-ne zuverlassige Leistungsprognose sowie auf eine zutreffende Berechnung des

Reibungs-Bild 8: KrangungsmeBvorrichtung

abzuges sorgföltig bestimmt werden. Hierzu werden in der VWS routinemaBig drei Ver-fahren angewendet.

L Mittels visueller Beobachtung Anhand des auf dem Rumpf angebrachten Liniennetzes wird wahrend der Fahrt die Be-netzung skizziert und mit Hilfe der so gefun-denen benetzten Spantumfange die effektiv benetzte Oberflache bestimmt (Bilder 9 und 10). Fahrtaufnahmen aus verschiedenen Richtungen (Bilder L H und 12) liefern zu-satzliche Informationen. Dieses Verfahren eignet sich je nach Spritzerausbildung nur für Modellgeschwindigkeiten bis etwa V = 5,0 m/s und liefert erst nach den Versuchen die Oberflache.

2. Mittels Farbabwaschverfahren

Da die Benetzung der AuBenhaut durch den neben dem Rumpf wesentlich höheren Spritzer visuell nicht erfaBt werden kann (Bild 12), wurde in der VWS ein Verfahren entwik-kelt, bei dem die Oberflache des Modells in den vom Spritzer voraussichtlich benetzten Bereichen mit schwarzer, wasseriöslicher Far-be (FingerfarFar-be der Fa. FaFar-ber) flachig einge-strichen wird [9]. Das aus dem Wasser geho-bene Modell wird erst nach Erreichen der

Forschung/Entwicklung

K IS la ?o Welled area ot V • iOO kis

Seel M) 0

BUd 9: Skizze der Benetzung bei Fahrl

v/ithDut Spray mils with Spray rails

BUd 10: Auftragung der benetzten Spantumfange

BUd 11: AusbUdung des Spritzers am Rundspanlboot bei F , = 0,87 SoUgeschwindigkeit in das Wasser gelassen

und vor dem Ende der MeBfahrt wieder her-ausgehoben. Die untere Grenze der stehenbliebenen Farbe gibt bei Berücksichtigung ge-ringfjjgiger Korrekturen die obere Grenze der Benetzung an, die dann ausgemessen werden kann (Bild 13).

3. Mittels elektrischer Benetzungssonden

Beide vorstehend beschriebenen Verfah-ren eriauben eine Ermittlung der benetzten Oberflache und damit der korrekten Schlepp-leistung zeitlich erst lange nach den Versu-chen. Zur schneilen Bestimmung der benetz-ten Oberflache bereits wahrend der Versuche mit Hilfe der EDV-Anlage des Schleppwa-gens wurde in der VWS eine spezielle Ohm-sche Benetzungssonde entwickelt [9]. Sie be-steht aus zwei 2,5 mm breiten, vergoldeten und mit Kunstharzlack abgedeckten Kupfere-lektroden, die in einem Abstand von 0,3 mm auf einen 0,1 mm dicken Plastikfilm aufge-druckt sind. Da sich das elektrische Feld im Wasser nur zwischen den Stimkanten der Elektroden in dem 0,3 mm breiten Zwischen-raum ausbreiten kann, wird es nicht, wie bei den üblichen Benetzungssonden, durch die jeweilige Ausdehnungdes umgebenden Was-sers oder wie im vorhegenden Fall durch die Dicke des Spritzers beeinfluBt. Sonden und nachgeschaltete Elektronik sind so ausgelegt, daB MeBsignale erst dann ausgelöst werden, wenn der Spritzer dicker als 2 mm ist. Die

Sonden werden direkt auf die AuBenhaut ge-klebt. Sie verursachen bei den verwendeten groBen Modellen keine meBbare Wider-standserhöhung und lassen sich mehrfach ver-wenden. Zur Erfassung der Oberflache sind sieben Sonden erforderlich (Bild 14), deren MeBsignale on-line in die EDV-Anlage des Schleppwagens eingespeist werden. Visuell ermittelte Benetzungsdaten können ebenfalls in den Rechner eingegeben werden. Die ef-fektiv benetzte Oberflache und die damit be-rechnete Schleppleistung werden zusammen mit den korrigierten Gleitzahlen bereits auf dem Schleppwagen ausgedruckt.

Um im Hinblick auf niedrige Versuchsko-sten den groBen Aufwand für die Bestimmung der benetzten Oberflache vermeiden zu kön-nen und trotzdem noch zuverlassige Benet-zungsdaten zu erhalten, werden in der VWS Rundspantboote möglichst nur mit aufgesetz-ten Spritzleisaufgesetz-ten untersucht. Die AbriCkante der Spritzleiste gibt im Vorschiff die obere Grenze der Benetzung an. Für das in der VWS hinsichtlich einer Verminderung des Leistungsbedarfs und einer Verbesserung der Fahrtstabilitat entwickelte überlappende Spritzleistensystem ist die Anderung der Be-netzung in Abhangigkeit von Geschwindig-keit, Langen-Breiten-Verhiiltnis, Anzahl der Spritzleisten und Anstellung des Staukeils in Diagrammform erfaBt [5]. Bei den mit diesem Spritzleistensystem ausgeriisteten R ü m p f e n ist keine zusatzliche Bestimmung der benetz-ten Oberflache erforderlich.

MaBstabseffekte. die bei Rundspantbooten dadurch entstehen, daB nach wie vor mit der benetzten Oberflache bei Ruhe gerechnet wird, die falschlicherweise meistens noch die benetzte Spiegelflache enthalt, enifallen bei Anordnung der Spritzleisten. Wird die be-netzte Oberflache bei Ruhe für die Ermitt-lung der Schleppleistung benutzt, fallt diese bei niedrigen Froude-Zahlen infolge des mit extrapoUerten relativ zu groBen Restwider-standes zu groB aus. Bei hohen Geschwindig-keiten mit überwiegendem Reibungswider-stand ergibt sich dann eine zu kleine Schlepp-leistung, da hier die effektiv benetzte Oberfla-che gröBer als die bei Ruhe ist.

Die Modelle werden ohne und mit Anhan-gen, bestehend aus Rudem, WellenleitunAnhan-gen, Wellenböcken und Stabilisatorflossen, unter-sucht. Die Widerstandsdifferenz bei gleicher Geschwindigkeit und bei gleichem oder maxi-mal um AO = 0,2° abweichendem Trimmwin-kel liefert den Anhangswiderstand. Sofern nicht der Anhangswiderstand der GroBaus-führung separat berechnet wird [15] und mit seiner Hilfe der Anhangswiderstand des Mo-dells sowie der Modellwiderstand korrigiert werden, wird zwecks Berücksichtigung der MaBstabseffekte infolge laminarer Ablösung an den Anhangen des Modells dessen A n -hangswiderstand in der weiteren Leistungsbe-rechnung und in der Ermittlung des Rei-bungsabzuges für den Propulsionsversuch nur zu 6 0 % angesetzt.

Der Luftwiderstand der Modelle braucht aufgrund früherer Untersuchungen der VWS [3] erst bei Modellgeschwindigkeiten ober-halb V M = 6,0 m/s im Modellwiderstand be-rücksichtigt zu werden.

BUd 13: Farbabwaschverfahren zur Ermittlung der vom Spritzer benetz-ten Flache

BUd 12: AusbUdung des Spritzers am Rundspanlboot bei F , = 0,87

• vor der Menfahrt

nach der MeBfahrt J

BUd 14: ModeU mil sieben aufgekleblen Ohmschen Benetzungssonden

Die wahrend der MeBfahrt bestimmten und über eine vorgegebene Torzeit jeweils gemit-telten MeBwerte werden über Spannungsfre-quenzwandler in die Datenverarbeitungsanla-ge des SchleppwaDatenverarbeitungsanla-gens einDatenverarbeitungsanla-geDatenverarbeitungsanla-geben, die unmit-telbar nach der Fahrt zunachst nur die MeB-wene ausdruckt. Nach deren Kontrolle und

der Auswahl eines Zeitintervalls, das mög-lichst viele und komplette Perioden der MeB-wertschwankungen umfaBt, erfolgt die Aus-wertung. Widerstand, Gleitzahlen des Wider-standes der GroBausführung und des Restwi-derstandes, Schleppleistungen, Widerstands-beiwerte, Tauchungen und Trimmwinkel,

ins-gesamt 17 Daten, werden bei einem routine-maBigen Widerstandsversuch ohne Ermitt-lung der benetzten Oberflache ausgedruckt, Gleichzeitig werden Gleitzahlen, Tauchun-gen und Trimmwinkel geplottet,

(Fortsetzung in S & H 7/87)

Die Beurteflimg der „Beul-Falt-Sicherheit" von überwiegend auf

Biegung belasteten Pfosten bzw. Masten

Heinz Sprengel

In den Artikehi ©-t-@ in „Schiff & Hafen" wurde die Berechnung und der Bau freitra-gender, groBer, relativ dickwandiger Rohre anhand der Entwicklung der Stiilckenraaste aufgezeigt. Die 1955 aufgestellte Formel 5 5 ® war erforderiich, um eine zuverlassige Mög-lichkeit zu haben, die mil der zunehmenden Nutzlast (S,W,L.) immer gröBer werdenden Rohre bezüglich der Beul-Falt-Sicherheit be-uneilen zu können, Es gab zu der Zeit keine brauchbaren Angaben für die Bestimmung der Abmessungen derartiger Rohre. (D/s)

Die zul. max. Normalspannung war auf 0,72 der Streckgrenze des Materials festge-legt. AuBer dem Stahl StgSó wurde für gröBe-re RohgröBe-re auch der höherfestegröBe-re Stahl 51^46 eingesetzt. I n ® - l - @ wird aufgezeigt, daB eine annahemde Übereinstimmung der Platten-starken in Abhangigkeit vom Durchmesser besteht, bei gleichem Material und gleicher zul. Spannung, zwischen den Formehi der Zahlentafel 1 im G.L.83 und der Formel 55.

Auffallig ist die kleinere zulassige Platten-starke s nach G.L.83 gegenüber den Erfah-rungen und der Formel 55.

Die im G.L.83 vorgeschriebene kleinere zul. Spannung, als über mehr als 25 Jahre praktiziert, wurde in der Zwischenzeit wieder auf die friiher zul. Spannung von 0,72 der Streckgrenze des Materials zugelassen, vor-ausgesetzt die Abnahmebedingungen für die Fertigung und Testung, wird, wie 25 Jahre praktiziert, berücksichtigt.

Es wird nachfolgend daher nur die Diffe-renz zwischen den Ergebnissen der Formel 55 und den Gleichungen sowie der Zahlentafel 1 ( 4 2 0 - 4 6 0 N / ^ ^ ) entsprechend G.L.83 disku-tiert.

U m es nochmals zu nennen:

Die Formel 55 geht von der Überiegung aus, daC die Steifigkeit der Rohrwandung sich mit der 3. Potenz der Plattenstarke s und der 2. Potenz des Durchmessers D andert. Mit an-deren Worten: wenn Rohre gebaut und sich in der Praxis bewahrt haben, so kann mit der Formel 55 jedes andere Rohr bezüglich der Beul-Falt-Sicherheit zuverlassig bestimmt werden. Voraussetzung ist eine vergleichbare örtliche Zusatz-Belastung aus Plattensprung, Konizitat usw. ® in den Ringnahtbereichen.

Somit wurde die Beurteilung der Beul-Falt-Sicherheit auf ausgeführte Rohre aufgebaut. Die Unsicherheiten bei der Bemessung des Beiwerts ( z . B . Abminderung der theor. Beulspannung), wie sie in den Formeln G.L.83 Abschnitt 2,E.6,4,2 (3) und den Aus-führungen im Vortrag STG Sommertagung Sept, 21, 1983 0 dargelegt sind, werden ver-mieden. Besonders erschwert ist die zahlen-maBige Festlegung dieser Komponente. Es gibt keine gebauten Rohre (überwiegend (95 % ] auf Biegung beansprucht), abgesehen von den Ausführungen nach Formel 55.

Es stellt sich somit die Frage, wie ist die Differenz in dcr errechneten Plattenstarke s zwischen den Gleichungen nach ® - l - 0 und der Formel 55 zu verstehen. Die Gleichungen im G.L.83 geben keinen direkten AufschluB über die eingesetzte „ A b m i n d e r u n g " zur A n -passung an die gebauten Rohre. Die folgende Bewertung geht daher von der Formel 55 aus. Der Vergleich bezieht sich auf die Zahlenta-fel 1 (420-460 N/,^=) und die Gleichungen im G.L.83 (3). Abb. 1 zeigt die Werte welche der Zahlentafel 1 zugrunde liegen. Die nachfol-genden Formeln Abb.2,3,4, beriicksichtigen kg/mm'; wie seinerzeit gebrauchiich statt N/„„'. I i - . F tfeo O.bHil 50-Sh 06V6 Abb. 1

Abb. 2 ist die Formel 55 bei Berücksichti-gung der Streckgrenze des Materials und ei-ner zul. Spannung von 0,72 der Streckgrenze.

0/ •v'lv.u.Sui

Abb. 3: Die Formel 55 erweitert, d. h. auf die zul. Spannung bezogen entsprechend G.L.83.

/FD Abb. 3

Im G,L,83 ist für die Festlegung der zul. Spannung ein gering unterschiedhcher Fak-tor f (zul. Spannung/Streckengrenze = f ) ein-gesetzt worden. In der Formel Abb, 3 wurde ein f = 0,644 berücksichtigt, Für die Bestim-mung der Plattenstarke s ist diese Vereinfa-chung ohne Bedeutung.

Abb. 4 zeigt das Verhaltnis zwischen der aus dcr Zahlentafel 1 bzw. den Formeln im G.L.83 entnommenen Plattenstarken und s nach Formel 55, bei gleichem Material und gleicher zul. Spannung.

Abb. 2

Abb. 4

Die Formel 55 WTjrde seinerzeit auf ein Rohr 1500mm/15mm Material 3 6 k g / ^ ^ und einer zul. Spannung von 0,72 der Streckgren-ze als max. zul. Spannung für den Lastfall A im G . L . bezogen. Dieses Rohr wurde von al-ien Beteiligten als beul-falt-sicher bezeichnet.

Abb. 5 weist das Ergebnis der Vergleichs-rechnung auf. Danach liegt dem Rohr aus der Zahlentafel 1: 1520/15. Materialstreckgrenze 460 N / ^ ^ ein theor. Basisrohr nach der For-mel 55 mit 109,42 anstatt 100 und dem Rohr: 10040/56 entsprechend 101,0 anstatt wieder-ura 100, zugrunde. In den Formeln des G . L . ist ein z. Z. unbekannter „Beiwert" enthalten, der überraschenderweise, entgegen der zu er-wartenden Tendenz, bei den kleineren Durchmessem relativ gröGere D/, Verhiiltnis-se für das Bezugsrohr (entspr. For jel 55)

auf-00

Research/Development

i ' {)S 3 8 5 0 1 * ^ j ' . ,.

ModeUversuchsverfahren der VWS für

schnelle Wasserfahrzeuge -

Fortsetzung aus s & h 6/87

S7ÜD,

4.3 Propulsionsversuch

Auch die Propulsionsversuche für schnelle Wasserfahrzeuge sind durch andere Anforde-rungen an Versuchseinrichtungen und MeB-methoden ais im Falie der langsamen Ver-drangungsschiffe gekennzeichnet. Im Hin-blick auf relativ kurze MeBzeiten sind mög-hchst viele MeBdaten zu sammein. MeBghe-der, Wellenleitungen und Antriebsmotore müssen möglichst leicht und für Leistungen bis 3,5 k W , für Schübe bis 300 N und für Dreh-zahlen bis n = 50 s"' ausgelegt sein. Für den Antrieb der Mehrschrauber mit einem Motor sind Verzweigungsgetriebe, für den Antrieb mit zwei Motoren ist eine gemeinsame Dreh-zahlregelung erforderlich. l m Fall konventio-neller Propeller ist die Motordrehzahl zu un-tersetzen, im Fall teilgetauchter Propeller da-gegen zu übersetzen.

In der VWS werden die Propulsionsversu-che für schnelle Wasserfahrzeuge seit 10 Jah-ren als Überlastversuche unter Probefahrts-bedingungen durchgeführt. Die von Dreh-strommotoren angetriebenen und gegen Aus-brechen bei ungleichem Propellerschub vorn und achtern geführten Modelle hangen hier-bei Starr gekoppelt wie hier-beim Widerstandsver-such am Widerstandsdynamometer, das jetzt jedoch die am Modell angreifende Schubent-lastung miBt. Die Drehzahl der Antriebsmo-tore wird von Hand so eingeregelt, daB die am Modell angreifende Schubentlastung dem um die Summe der maBstablich reduzierten und im Modellversuch nicht realisierbaren Probe-fahrtszusatzwiderstande der GroBausführung verminderten Reibungsabzug entspricht. Die Schubentlastung oder Restkraft betragt:

Z R = FDAP - — [ R A A + 9M es (ARPARAS + A R S T - I - A R A W ) ] N nut FDAP Reibungsabzug f ü r d a s Modell mit Anhangen

FDAP = [QMI2 • V M ' • SWHE

( C p M - C r e + A C p ) ] + 0 , 4 R A P N

X ModellmaBstab SWHE effektiv bei Fahrt benetzte

Oberflache m' Cnn Reibungswert des Modells

entsprechend dernTC-1957-Linie Cps Reibungsbeiwert der

GroB-ausführung entsprechend der ITTC-1957-Linie ACp Rauhigkeitszuschlag.

Anstel-le des bei groBen ModellmaB-staben erforderlichen Korre-lationsbeiwertes C^ ist bei den kleinen ModellmaBsta-ben der schneilen Fahrzeuge nur eine Korrektur für die AuBenhautrauhigkeit not-wendig. C * PA Vc Anhangswiderstand N Luft-und Windwiderstand N RAA = C A A Q / 2 ( V C ^ V w ) - A v N Luftwiderstandsbeiwert,

ist bei SES's und Tragflügel-booten im Windkanal zu bestimmen Dichte der L u f t t/m' QA = 0 , 1 2 5 t/m' Schiffsgeschwindigkeit m/s Vw Windgeschwindigkeit bei Bft 2 in 3 bis 4 m H ö h e über der Wasseroberflache, ca. 3 , 0 m/s

A v Lufthauptspant m ' ARpARAs parasitarer Widerstand, N

ist die Summe der Widerstan-de Widerstan-der Ein- und Austrittsöff-nungen für Kühl- und Sanitar-wasser, der Abgasaustrittsöff-nungen und der Zinkanoden

[ 1 5 , 2 4 ]

ARsT Steuerwiderstand, entspricht 2 % des Rumpfwiderstandes

mit Anhangen RTWAP [ 6 , 1 5 , 1 6 ]

A R J T = 0 , 0 2 - R T . A P n

ART»AP Widerstand infolge Restwel-len, kann bei Gleitbooten in-folge Verminderung der be-netzten Oberflache negativ werden. Erwirdimallgemei-nen zu 2 % des Widerstandes ohne Anhange angenommen

[ 6 , 1 6 ]

A R A W = 0 , 0 2 - R T „ A P N

RTVOAP Widerstand ohne Anhange N

Die digital angezeigte Restkraft wird in Richtung des axialen Schubes aufgebracht. Sie laBt sich mit Hilfe der Drehzahiregelung manuell sehr schnell und mit einer Genauig-keit von ± 3 % einstellen. Die zeitraubenden und kostentrachtigen Über- und Unterlast-versuche sind daher nicht nötig. Da die Pro-peller im Versuch bei einer Belastung arbei-ten, die der der GroOausführung unter Probe-fahrtsbedingungen entspricht, entfallen bei der Probefahrtsprognose die sonst üblichen prozentualen Zuschlage zur Tankleistung und Tankdrehzahi. Die UnzweckmaBigkeit dieser konstanten, von der Geschwindigkeit unab-hangigen Zuschlage ist dadurch gegeben, daB alle Probefahrtszusatzwiderstande mit dem Quadrat der Geschwindigkeit anwachsen, die sich im Fall des Luft- und Windwiderstandes zudem noch aus zwei Komponenten zusam-mensetzt. Bei dem voriiegenden, zu realisti-schen Probefahrtsprognosen führenden Ver-fahren [ 1 1 ] ist die gemessene Propellerdreh-leistung nur für den zwischen Modell- und GroBausführungspropeller unterschiedlichen ZahigkeitseinfluB zu korrigieren [ 1 7 ] . Diese Korrektur ist wegen der kleinen ModellmaB-stabe relativ klein.

Aus den wahrend der Versuchsfahrt gemes-senen Momenten, Schüben, Drehzahlen und Tauchungen ermittelt die EDV-Anlage des Schleppwagens die Leistung und den Schub jeder Propellerwelle und druckt sie zusam-men mit der Propellerdrehzahl, dem Propul-sionsgütegrad, der mit der horizontalen Schubkomponente berechneten Sogzahl, dem SchiffseinfluBgrad sowie dem Trimm-winkel und den Tauchungsiinderungen an den Loten und am Verdrangungsschwerpunkt aus.

Der gerade bei schneilen Wasserfahrzeu-gen sehr aufwendige Propulsionsversuch lie-fert nach wie vor die zuverlassigsten Lei-stungsdaten. Nur im Propulsionsversuch wer-den die wer-den Propulsionsgütegrad unmittelbar beeinflussenden GröBen, wie Schraganströ-mung, Propellerfreischlag und Anordnung der Ruder und Wellenbockarme relativ zum Propeller, berücksichtigt. Nur im Propul-sionsversuch werden alle von den Anhangen induzierten Effekte [11] sowie die von den Propellern direkt oder indirekt hervorgerufe-nen Krafte, die ihrerseits den Trimm und da-mit den Widerstand verandem, korrekt er-faBt. Nur der Einfluö der Kavitation auf Trimm und Leistung bleibt beim Propulsions-versuch weitgehend unberücksichtigt, sofern er nicht in einem Vakuumtank oder in einem geschlossenen Umlauftank mit freier Oberfla-che durchgeführt werden kann. In der VWS steht ein derartiger Tank mit ausreichend gro-Bem MeBquerschnitt zur Verfügung, so daB die in der Schlepprinne untersuchten Modelle auch unter reduziertem atmospharischem Druck untersucht werden können.

Die Propulsionsversuche können nicht nur mit vollgetauchten, sondem auch mit teilge-tauchten Propellem sowie mit Wasserstrahl-antrieben durchgeführt werden. Besonders im tetzteren Falie sind Propulsionsversuche unumganglich. Durch die Anderung der Druckverhaltnisse am Boden des Achter-schiffes in der Nahe der Ansaugöffnungen so-wie auch durch den oberhalb der Wasserlinie liegenden Schubangriff kann der Trimm ge-genüber dem geschleppten Modell stark ver-andert werden. Hierdurch kann einerseits der Widerstand vergröBert, andererseits aber auch die Querstabilitat im Bereich der Spit-zengeschwindigkeit in einem gefahriichen AusmaB vermindert werden.

Wegen der maBstabsabhangigen inneren Verluste des im Modell installierten Wasser-strahlantriebes wird nicht die Leistung der Axialpumpe gemessen, sondem nur ihr Schub bestimmt. Lassen sich Strahlantrieb mit A n -triebsmotor und Einlauföffnung nicht als gc-schlossene Einheit an einer Mehrkomponen-tenwaage aufhangen, werden zur Bestim-mung des Schubes DurchfluBmenge und Strahigeschwindigkeiten gemessen. Zur Be-obachtung des möglichen Lufteintritts und AbreiBens des Wasserstrahls sind

nung und Pumpengehause aus Plexiglas gefer-tigt, Mittels Videoaufnahmen kann der Vor-gang des „Broaching" des Wasserstrahlantrie-bes festgehalten werden.

4.4 Seegangsversuche

Seegangsversuche für schnelle Wasserfahr-zeuge sind nicht nur durch hohe Modellge-schwindigkeiten und relativ kurze MeBzeiten gekennzeichnet, sondem auch

— durch relativ groCe Widerstande, Schübe und Auftriebskrafte,

— durch groCe, maximal bis 10 g betragende Vertikalbeschleunigungen,

— durch groBe, maximal bis'o,4m anwach-sende Bewegungsamplituden,

— durch eine starke Spritzwasserbildung und — durch die Gefahr des Unterschneidens

O d e r Vollaufens des Modells,

Zum Schutz der Elektronik des Schleppwa-gens und der MeBgerate des Modells gegen das beim Stampfen hochgeschleuderte Spritz-wasser smd Abdeckungen notwendig, die im Fall des Modells dessen Bewegungsfreiheit und die rasche Zuganglichkeit seiner MeBvor-nchtungen nicht beeintrachtigen dürfen Die aus Holz Oder Kunststoff bis zum Oberdeck gefertigten Modelle können zwecks Überprii-fung der Nasse an Deck und der Sicht von der Bmcke aus mit Schanzkleid und Attrappe der Brucke ausgeriistet werden, Schwerpunktla-gen und Massenverteilung des vollausgerüste-ten Modells werden durch Auspendeln in Luft mittels einer speziellen Waage eingestellt, Im Fall des selbstangetriebenen, nur am Gieren und Krangen gehinderten Modells werden Propellerdrehzahl und damit der Schub wah-rend der Messung konstant gehalten. Die er-reichbare Modellgeschwindigkeit, der die des Schleppwagens angepaOt wird, hangt hierbei von Wellenhöhe und Wellenlange ab. Die Modelle können aber auch im geschleppten Zustand, d, h. bei konstanter Geschwindig-keit untersucht werden. Aufgrund der bei schneilen Wasserfahrzeugen relativ groBen Begegnungsfrequenz tritt gegenüber dem mit konstantem Schub gefahrenen Modell keine wesentUche Verfalschung der Bewegungsamplituden, der Beschleunigungen und des W i -derstandes ein [18,19]. Diese Versuchsmetho-de wird dann angewenVersuchsmetho-det, wenn, wie im Fall von Tragflügelbooten und SES's, die auf-grund der hohen

GroBausfühmngsgeschwin-digkeit zulassige ModellgröBe weder die Un-terbnngung der Antnebsanlage noch eine groBausführungsahnliche Massenverteilung eriaubt. Das starr mit dem Widerstandsdyna mometer verbundene Modell kann frei stampfen. tauchen und bis etwa ± 20° krangen und w r d an zwei Punkten g e f ü h n . Es kann mit Oder ohne Anhange untersucht werden.

Die Modelle werden wegen der niedrigeren Versuchskosten, aber auch wegen der besse-ren Uberschaubarkeit der Versu..,sergebnis-se in regelmaBigen Wellen von vom und ach-tern bei den in Schelfmeeren auftretenden si-gnifikanten Wellenhöhen untersucht Ob-wohl die hierbei gewonnenen Daten nicht un-mittelbar auf das Verhalten der Fahrzeuge in naturhchem Seegang übertragen werden kön-nen, ermöghchen regelmaBige Wellen auf-grund der viel harteren Seegangsbedingungen infolge der hierbei auftretenden Resonanzer-scheinungen ein wesenthch schnelleres und deuthcheres Aufzeigen des Seeverhaltens und der moghcherweise vorhandenen uner-wunschten Seegangseigenschaften, Unter-schiedhche Rümpfe oder Rumpfmodifikatio-nen lassen sich in regelmaBigen Wellen besser vergleichen, Zum Auffinden der für den Ein-satz schneller Fahrzeuge noch zulassigen Schwerpunktbeschleunigungen oder zum Er-kennen des Emflusses des Spantausfalls auf die Nasse von Deck und Briicke bedarf es nicht des groBen Aufwandes von Versuchen mit unregelmaBigem Seegang. Letztere ha-ben sich anscheinend mehr zu einer Mode als zu einem wirksamen Mittel zum Erkennen unzweckmaBiger Entwürfe entwickelt.

Bei den Versuchen in regelmaBigen Wellen werden beim freifahrenden Modell Stampf-wmkel, die Vertikalbeschleunigungen an den Loten und am Schwerpunkt, die Benetzung an zwei Stellen des Vorschiffes, eventuell die Bodendriicke im Bereich der Staudmcklinie sowie Schübe, Drehmomente und Drehzah-len gemessen, beim geschleppten Modell an-stelle der letzten drei GröBen der Widerstand und die Vertikalbewegungen an den Loten. Die simultane Erfassung von bis zu 18 MeB-groBen, wie im Fall des Dreischraubers er-folgt über die EDV-Anlage des Schleppwa-gens und gleichzeitig zwecks unmittelbarer Kontrolle der MeBdaten über einen entspre-chenden UV-Mehrkanal-Oszillographen Das Verhalten des Modells in den Wellen die Nasse des Decks und die Spritzerausbildung

werden mittels Film- oder Videoaufnahmen festgehalten. Die Auswenung erfolgt mit Hil-fe der Rechenanlage. Die Prognose des See-verhaltens in natürlichem Seegang auf der Grundlage der linearen Seegangstheorie be-schrankt sich in der VWS, entgegen der heute weitverbreiteten Praxis, nurauf diejenigen si-gnifikanten Wellenhöhen, bei denen Bewe-gungsamplituden und Beschleunigungen linear von der Wellenhöhe abhangen Lineantat tritt bei schnelJen Wasserfahrzeu-gen, abgesehen von speziellen Bereichen der Begegnungsfrequenzen, generell nur bis zu einer maximalen Wellenhöhe von 3 % der Rumpf- oder Luftkissenliinge oder des Trag-Oügelabstandes auf [11], Bei allen gröBeren Wellenhöhen und relativ kleinen Begeg-nungsfrequenzen überwiegen die Nichtlinea-ntaten, so daB die Anwendung des hnearen Superpositionsprinzips zu unzuverlassigen und teilweise unreaüstischen Vorhersagen führt, Beispielhaft hierfür ist die Bestimmung der Wahrscheinlichkeit der Ü b e m a h r a e grii-nen Wassers an Deck, die bei schneilen Fahr-zeugen infolge der Spritzwasserbildung in der bei langsamen Verdrangungsschiffen übli-chen Form nicht eintreten kann, wozu auch der nichtlineare EinfluB des Spantausfalls und derSpntzleisten maBgeblich beitragt

4.5 Versuche zur Besümmung der hydrody-namischen Lasten der Rumpfverijande

Wegen der starken Abhangigkeit des Lei-stungsbedarfs schneller Wasserfahrzeuge von der Verdrangung sind leichte Verbande und ein niedriges Rumpfgewicht die Vorausset-zung für die Wirtschaftlichkeit dieser Fahr-zeugtypen, Für den Entwurf leichter Verban-de ist eine genaue Kenntnis Verban-der auftretenVerban-den kntischen hydrodynamischen Lasten unum-ganglich. Da es wegen des überwiegend nicht-linearen Vcrhaltens schneller Fahrzeuge im Seegang und der hierbei den Rumpf bean-spruchenden nichtlinearen StoBkrafte nicht moglicht ist, mit Hilfe der für Verdrangungs-schiffe entwickelten linearen Streifenmetho-den die hydrodynamischen Lasten auf rein analytischen Wegen einigermaBen zuveriassig zu bestimmen [11], stellen Modellversuche neben den aufwendigen GroBausführungs-messungen die wichtigste Quelle für Angaben uber die GröBe des vertikalen Biegemomen-tes und der durch Slammingerscheinungen verursachten StoBbelastung der Bodenfelder

_ RemorabLe fram^

\S,juare tuöe frame, n^ed gj gflerbody b,.lkh.nri.

Bild 15: MeC- und Kalibriervorrichtung zur Bestimmung des vertikalen

MitlschJIsbiegemomentes Bild 16:

MefivorrichlungfürroulinemanigeSlabUitats-undKrangunES-versuche bei Fahrt ^

Schiff & Hafen/Kommandobrücke, Heft 9/1987

Research/Development

des Rumpfes und der der Brückenkonstruk-tion von Katamaranen und SES's dar. Ent-sprechend der für den einzelnen Fahrzeugtyp wnchtigen Entwurfslasten wurden ganz spe-zielle MeBstrukturen oder Modellkonstruk-tionen entwickelt. In der VWS steht für die Ermittlung des vertikalen Gesamtbiegemo-mentes, das bei Rundspantbooten und Gleit-booten mit einem Seitenhöhenverhaltnis LVD > 8 neben der Bodenbelastung als kritische Entwurfslast anzusehen ist, eine derartige MeBstruktur zur Verfügung. Infolge einer Teilung der aus Kunststoff gefertigten Model-le am Hauptspant kann das in diesem Bereich am gröBten ausfallende vertikale Biegemo-ment mit Hilfe eines Biegestabes mit aufge-klebten DehnungsmeBstreifen gemessen wer-den (Bild 15). Der Biegestab kann so dimen-sioniert werden, daB eine der GroBausfüh-ning ahnliche Durchbiegung des Modells ein-tritt. Hierdurch können im Versuch anstelle der mit den viel zu steifen üblichen Modellen gemessenen und daher zu hohen Starrkörper-beschleunigungen die niedrigen Vertikalbe-schleunigungen des elastischen und der GroB-ausführung ahnlichen Rumpfes gefunden werden.

Zur Abschatzung der auf die Bodenfelder einwirkenden SlammingstöBe dienten bisher zahlreiche im Vorschiffsbereich, etwa zwi-schen Spt. Nr. 15 bis 18, bündig in die AuBen-haut eingelassene Druckaufnehmer. Die wah-rend des Slammingvorganges gemessenen ex-trem hohen Drücke der jedoch nur kurzzeitig auftretenden und vom Kiel schriig nach ach-tern zur Kimm hin flüchtigen Druckspitzen können wegen ihrer starken örtlichen Kon-zentration nicht unmittelbar als Entwurfslast für ein ganzes Plattenfeld verwendet werden [20]. Die Spitzendrücke müssen in Abhangig-keit von den Abmessungen des Plattenfeldes soweit auf einen mittleren Druck reduziert werden, daB die damit berechnete Flachenlast etwa zu den bei ahnlichen GroBausführungs-einheiten gemessenen Spannungen in den Platten führt. Dieses Verfahren ist mit vielen Unsicherheiten behaftet, besonders dann, wenn keine entsprechenden GroBausfüh-rungsmessungen vorliegen.

Aus diesem Grund wird in den USA zur Bestimmung der Bodenlasten ein MeBele-ment verwendet, bei dem die auf ein maBstab-lich verkleinertes Bodenfeld im kritischen Vorschiffsbereich einwirkenden StoBkrafte direkt gemessen werden [11]. Ein derartiges mit DehnungsmeBstreifen beklebtes und bün-dig in die AuBenhaut eingelassenes MeBele-ment befmdet sich z. Z . in der VWS in Ent-wicklung. Es ist dadurch gekennzeichnet, daB die auf das MeBelement einwirkenden Mas-senkrafte elektrisch durch ein massenglei-ches, hydrodynamisch aber nicht beaufschlag-tes MeBelement kompensiert werden.

Die mit oder ohne Anhange ausgeriisteten Modelle werden aus Kostengründen und we-gen der besseren Reproduzierbarkeit der Versuchsbedingungen im regelmaBigen See-gang untersucht. Hierbei werden

— das vertikale Gesamtbiegemoment, — die Tauchungsanderungen an den Loten,

— die Beschleunigungen an den Loten und im Bereich der Trennfuge,

— die Bodendrücke oder die Bodenlasten, — die Wellenhöhe querab des vorderen

Lotes

simultan gemessen und sowohl vom Schlepp-wagenrechner gespeichen als auch mit einem UV-Mehrkanal-Oszillograph registriert. Die Auswenung erfolgt digital.

4.6 Manövrierversuche

Manövrierversuche schneller Wasserfahr-zeuge beschranken sich bei zivilen und priva-ten Auftraggebem auf die hinsichtlich der Manö\Tiereigenschaften wichtigsten Fahrtzu-stande. namlich auf den mit Maschinenan-trieb noch möglichen kleinsten Geschwindig-keitsbereich sowie auf den der Marsch- oder Kreuzfahrt. Mit den aus Holz oder Kunststoff gefertigten und femgesteuerten Modellen werden in der groBen Schlepprinne Z-Manö-ver in der bei langsamen Verdrangungsschif-fen üblichen Methode durchgeführt und aus-gewertet. Drehkreis- und Spiralversuche kön-nen auf dem Landwehrkanal ausgeführt wer-den. Ein entsprechendes Bahnvermessungs-verfahren nebst der erforderlichen Versuchs-einrichtung befmdet sich in der Entwicklung.

4.7 Stahilitatsversuche

Aufgrund der in den letzten Jahren gestie-genen Geschwindigkeit und des gleichzeitig verminderten Langen-Scharfegrades trat zu-nachst bei Rundspantbooten eine gravierende Abnahme der Querstabilitat bei Fahrt im Be-reich der Spitzengeschwindigkeit ein. Infolge der zunehmenden Verwendung von Achter-schiffen mit konstanter Aufkimmung anstelle der verwundenen Böden zeigten auch Gieit-boote, die bisher f ü r ihre mit der Geschwin-digkeit zunehmende Steifigkeit bekannt wa-ren, immer haufiger EinbuBen der Quentabi-litat tiei Fahrt. Die schwerwiegenden Nachtei-le der dynamischen Instabilitat und die hier-durch weltweit zahlreich eingetretenen Unfal-le überzeugten Werften und Konstrukteure, dieses Phanomen bereits im Modellversuch zu erfassen, zumal sich die mit der Theorie der gleitenden Flachen von H . Wagner [21] seit 56 Jahren erklarbaren Ursachen durch konstruk-tive Zwange nicht vermeiden lassen.

In der VWS wird die dynamische Instabili-tat schneller Rundspantboote seit 10 Jahren routinemaBig, aber auch wissenschaftlich un-tersucht [22, 23]. Modelle von Rund- oder Knickspantbooten, bei denen eine unzurei-chende dynamische Stabilitat vermutet wird, werden bereits beim Widerstandsversuch mit maBstablich eingestelltem Gewichtsschwer-punkt der H ö h e nach an zwei Punkten so ge-schleppt, daB sie nicht nur frei trimmen und tauchen, sondern auch frei krangen können. Die Rollachse wird hierbei in die Ebene der dynamischen Wasseriinie gelegt, die durch die obere Begrenzung des Spritzers gegeben ist. Der vordere Führungsdorn wir daher wah-rend der MeBfahrt manuell in diese Ebene verschoben (Bild 16). Neben Trimm und Wi-derstand wird die Krangung mittels zweier Potentiometer gemessen. M i t Hilfe dieser Versuchstechnik kann ebenfalls sehr schnell

der EinfluB derjeweiligen Spritzleistenkonfi-guration auf G M ebenso wie ihr aufrichtendes Moment bestimmt werden, indem die durch die Geschwindigkeit verursachte Anderung einer bei Ruhe eingestellten Krangung ge-messen wird.

Zeichnet sich bereits beim Widerstandsver-such eine Krangung ab, kann die Anderung der metazentrischen Höhe bei Fahrt mit Hilfe einer rechnergestützten Fünf-Komponenten-Waage bestimmt werden (Bild 17), die als

counter

trim bearing reterence point

Bild 17: 5-komponenlcn-Dynamometer mit Roli-Gler-Vorrichtung zur Bestimmung dcr Sta-bilitatsderivaliva

Biegestab mit DehnungsmeBstreifen in ver-schiedenen Kompensationsschaltungen aus-gebildet ist. Das geschleppte oder selbstange-triebene, frei trimmende und tauchende Mo-dell wird wührend der MeBfafirt über Steilmo-toren quasistationaren, von der Geschwindig-keit abhangigen, nach Backbord und Steuer-bord gleichgroBen Schiebe- oder Krangungs-winkeln ausgesetzt (Bild 18). Aus den hierbei gemessenen Momenten und Kratten werden nach jeder MeBfahrt die Stabilitatsderivativa berechnet und aufgezeichnet (Bild 19). mit deren Hilfe die GröBe von K M und G M bei Fahrt bestimmt werden kann. Diese Ver-suchstechnik eriaubt es, ohne den groBen

Bild 18: Modell beim quasistationaren Gie-ren, Geschwindigkeit V = 38,0 kn entspr. F . = 1,17