Ein programm system zur berechnung der schiffsgeschwindigkeit unter dienstbedingungen

2 3 SEP. 19811

I ARCH1E

8

INSTITUT FUR SCHIFFBAU

DER UNIVERSITAT HAMBURG

0

401

\if

_y\r/IFT

t\

lab.v Scheepsb

Ein Programm-System

zur Berechnung

der Schiffsgeschvvindigkeit

t-unter Dienstbedingungen

P. Schenzle

P. Boese

P. Blume

November 1974

0

Bericht Nr.

₃₀₃

im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 98 "Schiffstechnik und Schiffbau" abgeschlossen und unter Verwendung der ihm von der Deutschen Forschungs-gemeinschaft zur Verfugung gestellten Mittel gedruckt.

INSTITUT FOR

SCHIFFBAU DER UNIVERSITAT HAMBURG

E1N PROGRAMM-SYSTEM ZUR BERECHNUNG

PER SCHIFFSGESCHWINDIGKE1T

UNTER DIENSTBEDINGUNGEN

PI

SCHENZLE

PI

BOESE

P. BLUME

BERICHT NR.

₃₀₃

_NOVEMBER

₁₉₇₄

1.1. EINSATZ UND BETRIEB DES SCHIFFES 2

1.2. SYSTEM SCHIFF 4

1.3. AUFBAU DES PROGRAMMS 5

2. UMWELTBEDINGUNGEN ₆

2.1. WIND ₆

2.2. SEEGANG ₈

2.3. BEWUCHS 13

3. EIGENSCHAFTEN DES SCHIFFES ₁₆

3.1. EIGENSCHAFTEN DES RUMPFES 16

3.1.1. WIDERSTAND IM GLATTEN WASSER ₁₆

3.1.2. WINDKRAFTE 20

3.1.31 BEWEGUNGEN IM SEEGANG 25

3.1.4. WIDERSTANDSZUWACHS IM SEEGANG ₂₉

3.2. EIGENSCHAFTEN DER ANTRIEBSANLAGE 31

EIGENSCHAFTEN DES PROPELLERS

4. VERHALTEN DES SCHIFFES ₃₄

4.1. GESCHWINDIGKEIT UND LEISTUNG ₃₄

4.2. GEFAHRDENDE SEEGANGSEFFEKTE _36'

4.2.1. WASSER AN DECK ₃₇

4.2.2. SLAMMING ₄₀

4.2.4. BESCHLEUNIGUNG 45

4.2.5. ROLLRESONANZ ₄₆

4.3. GESCHWINDIGKEITSGRENZEN ₄₇

4.4. LANGZEITVERHALTEN

4.4.1. VERTEILUNG DER SEEGANGE V V 48

, 4.4.2. VERTEILUNG DER GESCHWINDIGKEIT UND

LEISTUNG OBER GROSSE ZEITRAUME ₄₉

5. ERGEBNISSE V

51

5.1. DIREKTE AUSWIRKUNGEN VON UMWELTEINFLOSSEN

AUF DIE GESCHWINDIGKEIT ₅₁

5.2. GEFAHRDENDE SEEGANGSEFFEKTE ₅₆

5.3. LANGZEITAUSSAGEN V

64

LITERATUR V

68

ANHANG: BLOCKDIAGRAMM ZUM PROGRAMMSYSTEM V

Eine der wichtigsten KenngrbBen eines Schiffes ist _seine Dienstge-schwindigkeit. Sie ist em n Faktor der Transportleistung _{und damit} der Wirtschaftlichkeit eines Frachtschiffes. _{Hinzu kOmmt der Effekt,} daB ein schnelles Schiff mehr Ladung:Hanziehtn.,

Die Dienstgeschwindigkeit ist nicht allein _{als Plittelwert aus einer.} Anzahl von Reisen wichtig, auch die Streuung der Reisedauer ist als MaB fUr die PUnktlichkeit von Bedeutung.

Eine Vorhersage der Geschwindigkeit unter Dienstbedingungen wird benotigt fUr: .

INVESTITIONSENTSCHEIDUNGEN ENTWURF DES SCHIFFES_

EINSATZ UND BETRIEB DES SCHIFFES

Daa an eine Vorhersage der Dienstgeschwindigkeit groBe Genauigkeits-forderungen gestellt werden mUssen, ist schon daraus zu ersehen, daB sich der wirtschaftliche Erfolg (oder MiBerfolg) aus der kleinen Differenz groBer Betr4e ergibt.

1.1. EINSATZ UNU BETRIEB DES SCHIFFES

Zur Vorhersage der Dienstgeschwindigkeit mussen die Bedingungen, unter denen sich der Dienst eines Schiffes abspielt, bekannt sein.

-Zur Veranschaulichung der Zusamm6W6nge soil folgendes Blockschema dienen:

CIZJEGDE120 --

DISPOSITION)

1

SC.1-I I Pg

ABB-. 1:

Aus der Dispositionsplanung der Reederei resultiert die Aufgabe oder MISSION fur em n vorhandenes oder zu bauendes Schiff (z.B. "'StUckgut-ladung von A nach B tra*ortjeren"). Hieraus wird die STRATEGIE S

zur UurchfUhrung der Mission entwickelt. Die STRATEGIE kann langfristiger Art (z.B, Wahl der Reiseroute) oder kuizfristiger

Art'sein (z.b. Wahl des Kurses in einem Sturmgebiet). In beiden Ffllen 1st die Wahl der STRATEGIE Aufgabe der SchiffsfUhrung. Die Strategie wird unter Kenntnis der vorhergesagten oder herrschenden

UMWELTBE-UINGUNGEN (ENVIRONMENTAL CONDITIONS E) entwickelt. Ferner steht diese Entscheidung unter gewissen FORUERUNGEN F , die ausgesprochen oder unausgesprochen an die DurchfUhrung der Mission gestellt werden. Zu den UMWELTEINFLOSSEN E zalen Wind, Seegang, Stromung, Bewuchs,

Eis'und Nebel. Die FORDERUNGEN F bestehen vor allem aus zwei Komponenten:

f

Fri _{Wirtschaftlichkeitsforderung (Rentability)}

F ,Sicherheitsforderung s

Beide Komponenten sind vielfach miteinander verknUpft, z.B. kann emn Schaden durch Seeschlag zugleich eine Gefahrdung als auch eine wirt-schaftliche EinbuBe 4edeuten.' Sie fUhren aber z.T. auch zu kontedren Forderungen. Z.B. kann eine Route ('Optimal Weather Routing') nicht

allein unter dem Oesichtspunkt der kUrzesten Reisezeit ohne BerUcksichti-gung der Sicherheit gewNhlt werden.

Nach Festlegung der STRATEGIE S

wahlt

_{die SchiffsfUhrung die} OPERATIONS-PARAMETER 0 (Sollkurs und Dmhzahl bzw. _{Sollgeschwindigkeit). Unter} dem Einflu8 der herrschendeh UMWELTBEDINGUNGEN E bei gewahlten OPERATIONSPARAMETERN 0 steht das System SCHIFF.

Seine HANTWORTI (RESPONSE R), die _{aus einer Vielzahl von Komponenten} besteht, kann nach.dem jeweiligen Aspekt unter dem sie betrachtet wird, in folgende Gruppen eingeteilt _werden:

ram

f22

R14

sind die Antworten, die im Hinblick auf die Navigation, _{d.h. zur} Einhaltung der Route, wichtig sind (Istkurs und Istgeschwindigkeit).

Qs

sind Antworten, die fUr die Sicherheit wichtig _{sind also die} bewegungen und Belastuhgen.

g2R _{sind Antworten, die zur BestimmUng der Wirtschaftlichkeit} (Rentability) notig sind. Dies sind Geschwindigkeit _und Brennstoff-verbrauch (Drehzahl und Leistung).

belleht tich auf das Wohlbefinden (Habitability) _{von Mentch and} Ladung, also vol.; allemauf die Beschleuniguhgen..

Da sich die Umweltbedingungen anders als _{vorhergesagt entwickeln} kbnnen und da das Verhalten des Schiffes _{nicht genau genug} vorher-bestimmt werden kann, kann der Betrieb des Schiffes _{nicht ohne} RUck-kopplung auskommen. _{g? wird also von der SchiffsfUhrung in Bezug} auf ihre Vertraglichkeit mit F: UberprUft, und 43 wird gegebenenfalls abgewandelt.

1.2. SYSTEM SCHIFF

Aufgabe dieser Arbeit soll sein, den wichtigsten Baustein des eben beschriebenen Prozesses, das System SCHIFF und- seineunmittelbaren EinfluBgrdBen e und 0 zu beschreiben um damit seine Antworten R vorhersagen zu konnen.

Von den UmwelteinflUssen E sollen Her nur diejenigen behandelt werden, die em n bestimmtes Schiff spezifisch beeinflussen. Es bleiben alio Wind, Seegang undBewuchs.

Die Operationsparameter 0 sind Drehzahl und Kurs, wobei unter Kurs die Richtung des Schiffes zur Wind- und Seegangsrichtung verstanden werden soil. Die Umrechnung auf eine geographisch feste Richtung ist fUr jeden konkreten Fall-bei Angabe der Wind- und Seegangsrichtung mdglich.

on den,erwahntenGruppen von SystemantWorten.R

sollen

nur die, Antworten imHinblick auf die Sicherheit Rs und die

Wirtschaftlich-keit _Re betrachtet werden. Wie bereits erwahnt, sind beide Aspekte miteinander gekoppeltMan .kommt aber zm einer einfachen

brauch-.

baren formulietung, wenn man beide Aspekte trennt und in Bezug aUf die Sicherheit eine Mindestforderung und_in Bezug auf

.uie Wirtschaftlichkeit eine Optimalforderung stellt. Also: Mdglichst wirtschaftli0 bei bestimmter Mindestsicherheit.

Auf die Wirtschaftlichkeit selbst soil hier nicht eingegangen werden, sondern es sollen nur die Daten ermittelt werden, die fUr Wirtschaft-lichkeitsbetrachtungen erforderlich sind:

Geschwindigkeit unter Einhaltung bestimmter Sicherheitsforderungen und dazugehdrende Urehzahl und Leistung.

Zur Ubersichtlichen uarstellung der Eigenschaften des Schiffes sei as System SCHIFF in Untersysteme aufgeteilt, deren Eigenschaften uno Zusammenwirken vorgegeben oder berechnet werden. Die hier inter-essierenden Untersysteme des Schiffes sind:

SYSTEM SCJ-4J.PP

WIND

5GEGANG,

13044.04.S

P132.2

1.3. AUFBAU DES PROGRAMMS

Wenn an em n Verfahren zur Vorausberechnung einer koMplexen _{GrdBe wie} die Dienstgeschwindigkeit hohe Anforderungen bezUglich _{ZuverUBlichkeit} des Ergebnisses gestellt werden, so

mot

_{sich ein hoher Rechenaufwand} nicht vermeiden. Dank der heutigen Rechentechnik besteht jedoch die Aussicht, dat3 derartige Verfahren nicnt mehr nur bei

rein-wissenschaft-lichen Untersuchungen, sondern als Routine-Rechnungen durchgefUhrt werden.

Um em _{n derartiges kechenprogramm in seinem Aufbau nicht einfUrallemal}

festzulegen, sodaR neue Erkenntnisse und Erfahrungen _{nur schwer} ein-zufUgen sin°, sollte es baukastenartig _{aus selbsandigen Einheiten} zusaimengesetzt sein. Jeder dieser Bausteine kann dann ohne Schwierig-kei ten ausgewechselt oder mit anderen _{zu neuen Kombinationen} zusammen-gestellt warden. Uie Bezeichnung "Progranamystem" soli _{auf dieses} bauprinzip hinweisen. (Siehe Anhang "Blockdiagramm".)

0

14U2S

DREPIZPI-11.-SC.J-11

ANTeiGE2SANL.

PROPELLGI2

BEWF-GUNIC, TEE/Asti./4a

MEL--6E50-1W

Des1-17.04L LEISTUNG.

RUMPF mit seinem Widerstands- und Bewegungsverhalten _{sowie semen} aerodynamischen Eigenschaften

ANTRIEBSANLAGE gekennzeichnet durch ihre Moment/Drehzahl-Charakteristik

2. UMWELTBEUINGUNGEN

Ua der Zusammenhang zwischen Wind und Seegang von der Geographie

des Gewassers und von der Vorgeschichte des Windfeldes abhangt, sollen hier einfachheitshalber Wind und Seegang getrennt vorgegeben werden. Um die Berechnungsmethode flexibel zu.haltenlsollen jedoch Moglichkeiten vorgesehen werden, sowohl nur die Windstarke as adch hut den.Seegang vorzugeben.

2.1. WIND

Nach der Konvention von 1946 (s.z.B.

[1]

) bezieht sich die Beaufort-Skala auf die Windgeschwindigkeit in H=10m Hdhe.Folgende Beziehung zwitchen Windgeschwindigkeit und Beaufort-Grad 1st festgelegt worden:

(s.Abb.3):

3/2

r=O836

[gm

imisi

Zur Bestimmung der Windkrafte ma die Geschwindigkeitsverteilung des Winaes Uber der Wasseroberflache bekannt sein.

Von Pierson 1.23 wird zur Untersuchung der Beziehung zwischen Wind und Seegang folgendes logarithmische Profil benutzt:

W14)_{= 4.}

IC;

V40 4(

Nach Brocks 1st der Wert fUr den Wiaerstandskoeffizienten :

;0 = 4.5 .40-3

kons&

FUr I.( wird in [2] der Wert

CA

angegeben. Abb.4 ieigt das Windprofil in der Form 1.4714040

1 5 10

5

4

2

H rn)

20

t_..

H=

19,5 m

10

8

0/836 rBT4

10

₂₀

Vial

₉₀

PEIEL 3

_{BERUPOIZT WINOGESCI-114/.- KoQRELATION 19445}

= 10 m

MMIN

-L

Mil

V(14)

WindproFit

V lo

h2(14Reduktionsfaktor

fur

Mittelung

Ciber

(v(H)/v10)

0,2

0,4

_0/6

_0/8

1 0

V I-ri37

_Vio

2.2. SEEGANG

Der natUrliche kurzkammige Seegamg wird durch das Seegangsrichtungs-spektrum _:34.(c4,1/4) daegestellt:

4Ak OP

(t) =

f

st

(4,,t)

du) ckydi cos (GA + E(c)))

-,irh

4GtsV4744

1st die Laufrichtung der Elementarwellen bezogen auf die mittlere

Laufrichtungia

des Seeganges.

Oas Seegangsspektrum.wird vereinfachend durch das Produkt aus einem skalaren Frequenzspektrum E;64und einer Richtungsverteilung RAW) dargestetlt:

St

(L4, d(i)

= f (44.0

Solange noch keine ausreichende Erfahrung mit eingehenderen Verteilungs-formen vorliegt, kann eine einfache cos4 Verteilong benutzt werden:

wobei

I (

u

313-1

cos 4(4,u)

+ r 2

'F

(ty(t)

dm) = 4

2 '

was zur Folge hat, dal?, die Gesamtenergie des Richtungstpektrums gegenUber der des ikalaren Spektrums unverandert bleibt.

. Als Grundform.ftir das Frequenzspektrum hat sich die Bretschneidersche

Forme] durthgesetzt:

(w) =

:Rir die a*ereifte Windsee hat sich speziell die entspretheMe Formel von Moskowitz und Pierson bewahrt:

-s

A.a) exp

ot

8,4

.463

oberfliiche.

Nach dem im vorigen Abschnitt angegebenen Windprofil ergibt sich folgender Umrechnungsfaktor zwischen der Windgeschwindigkeit in lOrrl

und in 49,5m Hohe:

V495

= 4.065

V40

Aus den Momenten n-ter Ordnung des Spektrums

4T

_{2 00}

M

_Pit

=

S

(W it)

c w

0

= c.0"

St (w) cic4)

0

n=

0,4)2 .

konnen statistische Angeben Uber die Seegangserhebung gemacht werden:

4

Mittlere Hohe der -- -hbchsten Wellen: 3

=

4.015;7

W4/3

Ot

Dieser kennzeichnende Wert stimmt erfahrungsgemSB recht gut mit der ("visuell") beobachteten Wellenhdhe t: Uberein. FUr das Moskowitz-Pierson-Spektrum ergibt sich folgende Beziehung zwischen WellenhOhe und Windgeschwindigkeit:'

c209 V2

w4/3

8

FUr die mittlere Periode gibt es entsprechend den Momenten des Spektrums verschiedene Definitionen:

4

= 2W

10

-In der Literatur findet man davon:

Bretschneider Moskowitz-Pierson = 21rF--"Prr,

4 71

E3- 14

= 0.810

2

_--2

9

4,5

1,1

= 271r

= 5.12

0.880 111:149.5.

= 21T

=m 5.69 El

-14

m.

0.9113

4 nno

Von der ITTC und ISSC wird empfohlen, die mittlere Periode aus Beobachtungentrdem Wert Ti gleichzusetzen.

UemgegenUber scheint aus dem Vergleich zwischen Schatzungen und Messungen [3] hervorzugehen, daB die beobachtete Periode naher an

211r

der Periode des Modalwertes

Tigs

(474 des Seegangsspektrums (Frequenz maximaler Energie) liegt:

aL

=

6,15:3 9r4

=

4.14

I(9A-(46se,,,,x).

Die neueste Information [291 spricht fUr 174 als beste Paherung fUr die visuell beobachtete Periode

T

. Um auch in Fallen, in denen der Seegang nicht ausgereift ist, aus beobachteten Oaten ein

Seegangsspektrum angeben zu konnen, 1st es erforderlich, nicht die Wind-geschwindigkeit, sondern Wellenhohe und -periode als Parameter des

Spektrums zu benutzen. Nit der

DefinitionY=.T1

(Rbb.5):

St 40) =

'173 t2,1469-4(.45

exp

659214G4)

Diese Vorgehensweise stellt natUrlich insbesondere dann, wenn Seegange aus verschiedenen Windfeldern Uberlagert sind, eine grobe Paherung dar. Andererseits ist dies bisher die einzige Moglichkeit, um aus die

umfangreichen Sammlungen von Seegangsbeobachtungen (s.z.B. [31 ) die Seegangsspektren zu rekonstruieren.

.04 2

oa

06

A

.02

12

14

PIM. 5 DIMENGION-SLOSgS

_{ZVVEIPAQ1:711E7&'/C..ES}

02GTSO-INEOGR

-

_{SEGGFINGSSP-MIC1TZUM}

12 =.

Um das Programmsystem flexibel zu halten, werden folgende drei MOglichkeiten zur Kennzeichnung des Seegangszustandes vorgesehen. Die Laufrichtung des Seeganges muB bei_allen-drei Darstellungen

als bekannt vorausgesetzt werden. Nah-erungsweise wird angenommen, daB die Windrichtung immer mit der Seegangslaufrichtung Ubereinstimnit.

-Einparametrige Kennzeichnung: Beaufort-Grad (Bn)

(Statt des Bf-Grades kann auch die beobachtete Wellenhdhe tivbenutzt werden).

Dies ist die haufigste Darstellungsweise. Sie wird z.B. fUr Optimal-Weather-Routing verwendet [4] . Ihr Nachteil ist, daB praktisch

nur ausgereifte Windsee dargestellt werden kann.

3/2

Die Windgeschwindigkeit ergibt sich aus dem Bf7Grad .831513, .

Aus der entsprechenden Geschwindigkeit fUriOmHdhe

_14A4AU5A4o

kann das Moskowitz-Pierson-Spektrum bestimmt werden.

Zweiparametrige Kennzeichnung: Kennzeichnende WellenhOhe

eve

und

Periode .

Hiermit konnen die umfangreichen Seegangsbeobachtungen

[31

z.B.

zur Ermittlung statistischer Langzeitwerte benutzt werden. Im Gegen-satz zu'a) kann auch nicht-ausgereifter Seegang dargestellt werden.

Aus t: und

1-

ergeben sich die zur Berechnung.des-Spektrums notwendigen Parameter

*.T.i!

und

w

Uie zu dem Seegang.gehdrige Windgeschwindigkeit mu5 abgeschatzt

werden. Hierzu wird zunachst anhand der gegebenen Periode untersucht, ob es sich um eine ."junge", d.h-noch nicht ausgereifte, oder "alte"

See handelt. Aus der Beziehung zwischen Holm und Periode zu Wind-geschwindigkeit ergibt sich folgender Zusammenhang zwischen Hdhe und Periode fUr ausgereifte See:

REIF

42

11--t7T3

Rem

4

Ist1

iitE/

F , so ist die See "jung" und die Windgeschwindigkeit ist wahrscheinlich mindestens so groB, wie fUr ausgereifte See:

Vox

VounEw

1St T1T4

EEI SO 1st die See "alt" und die Windgeschwindigkeit ist wahrscheinlich geringer als fUr ausgereifte See. Als Abschatzung soil fUr diesen Bereich em n linearer Verlauf zwischen

"T"

_REIF und einer gewahlten maximalen Periode

-r-R)!

30s

angenommen werden:

M

ZUORDNUNG. EINE:2 WiNDGENVINDIGKEIT

ZUM SEESANG.

-num

P99.6

_11REIF

Da der Windeinflua gegenUber dem Seegang in schwerem Wetter eine

untergeordnete Rolle spielt, dUrften Ungenauigkeiten dieser Abschatzung keinen gravierenden EinfluB auf das Endergebnis haben.

C) Dreiparametrige Kennzeichnung: Kennzeichnende Wellenhohe

_km/

und

Periode T.

sowie Beaufort-Grad 12n .

Bei dieser Darstellungsart ist keine Abschatzung fUr die Windgeschwindig-keit notwendig. Es 1st denkbar, daB in dieser Form Schiffsbeobachtungen oder Wettervorhersagen angegeben werden, die fUr Optimal-Weather-Routing verwendet werden.

2.3. BEWUCHS

linter diese Rubrik konnten alle alterungsbedingten EinflUsse auf die Eigenschaften des Systems Schiff fallen. Hierzu zahlt neben der

Verschlechterung des Widerstandsverhaltens des Schiffes durch Bewuchs, die Verschlechterung der Eigenschaften des Propellers und der Antriebs-anlage. Aus Mangel an Oaten soil allerdings hier nur die Widerstands-erildhung durch Bewuchs berUcksichtigt werden.

Der Bewuchs 1st im wesentlichen abhangig von den Fahrtgebieten des Schiffes, von der Zeii, in der es diesen EinflUssen ausgesetzt 1st und von den Zeitintervallen in denen der Boden gereinigt wird.

14

-Aertssen gibt fur eine Reihe von Schiffen mit verschiedenen Fahrt-gebieten eine empirische Funktion fUr den Verlauf des Zuwachses an Reibungswiderstand Uber der Zeit an [5]

ap

11.

A,

Elyel

C2g 124ci

C

0

Clsind die Tage, die seit der letzten Dockung vergangen sind und 0Ciist das Alter des Schiffes ebenfalls in Tagen.

Fur em n Schiff im Atlantikdienst kann man der Arbeit von Aertssen folgende Werte fur die Konstanten entnehmen:

P=20%

8 a 180 Tage C 100 Tage

Asvt-iPTOTE

do ( Atter des Schiffes)

PI29. 7

ZUWAC.1-15 PIN

_{reGGUNGSWIDERSTPND DUI20-1 BEWUO-1S}

(J614RLICI-IG DOC.KUNG,)

FUr einen gegebenen Zustand des Schiffes, gekennzeichnet durch die Werte ci und

cio,

kann hiernach die Widerstandserhohung angegeben werden (Abb.7 ).

4-00 SOO

tzt (Tage aus d. Dock)

600 700 800

Sollen demgegenUber statistische Langzeitwerte berechnet werden, so kann man Wdherungsweise mit einem Uber eine Ungere Periode von

jo Jahren gemittelten Zuwachs an Reibungswiderstand rechnen:

((LIEF)

'AZ 3. 6

+ 9 P.]

(Dockung alle Jahre)

RR,

m WEL

-42Fr, )

_{gr. 3.6 J. 412 E/0]}

_{(Dockung al le 2 Jahre)}

16

-3. EIGENSCHAFTEN DES SCHIFFES

In der EinfUhrung war gezeigt-worden, daB von den Eigenschaften des Schiffes seine Reaktion auf die UmwelteinflUsse bei bestimmter Wahl der Operationsparameter interessiert. Das System Schiff wird zweck-mgBigerweise in die Untersysteme RUMPF, ANTRIEBSANLAGE undPROPELLER unterteilt, deren Eigenschaften zungchst getrennt und danach in

ihrem Zusammenwirken behandelt Werden.

3.1. EIGENSCHAFTEN UES RUMPFES

Von den Eigenschaften des Rumpfes sollen die Widerstands- und die" Bewegungseigenschaf ten ermittelt werden.

Der Widerstand, dem das Schiff unter Betriebsbedingungen begegnet, denkt man sich aus folgenden Anteilen zusammengesetzt:

Widerstand im glatten Wasser Widerstandszuwachs durch Wind Widerstandszuwachs durch Seegang.

3.1.1. WWERSTANU IM GLATTEN WASSER

Fur uen Fall, daB keine Modellversuchsergebnisse von dem zu untersu-chenden Schiff vorliegen, muB in dem Programmsystem em n Verfahren zur berechnung des Widerstandes im glatten Wasser aus empirischen Daten vorgesehen werden. Dies bringt den Vorteil mit sich, daB mit dem Programmsystem ohne weiteres Schiffe mit systematisch variierten Aumessungen durchgerechnet werden kdnnen. Dies 1st z.B. bei Aufgaben der EntwurfsoptimierUng notwendig.

Bei der Wahl von empirischen Ausgangsdaten bieten sich grundsgtzlich zwei Mdglichkeiten. Entweder man benutzt systematische Modellserien (z.B. Taylor-Serie [6] oder-Series-60 [7] .) oder beliebige Modell-versuche (z.B. Verfahren von °oust O'Brien [8] oder N.C. Astrup

[91

).

Im ersten Fall muB zur Ermittlung des Widerstandes fUr das gegebene

Schiff zwischen Uaten mit gquidistanten StUtzstellen interpoliert werden. Im zweiten Fall muB der Wert nach Methoden der Regressions-analyse zwischen beliebig gegebenen Daten gefunden werden.

Um das Verfahren nicht zu aufwendig werden iu lassen, wird hier die erste Methode benutzt. Als Grundlage fUr die Ausgangsda ten dienen die Diagramme von Guldhammer und Harvald ElO]ydie emn

Konzentrat aus der Taylor-Serie, der Series-60 und anderen Versuchs-daten darstellt. Der Vorteil dieser Daten 1St, daB sie einen weiten Bereich mbglicher Schiffsformen umfassen. In den Diagrammen 1st der Restwiderstandsbeiwert ih Abhangigkeit von

Liv4

Schlankheitskoeffizient

cp.

Scharfegrad

F roudezahl

V/Ircir

angegeben:

cric,

PO/ CP

)

FUr dasEVT-Verhaltnis wird eine Korrektur vorgenommen, sodaB sich der Restwiderstandsbeiwert folgendermaBen ergibt:

Ce = Ce,c)(1-A116, Cp

)

gi)

+

CR

_(E21T)

Dm

_C

fur beliebige Parameterkombinationeh L/Ji

,p und

_{N zu}

ermitte1n, muB zwischen den gegebenen Werten in drei Richtungen

interpoliert werden. Da auch Verl6ufe mit Wendepunkten _{genau genug} erfaBt werden sollen wird em n kubisches Interpolationspolynom benutzt.

Liegt die gegebene Parameterkombination auBerhalb des vorhandenen Bereichs, so muB extrapoliert werden, um wenigstens einen groben

herungswert fUr den Widerstand zu erhaltenyoder die Restwiderstands-daten werden gegen die spezieller VerSuchsserien _{ausgetauscht([30]f31] ).}

Der beiwert fUr den Reibungswiderstand wird aus der Reynoldszahl

VvL" nach der ITTC Linie ermittelt:

0.075

Cr

Fur den"Rauhigkeitszusch1ag9

C

kann aus den in [10] gegebenen

Erfahrungswerten der in

Abb.8

gezeigte Verlauf konstruiert werden:

.2

18

-A

0

160

0 Erfahrungswerte

-.3 -t4

1:1213.8

_{PRPUI-IIGKEITSZUSCI-ILSTG.° (51202}

_{DER SCJ-11FFSLANGE}

Der Gesamtwiderstand flit* das "neue" Schiff lautet somit:

TO

=CT.V2S

mit

Cr = Cr + Ca+ Ce

0

Die benetzte OberflkheS muR entweder eingegeben oder mit Hilfe einer Oberschlagsrechnung, die moglichst ale fur den Restwiderstand benutzten Formparameter berUcksichtigt, ermittelt werden.

FUr den Ansatz:

5=

_{PWL + C2}

_glx

= 2LT +C,(

51)

CwLe +

_{C2(ig )C)Ceigi}

= s

(Lie, T, Ca Cw) C,

wurden folgende Koeffizienten ermittelt:

0.84- 0.2 b

= 415+ 02833L

b

Cw

L

=

Sol] der Glattwasserwiderstand _{im Betriebszustand g2traulangegeben} werden, so ist noch der im Abschn. 2.3. _{behandelte Zuwachs an} Reibungs-widerstand durch Bewuchs zu berUcksichtigen:

g?

Tcaui = Q

ro

_{ar? Q}

g? Fo Fe

c1=

-1 -

a44-

(2g1

-C2

(1214 (2R-i-lrz

a.,

=

f,-

(4+17-44-Mg)

az =

-4+

3.1.2. WINDKRAFTE

Bei der Ermittlung der WindkrUte ist man ahnlich wie beim Restwider-stand auf Modellversuchsergebnisse angewiesen.

Durch die umfangreichen Windkanaluntersuchungen von Wagner [11]

stehen Werte flit* eine relativ groBe Zahl von Schiffstypen zur VerfUgung, sodaB es in der Regel nicht schwer fallen sollte, fUr das gegebene

Schiff em n Modell mit anlicher Oberwasserform zu finden.

Cc , CD 1,0 0,8 0, G 0,4 0,2 - 0,2

-0,4

20

-P812. 9 LUFT-WIDERSTI:INDS-L/ND QuESW2FIFT8EIWERT

Oie Wihdkrafte liegen in der Regel in einem out die Anstromrichtung bezogenen Koordinatensystem, als Funktion der AnstrOmrichtung vor (s.Abb.9): Widerstandsbeiwert Auftrieb§beiwert Giermomentbeiwert

C

KQRPT

"ksziwi: qop

v2 ri

-13 L

ist die relative Anstramgeschwindigkeit und

_Ai

_{die relative}

Anstromrichtung bezogen auf die Schiffslangsachse (in [111 istE=18014), Als Bezugsflache wird die Oberwasserlateralflache

_1Lgewahlt.

C: CRes

ABB. -10

DGFIMTION

_{DER WINDKC2PFTBEIVVERTE}

(fUr itta<lf

ist in der .Regel Cc<0 )

Im schiffsfesten Koordinatensystem lauten die Kraftbeiwerte:

=- Co COSit40

_{4- Cc Sinitha}

-"CP

Sin",

Qcosiu.

Die am Gberwasserschiff angreifenden Luftkrafte mUssen durch Wasser-krafte am Unterwasserschiff im Gleichgewicht _{gehalten werden.}

-227

%/2

Die Ungskraft-X/=qW2va R.Cx kommt einer Widerstandserhohung

gleich und muB durch zusdtzlichen Propellerschub Uberwunden werden.

1

Die Querkraft

Y=cw2Vq2

ALCymuB durch eine Unterwasserquerkraft, die durch Schraganstromung des Rumpfes (Drift) und des Ruders entsteht, ausgeglichen werden. Das, Momentengleichgewicht bleibt in diesem Rahmen unberUcksichtigt. Es wird angenommen, daB das Schiff ohne.erhebliches Ruderlegen auf Kurs zu halten 1st.

Die Rumpfquerkraft 144 setzt sich zusammen aus einer Querkraft infolge Zirkulation und einem Widerstand gegen Querumstromung. Der zweite Anteil gewinnt vor allem bei groBerem AnstrUmwinkel an Bedeutung. Mit dem Ansatz

=

"'Y

Vy + 1/2 cow LT yy2

J!!!!!;151

X

frA

14t, sich nach Abschdtzung des Widerstandsbeiwertes Cplyund der hydrodynamischen Masse des Endquerschnitts rinVI em Naherungs-wert fUr die Quergeschwindigkeit

V,

, den Driftwinkel a=arrn-Y31

\C

und damit auch fUr die induzierte Querkraft

Y

angeben.

=(11r'nYi* 2

vx

2 Y. I

LT'

_I

_-

17/7

MCDy LT)

Die Auftriebserzeugung ist mit einem induzierten Widerstand verbunden, dabei kann die kesultierende sowohl eine positive, als auch eine negative LanOschiffskomponente haben, in Anlehnung an die Ubliche Gleitzahl E.=(;./Cic Vat sich eine entsprechende Zahl definieren:

Wagner gibt in [13] xis der Auswertung von Schrigschleppversuchen z.B. fUr den MARINER an:

Ey

=

4.58(3-

6.85(32

Mit dem oben abgeschazten Driftwinkel _{ergibt sich eine} zusatz-liche Ungskraft:

X;

und damit die effektive durch den Wind verursachte Ungskraft:

XX+X;

Im Folgenden wird die Wirkung des Windes als Widerstand, d.h. in negativer

)r-

Richtung wirkend, benutzt:

Rnvi(vxvuw)=

_{-XEFF(vxactvi)}

Ole relative Anstromung des Schiffes ergibt sich _{durch vektorielle} Addition des "wahren" Windes \44, und der "Fahrt"-Windes

Var-V

Ag

9.11

PINF26

IST r-ruNG.

OS FRI-112ENDEN SalIPPES

DURC.1-1 WIND

vR2

=v. v- 2 vvw cos/uw

cos

A_

VwcosAw- V

v

Zur_ naherungsweisen BerUcksichtigung des Windprofils wird Ult einer quasi-homogenen Anstromung gerechnet, deren Geschwindigkeit sich durch Mittelung der Geschwindigkeitsverteilung Uber die Hdhe des Oberwasserschiffes ergibt. Da die WindkrUte proportional dem drat der Windgeschwindigkeit sind, wird diese Mittelung fUr das Qua-drat der Gekhwindigkeitsverteilung

durchgefUhrt.-Bezogen auf die Windgeschwindigkeit in 10m Rohe V40 kann mit Hilfe dieses Reduktionsfaktors

h

die mittlere Geschwindigkeit des uwahren" -Windes angegeben werden:

f./

2

Vw (H) = h (I-1)

IN

a

(t)(4)dw.,

Somit ergibt sich die mittlere relative Anstromgeschwindigkeit:

2 2

=

v2+ h

-2 h w/o cos/u.w.

Fur-die Anstromrichtung ist diese Mittelung nicht ganz korrekt, sie soil hier aber trotzdem benutzt werden:

2 2 --2 2

(Fl 1040

2 7g,

Als Hohe des Uberwasserschiffes wird eine mittlere Hohe definiert, die sich aus einer mittleren Rohe des Lateralplanes ;711. und des Lufthauptspantes Roc zusammensetzt:

j-1

M =

_{OR 12}

AbWangig Von der Hohe, Uber die das.. Windprofil gemittelt wird, ergibt sich folgende-NaherungsfOrmelfUr.den Reduktionsfaktor (s. Abb.

4 ):

3.1.3. BEWEGUNGEN IM SEEGANG

Von den moglichen Freiheitsgraden eines Schiffes sollen hier nur die vertikalen Bewegungen in der Symmetrieebene betrachtet werden,weil sie in der Regel fUr das Verhalten im Seegamg bestimmend sind. Zwar kann em n Mangel an Stabilitat der Gierbewegung und vor allem der Rollbewegung ebenfalls eine Gefahrdung des Schiffes bedeuten, da es sich hietbei aber um nichtlineare Vorgange handelt, konnen diese Effekte z.Zt. nur sehr grob.berUcksichtigt werden..

Wie in [14] gezeigt wurde 1st die Gierbeweguna und damit die Kursstabilitat vor allem im Zusammenhang mit der Langsbewegung im Seegang zu sehen. Danach konnte z.B. die Sicherheittforderung er-hoben werden, daB Fahrtzustande, bei denen extreme Langsbewegungen

-auftreten, gemieden werden. Da dieser Effekt jedoch nur bei relativ schnellen Fahrzeugen in Erscheinung tritt, soil die Gier- bzw. Langs-bewegung hier nicht berUcksichtigt werden.

FUr die Rollbeweguna wird die Forderung aufgestellt _{daB starke} Resonanzbewegungen vermieden werden sollen.

Die beiden Freiheitsgrade der Bewegungen in der vertikalen _Ebene sind die Tauchbewegung zo(Bewegung am Hauptspant nach _{oben positiv)} und die Stampfbewegung E) (Bug nach oben positiv). Hieraus _konnen alle weiteren _{interessierenden BewegungsgroBen, wie lokale} Verti-kaluewegungen, Vertikalbeschleunigungen, und RelaIjvbewegungen zwischen Schiff und Wasseroberflache abgeleitet werden.

Zur Berechnung der Vertikalbewegungen hat sich die _{Streifenmethode} bewahrt. Eine Beschreibung der Grim'schen Methode zur Berechnung der hydrodynamischen Krafte, wie sie fUr die Berechnung der Bewegungen gebraucht werden, findet sich u.a. in [15] _{uric( [34].}

In dem hier beschriebenen Programmsystem werden die Tauch- und Stampfbewegungen in einer gesonderten Rechnung-ermittelt. _Dies bietet die Niglichkeit einer Zwischenkontrolle, auBerdem konnen die Bewegungsdaten ggfs. auch aus einer anderen Quelle"z.B. aus Versuchen entnommen werden.

1.0

A

'Yee'

ae

_ta-ae

26

-AGO

.

12

L3DGRTRAGUNGSFUNKTION

DER TAUCI-GEWECUNG

Ft*, = a2

141212. 13 l5BEQTRAC.UNGSFUNIGTION DER STPIMPPEIEWEGUNG

Oie Bewegungsdaten werden in Form von zwei KomPonenten der komplexen Amplitude benutzt:

Z0

(t)

= ( zo +

zei)

e' 'E

G

+ GO

eiG)E&

is.t die Begegnungsfrequenz:

wavcosfiE

Das Hamburger Streifenprogramm liefert die Bewegungsamplitudeo fUr beliebige Wellenlangen und Richtungswinkel des regelmaBigen Seegangs sowie fUr beliebige Geschwindigkeiten. Die Amplitudenwerte werden auf die Wellenamplitudei;mbzw. Wellenschrage _{;eta bezogen,} als Ubertragungifunktionen angegeben:

Yrzot

(A/Lvii.,P

_{Mzet (7/L-,ifts-,R4)}

Yrog

) Yet

(71/4/L,AkE)F,4)

Durch dies'es Oatenfeld von mindestens 2000 Oaten sind die Seegangseigenschaften des Schiffes ausreichend festgelegt. Die weiteren Bewegungseffekte konnen hieraus abgeleitet werden. Die resultierenden Obertragungsfunktionen fUr Tauchen und Stampfen

IYZefr

= Yr2zet'

+Y2

izet

Ye

t

1 = Yr2Ge )fE024

sindfdrRe.2 in Abb.12u.13dargestellt.

Z.B. kann eine wichtige GroBe, die ObertragungsfUnktionen _fUr die kelativbewegung S zwischen Schiff und Wasser an beliebiger Stelle , berechnet werden:

Y

_{rs 4}

=

Y

+ aex

7-

cPs

xcosjus)

rzot

iee

sin

28

-Hierbei wird eine Deformation der Wellenkontur durch das Schiff vernachlassigt.

Da die hier betrachteten Bewegungen weitgehend linear sind, konnen ihre Spektren fUr den in Abschn. 2.2. beschriebenen kurzkammigen

Seegang berechnet werden. FUr die RelativbewegungS gilt zum Beispiel:

ss

(u))/LE) = Ys2t

c(A)ilue) s4(wi#6)

1st die Laufrichtung einer Elementarwelle des kurzkammigen Seeganges g,461E4Z,4-464x)bezogen auf den Kurs des Schiffes.

/ E

F:122. .14

BEG.E.G.NUNGSWINKEL.

Wie beim Seegangsspektrum ergeben sich die Momente des Bewegungs-spektrums durch Integration Uber Frequenz und Richtung:

ec,

mns

(fie)

=

f

f

Lore/ (wlite)

Ss0.4),,t4.6)

ciwci(avt)

-.o

FUr beliebige statistische Aussagen Uber die Bewegungen genUgen allein die Momente der Bewegungsspektren.

3.1.4. WIDERSTANDSZUWACHS IM SEEGANG

Obwohlessich beim Widerstandszuwachs um einen nichtlinearen

Effekt handelt, 1st es miiglich, die fUr regelmdBige Wellen gemessenen

oder berechneten Werte dhnlich wie die Bewegungen auf den

unregel-maBigen Seegang umzurechnen. Das liegt daran, daB es hierbei im

wesentlichen urn,einen Effekt zweiter Ordnung geht, uncl daB nur

der Mittelwert der Ldngskraft (der mittlere Widerstand) interessiert.

Zur berechnung des Widerstandszuwachses soil eine wenig aufwendige

Methode benutzt werden, die in[16)4341beschrieben ist, und deren

Brauchbarkeit durch Vergleich mit Modellversuchen bestaigt wurde[34.

Die Methode basiert auf der Vorstellung

,f343 daf3

em n Langskraftanteil aus der BerUcksichtigung aller Druckkrafte

an der Schiffsoberflache bis zur Ruhewasserlinie

und emn

zweiter Anteil

.,F)e

aus der nur zeitweisen Benetzung it Bereich der

Wasserlinie resultiert:

E),(0rl

_{w Zmaen COSia prAE}

=

q

_641-(Zor+

_{Xs Or)}

_{+ (z.;}

xs

oi)oi]

4-,

g

.11*)

;79:1-

cix

hierin 1st

1,1

Verdrangung

Xs

Schwerpunktabstand vom Hauptspant

- 587

Amplitude der Relativbewegung (s. Abschn.. 3.1.3. )

ii.guLTangens des Winkels zwischen der Wasserlinienkontur und

2 ax

16 14 12 10 Pc. a-470/9g 60° 150 1800

o°

- 30

ss 0.2

0.5

10

1.5

20

25 VL

1711:3121. ISWIDERSTANDSER1-16$-IUNC IN 2EGELM. WELLGN

Abb. 15 zeigt die Abhangigkeit des zusatzlichen Widerstandes von der Wellenlange und vom Begegnungswinkel. Urn die mittlere Widerstands-erhohung im unregelmaBigen Seegang zu berechnen, sind die fUr den regelmaBigen Seegang ermittelten Werte wie das Quadrat einer Ober-tragungsfunktion zu behandeln:

(GivtLE

IPN)

=(watte)

.1)/t2

4t

a

Die mittlere Widerstandserhohung wird dann ahnlich wie das 0-te Moment eines Spektrums berechnet:

Ras (fIrE

Pr4)= 2

jIr

(41))/"EIN))

'St

(v4E)th414.0

3.2. EIGENSCHAFTEN DER ANTRIEBSANLAGE

Die Propulsionseigenschaften des Schiffes hangen entscheidend von dem Moment-(bzw. Leistungsi-Drehzahl-Verhalten der Antriebs-anlage ab. Insbesondere muB beachtet weraen, _{ob.es sich um einen} Dieselmotor oder eine Dampfturbine handelt.

FUr din Uieselmotor wird meistens eine gerade Leistungs-Drehzahl-Kennlinie angenommen.'Dies 1st selbst fUr hochaufgeladene Motoren mit guter Genauigkeit moglich. Sollte eine bessere Naherung er-wUnscht sein, so kann die Kennlinie z.B. duech _{3 Punkte m xi ler} Leistung Uber Drehzahl vorgegeben werden.

9

Pgffi. -lb ANTRIEELSkENNLINIE

Die maximale Drehzahl ist meist durch einen Drehzahlregler begrenzt. Die maximale Leistung ergibt sich bei maximaler Fullung. Bei der Vorgabe dieser Werte 1st vor allem die _{Oberlegung wichtig, welche} maximale Leistung (bzw. FUllung) _{von der Leitung der Maschine oder} yonder Inspektion der Reederei her als zulassig erachtet wird, da in den seltensten Fallen die -voile _{Nennleistung ausgefahren wird.}

Im Verlauf der berechnung der Propulsion wird die Drehzahl beginnend mit der kleinst moglichen Drehzahl _{(z.B. 40% Nenndrehzahl) bis zum} groBtmoglichen Wert stufenweise varriiert. Auf _{diese Weise lcann man} ni:ht nur die maximal erreichbare Geschwindigkeit (fUr maximale.FUllung) sondern auch die Geschwindigkeiten im

3.3. EIGENSCHAFTEN DES PROPELLERS

Unter den Eigenschaften des Propellers soil hier die

Propeller-charakteristik des freifahrenden Propellers Am glatten Wasser, sowie sein Verhalten hinter dem Schiff, verstanden werden. Eine Anderung dieser Eigenschaften im Seegang kann leider zur Zeit noch nicht berUcksichtigt werden, da hierUber noch keine ausreichenden

Erfahr-ungen vorliegen. Aus NessErfahr-ungen der Propulsionsdaten im Seegang z.B. [17]

ist nicht eindeutig,zu erkennen, ob sich der Propulsionswirkungs-grad tm Seegang verschlechtert. Je nach Aufgabenstellung konnen folgende Falle.auftreten:

Propelle'rdaten und Propellercharakteristik gegeben

P-ropellerdaten gegeben, Propellercharakteristik mup berechnet werden c) Auslegungsbedingungen fUr Propeller gegeben, Optimalpropeller

mup entworfen undPropelletcharakteristik berechnet werden.

In den Ffllen b) und c) erforderliche Rechnungerfolgt entweder mit Hilfe eines Auswahlprogramms auf der Grundlage systematischer

Propeller-serien (z.B. Wageninger Serie) oder mit Hilfe eines Programs zur Propellerberechnung nach der Traglinientheorie.

-

32-Die Propellerkennlinien im sog. Freifahrtdiagramm

T11

k,-K (J)

K

45-+

V2

+ beJ

VR

fl

D,

konnen genau gehug 'durch ein,quadratisches.Polynom angenahert weeden:

.2

₃

4

33

AEG. 17 POUR

Wie bereits erwAhnt (Abschn. 2.3.) wird hier keine zeitabhAngige

Verschlechterung der Motor- und Propellereigenschaften berUcksichtigt. Sie kann mit zunehmendem Alter des Schiffes spUrbare Werte erreichen[18] und sollte daher in die Rechnung aufgenommen werden, sobald

aus-reichende Daten zur VerfUgung stehen.

Um die Eigenschaften.des hinter dem Schiff arbeitenden Propellers und sein Zusammenwirken mit dem Schiff zu.berechnen, mUssen die Nachstromziffer %Ai , die Sogziffer t und der AnordnungsgUtegrad

bekannt sein. Uiese Werte konnen entweder durch Interpolation zwischen' Erfahrungswerten, Ahnlich wie fUr die Restwiderstand, intern berechnet oder von auRen eingegeben werden. Als Erfahrungswerte eignen sich die Diagramme von,Harvald [19], die Nachstromr und Sogziffer in AbhAngigkeit von CB und

BIL

darstellen. FUr das

4/L

-VerhAltnis wird eine Korrektur angegeben:

w

(Cs

_4/1..)

_{wo (CB EilL)}

₊

_W

(ce )9/L)DpiL) =

to (C9)9A.)

+At (DIA)

v.,

(pp/L.) = .39 - 44.25 (13p/i4+

442.5 (D/02 dE (DpIL)

= Dp/L.

04-Jiese Werte werden als unabhAngig von der Geschwindigkeit und den Dienstbedingungen angesehen.

34

-4. VERHALTEN DES SCHIFFES

Nachdem die Eigenschaften des Schiffes bzw. seiner Untersysteme bekannt sind, kann das Verhalten des Schiffes unter den herrschenden Umwelt-bedingungen bei Vorgabe beliebiger Werte fUr die Operationsparameter

Kurs und Drehzahl berechnet werden. Zundchst wird das Zusammenwirken der Untersysteme im Hinblick auf die Propulsion betrachtet; wobei nach Geschwindigkeit und Leistung gefragt 1st. AnschlieBend soil das Auftreten der wichtigsten die Sicherheit beeintrdchtigenden Seegangs-effekte vorausberechnet werden.

4.1. GESCHWINDIGKEIT UND LLISTUNG

Fur gegeoene Umweltbedingungen und fUr einen bestimmten Kurs ist die Ligenschaft des Schiffes bestimmt durch die Gesamtwiderstand als Summe aer Teilwiderstdnde Uber der Geschwindigkeit:

Rrs

=

Rrc. (v)

r2aw(viAw)

R

PS

(A1 E)

g

sew=

Caul

Immo SEA

Uie Eigenschaft des Propellers war durch die Freifahrt-Kennlinien gegeben:

Kr (U)

ar+br 3 4'

c...1.32

Ka (U)

_{0G+ baJ + C6,32}

Zundchst werden die Wirkungen von Schiff und Propeller zusammenge-bracht. Hierzu wird der Schiffswiderstand in die Form des Schub-beiwerts gebracht: 7.

12.s (v) 1(4-0

K

_rs

g n.3 Dp4 1Z-s(v)

4

(_y_..)2

V2 (4-ocp:

n

-11 (Ty_OrSv)

Der Schuboeiwert fUr Schiff und_Propeller mUssen gleich sein:

IZTvs2(v) (4_:)1

(7iv

ay+

br

Cr

r660 4

4 -W 2'

I V 2

Cr()]

H

P

L V2 Cr-O?Dit .- De

n

DP

ta

_-i1)-

°

Fur

vorgegebene Werte V 1st 12,-s/V2gegeben und damit kann _die quadratische Gleichung in

*0

_{gelost werden. Das Ergebnis}

Uber V _erfUl 1 t -die Gleichgewichtsbedingung zwischen- Schiff und Propeller. Der Kurvenverlauf ist sehr flach, Ida der Widerstand des Sch,iffes im wesentlichen quadratisch ansteigt.

Ne1/ 1

Fur

jede Drehzahlstufe der Matching ila _{kann Uber V die Geradet-FrA}

A

gezeichnet werden, die mit der Kurve (*); zum Schnitt gebracht werben mul3, ciamit auch das Zusammenwirken _{Wm Schiff, Propeller und} Maschine gew4hrleistet 1st.

Vo

PEO. 18SETRIERSPLJNXT

_{Ve (tip)}

co..]

uer betriebspunkt 1/, _{wird durch lineare Interpolation zwischen den}

M-Werten zweier benachbarter.Geschwindigkeiten

r

berechnet.

FUr kann das Drehmoment _{aus der Propellerkennli,nie ermittelt} werden, dabei ist der AnordnungsgUtegrad

_r

zu berUcksichtigen:

6 2r-1S

Q= 1J-2c-We ict +b

0 _rilz

LQ

(17-)

+ c

_{14----:&12(42.1}

-Dp

_{GI% Dp/ %Iwo}

Die Antriebsleistung am Propeller ist:

36

-und an der Maschine:

Pso

Rob%

Wenn der vorgegebene Geschwindigkeitsbereich nicht ausreicht, so muB fUr die hoheren Drehzahlstufen der Betriebspunkt nicht durch Inter-polation, sondern durch Extrapolation der Kurve

6Wbestimmt werden,

damit man in diesem Fall wenigstens eine grobe Uherung

Wenn auf diese Weise em n Betriebspunkt gefunden worden 1st, so muB geprUft werden, ob das erforderliche Motormoment C)0 vom Motor auf-gebracht werden kann. 1st das nicht der FallP0>CLuinR1), so kann durch

lineare Interpolation zwischen den bereits berechneten Drehzahlstufen die maximal erreichbare Geschwindigkeit Ve , Drehzahl ne und

Leistung

gie

Uber die Bedingung Q0=Q (11) gefunden werden.

FUr die maximal erreichbare Geschwindigkeit muB man also rwei Bereiche unterscheiden:

I. Solange der Widerstandszuwachs gegenUber den Bedingungen im glatten Wasser klein ist (niedrige Windsarken oder See von

achtern) ist die Geschwindigkeit durch die maximal zuldssige Drehzahl

n

rime begrenzt ("drehzahlbegrenzter Bereich").

2. Bei groBerem WiderstandszuwachSist demgegenUber die Geschwindigkeit durch das maximal zulassige Motormoment begrenzt. Die Drehzahl

faut gegen Fall I. ab ("drehmoment-begrenzter Bereich").

4.2. GEFAHRUENDE SEEGANGSEFFEKTE

Wie in der Einleitung angedeutet soil bei der Berechnung und Beur-teilung gefahrdender Seegangseffekte folgende halbempirische Methode angewandt werden. Aus den BeWegUngseigenschaften des Schiffes werden fUr gegebene Seegangsbedingungen (Spektrum) und Operationsparameter

(Kurs, Geschwindigkeit) Haufigkeitswerte fUr das Eintreten gewisser gefahrdender Ereignisse berechnet. Ohne die Auswirkungen dieser Ereignisse auf das Schiff naher zu untersuchen, wird eine

Ertedg-lichkeitsgrenze fUr diese Haufigkeiten vorgesehrieben, die nicht Uberschritten werden darf. Diese haufigkeitsgrenzen konnen aus

beobachtungen oder Befragungen der SchiffsfUhrung bei gleichzeitiger Registrierung der Bewegungen gewonhen werden.

Die im Seegang auftretenden Etanspruchungen _{der Struktur des} Schiffs-kbrpers sollen hier nicht in Betracht gezogen werden, da sie in der Regel beim Bau des Schiffes berUcksichtigt _{sind und da sie :nicht} unmittelbar fUr die SchiffsfUhrung in Erscheinung treten, auch nicht Anla3 iu ether Anderung der Operationsparameter _sind.

4.2.1. WASSER AN DECK

In Auschn. 3.1.3. war geieigt worden, wie aus den Obertragungs-funktionen fur Tauchen und Stampfen die

Obertragungsfunktion fUr die Relativbewegung zwischen Wasser und Schiff berechnet wird. Hieraus _kann die Frage beantwortet werden,

wann die Relativbewegung die Grb3e des Freibords im Vorschiff erreicht, _{d.h. wann das Deck eintaucht,}

und damit "grUnes Waster" an Deck kommt.

Wie Tasai nachgewiesen hat [20) _{, mUssen fUr eine realistische}

Vorhersage des Ereignisses "Waster an Deck" noch zwti Effekte berUck-sichtigt werden:

uurch die Bugwelle, wird der effektive

Freibord verringert.

beim. _{Eintauchen des Vorschiffes wolbt sich die Wasseroberflache}

auf.

uie Bedingung fUr "Waster. an Deck" lautet hiernach:

S

40-

e(t)

SWist die Relativbewegung _{zwischen Schiff und ungestbrter}

Seegangs-kontur an einer kritischen Stelle _{im Vorschiff.}

ist der Freibord an dieser _Stelle 1st die Hbhe der Bugwelle.

Sie kann nach einer Naerungsformel _{von Kajitani}

[21) , die auf einer theoretischen berechnung des Wellenbildes _{fur pin Mitchell-Schiff} ueruht,'abgeschatzt werden: TA_ -_4.4 0.7

F2 (4-

e

_Fi*Tp(ocE +:125) L.

S

6

A

Fre .20

pe-180°

41..s. .45

.5

4.0

45

2.0

25

NA-ABB. 20 REUTIVEMWEG.UNG. MVORSCI-IIPP

IT UND owNa

RUPWOLBUNC. DER WAS

_{G r2oi}

5

4

3

2

38

-.05

.40

.45

.20

Qs Ft,

REIG.19 VERRINGERUNG. DS PREIGIORDS DU120-1 DIG BUGWELLE

S (t)

+ k we]

SEFF (t)

leo ist also von T/L ,

as

_{(Eintrittswinkel der Wasserlinie) und}

abhangig, die wichtigsten EinfluDgrtiBen. werden also erfaRt. Der angegebene Wert gibt fUr das Maximum der Bugwelle, das etwa 1.420

hinter FP

, also etwa in dem fUr."Wasser an Deck" betrachteten Bereich liegt. Abb. 19 zeigt den Einflu5 der Bugwellenhbhe-Uber der Froudezahl.

*

die bewegungsabhangige Aufwblbung der Wasserbberflache ist von Tasai [20] aus

Messungen-als

Funktion der RelativgeschWindigkeit ermitteltmorden:

4*(t)

we 5 (t)

k =

(ca

- 0.45)

Somit kann die Bedingund fUr "Wasser an Deck .folgendermaBen geschrie-ben werden:

%EPP

Den EinfluB der Aufwblbung auf die Ubertragungsfunktion der Relativ-bewegung Ktzeigt Abb. 20 .

Um dieses Kriterium auf.den unregelma13igen Seegang anwenden zu konnen, mu3 das Spektrum fUrSsFF nach der. in Abschn. 3.1.3. beschriebenen Methode berechnet, und zur Bestimmung der Momente integriert werden. Soil die Haufigkeit fUr "Wasser an Deck" bestimmt werden, so bieten sich mehrere Noglichkeiten:

a) bestimmung des Zeitanteils an der Gesamtzeit,fUr die

5spit)%'F

Dieser Wert kOnnte em n MaD fUr die Aenge des an bord kommenden Wassers bilden. Er ergibt sich durch Integration der Normalver-teilung der Zeitfupktion

u) bestimmung des Anteils der Maxima von 56wA)die grODer als FirEFF sinn, an der Gesamtzahl der. Maxima .von Supr() . Diese ergibt

-40.;

C) Bestimmung der mittleren Frequenz mit der das unter b) gekennzeichnete Ereignis eintritt.

Hier soil die mittlere Frequenz nach c) benutzt werden, dá tie emn anschauliches Maa darstellt, und da hierfUr bereits einige Erfahr-ungswerte aus der Literatur bekannt sind.

Die Fidufigkeit der'Maxima nach b) hat den Wert

Bear

Pwer =

e_ 2 mos,

Mit der mittleren Frequenz fUr die Relativbewegung rflosepm SEFFni:. q3EFF

kann die mittlere Frequenz fUr das Ereiqnis

bestimmt werden: _C war= ItTr 4 EFF 11 412Snap ...I 0,2 106111110

°.

Die Anzahl der Ereignisse "Wasser an Deck" die von der SchiffsfUhrung toleriert wird, li&igt -von subjektiven EinflUssen

abgesehen-vor allem von der Art des Schiffes (Art der VerschlUsse von

Decks-offnungen, Aufbauten ect.) ab.Uie Grenze zwischen Gischt und "GrUnem Wasser" an Deck liegt nach Aertssen [22] bei

11,4sr/Ntra4,=,

2/400

und die Grenze Uber der schwere,Brecher an Deck kommen bei

n,,Erinprna4=5/400

4.2.2. SLAMMING

Unter Slamming sollen hier nur die schweren BodenstoDe verganden werden. Nach Aertssen [22] kann zwischen leichteren SchlXgen (pounding), - die wie fernes Gewitter klingen- und schweren StMen (slams) - die wie

KanonenschUsse klingen- unterschiedeh werden.

FUr die Definition eines BodenstoBes liegen eine Reihe von Vorschldgen vor, die in zwei Gruppen geteilt werden konnen. Eine Gruppe betrachtet die Auswirkung eines StoBes:

Beschleunigungsspitze im Vorschiff. uruckspitze am Vorschiffboden

Spannungsspitze (whipping-stress) im kauptspant.

uie zweite Gruppe befaBt sich nur mit der Kinematik der Bewegungen und

definiert die Bedingungen die zu einem Stol3 fUhr:en:

oden im Vorschiffsbereich taucht aus.,

Vorschiffsboaen taucht zunachst aus und schlagt mit einer _gewissen Duerkritischen Relativgeschwindigkeit auf der Wasseroberflache auf. Vorschiffsboden taucht zunachst aus und der Relativwinkel _zwischen

Kiel und Wasseroberflache 1st beim Wiedereintauchen _{kleiner/gleich Null.}

Ba die Oynamischen Auswirkungen eines BodenstoBes _{noch nicht ausreichend} geklart sind, korrant hier nur em n Kriterium der zweiten _{Gruppe in}

betracht.

uas

Kriterium,d) reicht im allgemeinen nicht aus. Von Ochi [232stammt der Vorschlag, eine weitere einschrankende Bedingung fOr die Relativ-geschwindigkeit hinzuzunehmen. HierfUr.wird von Ochi der WertIs1.jc37 genannt. Allerdings stellt Aertssen _{f2,21durch Vergleich mit} Bordmessun-gen fest, daP die Rechnung nach Ochi zu groPe Slam-Haufigkeiten

liefert-Er schlagt vor, die kritische Geschwindigkeit _{zu erhohen.}

Dagegen hat das Kriterium f) [20 _{den Vorteil}

ohne Definition einer kritischen kelativgeschwindigkeit _{auszukommen. Die Bedingung fOr den}

Relativwinkel Site° _{beim Wiedereintauchen .t.NrC)}

impliziert die beschrankung auf groPe

Relativgeschwindigkeiten. Au3erdem kann aus

dieser Bedingung geschlossen werden, dap wahrend des Eintauchvorgangs hinter der betrachteten Stelle

_Nrsom

_{der Boden die gleiche Richtung} wie gip Wasseroberflache erreicht, ein Vorgan_{g, der wahrscheinlich zu} schweren StdPen fuhrt. Das Kriterium f) _{fuhrt zu einer geringeren} Slam-Haufigkeit als das von Ochi. Es soil daher hier benutzt _werden.

Die Obertragungsfunktionen Air die Komponenten der _{Relativbewegung waren} in Abschn. 3.1.3. _{angegeben worden.}

Yr

s4 =

Yrz, XsisinYrok _{C°S (zXsianC°S/t4s)}

Oie Obettragungsfunktionen fUr die Relativgeschwindigkeit lauten:.

T;.a4 =-Lhio

Ys4

FUr den Relativwinkel lauten sie:

Yrsi4=

Yret

+ be cosiud sin (acxs, caw.)

Yi

s/4 17- Yin +

(lc c.ovh 0 cos (ze xsmii cosiu

a)

Um Haufigkeitsaussagen fur den unregelmaBigen Seegang machen zu .

kdnnen, mUssen die Momente der Spektren

:545)Sa 'Ss

und der

Kreuzspektren SivsAisArrmittelt werden

(Tarn)).

Durch Integration der dreidimensionalen Verteilungsdichte F fUrden

isewegungszustand: .

S

Uber ciai Gebiet:

GLE a

51

s )

_=Twin

(

s'

15-49

_

schlieBlich die mittlere Frequenz fUr das Eintreten des Ereignisses "schwerer StoB":

-4 1710

-n

= s

sairf 211"

m

os

mit den Determinanten:

4 rrioisi

+21r

=-rn

rn

.

Tie

05 os

-427

DmM

Mos

r-rt12

_oss

t.

(a&

mos

D

rn

' D

_rn ergibt sich

und feHer:

GauB'sche Fehlerfunktion

Ts

Tiefgang an der betrachteten Stelle Xuall im Vorschiff (Xusom=(0.44-0.5)1.)

AaTrimmwinkel des SchiffesamiGel

Die maximale Anzahl von Slam-StoBen, die von einem "Durchschnitts"-Kapitan toleriert werden, betragt nach Aertssen:

nwin

max dl4-3

11

4

400

200

Schwere StoBe)

Prr

Ein "waghalsiger" Kapitan nimmt demgegenUber

n wiry mair n amp+

hi fl.

3+5f

4 Schwere StoBe)

400

\-"" -100

Diese Werte sind auf die mittlere Stampffrequenz bezogen:

ilprrcw

4

11

n1

rnoe

4.2.3. PROPELLERDURCHGEEN

Unter Propellerdurchgenen (racing) soil die im Seegang _auftretende plbtzliche-Entlastung des Propellers verktanden werden, die dazu fUnrt, dap sich die Drehzahl erhbht, bzw. daB der _{Drehzahlregler} stark beansprucht wird. Tritt dieser Effekt zu haufig auf, so veranlaBt die Leitung-der Maschinenanlage eine Geschwindigkeits-reduzierung. Aertssen _{[22] definiert Racing fUr die Falie, in denen} ,kurzzeitig das Drehmoment um mehr als ca. 25 % abfallt.

Die Vern4ltnisse eines nane an der Oberflache _{freifahrenden Propellers} sind von Cutsche untersucht worden [25] . Hieraus ist zu entnehmen,

uab em n starker Wirkungsgrad- bzw. Leistungsabfall (verbunden _mit einem Orehmomentabfall)-etwa dann eintritt, wenn die Propellerblatt-spitzen an die Oberflache kommen (1/0p2iCO.5).

Aus Abb. 21 1st zu erkennen, daB dieser Effekt nur geringfUgig vbm Schub-belastungsgrad abhangt. Eine Untersuchung dieses Einflusses am hinter dem Schiff arbeitenden Propeller [26] fUhrt auf ahnliche Werte. Her muB angenommen werden, daB die Verhaltnisse bei der Vertikalbewegung des Hecks im Seegang ahnlich sind. Eine BerUcksichtigung solcher EinflUsse wie die Mahe der Heckwelle wUrde sich nur lohnen, wenn man auch die Defor-mation des Seeganges durch das Schiff beachten wUrde (van S)uijs [3S)).

rio .8 .4 A

= 40

(mocks

BEL)

h/

Dr

4o

h/Dp

P.

21 PROPELLES2WIR4UNGSGRP/D

AQ1.44NGIG,

VON OGS2 TALJCI-IUNG. [25.1

Aus der Obertragungsfunktion fUr die Relativbewegung am Ort des Propellers konnen wie beim Problem "Wasser an Deck" .das Bewegungsspektrum und seine Momente berechnet werden. Die mittlere Frequenz fUr das Ereignis "Propeller

taucht aus" 1st dann:

44

-z

'

p/Dpr. 44 Rape= .5.

.

I Pep

eacE 2-11T

e72n1.

TpEFF

wird also gleich dem Abstand zwischen Wasseroberflache und. Propellerkreis gesetzt:

1-

= h

-P2-P

4.2.4. _{BESCHLEUNIGUNG}

FUr das Schiff und vor allem die Ladung kann eine Gerardung durch zu groBe Vertikalbeschleunigungen eintreten. Zur Berechnung werden wieder nur die (Jbertragungsfunktionen fUr Tauchen und Stampfen _{benotigt. Die} Obertragungs-funktionen fUr die Absolutbewegung _{an beliebiger Stelle X sind dahn:}

Nr:ez: (N)

= NII'rrot

_{4. )( N11;e}

Yze6c).-- Yiraz+xxleft

lYzOol= 1iNe4eN4(x)

diejenigen fUr die Beschleunigung lauten:

mit

Yk (x)1=

(44I Yzt1k)I

c.2vcosi4.(e

E

₂

(Begegnungsfrequenz)

Uamit 14t sich das

Beschleunigungsspektrum und dessen Moment

_rnoE

_berechnen. Legt man eine Rayleigh-Verteilung _{fUr die Maxima zugrunde,}

so ist die Wahrscheinlichkeit fUr das Oberschreiten einer Beschleunigung

2*

k*2

p

_{2 *)}

_{e 2mok}

Hier soil aber,der Anschaulichkeit

wegen, umgekehrt unter Vorgabe der Wahrscheinlichkeit p die Beschleunigung

errechnet werden. Die Wahrschein-lichkeit wird z.B. mit pr---10-5gewA1t.

Der zugehorige Grenzwert der

Be-schleunigung ist dann:

4.2.5. ROLLRESONANZ

Das Problem Rollbewegung im Hinblick auf die Schiffssicherheit 1st, wie

bereits erwahnt, vor allem em n Stabilitatsproblem. Eine EinbuBe.an BeWegungs-stabilitat wirkt sich aber in der Regel erst dann aus, wenn die'Bewegungen durch die Anfachung des Seeganges sehr groB sind. IM Rahmen dieser Aufgaben-stellung genUgt es daher, zu untersuchen, wann groBe Rollamplitunden auf-treten kiinnen. Diese Bedingung ist gegeben,.wenn die Begegnungsperiode maximaler Seegangsenergie innerhalb einer Toleranz

_AT

mit der Rolleigen-periode des Schiffes zusammenfallt. Wegen der in achterlicher See.auftretenden. periodischen Stabilitatsschwankung [27] kann auch in 'Fallen, in Oenen die begegnungsperiode em n ganzzahliges'Vielfachis der halben Eigenperiode -betragt, Resonanz eintreten:

vcosiaz =

wor oim

=

r1(4),---77F

mit

T

E m

= n. T

2 oce

TEri = 2Tric.)6

6

T

_'r

_coef

2T

_14M-1

PE3I

.

22 VEX2MEIDUNG, VON

46

-r= -1,2,3...

(Begegnungsperi ode)

Cod

_En

=

.(g

.4)Vcosiue

coi4Begegnungsfrequenz entsprechend der Seegangsfrequenz- cot/ maximaler Energie (Modalwert des SpektrUms)

Uie Beziehung zwischen Modalwert 704.4410)des Spektrums und Windgeschwin-digkeit bzw. beobachteter Seegangsperiode war in Abschn. 2.2. behandelt worden.

uie Rolleigenperiode kann nach det bekannten Formel abgeschatzt werden:

-

=

(.3$).38- .42 (.45)

Die Sicherheitsforderung wird derart formuliert, daB in einem Seegang aus-reichender Starke ale Fahrtzustande (Kurs, Geschwindigkeit) bei denen "Resonanzfiauftreten kann, gemieden werden sollen[Abb221.

90°

4.3. GESCHWINDIGKEITSGRENZEN

Oie Grenze der zulassigen Geschwindigkeit in Abhangigkeit von Kurs und Seegangsstarke'ergibt sich aus der EinhUllenden der Linien gleicher vorge-schriebener Haufigkeiten fur "Wasser an Deck", "Slamming" und "Propeller-durchgehen" bzw gleicher vorgegebener Beschleunigung. Diese Linien konnen durch Interpolation zwischen den fUr die vorgegebenen Geschwindigkeitsstufen berechneten Haufigkeitswerten gefunden werden. Auf die gleiche Weise kann man eine Grenze zulassiger Kurse bei gegebener Geschwindigkeit festlegen.

uort, wo diese Begrenzung eine strengere Bedingung als die durch die Propul-sion gegebene darstellt liegt der "bewegungs-begrenzte" Bereich.

Aus den in Abschn. 4.1. berechneten Propulsionswerten kbnnen die zu der Geschwindigkeitsgrenze gehorenden Werte fUr Drehzahl und Leistung ermittelt werden.

VSEIZVICE

7fx

Dr2ENZP11-4LBEG.R. DR9-1110H.-12M12,

RM. 23

GC-122C4-1E DE1:2 GE.SCJAMNDIG,KEITZ-43EGJ:2ENZUNG

-4

48

-4.4. LANGZEITVERHALTEN

Die bisher beschriebenen Ergebnisse fUr Geschwindigkeit und zugehorige Leistung sind Funktionen der Seegangsstarke und des Kurses relativ zur

See. Sie enthalten noch keine Aussage Uber das Verhalten in einem bestimmten Seegebiet bei vorgegebenen rechtweisenden Kursen des Schiffes ; es sind I

Kurzzeitatissagen fur stationare Seegange abhangig vom Kurs zur See.

Um zum_Langzeitverhalten zu kommen, werden zusatzlich statistische Angaben Uber die Fiaufigkeitsverteilungidei Seegange und ihrer mittleren LaUfrichtUng im betrachteten Seegebiet,und die Verteilung der Kurse auf der Route des Schiffes benbtfgt.

4.4.1. VERTEILUNG DER SEEGANGE

In den meisten Seegebieten ist die Verteilung der beobachteten Seegangslauf-_,

r .

-.1

.

richtungen NAL) statistisch kaum abhadgig von der Verteilung

PEwn

.

2

der beobachteten Seegangsperioden und Wellenhohen Cw.Unter dieser Vor-aussetzung laBt sich die dreidimensionale Verteilung

F:3(eiAja)

mit guter Naherung darstellen durch das Produkt der zweidimensionalen Verteilung mit der eindimensionalen Richtungsverteilung:

("Ew7,;(i)= F2(Ewn.W.7)

Fur das Seeverhalten des Schiffes muB dabei nur noch die Seegangslaufrichtung

,Zi

auf das schiffsfeste Koordinatensystem unter dem Kurswinkel 111

trans-formiert werden und erscheint dann als mittlerer BegegnungsWinkel

14,6

RNA

Der Schiffskurs in einem Seegebiet wird dabei durch eine Kursverteilung

Vve)

dargestellt. Unter der Voraussetzung, daB Kurs

le

unabhangig von der

Seegangslaufricntungdea

gewahlt wird, entsteht die Verteilung der

Begegnungs-,..

winkeldous

durch Faltung der Verteilung von

le

und/44

IT

Ef(A)0=

_{,A1[4ZZA)44-44,(gt/IlliAcideg. lal;adier}

-Ir

Oabei ist berUcksichtigt, daB die Antwort des Schiffes unabhdngig davon 1st, op es von Backbord oder von Steuerbord durch die See getroffen wird.

Damit wird die dreidimensionale Verteilung der Seegangsparameter die emn Schiff auf einer Route antrifft angendhert durch:

c'ev,)-7;t7)

(E:f ). F,

4.4.2. VERTEILUNG VON GESCHWINDIGKEIT UNO LEISTUNG OBER GROSSE ZEITRAUME

Die mittlere Geschwindigkeit und entsprechend auch die mittlere Leistung la5t sich dadurch errechnen, daB die vorher ermittelten seegangsabhangigen Kurzzeitwerte mit den Wahrscheinlichkeiten gewichtet werden, mit denen die jeweils zugekirigen Seegangsparameter

tw)

E m zugrundegelegten

.

i

Seegebiet beobachtet wurden. Das Integral ( oder die Summe) Uber alle zu erwartenden Seegangsparameter ist dann der Mittelwert Uber lange Zeit:

csa clo 1r

\-7

=

ffiv(Ea.52,74.).

.

.

=

Ili

P(FwiTia:E)

1(E, T,)

dcr

dee

Bisher ist vorausgesetzt, da8 immer der Sollkurs gefahren wird _{und eventuelle} freiwillige MaBnahmen nur in Geschwindigkeitsverringerungen bestehen.

Besonders bei Fahrt gegen die See kdnnen aber Kuftdnderungen _{gUnstig seig,} Das kann dadurch berUcksitchiigi werden, daB statt mit der erreichbaren

(oder zuldssigen) Geschwindigkeit auf dem Sollkurs mit der Zielgeschwindigkeit fur "Kreuzen" um den Sollkurs gerechnet wird.

50

-Uiese Zielgeschwindigkeit ergibt sicti aus einer Tangente an die Polaren-darstellung der erreichbaren Geschwindigkeit, die die Einbuchtung fUr vorlichen Seegang abschneidet.

VOZE)

REQ. 25 KT2EUZEN

GEGEN

ME SEE

So sind die Mittelwerte von Geschwindigkeit und Antriebsleistung abzusch;itzen, mit denen Uber lange Zeitraume in einem bestimmten Seegebiet und bei der

zugrundegelegten Kursverteilung zu rechnen 1st.

Die Langzeitverteilungen fUr die Geschwindigkeit und die Leistung wie auch die .zugehorige zweidimensionale Verteilung wird durch eine Klassierung ermittelt.

p

_n

[Upm]

2

4

6

8

10

42

44

46 48

2o \Iva

PM. 26 VVIDERSITIND) DREJ4Z11-11...)LEISTUNG. UND

GESC.14WINDIG.K.

unrrag

1312085.1:1:11-OZTSBED.

5. ERGEBNISSE

FUr ein Beispielschiff wet-den Ergebnisse dargestellt, die mit dem geschilderten Program gewonnen wurden. Bei dem geviehlten Schiff handelt es sich um das Motorschiff "Jordaens", welches auch der Untersuchung von Aertssen [28] _{zugrunde liegt. Die} beiden Ergebnisse beziehen sich, soweit 'sie _{schiffsabhangig}

sind, auch auf dieses Motorschiff mit folgenden Hauptabmessungen:

Lpp _{146.15 m} 20.10 m 12.35 m 8.50 m

5.1. DIREKTE AUSWIRKUNGEN VON UMWELTEINFLOSSEN AUF DIE _{GESCHWINDIGKEIT}

In diesem Abschniit sollen die geschwindigkeitshemmenden EinflUsse behandelt werden, die unvermeidlich sihd, sie fUhren zu einer

"unfreiwi 11 gen" Geschwi ndi gkel ts redukti on.

In Abb. 26 werden zuachst die VerhMtnisie unter Probefahrtbeding-ungen dargestellt. Das 'Bild zeigt den Gesamtwiderstand _;27.

einsch1ie8-lich FahrtwindeinfluB, die Drehzahl

n

_{sowie dte Leistung Po am}

ProPeller,bzw.

R

an der Maschine, Uber der Geschwindigkeit.FUr die Maschine wurde eine maximale Leistung _{=8-100PS bei}

Diese Werte wurden fUr elle folgenden Rechnungen konstant gehalten. Als Betriebspunkt unter Probefahrtbedingtingen .ergibt sich fur

eine Leistung Ps= 7200 AS bei

V=

-16.8 kn.

=-115 thorn _{zugrunde gelegt. Weitere benutzte Daten neben dem}

in Abb. 17 gezeigten Propellerfreifahrtdiagramm _sind:

Nachstromziffer _0.308

Sogziffer _0.205

GUtegrad der Anordnung _1.035

Wirkungsgrad der _0.98

Die folgende Abb. 27 zeigt wie Abb.15,aber in anderer Form, die Obertragungsfunktionen fiir die Widerstandserhohung bei einer Geschwindigkeit von

yr.

7,5 7 mbs _44,7k,

. entsprechend einer Froude-Zahl Fmr.0.2 . Sie 1st durch Hiihen7

linien als "Gebirge" Ober den alS Polarkoordinaten aufgetragenen Parametern WellenlangeM_ und BegegnungswinkelAza dargestell,t.

Die Abb. 15 enthalt also die radialen Schnitte durch dieses "Gebirge . RS

q9132/L

=0.5 2.0 4.8 4.6 4.4 4.2

1:126'. 27

WIDERSTPINDS-E0-461-tut;ia im

4.0

REC.011141SSIGLN

SEEGPNCK

52

-'I!

Abb. 28 soll einen Eindruck vermitteln von der mit Hilfe'obiger Obertragungsfunktionen gewonnenen Widerstandserhbhung bei Beaufort 7 in Abhangigkeit vom mittleren Begegnungswinkel _{AuBerdem ist} die durch Wind verursachte Widerstandserhohung eingetragen.

QA.

F.= 0.2

Elm = 7

4.0

20

30°

60°

900

4200 150°

-180.Ar

GOB. 28 W1DERSTANDSE121461-1UNG. DU1204 SEEGANG,

UND

_WIND

Abb. 29 zeigt dieselben GrtiBen,'hier als Funktion _{der Geschwindigkeit} fUr See von vorne. AuBerdem sind zwei weitere _{Widerstandskurven}

dargestellt; ;4.0 bezeichnet den reinen hydrodynamischen Wider-stand-des glatten Schiffes im glatten _Wasser,

_Prowl

_beinhaltet zusdtzlich die Widerstandserhbhung infolge Bewuchs. HierfUe ist em n Schiffsalter von 500 Tagen und em_{n 70 Ugiger Dienst im} Nord-atlantik seit der letzten Dockuhg angesetzt worden.

-NA

50

40

30

20

40

A

--0

2

4

6

a

10

42

44

46

-18

20 V

MEL 29 WIDERSTPINDSRNITEI LE AB VON DER

_{GESC.J-IWINDIGIC.}