2. Nicht erlaubt ist die Benutzung von elektronischen Geräten aller Art (außer Taschenrechner), sowie das Gespräch mit dem Nachbarn.

Transkript

1 TUHH - Institut für Entwerfen von Schiffen und Schiffsicherheit - D Hamburg Klausur Schiffshydrostatik 02. August 2010 Beginn: ca.09:00 Uhr Ende: ca. 12:30 Uhr Bitte beachten Sie folgende Hinweise: 1. Die Verwendung von persönlichen Unterlagen, Büchern und Taschenrechnern ist für die Aufgaben 2-3 erlaubt. Im Fragenteil (Aufgabe 1) sind keine Hilfsmittel außer eines Taschenrechners zugelassen. 2. Nicht erlaubt ist die Benutzung von elektronischen Geräten aller Art (außer Taschenrechner), sowie das Gespräch mit dem Nachbarn. 3. Jeder Täuschungsversuch führt sofort zum Einziehen der Klausur. 4. Jedes Blatt ist nur einseitig zu beschreiben. 5. Blätter sind zu nummerieren. 6. Matrikelnummer auf jedes Blatt. 7. Nummern der Fragen und Lösungen eindeutig zuordnen. 8. Antworten stichwortartig kurz und präzise (keine Romane schreiben). 9. Bitte leserlich schreiben. 10. Wenn nicht anderweitig angegeben, ist mit einer Seewasserdichte von ρ See = 1025 kg/m³, einer Luftdichte von ρ Luft = 1,225 kg/m³, einem Außenhautfaktor von a = 1,0 und einer Erdbeschleunigung von g=9,81m/s 2 zu rechnen. Es kann ebenfalls stets linear interpoliert werden. 11. Der Rechenweg muss jeweils sauber dokumentiert sein. Ergebnisse alleine reichen nicht aus. 12. Mit Bleistift geschriebene Klausurteile (ausgenommen Zeichnungen und Skizzen) werden bei der Bewertung nicht berücksichtigt. 13. Lesen Sie die Fragen genau durch, überlegen Sie, was gefragt ist und rechnen Sie erst, wenn Sie die Aufgabe verstanden haben. Falls Sie eine Frage nicht beantworten können, nehmen Sie die nächste und schätzen die Eingangsgrößen. 14. Es gibt 50 Punkte und die Klausur besteht aus 3 Aufgaben auf 8 Seiten inklusive Deckblatt. Viel Erfolg! Seite 1 von 8

2 Name: Matrikelnummer: Aufgabe 1: Fragenteil, 30 Minuten, nur Taschenrechner (9 Punkte) 1a) Um welche Achse trimmt ein Schiff bei kleinen Lageänderungen? (0,5P) 1b) Was besagt das Archimedische Gesetz? (0,5P) 1c) An einen im Meeresboden steckenden Pfahl ist eine Boje mit einem Seil gebunden. Bei einem Hochwasser ist das Seil so kurz, dass die Boje komplett untertauch und dadurch den Pfahl herauszieht. Wie groß kann die Kraft zum Herausziehen Pfahls maximal gewesen sein?(1p) 1d) Nennen Sie drei bauliche Maßnahmen, mit denen Sie die Stabilität eines Schiffes erhöhen können. (1P) 1e) Für ein Schiff sind die Koordinaten des Gewichts- und Verdrängungsschwerpunktes für einen Krängungswinkel von 30 in der folgenden Tabelle gegeben. Berechnen Sie den resultierenden Aufrichthebelarm und geben Sie Ihre Formel zur Berechnung an. (1P) Krängungswinkel 30 KB 5,0m KG 8,3m TCB 2,178m TCG 0,1m 1f) Nennen Sie drei mögliche Gefahren bei einem Stapellauf (0,5P) 1g) Was beschreibt das Integral unter der Spantarealkurve? (1P) Seite 2 von 8

3 1h) Welchen Einfluss haben teilgefüllte Tanks auf die Stabilität eines Schiffes. Begründen Sie Ihre Antwort. (0,5) 1i) Was versteht man unter dem Blockkoeffizienten und welche Größe ist typisch für Handelsschiffe? (0,5) 1j) Was versteht man unter einer Pantokarene? (0,5) 1k) Welche Größe soll bei einem Krängungsversuch ermittelt werden und welche Größen müssen dafür bekannt sein oder gemessen werden? (1) 1l) Befindet sich das Metazentrum stets in der Mittschiffsebene? Begründen Sie Ihre Antwort. (0,5) 1m) Zeichnen Sie eine Hebelarmkurve mit positiver Formzusatzstabilität und machen Sie diese in Ihrer Zeichnung kenntlich. (0,5P) Seite 3 von 8

4 30,0m Name: Matrikelnummer: Aufgabe 2: Notwassern eines Flugzeugs (21P) Ein Flugzeug musste direkt nach dem Start notwassern. Das Flugzeug hat folgende Abmessungen: Länge über alles 60,000m Breite über alles 66,000m Rumpfdurchmesser 6,000m Flügelhöhe 0,400m Startgewicht 380t Wasserdichte 1,025t/m³ Gewicht einer Person 75kg Draufsicht Querschnitt 60,0m 12,0m 6,0m 30,0m 0,4m 3,0m 2a) Nach der Landung ist Wasser in den Rumpf eingedrungen und hat einige Abteilungen komplett geflutet, so dass das Flugzeug unverkrängt und unvertrimmt in aufrechter Schwimmlage schwimmt. Der Rumpf ist genau halb getaucht (T=3,0m). Wie groß ist die Wasserlinienfläche, die Verdrängung und wie viel Wasser muss in das Flugzeug eingedrungen sein? (2P) 2b)Der Gewichtsschwerpunkt liegt bei KG=3,0m genau in der Mitte des Rumpfes. Berechnen Sie das Anfangsmetazentrum (GM) des schwimmenden Flugzeugs (Schwimmlage aus dem vorherigen Aufgabenteil). (5P) 2c) Der maximale Aufrichthebels tritt bei einer Krängung von 5 Grad auf. Berechnen sie für diesen Winkel zunächst die Koordinaten des Auftriebsschwerpunktes in schiffsfesten Koordinaten und bestimmen Sie anschließend den Hebelarm. (5P) 2d) Wird das Flugzeug kentern, wenn sich alle an Bord befindlichen 380 Personen gleichmäßig auf nur einer Tragfläche aufhalten? (2P) 2e) Überlegen Sie, was für das große Anfangsmetazentrum verantwortlich ist. Begründen Sie, wann das Metazentrum kleiner wird und berechnen Sie den dazugehörigen Winkel. (3P) 2f) Überlegen Sie, bei welchem Winkel der Aufrichthebel null wird. Geben Sie den Winkel an und begründen Sie kurz. (2P) 2g) Skizzieren Sie mit den in den vorherigen Aufgabenteilen gewonnenen Informationen den Verlauf des Aufrichthebels (Zeichenvorlage im Anhang). (2P) Seite 4 von 8

5 5,0m Aufgabe 3: Pfahlzug vor Amrum (20P) Im Wattenmeer vor Amrum steckt im Boden ein Pfahl, der entfernt werden soll. Mit einem Kran an Bord eines Fischkutters soll der Pfahl senkrecht nach oben aus dem Boden gezogen werden. Hierzu wird das Seil des Krans mit dem Pfahl verbunden. Ohne Zug auf dem Seil nimmt das Schiff eine gleichlastige Schwimmlage ein. Hydrostatische Tabellen und Pantokarenen zur Lösung dieser Aufgabe sind im Anhang zu finden. 4,0m Hauptabmessungen des Kutters Länge zwischen den Loten 26,000m 6,4m Breite über alles 6,400m Tiefgang 2,650m KG 2,480m Max. Zugkraft der Kranwinde 30t x- Position Kran 14,75m vor AP 3a)Nun wird versucht, den Pfahl aus dem Grund zu ziehen. Jedoch bleibt der Pfahl selbst bei maximaler Zugkraft der Winde im Boden stecken. Bestimmen Sie in dieser Situation die Verdrängung des Fischkutters. (1P) 3b) Bestimmen Sie den Trimm des Schiffes, vernachlässigen Sie dabei die Krängung. Geben Sie ebenfalls die Tiefgänge am vorderen und hinteren Lot an. (4P) 3c) Bestimmen Sie möglichst exakt den Krängungswinkel des Kutters. (4P) 3d) Plötzlich löst sich der Pfahl im Boden, schießt heraus und löst sich dabei vom Kranhaken. Der Kutter rollt nun zurück und über seine Gleichgewichtslage hinaus. Angenommen es wirkt keine Rolldämpfung auf das Schiff, bis zu welchem Krängungswinkel rollt der Kutter auf die andere Seite? (6P) Tipp: Betrachten Sie hierfür die Arbeit (Energie), die bei der Rückrollbewegung frei wird und bei der Krängung auf die andere Seite wieder aufgenommen wird. 3e) Überprüfen Sie für das Schiff in seiner Ausgangsschwimmlage drei Intaktstabilitätskriterien Ihrer Wahl. (3P) 3f) Wie würde sich der Krängungswinkel aus Aufgabenteil a) verhalten (mit angehängtem Pfahl), wenn der Kran an der gleichen Stelle außermittig, aber ein Stück weiter vorne stehen würde? Begründen Sie Ihre Antwort. (2P) Seite 5 von 8

6 Hydrostatische Tabellen zu Aufgabe 3 Yard number: Ship name: Date: 110 Hydrostatikklausur SS Jul.2010 Trim : m (positive forward) Heel : Deg. (positive starboard) Density sea water : t/m3 Density fresh water : t/m3 Keel thickness : m Shell plating factor : m Light ship weight : t HYDROSTATIC TABLES T AP Dis.SW LCB TCB VCB LCF KM.T IWLL KM.L T FP Metre Ton m.f.ap m.f.cl m.a.bl m.f.ap m.a.bl m4 m.a.bl Metre Pantokarenen zu Aufgabe 3 Trim : m (positive forward) Density Sea Water : t/m3 Keel Thickness : m Shell plating factor : m STABILITY CROSS TABLES (FIXED TRIM) T AP Dis.SW Kn 5 Kn 12 Kn 20 Kn 30 Kn 40 Kn 50 T FP Metre Ton Metre Metre Metre Metre Metre Metre Metre Seite 6 von 8

7 Trim : m (positive forward) Density Sea Water : t/m3 Keel Thickness : m Shell plating factor : m STABILITY CROSS TABLES (FIXED TRIM) T AP Dis.SW Kn 5 Kn 12 Kn 20 Kn 30 Kn 40 Kn 50 T FP Metre Ton Metre Metre Metre Metre Metre Metre Metre Trim : m (positive forward) Density Sea Water : t/m3 Keel Thickness : m Shell plating factor : m STABILITY CROSS TABLES (FIXED TRIM) T AP Dis.SW Kn 5 Kn 12 Kn 20 Kn 30 Kn 40 Kn 50 T FP Metre Ton Metre Metre Metre Metre Metre Metre Metre Seite 7 von 8

8 Hebelarm Zeichenvorlage für Aufgabe 2g Hebelarmkurve Winkel Seite 8 von 8