Technische Universität Hamburg-Harburg

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1 Technische Universität Hamburg-Harburg 3-14 Schiffsystem, Produktions- und Informationstechnik Diplomarbeit Untersuchung, Bewertung und Modifizierung eines existierenden Passagierschiffsentwurfes hinsichtlich der Erfüllung der Leckstabilitätsforderungen, welche in dem neuen Kapitel ll-1 der SOLAS definiert sind. Oktober 2005

2 Untersuchung, Bewertung und Modifizierung eines existierenden Passagierschiffsentwurfes hinsichtlich der Erfüllung der Leckstabilitätsforderungen, welche in dem neuen Kapitel ll-1 der SOLAS definiert sind. Diese Arbeit wurde durchgeführt von: Matr.Nr.: Betreuung durch: Technische Universität Hamburg-Harburg 3-14 Schiffsystem, Produktions- und Informationstechnik Prof.Dr.-Ing. Stefan Krüger Germanischer Lloyd - Abteilung NHI Dipl.-Ing. H. Bruhns Dipl.-Ing. H. Hoffmann Hiermit versichere ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig verfasst und keine anderen als die angegebenen Hilfsmittel verwendet habe. Hamburg, V

3 Danksagung Diese Diplomarbeit ist in Zusammenarbeit mit dem Germanischen Lloyd, Hamburg und der Technischen Universität Hamburg-Harburg, Arbeitsbereich 3-14 Schiffsystem, Produktionsund Informationstechnik entstanden. Hiermit möchte ich mich für das mir entgegengebrachte Vertrauen und die Möglichkeit diese Arbeit bei dem Germanischen Lloyd durchzuführen bedanken. Mein besonderer Dank gilt den Herren Prof. Dr.-Ing. Stefan Krüger, Dipl.-Ing. Hendrik Bruhns, Dipl.-Ing. Heiko Hoffmann und allen Mitarbeitern der Abteilung NHI. Bei allen aufgetretenen Fragen und Problemen fand ich immer ein offenes Ohr und sehr gute Ratschläge zur Lösung dieser Probleme. VI

4 Inhaltsverzeichnis Danksagung......VI Inhaltsverzeichnis...VII Abbildungsverzeichnis.....VIII Tabellenverzeichnis.. IX 1 Einleitung Einführung Aufgabenstellung Vorschriften zur Lecksicherheit Bestehende Vorschrift Grundlagen neues Kapitel ll-1, Teil B der SOLAS [1] Zusätzliche Forderungen für Passagierschiffe Die Berechnungsmethode Das Schiff Allgemeine Information Ladefälle und Beladungszustand Geforderter Unterteilungsindex R Validierungsrechnung Eingangsdaten Ergebnisse für Validierungsrechnung Einfluss des GM-Wertes Generelle Vorüberlegungen Vergleichsrechnung mit geänderten GM-Werten Verbreiterung des Schiffes Generelle Vorüberlegungen Form und Lage der zusätzlichen Auftriebskörper Ladefälle und Beladungszustand Berechnung Verlängerung des Schiffes Generelle Vorüberlegungen Ladefälle und Beladungszustand Berechnung Tankeinteilung und Schottendeck VII

5 9.1 Generelle Vorüberlegungen Aufteilung der Tanks Anheben des Schottendecks Ladefälle und Beladungszustand Diskussion der Ergebnisse Literatur Abkürzungsverzeichnis Abkürzungen und Symbole im Text Abkürzungen und Symbole in NAPA-Dokumenten Anhang Abbildungsverzeichnis Abbildung 2-1: Unterteilungslänge L s [2]... 4 Abbildung 2-2: Dreiecksdiagramm für p-faktor möglicher Beschädigungen [2]... 5 Abbildung 2-3: Ausgangszustände zur Berechnung des erreichten Unterteilungsindex A [2] Abbildung 4-1: KG-Grenzkurve mit Beladungszuständen Validierungsrechnung Abbildung 5-1: Raumaufteilung für Validierungsrechnung Abbildung 5-2: p i -Faktor Verteilung der Zoneneinteilung Abbildung 5-3: Einteilung in Berechnungszonen für Validierungsrechnung Abbildung 5-4: Anteil am A-Wert für Validierungsrechnung Abbildung 5-5: Verteilung der s-werte für Validierungsrechnung Abbildung 5-6: Überlagerung aller relevanten Leckfälle auf SD für Validierungsrechnung Abbildung 5-7: Dreiecksdiagramm der drei Berechnungstiefgänge für Validierungsrechnung 27 Abbildung 6-1: Anteil der Zonenbeschädigungen am A-Wert nach GM-Erhöhung Abbildung 6-2: Verteilung der s-werte für GM-Erhöhung Abbildung 6-3: Dreieckdiagramm der drei Berechnungstiefgänge für GM-Erhöhung Abbildung 7-1: Skizze zur Bestimmung des Trägheitsmomentes I T Abbildung 7-2: Koordinaten im Schiffsquerschnitt Abbildung 7-3: Schwimmlage Leckfall PL/SDS3P für Validierungsrechnung Abbildung 7-4: Hebelarmkurve Leckfall PL/SDS3P für Validierungsrechnung Abbildung 7-5: Schwimmlage Leckfall PL/SDS3P mit Blister Abbildung 7-6: Hebelarmkurve Leckfall PL/SDS3P mit Blister VIII

6 Abbildung 7-7: Verbreiterung - Blister Abbildung 7-8: Hauptspant mit Blister Abbildung 7-9: Hebelarmkurve bei T = 8,50m und GM 0 = 2,26m Abbildung 7-10: KG-Grenzkurve verbreitertes Schiff mit Beladungszuständen Abbildung 7-11: Anteil der Zonenbeschädigungen am A-Wert nach Verbreiterung Abbildung 7-12: Verteilung der s-werte für Verbreiterung Abbildung 7-13: Überlagerung aller relevanten Leckfälle auf SD für Verbreiterung Abbildung 7-14: Dreiecksdiagramm der drei Berechnungstiefgänge für Verbreiterung Abbildung 8-1: KG-Grenzkurve mit Beladungszuständen für verlängertes Schiff Abbildung 8-2: Zoneneinteilung für Heckverlängerung Abbildung 8-3: Profil des neuen Hecks Abbildung 8-4: neues Heck Ansicht von achtern Abbildung 8-5: Anteile am A-Wert für Heckverlängerung Abbildung 8-6: Hebelarmkurve Validierungsrechnung Leckfall PL/SDS3P Abbildung 8-7:Hebelarmkurve Heckverlängerung Leckfall PL/SDS3P Abbildung 8-8: Hebelarmkurve Validierungsrechnung Leckfall SDS3P Abbildung 8-9: Hebelarmkurve Heckverlängerung Leckfall PL/SDS3P Abbildung 8-10: Verteilung der s-werte für Verlängerung Abbildung 8-11: Überlagerung aller relevanten Leckfälle auf SD für Verlängerung Abbildung 8-12: Dreiecksdiagramm der 3 Berechnungstiefgänge für Verlängerung Abbildung 9-1: Tank längs- und quergeteilt Abbildung 9-2: Modifizierte Tankanordnung Abbildung 9-3: Verlauf altes und neues Schottendeck Abbildung 9-4: Anteile am A-Wert für Erhöhung des Schottendecks Abbildung 9-5: Verteilung der s-werte für Erhöhung Schottendeck Abbildung 9-6: Überlagerung aller relevanten Leckfälle auf Schottendeck für erhöhtes SD Abbildung 9-7: Dreiecksdiagramm der 3 Berechnungstiefgänge Erhöhung Schottendeck Tabellenverzeichnis Tabelle 4-1: Summe aller Massen zu Beginn der Reise Tabelle 4-2: Massen und Schwerpunkte zu Beginn der Reise Tabelle 4-3: Massen und Schwerpunkte zum Ende der Reise IX

7 Tabelle 5-1: Berechnungszustände für Validierungsrechnung Tabelle 5-2: Zoneneinteilung für Validierungsrechnung Tabelle 5-3: Erreichter Unterteilungsindex A für Validierungsrechnung Tabelle 6-1: Variation der GM-Werte Tabelle 6-2: Erreichter Unterteilungsindex A für GM-Erhöhung Tabelle 7-1: Vergleich Leckfall PL/SDSP mit und ohne Blister Tabelle 7-2: Längeneinteilung Blister Tabelle 7-3: GM neu für verbreitertes Schiff Tabelle 7-4: Ladefälle für verbreitertes Schiff Tabelle 7-5: Erreichter Unterteilungsindex A für Verbreiterung Tabelle 8-1: Ladefälle für verlängertes Schiff Tabelle 8-2: GM neu für verlängertes Schiff Tabelle 8-3: Erreichter Unterteilungsindex A für Heckverlängerung Tabelle 8-4: Anzahl relevanter Leckfälle Validierungsrechnung - Heckverlängerung Tabelle 8-5: Vergleich Validierungsrechnung - Heckverlängerung 1-Zonen-Leckfall Tabelle 8-6: Vergleich Validierungsrechnung - Heckverlängerung 4-Zonen-Leckfall Tabelle 9-1: Tankvolumina vor und nach Modifikation Tabelle 9-2: Berechnungszustände für erhöhtes Schottendeck Tabelle 9-3: Erreichter Unterteilungsindex A für erhöhtes Schottendeck Tabelle 9-4: Ladefälle für Schiff mit erhöhtem Schottendeck Tabelle 10-1: Verhältnisse A/R der untersuchten Schiffsentwürfe X

8 Kapitel 1: Einleitung 1 Einleitung 1.1 Einführung International verbindliche Vorschriften zu entwickeln, ist der beste Weg, die Sicherheit auf See zu verbessern. So kann ein Mindestmaß an Sicherheit gewährleistet werden. Nach dem Untergang der Titanic 1912 begann man sich mit dieser Thematik auseinander zusetzen. Die erste Schiffssicherheitskonferenz trat 1914, als Reaktion auf dieses Ereignis zusammen und befasste sich hauptsächlich mit der Sicherheit von Fahrgastschiffen. Das Ergebnis war die erste Fassung der SOLAS (Safety of life at sea), deren Umsetzung allerdings durch den Ausbruch des 1. Weltkrieges verhindert wurde trat schließlich die SOLAS29 in Kraft und beinhaltete die deterministische Abteilungsfaktormethode zur Berechnung der Sinksicherheit von Fahrgastschiffen. Im Laufe der Zeit traten immer neue Regeln der SOLAS in Kraft. So bestand die erste Aufgabe der IMO (International Maritime Organisation), welche 1958 gegründet wurde, darin neue auf dem aktuellen Stand der Technik befindliche Vorschriften zu erarbeiten wurde das so genannte IMO Äquivalent Resolution A.265 eingeführt. Hierbei handelt es sich um eine probabilistische Methode, durch welche die Möglichkeit gegeben ist, die Sicherheit der Schiffe durch verschiedene Entwurfsvarianten zu gewährleisten. Nach dieser Methode müssen keine flutbaren Längen eingehalten werden. Aktuell ist die Bewertung eines Fahrgastschiffes durch die SOLAS74, Amendment 1997 oder IMO Res. A.265 möglich. Das Unterkomitee SLF (Stability, Loadline and Fishing Vessels) der IMO hat nun eine harmonisierte Vorschrift nach der probabilistischen Berechnungsmethode entwickelt, um Fahrgast- und Frachtschiffe gleichermaßen bewerten zu können. Idealerweise sollte das Sicherheitsniveau unabhängig vom Schiffstyp und der Größe gleich sein. MSC80 (Maritime Safety Committee) stellt den angenommenen Entwurf des neuen Kapitels ll-1 dar. Es soll in dieser Arbeit ein bereits existierendes Schiff, bei welchem die Sicherheit nach der herkömmlichen Abteilungsfaktormethode F > 0,5 (= zwei Abteilungsstatus) bestimmt wurde, hinsichtlich der neuen Methode bewertet werden. Weiterhin soll untersucht werden durch welche baulichen Veränderungen die Forderungen der neuen Methode erfüllt werden können. Hierbei geht es nicht um die Bewertung der neuen Berechnungsmethode, sondern um die Quantifizierung der Sinksicherheit des zu untersuchenden Passagierschiffes. Denkbare Modifikationen sind Verlängerung oder Verbreiterung des Schiffes, sowie Veränderungen der Tankanordnungen und des Schottendecks. 1/92

9 Kapitel 1: Einleitung 1.2 Aufgabenstellung In dieser Arbeit soll ein existierender Passagierschiffsentwurf hinsichtlich der Erfüllung der Leckstabilitätsforderungen, welche in dem neuen Kapitel ll-1, Teil B-1 der SOLAS definiert sind, untersucht, bewertet und modifiziert werden. Das Ziel ist es, einerseits zu beurteilen in wie weit sich die Bewertung der Lecksicherheit nach der alten Methode von der neuen unterscheidet. Andererseits soll die Möglichkeit untersucht werden durch Modifikation der Raumaufteilung und der Geometrie des Schiffes den erreichbaren Unterteilungsindexes A positiv zu beeinflussen. Im Einzelnen soll untersucht werden, wie sich folgende Veränderungen auf den erreichten Unterteilungsindex A auswirken: a) Vergrößerung des GM-Wertes für jeden Betriebszustand b) Verbreiterung des Schiffes c) Verlängerung des Schiffes d) Modifikation der Decks und Räume Außerdem werden die Umbauten im Bezug auf das Schiffsgewichtes, die Kosten und somit auf die Wirtschaftlichkeit bewertet. 2/92

10 Kapitel 2: Vorschriften 2 Vorschriften zur Lecksicherheit 2.1 Bestehende Vorschrift Zurzeit kann der Lecksicherheitsnachweis von Passagierschiffen nach zwei gleichwertigen Methoden erfolgen. Eine Möglichkeit besteht in einer deterministischen Berechnung gemäß SOLAS Kapitel ll-1, Teil B, Regel 8. Hierbei handelt es sich um die so genannte Abteilungsfaktormethode. Das Schiff muss eine Beschädigung von zwei benachbarten Abteilungen überstehen. Als Abteilungen bezeichnet man einen Bereich im Schiffskörper, der in Längsrichtung durch Querschotte begrenzt ist und vom Kiel bis zum Schottendeck reicht. Besitzt ein Schiff einen Zwei-Abteilungsstatus, so darf es nach einer Beschädigung von bis zu zwei benachbarten Abteilungen nicht weiter als bis zur Tauchgrenze eintauchen. Die Tauchgrenze ist eine theoretische Begrenzung, welche einer Wasserlinie 76mm unterhalb des Freiborddecks entspricht. Die zweite Möglichkeit des Sicherheitsnachweises ist gegeben durch die IMO Resolution A.265, auch bekannt als IMO-Äquivalent. Dabei handelt es sich um eine probabilistische Methode der Leckrechnung, die hier nicht verwendet wird. 2.2 Grundlagen neues Kapitel ll-1, Teil B der SOLAS [1] Dieser Abschnitt beschränkt sich auf die, für diese Arbeit wichtigen Teile des neuen Kapitels ll- 1, Teil B. Es handelt sich hierbei um eine harmonisierte Berechnungsmethode, die für Fahrgastschiffe und Frachtschiffe gleiche Ansätze beinhaltet. Sie basiert auf der bisher für Frachtschiffe gültigen probabilistischen Leckrechnungsmethode nach SOLAS Kapitel ll-1, Teil B-1, Regel Die Quantifizierung des Sicherheitsniveaus erfolgt nach einem probabilistischen Konzept, bei dem das Auftreten eines Lecks einer bestimmten Länge einer Wahrscheinlichkeitsverteilung folgt. Diese beruht auf einer Auswertung von Leckstatistiken, welche von der IMO durchgeführt wurde. Zunächst wird die Unterteilungslänge L s des zu untersuchenden Schiffes in wasserdicht voneinander abgetrennte Bereiche eingeteilt. Die Unterteilungslänge L s ist die Länge der projizierten Fläche, die durch alle flutbaren Räume gebildet wird. Sie beschreibt somit die 3/92

11 Kapitel 2: Vorschriften maximale Ausdehnung des Schiffskörpers. Die Beispiele in Abbildung 2-1 verdeutlichen die Definition der Unterteilungslänge. Abbildung 2-1: Unterteilungslänge L s [2] Um einen möglichst großen Unterteilungsindex A (8) zu erreichen ist es wichtig, die Einteilung der Bereiche nach einer Strategie vorzunehmen. Die Einteilung des Schiffes der Länge nach in Bereiche orientiert sich an den Querschotten und anderen wichtigen Raum- und Tankwänden, die quer zur Schiffslängsachse verlaufen. Die Bereiche können weiter durch horizontal- und 4/92

12 Kapitel 2: Vorschriften längslaufende Wände unterteilt werden. Alle Bereiche und Kombinationen von benachbarten Bereichen können einen Beitrag zum erreichten Unterteilungsindex A (8) beisteuern. Abbildung 2-2: Dreiecksdiagramm für p-faktor möglicher Beschädigungen [2] Das Dreiecksdiagramm aus Abbildung 2-2 zeigt eine Möglichkeit, die Überlebenswahrscheinlichkeit eines Schiffes bei der Beschädigung einer oder mehrerer benachbarter Bereiche grafisch darzustellen. Die Dreiecke in der untersten Reihe spiegeln die Wahrscheinlichkeiten einer Beschädigung von jeweils einem Bereich wieder. Die Parallelogramme die Beschädigung mehrerer benachbarter Bereiche. Die maximale Lecklänge, 5/92

13 Kapitel 2: Vorschriften bis zu welcher die Wahrscheinlichkeit p des Auftretens eines Lecks einer bestimmten Länge größer Null ist, beträgt 60m. Es können also nur Beschädigungen, die kürzer sind als 60m einen Beitrag zum erreichten Unterteilungsindex A leisten. In Abbildung 2-2 ist die maximale Lecklänge eingezeichnet. Kombinationen von Beschädigungen, die oberhalb der Linie der maximalen Lecklänge liegen und nicht mehr von dieser geschnitten werden, gehen nicht in den gesamten erreichten Unterteilungsindex A ein. Für diese Leckfälle wird p = 0. Die Berechnung des erreichten Unterteilungsindex A wird im Folgenden erläutert. Die wasserdicht voneinander abgetrennten Bereiche werden einzeln betrachtet und innerhalb dieser werden bei jedem Durchlauf mehr Räume oder Gruppen von Räumen i als beschädigt angenommen, je nach Einteilung durch wasserdichte Grenzen horizontal und/oder längs. Für jede einzelne Beschädigung werden verschiedene Phasen der Flutung betrachtet. Hierbei unterscheidet man Zwischenzustände, bei denen noch kein Gleichgewichtszustand der Schwimmlage erreicht ist, sowie den Endzustand der Flutung, bei dem ein Gleichgewicht eingetreten ist. Der Endzustand kann auch nach einer Querflutung erreicht werden. Dabei wird ein mit dem beschädigten Raum durch einen so genannten Querflutungskanal verbundener Raum auf der gegenüberliegenden Schiffsseite geflutet. Für jeden Leckfall wird die Wahrscheinlichkeit p i, dass genau dieser Raum oder die Gruppe von Räumen i beschädigt werden, bestimmt. Ist eine wasserdichte Begrenzung durch eine Längswand vorhanden, so wird die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung p i mit einem Reduktionsfaktor r i multipliziert, der das Auftreten einer Beschädigung des betrachteten Raumes i je nach horizontalem Abstand von der Außenhaut des Schiffes berücksichtigt. Daraufhin folgt die Berechnung der neuen Schwimmlage und die daraus resultierende Überlebenswahrscheinlichkeit, der so genannte Überlebensindex s i (1). Liegt eine horizontale wasserdichte Begrenzung unterhalb der Wasserlinie des betrachteten Berechnungszustandes vor, so wird nur der Überlebensfaktor s i der Leckfälle gewertet, der den kleineren Wert annimmt. Man spricht dabei von Leckfällen mit geringerer Ausdehnung. Sind wasserdichte, horizontale Begrenzungen oberhalb der betrachteten Wasserlinie vorhanden, so wird ein Reduktionsfaktor v m bestimmt. Dieser stellt die Wahrscheinlichkeit dar, dass die darüber liegenden Räume nicht geflutet werden. m steht für jede horizontale Begrenzung, die sich oberhalb der betrachteten Wasserlinie befindet. Die Nummerierung beginnt mit der ersten horizontalen Begrenzung über der betrachteten Wasserlinie und wird aufwärts weitergeführt. Der Reduktionsfaktor v m wird mit dem Überlebensindex s i multipliziert. Zusätzlich gibt es einen Faktor s mom,i. Dieser beschreibt die Überlebenswahrscheinlichkeit krängende Momente zu überleben. 6/92

14 Kapitel 2: Vorschriften Die Berechnung der Überlebensindizes s i hängt davon ab, ob es sich bei dem betrachteten Flutungszustand um einen Zwischenzustand oder einen Endzustand, für den ein statisches Gleichgewicht herrscht, handelt. s i = minimum (s intermediate,i oder s final,i *s mom,i ) ( 1 ) Handelt es sich um einen Zwischenzustand, so wird s i nach folgender Formel berechnet: s intermediate,i = GZ 0,05 max 1 4 Range * 7 ( 2 ) mit: GZ max 0,05 Range 7 (Umfang der Hebelarmkurve) s intermediate,i = 0, für Krängungswinkel im Gleichgewichtszustand Ө e 15 Handelt es sich um den Endzustand der Flutung, so gilt die Formel: s 1 GZ 4 max Range final, i = K * * ( 3 ) 0,12 16 mit: GZ max 0,12 Range 16 K = 1 K = 0, für Ө e Ө min = 7 (für Passagierschiffe), für Ө e Ө max = 15 (für Passagierschiffe) 7/92

15 Kapitel 2: Vorschriften Θmax Θe K =, für Ө min Ө e Ө max Θ Θ max min Der Faktor s mom,i wird nur nach folgender Formel (4) berechnet. Diese Berechnung findet nur in der Gleichgewichtsschwimmlage statt. ( GZ 0,04 ) s mom,i = * M heel ( 4 ) M heel ist das größte auftretende krängende Moment, welches durch viele Passagiere auf einer Schiffsseite, Winddruck oder das Zuwasserlassen der Rettungsboote entsteht. Der erreichte Unterteilungsindex A setzt sich nun aus der Summe aller Produkte von Leckwahrscheinlichkeit p i und dazugehörigem Überlebensindex s i zusammen. A = pi * si ( 5 ) Durch diese Methode der Sicherheitsbewertung ist man im Entwurf des Schiffes bzw. der Raumaufteilung sehr viel freier als nach der Abteilungsfaktormethode. Je feiner die Unterteilung des Schiffes ist, desto größer wird der Unterteilungsindex A. Der erreichte Unterteilungsindex A ist ausreichend groß, wenn er größer oder gleich dem geforderten Untereilungsindex R ist. A R ( 6 ) Bei der Berechnung des geforderten Unterteilungsindexes R wird zwischen Frachtschiffen und Passagierschiffen unterschieden. Frachtschiffe werden für die Berechnung wiederum in zwei 8/92

16 Kapitel 2: Vorschriften Gruppen eingeteilt. Eine Gruppe beinhaltet Schiffe, deren Unterteilungslänge L s zwischen 80m und 100m liegt. Die andere Gruppe besteht aus Frachtschiffen, die eine Unterteilungslänge L s aufweisen, die mehr als 100m beträgt. Bei Passagierschiffen gehen sowohl die Unterteilungslänge L s, als auch die Anzahl der sich an Bord befindenden Personen direkt in die Berechnung des geforderten Unterteilungsindexes R ein. Der geforderte Unterteilungsindex R wird für Passagierschiffe nach folgender Formel bestimmt: R = 1 L s ,5N ( 7 ) mit: N = N 1 + 2N 2 N 1 : Anzahl der Personen, für welche sich Rettungsboote an Bord befinden N 2 : Anzahl der Personen über N 1 hinaus, die das Schiff befördern darf inklusive Offiziere, Besatzung Der erreichte Unterteilungsindex A wird für drei Berechnungszustände des Schiffes bestimmt und mit folgender Gewichtung summiert. A = 0,4A s + 0,4A p + 0,4A l ( 8 ) Die drei Berechnungszustände werden durch Tiefgang, Trimm und GM-Werte beschrieben. Die Berechnungstiefgänge sind folgendermaßen festgelegt: d s : Sommerfreibordtiefgang; größter auftretender Tiefgang d l : Tiefgang des leichtesten im Schiffsbetrieb auftretenden Ladefalls inklusive Ballast zur Einhaltung von Mindeststabilität und/oder Tiefertauchung d p : Teilladetiefgang, ergibt sich aus Leichtladetiefgang plus 60% der Differenz von Sommerfreibord- und Leichtladetiefgang 9/92

17 Kapitel 2: Vorschriften Abbildung 2-3: Ausgangszustände zur Berechnung des erreichten Unterteilungsindex A [2] Generell wird die Berechnung für den Sommerfreibordtiefgang d s und den Teilladetiefgang d p ohne Vertrimmung des Schiffes durchgeführt. Der Berechnungszustand auf dem Leichtladetiefgang d l berücksichtigt den tatsächlichen Trimm. Sollte aber der tatsächliche Trimm der beiden Berechnungszustände des Sommerfreibordtiefgangs d s und des Teilladetiefgangs d p um mehr als 0,005*L s vom zur Berechnung verwendeten Trimm abweichen, so müssen für diese Tiefgänge weitere Berechnungen durchgeführt werden, bei denen der ungünstigste tatsächlich auftretende Trimm angenommen wird. Für jeden Berechnungszustand kann eine andere Einteilung der Unterteilungslänge L s gewählt werden. Voraussetzung ist hierbei, dass die Ergebnisse der Teilindizes A ds, A dp und A dl für Passagierschiffe einen Wert von mindestens 0,9R erreichen. 2.3 Zusätzliche Forderungen für Passagierschiffe Ein Passagierschiff, das für die Beförderung von mehr als 400 Personen vorgesehen ist, muss eine frontale Beschädigung der Vorpiek und eines weiteren Bereiches vom vorderen Lot aus gemessen bis 0,08L mit einem Überlebensindex s i = 1 überstehen. Außerdem muss ein Passagierschiff bei einer vorgesehenen Anzahl von mindestens 36 Personen seitliche Beschädigungen entlang des gesamten Schiffes mit einem Überlebensindex s i 0,9 überstehen. Hierbei handelt es sich um Beschädigungen der Schiffsseite mit einer Länge von mindestens 0,03L s in Längsrichtung, jedoch nicht weniger als 3m, und 0,01B in Querrichtung, jedoch nicht weniger als 0,75m. Diese Abmessungen sollen auf dem vollen Tiefgang normal zur Mittschiffsebene gemessen werden. Die Beschädigung kann an jeder Stelle entlang der Seite des Schiffes auftreten. 10/92

18 Kapitel 2: Vorschriften Weiterhin wird gefordert, dass kein Leckfall, der zur Berechnung des erreichten Unterteilungsindex A einen Beitrag leistet, eine Flutung der Hauptfluchtwege auf dem Schottendeck verursacht. Diese zusätzlichen Forderungen müssen für alle drei Berechnungszustände d s, d p und d l erfüllt werden. 11/92

19 Kapitel 3: Berechnungsmethode 3 Die Berechnungsmethode Die Berechnungen werden mit Hilfe des Programmsystems NAPA durchgeführt. Die zur Berechnung notwendigen Definitionen sind die Schiffsform, die Raumaufteilung inklusive der Flutbarkeiten aller Räume, die Einteilung in wasserdicht voneinander abgetrennte Bereiche und die Öffnungen. Außerdem werden bestimmte Räume miteinander verknüpft, um so für spezielle Fälle fortschreitende Flutung in die Berechnung einzubeziehen. Des Weiteren sind die zur Vermeidung von asymmetrischer Flutung notwendigen Querflutungsbeziehungen zu definieren. Es müssen Angaben bezüglich der maximalen Unterteilungslänge L s und der maximalen Anzahl der sich an Bord befindlichen Personen N 1 und N 2 gemacht werden. Nachdem alle wichtigen Daten definiert und eingegeben sind, geht der Berechnungsalgorithmus folgendermaßen vor. Zuerst werden alle möglichen Leckfälle erzeugt. Das bedeutet, dass jeder Beschädigung der einzelnen wasserdichten Bereiche die damit getroffenen bzw. gefluteten Räume zugeordnet werden. Dabei werden auch die Unterteilungen der Bereiche in Breite und Höhe berücksichtigt. Die maximale Eindringtiefe beträgt B/2. Da man bei diesem Schiff von einer Symmetrie der Räume zwischen Steuerbord- und Backbordseite ausgeht, wird die gesamte Leckrechnung nur für eine Seite des Schiffes durchgeführt. Mit diesem Ergebnis wird schließlich der gesamte erreichte Unterteilungsindex A bestimmt. Jetzt kann die eigentliche Leckrechnung durchgeführt werden. Die Flutungen alle erstellten Leckfälle werden simuliert. Dies geschieht in mehreren Schritten. Es werden fünf Zwischenzustände, sowie der Zustand statischen Gleichgewichts berechnet. Die Füllmengen der Zwischenzustände werden über eine Teilmenge der Masse die bis zum erreichen des Gleichgewichtszustandes nötig ist bestimmt. Mit Hilfe des Prinzips des fortfallenden Auftriebs wird schließlich eine temporäre Schwimmlage ermittelt. Von allen Flutungszuständen wird jeweils die Wahrscheinlichkeit p i bezüglich der Ausdehnung eines Lecks, sowie die Überlebenswahrscheinlichkeit s i bestimmt. Für den endgültig erreichten Überlebensindex A werden aus jedem Bereich nur die Flutungszustände der Leckfälle hinzugezogen, die den kleinsten Überlebensfaktor s i erreicht haben. Die Ergebnisse werden in einer Tabelle gespeichert und können so jederzeit wieder ausgelesen oder graphisch aufbereitet werden. Eine Möglichkeit die Verteilung der s-werte des Schiffes auf die einzelnen Bereiche graphisch darzustellen ist durch ein Dreiecksdiagramm gegeben. Jeder Bereich wird durch ein Dreieck, jede Kombination von bereichen durch einen Rhombus dargestellt. Im Inneren des Dreiecks bzw. Rombusses wird der Spantquerschnitt des jeweiligen Bereichs bis Mitte Schiff, unter 12/92

20 Kapitel 3: Berechnungsmethode Annahme von Symmetrie, idealisiert dargestellt. Er ist durch Decks und Längsschotte unterteilt, welche die Leckfälle begrenzen. Die unterschiedliche Färbung gibt die Größe des Überlebensfaktors s i des jeweiligen Bereichs innerhalb der Zonen an. rot s = 1 gelb 0,1 < s < 1 weiß s = 0 Abbildung 3-1: Dreieckdiagramm 13/92

21 Kapitel 4: Das Schiff 4 Das Schiff 4.1 Allgemeine Information Bei dem zu untersuchenden Schiff handelt es sich um ein Panmax Kreuzfahrtschiff mit einer Länge von 293,52m und einer Breite von 32,20m. Es bietet Platz für ca Fahrgäste und 850 Mann Besatzung. Das Schiff wurde unter Berücksichtigung der Regeln SOLAS 1974 in der geänderten Fassung entworfen. Die Dimensionierung der Querflutungseinrichtungen wurde gemäß IMO A.266 vorgenommen. Ballasttanks, die mit Querflutungskanälen verbunden sind, müssen entweder ganz voll oder ganz leer gefahren werden. Durch die an Bord befindlichen Personen wird ein maximal krängendes Moment von 2500tm angenommen. Das Zuwasserlassen der Rettungsboote verursacht ein krängendes Moment von 900tm. Das Moment durch Winddruck wird hier nicht explizit aufgeführt, da sich die laterale Angriffsfläche je nach Beladungszustand ändert. Für die Leckrechnung wird es innerhalb des Berechnungsprogramms berücksichtigt. 4.2 Ladefälle und Beladungszustand Um die Realisierbarkeit der im weiteren Verlauf dieser Arbeit getroffenen Annahmen begründen zu können, werden zwei Ladefälle a) Beginn der Reise und b) Ende der Reise bestimmt und in die Intakt- und Leckgrenzkurven eingetragen. Die hier betrachteten Ladefälle entsprechen nicht denen des fahrenden Schiffes. Diese können aus betrieblichen Gründen nicht veröffentlicht werden. Sie bewegen sich allerdings in einem Rahmen, der für ein Schiff dieser Größe realistisch ist. Zur Ermittlung des Leerschiffsgewichts werden zunächst alle möglichen sich im Schiff befindenden Massen für den Fall a) summiert. Hierzu gehören alle zum Schiffsbetrieb notwendigen Güter, sowie die sich an Bord befindenden Personen inklusive Gepäck und Verpflegung. Die einzelnen Summanden sind in Tabelle 4-1 aufgelistet. 14/92

22 Kapitel 4: Das Schiff Masse [t] Passengers + Luggage: 250,00 Crew: 110,00 Provisions: 500,00 Stores 300,00 Heeling Water 400,00 Fresh Water: 2800,00 Lub. Oil 30,00 Gas Oil 3000,00 Technical Water 250,00 Ballast Water 0,00 Deadweight 7640,00 Tabelle 4-1: Summe aller Massen zu Beginn der Reise Die ermittelte Masse der Zuladung beträgt 7640t. Das Leerschiffsgewicht kann bestimmt werden, indem die Masse der Zuladung vom Deplacement des Schiffes bei einem Tiefgang 0,20m unterhalb des Maximaltiefganges abgezogen wird. Das Deplacement bei einem Tiefgang von 8,30m beträgt 48114t. Daraus ergibt sich also ein Leerschiffsgewicht von 40474t. Der Schwerpunkt des leeren Schiffes wird bei KG = 17,50m angenommen. Berechnung der Ladefälle: a) Beginn der Reise: KG [m] Masse [t] Passengers + Luggage: 26,60 250,00 Crew: 16,10 110,00 Provisions: 10,30 500,00 Stores: 10,7 300,00 Heeling Water 4,79 400,00 Fresh Water: 4, ,00 Lub. Oil 1,40 30,00 Gas Oil 4, ,00 Technical Water 0,89 250,00 Ballast Water 0,00 0,00 Lightship: 17, , ,00 Tabelle 4-2: Massen und Schwerpunkte zu Beginn der Reise 15/92

23 Kapitel 4: Das Schiff b) Ende der Reise: KG [m] Masse [t] Passengers + Luggage: 26,60 250,00 Crew: 16,10 110,00 Provisions: 10,00 50,00 Stores: 10,7 300 Heeling Water 4,79 400,00 Fresh Water: 2,82 280,00 Lub. Oil 1,40 30,00 Gas Oil 5,01 300,00 Technical Water 0,89 250,00 Ballast Water 1, ,00 Lightship: 17, ,00 Tabelle 4-3: Massen und Schwerpunkte zum Ende der Reise 44644,00 Aus der Verteilung der Massen in Tabelle 4-2 ergibt sich ein Gesamtschwerpunkt von 15,63m über der Basis. Für den Zustand zum Ende der Reise lässt sich aus den Daten der Tabelle 4-3 ein Gesamthöhenschwerpunkt von 16,32m über der Basis ermitteln. Abbildung 5-2 stellt die KG-Grenzkurve des Schiffs nach Anwendung der Intaktkriterien gemäß IMO.749 und IMO-Wetterkriterium [3], sowie die KG-Grenzkurve aus den Leckstabilitätsforderungen gemäß SOLAS90 Regel 8 [4] dar. In dieser Grafik sind beide Beladungszustände eingetragen. Da sie unterhalb der Grenzkurven liegen, befinden sie sich im zulässigen Bereich. Eine derartige Beladung ist also realistisch und wird zur Bewertung der folgenden Modifikation herangezogen. 16/92

24 Kapitel 4: Das Schiff Abbildung 4-1: KG-Grenzkurve mit Beladungszuständen Validierungsrechnung 4.3 Geforderter Unterteilungsindex R Für den geforderten Unterteilungsindex R (7) ergibt sich, mit L s = 285,17m, N 1 =2490 und N 2 =870 ein Wert von: R = = 0,80842 ( 9 ) 298,82 + 2,5* /92

25 Kapitel 5: Validierungsrechnung 5 Validierungsrechnung 5.1 Eingangsdaten Abbildung 5-1: Raumaufteilung für Validierungsrechnung 18/92

26 Kapitel 5: Validierungsrechnung Die drei geforderten Berechnungszustände werden gemäß der neuen Berechnungsmethode erstellt. Bei den GM-Werten handelt es sich um Mindestwerte, welche sich aus den Leck- und Intaktkriterien nach IMO.749, Wetterkriterium [3] und SOLAS 90, Regel 8 [4] ergeben. Tiefgang [m] GM [m] Trimm [m] d s 8,50 1,76 0 d p 8,24 1,60 0 d l 7,85 1,66 0,60 Tabelle 5-1: Berechnungszustände für Validierungsrechnung Zur Bewertung des vorhandenen Entwurfs wird das Schiff in 32 Berechnungszonen eingeteilt, die wiederum quer und horizontal in wasserdichte Bereiche unterteilt werden. Die Längenkoordinaten der Zonenbegrenzungen sind in Tabelle 5-2 wiedergegeben. Abbildung 5-3 stellt die Unterteilung des Schiffes grafisch dar. Diese Einteilung wird so fein wie möglich vorgenommen, um einen exakten und maximal erreichbaren Unterteilungsindex A zu erhalten. Eine Unterteilung in ungleichmäßig lange Zonen gestaltet die Bewertung der Ergebnisse schwieriger. Da die Wahrscheinlichkeiten p i von der Länge des betrachteten Bereichs abhängig ist, ist diese unterschiedlich verteilt. Deshalb können die Ergebnisse des erreichten Unterteilungsindexes A für die einzelnen Zonen nicht direkt verglichen werden. Man kann aber die Bewertungen der Ein- und Mehrzonenbeschädigungen hinsichtlich der Verteilung der A- Werte und der Überlebensfaktoren s i zum Vergleich der verschiedenen Berechnungen untereinander nutzen. Die Zoneneinteilung des Schiffes kann in drei Abschnitte geteilt werden, die eine ähnliche Trefferwahrscheinlichkeit besitzen. Dies ist zum einen der Bereich von Zone eins bis Zone fünf, mit einem durchschnittlichen p i -Faktor von 0,008. Der zweite Bereich erstreckt sich von Zone 6 bis Zone 20, mit einem durchschnittlichen p i -Faktor von 0,0024 und der dritte Bereich von Zone 21 bis Zone 32, mit einem durchschnittlichen p i -Faktor von 0,01. Abbildung 5-2 stellt die Wahrscheinlichkeitsverteilung des p i -Faktors über den einzelnen Zonen grafisch dar. Diese Verteilung ist nur von der Länge der Zonen und nicht vom Ort abhängig. 19/92

27 Kapitel 5: Validierungsrechnung p-faktor Verteilung p 0,0300 0,0250 0,0200 0,0150 0,0100 0,0050 0, Zonen Abbildung 5-2: p i -Faktor Verteilung der Zoneneinteilung Da das Schiff nach der derzeit gültigen Regel gemäß SOLAS ll-1, Teil B auf eine maximale horizontale Eindringtiefe von B/5 ausgelegt wurde, wird eine wasserdichte Begrenzung auf der B/5 Linie angeordnet. Außerdem werden weitere vertikale Begrenzungen angeordnet, die sich auf wasserdichten Längswänden befinden. Horizontal wird das Schiff auf Höhe der Tankdecke von Zone 5 bis Zone 30 durch eine wasserdichte Begrenzung in zwei Bereiche eingeteilt. Diese Begrenzung ist zur Beurteilung der Fälle mit geringerer vertikaler Leckausdehnung wichtig. Hiermit wird der Fall berücksichtigt, dass es zu einer Beschädigung oberhalb der Tankdecke kommt und die Räume unterhalb dieser nicht beschädigt oder geflutet werden. Dieser Zustand kann zu schlechteren Ergebnissen führen, da der Massenschwerpunkt nach oben verschoben wird. Einige Räume sind nicht wasserdicht von ihrem benachbarten Raum getrennt, besitzen aber unterschiedliche Flutbarkeiten. Diese Räume werden separat definiert, für die Berechnung aber wie ein Raum behandelt. Außerdem kann dadurch fortschreitende Flutung für bestimmte Räume berücksichtigt werden. Es ist möglich, dass in bestimmten Fällen ein kleinerer Raum bei der Flutung eines großen mitgeflutet wird. Generell wird diese Leckrechnung ohne fortschreitende Flutung durchgeführt. Sobald eine Öffnung zu Wasser kommt, wird die Rechnung für den betrachteten Leckfall abgebrochen. Dieser Leckfall wird ausgesondert und trägt nicht zum Endergebnis bei. Alle relevanten Öffnungen werden in die Rechnung miteinbezogen. 20/92

28 Kapitel 5: Validierungsrechnung Außerdem gibt es Räume im Schiff, welche paarweise durch so genannte Querflutungskanäle verbunden sind. Es handelt sich hierbei um Räume, die direkt an die Außenhaut führen und mit einem sich auf der gegenüberliegenden Seite des Schiffes befindenden Raum verbunden sind. Im Falle eines Lecks an einem dieser Räume wird der mit diesem verbundene Tank mitgeflutet. Trotz des höheren Gewichts, was durch das zusätzlich eindringende Wasser entsteht begünstigt dies die Schwimmlage des Schiffes. Es wird eine asymmetrische Flutung verringert oder verhindert und das Schiff erreicht keine kritischen Krängungswinkel. Dadurch kommen ungeschützte Öffnungen oder das Schottendeck später, eventuell gar nicht zu Wasser. X1 X2 X1 X2 Z1-10,86 5,47 Z17 99,28 103,83 Z2 5,47 10,92 Z18 103,83 110,20 Z3 10,92 22,75 Z19 110,20 115,66 Z4 22,75 35,74 Z20 115,66 121,37 Z5 35,74 43,27 Z21 121,37 132,54 Z6 43,27 48,73 Z22 132,54 142,55 Z7 48,73 52,37 Z23 142,55 146,19 Z8 52,37 57,83 Z24 146,19 157,36 Z9 57,83 63,29 Z25 157,36 168,53 Z10 63,29 64,20 Z26 168,53 182,18 Z11 64,20 66,02 Z27 182,18 193,35 Z12 66,02 74,21 Z28 193,35 209,98 Z13 74,21 79,92 Z29 209,98 226,36 Z14 79,92 96,55 Z30 226,36 240,26 Z15 96,55 98,37 Z31 240,26 252,09 Z16 98,37 99,28 Z32 252,09 273,76 Tabelle 5-2: Zoneneinteilung für Validierungsrechnung 21/92

29 Kapitel 5: Validierungsrechnung Abbildung 5-3: Einteilung in Berechnungszonen für Validierungsrechnung 22/92

30 Kapitel 5: Validierungsrechnung 5.2 Ergebnisse Validierungsrechnung Für die Validierungsrechnung wird der erreichte Unterteilungsindex A für bis zu 6 beschädigte, benachbarte Zonen berechnet. Eine Beschädigung von 6 nebeneinander liegenden Zonen trägt hier immer noch zum erreichten Unterteilungsindex A bei. Dies liegt daran, dass es Zonen gibt, die sehr kurz sind, vor allem im mittleren Teil des Schiffes. Zum Beispiel entspricht Zone 15 bis Zone 20 zwei SOLAS90 Abteilungen, deren Flutung auf jeden Fall überlebt wird. Der gegebene Entwurf des Passagierschiffes erreicht einen Unterteilungsindex von A = 0, Da der geforderte Unterteilungsindex R = 0,80842 beträgt, erfüllt das Schiff die Forderungen mit diesem Entwurf nicht. Nachfolgend wird die Verteilung des erreichten Unterteilungsindexes A für die drei Berechnungstiefgänge dargestellt. Tiefgang [m] GM [m] A-Index Gewichtungskoeffizient A*Gew.koeff. d s 8,50 1,76 0, ,4 0, ,95 d p 8,24 1,60 0, ,4 0, ,88 d l 7,85 1,66 0, ,2 0, ,89 A/R A-Index total: 0, ,91 Tabelle 5-3: Erreichter Unterteilungsindex A für Validierungsrechnung Den größten Anteil am A-Wert liefert auch der größte Tiefgang mit A ds = 0, Für den Teilladetiefgang d p wird ein um 8,5% geringerer A-Wert erzielt. Der Wert für den Leichtladetiefgang d l ist mit 0,72279 um 6,3% geringer. Ein Grund für diese unterschiedlichen A-Werte liegt in der Verteilung der GM-Werte. Der GM-Wert für den Teilladetiefgang ist 0,06m geringer, als der GM-Wert des Leichtladetiefgangs und 0,16m geringer als der Wert des Sommerfreibordtiefgangs. Eine GM-Variation wirkt sich indirekt auf den Überlebensfaktor s i aus. Ist die Anfangsstabilität GM 0 größer, so ist auch mit einem größeren maximalen Hebelarm zu rechnen. Zusätzlich hat der Tiefgang selbst Auswirkungen auf den erreichten Unterteilungsindex A. Je geringer der Tiefgang ist, desto später kommen ungeschützte Öffnungen zu Wasser. Abbildung 5-2 stellt prozentual die Verteilung des erreichten Unterteilungsindexes A auf die Zonenbeschädigungen dar. 23/92

31 Kapitel 5: Validierungsrechnung 5-Zone-Dam.; 2,12% 6-Zone-Dam.; 4-Zone-Dam.; 0,63% 5,82% 3-Zone-Dam.; 17,16% 1-Zone-Dam.; 36,42% 2-Zone-Dam.; 37,85% Abbildung 5-4: Anteil am A-Wert für Validierungsrechnung Den größten Anteil liefern die 1,2 und 3-Zonen-Beschädigungen mit zusammen 91,43%. Auffällig ist hierbei, dass der Anteil der 2-Zonen-Beschädigung mit 37,85% um 1,43 Prozentpunkte größer ist, als das Ergebnis aus den Beschädigungen von jeweils einer Zone. Ein Grund hierfür liegt darin, dass in einigen Fällen der Krängungswinkel nach einer Beschädigung von zwei Zonen kleiner ist, als nach einer 1-Zonen-Beschädigung. Zudem sind die Zonen nicht gleich lang, so dass man die Werte nicht direkt vergleichen kann. Die 4,5 und 6-Zonen- Beschädigungen tragen einen Anteil von zusammen 8,57% zum erreichten Unterteilungsindex A bei (s. Anhang A1). Die Verteilung der erreichten s-werte in Abhängigkeit der beschädigten Zonen ist in Abbildung 5-3 dargestellt. Bei der folgenden Bewertung müssen die unterschiedlichen Zonenlängen ebenfalls bedacht werden. Über 90% der Fälle der 1-Zonen- Beschädigungen erreichen einen s-wert von eins. Die Kriterien hinsichtlich der Hebelarmkurve (s. Kapitel 2.2) werden von diesen Fällen gut erfüllt. Von den übrigen 8% liegen noch 6% der Werte über s = 0,5 (hauptsächlich s > 0,9). Bei zwei beschädigten Zonen erreichen 71% der Fälle einen s-wert gleich eins, bei den 3-Zonen-Beschädigungen sind es noch 46% und bei den 4-Zonen-Beschädigungen immerhin noch 20%. Selbst bei Leckfällen mit 5 und 6 beschädigten Zonen treten noch Fälle mit s = 1 auf. Dies ist zum größten Teil damit zu begründen, dass einige Zonen sehr klein sind und bei deren Beschädigung nur geringe Auswirkungen auftreten. Bei den 3,4 und 5-Zonen-Beschädigungen hat der größte Anteil der Fälle einen s-wert zwischen 0,5 und 1. 24/92

32 Kapitel 5: Validierungsrechnung ,1s<0,5 0,5s<1 s= Zone- Dam. 2-Zone- Dam. 3-Zone- Dam. 4-Zone- Dam. 5-Zone- Dam. 6-Zone- Dam. Abbildung 5-5: Verteilung der s-werte für Validierungsrechnung Prinzipiell muss man davon ausgehen, dass im Falle eines Intaktbleibens des Doppelbodens die Stabilität der Schwimmlage ungünstiger ist, als im Falle der Flutung über die gesamte Höhe inklusive Doppelboden. Im Fall der Validierungsrechnung, sind allerdings nur 13% der berücksichtigten Fälle solche mit geringerer vertikaler Ausdehnung (s Anhang A2, Leckfälle mit -1 am Ende des Namens). Das heißt, dass 87% der Fälle, bei denen der Doppelboden mitgeflutet wird, ungünstiger sind als die Fälle geringerer vertikaler Leckausdehnung. Allerdings beinhaltet nicht jede Zone eine horizontale Begrenzung. Ein Doppelboden ist von Zone 5 bis Zone 30 angeordnet. Betrachtet man nur diesen Bereich, dann sind es 14,7% der Fälle, bei denen die geringere vertikale Leckausdehnung ungünstiger ist. Nachfolgende Abbildung 5-5 stellt die erreichten s-werte nochmals graphisch für alle drei Tiefgänge dar. Die Grafik zeigt, dass auch eine der beiden zusätzlichen Forderungen für Fahrgastschiffe erfüllt wird. Ein Fahrgastschiff muss für eine Beschädigung bis 0,08L vom vorderen Lot an einen Überlebensindex s i = 1 für alle Berechnungstiefgänge erreichen. In diesem Fall sind 0,08L = 22,77m, was einer Beschädigung der Zonen Z30, Z31 und Z32 entspricht. Die zweite zusätzliche Forderung des Überstehens einer seitlichen Beschädigung des Schiffskörpers mit einer Länge von 0,03Ls (= 8,54m) und einer Eindringtiefe von 0,01B wird ebenfalls erfüllt (s. Anhang A3). Eine weitere Forderung der neuen Berechnungsmethode besteht im Nachweis darüber, dass die Fluchtwege auf dem Schottendeck trocken bleiben. Das Schottendeck erstreckt sich über Deck 25/92

33 Kapitel 5: Validierungsrechnung 02 und 03. Der Verlauf ist in Abbildung 5-1 markiert. Oberhalb des Schottendecks gibt es, bis auf die Begrenzungen der Feuerzonen, keine durchlaufenden Querschotten mehr. Es sind so genannte Flügelschotten, Schotten, die von der Außenhaut des Schiffes bis zu einem bestimmten Bereich nach innen reichen, vorhanden. Sie sollen bei einem leckgeschlagenen Schiff die Ausbreitung des Wassers über mehrere Zonen erschweren. Die Hauptfluchtwege befinden sich auf Mitte-Schiff jeweils zwischen den Feuerzonen. Innerhalb jeder Feuerzone besteht die Möglichkeit das höher gelegene Deck durch Treppen zu erreichen. Die Hauptfluchtwege sind nicht durch Flügelschotten unterteilt. Um für die Leckrechnung ein Überlaufen des Wassers über die Flügelschotte zu unterbinden, wurde an dem Ende jeden Flügelschottes genau auf der Höhe des Schottendecks eine ungeschützte, horizontale Öffnung vorgesehen. Wird nun die Leckrechnung durchgeführt, so liefern die Leckfälle, bei denen eine dieser Öffnungen geflutet wird, keinen Beitrag zum Endergebnis des erreichten Unterteilungsindex A. Damit ist einerseits sichergestellt, dass das Wasser sich nicht über die Flügelschotte hinaus ausbreitet. Andererseits leisten auch alle Leckfälle, welche die Hauptfluchtwege auf dem Schottendeck fluten, keinen Betrag zum Unterteilungsindex A. Ein graphischer Nachweis ist zusätzlich durch Abbildung 5-4 gegeben. Hier sind die Wasserlinien aller zum erreichten Unterteilungsindex A beitragenden Leckfälle auf Höhe des Schottendecks überlagert. Zusätzlich sind die Hauptfluchtwege (grün) eingezeichnet. Man kann sehr gut erkennen, dass die Fluchtwege nicht geflutet werden. Abbildung 5-6: Überlagerung aller relevanten Leckfälle auf SD für Validierungsrechnung 26/92

34 Kapitel 5: Validierungsrechnung Abbildung 5-7: Dreiecksdiagramm der drei Berechnungstiefgänge für Validierungsrechnung 27/92

35 Kapitel 6: Einfluss GM-Wert 6 Einfluss des GM-Wertes 6.1 Generelle Vorüberlegungen Die drei angenommenen GM-Eingangswerte haben auf den erreichten Unterteilungsindex A einen starken Einfluss. In die Berechnung der Überlebensfaktoren s i geht die Anfangsstabilität GM 0 indirekt ein. Durch ein höheres Anfangs-GM entsteht ein größerer maximaler aufrichtender Hebelarm. Dieser geht direkt in die Berechnung der Überlebensfaktoren s i (1) ein. Für die Zwischenzustände bringt ein höheres Anfangs-GM einen Vorteil sobald ein maximaler aufrichtender Hebelarm, der vor einer GM-Erhöhung unter dem Grenzwert 0,05m liegt, nach dieser gestiegen ist. Für einen Endzustand der Flutung liegt dieser Grenzwert bei 0,12m. Werden diese Grenzwerte erreicht, so ist ein s-faktor gleich eins möglich. Dennoch gibt es verschiedene Gründe warum die GM-Grenzkurve nicht ganz ausgereizt werden sollte. Zum einen ist es wichtig eine Reserve zwischen GM-Grenzkurve und Ladefällen zu haben, da das Gewicht eines Schiffes mit zunehmendem Alter steigt und es dadurch häufig zu einer Erhöhung des Gewichtsschwerpunktes kommt. Außerdem kann eine GM-Reserve von Vorteil sein, falls es im späteren Verlauf des Schiffslebens zu einem Umbau kommen sollte. Zum anderen darf bei der Wahl der GM-Werte nicht außer Acht gelassen werden, dass sich der GM-Wert auf den Fahrkomfort bzw. das Wohlbefinden der Passagiere an Board auswirkt. Je größer der GM-Wert ist, desto kürzer werden die Rollperioden und umso schneller wird die Rollbewegung. Ein Schiff mit einer kurzen Rollperiode führt die Bewegungen hart aus, wohingegen eine lange Rollperiode weichen Bewegungen entspricht. Generell ist eine lange Rollperiode angenehmer als eine kurze [6]. Dies macht sich besonders auf den höher gelegenen Decks bemerkbar. Die für die Validierungsrechnung angenommenen GM-Werte (s. Tab. 5-1) bieten theoretisch mit d s = 1,75m, d p = 1,6m und d l = 1,66m noch einen Spielraum, wenn man ein GM bis ungefähr 2,30m als Grenze im Hinblick auf den Fahrkomfort sieht. Zur Bestimmung des Einflusses der GM-Werte auf die Entwicklung des erreichten Unterteilungsindexes, werden diese für die folgende Untersuchung schrittweise erhöht. Zur Erhöhung des GM-Wertes im Schiffsbetrieb, muss die Höhe des Gewichtsschwerpunktes KG gesenkt werden. Dies ist durch verschiedene Vorgehensweisen möglich. Eine Möglichkeit besteht darin, mehr Gewicht in den Unteren Teil des Schiffes zu bringen. Dies bedeutet, man ersetzt zum Beispiel Ballast-Wasser durch festen Ballast. Unter festem Ballast versteht man ein metallisches Material, welches in die Tanks gegossen wird und eine Dichte von ca. 8 t/m 3 28/92

36 Kapitel 6: Einfluss GM-Wert besitzt. Das Schiff fährt dadurch auf einem größeren Tiefgang. Da ein größerer Tiefgang eine höhere Belastung der Schiffsstruktur bedeutet, muss gewährleistet sein, dass das Schiff dieser Belastung auch standhalten kann. Es ist auch möglich den Gewichtsschwerpunkt durch zusätzlichen festen Ballast zu senken, ohne die Tiefgänge stark zu verändern. Es muss jedoch auf einen Teil der Zuladung verzichtet werden, deren Masse je nach Lage im Schiff variiert. Eine weitere Möglichkeit mehr Gewicht in den Unteren Teil des Schiffes zu bringen besteht darin, Leerräume mit flüssigem oder festem Ballast zu füllen. Für die probabilistische Leckrechnung kann es von Vorteil sein, bestimmte Bereiche mit festem Ballst zu füllen. Diese können im Leckfall nicht mehr geflutet werden und tragen somit positiv zur Sinksicherheit des Schiffes bei. 6.2 Vergleichsrechnung mit geänderten GM-Werten Zur Untersuchung des Einflusses der GM-Wert auf den erreichten Unterteilungsindex A, werden im Folgenden mehrere Leckrechnungen mit erhöhten GM-Werten durchgeführt. Bis auf die GM-Werte bleiben alle Parameter unverändert. Die Leckrechnung wird ebenfalls für Beschädigungen von bis zu maximal 6 benachbarten Zonen durchgeführt. Die GM-Werte der drei Berechnungstiefgänge werden zunächst um jeweils 0,15m gegenüber der Validierungsrechnung erhöht. Diese GM-Erhöhung bringt einen um 0,051 Punkte erhöhten erreichten Unterteilungsindex A. Danach werden die GM-Werte um weitere 0,10m, also um insgesamt 0,25m erhöht. Nach dieser Vergrößerung der GM-Werte wird bereits ein A-Wert von 0,8059 erreicht. Dieser Wert ist nur noch um 0,00252 Punkte geringer als der geforderte. Nach einer weiteren Erhöhung der GM-Werte um 0,05m wird ein A-Wert von 0,81448 erreicht und somit der geforderte Unterteilungsindex R von 0,80842 übertroffen. Der erreichte Unterteilungsindex von 0,81448 übersteigt den geforderten Wert um 0,75%. Die geänderten GM- Werte, sowie die erreichten Unterteilungsindizes werden in folgender Tabelle 6-1 dargestellt: 29/92

37 Kapitel 6: Einfluss GM-Wert Tiefgang Trimm GM Valid. GM neu1 GM neu2 GM neu3 [m] [m] [m] [m] [m] [m] d s 8,50 0 1,76 1,91 2,01 2,06 d p 8,24 0 1,60 1,75 1,85 1,90 d l 7,85 0,60 1,66 1,81 1,91 1,96 A/R 0,91 0,973 0,997 1,001 A-Index: 0, , , ,81448 Tabelle 6-1: Variation der GM-Werte Die weitere Analyse bezieht sich auf den Fall Nr. 3, welcher den geforderten Unterteilungsindex R erreicht. Die Verteilung des A-Wertes auf die 3 Beladungsfälle wird in Tabelle 6-2 aufgezeigt. Tiefgang [m] GM [m] A-Index Gewichtungskoeffizient A*Gew.koeff. d s 8,50 2,06 0, ,4 0, ,01 d p 8,24 1,90 0, ,4 0, ,00 d l 7,85 1,96 0, ,2 0, ,02 A/R A-Index total: 0, ,01 Tabelle 6-2: Erreichter Unterteilungsindex A für GM-Erhöhung Der erreichte Unterteilungsindex A dl des Leichtladetiefgangs erreicht in diesem Fall den größten Wert mit A dl = 0, Dies liegt daran, dass bedingt durch den geringsten Tiefgang das Schiff weiter gekrängt werden kann, bis kritische Öffnungen zu Wasser kommen. In einigen Fällen wächst der Umfang der Hebelarmkurve an und erhöht die Überlebensindizes s i. Außerdem beeinflussen die Unterschiedlichen GM-Werte die Teilergebnisse. Der A-Wert des Teilladetiefgangs von A dp = 0,80823 unterschreitet den Wert des Leichtladetiefgangs um 1,75. Der A-Wert des Sommerfreibordtiefgangs von A ds = 0,81700 ist ca. 0,6% kleiner als der des 30/92

38 Kapitel 6: Einfluss GM-Wert Leichtladetiefgangs. Prozentual verteilen sich die Zonenbeschädigungen folgendermaßen am erreichten Unterteilungsindex A. 4-Zone-Dam. 8,79% 5-Zone-Dam. 3,24% 6-Zone-Dam. 1,98% 1-Zone-Dam. 32,89% 3-Zone-Dam. 18,49% 2-Zone-Dam. 34,61% Abbildung 6-1: Anteil der Zonenbeschädigungen am A-Wert nach GM-Erhöhung Abbildung 6-1 lässt denselben Trend erkennen, den die Validierungsrechnung bereits vorgibt. Die 2-Zonen-Beschädigungen besitzen mit 34,61% den größten Anteil am A-Wert. Insgesamt steuern die 1,2 und 3-Zonen-Beschädigungen die meisten Punkte zum erreichten Unterteilungsindex A bei. Der Einfluss der 4-Zonen-Beschädigungen ist hier mit ca. 9% wesentlich stärker als bei der Validierungsrechnung. Die 5-Zonen-Beschädigungen leisten einen 1,5mal so großen Beitrag, verglichen mit der Validierungsrechnung. Bei den 6-Zonen-Beschädigungen ist der erreichte Unterteilungsindex mehr als dreimal größer. Die Verteilung der Überlebensindizes s i, zu sehen in Abbildung 6-2, verhält sich im Vergleich zu dem Ergebnis der Validierungsrechnung unterschiedlich. Generell leisten mehr Fälle einen Beitrag zum erreichten Unterteilungsindex A. Am Ergebnis der Validierungsrechnung sind 1126 Fälle beteiligt, wohingegen 1432 Leckfälle einen Beitrag zum Ergebnis der GM-Erhöhung leisten. Die Anzahl der Fälle, die einen Überlebensindex von eins erreichen, steigt von den 1- Zonen-Beschädigungen mit 235 zu den Beschädigungen von zwei benachbarten Zonen mit 242. Werden mehr als zwei Zonen beschädigt, sinkt die Anzahl der Leckfälle mit s i = 1 in unregelmäßigen Abständen bis zu 32 für sechs beschädigte, benachbarte Zonen. Ein Überlebensindex zwischen 0,5 und 1 tritt für alle Zonenbeschädigungen auf. Die Anzahl der am 31/92