Übung 2: Transportsystem Schiff - Entwurf und Bewertung (2/2)
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- Stefanie Kaufer
- vor 7 Jahren
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1 Übung WS2012/2013 Übung 2: Transportsystem Schiff - Entwurf und Bewertung (2/2) 1. Bestimmen Sie für die Geschwindigkeiten aus Übung 1 (v S =14, 15, 16, 17 kn) und der maximal möglichen Schiffslänge die Froudezahlen und bewerten Sie die Verhältnisse aus Schiffslänge und Wellenlänge λ! F n = v g Lpp [] (1) λ =2 π v2 g [m] (2) 2. Berechnen Sie nun das Deplacement für die Schiffe im voll abgeladenen Zustand! Gehen Sie dabei davon aus, dass sich in den Stores 150 t Materialien befinden. Außerdem sollen die Schiffe über eine Bunkerkapazität von t verfügen und im voll abgeladenen Zustand kein Ballastwasser benötigen. Zusätzlich sind Ihnen von Vergleichsschiffen die folgenden Verhältnisse bekannt: Kategorie A: DW Δ Kategorie B: DW Δ =0, 84 =0, Wählen Sie Hauptabmessungen für eines der oben entworfenen Schiffe! Was ist bei der Wahl der Hauptabmessungen unbedingt zu beachten? 2/9
2 Optimaler Blockkoeffizient (nach Jensen) Froudezahl F n [ ] Blockkoeffizient CB [ ]
3 Übung WS2012/2013 Lösung Übung 2 1. Schiffslänge und Geschwindigkeit passen immer dann gut zusammen, wenn die Schiffslänge ein ungerades Vielfaches von der halben Wellenlänge λ/2 ist: L pp λ =1, 5; 2, 5; 3, 5; 4, 5; 5, 5;... (s. Skript Strömungsmechanische Grundlagen zum Glattwasserwiderstand von Schiffen von Prof. Krüger S.9/37) Mit L pp = 210 m ergeben sich die folgenden Werte: Tabelle 4: Lösung Aufgabe 2 v S [kn] F n [ ] 0,158 0,169 0,180 0,192 λ [m] 33,22 38,13 43,39 48,98 L pp /λ [ ] 6,32 5,51 4,84 4,29 Auf Basis der Tabelle 3 und Tabelle 4 ergibt sich eine sinnvolle Lösung mit t Payload (Kategorie A) oder t Payload (Kategorie B) bei einer Geschwindigkeit von 15 kn (28 Rundreisen/Jahr). Check: Kategorie A: 28 RR/(Schiff*Jahr) * 5 Schiffe * t/schiff = t > 10 Mt => Transportaufgabe ist erfüllt! Kategorie B: 28 RR/(Schiff*Jahr) *7Schiffe * t/schiff = t > 10 Mt => Transportaufgabe ist erfüllt! 2. Das Deadweight ist die Summe aus Payload, Bunker&Stores und Ballastwasser. Die Menge an Ballastwasser ist abhängig vom Ladefall. Das Ballastwasser dient z.b. zur Gewährleistung ausreichender Stabilität, Einstellung der aufrechten Schwimmlage, Einstellung des Trimms, Einhaltung der Längsfestigkeit, Einstellung einer guten Propellertauchung etc.. Die Menge des benötigten Ballastwassers im voll abgeladenen Zustand (das Schiff ist voll beladen!) muss minimiert werden, damit das Payload des Schiffes maximal ist! DW = Payload + Bunker & Stores + Ballastwasser (3) In Aufgabe 2 haben wir uns für eine Lösung mit Schiffen enschieden, die ein Payload von t haben. Um das Deplacement zu berechnen muss zunächst aus den gegeben Informationen das DW berechnet werden. Aus der Aufgabenstellung ergibt sich: Bunker&Stores = t t = t (4) 7/9
4 Übung WS2012/2013 Als letzer Punkt bzgl. DW wird davon ausgegangen, dass die Schiffe so optimiert sind, dass sie im voll abgeladenen Zustand kein Ballastwasser brauchen. Damit ergibt sich Kategorie A: DW = t t +0t = t (5) Kategorie B: DW = t t +0t = t (6) Mit den in der Aufgabenstellung gegeben Verhältnissen für DW/Δ kann das Deplacement berechnet werden. Die DW/Δ-Verhältnisse sind spezifische Größen für verschiedende Schiffstypen. So haben z.b. Bulker große DW/Δ-Verhältnisse (viel Deadweight im Verhältnis zum Deplacement) und Kreuzfahrtschiffe eher kleine (wenig Deadweight im Verhältnis zum Deplacement). Δ= 1 DW Δ DW (7) Mit Kategorie A: DW/Δ = 0, 84 ergibt sich das benötigte Deplacement der hier entworfenen Schiffe zu: Δ= 1 0, t =88.784, 52 t (8) Die Schiffe der Kategorie B haben ein Verhältnis DW/Δ von 0,81. Somit ergibt sich das benötigte Deplacement zu: Δ= t =66.877, 78 t (9) 0, 81 Diese Werte werden auf Δ = t bzw. Δ = t aufgerundet. Es sei darauf hingewiesen, dass es bei dem benötigten Deplacement niemals sinnvoll ist abzurunden (auch wenn es mathematisch richtig wäre), weil dann die geforderte Tragfähigkeit nicht eingehalten wird! 3. Die Hauptabmessungen müssen IMMER so gewählt werden, dass das geforderte Deplacement mindestens eingehalten wird! Sind die Hauptabmessungen zu klein, würde das Schiff untergehen! Eine mögliche Vorgehensweise für die Festlegung der Hauptabmessungen: Die Länge kann entweder in Abhängigkeit einer guten Froudezahl gewählt werden oder zunächst maximal angesetzt werden. Die Breite sollte zunächst ebenfalls maximal angesetzt werden, um die Anfangsstabilität des Schiffes in der ersten Näherung zu maximieren. Der optimale Blockkoeffiezient kann über die Froudezahl aus dem bekannten Diagramm gewählt werden (c b nie größer als das Optimum wählen, in der frühen Entwurfsphase eher etwas kleiner wählen). Die Seewasserdichte wird standardmäßig mit 1, 025 t/ m 3 angenommen und der Außenhautfaktor a h =0, 003 gesetzt, da keine anderen Werte gegeben sind. Wie bei der Froudezahl auch, ist es in der Schiffbaupraxis üblich das Deplacement mit der Länge zwischen den Loten zu berechnen. Δ=ρ c b L pp B T (1 + a h ) (10) Mit F n =0, 169 folgt aus dem Diagramm ein optimaler c b =0, 83. Damit lässt sich der Tiefgang der Schiffe im voll abgeladenen Zustand berechnen: 8/9
5 Übung WS2012/2013 Δ = ρ c b L pp B T (1 + a h ) (11) =1, 025t/m 2 0, m 32, 24m T (1 + 0, 003) (12) =88.785t (13) Damit ergibt sich der Tiefgang zu: T =15, 37m Auch hier sei darauf hingewiesen, dass ein Abrunden des Tiefgangs fatale Folgen hätte, da das Schiff bei einer Tiefgangsbeschränkung einen Hafen ggf. nicht mehr anlaufen könnte bzw. sogar auflaufen würde. 9/9
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