TUHH - Institut für Entwerfen von Schiffen und Schiffsicherheit - D-21073 Hamburg Klausur Schiffshydrostatik 28.07.2006 Beginn: ca. 10.00 Ende : ca. 13.00 Allgemeine Hinweise: 1. Alle Hilfsmittel außer Nachbarn, Handy etc. erlaubt. Täuschungsversuch führt sofort zum Einziehen der Klausur. 2. Jedes Blatt nur einseitig beschreiben 3. Blätter nummerieren 4. Klausuren nur mit dokumentenechten Stiften schreiben! Klausuren, die z.b. mit Bleistift geschrieben wurden, werden nicht bewertet! 5. Name, Vorname, Matrikelnummer auf jedes Blatt 6. Nummern der Fragen und Lösungen eindeutig zuordnen 7. Antworten stichwortartig kurz und präzise (keine Romane schreiben!) 8. Bitte leserlich schreiben. 9. Es gibt insgesamt 36 Punkte, Sie benötigen 18 Punkte um zu bestehen. 10. Diese Klausur besteht aus 5 Aufgaben auf 7 Seiten, inklusive Deckblatt. 11. 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.
Aufgabe 1: Allgemeines Verständnis (6 Punkte) a) Was unterscheidet ein getauchtes U-Boot von einem konventionellen Schiff hinsichtlich des Gewichts- und Auftriebsschwerpunktes bei Neigung aus der Gleichgewichtslage? (1 P) b) Was ist ein Metazentrum und warum heißt es so? (1 P) c) Um welche Achse krängt ein Schiff? (1 P) d) Nach einer Kollision hat ein Ponton nur noch eine anfangsmetazentrische Höhe von 0,11m. Zwei Schlepper mit einer Zugkraft von je 100kN in der Trosse sollen das Schiff seitlich wegschleppen. Der Krängungswinkel darf aus Sicherheitsgründen 2 nicht überschreiten. Ist das so möglich, wenn L=199m, B=29,5m, Δ=65000t? (3 P) Achtung: Hydrodynamische Strömungskräfte sind zu vernachlässigen! Abbildung 1: Skizze Aufgabe 1c); Schiff mit Schlepper
Aufgabe 2: Freie Oberflächen und Schimmlagen (7 Punkte) Ein SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) schwimmt gleichlastig und unvertrimmt in Süßwasser. An Deck mittschiffs befindet sich ein Tank für MGO, der nur zur Hälfte gefüllt ist. Dieser Tank ist 6m lang, 10m breit und 3m hoch (siehe Skizze). Die Dichte von MGO beträgt 0,92 t/m³ und die Stützenlänge 50m. Δ = 1500t, KB = 2,542m, KG = 11,221m, T = 8m a) Berechnen sie die GM-Korrektur, die aus der freien Oberfläche resultiert. (1 P) b) Durch das Versagen eines Ventils läuft ein Heeling-Tank im Backbord-Schwimmer vollständig voll. Welche Schwimmlage nimmt der SWATH jetzt ein, wenn der Heeling Tank 2m lang ist? (5 P) c) Nachdem der Heeling-Tank im andern Schwimmer ebenfalls geflutet wurde, schwimmt der SWATH wieder in einer aufrechten Schwimmlage. Wie groß ist jetzt der mittlere Tiefgang? (1 P) Abbildung 2: Querschnitt des SWATH mit Bemaßung Abbildung 3: Längsschnitt des SWATH mit Bemaßung
Aufgabe 3: Stapellauf (7 Punkte) Ein PANMAX Containerschiff mit einer Länge von 294m soll auf einer Helling mit der Neigung 0,05 ablaufen. Das Ablaufgewicht des Schiffes beträgt 19823t, der Längenschwerpunkt des Schiffes liege bei x=118,90m vor dem hinteren Lot. Der Bugschlitten des Schiffes befindet sich 290m vor dem hinteren Lot. Das Schiff liegt so auf der Helling, dass das hintere Lot gerade nicht getaucht ist (also ist dort gerade T=0). Die Formkurven des Schiffes sind im Anhang für Trimm= Hellingneigung wiedergegeben. Achtung: Es ist nicht notwendig zu interpolieren, der nächstgelegene Formkurvenblattwert ist ausreichend!! a) Nach wie viel Metern Ablaufweg dreht das Schiff auf? (2 P) b) Prüfen Sie, ob das Schiff vorher um Hinterkante Bahn gekippt ist, wenn Sie so viel Wasser über Hinterkante Bahn haben, dass der Tiefgang 4.00m beträgt, wenn das hintere Lot des Schiffes an Hinterkante Bahn vorbeifährt. (3 P) c) Wie groß ist zum Zeitpunkt des Aufdrehens die Restkraft? (2 P) +---------------------------+------------------------------+------------+ Yard number: Ship name: Date: 08/15 Architectura Navalis 28.Jul.2006 +---------------------------+------------------------------+------------+ Trim : -14.160 m (positive forward) Heel : 0.000 Deg. (positive starboard) Density sea water : 1.025 t/m3 Density fresh water : 1.000 t/m3 Keel thickness : 0.020 m Shell plating factor : 1.002 m Light ship weight : 19823.000 t HYDROSTATIC TABLES T AP Dis.SW Deadw.SW LCB TCB VCB LCF KM.T T FP Metre Ton Ton m.f.ap m.f.cl m.a.bl m.f.ap m.a.bl Metre +------+--------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+------+ 9.300 14285.7-5537.3 88.832 1.4E-11 2.687 106.286 25.308-4.859 9.350 14517.8-5305.2 89.118 5.4E-12 2.708 106.541 25.190-4.809 9.400 14751.8-5071.2 89.402 1.3E-11 2.728 106.784 25.068-4.759 9.450 14987.6-4835.4 89.682 3.6E-11 2.749 107.018 24.945-4.709 9.500 15225.2-4597.8 89.960 3.4E-11 2.770 107.272 24.822-4.659 9.550 15464.5-4358.5 90.233 1.1E-11 2.791 107.536 24.700-4.609 9.600 15705.6-4117.4 90.505 9.8E-11 2.812 107.556 24.570-4.559 9.650 15948.5-3874.5 90.773 7.8E-11 2.834 107.816 24.447-4.509 9.700 16193.1-3629.9 91.038 3.0E-10 2.855 108.067 24.323-4.459 9.750 16439.4-3383.6 91.300 3.2E-10 2.876 108.303 24.199-4.409 9.800 16687.4-3135.6 91.558 3.2E-10 2.898 108.476 24.075-4.359 9.850 16937.1-2885.9 91.813 1.2E-10 2.920 108.607 23.950-4.309 9.900 17188.5-2634.5 92.066 1.2E-10 2.941 108.833 23.828-4.259 9.950 17441.6-2381.4 92.315 1.5E-10 2.963 108.986 23.708-4.209 10.000 17696.3-2126.7 92.561 1.5E-10 2.985 109.158 23.592-4.159 10.050 17952.7-1870.3 92.805 2.2E-10 3.007 109.325 23.477-4.109 10.100 18210.8-1612.2 93.045 2.1E-10 3.030 109.484 23.364-4.059 10.150 18470.5-1352.5 93.282 2.0E-10 3.052 109.641 23.253-4.009 10.200 18731.8-1091.2 93.516 1.09E-8 3.074 109.807 23.141-3.959 10.250 18994.7-828.3 93.747 6.72E-9 3.097 109.974 23.031-3.909 10.300 19259.4-563.6 93.975 1.58E-8 3.120 109.995 22.918-3.859 10.350 19525.6-297.4 94.200 1.32E-8 3.142 110.160 22.809-3.809 10.400 19793.4-29.6 94.422 2.30E-8 3.165 110.314 22.702-3.759 10.450 20062.7 239.7 94.641 2.27E-8 3.188 110.457 22.597-3.709 10.500 20333.7 510.7 94.857 1.08E-8 3.211 110.469 22.492-3.659 Tabelle 1: Formkurven zu Aufgabe 3
Aufgabe 4: Große Neigungen (7 Punkte) Im Hafen wird ein Schwergutschiff mit bordeigenen Kränen beladen. Durch das Anheben eines Reaktordruckbehälters entsteht kurzzeitig ein so großer Krängungswinkel, dass sich bereits an Bord befindlich Ladung von ihrer Laschung löst. Der Reaktordruckbehälter wird wieder abgesetzt und das Schiff findet eine neue Gleichgewichtslage bei 26. Im Stabilitätsbuch ist für den vorliegenden Tiefgang und die 26 Krängungswinkel einycb=3,183m und ein ZCB=7,942m zu lesen. Zur Unterstützung der Maßnahmen der Beseitigung des Unfalls muss der Massenschwerpunkt in der aktuellen Lage ermittelt werden. Dazu wird ein Spezialcontainer mit zwei Traktoren und einer Masse 22,5t gelöscht, der eine Schwerpunktlage von YCG=12,95m und ZCG=16,50m hat. Es stellt sich ein Krängungswinkel von 25,2 ein, für den im Stabilitätsbuch ein Deplacement von 53862,7t und als Koordinaten für den Auftriebsschwerpunkt YCB=3,096m und ZCB=7,836m interpoliert werden. a) Wie lauten die Koordinaten des Massenschwerpunktes des Schiffes? (4 P) b) Wie groß ist die metazentrische Höhe des Schiffes? (3 P) Aufgabe 5: Längsfestigkeit und Trimm (9 Punkte) Gegeben ist das Hinterschiff eines Handelsschiffes, für das idealisiert die Massenverteilung und die Auftriebsverteilung in sechs Abschnitten, sowohl tabellarisch als auch graphisch abgetragen wurde. Tabellarisch: Nr. Länge Masse XCG f. AP Auftrieb XCB f. AP 1 5,80 m 770 t -1,80 m 156 t 0,10 m 2 12,20 m 860 t 7,20 m 326 t 8,90 m 3 12,00 m 850 t 19,25 m 766 t 21,10 m 4 14,50 m 1130 t 32,45 m 1230 t 33,70 m 5 14,50 m 1590 t 39,70 m 1540 t 48,20 m 6 21,00 m 1300 t 66,20 m 2482 t 64,70 m Graphisch: Abbildung 4: Graphische Darstellung der Massen- und Auftriebsverteilung
a) Berechnen Sie überschlägig das Hauptspantbiegemoment in dem Sie vom hinteren Lot die vereinfachten Massen- und Auftriebsabschnitte aufintegrieren. (4 P) b) Für das Schiff liegt ein Formkurvenblatt vor, bei dem das Schiff 1,25m achterlich vertrimmt ist und einen mittleren Tiefgang von 5,475m hat (siehe unten). Berechnen Sie wie viel Wasser in die Vorpiek gepumpt werden muss, damit das Schiff wieder auf ebenem Kiel schwimmt. Der Schwerpunkt des Tankinhaltes liegt konstant bei 151,10m vor dem Hinteren Lot. KG = 14,33m, LPP = 156m (3 P) Yard number: Ship name: Date: 4711 MV Super Exam 28.Jul.2006 Trim : -1.250 m (positive forward) Heel : 0.000 Deg. (positive starboard) Density sea water : 1.025 t/m3 Light ship weight : 13190.600 t +---------------------------------------------------------------------------------+ HYDROSTATIC TABLES +---------------------------------------------------------------------------------+ T AP Dis.SW Deadw.SW LCB TCB VCB LCF AWL IWLL T FP Metre Ton Ton m.f.ap m.f.cl m.a.bl m.f.ap m2 m4 Metre +------+--------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+---------+------+ 5.800 15047.0 1856.4 67.307-4.E-13 2.889 65.435 3498.3 4695880. 4.550 5.850 15227.2 2036.6 67.285-4.E-14 2.917 65.313 3509.9 4732245. 4.600 5.900 15408.1 2217.5 67.262-4.E-14 2.945 65.169 3522.8 4772643. 4.650 5.950 15589.6 2399.0 67.237 1.9E-17 2.974 65.062 3533.3 4805820. 4.700 6.000 15771.6 2581.0 67.212 4.8E-18 3.002 64.962 3543.3 4836851. 4.750 6.050 15954.1 2763.5 67.186-7.2E-9 3.030 64.802 3556.6 4882087. 4.800 6.100 16137.4 2946.8 67.159-1.2E-8 3.059 64.627 3570.7 4930126. 4.850 6.150 16321.5 3130.9 67.129-1.4E-8 3.087 64.416 3587.1 4986260. 4.900 6.200 16506.3 3315.7 67.099-1.8E-8 3.116 64.280 3598.9 5025332. 4.950 6.250 16691.7 3501.1 67.067-2.2E-8 3.144 64.114 3612.5 5072382. 5.000 6.300 16877.9 3687.3 67.034-1.8E-8 3.173 63.930 3627.1 5122506. 5.050 +------+--------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+---------+------+
c) Welchen Tiefgang hat das Schiff nach dem Trimmausgleich? Verwenden sie den nächstgelegene Wert im Formkurvenblatt. (2 P) Yard number: Ship name: Date: 4711 MV Super Exam 28.Jul.2006 Trim : -1.250 m (positive forward) Heel : 0.000 Deg. (positive starboard) Density sea water : 1.025 t/m3 Light ship weight : 13190.600 t HYDROSTATIC TABLES T AP Dis.SW Deadw.SW LCB TCB VCB LCF KM.T T FP Metre Ton Ton m.f.ap m.f.cl m.a.bl m.f.ap m.a.bl Metre +------+--------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+------+ 5.560 16121.7 2931.1 69.644-7.1E-9 3.046 66.177 17.380 5.560 5.570 16157.8 2967.2 69.636-7.2E-9 3.052 66.160 17.368 5.570 5.580 16193.8 3003.2 69.628-7.2E-9 3.057 66.139 17.360 5.580 5.590 16229.9 3039.3 69.621-8.4E-9 3.063 66.125 17.347 5.590 5.600 16266.0 3075.4 69.613-8.4E-9 3.068 66.111 17.334 5.600 5.610 16302.2 3111.6 69.605-1.2E-8 3.074 66.096 17.321 5.610 5.620 16338.3 3147.7 69.597-1.2E-8 3.079 66.080 17.308 5.620 5.630 16374.5 3183.9 69.589-1.2E-8 3.085 66.064 17.295 5.630 5.640 16410.7 3220.1 69.582-1.2E-8 3.091 66.050 17.281 5.640 5.650 16446.9 3256.3 69.574-1.3E-8 3.096 66.035 17.267 5.650 5.660 16483.1 3292.5 69.566-1.3E-8 3.102 66.022 17.253 5.660 5.670 16519.3 3328.7 69.558-1.2E-8 3.107 66.009 17.239 5.670 5.680 16555.5 3364.9 69.551-1.2E-8 3.113 65.996 17.225 5.680 5.690 16591.8 3401.2 69.543-1.2E-8 3.119 65.984 17.210 5.690 5.700 16628.1 3437.5 69.535-1.3E-8 3.124 65.959 17.202 5.700 5.710 16664.4 3473.8 69.527-1.4E-8 3.130 65.937 17.193 5.710 5.720 16700.7 3510.1 69.519-1.4E-8 3.135 65.919 17.181 5.720 5.730 16737.0 3546.4 69.512-1.4E-8 3.141 65.900 17.169 5.730 5.740 16773.4 3582.8 69.504-1.6E-8 3.147 65.881 17.158 5.740 5.750 16809.8 3619.2 69.496-1.6E-8 3.152 65.861 17.146 5.750 5.760 16846.2 3655.6 69.488-1.6E-8 3.158 65.841 17.134 5.760 5.770 16882.6 3692.0 69.480-1.6E-8 3.163 65.819 17.121 5.770 5.780 16919.0 3728.4 69.472-1.6E-8 3.169 65.798 17.108 5.780 5.790 16955.5 3764.9 69.464-1.4E-8 3.175 65.776 17.095 5.790 5.800 16992.0 3801.4 69.456-1.4E-8 3.180 65.747 17.088 5.800 5.810 17028.5 3837.9 69.448-1.4E-8 3.186 65.719 17.080 5.810 5.820 17065.0 3874.4 69.440-1.4E-8 3.191 65.679 17.070 5.820 5.830 17101.6 3911.0 69.432-1.4E-8 3.197 65.639 17.061 5.830 5.840 17138.2 3947.6 69.424-1.4E-8 3.203 65.618 17.050 5.840 5.850 17174.8 3984.2 69.416-1.6E-8 3.208 65.603 17.039 5.850