Übung 2: Transportsystem Schiff - Entwurf und Bewertung (2/2)

Übung Entwerfen von Schiffen WS2012/2013
Übung 2: Transportsystem Schiff - Entwurf
und Bewertung (2/2)
1. Bestimmen Sie für die Geschwindigkeiten aus Übung 1 (vS =14, 15, 16, 17 kn) und der maximal
möglichen Schiffslänge die Froudezahlen und bewerten Sie die Verhältnisse aus Schiffslänge und
Wellenlänge λ!
Fn =
v
� g · Lpp
λ =2· π · v2
g
[] (1)
[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 3.000 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, 81
3. Wählen Sie Hauptabmessungen für eines der oben entworfenen Schiffe! Was ist bei der Wahl der
Hauptabmessungen unbedingt zu beachten?
Hannes Hatecke
Entwerfen von Schiffen
hatecke@tu-harburg.de
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Optimaler Blockkoeffizient (nach Jensen)
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
Blockkoeffizient C B [−]
0.6
0.55
0.5
0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Froudezahl Fn [−]

Übung Entwerfen von Schiffen 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:
Lpp
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 Lpp = 210 m ergeben sich die folgenden Werte:
Tabelle 4: Lösung Aufgabe 2
vS [kn] 14 15 16 17
Fn [ ] 0,158 0,169 0,180 0,192
λ [m] 33,22 38,13 43,39 48,98
Lpp/λ [ ] 6,32 5,51 4,84 4,29
Auf Basis der Tabelle 3 und Tabelle 4 ergibt sich eine sinnvolle Lösung mit 5 · 71.429 t Payload
(Kategorie A) oder 7 · 51.021 t Payload (Kategorie B) bei einer Geschwindigkeit von 15 kn (28
Rundreisen/Jahr).
Check:
Kategorie A: 28 RR/(Schiff*Jahr) * 5 Schiffe * 71.429 t/Schiff = 10.000.060 t > 10 Mt =>
Transportaufgabe ist erfüllt!
Kategorie B: 28 RR/(Schiff*Jahr) *7Schiffe * 51.021 t/Schiff = 10.000.116 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 71.429 t
haben. Um das Deplacement zu berechnen muss zunächst aus den gegeben Informationen das DW
berechnet werden. Aus der Aufgabenstellung ergibt sich:
Hannes Hatecke
Entwerfen von Schiffen
Bunker&Stores = 3.000 t + 150 t = 3.150 t (4)
hatecke@tu-harburg.de
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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 =71.429 t +3.150 t +0t =74.579 t (5)
Kategorie B: DW =51.021 t +3.150 t +0t =54.171 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, 84
· 74.579 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= 1
· 54.171 t =66.877, 78 t (9)
0, 81
Diese Werte werden auf Δ=88.785 t bzw. Δ=66.878 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 (cb 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 ah =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 · cb · Lpp · B · T · (1 + ah) (10)
Mit Fn =0, 169 folgt aus dem Diagramm ein optimaler cb =0, 83. Damit lässt sich der Tiefgang
der Schiffe im voll abgeladenen Zustand berechnen:
Hannes Hatecke
Entwerfen von Schiffen
hatecke@tu-harburg.de
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Δ = ρ · cb · Lpp · B · T · (1 + ah) (11)
=1, 025t/m 2 · 0, 83 · 210m · 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.
Hannes Hatecke
Entwerfen von Schiffen
hatecke@tu-harburg.de
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