Die Hydrodynamik der Schiffe - nach PetArt-Design
Wie schon gesagt: das auffälligste an der Stiftungsflotte sind neue Rümpfe und die weitgehende Verabschiedung der Dieselmotoren.
Nach reiflichen Überlegungen haben wir uns die das Halbgleiter-Rumpfsystem entschieden, obwohl es unmodifiziert einige Nachteile haben kann. Halbgleiter haben ein unangenehmeres Seeverhalten in schwerer See und sind unruhiger im Ruder, sie machen also "mehr Arbeit" als ein Doppelender, insbesondere ein klassischer Doppelander als Whaler- und Schlepperdesign, also die Spezialentwürfe für Schwerstwetterschiffe. Diese liegen zwar sehr gut in der See, sind aber langsam, viel zu langsam für unsere Zwecke.
Nach zahlreichen Experimenten und Studien nahm die Deutsche Gesellschaft zur Rettung Schiffbrüchiger DGzRS eine neue Form auf, den Doppelkeil-Deltarumpf. Solche Rümpfe haben z.B. die neuen Serien der "Rudolf Meyer" Klasse (23-Meter-Klasse) und die 46 Meter Klasse; Typschiff "Hermann Marwede" von 2003. Diese Schiffe haben ein Spiegelheck mit Abrisskante, einen schlanken Rumpf weitgehend ohne konvexe Formen unter Wasser, an denen sich Strömungsabrisse und Sogwirbel bilden können. Ein anderes Konzept verfolgt der "Wavepearcer", der wie der Name schon sagt ein extrem schlankes Schiff ist, zum Teil mit Seitenauslegern als Trimaran, dessen Zweck nicht so sehr ist über die Wellen zu fahren sondern mitten hindurch. Sie haben deshalb eine sehr spezielle Form, da sie von grüner See überlaufen werden. Es sozusagen die "Stilettos" der Schiffe. Dazu kamen die Katamarane und die Swath-Schiffe mit getauchtem Rumpfsegment in Torpedoform, ebenfalls als Katamarane in der Regel aufgebaut. Ein Schiffstyp, in dem Elemente sowohl des Deltarumpfs wie des Wavepearcers zusammengefasst sind ist die "DDG-1000 Zumwalt" Klasse der US Navy wie die "LCS-2 Independence" Klasse, ebenso die Littorial Combat Ships (LCS) High-Speed Surface Ships von Lockheed-Martin. Mit Ausnahme der LCS sind alle Schiffe der DGzRS wie der US-Flotte mit konventionellen Propellerantrieben ausgestattet, also mit unter den flachen Boden untergehängten Schrauben und Schweberudern samt Totholz um die wirksame Länge und Steuerfähigkeit zu verbessern. Bei den LCS fällt das geringe Volumen das Unterwasserschiffs auf, was den Widerstand verringert. Rumpf und Aufbauten müssen also sehr leicht sein, aber sie krängen beim Drehen stark notwendigerweise, denn solche Schiffe haben eine geringere Anfangsstabilität und holen sich die hohe Endstabilität, wenn sie mit Schlagseite im Wasser liegen und Unterwasserrumpf wie das eingetauchte Überwasserschiff sozusagen ein "tiefes V" bilden. Liegt dann der Gewichtsschwerpunkt des Schiffs in diesem V-Zentrum schwimmt es sicher oder richtet sich von alleine wieder auf, wenn nicht rollt das Schiff weiter und kentert. Das hängt auch vom Seegang und Wind ab samt der Lage des Schiffs darin. Eine Rolle spielen ebenso die schwingenden Massen der Tankinhalte. Es gibt hier also keine einfache Formel, ab wann ein Schiff in der Praxis "umfällt" und bis wann noch nicht. Die berechenbaren Eckwerte sind eher theoretischer Natur. Die Fähren und großen Kreuzfahrtschiffe verwenden das gleiche Prinzip um die erforderlichen Höchsttiefgänge zu halten. Gestützt wird diese Stabilität bei Seegang durch Trimmklappen und ausfahrbare Stabilisatoren, die der Rollbewegung entgegen arbeiten.
Die beste Standfestigkeit im Seegang haben der "Whaler" und Schlepper. Ursprünglich für Fischdampfer und Walfangboote entworfen ab ca. 1880 machten es sich auch leicht variiert die Schlepper zu nutze. Übernommen war es wiederum von schnellen Lotsenschonern und Segelloggern. Damals ohne moderne Konservierungstechnik an Bord außer Pökelsalz mussten Fischereifahrzeuge sehr schnell sein um noch mit verkaufbarer Ware nach Hause zu kommen, oder einsalzen. Nicht umsonst gehen die schnellen Americas-Cup Yachten auf die Designs der Dory-Segelschoner (Langleinenfischerei) von den Grand Banks vor Neufundland zurück. Auf der Heimreise auch um als Erste am Markt zu sein zum Bestpreis wurden sehr harte Regatten untereinander ausgesegelt unter Schwerwetterbedingungen. Dieses Design zählt insoweit zum Besten was jemals erdacht und gebaut wurde. Ein klassischer Vertreter des modifizierten modernen Whalerdesigns für Dampfschiffe waren die britischen "Flower-Class" Geleitkorvetten des II WK und kanadischen Lizenzbauten, die nach dem Krieg in Teilen zu Fischereifahrzeugen und Hochseeschleppern umgebaut wurden wie der kanadischen "S.S. Sudbury". Nur dieses Design erlaubte diesen kleinen Schiffen, erfolgreich unter Orkanbedingungen Geleitzüge über den Nordatlantik ("Mord-Atlantik", die Winterstürme gehören zu den schwersten Seestürmen überhaupt) zu eskortieren und dabei noch erfolgreich U-Boote zu jagen. Markant das massige tieftauchende Unterwasserschiff, besonders das Heck, dass Ruder und Schraube tiefstmöglich unter Wasser bringen auch des Schubs für das Schleppgeschirr (Schlepp-, und Netzwinde, Walkanone) wegen. Ebenso auffällig der stark anlaufende Bug und sehr lange Schlingerkiel. Wie ein Deltaformschiff holt sich dieses Schiff die Stabilität aus dem Heck und schlägt mit dem Vorschiff weniger hart in die See. Damit kann es jedoch nicht schnell sein.
|
|
|
|
Das Design findet sich bei alten Schleppern wie der "Seefalke" (1924) als Doppelschraubenschiff wie den großen moderneren Bergungsschlepperdesigns, hier der "S.A. Wolraad Woltemade" (1976).
Zusammenfassend kann man sagen: Der Whaler bietet die beste Standfestigkeit in schwerer See als Monohull. Der Wavepearcer ist extrem schnell und bietet den geringsten Formwiderstand, aber er ist fragil und extrem nass. Schleppleistung kann er nicht ins Wasser bringen. Der Halbgleiter ist für sich genommen eher ein mäßiger Kompromiss mit schwierigen Schleppeigenschaften, das Hochsee-Powerboot mit tiefem gestuftem V-Boden bringt mehr Leistung ins Wasser bei höherer Stabilität, wenn hoch aus dem Wasser liegend "auf der Schraube" gefahren wird. Das wiederum ist bei großen Seeschiffen nie der Fall. Die Deltaform ergibt gute Seeeigenschaften und ein "gutmütiges" Schiff, dem man eine Menge anbieten kann, es kann auch bei schwerer See noch relativ hohe Fahrt laufen. weil es weniger Fahrtwiderstand produziert als ein rundspantiger Doppelender. Katamarane und Swaths liegen sehr ruhig in der See solange diese nicht unter das Mitteldeck haut und der ganze Katamaran aufschwimmt, der Regelfall bei Seegang über 6-7 Meter. Da geht es in der Rettung überhaupt erst richtig los. Die Widerstandswerte sind nicht viel besser als ein Monohull, die Geschwindigkeit und Ladefähigkeit wird aus der dazu relativen größeren Breite geholt samt Wavepaercerprofil der Katamaran- und Swath-Rümpfe. Dazu kommen die Bremswirkungen der An- und Unterhänge samt ihren Pflichtvorgaben aus der Anströmung für die Schiffsform. Diese verschlechtert sich sogar erheblich durch die Doppelschraubenanlagen zur Antriebsredundanz nach IMO. Ein Doppelender ist schnell wenn er lang und schmal gebaut wird mit wenig Tiefgang. Dann ist er eine eher unbrauchbare Plattform als Arbeitsschiff, dessen Breite und damit stabile Lage im Seegang entscheidet. Zudem bedingen die Landedecks eine Mindestbreite und -länge.
Die weitere Faustregel daraus besagt: ein Schlepper kann nicht schnell sein und ein schneller Gleiter und Halbgleiter liegt eher schlechter in schwerer See und kann nicht schleppen, und allen Tricks entgegen gilt weiter die Grundsatzregel: Länge lauft, da die Hauptspantfäche im Wasser relativ zur Länge und Gewichtsmasse den größten Widerstand produziert. Danach kommen die Bugwelle, das vorn zu verdrängende Wasser und hinten der Sog des zusammenlaufenden verdrängten Wassers am Achtersteven des Doppelenders. Und dann alles andere was "draußen hängt" als Strömungsbremse sowie Wirbel, Strömungsabrisse und Sog verursacht.
Damit hätte man eigentlich die Idee des schnellen großen Rettungsschiffskonzept beerdigen und mit dem weiter machen müssen was alle auch schon haben. Aber wie heisst es: "geht nicht gibt es nicht, was nicht passt wird passend gemacht". Natürlich nur im Rahmen der Naturgesetze, denn etwas anderes geht wirklich nicht, nicht einmal bei uns. Die neuen "Wolpertinger", diese "eierlegenden Wollmilchsäue" wurden möglich aus drei Gründen: dem Waterjet, der Erfindung der Hohlwellenmotors für Marine- und Kraftwerksanwendungen, und eine physikalische Erkenntnis eines Professors, formuliert schon vor vielen Jahren. Damals brauchte das keiner. Es geht um die Strömungslehre-0 -1, und das Prinzip der Vortriebskanäle und Potentialdrallrohre und Krümmer. von Prof. Alfred Evert, Marbach. Da mag sich der eine oder andere am Kopf kratzen. Wem ginge das nicht so. Aber diese Strömungsprobleme und Effekte sind bereits aus dem Audio-Patentsachen bekannt. Insoweit also eher ein "alter Hut", aufgefrischt für den Schiffbau. Allerdings ist das System der Drallströmungsführung um das Schiff herum nicht direkt umgesetzt. Wir führen es mitten durch das Schiff hindurch nicht nur als entscheidendes Element der Antriebstechnik sondern auch als Teil der Hydrodynamik.
|
|
Schema der Antriebsanlage und Wasserführung durch das Schiff
Untrennbar verbunden mit dem Antriebskonzept ist notwendigerweise das Unterwasserschiff als Funktionseinheit. Es weist einige Neuheuten in der kombinatorischen Anwendung bekannter Einzelsysteme auf. Basis ist eine weitgehend hohlstellenfreie Verlaufsform, an der sich keine Strömungsabrisse bilden können, wie sie bei Doppelenderrümpfen mit scharfen Profilen insbesondere unvermeidbar sind. Verbleibende kritische Zonen sind die Wassereintritte vorn und die Totholzhacke achtern, bei denen die Strömung möglichst abrissfrei gebogen wird. Vorn ist das unproblematisch weil ein starker Strömungsdruck vorschubbedingt besteht samt der Sogwirkung aus dem Antrieb heraus, je mehr je schneller das Schiff fährt, und achtern ist die kritische Fläche relativ sanft gewölbt und klein. Sie liegt zudem im Luftpolsterbereich, in der ohnehin eine sogabweisende Feinverwirbelungsschicht besteht. Die Abrisskante wie die Seitenrümpfe bilden den Strömungsgraben aus, der durch die tiefen Seitenrümpfe sehr ausgeprägt ist und durch den Schub der Jets offen gehalten wird. Es kann sich am Heck also kein Sogwirbel bilden.
|
|
Genau genommen ist das Schiff ein modifizierter Trimaran mit den Eigenschaften der Strömungsstörung dieses Prinzips bei Querströmung und im Seegang. Die Bodenrundungen der Seitenrümpfe. die Boden-Anstellwinkel dazwischen wie das Profil eines umgedrehten W bis zur Schiffsmitte, achtern eher eines umgedrehten U erlauben ein weiches Einsetzen in die See über die ganze Länge, eine sehr gute Kursstabilität. Der weitere Vorteil ist ein breites Unterwasser-Vorschiff mit dennoch Wavepearcer-Eigenschaften, dass beim Einsetzen in die See die Eintauchung abbremst, also den Bug besser über die Welle hebt, und die Rollstabilität erhöht wenn das Schiff über den Wellenkamm geht und mit dem Bug wieder einsetzt. Die Gefahr des Kenterns auf der Welle ist reduziert weil sich durch die sich im Wechsel der Tiefgänge am Rumpf dem Katamaran vergleichbare Rollwiderstände aufbauen und das "Fassrollen" eines runden Rumpfs ohne Rollwiderstand durch Wasserbremsen wie Schlingerkiele oder Stabilisatoren damit nicht möglich ist. Das wird aktiv durch Schlingertanks und Trimmklappen noch erhöht. Zugleich und das ist sehr wichtig bildet das ganze weiterhin einen kompakten Monohull, auf den anders als beim echten Katamaran beim Fahren in schwerer See nicht die sehr verschiedenen Druck-, Schub-, Biege- und Torsionskräfte einwirken können wie sie beim zudem breiteren Katamaran mit offenem Zwischenteil entstehen müssen, wenn die einzelnen Seitenrümpfe sehr verschiedenen Kräften auf der Welle je nach Lage zur Welle ausgesetzt werden, was bis zur Bruchgrenze die Strukturfestigkeit überlasten kann. Die stetig wechselnde mehrfach gewundene, gefaltete Form des umgedrehten W und U ergibt für die Struktur eine enorme Formfestigkeit zur Biege- Beul- und Verwindungssteife der tragenden Struktur des Schiffs wie der Bordwände gerade im schweren Seegang, aber auch in lang laufender Dünung und bei Grundseen im Flachwasser mit Durchsetzen bis auf dem Grund. Gerade hierbei ist entscheidend, keine Unterhänge unter dem Schiff zu haben, die nicht nur den Tiefgang vergrößern bei Halbgleiterformen, sondern auch schwerste Schäden bis zum Schiffsverlust verursachen können, wenn sie auf hartem Grund aufschlagen, dabei in den Rumpf geschlagen oder abgerissen werden. Diese Form kann auch getrost im Watt z.B. trocken fallen ohne die Gefahr, dass sich das Schiff dabei auf die Seite legt oder umfällt. Da es nicht mit der platten Bodenfläche aufliegt und sich insoweit "symmetrisch ansaugt" kann es sich auch nicht so schnell selbst einspülen und eingraben.
Die horizontal liegenden Wassereintritte bedingen dabei den Vorteil, dass bei Flachwasserfahrt der Sog nach vorn wirkt und nicht wie bei Standardjets nach unten unter den Boden, damit Sediment ansaugend.
Zur Verwendung als Seeschlepper ist folgendes anzumerken. Generell greift die Trosse, der Haltepunkt im Stabilitätszentrum des Schiffs an, in der Mitte und möglichst nahe dem Gewichtsschwerpunkt, also nahe der Wasserlinie. Darum das lange offene und sehr niedrige Schleppdeck achtern als unverwechselbares Design aller Hochseeschlepper und schleppenden Offshore-Schiffe. Um diesen Punkt herum muss das Schiff drehen können. Darum müssen dieser Drehpunkt und der Drehpunkt des Ruders des Schiffs weitmöglichst auseinander liegen. Fallen diese zusammen kann der Schlepper nicht mehr drehen sondern er wird von der Leine um den gemeinsamen Drehpunkt gezogen. Damit kann ein Schlepper am Havaristen und im Hafen nicht mehr manövrieren. Das Risiko dieses Systems besteht darin, wenn der Zug der Trosse nicht mehr in der Längsachse des Schiffs verläuft sondern seitlich wirkt, bis querab oder gar nach vorn wirkend und der größere Anhang dann mehr direkten Zug entwickeln kann als der Schlepper selbst, weil dessen Zugwirkung nicht mehr identisch ist mit der Richtung der Trosse kann der Schlepper umgerissen werden und an der Trosse kentern. Nicht wenige Schlepper erlitten dieses Schicksal und sanken teils mit der gesamten Besatzung. Das geht dann sehr schnell. Daher bindet man die Schlepptrosse auf See, wenn die ganzte Trossenlänge ausgeteckt ist wie der Fachmann sagt, selbige an der Achterreling (über dem Ruderpunkt also) ab. Da nun der Schlepper das eine Ende eines sehr langen Hebelarms bildet bekommt er wieder Drehwirkung, wenn auch bei dann sehr großem Drehkreis, und er kann nicht mehr umgerissen werden, denn er wird dann über das Heck gezogen und kentert nicht. Beim Wassertreckersystem der Hafenschlepper wird der Antrieb nach vorn unter den Bug verlegt um den gleichen Effekt zu bewirken und zugleich mit voller Leistung drehen zu können. Nur möglich mit Z-Peller- und Voith-Schneider Rotorsystemen, die beide für die hohen Leistungen der großen Seeschlepper nicht ausreichen und deren Verhalten in schwerer See hydrodynamisch deutlich verschlechtern müssten. Abhilfe bei uns schafft der bündig im Boden liegende Pumpjet, beim S.A.R.-Schiff und Schlepper vorn auch zwei. Schlepper bis 300 t. Zug am Pfahl haben Maschinenleistungen um 25.000 kW. Diese wirken über zwei Schrauben mit Kortdüsen achteraus bis zu den üblichen Ruderlagewinkeln von 35 ° seitlich. Geht man von einer Leistung der Pumpjets vom je 4.000 kW aus verteilt sich die Schleppleistung auf 8.000 kW vorm mit einem Ruderdrehkreis 360 °, 2 x 4.000 kW Leistung achtern je Seite (Dreieck zur Trosse) mit einem Ruderdrehkreis von 360 °, zusammen 16.000 kW, und noch einmal 9-10.000 kW achtern aus den Hauptjets mit einer Rudelage bis 45 °. Die kann beim Schleppen an langer Trosse alles übernehmen wie beim klassischen Schlepper, oder Pumpjets bleiben zugeschaltet. Die Pumpjets erlauben auch, das Schiff gegen Querströme zu stabilisieren über die ganze Länge kontinuierlich. Dazu würde sonst eine Bugstrahlruderanlage ausreichender Leistung vorn und achtern benötigt, die wiederum einen erheblichen Fahrtwiderstand durch die Tunnel durch den Rumpf erzeugt. Diese kann nicht diagonal in alle Richtungen gegenhalten wie eine Pumpjetanlage. Durch diese Vorteile können die S.A.R. Schiffe problemlos wie Wassertrecker auf der Heckreling als Trossendrehpunkt schleppen, und daraus kann er höher liegen, da er sich praktisch schon fast außerhalb der Kipphebelkräfte der Drehachsen des Schiffs befindet mit abwärts geneigter Zugrichtung der Trosse, die ja im Bogen nach unten im Wasser hängt. Das Schiff kann also unter vollem Trossenzug manövrieren und wird nicht umgerissen. Das wiederum erlaubt, den Arbeitsbereich um die Trosse teils unter Deck im Panzerschacht (Schutzraum bei Trossenbruch) zu führen und das offene Arbeitsdeck achtern gegen Seeschlag zu schützen, was auch den Ansatz der Halte- und Hebegeräte für das schwere Geschirr solcher großen Trossen und die Arbeit daran sehr wesentlich erleichtert und sicherer macht. Damit kann die Trosse wenn nicht geschleppt wird trocken im Panzerschacht unter Deck gelagert und gewartet werden, also rost- und korrosionsgeschützt.
Zurück zur Strömung am Rumpf. Die Seitenrümpfe sind lange schmale Wavepearcerrümpfe, sie haben Deltaform zur gleichmäßigen Anströmung ohne Abrisse. Eine Doppelkeilform ist nicht nötig. Der Mittelrumpf hat die gleichen Eigenschaften, folgt aber mehr der Form eines Hochsee-Powerbootes mit tiefem V und Abrissstufen, wobei das V nach achtern flacher wird. Die Kielkante läuft in das lange Totholz aus uns setzt sich als flacher Dockkiel fort. Die bei Powerbooten längs laufenden Stömungskanten (Stufen oder aufgesetzte Leitkanten) zur Stromausrichtung und Entwirbelung wurden übernommen. Ab der ersten Abrissstufe wird als Air-Bubble Abgas unter den Boden geblasen, wobei die Außenrümpfe zugleich die lufthaltenden Seitenschürzen bilden. Das verringert den Reibungswiderstand und wirkt als Luftkissen. Dessen Wirkung kommt bei hoher Fahrt zum tragen, bei langsamerer Faht in schwerer See ist das weniger wichtig, wenn dort Luft verloren geht beim ein- und austauchen im Seegang. Die achtern abfließenden Abgase werden in der Hecksee verwirbelt. Die Schiffe sind also zieloptisch "kalte Schiffe", zumal die warmen Maschinenanlagen ebenfalls hinter kalten Tanks geschützt liegen. Auch beheizbare warm gefahrene Tanks für kalt zähfließenden Treibstoff können gezielt maskiert werden wenn man das will und braucht.
|
|
Zusammengefasst noch einmal das Strömungsbild im Vergleich mit einem konventionellen Doppelender mit Doppelsschraubenantrieb.
Der Doppelender ist ein klassischer Verdränger mit allen seinen Eigenschaften. Als Einschraubenschiff hätte er ein günstigeres Profil, ein Grund warum gerade schnelle Containerschiffe als Einschraubenschiffe gebaut werden. Es hat ein Längen-Breitenverhältnis (L/B) von etwa 1:7 bis 1:8 als Frachtschiff (Wasserlinienlänge) Ältere Passagierschiffe, Frachter und Kreuzer bis Torpedoboote bauten man zwischen 1:9 bis 1:12. Dazu kommt das deutlich verkleinerte Auftriebsvolumen zum Überwasserschiff, das den Reserveauftrieb ausbilden muss durch die Überhänge vorn und achtern, und dessen Formverlauf und Übergang bestimmt, wie hart das Schiff in die Seen einsetzt, je größer und flacher der Übergang umso härter. Der Hauptauftrieb samt Stabilität kommt aus der Schiffsmitte, die Schiffsenden "hängen" am Schiff sozusagen. Wird die Stabilität der Mitte instabil, wenn das Schiff auf einer Welle reitet, und hat es runde Formen ohne Wasserbremsen kann es herumrollen wie eine Tonne und auf der Welle kentern. Scharfe Kanten wiederum um dem entgehen zu wirken lassen es hart einsetzen. Schwimmt es auf den Enden und liegt es in der Mitte im Wellental hohl (bei gleich langer Wellenperiode von Kamm zu Kamm gleich der Schiffslänge) gehen der Auftrieb und die Stabilität verloren, der Schiff schwimmt auf dem Reserveauftrieb des Überwasserschiffs und wird topplastig, dann wird es nicht selten ebenfalls kentern (parametrisches Rollen).
Ganz anders die Stiftungsschiffe. Sie liegen im Verhältnisbereich L/B bei 1:6 bis 1:7,5 real als Halbgleiter, sind also breiter und damit stabiler, strömungswirksam aber bei 1:12 - 1:15, also von daher nach der Regel "Länge läuft" dennoch extrem schlank und schnell. Das Unterwasserschiff trägt und entwickelt Auftrieb über die gesamte Länge und Breite symmetrisch und hat damit eine sehr starke Anfangsstabilität. Das Trimaranprinzip in den tiefertauchenden Körpern wirkt massiv jedem Querstrom entgegen und entwickelt maximale asymmetrische Kräfte als Rollwiderstand. Das wird unterstützt durch die größere Breite, die der Topplastigkeit entgegenarbeitet, und die tiefertauchenden Seitenrümpfe, die beim Eintauchen automatisch Auftrieb entwickeln. Das Rechteckprofil gibt dem Schiff an beiden Enden Stabilität, das flache Brett auf dem Wasser schwimmt am besten, und es hat doch alle Eigenschaften von Wavepearcern, zugleich "schwimmt es oben wie eine Ente". Es ist sehr wichtig dass sich die Schiffe gut und schnell über die Wellen und in den anlaufenden Wellenberg hineinheben können, dabei sicher auf dem Heck stehen können, der großen Vorschub aus schnellstes Aufstoppen generieren kann. Zu verhindern gerade bei hoher Fahrt ist einerseits dass sich ein Schiff in einer Welle festfährt, unterschneidet und überlaufen wird, sowie dass es zu hart eintaucht, daraus mit einem Ruck stoppt und sich sozusagen nach vorne weiter beschleunigend überschlägt. Klassischer Powerboot-Unfall. Zu verhindern ist ebenfalls, viel Flugwasser und grüne See über das Deck zu bekommen wegen der Seeschlagschäden und aus Gründen der Sicherheit für das Personal, eben um das Schiff arbeitsfähig zu halten. In der Umströmung des Profils wird sichtbar, dass das den Rumpf unterströmende verdrängte Wasser in einem Düsenkanal einmündet, dessen Expandierung Sog in den auflaufenen Staudruck entwickelt und diesen beschleunigt, also ebenfalls Vorschub durch Sog generiert, der mit der Sogwirkung des beschleunigten Abstrom der Waterjets zusammenläuft und von diesem mitgerissen wird als Nebenstrom. Damit wird eine e Summierung der Vortrieb erzeugenden Sogwirkung erreicht, die an der Bugwelle beginnend sich achtern fortsetzt, in Analaogie der tragenden Sogwirkung auf der Oberseite der Tragflächen der Flugzeuge. Es entwickelt insoweit eine ähnliche Auf- und Vortriebswirkung wie ein Flugzzeug. Darauf setzt sich der Vortrieb der Wajet-Turbinenanlage. Da dieser nicht modifizierte Propeller wie es beim Bugstrahlruder der Fall ist verwendet sonden Hochdruckpumpen-Turbinenimpeller ergibt sich gegenüber eine Schiffsschraube eine massive Wirkungsgraderhöhung, zumal die Druckverstärkung einer wirksameren Düse als einer Kort-Düse (ca. 15 - 20% Schubverstärkung) ) dazu tritt. Bei 60 Knoten Fahrt bestünde ein Durchfluss von 86,3 Kubikmetern Wasser je Sekunde durch den Waterjet, und dann fährt das Schiff mit allen vier Antrieben. Das entspricht der Leistung einer Wasserkraftwerksturbine einer Talsperre an Energieleistung (Generatorleistung) und Wassermenge. Die Schiffe werden bei Maximalfahrt (theoretische Rumpfgeschwindigkeit ca. 60 Knoten, dazu die Reduktion der Widerstandbeiwerte (G-Kurve) ca. 150.000 kW Generatorleistung umsetzen. bei einer Länge des S.A.R.-Schiffs von ca. 150 m, einer Breite von ca. 30 m (L/B 1:10), einem Normtiefgang von ca. 6,5 m und einer Einsatzverdrängung voll gebunkert von ca. 14.000 Tonnen (Maschinenanlage ca. 1.500 t.). Entsprechend stabil und robust wird das ganze Schiff darum herum. Die Strömungswiderstände sind also bereits massiv reduziert. Die Reibungswiderstände an der Bordwandfläche werden reduziert durch die Air-Bubbleanlage der Abgase wie durch ein mikrowirbelerzeugendes Coating (Haihautprinzip), dass die Gleitfähigkeit des Wassers im Vorbeistrom verbessert und durch Mikronadeln (Nano-Technik) zugleich den Bewuchs reduziert bis verhindert.
Auf eine Bugbirne kann deswegen verzichtet werden. Auch weil die Steuerlast und Kursstabilität aus dem langen Totholz, den Seitenrümpfen und dem Fahrschub der Waterjets kommen. Das Schiff läuft insoweit "wie auf Schienen", was die Gierkräfte reduziert. Der Bugform liegen die Formen der Knorren und Drachenboote der Wickinger zugrunde, die ein weiches Einsetzen in die anlaufende See erlauben mit fülligerem Unterwasserschiff beginnend, was wiederum die Notwendigkeit eines breiten Überhangs als Reserveaufrieb reduziert. Die Ulstein-Werft hat im X-Box-Prinzip vergleichbares Konditionen geschaffen und deren Praxiserprobungen haben gezeigt, dass diese Schiffe weicher in die Seen einsetzen, weniger stampfen und damit weniger Flugwasser und grüne See aufwerfen, damit weniger Slammingprobleme haben und in schwerer See fast die doppelte Fahrt (12 gegen 7 Knoten) laufen können.
|
|
Wie man sieht steigt die Buglinie über dem Wetterdeck vorn stark an, während die Decks keinen Sprung haben, also gerade durchlaufen, sondern nur die übliche Bucht zum Wasserablauf. Das erleichtert nicht nur die Arbeit an Bord sondern auch den Bordbetrieb bei Seegang. Man läuft auf einer ebenen Fläche. Das strengt weniger an. Nur das Ankerdeck der Back hat einen Sprung der Reserveentwässerung wegen. Betrachten man den Konstruktionstiefgang zum Wetterdeck (Höhe) besteht ein Verhältnis von ca. 50:50, also die klassische Schwerwetter- und Whalerproportion. Die Aufbaudecks sind etwas nach oben eingezogen, während die Bordwand bis zum Wetterdeck leicht ausfällt und erst sehr weit achtern nahezu senkrecht steht. Der gesamte vordere Aufbaublock bis zum Flugdeck ist Reserveauftriebskörper. Da sich achtern der Hangar für die Tocherboote befindet ist das Arbeits- und Schleppdeck hoch gesetzt, auch als Enter- und Seeschlagschutz nach nachlaufender See. Die Rettungsboote und MOB´s stehen in Nischen geschützt, auf Freifallboote wurde aus Platzgründen verzichtet. Neben den MOB´s können weitere unter dem Flugdeck geparkte Ride-Boote abgesetzt werden, die von achtern vorrückend in die Absetzanlage des MOB eingerückt werden.
Neben der Hydrodynamik ist die Aerodynamik bei schnellen Schiffen ebenfalls wichtig, verbunden mit dem Seeschlagschutz und der Flugwasserabweisung. Diese Schiffe sehen auf den ersten Blick ziemlich kompakt und "klotzig", gar nicht "windschnittig" aus, aber.......
Das wichtigste bei einem solchen Problem ist der Schutz der Brücke und der Brückenfenster. Nichts ist wichtiger. Erst recht nicht wenn sehr hart in schwerer See gefahren werden muss. Daher ist die Brücke als vollverschlossene Panzerkalotte ausgeführt mit 360 Rundumsicht und Wings, aus denen das Schiff samt Windenmanöver gefahren werden kann auch im Vollverschlusszustand. Dazu gibt es ein Außendeck als Navigationsbrücke mit offener Reling achtern als Wasserabfluss und ein Panzerschanzkleid vorn als Flugwasser- und- und Seeschlagabweiser, keilförmig als Windabweiser ebenso. Dazu ein wasser- und windabweisendes hochgezogenes Schutzkleid um das Brückendach, auf dem sich ein weiterer offener wind- und flugwasserschutzverglaster Fahrstand befindet, der auch bei schlechtem Wetter benutzbar ist. Der Unterbau der Lösch-Monitorbrücke dient ebenfalls als Gischt- und Windabweiser. Über diesen oberen Wind- und Gischtschirm ragen nur die Mast- und Antennenanlagen. Alles andere dahinter in Windlee ist ebenfalls flugwassergeschützt (Lufteinlässe usw.) Beim weiteren Vorschiff wurden Schlepptankergebnisse für Wasserabweiseranlagen von schnellen Wavepearcerschiffen modifiziert und mit schwerem Seeschlagschutz kombiniert mit Blick auch auf eine möglichst optimale Aerodynamik. Heraus kam ein verschachtelter Doppelkeil als diagonal wirkende Abströmfläche für beide Medien. Zunächst erhielt das Ankerdeck eine stabile Überdachung mit geschützter abdeckbarer Plattform für Dinge wie den Suezkanal-Scheinwerfer u.a.m. Dann folgt ein Pflugschaar-Wellenbrecher als Panzerschott. Er wirkt in eine anlaufende See hinein und produziert eine ablaufende Wirbelwalze, reflektiert also das Wasser teilweise in die anlaufende See zurück. Bei "grüner See" bewirkt das eher wenig, bei Flugwasser und Gischt bewirkt das schon eine beachtliche "Anflugstörung". Der weitere Vorteil ist, das Wasser wird nicht hart abgestoppt mit dessen voller kinetischer Wirkung von bis mind 100 t. je qm, sondern weiterströmend umgelenkt nach außen wie nach vorn zurück. Damit wird der Flächendruck des Aufschlags gemindert durch Störung der anstömenden See. Das gilt auch für die Schrägen der Schutzdächer. Das wiederholt sich am Panzerschott der Brücke, wo die Windabweiser am Schanzkleid auch als Gischtabweiser arbeiten und damit die Schlagkraft des Sprays auf die Brückenfenster reduzieren helfen. Dass weiterfliegende Wasser wie der Wind werden einerseits über die Brückendachschräge wie nach den Seiten durch die Schrägen der Schottwände abgeleitet. Die Schrägstellung der Fenster trägt mit abweisender Wirkung nach unten dazu bei. Die negative Schrägstellung dient dem Blendschutz und der blendfreien Sicht, das vorgezogene Brückendach dem Sonnen- und Seeschlagschutz. Damit wird es auch nicht heiß hinter den Fenstern durch Sonneneinstrahlung, wie man es als Dauerproblem bei den besonders schnittigen Yachten mit sehr strark angeschrägten Glasfächen kennt. Darunter kann es bis 60 C warm werden, und dann fährt man die Brücken ohnehin mit offenen Türen und das Schiff von den Nocken wegen der besseren Sicht, da man Blendeffekte auf den Scheiben noch zusätzlich hat. Offene Türen bei Sommerhitze und Tropenfahrt bedeutet, na was? Keine Klimaanlage im Ruderhaus! Also eine schnelle Ermüdung und stärkere Belastung der Brückencrew und, was noch wichtiger ist, den drohenden Hitze- und Luftfeuchtetod der Brückenelektronik! Das geht auf die Sicherheit beim Fahren. Die Anker sitzen hinter ausschwenkbaren Schutzklappen. Das nicht nicht nur der Aerodynamik geschuldet, es schützt vor Stauwasser durch Seegang und damit Flutung des Ankerdecks von innen aus der Klüse wie vor Enterung. Auch die Ankeranlage kann zum Entern einladen. Es gibt zwar Deckel und Schutzgitter, die um die Kette greifen, aber die sind schon weggeflogen, und dicht können sie auch nicht sein.
Damit setzen die Stiftung, der Erfinder neue normbildende Maßstäbe für den Schiffbau und Schiffsbetrieb.
Rev. 000.00 19.06.2010
Wer sich tiefer informieren möchte:
hier sind Themenlinks zu sitefremden Experten, Herstellern, wissenschaftlichen Instituten, "Zeugen" und Themensammlungen, die wir empfehlen unter dem Vorbehalt, dass wir nicht für deren Inhalte verantwortlich sind oder Verantwortung übernehmen. Änderungen dort sind immer zu erwarten zum aktuellen Stand der Wissenschaft oder aus sonstigen Gründen. Die Autoren vertreten ihre Meinungen, diese müssen sich nicht mit unserer Meinung decken, es geht uns um Informationen zur Sache, die uns wichtig erscheinen.
unter Hinweis auf unseren Disclaimer.
Links können sich jederzeit ändern. Bei aufgefundenen Dead-Links freuen wir uns über einen kurzen Hinweis an den Webmaster.
Werften in Deutschland Ulsteinverft Werften und Meerestechnik Werften weltweit
Germanischer Lloyd GL Lloyds of London Internationale Klassifikationsgesellschaften
