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QuerschnittsKurve

Last

Ship

Beschreibung

Zeichnet die Hydrostatik des Schiffes auf.

Beispiel für hydrostatische Kurven

Die hydrostatische Berechnung ist eine entscheidende Phase der Schiffsplanung, da sie Aufschluss über die grundlegenden Stabilitätsparameter des Rumpfes gibt.

Es handelt sich dabei um obligatorische Daten, die für die Zertifizierung des Schiffes durch Klassifikationsgesellschaften erforderlich sind. In Kombination mit den Informationen zu den Beladungsbedingungen liefern sie die grundlegendsten Informationen über die Stabilität des Schiffes.

Der Arbeitsbereich Ship stellt die Hydrostatik in drei Hauptgruppen dar. In allen ist die Δ(T)-Kurve (Verhältnis von Verdrängung zu Tiefgang) abgebildet. Obwohl letztendlich viele andere Hydrostatiken berücksichtigt werden können, lassen sie sich tatsächlich aus den bereits bereitgestellten ableiten, die unten dokumentiert sind.

Volumenbasierte Hydrostatik

In dieser Kategorie sind 3 Hydrostatiken (trotz Δ(T)) enthalten:

• Benetzte Fläche (WSA).
• Moment zum Trimmen des Schiffes um 1 cm (MCT).
• Längsposition des Auftriebszentrums (XCB).

Da die WSA die mit dem Wasser in Kontakt stehende Oberfläche angibt, steht sie in engem Zusammenhang mit der Schiffsdynamik, einschließlich des Schiffswiderstands und der Seetüchtigkeit. Darüber hinaus ist die WSA Teil des Renormierungsfaktors für viele der dimensionslosen Schiffskoeffizienten, wie beispielsweise den Widerstandskoeffizienten:

$${\displaystyle c_{\mathrm{d}}={\displaystyle \frac{F_{\mathrm{d}}}{{\displaystyle \frac{1}{2}}\rho u^{2}S}},}$$

mit ${\displaystyle F_{\mathrm{d}}}$ die Widerstandskraft, ${\displaystyle \rho }$ die Dichte des Wassers, ${\displaystyle u}$ die Schiffsgeschwindigkeit und ${\displaystyle S}$ der WSA-Wert.

Der MCT spielt eine wichtige Rolle bei der Planung der Beladungsbedingungen, da er Informationen über die Auswirkungen der Verlagerung einer beliebigen Last entlang des Schiffes liefert. Der tatsächliche MCT wird anhand des Querabstands zwischen Schwerpunkt und Metazentrum (GML) berechnet, wofür natürlich die Position des Schwerpunkts erforderlich ist. Da es jedoch in der Schiffsbaukunde üblich ist, wird der Abstand dieses Metazentrums zum Auftriebszentrum (BML) als ähnlich wie GML angesehen (${\displaystyle GML/BML\simeq 1}$). Bitte beachten Sie, dass dies nur für die Längsrichtung gilt (${\displaystyle GMT/BMT\ne 1}$).

Manchmal wird BML gegenüber MCT bevorzugt. Wenn der der Fall ist, muss lediglich

$${\displaystyle BML={\displaystyle \frac{100LMCT}{\mathrm{\Delta }}},}$$

mit ${\displaystyle L}$ der Länge in Metern und ${\displaystyle \mathrm{\Delta }}$ der Verdrängung angewendet werden.

Das XCB gibt offensichtlich den Trimmwinkel an, den das Schiff je nach Gewichtsverteilung voraussichtlich erreichen wird.

Stabilitätshydrostatik

Diese hydrostatischen Eigenschaften stehen eher im Zusammenhang mit der Querstabilität des Schiffes. Die folgenden hydrostatischen Eigenschaften werden von der Schiffswerkbank bereitgestellt:

• Schwimmfläche/Wasserflächenbereich (WP).
• Abstand zwischen Kiel und Auftriebszentrum (KB).
• Abstand zwischen Auftriebszentrum und Metazentrum (BMT)

Der schwimmende Bereich steht in engem Zusammenhang mit der sogenannten hydrostatischen Steifigkeit, also dem Widerstand, den das Schiff jeder Störung entgegensetzt.

Andererseits sind KB und BMT wichtige Parameter zur Bestimmung der Querstabilität des Schiffes bei kleinen Winkeln. Wenn der Schwerpunkt definiert ist (dies kann mit den Tools Gewicht, Tank und Beladungszustand erfolgen), lässt sich der wichtigste Stabilitätsparameter für kleine Winkel leicht berechnen.

$${\displaystyle GMT=KB+BMT-KG.}$$

Dieser Parameter muss tatsächlich einen Mindestwert aufweisen, der vom Schiffstyp und der Schiffsgröße abhängt und daher von den Klassifikationsgesellschaften abgefragt wird.

Koeffizienten

Es gibt einige Koeffizienten, die in der Regel in den ersten Phasen eines Schiffsentwurfs berücksichtigt werden, um die Qualität der Schiffsoberfläche, oder anders gesagt, ihr hydrodynamisches Verhalten zu bewerten.

• Blockkoeffizient (Cb).
• Schwimmender Koeffizient (Cf).
• Hauptrahmenkoeffizient (Cm).

Cb ist das Verhältnis zwischen dem Volumen des unter Wasser liegenden Teils des Schiffes und dem Volumen seines umschließenden Quadrats, d. h. des kleinsten Quadrats, in das das Schiff hineinpassen würde. Cm und Cf sind die entsprechenden 2D-Werte, wobei Cm das Verhältnis zwischen der Fläche des Hauptschiffsrahmens und seinem umschließenden Quadrat und Cf das Verhältnis zwischen der Wasserflächenfläche und ihrem umschließenden Quadrat ist.

Während große Cb-Werte unweigerlich zu ineffizienten Schiffen führen, müssen bei moderateren Cb-Werten die Informationen mit Cm und Cf kombiniert werden. Größere Cf-Werte deuten auf eine große Grundfläche auf der Wasseroberfläche hin, was in der Regel einen großen Schiffswiderstand aufgrund von Wellenbildung bedeutet. Im Gegensatz dazu bedeutet ein größerer Cm-Wert, dass sich das Volumen des Schiffsrumpfs auf den mittleren Teil konzentriert, sodass an Bug und Heck schlanke Formen zu erwarten sind, was in der Regel für hydrodynamische Zwecke vorteilhaft ist.

Anwendung

Um die Querschnittsflächenkurve zu berechnen, wähle eine „Schiffsinstanz“ aus (siehe SchiffErstellen) und rufe den Befehl Ship design → Hydrostatiken auf.

Das Aufgabenfenster wird angezeigt. Es muss der Trimmwinkel sowie der zu berücksichtigende Tiefgangbereich auswählt werden. Es können auch die Anzahl der zwischen dem minimalen und maximalen Tiefgang zu entnehmenden Abtastungen auswählt werden. Je größer die Anzahl der Abtastungen, desto länger dauert die Berechnung.

Drücke die Schaltfläche Akzeptieren, wenn bereit, damit das Modul „Ship“ mit der Berechnung beginnt. Während der Berechnung reagiert FreeCAD fast nicht mehr. Es zeichnet jedoch die Informationen in Echtzeit auf und zeigt einen Fortschrittsbalken des Prozesses an. Es kann zu einer anderen Plot-Registerkarte gewechselt werden oder die Berechnung durch Drücken der Schaltfläche Abbrechen gestoppt werden. Bitte habe etwas Geduld, da diese Aktionen erst nach Abschluss der nächsten Entwurfsberechnung ausgeführt werden.

Tutorien

• FreeCAD-Ship s60-Tutorial
• FreeCAD-Ship s60-Tutorial (II)

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