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Schiffsdynamik

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Bild 1: Wasserbaulicher Versuch zu schifferszeugter Belastung mit einem Großcontainerschiff in der Fahrrinne

Der Fachbegriff "Dynamisches Fahrverhalten" wird im folgenden reduziert auf die vertikalen Bewegungen des Schiffs (Squat und Trimm) in Wechselwirkung mit der Schiffsgröße, der Schiffsgeschwindigkeit und den Sohlstrukturen.

Als Squat ist die Absenkung des fahrenden Schiffs mit dem Primär-Wellen-System, das es selbst bei Fahrt erzeugt, definiert. Trimm ist die Verdrehung des Schiffs um die Querachse und wird beeinflusst u.a. von bestimmten Schiffsparametern und der Schiffsgeschwindigkeit. Die Untersuchungen haben das Ziel, der Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung (WSV) für kommende Ausbauplanungen die geschwindigkeits-, wasserstands- und tiefgangsabhängigen Parameter Squat und Trimm zur Festlegung der Fahrrinnentiefen zur Verfügung zu stellen. Die Modelluntersuchungen sind in drei Teilprojekte unterteilt:

  1. Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt über eine feste, ebene Sohle in seitlich unbegrenztem Flachwasser
  2. Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt über eine feste Sohle mit Transportkörpern in seitlich unbegrenztem Flachwasser
  3. Systematische Untersuchungen zur Erfassung von Squat und Trimm sowie schiffserzeugter Druck- und Wellensysteme bei Fahrt im Revier mit seitlich begrenzter Fahrrinne im Flachwasser.

Ausgewählte Ergebnisse der umfangreichen Versuchsserien werden unter den obigen Ziffern vorgestellt. Einen Eindruck der Versuchseinrichtung und der Größenordnung der Modellschiffe vermittelt Bild 1.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zu 1. und 2. wurden im März 2001 (Uliczka/Flügge, 2001) sowie im September und Dezember 2001 (Flügge/Uliczka, 2001) veröffentlicht. Zu Ziffer 3 erfolgten Veröffentlichungen im Januar 2004 (Uliczka/Kondziella/Flügge, 2004) sowie in 2006 (Uliczka/Kondziella, 2006).

Die Fachaufgabe Wechselwirkung Seeschiff/Seeschifffahrtsstraße (WSS) erforderte auf Grund der Größenentwicklung der Seeschiffe und der daraus notwendigen Befahrbarkeits-analyse der Tideästuare u.a. fortlaufende Forschungsanstrengungen auf dem Gebiete der Schiffsdynamik bei Revierfahrt mit Blick auf die physikalischen Grundlagen für das „Werkzeug“ Schiffsführungssimulation. Somit wurde dieses Forschungsgebiet neben der „vertikalen“ Schiffsdynamik mit Squat, Trimm (s.o.) durch die Teilprojekte Wechselwirkung Schiff/Ufer (BERNOULLI-Effekt oder „Bank-Effekt“) sowie Schiff/Schiff ergänzt. In den Teilprojekten werden neben den bisher schon erforderlichen Kenngrößen der schiffserzeugten Wasserspiegelauslenkung und Strömung sowie des geschwindigkeitsabhängigen Squat und Trimm zusätzlich die seitlich auf das Schiff wirkenden geschwindigkeitsabhängigen Kräfte und Momente erfasst.

  • Im Teilprojekt „Bank-Effekt“ (Systematische Untersuchungen zur Erfassung von geschwindigkeitsabhängigen Querkräften und Giermomenten infolge des Bank-Effekts bei Revierfahrt) wurden die Wechselwirkung von Seeschiffen mit verschiedenen Uferböschungen durch die Erfassung der abstands- und neigungsabhängigen Querkräfte und Giermomente im physikalischen Modellversuch ermittelt.
  • Das derzeit laufende Teilprojekt „Schiff-Schiff-Interaktion“ erarbeitet die geschwindigkeitsabhängigen Querkräfte und Giermomente sowie den dynamischen Squat und Trimm bei den Begegnungen außergewöhnlich großer Containerschiffe in Abhängig-keit des Kursabstands, des Tiefgangs sowie des Wasserstands. Hierbei werden sowohl physikalische Modellversuche (EFD) als auch hydrodynamisch-numerische Berechnungen (CFD) vorgenommen.
  • Die jeweils parallel mit zu erfassenden schiffserzeugten Wasserspiegelauslenkungen (Schiffswellen) und Strömungen ermöglichen eine ganzheitliche Betrachtung der physikalischen Prozesse bei der Revierfahrt.

In den Teilprojekten wurde und wird im Wesentlichen die Methode des hydraulischen Maß-stabsversuchs nach Stand von Technik und Wissenschaft eingesetzt, um zum einen fahrdy-namische Daten für die großen Fahrzeuge zu ermitteln, zum anderen Basisdaten für die Schiffsführungssimulation sowie Validierungsdaten für die Weiterentwicklung hydrodyna-misch-numerischer Verfahren bereitzustellen.



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