Quelltext der Seite Einfluss von Schiffslänge und Kielfreiheit auf Squat und Trimm sehr großer Containerschiffe

[[en:Influence of Ship Length and UKC on the Squat and Trim of very large Containerships]]

Autor: [mailto:klemens.uliczka@baw.de K. Uliczka]

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===Randbedingungen===

Die Untersuchungen zum Einfluß der Schiffslänge auf das fahrdynamische Verhalten sehr großer POST-PANMAX-Containerschiffe (PPM) wurden im Flachwasserbecken der BAW-DH (Länge ca. 100m, Breite ca. 35 m, max. [[Wassertiefe]] 0,7 m) in einem Modellmaßstab von 1 : 50 vorgenommen. Der Einbau von zwei zusätzlichen Mittschiffssektionen in ein vorhandenes PPM-Containerschiffs-[[Modell]] (Länge 350 m), d.h. Strecken des Hauptspantquerschnitts bei gleichbleibendem schlanken Vor- und Achterschiff, ermöglichte die Simulation sehr großer und langer PPM-Containerschiffe mit Längen von 400 m und 450 m bei gleichbleibender Breite von 50 m und einem [[Tiefgang]] von 17 m. Die Tiefen-FROUDE-Zahlen lagen bei 0,28 < Fr<sub>h</sub> < 0,67. Die REYNOLDS-Zahlen ergaben sich zu 3,8 · 10<sup>6</sup> < Re < 9,9 · 10<sup>6</sup> (Faktor 10 > Re<sub>KRIT,erf</sub>).

'''Durch Einhaltung der geometrischen und dynamischen Ähnlichkeitsbedingungen war die Prognosefähigkeit der Untersuchungen sichergestellt.'''

Die entsprechenden Blockkoeffizienten von cB = 0,677 - 0,837 - 0,961 täuschen bei den verlängerten Schiffen einen (rechnerisch hohen) Völligkeitsgrad vor, der allerdings den tatsächlichen hohen Schlankheitsgrad der Modellschiffe (SG = 6,0 - 6,1 - 6,3) nicht wiedergibt.

[[Squat]] und [[Trimm]] wurden im Messquerschnitt mit dem punktuell messenden, laser-geometrischen Verfahren nach ERYUZLU et al. (1994) erfasst. In Abhängigkeit der Schiffsgeschwindigkeit wurde bei einer Abtastrate von 2000 Hz eine Genauigkeit der Prognosewerte an Bug und Heck von DS < 1 mm ([[Modell]]) errreicht.


===Ergebnisse===
[[Bild: Squat_laenge_b1.jpg|thumb|Bild 1: Einfluß der Schiffslänge auf Squat und Trimm sehr großer PPM-Containerschiffe]]
[[Bild: Squat_laenge_b2.jpg|thumb|Bild 2: Einfluß der Kielfreiheit auf Squat und Trimm sehr großer PPM-Containerschiffe (hier Länge 400 m)]]
[[Bild: Squat_laenge_b3.jpg|thumb|Bild 3: Einfluß des Abstands des Gewichtsschwerpunkts zum Kiel (KG) auf Squat und Trimm sehr großer PPM-Containerschiffe (hier Länge 350 m)]]
[[Bild: Squat_laenge_b4.jpg|thumb|Bild 4: Vergleich ausgewählter Berechnungsergebnisse für ein sehr großes PPM-Containerschiff (hier Länge 400 m) mit Ergebnissen aus den Modellversuchen der BAW]]

Der '''Einfluß der Schiffslänge''' läßt sich aus Grafik 1 ableiten:

* Tendenziell ist eine Abnahme des [[Squat]] für längere Schiffseinheiten zu erwarten, was besonders beim Vergleich des PPM350 mit dem PPM450 bei höheren Schiffsgeschwindigkeiten deutlich wird (Differenz DS ca. 0,3 m bei einer Schiffsgeschwindigkeit von v<sub>S</sub> = 17 Kn).
* Ab einer Schiffsgeschwindigkeit von etwa v<sub>S</sub> = 15 Kn (Fr<sub>h</sub> ca. 0,6) ist bei allen Schiffseinheiten ein überproportionaler Anstieg der Squatwerte zu verzeichnen.
* Die PPM-Containerschiffe zeigen mit zunehmender Schiffslänge eine geringere geschwindigkeitsabhängige vorliche Vertrimmung. 

Den '''Einfluß der Kielfreiheit''' (UKC<sub>R</sub> = Under-[[Keel-Clearance]] bei Ruhe) zeigt Grafik 2:

* Bei gleichbleibender Verdrängung (t = konstant) zeigt sich der Einfluß im wesentlichen beim Hecksquat: Gleiche Schiffsgeschwindigkleit + größere Kielfreiheit = geringerer [[Squat]].
* Bei den untersuchten Kielfreiheiten von UKC<sub>R</sub> = 1,0 - 1,5 - 2,0 m (h/t = 1,06 - 1,09 - 1,12) verändert sich der Lage des Schiffs erst bei höheren Geschwindigkeiten stetig zu einem vorlichen [[Trimm]]. Selbst bei - in Ruhelage vorgegebener - achterlicher Vertrimmung stellt sich bei höheren Schiffsgeschwindigkeiten (etwa FR<sub>h</sub> > 0,6; UKC<sub>R</sub>= 2,0 m) eine vorliche Vertimmung ein. 

Der '''Abstand des Gewichtsschwerpunktes über Kiel (KG)''' beeinflusst das Verhalten des Schiffs nur gering (Grafik 3):

* Eine Abhängigkeit des [[Squat]] von KG (DKG bis ca. 3 m) konnte anhand der Versuche mit dm PPM350 nur in sehr geringem Maß festgestellt werden.
* Bei einer Vergößerung der Höhe des Gewichtsschwerpunktes über Kiel wird das Schiff "weicher" im Verhalten bei [[Seegang]]. Bei ruhigem [[Wasserspiegel]] ist ein eindeutiger Einfluß der Länge KG auf den Trimmwinkel nicht gegeben. 

Eine '''[[Prognose]] des [[Squat]]- und [[Trimm]]-Verhaltens großer PPM-Containerschiffe''' auf Basis analytischer und empirischer "klassischer" Ansätze ist nicht möglich, wie ein vergleich zwischen Rechnungen und Messungen im hydraulischen [[Modell]] veranschaulicht (z.B.: [[Squat]] in Grafik 4):

* Die hohen Differenzen für den [[Squat]] sehr großer PPM-Containerschiffe zwischen den in der WSV verwendeten Squatformeln (ICORELS bzw. BARRASS) gegenüber den Ergebnissen aus dem hydraulischen [[Modell]] zeigt die Notwendigleit derartiger Modelluntersuchungen für küstenspezifische Fragestellungen.
* Analytische Ansätze, die auf Basis von [[Naturmessungen]] für die Unterelbe approximiert wurden (Grafik 4 z.B.: TUCK nach SCHMIECHEN, 1997) sowie der Ansatz von TUCK (1967) zeigen nur bei bestimmten Randbedingungen annähernde Übereinstimmungen mit den vorgestellten Modellergebnissen.
* Eine geschwindigkeitsabhängige Umkehr des [[Trimm]] (z.B.: achterlich zu vorlich) ist in den rechnerischen Ansätzen nicht implementiert.

Derzeit gilt die Methode des hydraulischen Modellversuchs als Stand von Technik und Wissenschaft, wobei mittelfristig (voraussichtlich in ca. 3 bis 5 Jahren) mit einer ersten Bearbeitung dieser Fragestellung bei öffentlich rechtliche Verfahren mittels der numerischen Methode zu rechnen ist.


===Empfehlungen===

Zur Ermittlung zukünftiger Fahrrinnentiefen in seitlich unbegrenztem Flachwasser wird folgende Vorgehensweise empfohlen:

# Verwendung der approximierten TUCK-Formel (SCHMIECHEN,1997) zur Abschätzung des Squats bei der '''Vorbemessung''' der Fahrrinnentiefe.
# Vorgehen bei der '''Bemessung''' von Fahrrinnentiefen:
* Exakte Ermittlung der maximalen Squatwerte anhand von Modellversuchen (vorerst noch hydraulisches [[Modell]])
* Ansatz eines Teilsicherheitsbeiwertes erst nach Kenntnis des exakten maximalen Squatwertes
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