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Strömungs- und Wellenphänomene um ein Schiff

EIN Schiffswelle ist ein Golf die von einem Segel produziert wird Schiff. Wellenwiderstand tritt auf, wenn sich ein Körper in der Grenzfläche zwischen zwei Stoffen mit unterschiedlicher Dichte, wie Wasser und Luft, oder Wasserschichten mit unterschiedlicher Temperatur oder Salzgehalt bewegt. Ein sich bewegendes Schiff verursacht eine Druckstörung, die Wellen erzeugt. Diese werden durch das Gleichgewicht zwischen Druckkräften, Trägheitskräften und Schwerkraft bestimmt. Bei untergetauchten Körpern nimmt die Wellenerzeugungsleistung mit der Tiefe ab, bis sie vernachlässigbar wird, normalerweise in einer Tiefe der halben Länge, mit Ausnahme der zuvor erwähnten Grenzschichten.^[1]

Schiffswellen bestehen aus dem Bogen- und Zaun- oder Welle holen. Außerdem gibt es Sekundärwellensysteme hinter und neben dem Schiff. Es gibt auch andere Phänomene wie Hocken und Rücklauf.

Golfsysteme

sekundäre Schiffswellen

Um 1900 tat Lord Kelvin Erforschung des Wellenwiderstands von Schiffen. Er unterschied zwei Arten von Wellensystemen (Kelvin-Schiffswelle):

• Abweichende Wellen.
• Transversalwellen oder Transversalwellen.

Ursprung der Kelvin-Wellen hinter einem Schiff

Dieses System basiert auf einem beweglichen Druckpunkt. Die Wellen bewegen sich mit der Geschwindigkeit des Schiffes. Obwohl dies eine Vereinfachung darstellt, kann man sich in erster Näherung den Bug eines Schiffes als bewegtes Hochdruckfeld und das Heck als bewegtes Tiefdruckfeld vorstellen. Sowohl Bug als auch Heck erzeugen divergierende und transversale Wellen, dies ist ein Wellenberg am Bug und ein Wellental am Heck. Allerdings sind die divergierenden Wellen des Hecks deutlich weniger zu beobachten und die Querwellen hinter dem Heck sind nur als Zusammensetzung von Bug und Heck zu beobachten.

Der Wellenberg am Bug kann reduziert werden, indem ein Wellental mit a erzeugt wird Bauchiger Bogen. Die Auswirkung davon hängt jedoch unter anderem von der Geschwindigkeit ab und kann sich bei einer anderen Geschwindigkeit als der Auslegungsgeschwindigkeit sogar negativ auswirken.

Wellengeschwindigkeit

Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Bug- und Zugwelle (also der Primärwelle) hängt von der Schiffslänge und der Wassertiefe ab, siehe Lemma Rumpfgeschwindigkeit. Die Geschwindigkeit eines (normalen) Segelschiffes ist nie höher als die Rumpfgeschwindigkeit (auch Grenzgeschwindigkeit genannt), meist fährt man mit 90% der Rumpfgeschwindigkeit.

Wellenlänge

Die Wellenlänge der Primärwelle in tiefen und weitläufigen Gewässern lässt sich nach folgender Formel berechnen:

${displaystyle L_{w}={frac {2pi cdot v^{2}}{g}}}$

Darin ist v die Geschwindigkeit des Schiffes und l_w die Länge des Schiffes. Siehe auch den Eintrag Rumpfgeschwindigkeit für mehr Details.

Die Sekundärwellen erreichen ihren Maximalwert bei fr = 1. Für Werte von fr < 0,75 sind Sekundärwellen Tiefwasserwellen. In diesem Fall (mit c = v_so cos φ und φ= 35°) gilt:

${displaystyle c={frac {gT}{2pi }}ightarrow T=cos35^{o}v_{s}{frac {2pi }{g}}ungefähr 0,82v_{s}{frac {2pi }{g}}}$

und

${displaystyle L={frac {gT^{2}}{2pi }}}$

Wellenhöhe

gemessene Höhe der Sekundärwellen

Die Wellenhöhe der primären Schiffswelle lässt sich aus der Bernoullics Gesetz. Siehe das Lemma noch einmal Hocken. Die Höhe der Sekundärwellen am Ufer ist theoretisch schwer zu bestimmen, hängt aber von der Wassertiefe und dem Wetter ab Froude . Nummer aus. Basierend auf Messungen im Modell und in der Realität wurde die folgende Formel abgeleitet (dies ist eine Obergrenze) ^[2]:

${displaystyle {frac {H}{h}}=zeta {frac {s}{h}}^{-1/3}Fr^{4}}$

Darin ist:

huh = Wellenhöhe am Ufer

ha = Wassertiefe

ς = Fitfaktor

so = Entfernung von der Schiffslinie zum Ufer

fr = Froude . Nummer

Vor dem ς kann verwendet werden

1.00 Schlepper

0,35 leeres Binnenschiff

0,75 geladene Bargevaart

0.50 Schubkonvoi

0,80 andere Schiffe