Hydrostatik

2) die Hydrostatik:

Wie sagt Bert Brecht so zutreffend:
„Endlich liegen die Mühen der Berge hinter uns – und nun kommen die Mühen der Ebene“.
Wer nun denkt, das war’s … also, das hier ist ein Schiff, und an dieses greifen Kräfte von außen an; denen sollte es gewachsen sein.
Ein Teil der hydrostatischen Berechnung ist ja schon getan: wir haben durch unsere Massen-Berechnungen den Schwerpunkt und damit den
2a) Trimm des Rumpfes festgestellt.
Nun gilt es diesen noch für verschiedenste Zustände zu präzisieren:

 

 

- Verbrauch von Variablen (Diesel, Wasch- und Trinkwasser)
- Beladungs-Zustände (24 Passagiere plus ihr Gepäck plus die frischen Vorräte für sie – oder eben nur 16 Passagiere … oder auch gar keine, nur die Crew beim Anlegen an die Versorgungspier),
- in einer gewissen Voraussicht haben wir 7% der gesamten Masse als „Baureserve“ eingesetzt – hier mal 5 mm zuviel aufgetragen, dort mal die Versteifungen dichter gesetzt als nach Plan … auch das gehört von vornherein einkalkuliert.
Bild: Beladung
Die Kräfte, die wir hier berücksichtigen, liegen also alleine in der Beladung des Schiffes.

 

2b) Asymmetrische Belastungen:
Da wir hier noch nicht Wind und Wellen ausgesetzt sind, verstehen wir darunter Gewichtsverschiebungen auf nur eine Seite.
Beispielhaft: es gibt etwas Tolles zu sehen – alle Passagiere gehen so hoch wie möglich auf die Decks und natürlich alle auf eine Seite.

Das macht der „III“ nicht viel aus – aber bringt sich doch um etwa 1.3° aus ihrer Ruhelage.
Ähnliche Rechnungen haben wir angestellt für
- alle Personen achtern,
- alle Personen auf dem Vordeck,
- Übernahme von Personen und Gepäck auf nur einer Seite.
Die Krängung (d.h. wie weit sich das Schiff neigt) blieb in allen diesen Fällen unter 1.5° (also eher zu vernachlässigen).

2c) Stabilität:
Wird das (ruhende) Schiff nun von einer Seite her ungleichmäßig belastet (zB: eine plötzliche Böe trifft auf Bordwände oder Segel) , so verursacht dies zuerst mal eine Neigung des Rumpfes, und damit auch eine Verlagerung des Formschwerpunktes (wir erinnern: F = der Schwerpunkt des verdrängten Wassers) nach der abgewandten Seite hin.
Damit ensteht ein zunehmender Hebelarm zwischen F und M (dem Massenschwerpunkt, der sich ja nicht ändert!), und dieser Hebel richtet den Rumpf wieder auf (bzw widersteht von vorneherein bald der weiteren Neigung).
Bild: Masse- und Formen Schwerpunkt
Stabilitätskurven werden nun nach „Kraftarmen“ (Kraft mal Hebel, y-Achse) für die verschiedensten Winkel der Krängung (x-Achse) berechnet (und natürlich auch für verschiedene Beladungszustände, die ja anderes „M“ oder „F“ liefern).
Dort, wo ihr Maximum liegt, ist die Fähigkeit zur Wieder-Aufrichtung des Schiffes am stärksten.
Gleichermaßen kann man (als Beispiel) den Wind-Druck auf die komplette Besegelung (oder auch nur den Seiten-Plan des Schiffes über Wasser) als Gegenkraft einzeichnen – dort wo sich die beiden Kurven schneiden, sind die Kräfte im Gleichgewicht (dh, mit der entsprechenden stetigen Kraft des Windes wird sich das Schiff unter Segeln um so-und-so viel Grad legen, wie man unten –x-Achse- ablesen kann).

 

Jetzt keine Bange : bevor noch ein Krängungs-Winkel von etwa 7° überschritten wird, kommt die Besegelung runter – .
„range of stability“ meint also, wie weit sich ein Schiff auf die Seite legen kann, und dann trotzdem wieder in die aufrechte Position zurückkehrt.
Die Stabilitätskurve unserer „Douw Talae III“ zeigt vergleichbare Werte
… und zwar mit dem bekannten Segelschulschiff „Gorch Fock“ der Deutschen Marine.
Also wenn das nicht sicher ist… aber so hart am Wind werden wir kaum kommen.
Jedoch, lassen wir uns nicht täuschen: auf einem Segelschulschiff herrscht Disziplin, unter anderem auch, was den „Verschluß-Zustand“ angeht.
Damit sind Bullaugen, dicht schließende Fenster, und Luken zu den Niedergängen (das sind die Treppen nach den unteren Decks) gemeint: die müssen bei schwerem Seegang dicht sein.

 

 

 

Wie sieht dies also aus, mit der


2d) Sicherheit gegen Wasser-Einbruch:

Wir setzen jetzt mal voraus, dass mit Aufkommen eines seitlichen Veränderung im Bereich der Wasserlinie (Wellenschlag oder Krängung) auch nur „halbwegs“ in der Nähe einer Überspülung der Bullaugen diese (kontrolliert!) geschlossen werden – und dass eben das selbe mit den druckfesten Schiebefenstern des Cabin-Decks passiert.
Alle „Niedergänge“ (Treppen vom Oberdeck nach unten) oder „Lüfter“ sind sehr mittig angeordnet : hier kommt also bis auf weite Schräglagen kein Wasser-Einbruch.

Für diese Voraussetzungen gilt:
Die „Douw Talae III“ ist bis zu 32° Krängung
(ohne weitere Lecks!) sicher.
(weiter unten werden wir diesen Wert wieder finden,
und zwar unter 3.4 als „Worst Case Scenario“).

2e) Wie sieht es nun aus, wenn die „III“ ein Leck bekommt,
welches ihren Rumpf überschwemmt?

Dazu ist sie – über ihre Länge – in mehrere wasserdichte Abteilungen abgeschottet.
Der maximale Verlust (in der größten Abteilung mittschiffs) an Auftrieb beträgt 91.8 t : damit liegt sie etwa 43 cm tiefer.
Werden andere Abteilungen achtern oder vorne geflutet,
ist die Zunahme an Tiefgang nicht so dramatisch,
jedoch bekommt sie einen deutlichen Trimm nach Bug oder Achtersteven.

Zum Schiff in Bewegung, weiter zur Hydrodynamik…