Einführung in die Entwurfsmethoden Datenbank E4

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Einführung in die Entwurfsmethoden
Datenbank E4
Nicolas Rox ,
Technische Universität Hamburg-Harburg;
Institut für Entwerfen von Schiffen und Schiffssicherheit
Stand: Hamburg, 28.01.2014
Zum Inhalt dieses Dokuments
Inhaltsverzeichnis
Einführung in die Entwurfsmethoden Datenbank E4 ................................................................ 1
1
Zum Inhalt dieses Dokuments ............................................................................................ 5
2
Was ist E4........................................................................................................................... 6
3
E4 an der TUHH ................................................................................................................ 7
4
5
6
7
3.1
Rechnerzugang ............................................................................................................ 7
3.2
Zum Betriebssystem .................................................................................................... 7
3.3
Datenhandling .............................................................................................................. 7
3.4
Drucken ....................................................................................................................... 7
3.5
Netzwerkzugang mit Fremdrechnern .......................................................................... 8
3.6
Datensicherung ............................................................................................................ 8
Die Bedienung von E4 ....................................................................................................... 9
4.1
Das Bi-Menu................................................................................................................ 9
4.2
Das Konzept von Daten und Methoden ..................................................................... 10
4.3
Übersicht über die Funktionstasten ........................................................................... 10
4.4
Pop-Up-Menus........................................................................................................... 11
4.5
Methoden-Abbruch .................................................................................................... 11
4.6
Gnuplot Graphen ....................................................................................................... 11
4.7
3D Darstellungen ....................................................................................................... 11
4.8
Tabellen ..................................................................................................................... 12
4.9
E4 Taschenrechner .................................................................................................... 12
Projektmanagement .......................................................................................................... 14
5.1
Auswahl eines Schiffsdatensatzes ............................................................................. 14
5.2
Inhalt eines Schiffsdatensatzes .................................................................................. 14
5.3
Erstellen eines neuen Schiffsdatensatzes ................................................................... 15
5.4
Löschen eines Schiffsdatensatzes .............................................................................. 16
5.5
Kopieren eines Schiffdatensatzes .............................................................................. 16
Hauptdaten ....................................................................................................................... 17
6.1
Hauptabmessungen eingeben .................................................................................... 17
6.2
Vergleich mit HSVA-Empfehlungen ........................................................................ 17
6.3
Spantarealkurve plotten ............................................................................................. 17
Rumpfformbeschreibung und Überprüfung ..................................................................... 19
7.1
Hullform Grid Definition........................................................................................... 19
7.1.1
Namenskonvention der Hulldomains ................................................................. 19
7.1.2
Hulldomain bearbeiten ....................................................................................... 19
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7.1.3
Hulldomain speichern ........................................................................................ 20
7.1.4
Hulldomain kopieren .......................................................................................... 20
7.2
Straken der Rumpfform ............................................................................................. 21
7.3
Verzerren der Schiffslinien ........................................................................................ 22
7.4
Zusammenstellung des Verdrängungskörpers ........................................................... 23
7.5
Hydrostatische Genauigkeit und Abschneiden der Geometrie .................................. 23
7.6
Überprüfen der Verdrängung..................................................................................... 24
7.7
Seiten- und Frontansicht ............................................................................................ 24
7.8
Linienriss ................................................................................................................... 25
7.9
3D-Plot der Rumpfteile ............................................................................................. 25
7.10
8
Export der Rumpfform nach AutoCAD (*.DXF) .................................................. 25
Raumbeschreibung ........................................................................................................... 26
8.1
Definition der Spanttabelle ........................................................................................ 26
8.2
Definition der Räume ................................................................................................ 26
8.3
Räume editieren ......................................................................................................... 26
8.3.1
Nicht-Default Gruppen ....................................................................................... 27
8.3.2
Default Gruppe ................................................................................................... 27
Faces .......................................................................................................................... 27
8.5
Spaces ........................................................................................................................ 27
8.6
Compartments ............................................................................................................ 28
8.7
Allgemeine Hinweise zur Raumbeschreibung .......................................................... 29
9
8.4
Gewichte und Ladefälle ................................................................................................... 30
Leerschiffgewicht ...................................................................................................... 30
9.2
Ladefälle .................................................................................................................... 31
10
9.1
9.2.1
Feste Gewichte ................................................................................................... 31
9.2.2
Flüssige Gewichte .............................................................................................. 31
9.2.3
Ladefall überprüfen ............................................................................................ 32
Intaktstabilität ................................................................................................................... 33
Auswahl der Berechnungsmethode und der Kriterien ........................................... 33
10.2
Berechnung der GMrequired-Kurve ...................................................................... 33
10.3
Wetterkriterium ...................................................................................................... 34
11
10.1
Leckstabilität .................................................................................................................... 36
11.1
Voraussetzungen für die Leckrechnung................................................................. 36
11.1.1
Räume definieren ............................................................................................... 36
11.1.2
Öffnungen definieren ......................................................................................... 37
11.2
Besonderheiten der einzelnen Schiffstypen ........................................................... 37
11.2.1
Nicolas Rox
Frachtschiffe ....................................................................................................... 37
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11.2.2
RoPaxe ............................................................................................................... 38
11.2.3
Paxe .................................................................................................................... 38
11.3
Ermittlung von Beschädigungsszenarien ............................................................... 38
11.3.1
Generelle Parameter ........................................................................................... 39
11.3.2
Leckfallgruppen ................................................................................................. 39
11.3.3
Leckfälle generieren ........................................................................................... 40
Bewertung der Leckfälle ........................................................................................ 41
11.5
Bestimmung der GMreq-Kurve ............................................................................. 42
12
11.4
Widerstand und Propulsion .............................................................................................. 43
12.1
12.1.1
Standardserien .................................................................................................... 43
12.1.2
Vergleichsschiffe ................................................................................................ 43
12.1.3
Editieren/Anzeigen von Widerstandskurven ...................................................... 44
12.2
13
Widerstandskurve .................................................................................................. 43
Propulsion .............................................................................................................. 44
12.2.1
Hull Efficiency Elements ................................................................................... 45
12.2.2
Propulsor (Propeller) .......................................................................................... 45
12.2.3
Speed and Power ................................................................................................ 46
CFD mit Kelvin ................................................................................................................ 47
Gittererzeugung...................................................................................................... 47
13.2
Rechnen.................................................................................................................. 49
13.3
Ergebnisse angucken .............................................................................................. 49
14
13.1
Seegangsrechnung mit E4 ................................................................................................ 50
Linear Strip Theory Methods ................................................................................. 50
14.2
Time Domain Simulations ..................................................................................... 51
15
14.1
Literaturverzeichnis .......................................................................................................... 52
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1
In den folgenden Kapiteln sollen einige Hinweise und Tipps zur Arbeit mit der
Entwurfsmethoden Datenbank E4 gegeben werden. Das Dokument soll und kann die in E4
vorhandene Dokumentation nicht ersetzen. Es ist lediglich als eine kurze Einführung in die
gängigsten Methoden zu sehen. Es sollen die Berechnungsmöglichkeiten von E4 gezeigt und
erläutert werden wie z.B. bei einem Schiffsentwurf am Günstigsten vorgegangen werden
kann.
Nach einigen grundsätzlichen Worten zur Verwendung von E4 wird auf die Bedienung von
E4 eingegangen. Dies geschieht zunächst allgemein für alle Methoden. Anschließend werden
spezielle Aspekte eines Entwurfs an Hand bestimmter Entwurfsmethoden angesprochen. Die
Reihenfolge in der die Methoden vorgestellt werden, orientiert sich hierbei an einem
sinnvollen Vorgehen in einem neuen Entwurf bzw. Schiffsprojekt.
Das vorliegende Dokument erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Vorschläge zur
Verbesserung oder Kritik sind insofern erwünscht und herzlich willkommen!
Das Skript wird regelmäßig an den aktuellen Entwicklungsstand von E4 angepasst, kann aber
aufgrund des hohen Entwicklungstempos auch einmal veraltete Infos enthalten.
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Was ist E4
2
Was ist E4
E4 ist ein integriertes Entwurfssystem mit dem nahezu sämtliche, wichtigen Bereiche eines
Schiffsentwurfs erfasst werden. E4 ist kein geschlossenes Programm sondern eine offene
„Methoden-Datenbank“ an der fortlaufend weiter entwickelt wird. Alle „Methoden“ greifen
hierbei auf einen gemeinsamen Satz von Schiffsdaten zu, daher „Datenbank“. Aktuell in
Verwendung befindliche Datensätze sind gesperrt, so dass mehrere Benutzer gleichzeitig am
selben Schiff arbeiten können.
In seinen grundsätzlichen Funktionalitäten unterscheidet sich E4 nicht von anderen
Schiffsentwurfssystemen wie NAPA oder FORAN. Allerdings ist E4 ein nichtkommerzielles, gewachsenes System, dass über die Jahre hinweg von vielen Ingenieuren
entwickelt wurde. Dies hat z.B. Einfluss auf die Bedienung und das Aussehen, die im ersten
Moment gewöhnungsbedürftig sind. Im Allgemeinen lässt sich die Bedienung aber sehr
schnell erlernen.
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E4 an der TUHH
3
E4 an der TUHH
An der Technischen Universität Hamburg-Harburg wird E4 derzeit ausschließlich an Rechner
des Instituts für Entwerfen von Schiffen und Schiffssicherheit zur Verfügung gestellt.
3.1
Rechnerzugang
Einen Zugang zu einem der Rechner mit installiertem E4 (Kennung und Passwort) bekommt
man auf Anfrage bei Herrn Dr. Wilfried Abels (w.abels@tuhh.de). Rechnerzugänge des
Rechenzentrums der TUHH oder einem anderen Schiffbauinstitut funktionieren hier nicht, da
die Nutzung von E4 nur im Institutsnetzwerk vorgesehen ist. Um Änderungen an
Schiffsdatensätzen besser nachverfolgen zu können und eine ungewollte Änderung von Daten
zu verhindern, sollte jeder Anwender ausschließlich sein eigenes Login verwenden
3.2
Zum Betriebssystem
E4 wird auf Linux-PCs im Institutsnetzwerk zur Verfügung gestellt. Die installierte SUSE
Version wird ähnlich wie ein Windows-PC bedient. Ausführliche Hinweise zur Bedienung
von Linux, insbesondere der Konsolenbefehle können z.B. im Internet gefunden werden.
Einige kurze Hinweise sollen hier aber dennoch gegeben werden:
•
•
•
E4 wird aus einer Konsole heraus mit dem Befehl „e4“ gestartet.
Das eigene Home-Verzeichnis erreicht man immer mit „cd ~“ („cd“ für change
directory).
Die Schiffsdaten befinden sich im Verzeichnis „e4_ships“ das sich eine
Verzeichnisebene über dem Home-Verzeichnis befindet („cd..“ wechselt in das
übergeordnete Verzeichnis). Zu seinen Schiffsdaten kommt man also z.B. mit „cd
~/../e4_ships/Schiffsname“.
Auf den PCs sind außerdem u.a. Programme wie OpenOffice, der Acrobat Reader oder der
Firefox Browser für die Internetnutzung installiert.
3.3
Datenhandling
Von außerhalb des Pools besteht keine Möglichkeit sich in das Institutsnetzwerk einzuloggen.
Deshalb müssen benötigte Daten mit Hilfe eines USB-Sticks kopiert werden. Sonst können
Daten mittels dem Konsolenbefehl „zip <Archivname>.zip <datei1> <datei2> ...“ auch
einfach gepackt werden, z.B. um sie anschließend per Mail zu verschicken.
3.4
Drucken
Den Studenten stehen für die Bearbeitung ihrer Arbeit die Drucker des Instituts zur
Verfügung. Dabei handelt es sich um einen schwarz-weiß-Drucker (HP-LJ_5000_SW), der
im E4 Pool steht, einen Farbdrucker im Kopiererraum (Bunt1) und den Plotter für große
technische Zeichnungen.
Es sollte selbstverständlich sein, dass nur ausgedruckt wird was wirklich nötig ist! Im Übrigen
ist ein Ausdruck ohne konkret, dokumentierten Bezug zum Inhalt (welche Schiffsversion/
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E4 an der TUHH
Ausdruckdatum etc.) unnötig und wird in der Regel spätestens nach vier Wochen zu
Schmierpapier verarbeitet, da nicht mehr nachvollziehbar ist was der Inhalt aussagen soll.
Nach Möglichkeit ist der Schwarz-Weiß-Drucker zu verwenden.
E4 bietet die Möglichkeit Inhalte von Eingabemasken oder Rechenergebniss in eine Textdatei
zu drucken. Dazu muss im Druckmenu unter „Edit printer configurations“ der Drucker
„Export „Out*.txt“ “ gewählt werden. Weiter mit =>„Print“ erzeugt eine Datei Out*.txt im
Schiffsverzeichnis mit dem entsprechenden Inhalt.
3.5
Netzwerkzugang mit Fremdrechnern
Wie überall auf dem TU Campus ist auch am Institut der Zugang zum Uni-Netzwerk der
TUHH per W-LAN möglich. Ein direkter Zugang zum Institutsnetzwerk für Fremdrechner ist
leider nicht möglich.
3.6
Datensicherung
Die persönlichen Daten in den Nutzerverzeichnissen sowie das E4 Schiffsverzeichnis werden
jede Nacht gesichert. Der Stand des jeweiligen Vortages kann jederzeit problemlos wieder
hergestellt werden. Zudem ist notfalls auch der Datenstand eines jeden Tages der letzten
Woche, jeder Woche des letzten Monats, sowie jedes Monats des letzten Jahres wieder
herstellbar. Es ist also nicht nötig in massivem Ausmaß eigene Sicherheitskopien anzulegen,
deren Stand nach einiger Zeit sowieso nicht mehr rekonstruierbar ist. Wer einen älteren Stand
seiner Schiffsdaten benötigt, kann sich zwecks Wiederherstellung an seinen Betreuer oder
Herrn Dr. Abels wenden.
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Die Bedienung von E4
4
In diesem Kapitel sollen einige grundsätzliche Aspekte zur Bedienung von E4 erläutert
werden.
4.1
Das Bi-Menu
Nach dem Start von E4 findet man sich im so genannten Bi-Menu (Abbildung 1) wieder, in
dem das zu bearbeitende Schiff ausgewählt wird und die einzelnen Methoden in E4 gestartet
werden. In dem Menu kann man sich mit den Pfeiltasten oder den Funktionstasten F1
(zurück) bzw. F8 (vorwärts, Bestätigung, Methodenstart) bewegen. Mit der Taste F2 kommt
man i.d.R. zur obersten Ebene von E4 zurück. Mit der Taste F3 (im Menu) wird das
Programm beendet. Beim Start steht man im Bi-Menu immer an der Stelle an der das
Programm zuletzt verlassen wurde.
Die Größe des BiMenu Fensters kann jederzeit mit der Maus verändert werden. Den Inhalt
passt man anschließend durch einen Klick auf den grünen Knopf (unten rechts) an die neue
Fenstergröße an. Dies ist z.B. in der Ladefallmethode (Kapitel 9.2) oder der
Leckstabilitätsmethode (Kapitel 11) sehr nützlich.
Was sich hinter einem Eintrag im Bi-Menu verbirgt, wird durch den Buchstaben in der ersten
Spalte des Menus deutlich gemacht. Hierbei ist „(B)“ ein weiteres Menu, „(I)“ ein
Hilfedokument und „(P)“ eine Methode. Die meisten Methoden wiederum haben eine
Dokumentation, was durch ein „(D)“ hinter dem Methodennamen deutlich gemacht wird.
Diese Dokumentation öffnet man durch die Tastenkombination: Esc-4, d.h. „Esc“ und „4“
nacheinander gedrückt.
Abbildung 1 - Das BiMenu von E4
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4.2
Das Konzept von Daten und Methoden
E4 ist wie schon beschrieben eine Sammlung von Methoden zur Bearbeitung von
Schiffsdatensätzen. Beim Start einer Methode werden die benötigten Daten des Schiffes
geladen und ggf. auch für andere Benutzer gesperrt. Diese Daten werden dann mit der
Methode bearbeitet und erst beim Verlassen der Methode wieder in die Datenbank
zurückgeschrieben. Es gibt einige Methoden, bei denen beim Verlassen explizit gefragt wird,
ob die Daten gespeichert werden sollen. Wenn nicht gefragt wird, dann werden die Daten auf
jeden Fall geschrieben. Mehr zum Thema Datenhandling findet sich in Kapitel 5.2.
4.3
Übersicht über die Funktionstasten
E4 kann im Wesentlichen durch die Funktionstasten F1 – F8, den Kombinationen Esc-1 –
Esc-8 sowie einigen weiteren, immer wiederkehrende Tastatureingaben gesteuert werden.
Diese heutzutage etwas ungewöhnliche Bedienung stammt noch aus den Anfangszeiten der
E4 Entwicklung. Einmal erlernt ist sie aber schnell und sehr effizient. Die Maus kann
jederzeit alternativ oder parallel verwendet werden. Das Drehen und Zoomen von Ansichten
in Graphikfenstern ist beispielsweise mit der Maus deutlich einfacher zu bewerkstelligen.
Die Belegung der Funktionstasten ist in allen Methoden in etwa gleich. Sie lauten wie folgt:
Tasten
F1
F2
F3
F4
F4 - F7
F7
Bedeutung
Zurück
Beenden
Rückgängig / Ende (im Bi-Menu)
Maske durchsuchen / E4 Taschenrechner
öffnet ein Pop-Up-Menu, das weiter Funktionalitäten bereitstellt
Übernehmen / weiterbearbeiten
F8
Weiter / Ok
Esc-1
Kurzhilfe
Esc-2
Ausführlichere Hilfe
Esc-3
Drucken der momentanen Ansicht im E4-Fenster
Esc-4
Methoden Dokumentation im BiMenu öffnen
Esc-7
Zeile löschen (in editierbarer Tabelle)
Esc-8
Zeile einfügen (in editierbarer Tabelle)
Esc-9
Wechsel in den 3D Edit Modus (Graphisches Ansichtsfenster)
F4-F1
Spalten im BiMenu aus- bzw. einblenden
Tabelle 1-Steuerungstasten von E4
Welche Taste oder Tastenkombination welche Bedeutung hat, kann auch im Tasten-Menu
unter dem Menu im Hauptfenster gesehen werden. Dort können die Funktionen auch durch
Anklicken mit der Maus aufgerufen werden.
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4.4
Pop-Up-Menus
In sehr vielen Methoden gibt es Pop-Up-Menus. Sie werden entweder mit der
Tastenkombination F4 und dann F7 oder mit der rechten Maustaste im E4-Fenster geöffnet.
Ein Pop-Up-Menu verlassen, ohne etwas auszuwählen kann man mit der linken Pfeiltaste oder
mit F1, was in E4 in der Regel das gleiche ist. Sobald ein Pop-Up-Menu verfügbar ist,
erscheint die Pop-Up-Schaltfläche schwarz unterlegt im unteren Teil des E4-Hauptfensters.
4.5
Methoden-Abbruch
Sollte man in einer Methode feststellen, dass man einen Fehler begangen hat, z.B. etwas
gelöscht hat, was man nicht löschen wollte (Wichtig: jetzt nicht die Methode mit F1 oder
F2 verlassen!), dann gibt es die Möglichkeit mit der Tastenkombination Esc+Strg+C die
Methode abzubrechen. Dies ist ein harter Abbruch und es wird dann nichts in die Datenbank
zurückgeschrieben. Allerdings gehen dann natürlich auch vorher durchgeführte, gewollte
Änderungen verloren. Daher wird empfohlen eine Methode hin und wieder zu verlassen, um
den Zwischenstand zu sichern.
4.6
Gnuplot Graphen
Graphen werden in E4 in der Regel mit Gnuplot dargestellt. Dabei hat man die Möglichkeit
unter Customize z.B. den Anzeige Bereich zu verändern. Unter Export to Postscript kann man
den Plot in bunt oder in schwarz-weiß in eine Postscript-Datei exportieren. Die Datei wird im
Schiffsverzeichnis unter dem vom Nutzer angegeben Namen abgelegt.
Während der Graph angezeigt wird, liegen im aktuellen Schiffsverzeichnis die verwendete
Steuerdatei und Wertedatei von Gnuplot. In der Datei e4gnuplot.data sind die Zahlenwerte
ablegt und in e4gnuplot.cmd die Gnuplot Einstellungen. Aus der *.data Datei können also
Zahlenwerte entnommen werden um sie z.B. in einer Tabellenkalkulation weiter zu
verwenden. Die *.cmd Datei kann vom geneigten Anwender auch per Hand editiert und dann
direkt in Gnuplot mit load geladen werden.
4.7
3D Darstellungen
In einigen Methoden wie z.B. dem Strakmodul oder der Raumdefinition werden Objekte
dreidimensional dargestellt. Um die 3D-Darstellungen zu verändern, kann man in den so
genannten Edit Mode wechseln. Hierzu muss man bei aktiviertem E4-Fenster Esc-9 drücken.
Dann kann man mit den folgenden Eingaben die Ansicht drehen, schieben zoomen etc.
Bedeutung
Taste
Drehen um die globale x Achse
X/x
Drehen um die globale y Achse
Y /y
Drehen um die globale z Achse
Z/z
Schieben in der Horizontalen
/
Schieben in der Vertikalen
/
Raus- / Reinzoomen
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M/m
linke
Maustaste
gehalten
Mittlere
Maustaste
Scrollrad
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Blickwinkel, bzw. Darstellungsebene aufweiten/verengen
Bild ↑ / Bild ↓
Schnittebene der Darstellung in x-Richtung verschieben
k
weiße Hintergrundfarbe
{
blaue Hintergrundfarbe
}
Voreingestellte Default Ansicht wählen
v v (2mal v drücken)
Voreingestellte Ansichten durchschalten
Num Block 0 bis 9
PopUp Menu mit unzähligen Einstellungen, Mess- und Clipping- Rechte
Maustaste
sowie Export Möglichkeiten
Graphikfenster
im
Tabelle 2- Steuerung der 3D Ansicht
Eine 3D Darstellung kann in E4 leider nicht ohne weiteres gedruckt werden. Wenn man das
Bild (z.B. für eine Dokumentation) speichern möchte, besteht grundsätzlich nur die
Möglichkeit ein Bildschirmfoto vom Fenster zu machen und dieses dann weiter zu
verarbeiten. Mit der Druck Taste öffnet man dazu das Tool kSnapshot, mit dem Screenshots
von einzelnen Fenstern oder dem gesamten Desktop erstellt werden können. Eine weitere
Möglichkeit ist, bei aktiven Edit-Mode mit einem Rechtsklick ins Graphikfenster das PopUp
zu öffnen und dort File->Print->WriteToPostScriptFile zu wählen.
4.8
Tabellen
In E4 gibt es eine Reihe von editierbaren Tabellen. ( z.B. in der Methode Hullform Grid
Definition ). In diesen Tabellen kann man mit Esc-7 Zeilen löschen und mit Esc-8 welche
hinzufügen.
Ausgeblendete Spalten, die durch zwei Trennstriche gekennzeichnet sind, können mit F4-F1
angezeigt und wieder ausgeblendet werden. Alternativ kann zum Ein- und Ausblenden auch
die mittlere Maustaste verwendet werden. Mit Esc-3 kann die aktuelle Tabelle als Text in eine
Datei gedruckt werden.
In manchen Tabellen, z.B. bei der Raumbeschreibung oder den Ladefällen muss/kann man
Einträge ändern. Während dem Bearbeiten kann man dort dann innerhalb eines Tabellenfeldes
mit den Tasten Bild auf und Bild ab die aktuelle Position des Cursors verschieben.
Andernfalls wird der bisherige Eintrag überschrieben.
4.9
E4 Taschenrechner
In E4 gibt es einen Taschenrechner mit dem Tabelleneinträge bearbeitet werden können. In
jeder editierbaren Zelle eine Tabelle in E4 kann z.B. der Taschenrechner genutzt werden.
Programmiert wird er durch die Tastenkombination Esc-. (Esc und anschließend ein Punkt).
Anschließend kann die Rechenvorschrift eingegeben werden. Der Inhalt, der vorher in der
Zelle stand, steht dabei virtuell vor der Rechenvorschrift. So kann man mit „*1.05=↓“ den
Zelleninhalt mit 1,05 multiplizieren. Die Eingabe muss mit der Eingabetaste bestätigt werden.
Ausgeführt wird der Taschenrechner mit „Esc-,“. Die Pfeiltaste nach unten („↓“) nach dem
Gleichheitszeichen bewirkt, dass nach der Ausführung der Cusor eine Zeile tiefer steht. Der
Pfeil wird in der Zelle mit einem großen B dargestellt. Durch „=90↓“ wird in die Zelle 90 als
Wert eingetragen. Vor der ersten Bedienung, sollte man mit „Esc-!“ die Info des
Taschenrechners ausschalten, da die Bedienung sonst sehr lange dauert. Eine Dokumentation
des Taschenrechners findet sich auf der obersten BiMenu Ebene unter Introduction to the
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User Interface. Hier finden sich unter Anderem auch weitere Erklärungen zur Bedienung von
E4.
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Projektmanagement
5
Projektmanagement
5.1
Auswahl eines Schiffsdatensatzes
Um in E4 eine Methode starten zu können, muss ein Schiffsprojekt und damit ein Datensatz
ausgewählt sein. Hat man kein Schiff ausgewählt bekommt man eine Fehlermeldung (Error
23). Die Auswahl eines Schiffes erfolgt unter Project Management/Project Manager/Select
Ship. Dort werden einem alle Schiffe im Schiffsverzeichnis nach Namen sortiert angezeigt.
Mit Hilfe des PopUp (F4-F7) ist es möglich, sich lediglich die Schiffe anzeigen zu lassen bei
denen man selbst der Ersteller/Eigentümer ist.
Sollte es nicht möglich sein eine E4-Methode zu starten und wird dazu in der Konsole eine
entsprechende Fehlermeldung ausgegeben, kann es helfen das Schiff erneut auszuwählen.
Hilft dies ebenfalls nicht, so hat man vermutlich keine Zugriffsrechte auf das Schiff.
5.2
Inhalt eines Schiffsdatensatzes
Alle vorliegenden Daten eines Schiffsdatensatzes sind auf mehrere, verschiedene UnterDatensätze aufgeteilt die thematisch ähnliche Daten beinhalten (z.B. Geometrie, Hauptdaten,
Raumdefinition, Ladefälle, CFD, etc.). Jeder Unter-Datensatz wird in einer Datenkapsel
gespeichert, der so genannten *.mos Datei.
Die *.mos Dateien aus denen der aktuelle Schiffsdatensatz besteht, werden im
Schiffsverzeichnis unter /SHIPDATA/… abgelegt. Werden Daten wie unter 4.2 beschrieben
gespeichert, verschiebt E4 die entsprechende *.mos Datenkapsel von /SHIPDATA/… nach
/SHIPSAVE,0/… . Der Stand welcher zu diesem Zeitpunkt in /SHIPSAVE,0/… liegt, wird
gleichzeitig nach /SHIPSAVE,1/… verschoben; usw. Dadurch stehen stets die aktuelle sowie 3
Vorversionen einer Datenkapsel im Schiffsverzeichnis zur Verfügung. Sollte man also mal
etwas Falsches abgespeichert haben, können die letzten 3 Versionen direkt wieder hergestellt
werden.
HINWEISE:
• Jeder E4 Schiffsdatensatz kann beispielsweise verschiedene Rumpfformen oder auch
verschiedene Propellerdefinitionen beinhalten. Allerdings kann jedes Schiff z.B. nur
maximal einen Satz Hauptdaten (Länge, Breite, Tiefgänge) haben. Um sich also
solche Daten von einem Vergleichsschiff für spätere vergleichende Untersuchungen
zu erhalten, muss der komplette Schiffsdatensatz kopiert werden.
• Die aktuell für die Bearbeitung gesperrten Datenkapseln (*.mos Dateien) werden in
einem kleinen rechts neben dem BiMenu angeordneten Menubalken angezeigt
(Abbildung 2). Dieses Verhalten wird mit den xxxx.lock Dateien im Ordner
/SHIPDATA/… gesteuert. Wenn eine Methode nach einem harten Abbruch (siehe
Kapitel 4.5) oder Methodenabsturz nicht mehr starten sollte, kann es helfen die
entsprechende xxxx.lock Datei manuell zu löschen.
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Projektmanagement
Abbildung 2 - Gesperrte Datengruppen
5.3
Erstellen eines neuen Schiffsdatensatzes
Einen neuen Schiffsdatensatz kann man unter Project Management/Project
Manager/PROJEKT MANAGER erstellen. Dazu wählt man im dort vorhandenen Pop-UpMenu den Befehl MAKE Ship.
In der ersten Zeile wird der Name des Schiffsprojekts angegeben, der dann auch als
Verzeichnisname im Schiffsverzeichnis e4-ships verwendet wird. Es dürfen deshalb dort nur
normale Schriftzeichen und keine Leerzeichen verwendet werden.
Um eine schnelle Zuordnung eines Schiffes zu gewährleisten sollten sprechende Namen
verwendet werden. Für studentische Abschlussarbeite wird am Institut in der Regel die
folgende Namenskonvention angewandt:
•
•
•
PA_<Nachname>_<Zusatz> für Projektarbeiten
BA_<Nachname>_<Zusatz> für Bachelorarbeiten
MA_<Nachname>_<Zusatz> für Masterarbeiten
Unter Longname sollte z.B. stehen: „Studienarbeit von ...“ und unter Description kann
zusätzlich noch etwas zum Schiffstyp oder Projekt beschrieben werden. Anschließend muss
der Projekttyp aus einer Liste ausgewählt werden. Dies alles macht später eine schnelle
Zuordnung im PROJEKT MANAGER möglich. Schiffe die nicht zuordenbar sind, werden von
Zeit zu Zeit entfernt.
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Projektmanagement
5.4
Löschen eines Schiffsdatensatzes
Gelöscht wird ein Schiffsdatensatz ebenfalls unter Project Management/Project
Manager/PROJEKT MANAGER. Dazu wählt man KILL Ship über das dort vorhandene PopUp-Menu. Im gleichen Menu finden sich außerdem diverse Sortier- und Editierfunktionen.
5.5
Kopieren eines Schiffdatensatzes
Das Kopieren von kompletten Schiffdatensätzen ist unter Project Management/Project
Manager/COPY Shipdata to active Ship“ möglich. Dabei können Schiffsdaten von einem
anderen Schiff in das aktive (also gerade ausgewählte) Schiff kopiert werden. Es ist nur
möglich die jeweiligen Datenkapseln mit Unter-Schiffsdatensätzen zu kopieren (also z.B. die
geom.mos) Das Kopieren von einzelnen Informationen innerhalb einer Datenkapsel ist nicht
vorgesehen.
WICHTIG:
Die jeweils ausgewählten Datenkapseln des aktiven Schiffs werden dabei überschrieben. Es
wird also ausgetauscht und nichts hinzu kopiert.
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Hauptdaten
6
Hauptdaten
Alle Methoden, die im weiteren Sinne die Hauptabmessungen eines Schiffes betreffen,
werden unter Calculation_Methods/Design/Main_Dimensions gestartet.
6.1
Hauptabmessungen eingeben
Alle Hauptabmessungen eines Schiffes werden im Menupunkt Edit Main Data Sheet
eingegeben. Der Unterpunkt Main Dimensions muss möglichst vollständig ausgefüllt werden,
da im späteren Entwurfsverlauf sehr viele Methoden Werte hieraus benötigen. Wenn
beispielsweise einige Tiefgänge oder Längen fehlen, ist nicht gewährleistet, dass
nachfolgende Methoden auch korrekt rechnen.
Unter Project Data sind vor allem die Projektnummer und der Schiffsname interessant, da
diese beiden Angaben in vielen Methodenausgaben wieder auftauchen. So steht z.B. der
Schiffsname immer im Kopf eines E4 - Standardausdrucks.
Unter Gewichtsdaten sollte die Anzahl der Gewichtselemente in Längsrichtung auf 100
gesetzt werden. Lediglich die Durchführung einer Stapellaufrechnung verlangt hier eine
maximale Anzahl von Gewichtselementen in x-Richtung von 50.
In allen weiteren UnterMenus lassen sich einige immer wiederkehrende Faktoren eintragen.
Hier ist z.B. der Eintrag der Seewasserdichte für das geplante Fahrtgebiet sinnvoll. Dadurch
wird einem in den entsprechenden Methoden dieser Wert schon voreingestellt.
HINWEIS:
Alle Hauptabmessungen müssen regelmäßig kontrolliert und ggf. nachgepflegt werden. Es
gibt Methoden, die veränderte Werte automatisch zurück in den Hauptabmessungsdatensatz
schreiben, während andere Methoden wie z.B. die Rumpfform Verzerrungsmethode ein
Nachpflegen der Werte von Hand erfordern.
6.2
Vergleich mit HSVA-Empfehlungen
Unter dem Punkt Graphical Control of Main Dimensions können einige der
Hauptabmessungen, die unmittelbar mit der Rumpfform zusammenhängen (z.B. cB, cM, L/B
etc.) mit Empfehlungen der HSVA verglichen werden. Diese beruhen auf den langjährigen
Erfahrungen der HSVA im Bereich der Widerstandsermittlung von Schiffen.
6.3
Spantarealkurve plotten
Unter Plot Sectional Area Curve wird die Spantarealkurve (siehe Abbildung 3) von 2
auswählbaren Hulldomains (siehe Kapitel 7.1) als Gnuplot - Grafik dargestellt. Das
eingezeichnete Trapez gibt die Hauptspantvölligkeit nach den HSVA-Empfehlungen, sowie
die Lage der vorderen- und hinteren Schulter für eine optimale Interferenz der vorderen und
hinteren Schulterwelle wieder. Die Fläche unter dem Trapez entspricht somit z.B. nicht der
benötigten Verdrängung o.ä.!
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nicolas.rox@tuhh.de
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Hauptdaten
Abbildung 3 - Spantarealkurve
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nicolas.rox@tuhh.de
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Rumpfformbeschreibung und Überprüfung
7
Die Beschreibung einer Rumpfform in E4 und evtl. vorhandener Anhänge ist spantbasiert.
Die Spanten sind kubische Splines die durch eine gewisse Anzahl von Punkten definiert
werden. Diese Spantpunkte werden in E4 durch Längslinien verbunden. Dadurch entsteht ein
Netz aus Spanten und Längslinien, welches die Rumpfgeometrie beschreibt und im folgenden
Hulldomain genannt wird. Der Schiffsrumpf muss dabei in ein Vor- und ein Hinterschiff, also
2 Hulldomains, mit zueinander passendem Hauptspant aufgeteilt werden. Alle Methoden die
Rumpfgeometrie und deren Darstellung betreffen sind unter dem BiMenu Punkt
Calculation_Methods/Design/Hullform angeordnet.
7.1
Hullform Grid Definition
Die topologische Definition des zuvor beschriebenen Körpernetzes erfolgt unter Hullform
Definition / Hullform Grid Definition. In der Initialen Auswahlmaske kann ein Pop-Up
geöffnet werden (F4-F7), in dem Hulldomains erstellt bzw. gelöscht werden können.
7.1.1
Namenskonvention der Hulldomains
Die Nummer einer Hulldomain setzt sich immer aus zwei Bestandteilen zusammen. Die
ersten zwei Stellen werden vom Benutzer festgelegt. Die letzten beiden Stellen sind durch den
Typ bestimmt, z.B. symmetrisches Vorschiff 12, symmetrisches Hinterschiff 22 etc, und
werden automatisch angehängt. Eine Ausnahme bilden die Hulldomains: Forebody Symmetric
und Aftbody Symmetric (mit den Nummern 11 und 21). Diese Domänen sind einmalig und für
einen korrekten Entwurfsprozess sollten die jeweils aktuell gültigen Versionen des Vor- und
Hinterschiffs in diesen beiden Hulldomains abgelegt werden. Denn verschiedene Methoden,
z.B. die Verdrängungskörper- oder die Raumbeschreibung, erfordern ein Angabe der
Hulldomains, die sonst bei jeder neuen Rumpfversion wieder angepasst werden müsste.
Es sollten nicht mehr als ca. 30 Hulldomains angelegt werden. Je mehr Hulldomains
vorhanden sind, desto mehr Informationen müssen in der geom.mos gespeichert werden.
Dadurch erhöht sich die Ladezeit aller Methoden, die diese *.mos Datei verwenden.
Zusätzlich vergrößern andere Methoden ebenfalls die Menge an Information in der geom.mos
Datei. Da die Größe der *.mos Datei aber begrenzt ist, kann es in der Folge zu Rechenfehlern
durch die Speicherbegrenzung kommen bzw. einige Methoden können gar nicht mehr
gestartet werden.
Die Hulldomains sollten nicht nur sinnvolle Namen bekommen - der Name „V4b“ bringt
einem nichts, wenn man nicht mehr weiß was „V4b“ eigentlich von „V4a“ unterscheidet sondern man sollte sich zu jeder Version auch detailliert aufschreiben, was geändert wurde.
Dies ist für eine spätere Dokumentation sowieso erforderlich.
7.1.2
Hulldomain bearbeiten
Nach der Auswahl einer Hulldomain startet die Methode im Frame Selection Menu in dem
alle Spanten der aktuellen Hulldomain angezeigt werden. Mit den üblichen Tastenbefehlen
und dem Pop-Up können Spanten gelöscht, hinzugefügt und kopiert werden. Mit „Recalc
Frame“ wird ein neuer Spant automatisch eingestrakt. Mit „F8“ kann man einen einzelnen
Spant zur Bearbeitung auswählen. Mit „F1“ und „F8“ kann man in der Spantbearbeitung
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zwischen den Spanten wechseln, zum Frame Selection Menu kann man über das Pop-UpMenu zurückkehren. Die x-Koordinaten in den Hulldomains sollten so gewählt sein, dass die
0 auf dem Hauptspant liegt, wodurch die Spanten des Hinterschiffes negative und die des
Vorschiffes positive Koordinaten bekommt.
Die Punkte auf einem Spant müssen eine aufsteigende Nummerierung haben. Wird einem
Punkt in der letzten Spalte das Attribut KNUCKLE zugewiesen, so wird an dieser Stelle ein
Knick in den Spant eingefügt. Das Attribut wird wieder aufgehoben durch überschreiben der
Spalte mit Leerzeichen.
Wenn zwei aufeinander folgende Spanten dieselbe X-Koordinate haben, dann entsteht an der
Stelle ein Knick in den Längslinien (z.B. bei einem parallelen Mittelschiff). Hier sind ebenso
wie am Ende von Längslinien (z.B. am Hauptspant) die zusätzlich, einstellbaren
Freiheitsgrade zu beachten, speziell die Winkel um y- und z-Achse sind auf 0.00° zu setzen,
um einen Übergang ohne Knick sicherzustellen.
Die Rumpfbeschreibung von E4 benötigt zusätzlich zu den Längslinien und Spanten noch
weitere Informationen, nämlich die Zuordnung von Längslinien und Spanten zu den
sogenannten Randkurven (Boundary Curves). Darunter versteht man den Boden- und
Seiteneinlauf, das Seitenprofil sowie das oberste Deck. Die Randkurven werden für die CFDModule, die Darstellung des Linienrisses und die Verzerrungsmethoden benötigt. Bearbeiten
kann man die Randkurven, in dem man einen beliebigen Spant ausgewählt und aus dem
PopUp (F4-F7) Boundary Curves auswählt. Die Kurven sind stets aus der Sicht des
Hauptspants aufzuführen. Werden größere manuelle Eingriffe an der Rumpftopologie
vorgenommen, empfiehlt sich eine vorsorgliche Kontrolle der Randkurven um eventuell
folgenden Inkonsistenzen vorzubeugen.
Für weitere Details der Methodenbedienung wird auf die E4 Methoden Dokumentation
verwiesen.
7.1.3
Hulldomain speichern
Beim Verlassen der Methode wird gefragt ob man speichern möchte. Wenn dem so ist, muss
im nächsten Menu entweder eine Hulldomain ausgewählt werden, die dann überspeichert
wird. Alternativ kann man per PopUp eine neue Hulldomain erstellen und die Daten darin
speichern.
HINWEIS: Beim speichern einer Hulldomain sollte man immer Vorsicht walten lassen, da es
nach dem Bestätigen keine Sicherheitsabfrage mehr gibt. So kann es z.B. leicht passieren,
dass man die Daten unter einer falschen Hulldomain abspeichert oder bspw. ein Vorschiff
fälschlicherweise als Hinterschiff abspeichert.
7.1.4
Hulldomain kopieren
Hulldomains lassen sich kopieren, in dem sie unter neuer Nummer und Namen abgespeichert
werden.
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7.2
Straken der Rumpfform
Die Rumpfform kann mit der Methode Hullform Definition / Hullform Fairing (Graphical
Editor) gestrakt werden. Die E4 Dokumentation (Esc+4) liefert eine ausführliche
Beschreibung der Methode. An dieser Stelle sollen nur die folgendenden Hinweise gegeben
werden.
HINWEISE:
1. Während der Bearbeitung einer Linie kann man mit F7 die Änderungen vorläufig
übernehmen. Mit F3 kehrt man zum letzten gespeicherten Stand zurück (mehrere
aufeinander folgende Änderungen werden zusammengefasst). Wenn man mit F1 zur
Linienauswahl zurückkehrt, werden alle Änderungen an dieser Linie übernommen. Diese
Änderung lässt sich nur noch rückgängig machen, wenn man die Strak-Methode verlässt
ohne zu Speichern. Es wird also empfohlen, beim Straken mit Bedacht durch die Menus
zu manövrieren.
2. Gespeichert werden alle veränderten Linien beim Verlassen der Methode. Möchte man
zwischendurch speichern, gelangt man mit „F7“ in ein entsprechendes Menu.
3. Klein geschriebene PopUp Einträge bedeuten, dass die entsprechende Option aktiviert ist.
4. Einige Erwähnenswerte Optionen im PopUp Menu sind
•
showit: sollte aktiviert werden, sonst werden vorläufige Änderungen an den
Linien nicht sofort angezeigt.
•
flects und radian können ausgestellt werden, um die Darstellung übersichtlicher zu
machen.
5. Einige nützliche Funktionen im PopUp Menu, welche die Linien bzw. deren Punkte direkt
beeinflussen sind:
•
MOVE: verschiebt den ausgewählten Linienpunkt frei
•
PEARL: verschiebt den ausgewählten Linienpunkt auf dem Spant
•
TURN: verdreht die einkommende Linie (nur bei Start & Endpunkten möglich)
•
LESS / MORE:
Funktionen
modifiziert die jeweilige Schrittweite der zuvor genannten
6. Mit Esc-9 und dann Shift-F kommt man zum Show Lines Selection Menu (siehe
Abbildung 4). Hier kann man den Plot von zusätzlichen Spanten (SP), Wasserlinien (WL)
und Schnittlinien (SL) einstellen. Erstellte Linien werden immer erst zur Kontrolle im
aktuell aktiven Fenster angezeigt. Mit aktiviertem add pict (aus dem PopUp) sowie
anschließendem z.B. +wind2, werden die Linien dem Fenster View_XYZ_Window_2 fest
zugewiesen. In der Spalte LIN ID wird die Farbe der Linie festgelegt. Die Wahl von LIN
ID = -2 wird statt einer Farbe die Krümmung der Linie angezeigt.
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Abbildung 4 - Show Lines Selection Menu
7. In der Spalte C können verschiedene „Strakgewichte“ gesetzt werden. Je nach gewählter
Option wird ein anderer Freiheitsgrad an der jeweiligen Koordinate los gelassen bzw.
verhält sich die gestrakte Längslinie anders. Die Optionen sind:
„1“ hebt das Gewicht in der Schnittlinien Ansicht, lässt also die z-Koordinate frei und
hält die y-Koordinate fest
„2“ hebt das Gewicht in der Wasserlinien Ansicht, lässt also die y-Koordinate frei und
hält die z-Koordinate fest
„3“ strakt die Linie in der Schnittlinienebene (z-Koordinate frei) während die yKoordinate gemäß dem Spantverlauf nachgeführt wird – verändert die Rumpfform
weniger
„4“ strakt die Linie in der Wasserlinienebene (y Koordinate frei), während die zKoordinate gemäß dem Spantverlauf nachgeführt wird – verändert die Rumpfform
weniger
Die Gewichte „5“ und „6“ können an den Enden einer Längslinie eingesetzt werden
und lassen den Winkel um die y- bzw. z-Achse frei.
8. Weitere Hinweise zum Straken im Allgemeinen gibt es in der E4-Doku, sowie im CADEntwurf Skript (www.ssi.tu-harburg.de).
7.3
Verzerren der Schiffslinien
Die Schiffslinien können mit Hilfe der Methode unter Hullform Definition / Hullform
Transformation global sowie teilweise auch lokal verändert werden. Es ist beispielsweise
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möglich die Hauptabmessungen anzupassen oder Verzerrungen mit konstant gehaltener
Verdrängung durchzuführen. Für die Transformierung muss immer ein Vor- und ein
Hinterschiff ausgewählt werden. Da eine Transformierung nach dem Verlassen der Methode
nicht mehr rückgängig gemacht werden kann, sollte man vorher Kopien der Geometrie
erstellen. Zum Umgang mit den einzelnen Transformationsfunktionen und den Möglichkeiten
der Transformationsmethode wird auf die hinterlegte E4 Dokumentation verwiesen. Bei einer
Änderung der Länge ist darauf zu achten, dass ggf. die Referenzkoordinate xref in Compose
Buoyancy Body angepasst werden muss, um die Position des hinteren Lotes korrekt zu
definieren.
In jedem Fall sollte man die Möglichkeiten zur Linientransformation mit Bedacht anwenden.
Die Methode ist relativ anfällig und produziert bei unbedachter Anwendung Fehler und
Inkonsistenzen. Es bietet sich daher an, für jeden neuen Verzerrungsschritt eine neue Hull
Domain anzulegen. Die Zwischenstände sollte man anschließend löschen, wenn man mit dem
verzerrten Rumpf zufrieden ist.
7.4
Zusammenstellung des Verdrängungskörpers
Alle Methoden, die in irgendeiner Weise auf die hydrostatischen Eigenschaften des
Schiffsrumpfes
zurückgreifen,
benötigen
einen
definierten,
hydrostatischen
Verdrängungskörper. Dieser setzt sich aus den zuvor beschriebenen Hulldomains zusammen.
Die Auswahl von Hulldomains für den Verdrängungskörper erfolgt in Hullform Control and
Accuracy / Compose Buoyancy Body and Superstructure. Mit dem Eintrag in der Spalte type
kann zwischen wasserdichten (=1) und wetterdichten (=2) Aufbauten unterschieden werden.
In der Regel wird hier eine „1“ eingetragen. Weitere Optionen können der Dokumentation
entnommen werden.
Alle Hulldomains die eine Verdrängungswirkung abweichend von 0 (vierte Spalte) besitzen,
werden in den Verdrängungskörper mit einbezogen. Eine Verdrängungswirkung von 1
bedeutet, dass das Volumen hinzugefügt wird, eine -1 bedeutet, dass der Körper abgezogen
wird.
Mit den Referenzkoordinaten wird die Verschiebung der Hulldomains bzgl. des
schiffbaulichen Koordinatenursprungs angegeben. Da das lokalen Koordinatensystem einer
Hulldomain üblicherweise am Hauptspant liegt (siehe KapitelHulldomain bearbeiten), muss
hier in der Regel der Wert xref korrekt eingestellt werden.
7.5
Hydrostatische Genauigkeit und Abschneiden der
Geometrie
Die Beschreibung der Rumpfgeometrie liegt in der Regel bis zu einer größeren Seitenhöhe
vor, als sie später in hydrostatischen Berechnungen mit einbezogen werden soll. Oft ist dies
z.B. beim Vorschiff, wegen einer eingestrakten Back, der Fall. Deshalb muss die
Rumpfgeometrie unter Hullform Control and Accuracy / Clip Hull Domains and
Hydrostatical Accuracy an der Stelle abgeschnitten werden, an der der nicht-wetterdichte
Bereich des Rumpfes beginnt. Um ein einwandfreies hydrostatisches Modell zu erhalten,
muss das Abschneiden der Geometrie auch dann durchgeführt werden, wenn der Rumpf nur
bis zum wetterdichten Deck beschrieben ist.
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Nach dem Starten der Methode kann zunächst die Methode konfiguriert werden. Im
anschließenden Menu wird die Genauigkeit des hydrostatischen Models durch Wahl der
Number of in between sections und Number of in between points per section eingestellt.
Hierbei sind 4 und 4 gute Werte. Die Werte steuern wie viele Spanten zwischen den in der
Hulldomain definierten Spanten interpoliert werden bzw. wie fein der Polygonzug aufgeteilt
ist, mit dem Rundungen im Spant approximiert werden. Zur Beschleunigung der
Leckrechnung kann z.B. der erste Wert auf 1 gesetzt werden. Zu beachten ist, dass sich
parallel mit diesen Werten auch unmittelbar die Verdrängung des Rumpfes (siehe Kapitel
7.6), sowie die Tankgrößen (u.a.) ändern. Man sollte sich also beizeiten auf eine Genauigkeit
festlegen, um nicht ständig verschieden Tankgrößen und Verdrängungswerte zu erhalten.
Unter Chop Hull Domains können verschiedene Hulldomains miteinander verschnitten
werden, was aber selten gebraucht wird.
Unter Face input for buoyancy hull domain chopping planes kann (und sollte) anschließend
für jede verwendete Hulldomain eine Ebene beschrieben werden, an der diese abgeschnitten
werden soll. Die Ausdehnung der Schnittebenen in Schiffslängsrichtung (x-Richtung) sollte
die Grenzen der jeweiligen Hulldomain überschreiten, damit die Geometrie vollständig
abgeschnitten wird.
Unter Face input for additional buoyancy volumes können zusätzliche Volumen (maximal
50!) definiert werden, welche in die Hydrostatik eingehen sollen. Dies können z.B.
Lukensülle oder andere wasserdichte Aufbauten sein. Definert werden solche Volumina durch
jeweils eine Ebene für die Backbord-Seite (positiver Aufpunkt), Oberseite und die
Steuerbord-Seite (negativer Aufpunkt). Wichtig ist, dass die Ebenen in genau dieser
Reihenfolge eingegeben werden. Die Normalenvektoren der Ebenen sollten nach außen
zeigen.
Im Anschluss wird das resultierende, hydrostatische Modell gezeigt. Mit der Leertaste werden
hierbei die einzelnen Teile des Verdrängungskörpers nach und nach eingeblendet.
Auf den gezeigten Spanten werden in der Folge sämtliche volumetrischen Berechnungen
durchgeführt. Wenn also in diesem Modell ein Spant nicht korrekt dargestellt wird, dann wird
auch mit diesem „falschen“ Spant z.B. die Hydrostatik ausgerechnet.
7.6
Überprüfen der Verdrängung
Die aktuelle Verdrängung des zusammengestellten Verdrängungskörpers und des zugehörigen
KM erfolgt in Hullform Control and Accuracy / Control of Deplacement(s). Dazu muss die
mittlere Plattendicke (für den Außenhautfaktor aH) sowie die Seewasserdichte angegeben
werden.
7.7
Seiten- und Frontansicht
Einige Methoden in E4 greifen beim Rechnen auf die hinterlegte Seiten- bzw. Frontansicht
des Schiffes zurück. So wird beispielsweise für die Berechnung der Seitenlateralfläche im
Wetterkriterium die Seitenansicht benötigt. Die Frontlateralfläche anderseits wird z.B. bei der
Berechnung des Zusatzwiderstands durch Gegenwind in der Widerstandsmethode benötigt
(siehe Kapitel 12.1).
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Beide Ansichten werden auch im Linienriss dargestellt, wenn dies ausgewählt wird. Definiert
werden die Ansichten unter Hullform Definition / Digitize/Edit Lateral Area (side view) bzw.
Hullform Definition / Digitize/Edit Lateral Area (side view). Hierzu kann auch das Digi-Brett
verwendet werden. Für jedes Schiff gibt es nur eine Seitenlateralfläche. Es gibt derzeit keine
Möglichkeit verschiedene Lateralflächen z.B. für verschiedene Ladefälle zu definieren.
HINWEISE:
1. Die Seitenlateralfläche wird auch von anderen Methoden verwendet, die sich mit der
Stabilität beschäftigen. So können z.B. Fehler in der KG-Max Berechnung von einer
fehlerhaften Seitenlateralfläche herrühren.
2. Die Eingaben müssen in [m] eingetragen werden. Dies ist insbesondere beim Einlesen
einer Datei zu beachten. Näheres dazu in der Dokumentation der Methode.
7.8
Linienriss
Der Linienriss kann mit Hullform Control and Accuracy / Plot of Standard Body Plan
dargestellt werden. Dieses Tool ist sehr hilfreich um während des Strakens die Form
gesondert zu kontrollieren. In den einzelnen Ansichten des Linienrisses fallen Beulen und
Fehler im Strak deutlich besser auf.
7.9
3D-Plot der Rumpfteile
Unter Hullform Control and Accuracy / 3D Plot of Hull Domains können Hulldomains
dreidimensional dargestellt werden. Bei einem von 0 ab weichenden Wert in der Spalte Input
wird die entsprechende Hulldomain geplottet. Mit dem Wert wird die Farbe gesteuert. Es gilt:
1 weiß, 2 rot, 3 gelb, 4 grün, 5 cyan, 6 blau, 7 magenta, 8 grau und 9 schwarz. Damit lässt sich
gut die Veränderung der Spanten zwischen verschiedenen Rumpfvarianten überprüfen und
vergleichend darstellen. Die Hintergrundfarbe kann vor dem Export mit „{“ und „}“ einstellt
werden.
7.10 Export der Rumpfform nach AutoCAD (*.DXF)
Die Rumpfform kann als beliebige Zusammenstellung von Wasserlinien, Schnittlinien und
Spanten in *.dxf-Dateien exportiert werden. Für jede Linie wird hierbei eine *.dxf Datei
erzeugt. Die *.dxf-Dateien können z.B. in AutoCAD oder QCAD eingelesen werden. Die
Methode findet man vom obersten Bi-MainMenu aus unter Data Im/Export to/from other
Systems / Design / Hullform / Export Hullform to ME10... / Standard Export to ACAD2000.
Die .DXF-Dateien werden im Schiffsverzeichnis abgelegt und können von dort aus
wegkopiert werden.
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Raumbeschreibung
8
Raumbeschreibung
Die Raumbeschreibung liefert die Basis für unzählige Methoden und beschreibt die innere
Unterteilung eines Schiffes in Laderäume, Tanks, Maschinenräume etc. Alle Methoden die
Raumbeschreibung und deren Darstellung betreffen sind unter dem BiMenu Punkt
Calculation_Methods / Design / Compartmentation angeordnet.
8.1
Definition der Spanttabelle
Die Spanttabelle erleichtert das Definieren von Räumen und sollte daher vor der eigentlichen
Raumbeschreibung angelegt werden. Sie kann unter Definition of Compartmentation / 2x
Define Frame Table definiert werden. Unter Input x-position minimum x ist der Abstand vom
hinteren Lot zum Ende des Schiffes mit negativem Vorzeichen einzugeben. E4 gibt einem an
dieser Stelle auch einen aus der Rumpfform und einen aus den Hauptabmessungen ermittelten
Wert an. Wenn hier Werte grob auseinander gehen ist meistens das xref bzw. LPP nicht korrekt
eingestellt. Im anschließenden Menu können dann die Spantbereiche definiert werden. Die
Anfangs- und Endposition eines Bereichs wird von der Methode automatisch berechnet, d.h.
es muss nur der Spantabstand und die Anzahl der Spanten eingegeben werden.
8.2
Definition der Räume
Die Räume im Schiff werden in unter Definition of Compartmentation - Define
Compartmentation definiert. Hier müssen zunächst alle Hulldomains gewählt werden in
denen Räume definiert werden sollen. In der Regel sind das ein „Forebody“ und ein
„Aftbody“. Um Inkonsistenzen zu vermeiden, sollte auch hier möglichst die beiden
Hulldomains, Aftbody symetric und Forebody symetric gewählt werden. Unter Edit rooms
können Räume im Schiff erstellt/editiert und unter Edit contents Tankinhalte (Seewasser,
HFO, MDO, etc.) mit ihrer entsprechenden Dichte definiert werden. Infos zu den restlichen
Menupunkten sind der Methodendokumentation zu entnehmen.
8.3
Räume editieren
Unter Edit rooms findet sich bei einem neuen Schiff zunächst nur die Raumgruppe Default.
Mit Esc-8 kann man weitere Gruppen einfügen. Standardmäßig erscheinen hier zunächst die
Gruppen Intact und Damage. Zusätzlich können weitere, beliebig zu benennende Gruppen
eingefügt werden.
Die Beschreibung und Definition der Räume muss in der Default Gruppe vorgenommen
werden. Alle anderen Gruppen dienen lediglich dazu, verschiedene Flutbarkeiten der Räume
vorzusehen. Dies ist nötig, da die Vorschriftenwerke hier teils unterschiedlich Werte ansetzen.
So muss z.B. bei einer Leckrechnung nach SOLAS 2009 B1 mit vom Tiefgang abhängigen
Flutbarkeiten der Laderäume gerechnet werden. Hier bietet es sich an, für jeden Tiefgang eine
neue Raumgruppe zu erstellen. Vor der Leckrechnung auf dem entsprechenden Tiefgang
muss dann die richtige Gruppe/Sichtweise auf die Räume ausgewählt werden.
Mit einem yes bei leak bzw. intact legt man fest, welche Raumgruppe für Leck- bzw. IntaktStabilitätsrechnungen verwendet wird.
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Raumbeschreibung
8.3.1
Nicht-Default Gruppen
Beim Anwählen einer Nicht-Default -Gruppe gelangt man zunächst in die Auflistung aller in
dieser Gruppe gegenüber der Default -Gruppe geänderten Compartments und mit einem
weiteren F8 in die Liste aller vorhandenen Compartments. Hier können dann Änderungen zur
Default Gruppe vorgenommen werden. Alle Werte die auf -1 stehen werden direkt aus der
Default -Gruppe übernommen.
8.3.2
Default Gruppe
Nach Auswahl der Default – Gruppe gelangt man in die Compartment Liste. Hier werden nun
Räume im Schiff – die Compartments – erzeugt. Es gibt in der Raumdefinition die folgenden
5 Hierarchieebenen:
1.
2.
3.
4.
5.
All Faces
Selected Faces
All Spaces
Selected Spaces
Compartments
Alle existierenden Faces mit denen Spaces definiert werden können.
Ausgewählte Faces aus denen sich ein Space zusammensetzt.
Alle existierenden Spaces
Ausgewählte Spaces aus denen sich ein Compartment zusammensetzt.
Die einzelnen Compartments des Schiffes
Im Folgenden wird die Funktionsweise von Faces, Spaces und Compartments im Einzelnen
erläutert.
8.4
Faces
Bevor man einen Space und damit ein Compartment definieren kann, müssen erst Faces
erzeugt werden um ein Space zu definieren. Faces sind Ebenen im Raum, die durch einen
Aufpunkt und eine Ebenenrichtung beschrieben werden. Meistens reicht es aus, wenn die 3
Standard-Orientierungen benutzt werden. Diese sind im Einzelnen:
1. Querschotte (TR_B – Transversal Bulkheads)
2. Längsschotte (LO_B – Longitudinal Bulkheads)
3. Decks (DECK)
Zusätzlich ist es möglich, schiefe Ebenen mit Hilfe eines Normalenvektors zu definieren. Das
Vorgehen hierbei ist in der Methodendokumentation beschrieben.
Es gibt wie eingangs erwähnt 2 Menuebenen für die Faces. Die unterste Ebene listet alle
definierten Faces (ALL) während die Ebene darüber nur die selektierten Faces listet, durch
die das übergeordnete Space definiert ist (SELECTED).
8.5
Spaces
Ein Space wird mit Hilfe von Faces beschrieben. Faces werden für ein Space ausgewählt,
indem sie in der Spalte rechts neben ihrer Bezeichnung mit einer Normalenrichtung, z.B. „TR
DI“ (1/-1) versehen werden. Dieser Normalenvektor muss dabei in das Innere des definierten
Spaces zeigen. Es wird dafür das schiffbauliche Standard-Koordinatensystem verwendet:
positives x von hinten nach vorn; positives y zeigt nach Backbord und positives z nach oben.
Zur Definition eines quaderförmigen Spaces müssen also z.B. 6 Faces ausgewählt werden. In
jeder Raumrichtung benötigt man hierbei ein Start - face (DI=1) und ein End – face (DI=-1).
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27/52
Raumbeschreibung
Wählt man in einer Raumrichtung keine Begrenzung durch ein Face aus, wird das Space am
hydrostatischen Verdrängungskörper abgeschnitten. In Abbildung 5 sind Eingaben und
Ergebnis am Beispiel eines Doppelbodentanks dargestellt.
Abbildung 5 - Beispiel Doppelbodentank
Auch für die Spaces gibt es wieder 2 Menuebenen. In der unteren Ebene werden alle erstellten
Spaces angezeigt (ALL) während in der darüber liegenden lediglich die Spaces angezeigt
werden, welche im übergeordneten Compartment Verwendung finden. Jedes Space hat eine
eindeutige ID, die beim Erstellen vergeben wird.
8.6
Compartments
Ein Compartment setzt sich aus einer Anzahl von Spaces (min. 1) zusammen. Jeder Raum,
der beispielsweise in der Leckrechnung einzeln geflutet werden kann, muss auch als einzelnes
Compartment definiert sein. Die Bezeichnung erfolgt über das Kürzel in SHORT NAME und
länger über COMPARTMENT NAME. Genau wie bei den Spaces hat auch jedes
Compartment eine eindeutige ID. Beim Erstellen wird dabei stets die nächste freie ID
zugewiesen.
Für die Auswahl der Spaces aus denen ein Compartment sich zusammensetzt ist stets darauf
zu achten, dass vom zu definierenden Compartment aus gestartet wird. In der Hinweis-Zeile
unten im Fenster wird das aktuelle Compartment angezeigt. In der Hierarchieebene SPACE
LIST (ALL) können in der Spalte AD SU die gewünschten Spaces mit 1 zum Compartment
hinzugefügt bzw. mit -1 abgezogen werden (Abzugskörper).
Bei der Definition von Compartments mit Hilfe von Abzugskörpern ist darauf zu achten, dass
der Space, der abgezogen wird, vollständig innerhalb des anderen Spaces liegt, von dem es
abgezogen werden soll. Ist dies nicht der Fall wird das Volumen des Compartments falsch
berechnet bzw. kann sogar negativ werden.
Der Inhalt (CONT ID) und die Flutbarkeit (VOLUME PERM; siehe SOLAS) des
Compartments sollte hier ebenfalls stets angegeben werden. Die Liste mit den Content-IDs ist
über das Pop-Up-Menu zu erreichen.
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Raumbeschreibung
8.7
Allgemeine Hinweise zur Raumbeschreibung
In den Editier Modus des Grafikfensters kommt man auch in der Raumbeschreibung wie
gewohnt per Esc-9. Im Pop-Up-Menu kann zudem gewählt werden, ob der Rumpf mit
dargestellt werden soll (Set Show-Hull ON/OFF) und ob das aktuelle gewählte Objekt
zentriert dargestellt werden soll (Set Center Pict. ON/OFF).
Aktuell geplottete Faces, Spaces und Compartments können mit Esc-4 dauerhaft in der
Anzeige gehalten werden. Mit Delete Picture aus dem PopUp Menu wird die Anzeige wieder
zurückgesetzt.
Spaces und Compartments können über das Pop-Up-Menu an eine beliebige Position in der
Liste verschoben werden. Yank acutal line markiert die aktuelle Linie zum verschieben und
Put before/after actual line fügt die Zeile vor / nach der aktuellen Zeile ein.
Bereits eingegebenen Namen können editiert werden in dem mit den Bild-runter/hoch-Tasten
an die gewünschte Stelle manövriert wird. Beginnt man einfach zu schreiben, wird der
vorherige Eintrag überschrieben.
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29/52
Gewichte und Ladefälle
9
Alle Methoden, die das Leerschiffgewicht und die Ladefälle betreffen, werden unter Design /
Lightship Weight and Loading Conditions gestartet.
9.1
Leerschiffgewicht
Wenn die Methode zur Eingabe des Leerschiffgewichts (LSW) unter Lightship Weight and
Distribution das erste Mal gestartet wird, ist es erforderlich, dass die Länge über alles und der
Abstand des hinteren Lotes von Hinterkante Spiegel bekannt sind. Diese müssen eingegeben
bzw. ggf. korrigiert werden. Das LSW setzt sich aus einzelnen Gewichtselementen
zusammen. Die Elemente werden dabei auf beliebige Konstruktionsgruppen und
Untergruppen verteilt eingegeben. Nur die unterste Ebene der Unterteilung kann hierbei
editiert werden. Das Gewicht und die Schwerpunktkoordinaten des Gewichtselements sind
unbedingt anzugeben. Die Erstreckung in x, y und z Richtung sollte ebenfalls nach bestem
Wissen eingegeben werden. Das Einfügen, Löschen und Editieren funktioniert auch in dieser
Methode wie in Tabellen üblich.
Mit Esc-4 kann die Gewichtsverteilung visualisiert werden und zwar jeweils für eine
Baugruppe, ein Element oder die Gesamtsumme, je nach dem in welcher Ebene man sich
gerade befindet.
Für die erste Überprüfung z.B. der Intaktstabilität ist es ausreichend, das gesamte
Leerschiffsgewicht mit nur einem Eintrag zu beschreiben. Bei einem detaillierteren Entwurf
müssen allerdings die Gewichtselemente in x-Richtung feiner aufgelöst werden. Das ist
besonders für alle Methoden unerlässlich, die sich mit der Längsfestigkeit des Schiffes
beschäftigen. Zu nennen wäre hier beispielsweise die Stapellaufmethode oder auch die
Zuladungsmethode.
Nach Abschluss der Eingaben sollte kontrolliert werden, ob die Gewichtsverteilung in xRichtung ordnungsgemäß ist. Hier ist auf die folgenden Punkte zu achten:
1. Für alle Berechnungen unterteilt E4 das Leerschiffgewicht automatisch in gleichlange
Gewichtsstreifen, deren Anzahl in den Main Dimensions eingestellt wird (siehe Kapitel
6.1). Hier kann es unter Umständen zu unschönen Sprüngen in der Verteilung kommen,
die z.B. durch eine Änderung dieser Anzahl behoben werden können.
2. Wenn die Erstreckung einzelner Gewichtselemente zu weit nach vorn oder achtern reicht,
kann es zu Problemen an den Schiffsenden kommen. Dies äußert sich in einem
überhöhten ersten bzw. letzten geplotteten Gewichtsstreifen. Um diesen Fehler zu
beheben, ist die x-Erstreckung der fehlerhaften Gewichtselemente auf den maximal
möglichen Wert zu setzen, der in der Übersicht an den Enden der x-Achse dargestellt
wird. Dasselbe gilt auch für die Gewichtselemente aus den Ladefällen (siehe folgender
Abschnitt).
3. Der Schwerpunkt eines jeden Gewichtselements muss korrekt innerhalb seiner
Erstreckung liegen. Andernfalls kann es zu völlig falschen Querkraftsprüngen und sogar
negativen Querkräften kommen.
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9.2
Ladefälle
Ladefälle werden unter Loading Condition Definition definiert, eingestellt und kontrolliert.
Ein Ladefall setzt sich in E4 aus den 3 Komponenten Ballast, Bunker & Stores und Payload
zusammen. Das zuvor angegebene Leerschiffgewicht (siehe Kapitel 9.1) wird automatisch
von der Methode berücksichtigt. Bevor man in der Methode per Generate or delete loading
Condition einen Ladefall erzeugen kann, muss vorher von jedem der 3 Komponenten eine
vorliegen. Die Komponenten werden unter Generate or delete components erstellt oder
gelöscht. Sind die 3 nötigen (zunächst leeren) Komponenten erstellt, kann ein Ladefall
definiert werden. Die gewünschten 3 Komponenten werden hier mit „y“ oder „n“ ausgewählt.
Anschließend können Einträge in den einzelnen Komponenten unter Loading Condition and
Stability vorgenommen werden.
Mit F8 auf der entsprechenden Spalte (vgl. Abbildung 6) gelangt man in die
Zusammenfassung des Ladefalls bzw. das jeweilige Unter-Menu der Ladefallkomponenten
Payload, Bunker & Stores bzw. Ballast. Die einzelnen, gewünschten Gewichtseinträge
können dann mit F8 in der entsprechenden Spalte entweder stückweise als feste Gewichte
(Spalte Piec Item) oder als flüssige Gewichte = gefüllter Tank (Spalte Liqu Bulk) eingegeben
werden.
Abbildung 6 - Ladefallübersicht
9.2.1
Feste Gewichte
Die Eingabe von festen Gewichten in den 3 Untermenus erfolgt einzeln von Hand. Es ist
analog zur Eingabe des Leerschiffsgewichts vorzugehen und für jedes Gewicht ist Masse,
Schwerpunkt sowie die Erstreckung im Raum anzugeben. Sämtliche feste Ladungsteile
müssen hier manuell eingetragen werden. Dazu zählen z.B. auch Container, da die E4Container-Methode unter Payload aktuell nicht funktioniert!
9.2.2
Flüssige Gewichte
Bei der Eingabe von flüssigen Gewichten – also dem Befüllen von Tanks - besteht die
Möglichkeit auf die Raumaufteilung (siehe Kapitel 8) zurückzugreifen und auf diese Weise
problemlos den Einfluss gefüllter Tanks auf den Ladefall zu berücksichtigen. Mit Esc-8
können wie üblich neue Einträge in die Maske eingefügt werden. Die Zuordnung eines
Eintrags zu einem Compartment geschieht über das Pop-Up-Menu. Nach Auswahl eines
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Compartments werden die Flüssigkeitsdichte und Erstreckung des Raums automatisch auf
Basis des Raummodells ausgefüllt. Die Flüssigkeitsdichte kann bei Bedarf später unter
Density verändert werden.
Die Füllung wird in % in der Spalte Filling angegeben (Eingabe in ganzen Prozent 0% bis
100%). Das entstehende Gewicht im Tank, der Schwerpunkt sowie der Einfluss der freien
Oberfläche etc. werden von E4 beim Verlassen des aktuellen Eingabefeldes automatisch
aktualisiert.
Achtung: Für die Stabilitätsberechnungen ist es wichtig, dass die freien Oberflächen nach
Vorschrift (Stand:06/2011: IMO IS Code 2008; Resolution MSC.267(85)) berücksichtigt und
ggf. von Hand (bei komplett gefüllten Tanks) nachgepflegt werden. Hierzu muss bei bereits
vollgefüllten Tanks derselbe Tank ein zweites Mal in die Liste eingefügt werden.
Anschließend trägt man für diesen Tank bei einer Füllung von 0% das maximale auftretende
Flächenträgheitsmoment des gefüllten Tanks und die Dichte ein. (Bei 0% Füllung aktualisiert
E4 die Tankdaten nicht!!!)
9.2.3
Ladefall überprüfen
Mit F7 kann man sich die wichtigsten Eckdaten, sowie die Hebelarmkurve des Ladefalls
anzeigen lassen. Das funktioniert jederzeit, auch während der Bearbeitung der einzelnen
Gewichtskomponenten. Hiermit lassen sich sehr schnell die Auswirkungen einer Änderung
auf den Ladefall überprüfen.
Eine vollständige Auflistung aller relevanten Daten zu einem Ladefall erhält man per F8 auf
die Loading Condition Spalten links im Menu Summary of Loading Conditions. Nach der
Berechnung des Wetterkriteriums landet man in einem Standard Plot Menu. Aus diesem
Menu heraus kann man sich die detaillierte Zusammenfassung der Ladefalldaten als *.txt
Datei oder *.pdf ausgeben lassen. Per continue gibt es die Möglichkeit sich nochmals die
Hebelarmkurve und die Gewichtsverteilung inklusive Querkraft- und Momentenverlauf des
Ladefalls anzeigen zu lassen. (Das ist z.B. wichtig für die Berechnung der Längsfestigkeit)
HINWEIS: Die Angabe ob die Stabilitätskriterien eingehalten werden oder nicht setzt
voraus, dass vorher in der Intaktstabilitätsmethode (siehe 10.1) die richtigen
Intaktstabilitätskriterien ausgewählt wurden.
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Intaktstabilität
10
Intaktstabilität
Alle im folgenden Kapitel beschriebenen Methoden sind unter Intact and Damage Stability /
Intact Stability zu finden. Die Berechnung der Intakt- und der Leckstabilität (Kapitel 11)
eines Schiffes führt zu einer kombinierten GM-Anforderungskurve die alle Ladefälle erfüllen
müssen.
10.1 Auswahl der Berechnungsmethode und der Kriterien
Unter Intact Stability / Select and Define Intact Stability Rules werden die
Intaktstabilitätskriterien ausgewählt, die überprüft werden sollen. Nach dem Methodenstart
muss gewählt werden, wie der Trimm des Schiffes in die hydrostatischen Berechnungen
eingeht. D.h. ob das Schiff bei der Berechnung der Hebelarme frei trimmt oder festgehalten
wird. Die Auswahl gilt danach für alle hydrostatischen Berechnungen (auch die in der
Leckstabilität) die in E4 durchgeführt werden. Welche Auswahl getroffen werden muss, ist
von den jeweils gültigen Vorschriften abhängig.
In der nächsten Maske können die gewünschten Kriterien mit „y“ ausgewählt werden.
Bestätigt wird die Auswahl anschließend mit „F8“. Es können bei Bedarf auch zusätzliche
Kriterien definiert werden.
10.2 Berechnung der GMrequired-Kurve
Die GMreq-Kurve für die zuvor ausgewählten Kriterien wird unter Determination of KGMAX or
GMreq-Curve bestimmt. Wenn das Wetterkriterium mit betrachtet werden soll, dann muss vor
der Ausführung die Seitenlateralfläche definiert sein (siehe Kapitel 10.3). Nach dem Start der
Methode werden zuvor gerechnete, schon vorhandene Kurven angezeigt. Alternativ kann per
„Input of new Trim“ eine neue Kurve gerechnet werden. Hierzu muss eine Kette von
Verdrängungen angegeben werden, (Einfügen einer Verdrängung mit Esc+8 / Löschen mit
Esc+7) für die die Kriterien gerechnet werden. Schließlich gelangt man zur berechneten
Hüllkurve der Stabilitätsvorschriften. Im Pop-Up-Menu kann mit „New Calc“ eine neue
Kette von Verdrängungen bestimmt werden, mit der gerechnet wird. Mit F8 startet die
Berechnung. Die Ergebnistabelle kann mit „Esc-3“ gedruckt werden. Wenn die Methode mit
„F2“ verlassen wird, werden die Ergebnisse in der Datenbank abgelegt und können mit der
Methode „Editor for KG-Max or GMreg-Curves“ bearbeitet werden. Hier können auch
einzelne Kurve entfernt werden, die dann für die Berechnung der Hüllkurve keine
Verwendung mehr finden.
Bei der Auswahl der Verdrängungen ist darauf zu achten, dass der gesamte Bereich zwischen
Leerschiffsgewicht und voll abgeladenem Schiff in einer sinnvollen Schrittweite abgedeckt
wird. Es werden immer beide Schiffsseiten ausgewertet. Bei unsymmetrischen Schiffen wird
die jeweils „schlechtere“ Seite übernommen. Bei der Auswahl der Verdrängungen ist darauf
zu achten, dass die Kurve richtig abgebildet wird und es keine Lücken gibt. Ein Bespiel wie
die Kurve nicht aussehen soll ist in Abbildung 7 zu sehen. Die schwarze KGmax Kurve kann
nicht so verlaufen wie im rot markierten Bereich zu sehen. Aufgrund der gewählten
Unterteilung wird hier zwischen zwei Punkten zu grob interpoliert. Es sollten daher zumindest
zwei zusätzliche Verdrängungen eingefügt werden um den Bereich feiner aufzulösen.
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Intaktstabilität
Abbildung 7 - Beispiel für eine "schlechte" KGmax Kurven Unterteilung
10.3 Wetterkriterium
Beim Wetterkriterium wird zur Berechnung des Windmomentes die Seitenlateralfläche des
Schiffes benötigt. In E4 kann jedoch nur eine Seitenlateralfläche definiert werden. Deshalb ist
bei Schiffen mit variabler Seitenfläche (z.B. Containerschiffe) eine sinnvolle, am besten
konservative Annahme zu treffen.
Einzugeben die Front- und Seitenlateralfläche inklusive dem Unterwasserschiff unter:
„Hullform“=>„Hullform Definition“=>„Digitize/Edit Lateral Area“. Am besten gelingt
dies mit einer Zeichnung, in der man schon ein Koordinatensystem eingezeichnet hat (in
Abbildung 8 rot eingezeichnet).
Abbildung 8 - Erfassung der Wind-Lateralfläche
Es ist nicht erforderlich, jede Antenne oder jeden Relingspfosten zu erfassen.
Für das Wetterkriterium ist es ferner nötig die Gesamtfläche der Schlingerkiele zu kennen
bzw. zu schätzen. Ein üblicher Wert berechnet sich mit der folgenden Formel:
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𝐴𝐵𝑖𝑙𝑔𝑒𝐾𝑒𝑒𝑙 ≈ 2 ∙ �1�3 ∙ 𝐿𝑃𝑃 � ∙ (0,30𝑚 … 0,40𝑚)
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Intaktstabilität
Die Höhe des Schlingerkiels ist dabei in Abhängigkeit von der Größe des Schiffes zwischen
0,3m und 0,4m sinnvoll zu variieren. Berechnet wird das Wetterkriterium, wenn es zusammen
mit den übrigen Intaktstabilitätskriterien vor der Intaktstabilitätsrechnung ausgewählt wird.
(Siehe Kapitel 10.1)
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Leckstabilität
11
Leckstabilität
Die Berechnung der Leckstabilität richtet sich nach den für den entsprechenden Schiffstyp
gültigen Vorschriften. Die folgenden Erklärungen in dieser Dokumentation beziehen sich auf
die Durchführung einer Leckrechnung nach der aktuellen (Stand: 04/2012) SOLAS 2009 B1
für Frachtschiffe, Passagierschiffe (Paxe) und Fähren (RoPaxe).
WICHTIG: Man sollte die Vorschrift vor der Durchführung der Leckrechnung genau lesen,
um jeweils die für den Schiffstyp richtigen Werte zu setzen und die nach Vorschrift nötigen
Kriterien zu überprüfen.
Alle Methoden zur Durchführung einer Leckrechnung findet man unter „Intact and Damage
Stability“=>„Damage Stability“.
An dieser Stelle in E4 findet man:
•
•
•
•
•
Tutorial on Damage Stability (Vorschrift SOLAS 2009 & diverse Skripte)
Damage Stability model preparation (Define Openings, Define Stockholm Line, Rest
unwichtig für Leckrechnung)
Damage Stability for Cargo and Special Vessels (Dam. St. for CARGO Vessels startet die
Leckrechungsmethode für Frachtschiffe, GM-required… erstellt eine GMreq Kurve in
einer vorhandenen Intaktstabilitäts – Kurvenschar, Rest unwichtig für Leckrechnung)
Damage Stability for Passenger Vessels (Dam. St. for PASSENGER Vessels startet die
Leckrechungsmethode für RoPax/Pax Schiffe, GM-required… erstellt eine GMreq Kurve
in einer vorhandenen Intaktstabilitäts – Kurvenschar, Rest unwichtig für Leckrechnung)
Damage Stability German Navy Standard
Das Vorgehen in E4 bei der Leckrechnung ist für alle Schiffstypen ähnlich: Zunächst werden
für zu untersuchende Tiefgänge, Schiffsseite bzw. den Schiffsboden Beschädigungsszenarien
ermittelt. Anschließend werden die Szenarien dann gemäß einer Vorschriften ausgewertet.
Im Folgenden werden nun:
•
•
•
•
•
die Voraussetzungen für die Leckrechnung erläutert,
auf Besonderheiten für einzelne Schiffstypen eingegangen,
am Beispiel einer RoPax - Fähre erläutert wie die Beschädigungsszenarien erstellt werden.
am Beispiel einer RoPax Fähre erklärt wie die Szenarien nach einer Vorschrift
ausgewertet werden und
erläutert wird wie eine GMreq-Kurve für die Leckstabilität ermittelt werden kann.
11.1 Voraussetzungen für die Leckrechnung
11.1.1 Räume definieren
Voraussetzung für die probabilistische Rechnung ist ein komplettes und vor allem
konsistentes Raummodell (Compartmentation, siehe Kapitel 8.2). Es müssen sämtliche
Räume im hydrostatisch wirksamen Schiffskörper definiert sein. Mit Räumen sind vor allem
die Tanks (Brenn- und Schmierstoffe, Ballast-, Frisch- und Brauchwasser), Leerräume (Void
Spaces), Maschinenräume (Haupt- und Hilfsmaschinen- sowie Pumpen- und andere
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Leckstabilität
Aggregateräume) und ebenfalls die betroffenen Laderäume gemeint. Um den Aufwand in
einem erträglichen Rahmen zu halten genügt es, wenn die genannten Tanks und Räume ggf.
geometrisch vereinfacht modelliert werden. Es ist nicht nötig jede Nische (z.B. für
Feuerlöscher, etc.) zu erfassen. Außerdem muss in der Compartmentation eine „Leak“ Gruppe vorhanden sein, in der die nach Vorschrift korrekten Flutbarkeiten der Räume
(SOLAS 2009 B1 Reg. 7-3) eingetragen sind.
11.1.2 Öffnungen definieren
Außerdem müssen sämtliche für die Leckrechnung relevanten Öffnungen korrekt definiert
werden. Die entsprechende Methode findet man unter „Damage Stability model preparation“
=> „Define Openings“. Relevante Öffnungen sind die wetterdichten und die nichtwetterdichten (also offenen) Öffnungen.
Zu den wetterdicht verschließbaren Öffnungen zählen z.B. Tankentlüftungen (wichtig: zum
jeweiligen Tank zuordnen, damit weitergehende Flutungen berücksichtigt werden) und Ecken
der Lukendeckel. Zu den nicht-wetterdicht verschließbaren Öffnungen zählen typischerweise
die Lüfter für den Maschinenraum (auch hier auf die Zuordnung zum richtigen Compartment
achten) sowie z.B. bei Pax /RoPax die Fluchtwege (SOLAS 2009 Reg. 7.2). Die Zuordnung
der Räume gelingt am besten mit einer ausgedruckten Compartment-Liste, damit lassen sich
die jeweiligen Compartment-IDs (nicht zu verwechseln mit der laufenden Nummer!) schnell
finden. Die Zuordnung erfolgt in Spalte „Co1“. Dort ist die ID des betroffenen Raumes
einzutragen. In Spalte „Co2“ ist eine „-1“ einzufügen, da so eine Verbindung zur Außenwelt
definiert ist.
Ebenfalls unter „Damage Stability model preparation“ kann man auch die Stockholm Linie
definieren, die für die Überprüfung des Stockholm Kriteriums für RoPaxe benötigt wird.
Ferner muss man an dieser Stelle, falls das gefordert/gewünscht ist, manuell eine
Punktegruppe erstellen, die die Flutungspunkte für die Berechnung von Querflutungen
enthält. Pro Querflutkanal braucht man jeweils einen mittig angeordneten Punkt an Anfang
und Ende des Kanals. Die Punkte müssen über die ID demselben Compartment zugeordnet
sein. Solche Berechnungen sind im Prinzip nur für Paxe interessant.
11.2 Besonderheiten der einzelnen Schiffstypen
11.2.1 Frachtschiffe
Dazu zählen alle Frachtschiffe wie Containerschiffe, RoRo Schiffe, etc....
Diese müssen die „neue“ probabilistische Leckrechnung aus der SOLAS 2009 B1 erfüllen.
Die rechnerische Eindringtiefe geht bis nach B/2, was z.B. auch einen Lower Hold zerstört.
B/5 Wände sind demnach sinnlos, wobei aber eine Doppelhülle sich sehr wohl auch weiterhin
lohnt.
Gerechnet werden muss für solche Schiffe:
•
Probabilistische Seitenbeschädigung auf 3 Tiefgängen (dl,ds,dp) für beide Schiffsseiten
=> 6 Leckfallgruppen
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Leckstabilität
11.2.2 RoPaxe
Dazu zählen alle Schiffe, die mehr als 12 Passagiere an Bord haben und über ein RoRo Deck
zum Transport von Trailern/Autos etc. verfügen
RoPax Schiffe müssen ebenfalls die probabilistische Leckrechnung aus der SOLAS 2009 B1
erfüllen. Zusätzlich müssen RoPaxe in der EU das Stockholm Agreement erfüllen.
Entscheidend für die Anwendung der Vorschrift ist der angelaufene Hafen und nicht der
Heimathafen! Das führt kurioserweise dazu, dass diese Schiffe zusätzlich zur „neuen“ auch
Teile der „alten“ Leckrechnung nach SOLAS 2004 erfüllen müssen, da das Stockholm
Agreement auf Regel 8 der alten SOLAS 2004 verweist. Allerdings darf in den bei der
Berechnung der „Stockholm-Leckfälle“ die in der SOLAS 2009 weggefallene MARGIN Linie getaucht werden.
Außerdem dürfen bei Paxen und damit auch bei RoPaxen die Fluchtwege nicht getaucht
werden. Gerechnet werden muss für solche Schiffe also:
•
•
•
•
ggf. Deterministische Seitenbeschädigung auf 3 Tiefgängen (dl,ds,dp) für beide
Schiffsseiten (neue Regel 8 => B/10 Wände)
ggf. Stockholm auf 3 Tiefgängen (dl,ds,dp) für beide Schiffsseiten
ggf. deterministische Bodenbeschädigung 3 Tiefgängen (dl,ds,dp; neue Regel 9; i.d.R. nur
bei zu geringer DB Höhe)
11.2.3 Paxe
Dazu zählen alle Schiffe die mehr als 12 Passagiere an Bord haben (siehe SOLAS). Diese
müssen ebenfalls die probabilistische Leckrechnung aus der SOLAS 2009 B1 erfüllen.
Wichtig ist auch hier, dass Fluchtwege nicht getaucht werden dürfen.
Gerechnet werden muss für solche Schiffe:
•
•
•
 6 Leckfallgruppen
ggf. Deterministische Seitenbeschädigung auf 3 Tiefgängen (dl,ds,dp) für beide
Schiffsseiten (neue Reg. 8 => B/10 Wände)
ggf. deterministische Bodenbeschädigung 3 Tiefgängen (dl,ds,dp; neue Reg. 9; i.d.R. nur
bei zu geringer DB Höhe)
11.3 Ermittlung von Beschädigungsszenarien
Nachdem alle Voraussetzungen für die Leckrechnung geschaffen sind kann die
Leckrechnungsmethode je nach Schiffstyp (s.o.) gestartet werden. Im Folgenden ist das
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Leckstabilität
Vorgehen für einen RoPax beschrieben. Für Frachtschiffe und Paxe ist das Vorgehen aber fast
identisch.
11.3.1 Generelle Parameter
Nach dem Aufruf der Methode „Damage Stability for Passenger Vessels“ werden zunächst
einige Parameter abgefragt (teilweise aus der alten Vorschrift SOLAS 90 bzw. SOLAS 2004
entnehmen, da für Stockholm s.o. benötigt)
•
•
•
•
•
•
•
Freibordlinie für Crossfloodings. Sind keine Querfluteinrichtungen vorgesehen
(Regelfall), muss hier „No selection“ gewählt werden.
„One (1) or two (2) compartment flooding“ - Ein- oder Zweiabteilungsstatus je nach
Anzahl Menschen an Bord (alte SOLAS Vorschrift)
„Heeling Moment due to passenger crowding“ - sich zusammendrängende Passagiere siehe SOLAS 2009 Reg. 7-2
„Heeling Moment due to lifeboat launching“ - Hier ist das zusätzliche krängende Moment
anzugeben, was durch die ausgeschwungenen Rettungsboote an einer Seite hervorgerufen
wird. - siehe SOLAS 2009 Reg. 7-2
„Wind pressure for heeling moment“ - siehe SOLAS 2009 Reg. 7-2, macht E4
automatisch korrekt, wenn die Seitenlateralfläche definiert ist
„Additional lever for heeling moments“ - siehe SOLAS 2009 Reg. 7-2; ist immer = 0,04
„Significant Wave Height (Stockholm Agreem. only)“ - Hier die laut Spezifikation
anzusetzende Wellenhöhe für die Erfüllung des Stockholm Agreements eingeben. i.d.R =
4m; entfällt, wenn Stockholm nicht gefordert ist.
11.3.2 Leckfallgruppen
Anschließend (bei Frachtschiffen direkt) gelangt man in die Liste der Leckfallgruppen
(„Damage groups“). Mit „Esc-8“ oder „F4-F7“ => „Insert Group“ kann eine neue Gruppe
angelegt werden. Dazu müssen die Schwimmlage und der Schwerpunkt definiert werden.
Dies kann über Tiefgänge und ein GM oder über die Schiffsmasse und den Schwerpunkt
geschehen. Die Tiefgänge ergeben sich aus der Vorschrift, das GM kann sich zunächst an der
Intaktstabilitätskurve orientieren. Jeder Gruppe sollte ein sprechender Name gegeben werden,
zum Beispiel „dl_PS“ (für Untersuchung der Backbordseite auf T = dl) oder „dl Bottom“.
Für ein Frachtschiff sollten hier z.B. mindestens 6 Gruppen erstellt werden. (je 3 Tiefgänge
auf Backbord und auf Steuerbord). Für ein RoPax können aber bis zu 21 (!!!) Gruppen nötig
werden (6 probabilistische Seitenbeschädigung, 6 Stockholm, 3 deterministische
Bodenbeschädigung, 6 deterministische Seitenbeschädigung).
Nach der Auswahl einer Leckgruppe mit „F8“ muss als nächstes mit „1“ das(die) RoRo
Compartement(s) für Stockholm ausgewählt werden. Bei Frachtschiffen entfällt diese
Abfrage. Ein ggf. vorhandener Lower Hold muss hier nicht ausgewählt werden! Sollte kein
Fahrzeugdeck vorhanden sein (Pax?), so muss nichts verändert werden und alle
Compartments behalten die „0“. Über diesen Fall informiert E4 noch einmal, wenn mit „F8“
bestätigt wird. Anschließend muss noch die zu untersuchende „Beschädigungsrichtung“
(PS/SB/Bottom) ausgewählt werden, bevor man zur Maske der Leckfälle kommt.
Hinweis: Die Methode wird entgegen der üblichen E4 Bedienung zu großen Teilen über das
PopUp- Menu (F4-F7) gesteuert.
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Leckstabilität
11.3.3 Leckfälle generieren
Im Pop-Up-Menu unter „Gen.Damages“ wird die Monte-Carlo-Methode zum Erzeugen der
Leckfälle aufgerufen, mit „Delete All“ können vorher evl, vorhandene Leckfälle gelöscht
werden. Hier muss zunächst ausgewählt werden, nach welcher Statistik die Leckfälle erzeugt
werden sollen. Normalerweise muss wie folgt gewählt werden.
•
•
•
•
Probabilistische Seitenbeschädigung nach SOLAS 2009 B1 rechnen:
 SOLAS 2009 B1 (Probabilistic) wählen
Deterministische Seitenbeschädigung rechnen:
 SOLAS 2009 B1 (B/10 Damages) wählen
Stockholm rechnen:
 SOLAS 2004 Reg. 8 (B/5 Damages) wählen
deterministische Bodenbeschädigung rechnen:
 SOLAS 2009 (Deterministic) wählen
Natürlich ist es auch möglich Leckfallgruppen die z.B. nach SOLAS 2004 generiert wurden
anschließend mit SOLAS 2009 zu überprüfen. Das macht im Rahmen eines normalen
Schiffsentwurfs in der Regel aber keinen Sinn.
Hinweis: Die Einträge MARPOL (in der
Forschungszwecke) sollen nicht verwendet werden!
Entwicklung)
und
HARDER
(für
Als nächstes müssen die Einstellungen für die Monte-Carlo-Methode definiert werden. Hier
können die Voreinstellungen übernommen werden, 100.000 Ziehungen und alle Parameter
auf 1. Das setzen der Parameter auf 1 ist mathematisch nicht korrekt aber es entspricht der
Vorschrift. Die Anzahl der Ziehungen kann ohne Probleme auf 100.000 oder 1.000.000
erhöht werden, was die Genauigkeit erhöht, die Anzahl der Leckfälle aber nur marginal
vergrößert. Durch Bestätigung mit „F8“ wird die Generierung der Leckfälle gestartet. Sobald
dieser Vorgang abgeschlossen ist, wird eine informelle Statistik zu den erzeugten Fällen
angezeigt. Weiter mit „F8“. Der nächste Punkt fragt die sog. „Minimum Hit Rate“ ab. Mit
diesem Wert können sehr unwahrscheinliche Kombinationen von getroffenen Räumen
aussortiert werden. Hat man Probleme seinen Index zu erreichen oder möchte man sehr
genaue Ergebnisse erzielen, kann man den Wert auf „0“ setzen um auch für sehr
unwahrscheinliche Kombinationen von getroffenen Räumen noch Index zu bekommen. Mit
geringen Genauigkeitseinbußen kann der Wert aber auch auf „2“ gesetzt werden. Weiter mit
„F8“ und man landet wieder in der Maske der Leckfälle.
Die Leckfälle sind hier nach ihrer Auftretenswahrscheinlichkeit (pi) sortiert. Wenn die
„Minimum Hit Rate“ auf 2 gesetzt worden ist, kann die pi-Summe kleiner als 1 sein. Auf
keinen Fall darf die pi-Summe größer als 1 sein, dann ist das Raummodell evtl. nicht
vollständig. Die Bewertung der Leckfälle nach einer gewünschten Vorschrift wird im
folgenden Kapitel erläutert.
Hinweis: Sobald sich die innere Unterteilung und/oder die Schwimmlage eines untersuchten
Schiffes ändert, müssen die Leckfälle neu generiert werden.
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Leckstabilität
11.4 Bewertung der Leckfälle
Wenn die Leckfälle wie oben beschrieben generiert wurden, müssen sie anschließend nach
der entsprechenden Vorschrift bewertet werden. Dazu wird in der Maske mit den Leckfällen
die entsprechende Vorschrift im Pop-Up-Menu mit F8 ausgewählt.
•
•
•
•
Probabilistische Seitenbeschädigung nach SOLAS 2009 B1 auswerten:
 SO 2009 B1 wählen
Deterministische Seitenbeschädigung auswerten:
Stockholm rechnen:
 Stockholm wählen
deterministische Bodenbeschädigung rechnen:
Unter „Config Out“ kann ggf. editiert werden was nach der Auswahl eines Leckfalls
angezeigt wird. Mit anschließendem „Calc All“ im Pop-Up-Menu werden alle Leckfälle nach
der Vorschrift bewertet. Das kann abhängig von der Zahl der Leckfälle eine Weile gehen.
Nach der Rechnung wird der für diese Leckfallgruppe berechnete Index pi x si in der
Titelzeile der Tabelle angezeigt. Dazu muss das E4-Fenster eventuell breiter gezogen werden
+ grünen Knopf drücken.
Das KG respektive GM sollte für jede Leckfallgruppe so weit variiert werden, dass der
Leckfall legal wird. Das GM/KG bzw. die Schwimmlage kann man ändern in dem man über
das PopUp (F4-F7) per “DamageCases“ zurück zu den Leckfällen geht und per „New GM“
eine neue Schwimmlage einstellt. Der Punkt „Vary KG“ ist nicht hierfür zu benutzen.
Je nach zu bewertender Vorschrift müssen nun die Indexforderungen auf dem Tiefgang
überprüft werden. Also entweder müssen alle Fälle überlebt werden (alle si = 1) oder ein
gewisser Anteil => Vorschrift SOLAS 2009 lesen.
Die Details eines Leckfalls lassen sich mit Leckfall auswählen + „F8“ einsehen. Das zeigt
die Hebelarmkurve sowie die beschädigten Räume in der Seitenansicht. Jede Zeile beinhaltet
Infos über die erreichte Endschwimmlage eines Leckfalls. In der Spalte „Note“ wird
angezeigt an welchem Kriterium der jeweilige Leckfall ggf. gescheitert ist. Bei den
Buchstaben HRALFST handelt es sich um die Anfangsbuchstaben der nicht erfüllten
Kriterien: Heel, Range, Area, Lever, Freeboard, Si aus dem Moment, Cross Flooding Time.
Die evl. Geforderte Bewertung von Zwischenflutungszuständen bzw. Teilflutungen muss per
Hand erfolgen. Dazu kann im Pop-Up unter „Def Interm.“ definiert werden welcher Raum mit
welcher Füllmenge teilgeflutet gerechnet werden soll. Zwischenflutungszustände müssen,
wenn überhaupt nur für Räume mit großen freien Oberflächen gerechnet werden. D.h.
meistens sind das Leckfälle mit beschädigtem Lower Hold oder Maschinenraum. Nach der
Bestätigung wird für alle Leckfälle überprüft, ob die ausgewählten Räume getroffen werden,
und ob eine Teilflutung mit dem angegeben Wert zu einer schärferen Anforderung führt.
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Leckstabilität
11.5 Bestimmung der GMreq-Kurve
Wenn die Leckgruppen erstellt und bewertet sind, können die GMrequired-Kurven für die
Leckstabilität ermittelt werden. Dazu wird abhängig von der darzustellenden Vorschrift (
SOLAS 2009 B1, Bodenschäden, B/10) die Methode „GM-required SOLAS 2009 B1
<Vorschrift>“ aufgerufen. Hier wird zunächst nach dem Kurvensatz gefragt, zu dem die
Leckkurve hinzugefügt werden soll. Dann müssen die Leckgruppen für die Tiefgänge und
Beschädigungsseiten ausgewählt werden. Als nächstes muss der erforderliche Index Ri
angegeben werden. Im Anschluss werden die Stabilitätsgrenzkurven einschließlich der
Leckrechnung angezeigt. Die Kurve bezieht sich auf die, in der Leckrechnung angegebenen
GMs!
Dies bedeutet, dass die Anforderung an den Index noch nicht zwingend erfüllt wird. Durch
Auswahl von „F8“ kommt man zur Berechnungsmaske für das optimale GM. Für jeden
Tiefgang kann nun angegeben werden, in welcher Bandbreite das GM variiert werden darf
(Min. GM und Max. GM). Zusätzlich kann ein Faktor angegeben werden mit dem gewichtet
wird wie viel Index auf welchen Tiefgang erreicht werden soll. Der Faktor muss größer als 1
sein. Nach der Bestätigung mit „F8“ startet die Berechnung der entsprechenden GM. In der
Titelzeile wird der geforderte Index Ri und der erreichte Index Ai angezeigt. Die so ermittelte
GMrequired Kurve wird zu den übrigen Kurven hinzugefügt.
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Widerstand und Propulsion
12
Die Methoden für Widerstand und Propulsion sind unter dem Menupunkt „Resistance and
Propulsion“ zu finden. Zum besseren Verständnis wird empfohlen, sich die Grundlagen der
Widerstandsermittlung und Propulsion noch einmal ins Gedächtnis zu rufen. Entsprechende
Skripte sind auch in E4 hinterlegt: => „Tutorial about Resistance and Propulsion“.
12.1 Widerstandskurve
Zu einem Schiff können in E4 eine oder mehrere Widerstandskurven ablegt werden. Zur
Ermittlung des Widerstands können Standardserien oder Vergleichsschiffe hinzugezogen
werden. Im Widerstandskurveneditor können auch andere Kurven (z.B. von einem
Vergleichsschiff) per Hand eingeben werden. Die folgenden Methoden sind unter
=>„Resistance“ zu finden.
12.1.1 Standardserien
Unter „Trial Resistance Determination“=>„Standard Series“ ist in E4 eine Methode
implementiert, die es erlaubt mehrere standardisierte Verfahren zur Widerstandsbestimmung
miteinander zu vergleichen und zu bewerten.
Je nach projektiertem Schiffstyp bieten sich hier noch weitere Auswahlmöglichkeiten, wobei
man in der Mehrzahl der Fälle mit den Möglichkeiten unter „Standard Vessels“ am besten
bedient ist. Sollten Zweifel bestehen, kann selbstverständlich überprüft werden, ob die
anderen Menupunkte zu besserer Übereinstimmung führen (es sind Dokumentationen für
sämtliche Verfahren hinterlegt, aufzurufen durch: „Esc-4“).
Zum besseren Verständnis ist es sinnvoll, die vorhandenen Dokumentationen zusätzlich zum
o.g. Skript durchzusehen. Außerdem wird dringend empfohlen, mehrere Verfahren
miteinander zu vergleichen, um einen umfassenden Eindruck zu gewinnen und eine geeignete
Strategie zur Abschätzung des Widerstands zu entwickeln.
12.1.2 Vergleichsschiffe
Unter „Trial Resistance Determination“=>„Vessels of Comparison“ sind eine Reihe von
Widerstandskurven verschiedener Schiffe abgelegt.
Zunächst müssen dazu in der Maske die Daten für das projektierte Schiff eingetragen werden.
Hierbei ist auf eine sinnvolle Einteilung für die Widerstandskurve zu achten. Im Folgenden
kann dann zwischen verschiedenen Schiffstypen gewählt werden. Zu jeden Schiff ist die
Länge über alles, die Breite, der Tiefgang sowie der Blockkoeffizient angegeben. Srat ist das
Verhältnis der benetzten Oberfläche S zur Verdrängung V hoch zwei Drittel.
𝑆=
𝑉
𝑆
2�
3
Die Widerstandskurve für das jeweils ausgewählte Schiff wird schwarz gezeichnet alle
anderen rot. Es sollte darauf geachtet werden, dass der Froudezahlbereich des
Vergleichsschiffs mit dem des Projektschiffs übereinstimmt.
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12.1.3 Editieren/Anzeigen von Widerstandskurven
Unter „Resistance Curve Editor“ bietet E4 außerdem die Möglichkeit, die zuvor erzeugten
Widerstandskurven zu bearbeiten.
Nach der Auswahl von „Plot resistance curves“ können die Kurven, die dargestellt werden
sollen, ausgewählt werden. Ist die Auswahl erfolgt und bestätigt worden, wird ein
Ansichtsfenster geöffnet. Dieses kann und sollte individualisiert werden („Customize
Picture“) um die Aussagekraft der Graphik zu verbessern (siehe Kapitel 4.6).
Einzelne Widerstandskurven können von Hand editiert werden („Edit existing resistance
curve“). Dies empfiehlt sich lediglich um den Namen zu ändern, bzw. um eventuelle Fehler
von selbst eingegebenen Kurven zu korrigieren. Dort kann mit „Esc-3“ die angezeigte Tabelle
gedruckt werden.
Eine Widerstandskurve z.B. aus einem Modellversuch oder Probefahrtsbericht kann auch
manuell eingegeben werden. („Create new resistance curve“) Auch hier ist auf einen
aussagekräftigen Kurvennamen zu achten, damit auch zu einem späteren Zeitpunkt eine
einwandfreie Zuordnung erfolgen kann. Nachdem Name, Tiefgang, Trimm (T_FP-T_AP) und
Krängungswinkel gesetzt und mit „F8“ bestätigt wurden, können die Punkte der Kurve mit
„Esc-8“ eingefügt und anschließend editiert werden.
Praktische Bedeutung im Schiffsentwurf hat der nächste Menupunkt „New curve by adding
wind, seastate and shallow water“. Mit dieser Methode kann eine vorhandene Kurve um
Seegangs- und Flachwassereffekte korrigiert werdem. Voraussetzung ist demnach, dass
bereits eine Widerstandskurve erzeugt wurde und eine Windangriffsfläche digitalisiert wurde
(alternativ kann auch nachträglich der Flächeninhalt in m² eingegeben werden). In der
nachfolgenden Eingabemaske kann eine Widerstandskurve mit „F8“ ausgewählt werden. Die
gewünschten Zusatzwiderstände (siehe Spezifikation) werden mit „(y)es“ selektiert (vorerst
sollte die Berücksichtigung mehrerer Einflüsse nacheinander erfolgen, da sonst die
Windangriffsfläche nicht richtig erkannt wird). Die Windstärke ist in Beaufort anzugeben.
Abschließend muss noch ein neuer Name festgelegt werden.
Wenn der Einfluss flachen Wassers berücksichtigt werden soll, kann die Methode nach
Schlichting verwendet werden (diese ist auch im Vorlesungsskript beschrieben). Sie erfordert
lediglich die Angabe der Wassertiefe in Metern. Das weitere Vorgehen ist analog zum
Vorgehen oben.
Der letzte Menupunkt im „Resistance Curve Editor“ erlaubt es, nicht mehr benötigte
Widerstandskurven zu löschen.
12.2 Propulsion
Für die Propulsionsprognose werden der Propellerwirkungsgrad 𝜂0 , der Gütegrad der
Anordnung 𝜂𝐻 sowie der Schiffseinflussgrad 𝜂𝑅 benötigt. Die beiden letzteren werden in E4
unter den so genannten „Hull Efficiency Elements“ (Kapitel 12.2.1) zusammengefasst. Die
Bestimmung von 𝜂0 wird im Abschnitt Propulsor (Kapitel 12.2.2) beschrieben.
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12.2.1 Hull Efficiency Elements
Die „Hull Efficiency Elements“ können wie die Widerstandskurven über Vergleichsschiffe
oder Standardserien in E4 bestimmt werden. Das Vorgehen ist analog zur Ermittlung der
Widerstandskurven.
Zunächst
müssen
wieder
einige
Hauptdaten
und
der
Geschwindigkeitsbereich eingegeben werden. Nach Möglichkeit sollte darauf geachtet
werden, dass die gewählten Werte mit den Werten der Widerstandskurve übereinstimmen. Für
die Interpolation über die Standardserie wird ein Propeller benötigt. In dem Propeller müssen
nur die Hauptdaten enthalten sein. Wie ein Propeller erstellt und verändert werden kann ist in
12.2.2 beschrieben. Da die Ergebnisse abhängig von der Wahl der Methode oder des
Vergleichsschiffes stark streuen können, sollten immer mehrere Ergebnisse verglichen
werden. Die so erstellten Gütegrade werden angezeigt. Es folgt die Abfrage, ob gespeichert
werden soll. Die erstellten Daten können nachträglich bearbeitet werden („Hull Efficiency
Elements Editor“), die Menustruktur ist ähnlich der Struktur bei den Widerstandskurven und
wird daher wird daher an dieser Stelle nicht weiter behandelt.
Alternativ können „Hull Efficiency Elements“ auch im „Hull Efficiency Elements Editor“
eingegeben und manuell editiert werden..
12.2.2 Propulsor (Propeller)
Um einen Propeller in E4 einzufügen, steht die Methode „Propulsor“ in „Resistance and
Propulsion“ zur Verfügung. Die graphische Oberfläche ist leider noch etwas fehlerhaft, was
aber keinen Einfluß auf die Funktion hat. Bevor der Betriebspunkt des Propellers optimiert
werden
kann,
müssen
die
Hauptdaten
eingegeben
werden:
„Propeller
Geometry“=>„Definition of Propeller Geometry“=>„edit propellermaindata“. Die noch leeren
Felder für „Propeller ID“, „Type“, „Number of blades“, „Sense of rotation“, „Number of
propellers“, ggf. „Design rpm“, die Position des Propellers, sowie seinen (maximal
möglichen) Durchmesser sollten nach bestem Wissen und Gewissen ausgefüllt werden.
Speichern mit „F8“=>„save propellermaindata“. Die Propeller werden im System nach der
Propeller ID unterschieden. Wenn ein Propeller kopiert werden soll, reicht es deshalb nicht in
unter neuem Namen zu speichern, sondern es muss vorher die ID geändert werden. Um auch
zu einem späteren Zeitpunkt die Übersicht zu behalten, wird auch hier empfohlen, eine
eindeutige und „sprechende“ Bezeichnung zu wählen. Damit ist es nun möglich, z.B. die Hull
Efficiency Elements zu approximieren (12.2.1).
Um nun den Propeller auf den gewünschten Betriebspunkt auszulegen, steht die Methode
„Standard Propellers and Open Water Characteristics“ zur Verfügung. Sie benötigt jedoch
eine Widerstandskurve und einen Propeller in der Datenbasis des Schiffes (s.o.). Weiter mit:
„Standard Propellers“=>„Wageningen Series B-60 including Reynolds Corr.“, dem erstellten
Propeller und den Hull Efficiency Elements. Im Regelfall soll für einen gegebenen Schub die
benötigte Leistung minimiert werden „Minimum Power for given thrust“. In der folgenden
Maske werden die möglichen Hauptabmessungen abgefragt. Sie sollten sorgfältig ausgewählt
und eingetragen werden. Bestätigung mit „F8“, soll das Flächenverhältnis ebenfalls bestimmt,
so muss „0“ eingetragen werden. Die nun berechneten Daten können in tabellarischer Form
mit „Preview“ eingesehen und ggf. gedruckt (in eine Datei) werden. Graphische Übersicht mit
„Continue“. Sollte die Methode keine Ergebnis finden, so sind wahrscheinlich die Grenzen
für die Propellergeometrie und Drehzahl zu eng gesetzt worden.
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nicolas.rox@tuhh.de
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Speichern der Daten mit: „F2“. Das Freifahrtdiagramm kann tabellarisch eingesehen werden
über den „Editor for Open-Water Characteristics“. Die Graphik kann nachträglich über
„Generate PFF and Open-Water Char's for B60 Series“ wiederhergestellt werden.
12.2.3 Speed and Power
Der nächste Punkt im „Resistance and Propulsion“-Menu ist „Speed and Power“. Von
Bedeutung im Rahmen der Studienarbeit ist der Punkt „Speed/Power from Resistance,
Interaction and Propeller“. Auch für diese Methode ist eine Dokumentation vorhanden und es
wird empfohlen diese zu lesen. Je nach Spezifikation ist die Wahl zu treffen zwischen
Combinator
oder
constant
revolution
mode
(FPP=FixedPitchPropeller;
CPP=CotrollablePitchPropeller). Es müssen die vorher berechneten Werte für den
Schleppwiderstand, die Wechselwirkungskoeffizienten und der Propeller selektiert werden,
bevor die Berechnung erfolgen kann. Nachdem ein Name gewählt wurde, wird die graphische
Darstellung geöffnet und die Kurve gespeichert. Mit „F2“ kann die Methode wieder verlassen
werden. Zur weiteren Analyse und zum Exportieren der Daten steht der „Editor for
Speed/Power Curves“ zur Verfügung. Die Menupunkte sind selbsterklärend, exportieren und
drucken funktioniert analog zur Vorgehensweise in 12.1.3.
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CFD mit Kelvin
13
CFD mit Kelvin
E4 bietet die Möglichkeit, einer Widerstandsabschätzung durch direkte Berechnung auf Basis
der Potentialtheorie. Dadurch sind die Rechenzeiten und Zeiten zur Gittererzeugung relativ
kurz, jedoch muss hingenommen werden, dass die Rechenergebnisse quantitativ nicht
aussagekräftig sind. Hingegen lassen sich die relativen Auswirkungen von Änderungen recht
gut beurteilen.
13.1 Gittererzeugung
Zunächst muss eine Rumpfform vorliegen, die über die entsprechenden Menupunkte nach
Vorschrift zusammengesetzt wurde. Es sollte auch Wert darauf gelegt werden, dass die
Grenzkurven („Boundary Curves“) korrekt definiert sind.
Die CFD-Methoden befinden sich unter: „Hullform“=>„Hullform Control and
Accuracy“=>„Computational Fluid Dynamics“. Aufgrund der Komplexität der
Anwendungen, wird auch hier nochmal eindringlich darauf hingewiesen, die in E4
integrierten Dokumentation zu lesen und sie auch mal als erstes bei eventuellen Unklarheiten
aufzurufen.
Im Rahmen der Studienarbeit soll mit dem Algorithmus KELVIN gerechnet werden.
Zunächst wird ein Gitter für den Rumpf und die freie Wasseroberfläche benötigt. Diese
werden unter „Grid Generation: Body Grids“ definiert. Es wird das Gitter selbst gespeichert,
das bedeutet, dass sobald die Rumpfform modifiziert wurde, muss die Gittererzeugung
wiederholt werden.
In der Regel besteht das Rumpfgitter aus vier Segmenten: Spiegel, Hinterschiff, Vorschiff und
Bugwulst. Ist für das bearbeitete Schiff noch kein Gitter erstellt worden, so muss im
nachfolgenden Menupunkt „Do Grid Generation“ gewählt werden. Die nächste Abfrage zielt
darauf ab, die y-Koordinaten am Stevenrohraustritt auf 0 zu setzen, dies kann ruhig mit
„(y)es“ beantwortet werden. Nachfolgend müssen die zu verwendenden „Hull Domains“
ausgewählt werden. Es wird ein Ansichtsfenster geöffnet und es muss der Tiefgang (am
hinteren Lot), die Gitterhöhe und evtl. der Trimm eingegeben werden. Als Faustregel für die
Höhe des Rechengitters kann Tiefgang plus 1,50m angesehen werden. Sind die Eingaben mit
„F8“ bestätigt, müssen noch weitere Angaben zur Generierung des Gitters erfolgen. Da nur
mit KELVIN gerechnet werden soll, müssen sämtliche Punkte mit dem Vermerk SHALLO
deaktiviert werden. „Theta-Cant of the bow part of the grid“ muss eingeschaltet werden, dies
sorgt dafür, dass die Blockgrenze zwischen Vorschiffs- und Bugwulstgitter entsprechend dem
Vorsteven schräg gestellt und somit besser der Rumpfform angepasst wird. Weiter mit „F8“.
Danach muss erst die Längslinie, welche die Oberkante des Bugwulstes darstellt, und
anschließend die Längslinie des Vorstevens gewählt werden. Die Tabelle mit den PatchParametern kann zunächst mit „F8“ bestätigt werden, da ohnehin die Netztopologie von Hand
nachjustiert werden muss.
Ist die Gittergenerierung erfolgreich verlaufen, erscheint nun ein zusätzliches Fenster mit dem
deutlich sichtbaren Vermerk OK. Im E4-Hauptfenster erscheint die Übersicht über die vier
Gitterblöcke. Zur besseren Veranschaulichung und Aktualisierung bei Veränderungen der
Topologie, können die Gitterblöcke einzeln neu berechnet werden „F7“ (CALC). Der
entsprechende Block erscheint farblich abgehoben im Übersichtsfenster.
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CFD mit Kelvin
In der Regel ist der erste Block das Spiegelgitter. Die Grenze zum Hinterschiff muss je nach
Schiffstyp (Einschrauber mit Gondel oder Zweischrauber mit Totholz) angepasst werden.
Beim Einschrauber sollte die vordere Blockgrenze des Spiegelgitters (und damit auch die
Hintere des Hinterschiffsblockes) an die x-Position des Stevenrohraustritts verlegt werden.
Mit dem Cursor muss dazu in der ersten Zeile (Spiegel) auf die „X-pos“ der „FRONT
PLANE“ gegangen werden. Pop-Up-Menu öffnen („F4-F7“), „Choose X from E4-Frames“,
ist der richtige Spant gefunden, mit „F8“ bestätigen und mit „F7“ aktualisieren. Mit einem
kleinen „Trick“ beseitigt man dann die stark verzerrten Zellen am Übergang. Zunächst muss
dafür im Pop-Up-Menu mit „turn OFF: FIT borders“ deaktiviert werden, dass die
Blockgrenzen stets nachgepflegt werden. Als nächsten Schritt genügt es die Vorderkante des
Spiegelgitters um einen Zentimeter nach hinten zu verschieben. Nun sollte eine klare
Trennung zwischen den beiden Blöcken hergestellt und die verzerrten Zellen eliminiert sein.
Nun können die einzelnen Blöcke derart manipuliert werden, dass die Rechnungen stabil und
zügig verlaufen. Dazu sollte darauf geachtet werden, dass nicht zuviele Zellen verwendet
werden. Das Spiegelgitter benötigt z.B. nur wenige Patches (max. 4x4 Unterteilungen). Das
Hinterschiffsgitter sollte derart angepasst werden, dass an der Blockgrenze die Patches
ungefähr die gleichen Abmessungen besitzen. Zur Mitte des Schiffes hin werden im Regelfall
nicht so feine Zelle benötigt um die Schiffsform welche sich dort über die Bogenlänge des
Spantes nicht mehr so stark ändert wie beispielsweise im Bereich der Gondel.
Mit „F8“ gelangt man in die Menuebenen in denen die Gittertopologie direkt beeinflusst
werden kann. Zuerst kann man die Unterteilung in x-Richtung festlegen. „n“ bezeichnet die
Anzahl der Unterteilungen. Unter „<----X---->“ „first“ kann man in Prozent bezogen auf die
Blocklänge die Länge des ersten Patches (von hinten nach vorn) definieren. Für eine
progressiv zunehmende Patchlänge muss also ein kleinerer Wert als für eine gleichmäßige
Verteilung gewählt werden, z.B. bei n=9 x=5. Weiter mit „F8“. Nun kann die Unterteilung
entlang der Bogenlänge definiert werden, dies erfolgt analog zu oben. „n“ gibt die Anzahl der
Unterteilungen an und „ARC“ den prozentualen Anteil des untersten Patches an der
Bogenlänge. Mit „F1“ gelangt man zurück zur Block-Übersicht. Es kann sich nun nach vorn
durchgearbeitet werden.
An den Blockgrenzen ist darauf zu achten, dass die Patches so gut es geht zusammenpassen
(Abmessungen) und keine Klaffungen entstehen. Speziell am Vorsteven ist zu bedenken, dass
in der Regel das Vorschiffsgitter durch die auflaufende Bugwelle (Gitteroberkante entspricht
der freien Wasseroberfläche) nach oben verzerrt wird. Dadurch kann ein Loch entstehen,
wenn die Oberkante des Patches an der Stevenkontur auf Mitte Schiff nach oben verlagert
wird und sich die Unterkante des Patches auf dem einlaufenden Bugwulst befindet. Dies lässt
sich vermeiden, indem das Gitter so definiert wird, dass es am Anfang in die andere Richtung
klafft und sich hinterher „zuzieht“. Analog kann am Übergang zum Spiegelgitter vorgegangen
werden. Klaffungen an der Trennstelle mittschiffs lassen sich nicht immer vermeiden, sind
aber auch nicht so kritisch zu bewerten. Insgesamt sollte das Gitter so grob wie möglich und
so fein wie nötig (um die Schiffskontur abzubilden – hier in der 3D-Ansicht kritische Stellen
wie z.B. kleine Radien, Bugwulstkontur, Heckgondel, etc. genau prüfen und ggf. Gitter
modifizieren) gestaltet werden. Die Trennstelle Mittschiffs sollte nicht an der Trennung
zwischen Vor- und Hinterschiff liegen.
Ist das Schiff mit einem Totholz versehen, muss die Hinterkante des Hinterschiffsgitters so
gedreht werden, dass das Profil gut erfasst wird. Ist „FIT borders“ bereits ausgeschaltet gilt
das auch für das Spiegelgitter. Die Drehung kann in der Spalte „theta“ in der GitterblockNicolas Rox
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CFD mit Kelvin
Übersicht eingestellt werden. Wenn das Totholz nicht eingestrakt ist, muss beachtet werden,
dass die Knicklinie vom Rechengitter gut abgebildet wird.
Verlassen und Speichern der Gittermethode mit „F2“=>„Quit and SAVE“. Nun muss die
Schiffsgeschwindigkeit eingetragen werden, außerdem bietet sich die Möglichkeit, das Gitter
der Wasseroberfläche zu modifizieren, falls das notwendig sein sollte. Bestätigen mit „F8“. In
eigenem Interesse sollte ein nachvollziehbarer Name gewählt werden (Tiefgang und
Geschwindigkeit werden später in der Übersicht mit angezeigt). Die Frage, ob das ShalloGitter editiert werden soll, ist mit NO zu bestätigen. Das Speichern eines leeren SHALLOGitters mit „F1“ abzubrechen. Dieser zugegeben etwas nervige Vorgang ist bei jedem
Verlassen der Gittergenerierung zu wiederholen. Die in E4 hinterlegte Dokumentation ist sehr
anschaulich und hilft gut bei eventuellen Problemen.
13.2 Rechnen
Die Rechnung wird mit unter Menupunkt „KELVIN“ gestartet. Es muss das gewünschte
Gitter gewählt werden. Das E4-Hauptfenster wird geschlossen und im hinteren Fenster kann
der Rechenfortschritt beobachtet werden. Interessant ist u.U. die Entwicklung des Residuums
und die Konfiguration des Gitters der Wasseroberfläche. Standardmäßig sind 13
Iterationsschritte eingestellt. Sollte das Residuum vor Erreichen dieser Anzahl das
Abbruchkriterium erreichen, stoppt die Rechnung automatisch. Ist das nicht der Fall, kann bei
der Gittererstellung in der Geschwindigkeitsübersicht die Anzahl der Iterationen modifiziert
werden. Sollte die Rechnung trotzdem nicht zufriedenstellend konvergieren, so ist ggf. das
Gitter zu überarbeiten. Die dargestellten Daten werden nach Rechenende nicht gespeichert,
daher sollten sie an dieser Stelle mitgeschrieben werden, wenn nötig.
Die Nachfrage über die Sicherung der Dateien in COSMOS am Ende der Rechnung kann so
wie sie ist bestätigt werden, jedoch sollten erst die Ergebnisse notiert werden.
13.3 Ergebnisse angucken
Über „Flow Visualization“ können die Rechenergebnisse visualisiert werden. Unter
„Predefined Pictures“ kann selektiert werden, ob die Druckverteilung oder das Wellenbild
dargestellt werden soll. Unter „Predefined Views“ können voreingestellte Perspektiven (z.B.
Total Top View für das Wellenbild) gewählt werden. Weitere Modifikationen der Darstellung
sind unter „Expert Values Editor“ möglich (z.B. Abstand der Isolinien). Für die
Dokumentation müssen Screenshots der Darstellungen gemacht werden, z.B. mit xv.
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Seegangsrechnung mit E4
14
Im Rahmen der hydrodynamischen Untersuchungen kann mit E4 auch das Seegangsverhalten
von Schiffen bestimmt werden. Zur Durchführung von Seegangsuntersuchungen muss die
Schiffsform sowie die Front- und Seitenlateralfläche (Berücksichtigung von Wind) vorliegen.
Weiter muss ein legaler Ladefall existieren, d.h. der Ladefall muss vorhanden sein und sollte
die Intaktstabilitätskriterien erfüllen. Um die Trägheitsmomente und den Trägheitsradius des
Schiffes korrekt bestimmen zu können, müssen alle Leerschiffs- und Gewichtskomponenten
des Ladefalls mit ihrer jeweiligen Erstreckung in x,y und z- Richtung vorliegen. Ferner sollte
zur korrekten Berechnung der Längsbewegung im Seegang eine Widerstandskurve vorhanden
sein.
Im Folgenden soll kurz umrissen werden, wie man eine Seegangsrechnung durchführt. Für
detaillierte Infos zu den Methoden und Möglichkeiten der Ergebnisdarstellung sowie der
zugrunde liegenden Theorie sei auch hier auf die Methodendokumentation („Esc-4“) bzw. die
einschlägigen Seegangsskripte (Söding, Abdel-Maksoud etc.) verwiesen.
Die Seegangsmethoden findet man unter „Manoeuvring, Sea Trials and Seakeeping“ =>
„Seakeeping“.
14.1 Linear Strip Theory Methods
Bevor eine Seegangssimulation gestartet werden kann, müssen unter „Linear Strip Methods“
=> „RAO Determination“ die linearen Übertragungsfunktionen (Response Amplitude
Operators) berechnet werden. Die RAOs werden unter „RAO Determination“ erzeugt und
unter „Show or Delete RAOs“ verwaltet.
Nach „F8“ bei „RAO Determination“ müssen die Hulldomains und der Ladefall gewählt
werden, mit denen gerechnet werden soll. Auch hier ist es sinnig die Domains „Aftbody und
Forebody Symetric“ zu wählen um Inkonsistenzen zu vermeiden.
Die nachfolgende Grafik zeigt die benetzten Spanten, Seitenlateralfläche (falls vorhanden)
sowie ein Kuboid dessen Massenträgheitsmomente äquivalent zu denen des Schiffes sind.
Der Kuboid sollte den Abmessungen des Schiffes, ersichtlich an der Seitenlateralfläche, nahe
kommen. (Meist ist er etwas kleiner als das Schiff) Bei unsymmetrischer Gewichtsverteilung
darf der Kuboid auch rautenförmig verzogen sein. Im Menu können u.a. die Position der
Berechnungsspanten verändert, eine zusätzliche Bug- oder Heckwelle aufgebracht und die
Massenträgheitsmomente beeinflusst werden. Ist man mit dem Kuboid zufrieden, geht es
weiter mit „OK – continue“. Zur Kontrolle wird die erwartete Rollperiode für kleine
Rollwinkel sowie der trockene und Nasse Rollträgheitsradius ausgegeben. Mit F8 geht’s zum
eigentlichen BerechnungsMenu für die RAOs. Zu jedem Ladefall müssen nun lineare RAOs
für jede der zu untersuchenden Geschwindigkeiten berechnet werden.
Mögliche auftretende Probleme:
1. Kurze Wellenlängen bei höheren Geschwindigkeiten (18kn+) führen zu Problemen bei der
Yaw-, Surge und Roll RAO. => Erhöhung der minimalen Wellenlänge umgeht das
Problem
2. Bei Ladefällen mit größerem GM kann es passieren, dass die Dämpfung nach
Blume+Schlingerkiele unzureichend ist. Die Roll-RAO sollte ein Maximum von ca. 20
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nicht überschreiten. => Abhilfe durch Vorgabe einer Dämpfungswelle von üblicherweise
0,5 – 1 m Höhe.
14.2 Time Domain Simulations
Die folgenden Ausführungen beschränken sich auf die Bedienung der „rolls“ Methode. Die
Bedienung von „rpolar“ zur Erzeugung von Daten für Polardiagramme ist bis auf einige
Feinheiten identisch. Mit „r_dias“ lassen sich besagte Polardiagramme erstellen. Beide
Methoden sind in der E4 Dokumentation detailliert beschrieben.
Zur detaillierten Simulation einer Seegangssituation wählt man also „ROLLS: Nonlinear
Rolling Simulation in Time domain“. Mit Auswahl einer der zuvor erstellten RAOs legt man
sich auf Ladefall und Schiffsgeschwindigkeit fest. Eine Widerstandskurve wird für die
Berücksichtigung der Längsbewegung benötigt. Anschließend wird nach den Hebelarmen
gefragt. E4ROLLS speichert Hebelarmkurven für Glattwasser, Wellenberg und -tal in der
Datei ehebel.Dat im Schiffsverzeichnis, aus der während der Simulation die Aufrichthebel im
Seegang interpoliert werden. Man benötigt daher für jeden Ladefall eine neue, zugehörige
ehebel.dat.
In der nächsten Eingabemaske ist für die Rolldämpfung einmalig die Angabe der
Schlingerkielabmessungen und Blume Dämpfungskoeffizienten erforderlich => „Roll
damping and bilge keels“. Diese Daten werden im Schiffsverzeichnis in der rolldaempf.Dat
abgelegt. Das PopUp im Blume Koeffizienten Menu zeigt die den Werten zugrunde liegenden
Graphen. Die anderen Menupunkte werden seltener benötigt. Weiter mit => „Input seaway
and GO!“, das gewünschte Seegangsspektrum auswählen und danach Angaben zum Seegang
eintragen. Anschließend können die Simulationseinstellungen und die Modellierung des
Seegangs bearbeitet werden. Mit Hilfe der Random number, kann man sich jederzeit wieder
durch Eingabe derselben Zahl exakt den gleichen natürlichen Seegang für eine Simulation
auswählen. => Schön um Ergebnisse vergleichen zu können. Abschließendes F8 =>
Simulation startet und E4 gibt einem einige statistische Werte der Simulation aus. In der
nachfolgenden Maske kann man sich abschließend die Ergebnisse in Form eines Films, eines
Histogramms oder über die Zeit etc. anzeigen lassen.
Nicolas Rox
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<Literaturverzeichnis
15
Literaturverzeichnis
[1] Skript, „Rechnergestützte Beschreibung der Schiffsform (inE4); http://www.ssi.tuharburg.de/doc/Skripte/cadform.pdf“.
[2] Skript,
„Schiffsformentwurf
harburg.de/doc/Skripte/form.pdf“.
[3] Skript,
„Festlegen
der
harburg.de/doc/Skripte/haupt.pdf“.
[4] Skript,
„Verzerren
von
harburg.de/doc/Skripte/verzerr.pdf“.
[5] Skript,
„Volumetrische
harburg.de/doc/Skripte/hydrost.pdf“.
mit
CFD;
Hauptabmessungen;
Schiffslinien;
Berechnungen;
http://www.ssi.tu-
http://www.ssi.tu-
http://www.ssi.tu-
http://www.ssi.tu-
[6] Skript, „Gittergenerierung für CFD; http://www.ssi.tu-harburg.de/doc/Skripte/gitter.pdf“.
[7] Skript,
„Methoden
der
harburg.de/doc/Skripte/gewicht.pdf“.
Gewichtsermittlung;
http://www.ssi.tu-
[8] Skript, „Widerstand; http://www.ssi.tu-harburg.de/doc/Skripte/WIDERST.pdf“.
[9] Skript,
„Grundlagen
der
harburg.de/doc/Skripte/propulsion.pdf“.
[10] Skript,
„Umweltbedingte
harburg.de/doc/Skripte/rtzusatz.pdf“.
Propulsion;
http://www.ssi.tu-
Zusatzwiderstände;
http://www.ssi.tu-
[11] Skript, „Propellertheorie; http://www.ssi.tu-harburg.de/doc/Skripte/propeller.pdf“.
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Einführung in die Entwurfsmethoden Datenbank E4

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