Pegelabhängige Fahrspurberechnung in fließenden Gewässern · BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU...

BUNDESANSTALT FÜR WASSERBAU Karlsruhe Hamburg Ilmenau

Pegelabhängige Fahrspurberechnung infließenden Gewässern

Trassierung in nichtfließenden Gewässern

Formulierung eines physikalischen Ansatzeszur Berechnung des Einflusses der Fließgeschwindigkeit

Pegelabhängige Fahrspurberechnungmit dem Programm PeTra

Ausblick auf weitere Entwicklungen

Erste Berechnungsergebnisse

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( ) ( ) RlCfbRB −++= 221 *

Berechnung der Fahrspur in nichtfließenden Gewässern

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( ) ( ) RlCfbRB −++= 221 *

Trassierung nach Einzelpositionierung

Berechnung der Fahrspur in nichtfließenden Gewässern

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nichtfließendes GewässerBergfahrtTalfahrt

Anströmgeschwindigkeit

Querkraft infolge Schräganströmung

FliehkraftFahrgeschwindigkeit gegen Grund

Einfluss Fließgeschwindigkeit auf den Driftwinkel

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Ansatz zur Berechnung des Kräftegleichgewichtes

x

y

dx

Ansatz:Die zeitliche Änderung des Impulses der denSchiffskörper anströmenden Wassermasse istgleich der örtlichen Querkraft am Schiffskörper.

dFydx

xFyd

d x

ρ2

π. c x( ). T x( ) 2. Vw t( ). sin δ x( )( ). dx

dt.d

d

C: Lewische TrägheitskoeffizientEr ist das Verhältnis der hydrodyn. Masseeines Querschnittes zu der eines Kreises.

Es folgt für den Spantquerschnitt:

my1

2c. ρ. π. T2.

hydrodynamische Querkraft:

Ffl

Fliehkräfte:

FflV2 Ω.

Lm mx cos δ( )

2. my sin δ( )2..

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( )[ ] ( )[ ] 2

22222

)cos(41)sin()cos(32)cos(1)cos(2)sin(32

)(VwICwsI

IIVwRRImVgR

⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅+

=⋅

δρπδδδπρδδπρ

δ

Lösung des Kraftansatzes und Herleitung einerRadius/Driftwinkelbeziehung

für fließende Gewässer

∫ ⋅

⋅=

2

0

2)()(2

L

xdxxTxCdxd

I

∫−

⋅=2

2

2)()(3

L

L

dxxTxCI

∫−

⋅Ω

−⋅=2

2

2

))(sin()(4

L

L

dxL

xtxTI δ

∫

⋅=

2

0

2)()(1

L

dxxTxcdxd

I

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1. Schritt:

2. Schritt:

∫

⋅=

2

0

2)()(1

L

dxxTxcdxd

I ∫ ⋅

⋅=

2

0

2)()(2

L

xdxxTxCdxd

I ∫−

⋅=2

2

2)()(3

L

L

dxxTxCI ∫−

⋅Ω−⋅=

2

2

2

))(sin()(4

L

L

dxL

xtxTI δ

Beschaffung Linienriss

Ermittlung der Trägheitskoeffizienten für entsprechende Lewisspanten

3. SchrittLösung der Formintegrale

Aufstellung der Formintegrale

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Talfahrt ( GMS):Vw= 4,4 m/s Vs = 6,4 m/s

Bergfahrt (GMS):Vw = 4,4 m/s Vs =2,4 m/s

Ergebnisse erster Testrechnung mit angenommenenWerten

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Vergleich gemessener und berechneter Cf- Werte

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Gemessene und berechnete Fahrspurbreiten eines Talfahrers auf der WeserSchiff: Mone-M gemessen am 13.04.2000

L: 85,00 mB: 9.50 mT: 2,50 m

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Berechnung von Fahrspurbreiten in Abhängigkeit vonFließgeschwindigkeit, Kurvenradius und Schiffstyp

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Interaktion strömungsdynamischer und fahrdynamischer Berechnungsmodelleam Beispiel des Rheins zwischen Budenheim und Kaub

Zusammenfassung und Ausblick

Modellierungs- und Berechnungsverfahren:

instationär, 1D, vernetzt,hybride Modelle (Teilmodelle 2D)

Kaub

Bingen

Budenheim

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