WPP_Klausur_WS0708

Widerstand und Propulsion WS 07/08Klausur, 7.03.2008

Klausur Widerstand und Propulsion

7.Marz 2008

Beginn: 09:00 Uhr

Bearbeitungszeit: 3:00 h

Allgemeine Hinweise

1. Im Fragenteil sind keine Hilfsmittel außer Stift und Papier zugelassen. Im Aufgabenteil sind

alle Hilfsmittel außer Nachbarn, Handy etc. erlaubt. Ein Tauschungsversuch fuhrt sofort zum

Einziehen der Klausur.

2. Die Blatter sind nur einseitig zu beschreiben.

3. Die Blatter sind fortlaufend zu nummerieren.

4. Auf jedes Blatt sind Name, Vorname und Matrikelnummer zu schreiben.

5. Die Nummern der Fragen und Losungen sind eindeutig zuzuordnen.

6. Die Antworten sind kurz und prazise zu geben (keine Romane!).

7. Die Fragen und Aufgaben sind leserlich zu beantworten bzw, zu losen.

8. Mit Bleistift geschriebene Klausurteile (ausgenommen Zeichnungen und Skizzen)

werden bei der Bewertung nicht berucksichtigt.

9. Lesen Sie die Fragen genau durch, uberlegen Sie, was gefragt ist und rechnen Sie

erst, wenn Sie die Aufgabe verstanden haben. Falls Sie eine Frage nicht beantworten

konnen, nehmen Sie die nachste und schatzen Sie wenn notig die Eingangsgroßen.

Viel Erfolg!

Institut fur Entwerfen von Schiffen und Schiffssicherheit www.ssi.tu-harburg.de1/6


I Fragenteil

1. Nennen Sie die Anteile des sogenannten Glattwasserwiderstandes, die wahrend des Modellversuchs

ermittelt werden.

2. Erlautern Sie das Vorgehen, um fur das zu projektierende Schiff den Leistungsbedarf der Groß-

ausfuhrung zu prognostizieren.

3. Erlautern Sie den Begriff”Reibungsabzug“.

4. Erlautern Sie die Froudesche Methode und geben Sie die einzelnen Rechnungsschritte an.

5. Auf welche Weise korrigieren die Versuchsanstalten die Umrechnung der Modellversuchsergebnisse

nach Froude?

6. Welche Methoden gibt es, mit denen man ohne Modellversuche eine Widerstandsprognose errech-

nen kann? Nennen Sie etwaige Nachteile.

7. Erlautern Sie den Unterschied zwischen”Engine-Margin“ und

”Sea-Margin“

8. Erlautern Sie eine Moglichkeit zur Bestimmung des Flachwasserwiderstandes. Geben Sie die ein-

zelnen Berechnungsschritte an.

9. Welche Widerstandselemente enthalt die Sogziffer?

10. Warum ist der Propellerwirkungsgrad bei J=0 auch gleich null? Wie nennt man diesen Betriebs-

punkt?

11. Welche Methode wird bei der Bestimmung des Propulsionspunktes in der Regel bevorzugt: Mo-

mentenidentitat oder Schubidentitat ? Warum wird die eine Methode bevorzugt ?



II Aufgabenteil

Aufgabe 1

In einem Flachwasserschlepptank wird folgendes Model geschleppt:

Lange Lpp [m] 157,5 Breite Boa [m] 25,75

Tiefgang T [m] 6,75 benetzte Flache SSchiff [m2] 3511

Geschwindigkeit vs [kn] 12 Modellmaßstab λ [−] 25

Windangriffsflache AH [m2] 686,4 Windwiderstandsbeiwert cah [−] 0,8

Lange Lpp [m] 157,5 Breite Boa [m] 25,75

Dichte der Luft ρLuft [kg/m3] 1,225 Hauptspantvolligkeit cm [−] 0,84

Tabelle 1: Projektdaten

Der Schlepptank hat eine Tiefe von h = 0, 4m. Es wurde ein Widerstand von R = 20N gemessen.

a) Fur welche Gewassertiefe der Großausfuhrung wurde dieser Versuch gemacht und bei welcher

Geschwindigkeit muß das Modell geschleppt worden sein?

b) Wie groß sind Wellenwiderstand und Reibungswiderstand im Modellversuch?

c) Wie groß sind der Wellen-, Reibungs- und Gesamtwiderstand der Großausfuhrung?

d) Wie groß sind Geschwindigkeit und Widerstand im unendlich tiefen Wasser?

e) Zusatzlich zum hydrodynamischen Widerstand soll auch noch der Gegenwind der Starke BF2

eingerechnet werden. Wie groß ist jetzt der Gesamtwiderstand auf flachem Wasser?



Aufgabe 2

Fur einen neuen Schiffsentwurf wurden Modellversuche durchgefuhrt. Die Ergebnisse von Widerstands-

versuch und Propulsionsversuch sind in Tabelle 3 gegeben. Die Hauptdaten des Entwurfs finden sich

in Tabelle 2. Desweiteren ist die Freifahrtcharakteristik des Modellpropellers in Abbildung 1 gegeben .

Das Schiff soll eine Lange zwischen den Loten von 310m haben. Die Durchmesser der beiden Propeller

sind mit 7, 7m festgelegt.

Lange LPP [m] 310 Modellmaßstab λ [−] 42

benetzte Flache S [m2] 22638 Korrekturfaktor Nachstrom (1 + c) [−] 1,035

Formfaktor k [−] 0, 15 Modell-Schiff-Korrelationszuschlag cA [−] 0,00017

Tabelle 2: Widerstands- und Propulsionsversuch

vS [kn] RT,M [N ] TM [N ] QM [Ncm] nM [1/s]

16 36 28,3 78,8 7,81

18 44,8 35,3 98,6 8,75

19 49,6 39,5 110,1 9,25

20 54,8 44,1 122,9 9,78

21 60,7 49,4 137,9 10,33

22 67,9 55,8 155,3 10,92

Tabelle 3: Widerstands- und Propulsionsversuch

10KQ

KT

J

KT

η0

10K

Q

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.00

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Abbildung 1: Freifahrtcharakteristik des Modellpropellers

a) Bestimmen Sie Sog- und Nachstromziffer fur Modell- und Großausfuhrung.

b) Berechnen Sie Schiffseinflußgrad, Freifahrtwirkungsgrad und Gutegrad der Anordnung.

c) Geben Sie die erforderliche Drehleistung der Großausfuhrung an.



Aufgabe 3

Ein Schiffsneubau befindet sich in der Entwurfsphase. Die Modellversuche haben ergeben, dass das Schiff

bei einer Geschwindigkeit von 14kn einen Gesamtwiderstand von 440kN aufweist. Leistung und Drehzahl

der Hauptmaschine stehen bereits fest. Fur eine Abschatzung der Widerstandskurve soll angenommen

werden, dass der Widerstand proportional zu v2

S ist. Fur die Propulsorauswahl steht das Seriendiagramm

in Abbildung 2 zur Verfugung (siehe unter Anhang). Unbekannte Werte sollen sinnvoll abgeschatzt

werden. Das Schiff ist mit einem Verstellpropeller ausgerustet, der mit konstanter Drehzahl betrieben

werden soll.

Lange LPP [m] 174 Widerstand bei vS = 14kn RT [kN ] 440

Motorleistung PE [kW ] 6700 Propellerdruchmesser D [m] 6

Sogziffer (t) [−] 0,17 Nachstromziffer (w) [−] 0,22

Tabelle 4: Hauptdaten

a) Wahlen Sie einen geeignete Entwurfsteigung fur das Schiff aus, damit unter Berucksichtigung von

15% Engine-Margin eine Schiffsgeschwindigkeit von 15kn erreicht werden kann. Welche Drehzahl

stellt sich ein?

b) Der Kunde erwagt den Kauf eines Zugdrachensystems zur Kraftstoffeinsparung. Berechnen Sie

die Folgen fur den Propulsionspunkt, wenn der Drachen bei der Geschwindigkeit vs = 15kn noch

eine Zugkraft in Fahrtrichtung von 157kN erzeugt. Welche neue Propellersteigung ergibt sich im

Diagramm.

c) Nach der Korrekturformel 1 laßt sich bei unverandertem Schubbeiwert ein korrigierter Momen-

tenbeiwert fur den Verstellpropeller bei verstellter Steigung ermitteln. Die Indizes OFF und DES

stehen fur Off-Design- und Designsteigung. Welche Auswirkungen hat dies fur den Freifahrtwir-

kungsgrad?

kQ,CPP = kQ,FPP · (1, 154− 0, 154 ·

POFF

PDES

) (1)



III Anhang

10KQ P/D = 1, 4

1,3

1,2

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

KT P/D

=1, 41,3

1,2

1,1

1,00,9

0,8

0,7

1,41,3

1,2

1,11,0

0,9

0,8η0 P/D = 0,7

J

KT

η0

10K

Q

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.60

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

B 4-40

Abbildung 2: Seriendiagramm

Stoffdaten und Konstanten

Dichte (Seewasser, bei 15◦C): See = 1025 kgm3

kinematische Viskositat (Seewasser, bei 15◦C): νSee = 1, 19 · 10−6 m2

s

Dichte (Susswasser, Versuchstank): Tank = 998, 4 kgm3

kinematische Viskositat (Sußwasser, Versuchstank): νTank = 1, 04 · 10−6 m2

s

Dichte der Umgebungsluft: Luft = 1, 23 kgm3

Erdbeschleunigung: g = 9, 81 ms2

kritische Reynolds-Zahl: Rekrit = 5 · 105


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