Spezielle Kapitel - M-06 Institut für Entwerfen von Schiffen und

Institut für
Entwerfen von Schiffen und Schiffssicherheit
Übung zur Vorlesung
Spezielle Kapitel des Schiffsentwurf
Ruder und DP
Prof. Dr.-Ing. Stefan Krüger
Dipl.-Ing. Arne Falkenhorst
Uebung Spezielle Kapitel des Schiffsentwurfs
12. Februar 2015
Übung 12
1. Erläutern Sie die Vor- und Nachteile von Rudern mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen.
2. Nach welchen Gesichtspunkten sollten Ruder und Propeller angeordnet werden?
3. Welche Ruderprofile bieten welche Vorteile?
4. Welche DP-Klassen sind Ihnen bekannt?
5. Wo sind die DP-Klassen definiert?
6. Was beinhalten die jeweiligen DP-Klassen?
7. Wie werden Umwelteinflüsse berücksichtigt?
8. Welche Schiffstypen nutzen zu welchem Zweck DP-Systeme?
9. Welche Vor- und Nachteile bietet eine diesel-elektrische Propulsion?
10. Was spricht im speziellen Fall des dynamischen Positionierens für die Verwendung von CPP’s?
11. Welchen Vor- und Nachteile bietet eine Konfiguration mit podded drives?
Arne Falkenhorst
Spezielle Kapitel des Schiffsentwurfs
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Uebung Spezielle Kapitel des Schiffsentwurfs
12. Februar 2015
Übung 12
1. Erläutern Sie die Vor- und Nachteile von Rudern mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen.
Ruder mit großem Seitenverhältnis haben einen hohen Gradient des Auftriebsbeiwerts, daher
generieren sie bei geringen Ruderwinkeln einen große Kraft.
Ruder mit einem kleinen Seitenverhältnis haben einen großen Stallwinkel, jedoch einen kleinen
Gradienten des Auftriebsbeiwerts.
2. Nach welchen Gesichtspunkten sollten Ruder und Propeller angeordnet werden?
Anordnung des Propellers:
Ein weiter außen platzierter Propeller führt zu besseren Momenten aus dem Hovgaard-Effekt. Dies
führt allerdings dazu, dass die Motorbox größer wird und damit die Wasserlinien und Schnittlinien
schlechter geführt werden können. Dies kann sich negativ auf die Propellerzuströmung auswirken.
Hier ist eine Abwägung zu treffen.
Anordnung des Ruders:
x-Ausrichtung: 1.0 - 1.5 D hinter dem Propeller, je nach Steigung des Propellers.
y-Ausrichtung: Ruder in den Propellerstrahl, auf einer Linie mit der Propellerwelle.
z-Ausrichtung: Unterkante und Oberkannte sollten leicht über den Propellerstrahlrand raus stehen,
so dass die Spitzenwirbel nicht um die Rudersohle oder in den Ruderspalt laufen.
3. Welche Ruderprofile bieten welche Vorteile?
Hohlflankenprofile bieten zwar einen leicht höheren Widerstand, jedoch deutlich bessere Grenzanstellwinkel.
Dünne Profile können im Propulsionsversuch einen Vorteil bieten, da ihr Widerstand geringer ist.
Jedoch führt dies zu einem deutlich erhöhten Kavitationsrisiko.
4. Welche DP-Klassen sind Ihnen bekannt?
Es gibt die folgenden Klassen: DP 0, DP 1, DP 2 und DP 3
5. Wo sind die DP-Klassen definiert?
Ursprünglich sind sie durch die IMO definiert und werden in den Klassevorschriften ausgeführt.
6. Was beinhalten die jeweiligen DP-Klassen?
DP 0: manual position control, automatic heading control under specified max. environmental
conditions
DP 1: automatic position control, automatic heading control under specified max. environmental
conditions
DP 2: automatic position control, automatic heading control under specified max. environmental
conditions during and following any single fault excluding loss of a compartment (two independent
computersystems)
DP 3: automatic position control, automatic heading control under specified max. environmental
conditions during and following any single fault including loss of a compartment due to fire or
flood (At least two independent computersystems with a separated backup/Systems separated by
A60 class division)
Arne Falkenhorst
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12. Februar 2015
7. Wie werden Umwelteinflüsse berücksichtigt?
Typischer Weise werden 3 m Positionsabweichung und 1◦ Winkelabweichung unter bestimmten
Umweltbedingungen als Maximum angenommen. Die IMCA (International Marine Contractors
Association) fordert hingen 1.5 m Positionsabweichung und 1◦ Winkelabweichung. Dies sind Vertragsbestandteile und es werden hierzu DP-Plots zum Vergleich herangezogen.
Als Umweltbedingungen wird eine const. Strömungsgeschwindigkeit angenommen und zu dieser die
Windgeschwindigkeit entsprechend gesteigert. Die Seegangszustande sind an die Windgeschwindigkeit gekoppelt und lassen sich in den Klassifikationsvorschriften finden.
Haüfig wird auch die ERN (Environmental Regularity Number) zur Bewertung herangezogen.
Hierbei wird jedoch nur der 90◦ Fall betrachtet, Kräfte wirken genau seitlich auf das Schiff. Des
Weiteren werden hierbei die Ruder nur in einem der vier Test-Fälle als aktiv angenommen.
8. Welche Schiffstypen nutzen zu welchem Zweck DP-Systeme?
Hauptsächlich alle Schiff die Offshore-Operationen durchführen, RoRo’s und Kreuzfahrer.
9. Welche Vor- und Nachteile bietet eine diesel-elektrische Propulsion?
Elektrische Fahrmotoren bieten ein sehr konstantes Drehmoment über den Drehzahlbereich. Außerdem lassen sich Lasten im Schiffssytem besser verteilen (z.B. Hotellast). Allerdings gibt es
deutliche Verluste beim Wandeln der mechanischen Leistung in elektrische Leistung und zurück.
Außerdem sind diesl-elektrische Systeme relativ schwer.
10. Was spricht im speziellen Fall des dynamischen Positionierens für die Verwendung von CPP’s?
Ein Verstellpropeller ist deutlich schneller als ein Festpropeller, da er einerseits nicht umgesteuert
werden muss und andererseits die Massen nicht beschleunigt werden müssen.
11. Welchen Vor- und Nachteile bietet eine Konfiguration mit podded drives?
Eine Pod-konfiguration liefert eine gute ERN, jedoch hat diese Konfiguration deutliche Schwächen
im Kraftangriffsbereich um 45◦ . Als Verkaufsargument bietet sich die Vorstellung an, dass ein
Pod Kräfte in alle Richtungen erzeugen kann. Praktisch ist dies jedoch falsch, da es sehr viele
Sperrzonen(forbidden zones) aufgrund von Propeller-Propeller-Interaktion oder Propeller-RumpfInteraktion gibt.
Im Anhang befinden sich die DP-Plots von einem RoRo-Schiff, welches mit einer konventionellen
Antriebsanlage (links) und einer Pod-Antriebsanlage (rechts) ausgerüstet ist. Oben sind die regulären Fälle gezeigt und unten eine für das dynamische Positionieren verbesserte Variante aufgeführt.
Man möge sich selber ein Bild davon machen, welche Konfiguration vorteilhaft ist.
Arne Falkenhorst
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Arne Falkenhorst
Spezielle Kapitel des Schiffsentwurfs
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