Schiffbau (Fach) / Schiffsdynamik (Lektion)

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• Welche Wellentheorie ist für uns von praktischem Interesse und warum? Die Airy Welle, sie ist sinusförmig und linear. Das Prinzip der Superposition kann nur hier angewendet werden. (Stokes Wellen sind nichtlinear)
• Was ist der Nachteil von linearen Wellen? Sie verlieren einige typische Merkmale, Stokes Wellen wären realistischer.
• Was hat Einfluss auf das Seegangsverhalten? Gravitation (+) Viskosität (+) Oberflächenspannung (-) Kompressibilität (-)
• Welche Eigenschaften hat ein ideales Fluid? inkompressibel nichtviskos rotationsfrei
• Welchen Einfluss hat die Wassertriefe auf die Orbitalbewegung der Welle? Im Flachwasser werden Orbitalbewegungen zur Ellipse. Der Unterschied zwischen Tief- und Flachwasser nimmt mit der Tiefe exponentiell ab
• Wie wandert eine Welle? Wellenfronten bewegen sich mit der Gruppengeschwindigkeit, Berg/Tal wandern schneller
• Was besagt der Smith-Effekt? Die Welle verändert das Druckfeld. steilerer Gradient = virtuelle Verringerung der Dichte flacherer Gradient = virtuelle Erhöhung der Dichte
• Woraus setzt sich die Wellen Energie zusammen? aus potentieller und kinetische Energie
• Welche Bewegungsfrequenzen gibt es? Gegensee: Schiff begegnet nachfolgenden Wellen schneller = Wellenperiode erscheint kürzer Mitlaufende See: Wellen scheinen eine längere Periode zu haben Dwarssee: Ken Unterschied zwischen wahrer und scheinbarer Wellenperiode
• Was ist natürlicher Seegang? Irregulärer Seegang, oder auch Superposition von Elemantarwellen. Sinusförmige Wellen mit zufälliger Phase werder aufeinander superimpositioniert, Summation multipler Wellensysteme ergibt irregulären Seegang.
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• Was ist ein stationärer Seegang? statistische Eigenschaften verändern sich im Betrachungszeitraum nicht: Phasenverschiebung zwischen Elementarwellen verändert sich mit der Position und Zeit werden als zufällige Größen bei t = 0 und im Ursprung angenommen Zufälligkeit korrespondiert mit der Zufälligkeit des natürlichen Seegangs nur statistische Aussagen möglich
• Was erfasst ein Wellenspektrum? Woraus entsteht es? Stetige Charakteristiken des Seegangs: enthaltene absolute Energie und wie die Energie über den Freuqenzbereich verteilt ist. Fourier Analyse Plot Energieinhalt vs. Frequenz
• Welche Parameter sind für ein 3D Spektrum einer irregulären Welle wichtig? Frequenz und Richtung! (2-Parameter Spektrum S(ω,μ))
• Wofür werden Begegnungsfrequenzen benötigt? um Bordmessdaten zu evaluieren. (Nicht für Simulationen)
• Wie entsteht Schwell? Von Wind angeregte Wellen werden zu Schwell. Rippel (durch Wind über der Wasseroberfläche erzeugt; hohe Frequenz, kleine Wellenlänge) Wellen entwickeln sich (bei anhaltendem Wind reduziert sich die Frequenz, die Wellenlänge steigt an) Vollständig entwickelter Seegang (maximale Wellenhöhe (und -energie) ist abhängig von der Windenergie) Abnehmende Welle (Wenn Wind abnimmt, wird die Welle kleiner; weniger Energie) Schwell (Wind ist verschwunden, Wellenfrequenz ist nun niedrig, sehr lange Wellen)
• Von welchen Parametern hängen Windwellen ab? Windgeschwindigkeit (schneller Wind = mehr Energie = größere Welle) Winddauer (Seegang entwickelt sich bis Wellengeschwindigkeit = Windgeschwindigkeit) Windlauflänge/Fetch (beschreibt das Wassergebiet, dass vom Wind beeinflusst wird; je größer der Fetch, desto effizienter der Energietransfer) Wassertiefe (Wellenhöhe durch Wassertiefe beeinflusst, durch Tiefeneffekt werden auf den Strand wandernde Wellen zu brechenden Wellen)
• Welches ist das bekannteste Spektrum? Pierson-Moskowitz
• Welche Spektren werden häufig verwendet? Pierson-Moskowitz (mother of all spectra) JONSWAP (für Nordsee, mit begrenzter Tiefe und Fetch) ISSC Spektrum (P-M Modifikation) OCHI Spektrum (berücksichtigt Schwell)
• Was ist der Kurswinkel ℵ? ℵ ist der Winkel von der x-Achse des NED Koordinatensystems zum Geschwindigkeitsvektor des Schiffes.  Wird mittels GPS gemessen.
• Was ist der Heading angle Ψ? Ψ ist der Winkel von der x-Achse des NED Koordinatensystems zur BODY x-Achse. Wird mit dem KOmpass gemessen.
• Was ist der Unterschied zwischen Kurswinkel und Heading? β = ℵ -Ψ
• Welche Bezugssysteme gibt es? ECI: Earth Centered INertial frame = um den Erdmittelpunkt fixiertes, inertiales Bezugssystem. Newton'schen Grundgesetze der Bewegung sind gültig. ECEF: Earth Centered Earth fixed frame = Ursprung im Erdmittelpunkt, Achsen rotieren relativ zum ECI NED: North East Down frame = Definiert relativ zum Erdellipsoid BODY: Body frame = Bewegliches Koordinatensystem, das an einen Körper gebunden ist
• Was ist der Schiebewinkel β? β ist der Winkel von der x-Achse des Body Koordinatensystems zum Geschwindigkeitsvektor des Schiffes. Der Schiebewinkel ist eine Funktion der Abdriftgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit über Grund. Er gibt darüber Aufschluss, um wie viel ein Schiff gedreht werden muss, um Wind und Strömung auszugleichen und den gewünschten Kurs zu halten.
• Was ist der Abdriftwinkel βr? βr ist der Winkel von der x-Achse des BODY. Ein Schiff, das sich in Geradeausfahrt in Glasswasser befindet, hat den Schiebewinkel β=0 Sobald das Schiff sich dreht wird die Driftgeschwindigkeit v≠0, damit wird auch der Schiebewinkel β≠0.
• Woraus setzt sich die Bewegungsgleichung eines Wasserfahrzeuges zusammen? Starrkörperbewegung (Rigid Body Motion) Hydrodynamik Hydrostatik
• Wie werden die Bewegungsgleichungen eines Wasserfahrzeuges üblicherweise gelöst? in einem Koordinatensystem mit zwei Referenzpunkten: Masseschwerpunkt CG Ursprung des körperfesten Koordinstensystems
• Was wird bei Seegangsverhalten mit berücksichtigt? Die Reaktion des Schiffes auf Wellen.  (Hydrodynamik : Schiff in ruhigem Wasser)
• Was gilt als künstliche Dekomposition des Problems? Radiations-Problem: Der Körper bewegt sich harmonisch und strahlt Wellen ab, die verursachte Welle wird nicht berücksichtigt. → Kräfte: Dämpfung, added masses Diffraktions-Problem: Körper bewegt sich nicht, außer onst. Vorwärts. Einkommende Wellen werden reflektiert/gestört =diffraktier → Anregende Kräfte Funktioniert nicht für größere Bewegungen/Wellen
• Wie entsteht der Effekt, dass sich ein Körper schwerfällig im Wasser bewegt? Potentialströmungstheorie: Beschleunigung erzeugt instationäres Druckfeld Integration des instationären Druckes ergibt Kraft Kraft ist der Beschleunigung entgegengesetzt gerichtet Kraft ist proportional zur Beschleunigung Proportionalitätskonstante = added mass
• Was ist bei "In-plane" Bewegungen zu beachten? Sie erzeugen keine hydrostatischen Rückstellkräfte.
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• Wie stehen Stabilität und Seegangsverhalten in Beziehung? Großes GM, steifes Schiff = gute Stabilität, kleine Rollperiode, schlechtes Seegangsverhalten kleines GM, rankes Schiff = schlechte Stabilität, lange Rollperiode, gutes Seegangsverhalten
• Welches Dämpfungsverhalten haben die unterschiedlichen DOFs? roll: Radiation kurzer Wellen → kleine Dämpfung durch Potentialströmung pitch: Radiation langer Wellen → große Dämpfung heave: Radiation langer Wellen → große Dämpfung
• Wie kann man die die Dämpfung erhöhen? Durch passive Stabilisatoren, Bilgenkiele. Erhöhte Dämpfung aufgrund von Vortex Shedding: simpel und einfach anzubauen = billig (+) wirkt auch bei niedrigen Geschwindigkeiten (+) vernachlässigbares Zusatzgewicht (+) zusätzlicher Widerstand (-) muss möglichst genau mit der Strömung ausgerichtet werden (-) weniger effektiv als die Alternativen (-)
• Was sind Vor- und Nachteile von Rolldämpfung durch Antirolltanks? aktiver/passiver Stabilisator, der Gegenkraft durch Bewegung der Flüssigkeit im Tank erzeugt. Abgestimmt auf eine Roll Eigenfrequenz) große Rolldämpfung (+) wirkt auch bei niedrigen GEschwindigkeiten (+) sehr wenig zusätzliche Energie erforderlich (+) mittlere Investitionskosten (+) wenig Wartung (+) nicht anfällig für Beschädigung (+) verbraucht Raum im Schiff (-) Verbraucht Deadweight (-) Reduziert Anfangsstabilität(-)
• Was sind die Vor- und Nachteile von Stabilisierungsfinnen? aktiver Stabilisator, der Gegenkraft durch Ansteuerung der Finnen erzeugt. große Rolldämpfung (+) kompakt (+) ineffektiv bei kleinen Geschwindigkeiten (-) große Investitionskosten (-)

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