Höchstgeschwindigkeit eines Gleiters im Süßwasser und im Salzwasser

[bootsmann]

Ich habe schon Motorbootfahrer gesehen, die entspannen die Wasseroberfläche ,indem sie vor dem Start einen Spritzer Spüli ins Wasser tun-soll bestimmt der Geschwindigkeit dienen-da weniger Wiederstand
Und andere haben ein Seil am Boot befestigt und versuchen auf Skiern das Boot festzuhalten ,da es wohl zu schnell geworden ist!

[seebaer150]

Zitat von Hausbootbewohner

so viel Text
und dann doch nicht auf die eigentliche Fragestellung eingegangen

Wolltest wohl Deinen Text noch mal recyclen - und Recycling ist ja bekanntlich was gutes...

Ehrlich gesagt habe ich dazu keine Lust mehr. Das würde nämlich die Analyse der Wechselwirkungen zwischen den relevanten Parametern bedeuten. Und darüber hat bestimmt schon mal jemand eine Dissertation geschrieben und könnte mit den Erkenntnissen Geld verdienen.

Was ich zeigen wollte, waren die grundsätzlichen Schwierigkeiten bei der Betrachtung des Problems. Und dazu erschien es mir ausreichend, einen Text einzukopieren, den ich mal mit viel Mühe für Euch verfasst habe.

Nichts für ungut und ich hoffe, ich finde Dich nicht vor´m Duschvorhang, Norman.... grins

Jo

[allround57]

Ich vermute mal, dass es keinen Unterschied machen wird ob du im Süßwasser oder Salzwasser fahren wirst. Der Geschwindigkeitsunterschied wird wahrscheinlich so gering sein, dass du keinen Unterschied spüren wirst.
Die Testbedingungen Wind / Strömung / Gewicht / Tageszeit werden auch einen Einfluss haben.

[IngoNRW]

Ich hatte früher einen größeren Gleiter am Isselmeer. Es war kein spürbarer Unterschied ob wir nun Isselmeer (Süßwasser) oder Nordsee gefahren sind. Viel gravierender ist der Unterschied Nordsee oder Mittelmeer. Das hängt aber mit der Luftzusammensetzung zusammen. Die (Diesel) Motoren haben im Mittelmeer weniger Leistung, ich mußte da sogar die Steigung der Props anpassen lassen.

Gruß Ingo

[Mork]

Sehr interessant zu lesen, danke dafür!

Hier aber bist Du einem kleinen Irrtum unterlegen:

Zitat von seebaer150

Was wirklich unglaublich viel ausmacht in Bezug auf zum Beispiel Reichweite bei beschränkter Möglichkeit zur Tankraumschaffung, ist die Frage, wie SCHNELL man fahren WILL. Wenn im obigen Beispiel für eine Fahrt von 10 Km/h 73,5 kw nötig sind, werden dafür bei Vollast 240 Gramm für jedes Kilowatt pro Stunde verbraucht, also 17,64 Kg Diesel. Wird diese Leistung von einem doppelt so starken Motor in Teillast erbracht, ergibt die spezifische Verbrauchskurve einen Gesamtverbrauch von nur 14,33 Kg. Das ist alleine schon eine Größenordnung, die schwerlich durch Cw-Beiwertverbesserung erreichbar ist, oder nur durch enormen Aufwand und die für Yachten mit größter Reichweite unproblematisch zu realisieren ist.

Will man aber jetzt gerne 2 Km/h schneller unterwegs sein, liegt der Verbrauch im günstigsten Maschinenfall bei 20,64 kg Diesel. Man bezahlt die beiden Stundenkilometer also mit einem Aufschlag von 30 %.
Will man statt 10 km/h mit 15 km/h unterwegs sein, rechnen wir mit einem Verbrauch von 32,26 Kg pro Stunde, was mehr als dem doppelten Verbrauch entspricht und die Reichweite halbiert.

Die Reichweite halbiert sich in diesem Beispiel nicht, sie sinkt "nur" um ~25%.

Um es einfach zu halten: Verbrauch bei 10 km/h 15 Liter/h, bei 15km/h 30Liter/h und das bei 60 Liter Tankinhalt.

Bei 10km/h ist der Tank nach 4 Stunden leer, gekommen bist Du dann 40km weit.
Bei 15km/h ist der Tank bereits nach 2 Stunden leer, gekommen bist Du dann 30 km weit - was 25% niedrigere
Reichweite bedeutet.

Schöner ist es andersherum:
Du kannst die Reichweite um ein sattes Drittel (also 33%) erhöhen, wenn Du langsamer fährst...

Verbrauch pro Stunde und Reichweite in Kilometer lassen sich nicht so einfach linear in Zusammenhang bringen...

[seebaer150]

Hast natürlich Recht. Siehst Du, nur der Pope ist un fehlbar. Ich meinte natürlich die Halbierung des verfügbaren Treibstoffes in gleicher Zeit.

Gruß Jo

[huebi]

Noch gar nicht in Betracht genommen wurde die Höhe des Süßwassergewässers. Auf dem Titicacasee in den Anden dürften sicher 20-30 % Leistung fehlen wegen der Höhe von 3810 m. Ob sich auf dem See Genezareth bei einer Höhe von -210 m ein Leistungszuwachs bemerkbar macht, sollten Fachleute klären.

[Water]

Im Salzwasser taucht der Rumpf geringfügig weniger tief ein. Der Drehwiderstand am Propeller erhöht sich auch geringfügig. Entscheidend ist aber die unterschiedliche Luftdichte der Reviere in Abhängigkeit der Breitenhöhe, verbunden mit den Temperaturdifferenzen.

Bei einem Revier im Norden auf der nördlichen Halbkugel ist es geografisch bedingt zur gleichen Jahreszeit im Regelfall kälter als in südlicheren Revieren.

Mit zunehmender Temperatur nimmt die Luftdichte ab. Bei vorgegebenem Spritdurchsatz und abnehmender Luftdichte "fettet" das Gemisch an.

Daraus resultiert eine geringere Leistungsausbeute aus dem vorhandenen Kraftstoff-/luftgemisch.

In der Praxis kann das durchaus so aussehen, dass man bei einem Sportboot, welches in unseren Breiten mit einem an die Motorleistung angepasste 21-Zoll-Schraube von der Steigung her in einem Mittelmeerrevier bei sommerlichen Temperaturen gut beraten ist, eine 19-Zoll-Schraube zu montieren, um die Leistungsspitze der Motorcharakteristik "abgreifen" zu können.

Gruß Walter

[seebaer150]

Zitat von IngoNRW

Ich hatte früher einen größeren Gleiter am Isselmeer. Es war kein spürbarer Unterschied ob wir nun Isselmeer (Süßwasser) oder Nordsee gefahren sind. Viel gravierender ist der Unterschied Nordsee oder Mittelmeer. Das hängt aber mit der Luftzusammensetzung zusammen. Die (Diesel) Motoren haben im Mittelmeer weniger Leistung, ich mußte da sogar die Steigung der Props anpassen lassen.

Gruß Ingo

Kommt mir bekannt vor. Jede Menge Maßnahmen und letztlich stellte sich heraus, dass der Dieselkraftstoff minderwertiger war.

[seebaer150]

Zitat von huebi

Noch gar nicht in Betracht genommen wurde die Höhe des Süßwassergewässers. Auf dem Titicacasee in den Anden dürften sicher 20-30 % Leistung fehlen wegen der Höhe von 3810 m. Ob sich auf dem See Genezareth bei einer Höhe von -210 m ein Leistungszuwachs bemerkbar macht, sollten Fachleute klären.

Das liegt an der Dichte und dem Sauerstoffgehalt der Luft.

[Water]

Vielleicht einmal ein anschauliches Beispiel dafür, warum wir es bei warmer Luft mit einer geringeren Luftdichte und damit verbunden auch mit einem geringeren Luftgewicht zu tun haben, welches auf die Lambda-Größe, die das Verhältnis von Sprit und Luft ausdrückt, Einfluss hat.

Aber zuvor zu folgender Info:

Ein Motor läuft am besten mit einem Kraftstoff-/Luftverhältnis von "Lambda 1".

Das bedeutet, dass wir bei "Lamda 1" ein Verhältnis haben von 14,7 Kg Luft zu 1 Kg Supertreibstoff. Wird der Luftanteil vergrößert, also 1>, läuft der Motor heißer und magerer. Wird der Luftanteil verringert, also <1, läuft er fetter und kälter.

Das Ganze hat jetzt natürlich auch etwas mit den Schadstoffen zu tun, was ich aber an dieser Stelle nicht weiter ausführen will. Es hat auf jeden Fall etwas mit dem indizierten Mitteldruck zu tun, der entscheidend für die Leistungsausbeute des Kraftstoff-/Luftgemischs ist.

Und nun zu dem anschaulichen Beispiel:

Stellt Euch einmal einen leeren Schuhkarton vor, den Ihr bei Zimmertemperatur mit einem Klebeband luftdicht verschließt. Er behält zunächst seine Form.

Stellt man diesen luftdichten Schuhkarton in den Kühlschrank, zieht er sich bei kälterer Temperatur zusammen.

Jetzt stellen wir uns einmal vor, er ist noch "kalt und zusammengezogen", wenn wir ihn gerade aus dem Kühlschrank geholt haben.

Wir stechen mit einer Nadel rein. Was passiert?

Durch das Loch, welches durch die Nadel verursacht wurde, gelangt Luft in den Schuhkarton. Der Schuhkarton nimmt allmählich wieder seine Ursprungsform an. Bei Zimmertemperatur entweicht natürlich wieder die dann mengenmäßig "überzählige" Luft.

Daraus kann man folgern, dass bei kühler Luft der Raumbedarf kleiner ist bzw. in den gleichen Raum mehr Luft "rein passt".

Die Luft ist dann im größengleichen Behältnis "dichter" und über das Molekulargewicht auch "schwerer".

Nun das umgekehrte Beispiel:

Der Schuhkarton wurde wieder bei Zimmertemperatur luftdicht verklebt. Er hat noch seine normale Form.

Jetzt stellen wir ihn in die Sonne. Was passiert?

Er beult sich aus und droht aufzuplatzen. Verantwortlich dafür ist das zunehmende Schwingungsverhalten der Luftmoleküle, die unter Wärmeeinfluss mehr Raum brauchen.

Wir nehmen jetzt den aufgeblähten Schuhkarton und stechen wieder mit einer Nadel rein. Was passiert? Luft entweicht solange, bis der Schukarton wieder seine normale Form annimmt. Es ist jetzt weniger Luft mit folglich auch einem geringeren Luftgewicht in dem Schuhkarton.

Jetzt komme ich noch einmal auf das stöchiometrische Verhältnis (Kraftstoff-Luft-Verhältnis) zurück.

In wärmeren Bereichen ist die Luft dünner. Das bedeutet, weniger Luftgewicht bei gleichem Rauminhalt. Wir brauchen aber im Sinne von "Lambda 1" ein Luftgewicht von 14,7 Kg Luft für die Verbrennung von 1 Kg Super-Treibstoff.

Ist die Luft jetzt wärmer, "wiegt" sie weniger. Da nur die wenigsten Bootsmotore mit einer Lambdasonde ausgestattet sind, die den Restsauerstoff in der Verbrennungsluft misst und den Spritanteil elektronisch über die Einspritzung regelt, bleibt also die Gas-/Treibstoffzufuhr in wärmeren Gebieten gleich, während der Luftanteil abnimmt.

Dabei kommt es zu einem fetteren Gemisch <1, was "kälter" verbrennt. Damit reduziert sich die Motorleistung im Sinne des indizierten Verbrennungsdrucks, die einen Propeller mit einem geringeren Drehwiderstand aus Durchmesser mal Steigung fordert, um die Drehzahl halten zu können, bei der der Motor nach Leistungskurve noch seine Maximaldrehzahl erreicht.

Gruß Walter

[seebaer150]

Guuuut erklärt !!!!

[Water]

Noch einen Nachtrag:

Was "wiegt" überhaupt ein Liter Luft?

Gewisse Parameter, die in eine Berechnung größenmäßig einfließen sollen, werden vergleichsgrößenmäßig "standardisiert".

So geht man z.B. von dem Gewicht eines Liters Luft unter der Bedingung "Meereshöhe" (Nullhöhe) bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius von 1013,2 Hektopascal aus.

Das bedeutet dann ein "Luftgewicht" von etwa 1,293 Gramm pro Liter.

In Bezug auf die von mir genannten 14,7 Kg Luft sind das dann 14700 Gramm Luft durch 1,293 gleich 11368,9 L Luft unter den vorgenannten Bedingungen, um "Lambda 1" zu erreichen.

Unter Temperatureinfluss brauchen wir dann mehr "Luftgewicht" im Sinne von Litern Luft, um das gleiche Verhältnis zu halten.

Ist die Luft anteilmäßig nicht vorhanden, nimmt die Motorleistung ab.

Gruß Walter

[seebaer150]

Hey Walther,

sag uns doch mal, welches Fachgebiet genau du beruflich ausübst. Deine Ausführungen erscheinen mir nämlich weit über den normalen Wissensstoff hinausgehend.

Könntest Dich auch bitte gerne mal in die Diskussion unter

http://www.boote-forum.de/showthread...=128926&page=2

reinhängen. Deine Meinung zu meinen Motoren würde mich auch interessieren.

Gruß Jo

[seebaer150]

Dies ist der Beitrag, der gerade geschrieben wurde:
***************
Hallo Jo,

auch auf die Gefahr hin, dass ich jetzt wieder zur "Sau" gemacht werde, will ich Deine Frage wie folgend beantworten:

Ich habe Rechtswissenschaften studiert, allerdings ohne Abschluss
bin Diplom Verwaltungswirt
Bootsbaumeister
Kfz-Mechanikermeister
Kfz-Technikermeister und
Karosserie- und Fahrzeugbaumeister

Du hast gefragt und ich ehrlich geantwortet.

Bisweilen partizipiere ich bei den hier gestellten Fragen auch noch aus meinem Wissen um die Fliegerei.

Ich habe auch viele Interessen und Erfahrungen, die nicht aus erlernbaren Berufen resultieren, die es mir aber ermöglichen, sachgerechte Beiträge einzubringen.

Gruß Walter
***************




Hallo Walther,

Deine ausführliche Antwort zu Deinen zweifellos beeindruckenden Qualifikationen konnte ich nur in meinem Yahoo-Account lesen.

Es zeigt sich wieder einmal mehr, dass es auf dieser Welt zwei Gattungen "Gebildeter" gibt: Einmal die Diplomjäger, die fortan mit dem Diplom protzen und sich unweiterbelehrbar darauf ausruhen und die anderen, die über das übliche Lernpensum hinaus der Autodidaktik fröhnen und sich aus wirklichem Interesse ein weitaus umfangreicheres Wissensspektrum zulegten, von dem dann auch andere, und damit meine ich auch mich, noch was lernen können.

Frohe Ostern

[huebi]

Zitat von seebaer150

Es zeigt sich wieder einmal mehr, dass es auf dieser Welt zwei Gattungen "Gebildeter" gibt: Einmal die Diplomjäger, die fortan mit dem Diplom protzen und sich unweiterbelehrbar darauf ausruhen und die anderen, die über das übliche Lernpensum hinaus der Autodidaktik fröhnen und sich aus wirklichem Interesse ein weitaus umfangreicheres Wissensspektrum zulegten, von dem dann auch andere, und damit meine ich auch mich, noch was lernen können.

Es zeigt sich auch, daß man für das was man können sollte ein Stück Papier braucht, wo das draufsteht! Die Könner, die dieses Papier nicht haben, haben eben meistens die wirtschaftliche und gesellschaftliche Axxxchkarte! Das ist nicht schön, aber so isses eben. Da kann jetzt jeder sich raussuchen, was ihm gefällt!
Frohe Ostern

[seebaer150]

Zitat von huebi

Es zeigt sich auch, daß man für das was man können sollte ein Stück Papier braucht, wo das draufsteht! Die Könner, die dieses Papier nicht haben, haben eben meistens die wirtschaftliche und gesellschaftliche Axxxchkarte! Das ist nicht schön, aber so isses eben. Da kann jetzt jeder sich raussuchen, was ihm gefällt!
Frohe Ostern

Damit haben weder ich noch Walther noch viele andere wirklich Versierte hier im Forum ein Problem, denn sie HABEN diese Papiere.

Aber sich darüberhinaus virtuos mit anderen oder weiterführenden Fachbereichen zu beschäftigen, ja sogar derart intensiv, wie es in der Berufsausbildung gar nicht möglich wäre, ist doch das Besondere.

Aber mit der Bierbuddel zur Hause auf der Couch vor´m TATORT funktioniert das eben nicht.

Zugegebenermaßen muss die Familie da auch mitziehen. Ist eben alles eine Frage des Anspruchs und des Bewusstseins.

Wenn der Beruf zur Berufung wird, ist man auf dem richtigen Weg.

[Water]

Zitat von seebaer150

Hast den Nail on the head gebeatened, grins.

Aber hier mal ein paar Gedanken dazu, aus denen die Problematik sich ein bisschen beleuchten läßt.

Die Planung einer Langfahrtyacht

Der Fahrwiderstand eines Schwimmkörpers.

Allgemein neigt man wohl dazu, den Fahrwiderstand von Booten an allerlei Kleinigkeiten festzumachen. Dabei verliert man allzu oft den roten Faden und verzettelt sich. Deutlich wird dies, wenn man die Formel für den Fahrwiderstand mal ganz emotionslos betrachtet.

Der „Geschwindigkeitsfaktor“ in der Formel:

Es gibt darin die Geschwindigkeit, die im Quadrat eingeht, mal der Wasserdichte geteilt durch 2. Sehr gut zu verstehen: Wir bewegen uns im Wasser und nicht in der Luft oder im Weltraum. Außerdem lernen wir, dass man bei doppelter gewünschter Geschwindigkeit die vierfache Leistung braucht. 2 hoch 2 gleich 4. Oder wenn man statt 10 km/h 12 km/h fahren will: einskommazwei hoch zwei gleich eins Komma vier vier, also statt zum Beispiel 100 PS braucht man 144 PS. Grundlegend ist das tatsächlich so einfach.

Der „Projektionsflächenfaktor“ in der Formel:

Die Projektionsfläche ist die geometrische Fläche, die ein Taucher unter Wasser sehen würde, der in einigem Abstand genau vor dem Schiff schwimmt. Wissenschaftlicher ausgedrückt ist es die Fläche, die sich ergibt, wenn das Schiff an genau der Stelle quer durchgeschnitten wird, wo sich die größte Schnittfläche ergibt. Genau diese Fläche wird in der Formel mit dem Geschwindigkeitsfaktor multipliziert. Hier wird schon deutlich, dass die Frage nach Verdränger oder Gleiter für die Größe der Querschnittsfläche vollkommen uninteressant ist. Bestenfalls sind Verdränger aus Stahl und liegen deshalb tiefer, was eine größere Fläche und damit mehr Fahrtwiderstand ergibt. Sie können stattdessen länger und schmaler sein, um die Mehrverdrängung zu kompensieren und dadurch sogar geringere Projektionsfläche haben. Dafür aber mehr Flächenreibung, die aber weniger relevant ist. Man erkennt, warum all die alten schmalen Kähne so herrlich schnell laufen.



Der „Cw-Beiwert-Faktor“ in der Formel:

Der Cw-Wert ist ein Vergleichswert. Man nimmt einen bestimmten Körper mit einer bestimmten Form und ermittelt davon den Fahrwiderstand unter bestimmten Bedingungen.
Einen in Anströmrichtung offenen Zylinder mit bestimmter Querschnittsfläche, einer Dose also, ordnet man den Cw-Beiwert eins zu. Dann macht man Versuche mit einem Rumpfmodell, dass die gleiche Projektionsfläche aufweist. Wir nun bei diesem Rumpf der halbe Fahrwiderstand gemessen, beträgt der Cw-Beiwert des Rumpfes nullkommafünf. Zum Vergleich hat ein S-Klasse-Mercedes von 1974 einen Cw-Beiwert von 0,45. 35 Jahre später erringt die Technik eine Verbesserung auf 0,32. Man erkennt, dass hier eigentlich nur marginale Erfolge erzielt wurden, die in keinem wirklich ernstzunehmenden Verhältnis zu den extremen Entwicklungskosten stehen.
Auch der „CW-Beiwert-Faktor“ geht als Multiplikation in die Widerstandsformel ein.


Und damit hätten wir auch schon alle relevanten Faktoren besprochen.

Jetzt stellt sich die Frage, an welchen Faktoren wir wirklich wirksam etwas tun können, welche Maßnahmen also wirklich was bringen.

Die Formgütenoptimierung, also die Sache mit dem Cw-Wert, überlässt man besser Sponsoren, die Regattaschiffe optimiert sehen wollen.

Auch kann man aus der Problematik mit dem Cw-Wert erkennen, dass die Frage, ob man einen langsamfahrenden Verdränger nimmt oder einen langsamfahrenden Gleiter, von untergeordneter Bedeutung ist, weil die Formgüte beeinflussenden Faktoren so wenig ausmachen in der Gesamtrechnung.

Was wirklich unglaublich viel ausmacht in Bezug auf zum Beispiel Reichweite bei beschränkter Möglichkeit zur Tankraumschaffung, ist die Frage, wie SCHNELL man fahren WILL. Wenn im obigen Beispiel für eine Fahrt von 10 Km/h 73,5 kw nötig sind, werden dafür bei Vollast 240 Gramm für jedes Kilowatt pro Stunde verbraucht, also 17,64 Kg Diesel. Wird diese Leistung von einem doppelt so starken Motor in Teillast erbracht, ergibt die spezifische Verbrauchskurve einen Gesamtverbrauch von nur 14,33 Kg. Das ist alleine schon eine Größenordnung, die schwerlich durch Cw-Beiwertverbesserung erreichbar ist, oder nur durch enormen Aufwand und die für Yachten mit größter Reichweite unproblematisch zu realisieren ist.

Will man aber jetzt gerne 2 Km/h schneller unterwegs sein, liegt der Verbrauch im günstigsten Maschinenfall bei 20,64 kg Diesel. Man bezahlt die beiden Stundenkilometer also mit einem Aufschlag von 30 %.
Will man statt 10 km/h mit 15 km/h unterwegs sein, rechnen wir mit einem Verbrauch von 32,26 Kg pro Stunde, was mehr als dem doppelten Verbrauch entspricht und die Reichweite halbiert.

Die einzige bezahlbare Konsequenz kann also nur lauten: Langsam unterwegs sein.

Und da sind wir bei dem Punkt angekommen, was „langsam“ für den einen oder anderen Rumpf bedeutet. Und da nebeln uns Begriffe wie „Rumpfgeschwindigkeit“, „Froudsche Zahl“ und anderes nur in einen Nebel ein, der die Sicht für einen weiteren entscheidenden Punkt verstellt.

Die gravierende Veränderung der Projektionsfläche, bei geringsten Vertrimmungen um die Querachse, wie sie bei steigender Geschwindigkeit durch

1. die Überschreitung der Rumpfgeschwindigkeit und
2. dynamische Auftriebsprozesse

auftritt.

Dazu erst einmal ein ganz überschaubares und deshalb einleuchtendes Beispiel:

Es wird darin überdeutlich, in welch gravierender Weise sich der Fahrtwiderstand vergrößert, wenn das Schiff überhaupt vertrimmt. Man nehme einfach mal ein Brett von 10 cm Breite, zwei cm Dicke und einem halben Meter länge. Die Maße sind willkürlich gewählt.

Liegt dieses Brett jetzt vollständig im Wasser, ergibt sich eine Projektionsfläche von 20 Quadratzentimetern, die linear in die Widerstandermittlung eingeht. Wenn jetzt der Rumpf ( das Brett ) in Fahrt, oder durch vorsätzlich erzeugte Vertrimmung aus der Optimallage ( falsche Wahl der Einbauorte im Boot ), nur um 2.24 Grad vertrimmt wird, VERDOPPELT sich schon der Fahrtwiderstand, weil die Projektionsfläche nun 40 Quadratzentimeter beträgt. Es wird die doppelte Leistung erforderlich, um gleiche Geschwindigkeit zu erreichen, was doppeltem Verbrauch entspricht, und man ist noch nicht den Deut schneller geworden!!!

Vertrimmung ist also gewaltig mit Vorsicht zu genießen.

Übrigens geht eben diese Projektionsfläche bei einem voll in Gleitfahrt befindlichen Boot gegen null, weil es eben NICHT mehr IM, sondern AUF dem Wasser fährt. Wirksam wird dann zunehmend Reibung und Luftwiderstand. Das ist der Grund für die Existenzberechtigung von schnellen Gleiteryachten, die aber wirklich nur dann wirtschaftlich funktionieren, wenn sie kompromisslos leicht gebaut sind, DAMIT sie eben möglichst schnell möglichtst weit aus dem Wasser herauskommen und die Projektionsfläche verringern. Aber bezahlbar ist das für keinen selbstbauenden Privatmann. Bleibt also wieder nur das „Langsamfahren“ in einem Bereich, in der sich der Rumpf in der optimalen Vertrimmungssituation befindet. Und die ist für den Selbstbauer wunderbar einfach experimentell zu ermitteln. Er braucht nur eine Reihe von Versuchsfahrten den Fluss rauf und runter mit der Stoppuhr und wirklich kalibriertem Drehzahlmesser zu machen und bei jeder Fahrt in kleinen Schritten den Ballast so zu verändern, dass die Vertrimmungswinkeländerung exakt eingestellt werden kann. In irgendeiner Trimmlage werden die 10 km Teststrecke, einmal rauf und dann wieder runter gefahren, in optimaler Zeit absolviert werden. Aber bitte keine Wochen dazwischen verstreichen lassen. Denn schon Rumpfbewuchs im Ansatz wird die Messung vereiteln. So ermittelt man die für den Rumpf optimale Schwimmlage.

Jetzt muss man nur noch die Geschwindigkeit feststellen, bei der der Rumpf beginnt, zu vertrimmen. Wenn man weiß, dass jeder Rumpf, egal ob Paddelboot oder Queen Mary, bei gleicher Geschwindigkeit die gleiche Wellenlänge erzeugt, wird einiges klarer. Optimal ist der Geschwindigkeitsbereich, in der die erzeugte Wellenlänge so lang ist, dass der Rumpf mit dem Bug auf der Bugwelle aufliegt und mit dem Heck auf der Heckwelle. Irgendwann dazwischen bei geringerer Geschwindigkeit liegt er sogar auf drei Wellen auf. Da die Einzelwellen aber etwa gleich sind, das Heck aber auch wesentlich mehr Verdrängung als der Bug haben kann, liegt das Boot dann sogar nach vorne vertrimmt im Wasser. Ergo: Auch Fahrwiderstanderhöhung.

Da es aber Verdrängerrümpfe mit fast Gleiterheck und welche mit Spitzheck gibt und alles denkbare dazwischen, ist die Überlegung, wie lange man ein Boot als auf der Heckwelle liegend betrachten kann, auch so einfach nicht zu beantworten. Das geht man entweder analytisch an oder man probiert es aus. Solange das Schiff horizontal in Optimallage bleibt, erzeugt das Heck auf der Welle ganz offensichtlich genug Auftrieb zur Erhaltung der Optimallage. Ein superbreites Heck könnte den Auftriebsanteil des Bugs erreichen, wenn die Welle schon größtenteils nach hinten ausgewandert ist, während ein Spitzheck sehr viel von der Welle braucht.

Wenn also allgemein von Rumpfgeschwindigkeit in Abhängigkeit von reiner Wasserlinienlänge gesprochen wird, kann das ganz fatal daneben gehen, je nachdem, wie der Rumpf letztlich gebaut ist.

Für den Selbstbauer, der eine maximal sparsame Langfahrtyacht haben will, bleibt der Grundsatz, die Reisegeschwindigkeit dort anzusiedeln, wo sich der Rumpf gerade nicht vertrimmt.


Problematik Trimmklappen:

Trimmklappen sind Bretter, die schräg ins Wasser gestellt werden und soviel Widerstand wie Auftrieb erzeugen, weil sie nur eine wirksame Druckseite haben.
Tragflügelprofile erzeugen den fünffachen Auftrieb des eigenen Widerstandes. Sie haben eine Druckseite und eine Saugseite, die ungleich wirkungsvoller ist. Würden statt Trimmklappen winzig kleine Tragflügelprofile zum Trimmen eingesetzt, könnte die Bremswirkung bei gleicher Trimmwirkung drastisch reduziert werden. Warum immer noch überall Trimmklappen verwendet werden, ist eigentlich nicht verständlich. Lediglich für die kavitationsplatten von Außenbordern findet man diese Technik angewendet. Aber kaum jemand glaubt daran und sie wird belächelt.

Wenn jetzt also die „Rumpfgeschwindigkeit“ einer Verdrängeryacht unbedingt angehoben werden soll, dann muss die Vertrimmung verhindert werden. Das kann effektiv mit diesen kleinen Tragflügeln funktionieren, lässt sich stufenlos steigern, bis aus einer Verdrängeryacht ein Hydrofoil geworden ist, das nur noch auf den Flügeln fährt. Wir sehen, dass auch hier mit Augenmaß vorgegangen werden muss.

In diesem Zusammenhang muss mal klar herausgestellt werden, dass wirklich keine Yachtwerft auf der Welt, die Boote für Normalverbraucher herstellt, über einen Ingenieurstab verfügt oder verfügt haben, der die Optimallage berechnet haben könnte. Das hätte niemand bezahlen können. Boote wurden von Bootsbauern nach Gefühl gebaut und wenn sie schief im Wasser lagen, wurde das Folgemodell eben ein bisschen verändert. Von den Gedanken zur Trimmlage, die ich oben geäußert habe, kann man selbst in der Fachliteratur kaum etwas verständlich nachlesen. Es scheint vielmehr so, dass das Wissen entweder kaum vorhanden ist, oder nicht reflektiert eingesetzt ist oder einfach gewissen Kreisen vorbehalten bleiben soll.

So wird auch viel diskutiert über Gas geben bei Wellen und Fahrt wieder verlangsamen. Wenn man aber nachforscht, warum ein Schiff mit höherer Geschwindigkeit einfach besser in der See liegt, bleiben einem selbst schlaueste Ingenieure die Antwort schuldig.

Jeder kennt den Effekt, dass Boote bei langsamer Fahrt jeder Welle hinterher schaukeln. Das tun sie auch bei sehr schneller Fahrt. ( Rennboot im Hochgeschwindigkeitsgrenzbereich, den aber keine Yacht erreicht)
Das liegt daran, dass sich die Fahrzeuge einem indifferenten Gleichgewichtszustand annähern. Das ist einer von Dreien. Eine Walze auf ebener Fläche ist im indifferenten Gleichgewicht. Man kann sie anschieben und sie bleibt irgendwo liegen. Ein Bleistift auf der Spitze stehend, ist im labilen Gleichgewicht. Er fällt ganz leicht um. Ein Pendel in einer Uhr ist im stabilen Gleichgewicht. Er findet immer wieder den Tiefsten definierten Punkt.

Jetzt muss man sich die Frage stellen, wann das Boot im Gleichgewicht ist. Nämlich dann, wenn alle wirkenden Kräfte sich ausgleichen.
Aber das ist doch immer so !!! ( Außer wenn es gerade untergeht; dann sind die abtreibenden Kräfte größer als die Auftriebskräfte )

Warum fährt aber jetzt ein stark vertrimmtes Boot im Seegang deutlich stabiler als ein langsam Fahrendes? Und es wird absichtlich in den unrationellen stark vertrimmten Bereich gebracht.

Es liegt vereinfacht ausgedrückt an der, wie soll man sagen, quasi inneren Spannungskonstellation, die die Kräfte darstellen, die am Boot wirken, wobei der Begriff Spannung = Kraft / Flächeneinheit hier zweckentfremdet ist. Mann kann sich aber als Laie eher etwas darunter vorstellen. Das Boot ist quasi von gewaltigen Kräften "eingespannt".

Aber woher kommen diese gewaltigen Kräfte????

Dazu folgende Betrachtung: Wenn Antriebkräfte so groß wären, wie die Gewichtskräfte des Bootes, dann könnte das Boot wie ein Sportwagen beschleunigen. Das tut es nicht. Folglich sind die Antriebskräfte zum Bootsgewicht vergleichsweise gering.

Trotzdem schaffen es manche Motorisierungen, ein Boot aus dem Wasser zu heben.

Jetzt ist der Punkt gekommen, an dem man ein Boot betrachten sollte, das ganz zart in den Gurten eines Krans hängt. Es ist also auch minimal hochgehoben. Dafür ist eine exakt definierte Kraft erforderlich in Abhängigkeit der Hubhöhe.
( wie ein stark vertrimmtes Boot im Übergang zur Halbgleitfahrt ).


Jetzt kommt das hüpfende Komma der Betrachtung, das auch erklärt, warum ab einer bestimmten Wellenhöhe Schiffe zwangsläufig Spielbälle der Wellen werden MÜSSEN:

Kleine Wellen, die das Schiff im schwimmenden Zustand schaukeln ließen, versetzen es jetzt nicht mehr in Bewegung. Daraus folgt weiter: Je höher es hängt, also je mehr Krankraft ( vertikale, nicht zum Vortrieb benutze Motorkraft beim vertrimmten Fahren auf See ) aufgewendet wurde, oder je mehr Motorleistung das Boot höher aus dem Wasser gehoben hat, desto weniger reagiert es auf eine Welle definierter Höhe. Wir haben also vertikal wirkende Kräfte am Schiff, die durch Motoren erzeugt werden und vertikal wirkende Kraftkomponenten von Wellen. Wenn das Boot langsam, unvertrimmt, also ohne Vertikalkraftkomponenten unterwegs ist, wirken NUR die Wellenvertikalkraftkomponenten ohne Ausgleich, was das Schiff ganz leicht schaukeln lässt. Ist zum Beispiel eine größere Yacht mit 16 Metern mit 25 Knoten in Gleitfahrt unterwegs, wirken gewaltige Vertikalkraftkomponenten, die viel größer sind als die der kleinen Wellen auf dem Rhein zum Beispiel. Effekt: Die Yacht geht unbeeindruckt durch die Wellen wie durch Butter und produziert einen enormen Gischtschleier durch das zur Seite geworfene Spritzwasser. Ich fand das als Kind immer so toll, wenn meine Eltern mit ihrem Xylon Tümmler 160 bei Windstärke 7 mit Vollgas über das Ijsselmeer gebügelt sind. Wenn wir langsam fuhren, sind wir hin und her geworfen worden. Nun hatte dieser Tümmler einen sehr tiefen V-Rumpf und ein großes Längen-Breiten-Verhältnis. Und er fuhr auch als Verdränger sehr sparsam.

Wenn man jetzt wieder das in den Gurten hängende Schiff betrachtet, wird deutlich, dass ab einer bestimmten Wellenhöhe vollkommen egal ist, wie hoch das Schiff in den Gurten hängt. Es würde samt Gurten und Kran weggefegt, wenn die Welle nur hoch genug wäre.

Allerdings muss zum Vorteil der Sportbootler festgestellt werden, dass es in schwersten Stürmen immer überlagernde Wellenbilder gibt. Zum Beispiel baut sich auf riesigen Dünungsrücken immer auch eine überlagernde örtlich auftretende Windsee auf, die vom Maßstab gut zu kleinen Yachten passt. Das ist so, weil die überlagerten örtlichen Wellen ja die Hälfte ihrer Zeit im tiefen Wellental „windgeschützt“ verbringen, während die Mutterwellen ja eben deshalb so groß werden, weil sie über lange Strecken permanent vom Wind angeblasen werden.

Die optimale Maßnahme zum fahren bei Sturm zu finden, ist eigentlich eine schiffsspezifische Angelegenheit. Eines steht aber fest. Je größer der Spannungszustand ist, in dem sich das Schiff befindet, desto sicherer liegt es in sämtlichen Fahrsituationen. Beim Gleiter und auch Verdränger ist dieser Zustand dann, kurz bevor er eigentlich gleich ins Gleiten kommen will. Folglich lässt sich dieser Zustand beim Verdränger in Übermotorisierung sogar noch forcieren. Ein Gleiter würde losgleiten und zu schnell für den Seegang werden. (Es sei denn, ein langfahrttauglicher Gleiter könnte die Treibstoffe so umpumpen, dass er vollkommen hecklastig würde.)

Aber leider sind die wenigsten Yachten von den Linien und der Festigkeit so konstruiert, dass sie in dem Fahrzustand mit 12 oder 14 Knoten in das entstandene Wellenbild krachen könnten, ohne Schaden zu nehmen. Um nochmal das eingangs erwähnte Thema aufzugreifen:
„Bestenfalls sind Verdränger aus Stahl und liegen deshalb tiefer, was eine größere Fläche und damit mehr Fahrtwiderstand ergibt. Sie können stattdessen länger und schmaler sein, um die Mehrverdrängung zu kompensieren und dadurch sogar geringere Projektionsfläche haben. Dafür aber mehr Flächenreibung, die aber weniger relevant ist. Man erkennt, warum all die alten schmalen Kähne so herrlich schnell laufen.“
Würde man hier eine Grenzwertbetrachtung anstellen für ein Schiff im Einsatz auf der Nordsee bei Windstärke sieben gebaut: Es könnte vier Meter breit sein und 30 Meter lang, mit 15 Meter langem aufbaulosen Vorschiff und Axtbug und würde aufgrund der Länge dauernd auf drei Wellenbergen gleichzeitig aufliegen. Ein wunderbares Fahren gegen an und die Hölle, wenn man einen Kurs mit Seitenwind steuern muss.

Wenn also eine Langfahrtenyacht für Weltweiten Einsatz konstruiert werden soll, sind alle diese Überlegungen miteinzubeziehen und müssen irgendwie ein rundes Ganzes ergeben, also einen tragbaren Kompromiss, der keine relevanten Fakten außer Acht lässt. Sie muss von einem sehr erfahrenen Seemann konstruiert sein, der aber leider keine Zeit hatte, Schiffbau zu studieren, weil er soviel auf See war, oder von einem begnadeten Ingenieur, der vor lauter Studium keine Zeit hatte, auf See Erfahrungen zu machen. Und genau da liegt das Dilemma im gesamten Schiffbau.
Und genau da liegt auch der Vorteil eines Erfahrungsaustausches in solch einem Forum.

Und die Idee, eine Yacht nachträglich zu verlängern, passt irgendwie in keinen der angeführten Gedankenkontexte. Wenn das doch nötig sein sollte, dann bitte das Ganze auf die endgültig angestrebte Lösung auslegen.


Gruß

Dr. Kurt Joachim Maass ( Schiffbauing und Selbstdarsteller und Roberto´s bester Freund. Frohe Ostern )

Das ist der interessanteste Beitrag, den ich seit meiner Mitgliedschaft hier im Forum gelesen habe. Er sollte zur Pflichtlektüre aller werden, die sich mit dem Gedanken tragen, ein Boot bauen zu wollen.

Mit Respekt
Walter

[BioSniper]

Zitat von seebaer150

Der „Geschwindigkeitsfaktor“ in der Formel:

Es gibt darin die Geschwindigkeit, die im Quadrat eingeht, mal der Wasserdichte geteilt durch 2. Sehr gut zu verstehen: Wir bewegen uns im Wasser und nicht in der Luft oder im Weltraum. Außerdem lernen wir, dass man bei doppelter gewünschter Geschwindigkeit die vierfache Leistung braucht. 2 hoch 2 gleich 4. Oder wenn man statt 10 km/h 12 km/h fahren will: einskommazwei hoch zwei gleich eins Komma vier vier, also statt zum Beispiel 100 PS braucht man 144 PS. Grundlegend ist das tatsächlich so einfach.

Das ist falsch.

1. Die Geschwindigkeit geht kubisch (hoch 3) ein.

Kubisch was die aufzuwendende Kraft betrift und quadratisch was den Gesamtenergieaufwand auf eine konstante Wegstrecke betrifft. Da man bei doppelter Geschwindigkeit nur die halbe Zeit benötigt um diese Strecke zurückzulegen.

Aber, wenn man keine Infinitesimalrechnung kann, dann kann man das auch nicht wissen.

2. Es spielt keine Rolle, ob man sich im Weltraum, Wasser oder in der Luft bewegt. Das ändert lediglich die Dichte und den cw-Wert. Jedenfalls was diese "Formel" betrifft.

3. Statt 100 PS bräuchte man tatsächlich 173 PS, und nicht 144 PS.
Von den 100 PS sollte man aber vorher die Leerlaufleistung abgezogen haben.

Diese Formel ist für Boote sowieso höchstens als Faustformel.

Davon abgesehen, kann ich es auch nicht leiden, wenn Leute ihr Halbwissen mit irrelevanten Ausschmückungen in die Länge zu ziehen.

[seebaer150]

Mein lieber Junge:

In meiner Abhandlung ist die Rede vom FahrtWIDERSTAND von Schwimmkörpern.

Widerstände berechnen sich zu Fw = cw mal Dichte mal Geschwindigkeit zum QUADRAT mal Projektionsfläche durch 2.

Wünscht man die erforderliche Leistung, muss die Geschwindigkeit erneut hinzumultipliziert werden, denn Leistung ist Kraft (Widerstand ) mal Geschwindigkeit. JETZT ist die Geschwindigkeit in der dritten Potenz vorhanden. Wer lesen kann ist klar im Vorteil.

Cw-Werte werden nicht von der Dichte des umgebenden Mediums verändert. Es sind nämlich Relativwerte. Eine offene Halbkugel mit definierter Projektionsfläche X hat den cw-Wert 1,33 und ergibt einen messbaren Widerstand in definiertem Luftstrom. Der Körper, dessen Widerstandsbeiwert ermittelt werden soll, hat einen geringeren Widerstand, der prozentual bestimmbar ist. Wird nun der Test in Medien geringerer Dichte durchgeführt, sowohl bei der offenen Kugel als auch beim Messkörper, werden sich die prozentualen Verhältnisse nicht ändern. Lässt man die Widerstandserzeugenden Partikel infinitesimal klein werden, verhält sich das ganze asymptotisch und letztlich hat das eine so wenig Widerstand wie das andere, nämlich gar keinen mehr. Deine Behauptung bezüglich des Cw-Wertes ist also nicht zutreffend

Wir stellen dennoch fest:

Leistung geht also in dritter Potenz ein. Bei Schiffen, insbesondere bei Yachten ist Geschwindigkeit allerdings ein relativer Begriff. Man spricht vom Geschwindigkeitsgrad oder dimensionslos unter Hinzuziehung der Erdbeschleunigung von der Froudschen Zahl.

Hier wird die Einwirkung der durch das fahrende Schiff erzeugten Welle berücksichtigt.

Ohne jetzt zu sehr ins Detail zu gehen, schließlich bin ich nicht Dein Nachhilfelehrer, hat das zur Folge, dass in Abhängigkeit der Rumpfform oder des Schiffsgewichtes und des Geschwindigkeitsgrades der Leistungsaufwand deutlich größer oder deutlich kleiner als der dritten Potenz entsprechend in der Realität wird.

So finden wir bei den klassischen und sehr leicht, dauerhaft und fest gebauten xylon Tümmlern in der 10-Meter Kategorie sogar den Effekt, dass mit zwei mal 125 PS eine Geschwindigkeit von 24 Knoten erreicht wurde und mit zwei mal 200 PS sogar eine solche, die weit über 30 Knoten lag. Das nennt man dann wohl schon ein Paradoxon, wie Du unschwer erkennen dürftest.

Für jemanden, der die Fisematentenrechnung so prätentiös beherrscht wie Du, sollte die Klärung dieses Phänomens doch eine Herausforderung sein.

Ich wünsche ergiebige Gedankengänge.

Ein kleiner Hinweis noch: Wir alle sind nicht unfehlbar und diejenigen, die das erkannt haben, freuen sich stets über Hinweise bezüglich ( womöglich ) begangener Fehler, um darüber nachzudenken, was ich gerne getan habe. Denn nur das bringt weiter.

Ich hoffe, meine Ausführungen waren kurz und prägnant genug und haben nicht zuviel Deiner wertvollen Zeit geraubt.

Seebaer150

PS: Mit geladenem Revolver schiesst es sich besser.

[coffeemuc]

Zitat von seebaer150

Außerdem lernen wir, dass man bei doppelter gewünschter Geschwindigkeit die vierfache Leistung braucht. 2 hoch 2 gleich 4. Oder wenn man statt 10 km/h 12 km/h fahren will: einskommazwei hoch zwei gleich eins Komma vier vier, also statt zum Beispiel 100 PS braucht man 144 PS. Grundlegend ist das tatsächlich so einfach.

Zitat von seebaer150

Wünscht man die erforderliche Leistung, muss die Geschwindigkeit erneut hinzumultipliziert werden, denn Leistung ist Kraft (Widerstand ) mal Geschwindigkeit. JETZT ist die Geschwindigkeit in der dritten Potenz vorhanden. Wer lesen kann ist klar im Vorteil.

ohne Worte

[seebaer150]

Hallo Richard,

„Zitat von seebaer150
Außerdem lernen wir, dass man bei doppelter gewünschter Geschwindigkeit die vierfache Leistung braucht.“

Ja Richard, Du hast richtig gelesen. Wir lernen!!! Denn die Grundsatzformel zu Widerstand und Leistung ist eben nicht so ohne Weiteres auf den Schiffsrumpf anzuwenden, der sich nämlich in der Trennschicht zweier Medien bewegt. Tatsächlich sollte mal zur Kenntnis genommen werden, dass bei leichten Gleitern der Zuwachs des Leistungsbedarfs viel eher in Richtung hoch zwei als hoch drei geht. Das hängt mit den außerordentlich schwierig zu durchschauenden Verhältnissen um die sogenannten Geschwindigkeitsgrade zusammen.

Wenn hier wirklich Bedarf besteht, bin ich gerne bereit, mich dazu mal ausführlich auszulassen.

Um den Kritikern und Ungläubigen mal einen Denkanstoß zu geben:

Ein krasses Beispiel in die eine Richtung stellt ein drei Meter langes Schlauchboot dar. Dieses mit 5 PS motorisiert und mit zwei Personen besetzt, erreicht gerade mal um die 8 km/h in voller Verdrängerfahrt. Sollen nun 16 km/h erreicht werden, spricht die Grundsatzformel von Leistungsbedarfszuwachs in der dritten Potenz, also der achtfachen erforderlichen Leistung.

Hurra, nun sollte doch jedem klar sein, der jemals in einem motorisierten Boot gesessen hat, dass 8 mal 5 PS = 40 PS dieses Schlauchboot abheben lassen. Bei lächerlichen 15 PS, der dreifachen Leistung, würde dieses Boot schon auf 25 bis 30 Km/h beschleunigt. Tatsächlich, ich weiß das aus erlebter Erfahrung, reichen bereits 3 Mehr-PS, also 8 PS, um dieses Schlauchboot ins Gleiten zu bringen und knapp über 20 km/H ( also weit über doppelt so ) schnell werden zu lassen.

Ein anderes Beispiel: 15 Meter Motorboot leicht aus Holz gebaut mit zwei mal 250 PS läuft um die 22 Knoten. Ein Aranow Powerboot mit zwei mal 1000 PS MAN 12-Zylinder Dieseln und gravierendem Gewichtshandicap läuft laut GPS knapp über 60 Knoten.
Hier stehen 500 PS der vierfachen Leistung von 2000 PS gegenüber und es wird weit mehr als die doppelte Geschwindigkeit erzielt. NACHWEISLICH.


Was ist also mit der Physik? Trifft sie bei Booten nicht zu?

Natürlich trifft sie bei Booten zu. Jedoch sind die Wechselwirkungen zwischen durch das Boot erzeugter Welle und dem Boot selbst so mannigfaltig, dass die Sache wirklich schwer zu durchschauen und dem Laien noch schwerer zu erklären ist.

Als ich Schiffbau studierte, waren Yachten einfach kein Thema, obwohl gerade dieses Hoch drei – hoch zwei - Paradoxon FÜR MICH einThema war, mit dem ich mich leider alleine auseinandersetzen musste. Yachten wurden nicht behandelt – Studenten, die sich dafür begeisterten, wurden belächelt. Und die Professoren hatten bis Dato nicht den geringsten Anlass gehabt, sich überhaupt auch nur mit der Problematik auseinanderzusetzen, denn Großschiffe, bewegen sich ausschließlich in den Geschwindigkeitsgraden bis 4. Und Arch Navs wurden für den Großschiffbau ausgebildet.

Und über den Daumen gepeilt LERNEN wir deshalb einfach, dass für Yachten, die die Geschwindigkeitsgrade 1 bis weit über 20 ( volles Gleiten ) durchlaufen können, die Leistungsformel je nach Einzelumständen gewaltig anzupassen ist.

So Richard, so ganz ohne Worte ist die Sache dann nun doch nicht.

LG seebaer150