Zugkraft eines Sportbootes

[Giligan]

Moin,

ein rosa Jeep Wrangler mit 180 PS gegen ein gleichgewichtiges 180 PS Sportboot dürfte passen. Da glaube ich dann nicht an den Sieg des Bootes.

Gruß Willy
der in Rosa sicher dämlich aussieht....

[TK,s-TJ]

Also hab isch schwatze Jeep nixe schwule rosa mit 177 PS und grüne Boot mit 190/205PS und hate die Jeep 4 Liter und de Boot eine Pilsken mehr.
Und immer noch isch bin für de Schiff

[Giligan]

Zitat von TK,s-TJ

Also hab isch schwatze Jeep nixe schwule rosa mit 177 PS und grüne Boot mit 190/205PS und hate die Jeep 4 Liter und de Boot eine Pilsken mehr.
Und immer noch isch bin für de Schiff

Jau,

das sollte gehn, tus ma festetüddeln und dann mach den Test! Jeep inne Geleändeuntersetzung und dann gehts für den Kahn schlecht aus...

Willy

[BadWolfi]

Entschuldigung!!

Denke nicht, daß der Standschub von der Motorleistung abhängt.
Ich bin mir sicher, daß ein großer prob mit zB. 1m Durchmesser und nur einem Zoll Steigung sehr sehr viel mehr Standschub aufbaut als ein kleiner Sportbootprob.
Der perf. Prob von Jan hat keinen Schlupf --> daher unendlich großer Durchmesser. Daher ergibt sich auch aus der Formel, daß der im Stillstand eine unendlich große Kraft aufbaut. F=P/V --> P/0 = unendlich.
Div. durch 0 sind in unserem Zahlensyst. nicht zulässig da 0 unendlich oft in jeder Zahl enthalten ist.

Im Stillstand wird ja noch keine Leistung erzeugt. Auch wenn wir eine Stange an eine Schraube ansetzen erzeugen wir am Schraubenkopf ein großes Drehmoment. zB 1m 10kg = 100 Nm Aber Leistung wird erst dann erzeugt wenn wir die Schraube anfangen zu drehen.
Drum sind ja zB bei Motoren die div. Drehmomentangaben nur dann sinnvoll wenn wir auch die Drehzahl wissen.
Jeder Mensch kan leicht ein Drehmoment von zB 300Nm erzeugen..... aber eben nur im Stillstand. Bei 3000 U/min sind das dann schon weit über 100PS...... das wird sicher keiner von uns zusammenbringen.

Herzliche Grüße
BadWolfi

[Ja-Ja]

Hab da nochwas gefunden- allerdings eigentlich für (Modell)Hubschrauber- sollte aber recht gut hinkommen...

Standschub: S=(2*p*F*(G*P)^2)^(1/3)

F: Wirksame Propellerfläche[m^2]
p: Dichte des Mediums (Wasser 1025) [kg/m^3]
G: Gütefaktor (hmmm sagen wir mal 0.75(kann nie größer 1sein))
P: Wellenleistung

Macht für unseren 50AB GANZ GROB ÜBERN DAUMEN 4562N (456kg). Hab leider keine ahnung wie groß die wirksame Fläche bei den "großen" ist.
Was allerdings definitiv festzuhalten ist: Der Schub kann NIE den Wert überschreiten, der bei G=1 rauskommt. Ausserdem- je größer der prop- desto größer der standschub (wer hätte das gedacht )
Nochmal zur Güte: Die wird SEHR stark vom Propeller abhängen, oberflächenantrieb sau schlecht, klein "schnell" alu schlecht, klein "schnell" edelstahl besser, groß verdränger seeeehr gut (aber sonst leider langweilig )
MFG Jan

[FanDjango]

Vielleicht kann man ein Paar Dinge schätzen, wenn man erst ein Paar physikalische Angelegenheiten klärt:

Einzelne Aussagen, einzeln als "Wahr" und stimmig zu akzeptieren:

1. Wie bei einem klassischen Seilzugwettbewerb entscheiden in jedem einzelnen noch so mikrokleinem Augenblick des Wettkampfes die zu diesem Zeitpunkt herrschenden Kräfte über das Geschehen.

2. Gestartet wird aus dem Stand, der Bewegungslosigkeit.

3. Ein Kraftüberschuss zu einer Seite führt zu einer Beschleunigung beider Teilnehmer inklusive Seil in die eine Richtung.

4. Sich ändernde Kräfte, die z.B. durch unterschiedliche Antriebswirkungsgrade abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit (oder anderen Einflüssen) entstehen, verändern dynamisch die weitere Beschleunigung (oder Entschleunigung) des Gespanns in die jeweilige Richtung des Kraftüberschusses, und zwar wieder in jedem noch so mikrokleinem Augenblick.

5. Wegen der Gesamtreibung, die auch geschwindigkeitsabhängig ist, wird der stärkere Teilnehmer nicht unendlich in eine Richtung Beschleunigen können (nicht wie im Weltall), sondern bei einer "Endgeschwindigkeit" anlangen, falls alle anderen Bedingungen konstant bleiben. Dieser Punkt wäre nur von Interesse wenn das Seil sehr sehr lang wäre.

Beschränken wir uns zunächst auf den Anfang des Wettbewerbs. Ob im späteren Verlauf ein Teilnehmer evtl. weil er rückwärts gezogen wird plötzlich stärkere Kräfte entwickelt, ist fraglich, aber möglich.

Übrigens geht es weiter nur um "KRAFT".

weil:

"ARBEIT" würde die Frage beantworten, wieviel Strom/Sprit/Energie der ganze Wettbewerb gekostet hat.

"LEISTUNG" würde die Frage beantworten, ob der Wettbewerb früher oder später zu Ende geht.

"KRAFT" entscheidet, wer ihn gewinnt.

Ergo ist auch die max. Leistungsfähigkeit der Antriebe eher zweitrangig. Es gibt Antriebe mit geringerer Leistung aber enormer Kraft (siehe Traktor).

10 PS könnten unter den richtigen Vorraussetzungen gegen 1000 PS gewinnen.

Der Schlüssel ist weiterhin die "KRAFT".

AUTO - Welche Kraft kann ein Auto übertragen bei normaler Bereifung auf Asphalt (500 PS, Allrad, Automatik-Getriebe mit Drehmomentwandler)?
oder
AUTO - Allrad, Ballonreifen, Aufgwewichtet, 10PS, 1:1000 Untersetzung)?

Beide Fahrzeuge könnten, an einer Mauer angebunden, genug Kraft entwickeln um die Reifen über die Grenze der Haftreibung zu bringen.

Entscheidend ist der (siehe Motorrad) "GRIP".

Nehmen wir BMW 525d, ABS, Bremsweg aus 100km/h = 40s (an der ABS Grenze).

Wäre der Motor stark genug, könnte er ohne durchdrehende 4x4 Bereifung genauso stark Beschleuningen - daraus ergibt sich eine maximal durch die Reifen übertragbare Kraft von:

a = 100 * 1000 / 3600 m/s / 40s = 0,69 m/s2 (oder: 27 meter pro sekunde geteilt durch 40 sekunden).

Gewicht des Fahrzeugs = 2000kg.

Kraft, maximal auf Reifen, damit sie nicht blockieren: F = m * a

F (in Newton) = 2000 kg * 0,69 m / s2 = 1380 Newton

Wie das Auto die Reifen maximal an der Haftgrenze hält, Bremsen, Beschleunigen, etc. soll hier egal sein für eine Schätzung. ABS, ATC, etc. Der Fahrer schaffts auf jeden Fall nicht.

Ich schätze also:

Normaler PKW: Es braucht 1380 Newton um ihn zu ziehen, weniger sobald seine Reifen erst mal rutschen. Mehr als 1380 Newton kann er nicht ziehen. Aufgewichtet, Ballonreifen (= mehr Grip) kann er vielleicht 4000-5000 Newton ziehen. Das reicht bestimmt um einen 500 Tonnen schweren Jumbo auf rädern zu ROLLEN, nicht zu schleifen.

Ich sollte vielleicht das Auto ein wenig mehr beladen....

Denn 1380 Newton Zugkraft sind nicht so wahnsinnig viel.

BOOT - Per Definition die sog. Pfahlkraft - Im stehenden Wasser (Prop hat maximalen Schlupf)

Hier können wir Gewicht und Beschleunigung nicht heranziehen, da der Vorgang wohl nicht annähernd linear verläuft und ein Bremsvorgang als Vergleich auch nicht herangezogen werden kann.

Interessant ist der Gedanke, das trotz maximalem Schlupf (im Standbetrieb im Wasser) eine Schraube mehr und mehr Kraft erzeugt mit steigender Drehzahl, bis zu dem Augenblick wo Kavitation eintritt (man vergleiche das mit dem Moment, in dem beim Auto die Reifen durchdrehen).

Je größer die Schraube mit weniger Steigung (vergleiche auch Getriebeuntersetzung beim AUto), desto höher kann diese Kraft getrieben werden, aber immer nur bis zur Kavitationsgrenze.

Ein NORMALES SPORTBOOT:

2000 kg, 5,4ltr Mercruiser, 17er Schraube, Motor erreicht im Stand ca. 2000 Umdrehungen. (Der arme Kerl, beim Gleiten schafft er dann 4000 Upm.)

Die Schraube ist aber untersetzt, mir fehlt das Getriebeverhältnis, also schätze ich spasshalber 1:1 zugunsten des Bootes.

2000 Umdrehungen mal die Schraubensteigung abzüglich Schlupf ergibt eine gewisse Kraft, die Pfahlkraft.

Kann ich nicht rechnen, und alle theoretischen Propellerberechnungen die ich im Internet finden konnte beziehen sich auf Luft und nicht auf Wasser.

Dann muss der Beschleunigungsvergleich herhalten um die Kräfte (bei gleichem Gewicht) zu schätzen? Das ist unbefriedigend.

Jemand muss die Pfahlkraft meines Musterbootes errechnen können, dann sind wir am Ziel.


Ist die nun größer oder kleiner als die für's Auto errechneten 1380 Newton?

[Ja-Ja]

Nehmen wir BMW 525d, ABS, Bremsweg aus 100km/h = 40s (an der ABS Grenze).

Wäre der Motor stark genug, könnte er ohne durchdrehende 4x4 Bereifung genauso stark Beschleuningen - daraus ergibt sich eine maximal durch die Reifen übertragbare Kraft von:

a = 100 * 1000 / 3600 m/s / 40s = 0,69 m/s2 (oder: 27 meter pro sekunde geteilt durch 40 sekunden).

Gewicht des Fahrzeugs = 2000kg.

Kraft, maximal auf Reifen, damit sie nicht blockieren: F = m * a

F (in Newton) = 2000 kg * 0,69 m / s2 = 1380 Newton

Wie das Auto die Reifen maximal an der Haftgrenze hält, Bremsen, Beschleunigen, etc. soll hier egal sein für eine Schätzung. ABS, ATC, etc. Der Fahrer schaffts auf jeden Fall nicht.

Der Wagen Bremst in 40metern nicht sekunden- sonst währen das 555meter bremsweg aus 100km/h
Damit:
s=40m
Vmittel=13,5m/s
t=s/v=2,96s
a=dv/dt=9,11m/s
F=m*a=2000kg*9,11m/s^2=18022N

oder einfacher:
Fr=my*Fn
Fn=m*g (auf einer graden)
Fr=0,95(gummi asphalt)*2000kg*9,81m/s^2)=18369N

Den unterschied zwischn wasser und luft können wir für diese allgemeinen rechnungen getrost vergessen( ausser unterschiedliche dichte in der standschubformel)

MFG Jan

[FanDjango]

Tja, Teamwork, danke Jan.

Fehlt noch der Standschub gegen die 18 Tausend Newton.

Das sind 1,8 Tonnen Zugkraft oder?

Wir kommen voran...

[ralfschmidt]

Hallo FanDjango und Ja-Ja,
schon das sich mehrere Sportsfreund Gedanken gemacht haben wie das so ausgehen könnte V8 Boote haben meist Untersetzungen um 1:1,5

was intressant zu Wissen wäre ist, ob ein Propeller wirklich genug Kraft entwickelt solange das Boot durch die Last am Fahren gehindert wird,
oder wird der Schlupf unendlich groß solange das Boot nicht in Fahrt ist

ich meine der Propeller arbeit wie ein Automatikgetriebe im Auto und irgend wann wenn die Drehzahl hochgelaufen ist müßte da gut Schub zusammen kommen

daher glaube ich auch nicht, daß ein Mann (muß ja nicht Willy sein, obwohl ich Willy gerne in dem rosa Neoprenanzug gesehen hätte) ein Boot mit mehr als 25 PS länger als 3 min. festhalten kann, selbst wenn man schwer, ist auf der Sitzt und mit den Füßen halt im Boden findet,
wer schon mal versucht hat an einem kleinem Boot Wasserski zulaufen weiß was die für eine Zugkraft entwickeln, auch wenn sie nicht so schnell auf Geschwindigkeit kommen, aber die Arme werden lang und länger

[FanDjango]

Die Schraubendrehzahl zu erhöhen geht nur bis zur Kavitation, danach "dreht sie durch".

Sonst könnte man mit einem Spielzeugpropeller (Durchmesser 1 cm.) und 100.000 Umdrehungen echt viel Schub erzeugen.

Wir bräuchten die Tabellen oder Formeln von den Propellerherstellern, die uns dann einen ähnlichen Wert ergeben wie oben der Jan mit dem Reibungskoeffieizent Gummi-Asphalt. Den hat auch irgendjemand einmal ermittelt (Reifenhersteller?).

Ausserdem: Ein Mensch kann wieviel Kilo heben? Ungefähr soviel kann er wohl auch halten, wenn er sich im Boden dagegen stemmen kann. Das wird aber nicht mehr als eine Tonne sein (eher ein Paar Hundert Kilo).

[Ja-Ja]

Zitat von FanDjango

Wir bräuchten die Tabellen oder Formeln von den Propellerherstellern, die uns dann einen ähnlichen Wert ergeben wie oben der Jan mit dem Reibungskoeffieizent Gummi-Asphalt. Den hat auch irgendjemand einmal ermittelt (Reifenhersteller?).

Nja, die Formel (fürs grobe) aben wir ja schon (das die für Luft ist stört wie gesagt nicht)

Standschub: S=(2*p*F*(G*P)^2)^(1/3)

F: Wirksame Propellerfläche[m^2]
p: Dichte des Mediums (Wasser 1025) [kg/m^3]
G: Gütefaktor (hmmm sagen wir mal 0.75(kann nie größer 1sein))
P: Wellenleistung

Umgestellt nach der Leistung ergibt sich:

P=(2^(1/2)*s^(3/2))/(2*F^(1/2)*G*p^(1/2))

Beispiel:
Verdränger "Arbeisboot" Riesen Schraube (1m^2 Fkäche) wieviel kw braucht der also an der welle um das auto wegzuziehen?
P=sieheOben=72kW an der Welle

Für einen Gleiter mit Z wird es sehr schwierig, da wir nicht wissen mann der prop anfängt zu kavitieren- das sollte bei o.g. Verdränger kein problem sein. Auch ein "großes" schiff mit welle a´la Princess 40 fly wird das Auto wohl locker ins wasser ziehen. Boote mit Z brauchen jemanden, der wirklich vorsichtig mit dem Gas umgeht--> sonst strömungsabriss an der Schraube--> kein schub mehr--> Auto gewinnt.

MFG Jan

P.s.: Natürlich sind das alles "ideale" Berechnungen, sollten allerdings mit der Realität relativ gut übereinstimmen. Für Verdränger sehr gut- für gleiter kann es wie gesagt stimmen- aufgrund der bei hohen Geschwindigkeiten auftretenden probleme (Kavitation etc) sollte der Gütefaktor SEHR niedrig angesetzt werden.

P.P.s.: Wer einen Großrechner zur verfügung hat kann ja mal was aus der Formel unten im Bild machen

[PderSkipper]

Also ich bin für einen praktischen Versuch!


Chakka Willy, Du schaffst das!

[ralfschmidt]

einen praktischen Versuch werden wir schon hingekommen, hat zufällig einer ein Dynamometer welches in der Garage liegen
Axel wird da bei Gelegenheit was auf die Beine stellen da bin ich mir sicher, ist aber gar nicht so einfach eine Stelle zufinden wo man ein Auto an ein Boot hängen kann, und beide im Falle eines Falles genügend Auslauf haben ohne daß es einen Totalschaden gibt
schade daß wir im Sommer nicht auf so eine Idee gekommen sind

[PderSkipper]

Zitat von ralfschmidt

schade daß wir im Sommer nicht auf so eine Idee gekommen sind

So bleibt genug Zeit für eine akribische Vorbereitung des Experimentes!

[Kochi]

Wie wäre es damit: Nehmt ein Tampen, bei dem man die Kraft weiß, bei der er reißt (Die sollte natürlich in einem erreichbaren Breich liegen) und tüddelt den ans Auto und einen festen Punkt und einmal ans Boot und an einen festen Punkt. Dann bei beiden Sturzgas und gucken wer es schafft den Tampen zu zerstören. Ich glaube fest daran, dass kein Boot ähnlicher Leistung an die Zugkraft eines Autos kommt...

[ralfschmidt]

Hallo Kochi,
wäre mir zu gefährlich, kann man nie genau vorhersagen wer den Tampen um die Ohren gedroschen kriegt
vor Jahren hat es mal einen Unfall beim Tauziehen von Hand in einer Jugendfreizeit gegeben, das ist der Tampen gerissen, es soll mehrere abgerissene Finger gegeben haben und einige Schwerferletzte gegeben haben

[Akki]

Nicht nur abgerissene Finger... leider!

[Flussbus]

vielleicht Seil nehmen, dass über eine Umlenkrolle mit einem Bootshebekran verbunden ist (der eine Gewichtsanzeige haben muß) und einfach ablesen...
natürlich null show...
gruß Oskar

[ralfschmidt]

genau den Fall meinte ich Axel, ich wollte nur nicht übertreiben

[ralfschmidt]

Hallo Oskar,
genau dafür brauchen wir ein Dynamometer, ist bestimmt leichter zu handhaben als ein Kran

[Akki]

Wir besorgen ja schon eine mobile Kranwaage, die wird einfach ins Seil gehängt. Seil liegt schon hier.

[Giligan]

Nehmt einen 5 PS und ne Personenwaage, dann hoch rechnen.....

Willy

[ralfschmidt]

Hauptsache du hast dann auch den rosa Neoprenanzug dabei Axel

Willy den habe ich jetzt nicht verstanden

[Akki]

Zitat von Giligan

Nehmt einen 5 PS und ne Personenwaage, dann hoch rechnen.....

Willy

Nein nein, das muß richtig zischen!! Nix da 5 PS Spielkram... ab 71 PS gehts los!!!

[ralfschmidt]

laß uns mit 50 PS anfangen, ich will auch etwas Spaß haben