Katamaran - Auslöschung Wellensystem

[bachbleamle]

Zitat von Sonnenschein

Das ist die Impulstheorie, die bei festen Körpern gilt.
Wasserwellen sind jedoch Energiewellen, die (so wie Licht und Radiowellen) den Wellengesetzen gehorchen. Würden die Impulsgesetze auch bei Wellen gelten, wäre Richtfunk, Radioempfang oder Handytelefonie nicht möglich, denn die Energie würde wie bei aufeinandertreffenen Gewehrkugeln bei jedem aufeinandertreffen in eine neue Richtung gelenkt werden. Bei den Gewehrkugeln, geworfenen Steinen oder gegeneinander stoßenden Booten sind die von dir genannte Impulsgesetze anzuwenden. Hier (feste Körper mit gerichteter Energie) werden die Vektoren der Impulse addiert.

Im Prinzip ja.
Funkwellen stossen an, haben keinen Fluss.
Mit dem Bug verdrängt man aber Masse und diese Massenverdrängung benötigt Energie, folglich ist die verdrängte Masse energiegeladen.
In einem geschlossenen hydraulischen System (Rohre) addieren sich beide Ströme und führen bei gleichbleibendem Querschnitt zu einer Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit.
Bei einem offenen System (Kanal) führt dies zu einer Erhöhung des Wasserstandes und zu einer Erhöhung der Fliessgeschwindigkeit, hervorgerufen durch die Niveaudifferenz und dem Bestreben, diese Niveaudifferenz auszugleichen. Die Energie steckt also in dem erhöhten Wasserbuckel.

Eddi

[Sonnenschein]

Energie steckt im Wellenberg und im Wellental, da beide den Energieausgelich anstreben. Die Richtung der Wellen ändert sich jedoch nicht, wenn Wellen aus unterschiedlichen Richtungen aufeinandertreffen. Es sieht zwar manchmal so aus, da die Interferenzen ein eigenes Muster ergeben, jedoch die Richtungen der ursprünglichen Wellen bleibt erhalten. (siehe: zwei Steine in den See werfen ==> die beiden Kreise breiten sich ungehindert aus)

[bachbleamle]

Zitat von Sonnenschein

Energie steckt im Wellenberg und im Wellental, da beide den Energieausgelich anstreben. Die Richtung der Wellen ändert sich jedoch nicht, wenn Wellen aus unterschiedlichen Richtungen aufeinandertreffen. Es sieht zwar manchmal so aus, da die Interferenzen ein eigenes Muster ergeben, jedoch die Richtungen der ursprünglichen Wellen bleibt erhalten. (siehe: zwei Steine in den See werfen ==> die beiden Kreise breiten sich ungehindert aus)

Ja, aber nicht über den Wasserfluss, der ist nicht da, das sieht man, wenn man neben einem Papierschiffchen einen Stein ins Wasser wirft. Das Schiffchen wird erst weggedrückt und dann hingezogen und ab da dümpelt es.
Beim Eintauchen des Steins wird das Steinvolumen seitlich weggedrückt und dieses Volumen fliesst, sobald der Stein komplett eingetaucht ist, wieder zur Eintauchstelle nach und baut einen Spitzen, runden Wellenberg auf. Dieser Wellengerg regt dann die Wellenbildung kreisförmig an. Der Potentialausgleich geschieht dann in vertikalerRichtung über Wellental und Wellenberg, das sind dann die Überschwinger, sowohl positiv als auch negativ, aber ohne Querströmung in horizontaler Richtung. Eine Tsunamiewelle hat ja auch keinen Fluss, das Potential steckt in der Höhe und die Verbreitung ist in etwa wie bei den Funkwellen, daher auch die hohe Geschwindigkeit dieser Welle.

[Frank MV]

Während Ihr Euch über den Dualismus von Welle und Teilchen austauscht,
hatte ich auch eine "Erleuchtung".

1. Zum Thema hier ein Gedanke zu asymmetrischen Rumpf an sich.

"Rumpf A": wie auch immer geformter symmetrischer Rumpf
"Rumpf B": eine Seite gerade, an der Innenseite die Wölbung von "A" doppelt stark. (ist dann an jeder Stelle genauso breit - hat also den gleichen Auftrieb).

Der Anstieg der "Wölbung" als orthogonale Funktion zur Fahrtrichtung ist also bei "B" an jeder Stelle 2 x so groß.

Bei Fahrt muss Wasser von der Rumpfachse weg oder dorthin bewegt werden. Dazu muss dem Wasser Bewegungsenergie gegeben werden (E=m/2 * V²). Die Welle ist dann das Ergebnis.
Bei dem asymmetrischen Rumpf B muss das Wasser auf einer Seite (um Rumpfbreite) mit der doppelten Geschwindigkeit (da doppelt so starke Wölbung) verdrängt werden, wie beim symmetrischen Rumpf. Dort (A) hat man dann 2 * 1/2 = 1 Rumpfpreite mit halber Wölbung.
"A" benötigt damit wegen dem quadratischen Verhältnis von Energie und Geschwindigkeit nur 2 * 1/4 (= die Hälfte) der Energie von "B", um das Wasser positiv oder negativ zu verdrängen.

2. Wieviel Energie kann man innen "zurückgewinnen"?

Der Bug benötigt Energie, um Wasser zu verdrängen.
Das Heck benötigt Energie, um Wasser an sich heran zu "saugen".

Selbst wenn es im Idealfall gelingt, mit der bei Rumpf B am Bug aufgewendeten Energie das Heck (oder gegenüberliegende Heck) "energieneutral" fahren zu lassen, dann brauche ich die gleiche Energie wie beim symmetrischen Rumpf A. Schade eigentlich.

Ich würde mich sehr freuen, wenn jemand dieses Gedankenexperiment so widerlegen möchte, dass ich weiterhin Lust auf asymmetrische Rümpfe für einen Katamaran habe.

Frank MV

[Konsul]

Hallo,

ich bin leider viel zu doof (und zu faul alles zu lesen ;) ), um da mitreden zu können, aber die Frage die ich mir stelle - mit solch einer Rumpfform baut man ja zwei Flügel, die quasi permanent den Rumpf zusammenziehen wollen (sofern die Strömungslehre im Wasser genauso wie in der Luftfahrt funktioniert) - ist das ein beachtenswerter Effekt?

[AvaVM]

Zitat von Frank MV

Ich würde mich sehr freuen, wenn jemand dieses Gedankenexperiment so widerlegen kann, dass ich weiterhin Lust auf asymmetrische Rümpfe für einen Katamaran habe.

Frank MV

Hallo Frank,

ein Perpetuum Mobile ist natürlich ausgeschlossen. Aber Deine Idee ist sehr interessant. Bachbeamle hat ja in seinem Entwurf etwa das Gegenteil gemacht und die Rümpfe innen gerade gelassen.
Zurück zu Deiner Idee und weg von der Energie. Die Verengung wird ja einerseits eine Beschleunigung des Wassers und andererseits eine Anhebung des Wasserspiegels bewirken. Letzteres würde ja auch den Auftrieb in diesem Bereich erhöhen. Da das etwa in der Mitte des Rumpfes geschieht, könnte ich mir vorstellen, dass dadurch die horizontale Lage um die Querachse instabiler wird.
Auf der anderen Seite wird jeder Rumpf für sich in eine Querrichtung gedrückt bzw. gezogen, was widerum die Lage um die Hochachse stabilisieren würde.

Hast Du schonmal an einen SWATH Rumpf gedacht? Da Du ja mit Elektroantrieben arbeitest, wäre in dem Maßstab das Problem der Maschinenzugänglichkeit gering. Und da Batterien immer gleich viel wiegen, egal ob voll oder entladen, ist auch die Masse recht konstant, was bei einem kleinen SWATH Katamaran wohl wichtig ist.

Gruß,
Markus

[bachbleamle]

Zitat von Frank MV

Während Ihr Euch über den Dualismus von Welle und Teilchen austauscht,
hatte ich auch eine "Erleuchtung".

1. Zum Thema hier ein Gedanke zu asymmetrischen Rumpf an sich.

"Rumpf A": wie auch immer geformter symmetrischer Rumpf
"Rumpf B": eine Seite gerade, an der Innenseite die Wölbung von "A" doppelt stark. (ist dann an jeder Stelle genauso breit - hat also den gleichen Auftrieb).

Der Anstieg der "Wölbung" als orthogonale Funktion zur Fahrtrichtung ist also bei "B" an jeder Stelle 2 x so groß.

Bei Fahrt muss Wasser von der Rumpfachse weg oder dorthin bewegt werden. Dazu muss dem Wasser Bewegungsenergie gegeben werden (E=m/2 * V²). Die Welle ist dann das Ergebnis.
Bei dem asymmetrischen Rumpf B muss das Wasser auf einer Seite (um Rumpfbreite) mit der doppelten Geschwindigkeit (da doppelt so starke Wölbung) verdrängt werden, wie beim symmetrischen Rumpf. Dort (A) hat man dann 2 * 1/2 = 1 Rumpfpreite mit halber Wölbung.
"A" benötigt damit wegen dem quadratischen Verhältnis von Energie und Geschwindigkeit nur 2 * 1/4 (= die Hälfte) der Energie von "B", um das Wasser positiv oder negativ zu verdrängen.

2. Wieviel Energie kann man innen "zurückgewinnen"?

Der Bug benötigt Energie, um Wasser zu verdrängen.
Das Heck benötigt Energie, um Wasser an sich heran zu "saugen".

Selbst wenn es im Idealfall gelingt, mit der bei Rumpf B am Bug aufgewendeten Energie das Heck (oder gegenüberliegende Heck) "energieneutral" fahren zu lassen, dann brauche ich die gleiche Energie wie beim symmetrischen Rumpf A. Schade eigentlich.

Ich würde mich sehr freuen, wenn jemand dieses Gedankenexperiment so widerlegen möchte, dass ich weiterhin Lust auf asymmetrische Rümpfe für einen Katamaran habe.

Frank MV

Hm, die Verfrängungsgeschwindigkeit ist bei beiden Rumpfformen die gleiche, es ändert sich auch nicht die verfrängte Masse.
Beim symmetrischen Rumpf teilt sich die Masse auf beide Seiten auf, bei dem asymmetrischen eben auf eine Seite.

Das mit der Rekuperation ist ja ein interessanter Denkansatz, dazu sollten wir aber wissen, wohin wir die aufgewendete Energie zur Verfrängung hinschieben.
Zum einen kann das in den produzierten Wellenberg sein und zum anderen auch die erhöhte Strömung. Der Wellenberg wird umso höher, je geringer der Rumpfabstand ist. Bei Katamaranen strebt man aber immer einen grossen Rumpfabstand an.
Bei schlank gepfeiltem Bug mit geringem Einstiegswinkel ist die Länsgsströmung am Rumpf höher als bei einem "stumpferen" Bug.
Bei dem schlanken Bug bleibt die Strömung mehr am Rumpf als bei dem stumpfen Bug. Der Rumpf läuft also eine gewille Länge in beschleunigtem Wasser.
Bei einem bauchigen Verdränger nutzt man dieses beschleunigte Wassermenge dazu aus, das Wellensystem am heck zu schliessen um Vortiebsenergie zu sparen. Das ist dann schon etwas Rekuperation. Bei langen schmalen Rümpfen reicht diese Beschleunigung nicht so weit nach hinten, deshalb wir wohl auch das Abreissheck sinnvoll sein.

[Frank MV]

Zitat von bachbleamle

Hm, die Verfrängungsgeschwindigkeit ist bei beiden Rumpfformen die gleiche, es ändert sich auch nicht die verfrängte Masse.
Beim symmetrischen Rumpf teilt sich die Masse auf beide Seiten auf, bei dem asymmetrischen eben auf eine Seite.

Für meine ursprüngliche Idee finde ich es fast tragisch, dass du mit der Verdrängungsgeschwindigkeit wohl unrecht hast.
An der Skizze unten wird das vielleicht deutlich.

Dort haben wir bei A zweimal den halben Weg, den dass Wasser innerhalb eines Zeitabschnittes x nach links oder rechts zurücklegen muss, beim asymmetrischen Rumpf B einmal den ganzen Weg. Dort muss bei Fahrt das Wasser also doppelt so schnell vom bzw. zum Rumpf bewegt werden. Das heißt (andere Einflüsse ausser acht gelassen): gleiche Fahrtgeschwindigkeit bei B bedeutet doppelte "Verdrängungsgeschwindigkeit" und damit höheren Energieaufwand. Insgesamt gleicher Wassermenge (1 x 1 bei B und 2 x 1/2 bei A) die doppelte Geschwindigkeit geben, heißt sogar 4 x so viel Energieverbrauch?)

Frank MV

[bachbleamle]

Zitat von Frank MV

Für meine ursprüngliche Idee finde ich es fast tragisch, dass du mit der Verdrängungsgeschwindigkeit wohl unrecht hast.
An der Skizze unten wird das vielleicht deutlich.

Dort haben wir bei A zweimal den halben Weg, den dass Wasser innerhalb eines Zeitabschnittes x nach links oder rechts zurücklegen muss, beim asymmetrischen Rumpf B einmal den ganzen Weg. Dort muss bei Fahrt das Wasser also doppelt so schnell vom bzw. zum Rumpf bewegt werden. Das heißt (andere Einflüsse ausser acht gelassen): gleiche Fahrtgeschwindigkeit bei B bedeutet doppelte "Verdrängungsgeschwindigkeit" und damit höheren Energieaufwand. Insgesamt gleicher Wassermenge (1 x 1 bei B und 2 x 1/2 bei A) die doppelte Geschwindigkeit geben, heißt sogar 4 x so viel Energieverbrauch?)

Frank MV

Masse. Weg, Zeit. Bei beiden Varianten gleich, nur bei einer geteilt und bei der Anderen nur in eine Richtung.

Eddi

[Frank MV]

Nö, tut mir leid. Der Weg ist eben nicht gleich. Der durchschnittliche Weg, den des Wasser zur Seite gedrückt werden muss ist bei B doppelt so groß.

Frank MV

[bachbleamle]

Zitat von Frank MV

Nö, tut mir leid. Der Weg ist eben nicht gleich. Der durchschnittliche Weg, den des Wasser zur Seite gedrückt werden muss ist bei B doppelt so groß.

Frank MV

Ja, klar, bei dem einen Rumpf verdränst Du die Energie auf eine Seite, beim Anderen auf zwei Seiten ber bei beiden ist die Energie dieselbe.

Bleiben wir aber bei der Eingangs-Aufgabe, ist es wichtig, die Energie auf einer Seite zu haben.

Was noch nicht so richtig gelöst ist, wie die Restnutzung (Rekuperation) dieser eigentlich verlorenen Energie aussehen könnte, welche Parameter hierfür berücksichtigt werden müssen.
Durch die senkrechten Rumpfflächen bekommt man eine horizontale Strömung un keine signifikamten Wellenberg wie bei einem gekimmten Rumpf.
Also resultiert nur eine erhöhte Strömung, die diese Energie enthält.
Jetzt ist eben doch die Frage, wie verhält sich diese Strömung, wenn sie mit der anderen Strömung zusammentrifft. Wo hin verkrümelt sich diese Wassermenge und ihre enthaltene Energie.

Vielleicht hilft auch das weiter was mit einem Stein passiert, der ins Wasser geworfen wird, da baut sich nach eintauchen des Steins ein runder, ansteigender Wasserhügel über dem Eintauchort auf.

Eddi

[AvaVM]

Zitat von bachbleamle

Ja, klar, bei dem einen Rumpf verdränst Du die Energie auf eine Seite, beim Anderen auf zwei Seiten ber bei beiden ist die Energie dieselbe.

Das meint Frank ja mit der kinetischen Energie zu widerlegen. Das Wasser muss beim einseitig gekrümmten Rumpf "doppelt so schnell" zur Seite entweichen, als beim symmetrischen Rumpf. Und das bei 1/2mv² dann quasi zum Quadrat.
Nun aber das Aber. Das ist klassische Mechanik und ich bin mir fast sicher, dass das in der Strömungslehre nicht greift. Das ist wohl eher ein Fall von Bernoulli und Venturi, aber das hab ich nicht mehr so richtig im Kopf.

Gruß,
Markus