Katamaran - Auslöschung Wellensystem

[Frank MV]

Hi,

ich habe mit Mehrrumpfbooten zu tun und steh' auf Elektroantriebe.

Seit einer Weile frage ich mich, ob sich bei der im Bild übertrieben und schematisch gezeigten Rumpfform und -anordnung bei einem Katamaran für eine bestimmte Geschwindigkeit eine mehr oder weniger perfekte Auslöschung von Bug- und Heckwellen zwischen den Rümpfen erreichen lässt. Die prismatischen Rümpfe haben auf der Kielseite keinerlei Anstieg und sind an der Aussenseite nicht gewölbt. Ich glaube, das ist ganz gut zu erkennen. Nach aussen gibt's also zunächst mal kaum Welle. Wenn dann innen die Bugwellensysteme auf die gegenüberliegenden Hecks treffen, führt das bei einer bestimmten Geschwindigkeit möglicherweise zu Interferenzen, die sich positiv auf eine geringe notwendige Antriebsleistung auswirken?

0.: Was sagt Ihr dazu?
1.: Macht jemand so etwas?
2.: Wie rechne ich das aus? B = Rumpfabstand, L = Rumpflänge, V = Geschwindigkeit
3.: Wie hoch ist der zu erwartende Effekt (z.B. für 6m langes Boot, Geschwindigkeit 10 - 12 km/h)
4.: Welche Form sollte die innere Wölbung der Rümpfe haben?
5.: Gibt es eine CFD-Software (moglichst Freeware) mit der ich (als nur rudimentär CAD-erfahrender User) das virtuell durchexerzieren kann?

Sonnige Floßfahrergrüße, Frank MV

[chevyuser]

Und warum hat das noch keiner vor dir entdeckt?
Ist gleich die erste Frage die sich mir stellt, gerade in dem Bereich ist ja schon ab und zu mal geforscht worden die letzten Jahrhunderte...
Voller Respekt für deine Genialität ist dir von meiner Seite auf jeden Fall sicher wenns eine grosse Entdeckung ist!

[Frank MV]

Ich habe bei Google verwandte Patente und Untersuchungen gefunden. Aber eben nicht genau das.

Da ich hier nicht zeitnah weiterführende Beiträge erhalten habe und ich mit der Idee schon eine Weile schwanger gehe (Meine Frau meint, der Bauch käme vom Bier.), würde ich gern Modellversuche mit einfachen Hartschaumrümpfen machen.

So intuitiv wegen verschiedener Formeln (kinetische Enegie, Rumpfgeschwindigkeit, Wellenbewegungen) frage ich jetzt mal:
Darf ich davon ausgehen, dass der Modellmaßstab sich quadratisch zur Geschwindigkeit Modell zu Original verhalten muss, um ein ähnliches Wellenbild zu erzeugen (z.B: Modell ist 1/9 des Originals und die Modellgeschwindigkeit = 1/3 vom Original.)?

Frank MV

[Sonnenschein]

Das klingt ja nach einer interessanten Forschung.... Leider habe ich Elektro und Elektronik-Kram studiert und da war leider keine Strömungstechnik dabei.... aber ansonsten hätte ich schon große Lust am Forschen

[Sonnenschein]

Ich habe mich mal ein bisschen belesen.... da scheint man mit einger Berechnung auf vergleichbare Ergebnisse zwischen Modell und Originalgröße zu kommen. Natürlich braucht man auch einen Stömungskanal um das zu überprüfen.
Letztlich ist das ja sicher kein sooo großes Problem, sowas läßt sich ja sicher recht überschaubar bauen, wenn man etwas Platz in ner Halle oder Garage hat. Dazu dann noch ein paar Messgeräte und es kann losgehen.

[Frank MV]

@Sonnenschein:

Wenn man das nicht ständig und beruflich macht, bzw. es nicht übertreiben will und auf Laborbedingungen verzichten kann - dann kann man natürlich auch ein Modell durch das Wasser ziehen, anstatt das Wasser am Modell vorbei.

Strömungskanal in der Garage - Du bist ja lustig.

Sonnige Floßfahrergrüße, Frank MV

[Sonnenschein]

Ja klar kann man so ein Modell auch über den Teich schleppen....

bei dem Strömungskanal kommt es sicher auf die Größe und den Maßstab an.... stationär läßt sich das Wellenbild und der Strömungswiderstand aber sicher viel besser beurteilen

[Warmduscher]

Die Wellen werden sich nicht auslöschen.

Solche Wellen löschen sich nicht aus, die prallen aufeinander und werden zu einer größeren Welle.

W

[Frank MV]

Jetzt habe ich was dazu gefunden. Da haben sich schon mal Leute mit dem Interferenzwiderstand zwischen Katamaranrümpfen bei verschiedenen Rumpfabständen und Geschwindigkeiten beschäftigt und entsprechende CFD-Simulationen ausgewertet.

Link zum Download der Arbeit als PDF:
https://www.navalengineers.org/Proce...1.He_et_al.pdf

Das Fazit ist eher ernüchternd.

Frank MV

[bachbleamle]

Zitat von Frank MV

Jetzt habe ich was dazu gefunden. Da haben sich schon mal Leute mit dem Interferenzwiderstand zwischen Katamaranrümpfen bei verschiedenen Rumpfabständen und Geschwindigkeiten beschäftigt und entsprechende CFD-Simulationen ausgewertet.

Link zum Download der Arbeit als PDF:
https://www.navalengineers.org/Proce...1.He_et_al.pdf

Das Fazit ist eher ernüchternd.

Frank MV

Hallo Frank,

Meinst daß man darüber (Anhang) auch nachdenken könnte?

Gruss
Eddi

[Frank MV]

Ick freu' mir.

Ist das dein Hirnschmalz?

Sehr interessant und zum Denken anregend ist die Form im hinteren Bereich. Fast noch schöner finde ich die verwendete Vokabel "Rekuperationsfläche" in dem PDF.

Genau um diese Rückgewinnung (Rekuperation) der am Bug aufgebrachten Energie geht es nämlich. Im Idealfall sollen die Hecks auf den Wellen der gegenüberliegenden Bugs "reiten", während nach aussen keine Welle erzeugt wird.

Zunächst möchte ich aber keinen dynamischen Auf- oder Abtrieb durch auf der Unterseite geneigte Flächen erzeugen, um den Effekt an sich besser beobachten und interpretieren/auswerten zu können (deshalb erstmal nur senkrechte und horizontale Flächen am Rumpf).

Von der Krümmung der Form her bin ich - nicht wirklich wissend warum, sondern eher intuitiv - aber erstmal dabei. Vorn konvex und hinten konkav auslaufend war auch mein Gedanke. Die Abrisskannte am Heck geht für mich nicht.

Kannst Du zu der Form (dein PDF) gedanklich noch was beitragen?

Frank MV

[bachbleamle]

Zitat von Frank MV

Ick freu' mir.

Ist das dein Hirnschmalz?

Sehr interessant und zum Denken anregend ist die Form im hinteren Bereich. Fast noch schöner finde ich die verwendete Vokabel "Rekuperationsfläche" in dem PDF.

Genau um diese Rückgewinnung (Rekuperation) der am Bug aufgebrachten Energie geht es nämlich. Im Idealfall sollen die Hecks auf den Wellen der gegenüberliegenden Bugs "reiten", während nach aussen keine Welle erzeugt wird.

Zunächst möchte ich aber keinen dynamischen Auf- under Abtrieb durch auf der Unterseite geneigte Flächen erzeugen, um den Effekt an sich besser beobachten und interpretieren/auswerten zu können (deshalb erstmal nur senkrechte und horizontale Flächen am Rumpf).

Von der Krümmung der Form her bin ich - nicht wirklich wissend warum, sondern eher intuitiv - aber erstmal dabei. Vorn konvex und hinten konkav auslaufend war auch mein Gedanke. Die Abrisskannte am Heck geht für mich nicht.

Kannst Du zu der Form (dein PDF) gedanklich noch was beitragen?

Frank MV

Du verdrängst das Rumpfvolumen zur Mitte, es wird sich also eine höhere Welle bilden. Seitlich kann sich das nicht verlaufen, folglich wird es in die Höhe gehen,

Bei Deiner Linienführung wirkt die hintere, auseinanderlaufende Krümmung auch als Rekuperationsfläche. Du kannst das ja mit Modellen ausprobieren, also Deine Form des Verlaufs und meine Form des Verlaufs.
Zur Rekuperation nutzt Du nur den Seitlichen Druck, den die Wellenhöhe aufbaut.
Ein Teil davon geht natürlich auch unter dem Rumpf durch und ist für eine Rekuperation verloren.

Sowas kannst nur ausprobieren. Zwischen Deinen Rümpfen steigt natürlich auch der Luftdruck, der wiederum auf die Welle drückt.

Eddi

[Sonnenschein]

sehe ich das richtig, dass die am Bug entstehenden Wellenberge möglichst bis zum Heck wieder abgebaut werden sollten, damit der Energieaufwand sinkt? Und dass dieses Ziel im Grunde beim Einrupf. wie beim Mehrrumpfboot gilt? also am bessten wie ein offenes Rohr, das den Bugwellenberg zum Heckwellental leitet und somit kaum Wasser in vertikale Richtung bewegt werden muss?

Ich taste mich erst langsam an das Thema heran.... daher die unbedarften Fragen...

[Frank MV]

Ich bin mir fast sicher, dass Du das nicht richtig siehst. Das Fragliche hat mit Monohulls nicht das Geringste zu tun, da es um Interferenz geht. Zwischen den Rümpfen soll das Bugwellensystem eines Rumpfes bei einer bestimmten Geschwindigkeit auf das gegenüberliegende Heck treffen, so daß es mit den dort vorhandenen/entstehenden Wellen möglichst vollständig destruktiv interferiert - das soll passieren, während die Rümpfe aussen nicht gewölbt sind, also dort von sich aus keine Welle erzeugen möchten.

Das mit Deinem offenen Rohr verstehe ich dagegen wohl falsch, bzw. nicht. Da offene Rohre relativ wenig Auftrieb erzeugen, meinst Du vermutlich nicht die Rümpfe selbst.

Frank MV

[Sonnenschein]

Der Gedanke mit dem offenen Rohr im Wasser war nur als ideales Strömungsmodell gedacht, jedoch (da hast du en Pferdefuß erkannt) ohne ausreichenden Auftrieb. Also ein reines Gedankenmodell für idealen Strömungswiderstand. Wenn man das weiterdenkt, dann kommt man dahin, dass man das am Bug aufgestaute Wasser durch den Rumpf zum Heck leiten müsste, um die Wellen auszulöschen. Damit noch ausreichend freies Volumen für Auftrieb bleibt, muss das Wasser durch den Rumpf natürlich mit mehrfacher Fahrtgeschwindigkeit strömen. Soweit zu dem Gedankenmodell, dass jedoch in ähnlicher Form schon in "Roter Oktober" verbaut war

Zum Mehrrumpfsystem zurück.... das sollte sich im Modellversuch auch mit nur einem Rumpf nachstellen lassen, wenn man den Rumpf neben einer Reflektionsfläche laufen läßt. Dann reflektiert die eigene Bugwelle an der Fläche und wird winkelgerecht zurückgeworfen. So wird der zweite Rumpf simuliert und man kann die Versuche von Enternung und Strömungsgeschwindigleit an dem System der Stehenden Wellen durchführen. So könnte man die Modellversuche für den Anfang mal antesten, ohne gleich für jeden Vesuch 2 Rümpfe zu bauen. Am einfachsten wäre wohl, dieses Verfahren mit zwei Testrümpfen zu überprüfen.... wenn das klappt, wären die nachfolgenden Versuche im Bau nur noch halb so aufwändig...

[Christo Cologne]

Ließ doch mal bei dem Bremer Konstrukteur Reinke über seine Twinkieler nach.

[bachbleamle]

Zitat von Sonnenschein

Der Gedanke mit dem offenen Rohr im Wasser war nur als ideales Strömungsmodell gedacht, jedoch (da hast du en Pferdefuß erkannt) ohne ausreichenden Auftrieb. Also ein reines Gedankenmodell für idealen Strömungswiderstand. Wenn man das weiterdenkt, dann kommt man dahin, dass man das am Bug aufgestaute Wasser durch den Rumpf zum Heck leiten müsste, um die Wellen auszulöschen. Damit noch ausreichend freies Volumen für Auftrieb bleibt, muss das Wasser durch den Rumpf natürlich mit mehrfacher Fahrtgeschwindigkeit strömen. Soweit zu dem Gedankenmodell, dass jedoch in ähnlicher Form schon in "Roter Oktober" verbaut war

Zum Mehrrumpfsystem zurück.... das sollte sich im Modellversuch auch mit nur einem Rumpf nachstellen lassen, wenn man den Rumpf neben einer Reflektionsfläche laufen läßt. Dann reflektiert die eigene Bugwelle an der Fläche und wird winkelgerecht zurückgeworfen. So wird der zweite Rumpf simuliert und man kann die Versuche von Enternung und Strömungsgeschwindigleit an dem System der Stehenden Wellen durchführen. So könnte man die Modellversuche für den Anfang mal antesten, ohne gleich für jeden Vesuch 2 Rümpfe zu bauen. Am einfachsten wäre wohl, dieses Verfahren mit zwei Testrümpfen zu überprüfen.... wenn das klappt, wären die nachfolgenden Versuche im Bau nur noch halb so aufwändig...

Dein zweiter Absatz ist richtig, das mit der Reflexionsfläche. Betrachtet man aber die Sachen mit zwei Rümpfen, beginnt die Reflexionsfläche an dem Punkt, wo sich beide Ströme treffen in der Schiffsmitte. Die beiden Strömungen , die zum jeweils anderen Rumpf laufen, treffen aufeinander und neutralisieren sich in der Querrichtung und nehmen zusammen eine resultierende Längsrichtung ein. Einzig durch die Schwerkraft des aufbauenden Wassers gibt es auch eine Querrichtung, die wieder zu den Rümpfen zurückströmt.
Das mit der Reflexionswand ist also nicht wirklich zielführend.

Eddi

[Alane]

Zitat von chevyuser

Und warum hat das noch keiner vor dir entdeckt?
Ist gleich die erste Frage die sich mir stellt, gerade in dem Bereich ist ja schon ab und zu mal geforscht worden die letzten Jahrhunderte...
Voller Respekt für deine Genialität ist dir von meiner Seite auf jeden Fall sicher wenns eine grosse Entdeckung ist!

Alle haben gesagt: Das geht nicht.......
und dann kam einer, der hat das nicht gewußt......
und hat es einfach getan.

[Sonnenschein]

Zitat von bachbleamle

Dein zweiter Absatz ist richtig, das mit der Reflexionsfläche. Betrachtet man aber die Sachen mit zwei Rümpfen, beginnt die Reflexionsfläche an dem Punkt, wo sich beide Ströme treffen in der Schiffsmitte. Die beiden Strömungen , die zum jeweils anderen Rumpf laufen, treffen aufeinander und neutralisieren sich in der Querrichtung und nehmen zusammen eine resultierende Längsrichtung ein. Einzig durch die Schwerkraft des aufbauenden Wassers gibt es auch eine Querrichtung, die wieder zu den Rümpfen zurückströmt.
Das mit der Reflexionswand ist also nicht wirklich zielführend.

Eddi

Das widerspricht aber der Wellentheorie, also den physikalischen Eigenschaften der Wellen. Die Wellen breiten sich in diesem Fall geradlinig aus, addieren oder subtrahieren ihre Amplitude, wenn sie mit anderen Wellen aufeinander treffen, ändern dabei jedoch nicht ihre Richtung. Richtungsänderung tritt bei Wellen vorrangig durch Beugung und Reflektion auf. Das entstehen von Stehenden Wellen durch Interferrenz ist keine Richtungsänderung. Die Schwerkraft, die durch die Wellenberge entsteht, ist ja gerade die Energie der Welle, keine zusätzlich auftretende Kraft, die neue Eigenschaften bringt.

[Sonnenschein]

Zitat von Christo Cologne

Ließ doch mal bei dem Bremer Konstrukteur Reinke über seine Twinkieler nach.

Danke für den Tip! Hättest du einen Link? Ich habe leider nichts passendes gefunden.
Danke

[bachbleamle]

Zitat von Sonnenschein

Das widerspricht aber der Wellentheorie, also den physikalischen Eigenschaften der Wellen. Die Wellen breiten sich in diesem Fall geradlinig aus, addieren oder subtrahieren ihre Amplitude, wenn sie mit anderen Wellen aufeinander treffen, ändern dabei jedoch nicht ihre Richtung. Richtungsänderung tritt bei Wellen vorrangig durch Beugung und Reflektion auf. Das entstehen von Stehenden Wellen durch Interferrenz ist keine Richtungsänderung. Die Schwerkraft, die durch die Wellenberge entsteht, ist ja gerade die Energie der Welle, keine zusätzlich auftretende Kraft, die neue Eigenschaften bringt.

Die Bugwellen enthalten Energie. Treffen zwei Impulse aufeinander, addieren sie sich, treffen sie in einem Winkel aufeinander, werden sie in die Resultierende Richtung abgelenkt.

[Sonnenschein]

Zitat von bachbleamle

Die Bugwellen enthalten Energie. Treffen zwei Impulse aufeinander, addieren sie sich, treffen sie in einem Winkel aufeinander, werden sie in die Resultierende Richtung abgelenkt.

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.

[Michael G.]

Das ist zwar eine ganz interessante Diskussion, aber ich weiß nicht, was das bringt. Bei der Überlagerung von Wellen entsteht zwar ein Interferenzmuster mit subtrahierten und addierten Wellenhöhen, nur geht dabei keine Energie verloren. Vielleicht hab ich das ja verpasst, aber: können Katamarane als Verdränger schneller fahren als die doppelte Rumpfgeschwindigkeit und wenn ja warum?

[Sonnenschein]

Zitat von Michael G.

Das ist zwar eine ganz interessante Diskussion, aber ich weiß nicht, was das bringt. Bei der Überlagerung von Wellen entsteht zwar ein Interferenzmuster mit subtrahierten und addierten Wellenhöhen, nur geht dabei keine Energie verloren. Vielleicht hab ich das ja verpasst, aber: können Katamarane als Verdränger schneller fahren als die doppelte Rumpfgeschwindigkeit und wenn ja warum?

Sollen sie das können? Und wenn ja, bezieht sich das auf die Rumpfgeschwindigkeit jedes einzelnen Rumpfes oder auf die Rumpfgeschwindigkeit eines theoretischen Rumpfes, der Länge und Breite des Katamatans entspricht?

Hier geht es ja darum, die Energie der überlagerten Wellen zu nutzen und nicht einfach hinter dem Boot zurückzulassen.

[Frank MV]

Zitat von Michael G.

Vielleicht hab ich das ja verpasst, aber: können Katamarane als Verdränger schneller fahren als die doppelte Rumpfgeschwindigkeit und wenn ja warum?

Ja, sie können:

http://www.youtube.com/watch?v=h5x2FzsDdQA

Darum: Einerseits ist das von den schmalen Rümpfen erzeugte Wellensystem ist nicht groß genug, um das Boot darin gefangen zu halten und andererseits erzeugen die schmalen Hecks nicht genug dynamischen Auftrieb um das Boot für eine Gleitfahrt auf das Wasser zu heben.

Frank MV