Warum haben Frachter, Eisbrecher und Tanker bei den Schiffen keinen Stromlinienförmigen Aufbau?

SeppJ

Cw-Wert schrieb:

1. Welche Funktion soll ein rechteckiger Aufbau bei einem Eisbrecher erfüllen?

Überwasser: Den gleiche wie bei jedem anderen Schiff. Platzeffizienz.
Unterwasser: Sind die meisten nicht rechteckig. Die, die es doch sind: Wikipedia wurde schon verlinkt. Sollte man mal gelesen haben.

2. Bist du schon einmal mit dem Fahrrad bei einer Geschwindigkeit von 30 km/h gefahren? Also ich schon und ich merke den Unterschied wenn ich bei dieser Geschwindigkeit mich aufrecht auf das Fahrzeug setze oder mich entsprechend windschnittig ducke.
Diese ca. 70 km/h die man für Autos erschaffen hat ist nur ein Richtwert, zumal bei man bei einem Auto beachten muss, dass es einen festen Griff zur Fahrbahn hat. Bei einem Schiff sieht das anders aus, das kann auf dem Wasser auch treiben und vom Wind angeschoben werden, wenn der Motor des Schiffs aus ist.
Solche Frachter, Eisbrecher und Tanker schippern in der Regel mit ca. 15-16 Knoten durch die Weltmeere (an der Küste wegen dem Verkehr entsprechend weniger), das sind ca. 30 km/h.

Unsinnige Analogie, Thema nicht verstanden. Richtige Analogie: Bist du schon einmal 30 km/h geschwommen? War es dabei wichtig, dass dein Kopf stromlinienförmig war? (unter der Annahme, dass dein Kopf aus dem Wasser herausragt)

@volkard
Dieser Eisbrecher atomed zwar durch die Gegend, aber wenn der Energieverbrauch höher ist als nötig, dann bedeutet dies auch, dass die Steuerstäbe ganz ausgefahren sind, was dazu führt, dass pro Zeiteinheit mehr spaltbares Material verschwendet wird.

Wurde schon abgeschätzt. Energiemehrverbrauch ist keiner als 1 Prozent.

ScottZhang

dot schrieb:

ScottZhang schrieb:

Stromlinienform bei Segelschiffen ist natürlich relativ Panne, weil die eh nich gegen den Wind fahrn.

http://de.wikipedia.org/wiki/Kurse_zum_Wind_(Segeln)#Am_Wind

ScottZhang schrieb:

... Allerhöchstens beim Kreuzen, da kommt der Wind schräg von vorn, also auch wieder breitseite. Was da Stromlinenförmig gemacht ist, ist fürs Wasser nicht für die Luft ...

:p

volkard

SeppJ schrieb:

Physik: In nullter Näherung geht der Strömungswiderstand mit der Viskosität des Mediums. Die Viskosität von Wasser ist ungefähr 100 Mal größer als die von Luft.

Viskosität? Ich weiß ja nicht...
Das wasser ist schon richtig rutschig. Ich denke, die ganze Arbeit kommt daher, daß man das furchtbare schwere Wasser erst komplett wegschubsen muss, bevor man durch das Loch durchfahren kann. Und ich fürchte, die Viskosität des Wassers ist da wiederum völlig vernachlässigbar.

ScottZhang

Nich ganz, denn das Wasser kommt hinter dem Schiff ja wieder zusammen. In der Tat ist die Kräftebilanz bei einer laminaren Umströmung mit einer idealen Flüssigkeit (keine Viskosität) null.

Natürlich gibs noch Verluste durch Turbulenz (die wahrscheinlich auch sehr groß sind, entspricht meiner Meinung nach am ehesten dem "wegschubsen") und den Verluste durch Erzeugung von Oberflächenwellen (Wellenwiderstand).
Ich habe aber keine Ahnung wie sich das anteilig am Gesamtwiderstand aufteilt.

SeppJ

volkard schrieb:

SeppJ schrieb:

Physik: In nullter Näherung geht der Strömungswiderstand mit der Viskosität des Mediums. Die Viskosität von Wasser ist ungefähr 100 Mal größer als die von Luft.

Viskosität? Ich weiß ja nicht...
Das wasser ist schon richtig rutschig. Ich denke, die ganze Arbeit kommt daher, daß man das furchtbare schwere Wasser erst komplett wegschubsen muss, bevor man durch das Loch durchfahren kann. Und ich fürchte, die Viskosität des Wassers ist da wiederum völlig vernachlässigbar.

Ja, das kommt davon, wenn man die deutsche Wikipedia diagonal liest . Natürlich ist die Dichte bei höherer Geschwindigkeit die wichtigere Kenngröße (wobei wir hier sicherlich schon turbolent sind, was die Sache nochmal etwas verkompliziert). Damit hätten wir sogar einen Faktor 1000.

volkard

Bei schnellster Fahrt, sollte das Schubsen alles andere Überwiegen, nehme ich an.
http://de.wikipedia.org/wiki/Rumpfgeschwindigkeit
Aber verstanden habe ich das ganze um die Rumpfgeschwindigkeit noch nicht so ganz.

ScottZhang

Ah, interessant. Also ist Wasser doch glitschig und der Wellenwiderstand machts.

Drum tauch ich lieber ab

volkard

ScottZhang schrieb:

Ah, interessant. Also ist Wasser doch glitschig und der Wellenwiderstand machts.

Sehr verwirrend. Bei Wellenwiderstand meint man sofort, "na, klar, das Wort habe ich schon sauoft gehört". Leider als http://de.wikipedia.org/wiki/Wellenwiderstand
Fürchte, bei den Schiffchen ist es was anderes.

Vielleicht, aber das ist noch ganz unverstanden von mir, ~daß sie eine Bugwelle vor such auftürmen und die Heckwelle hinter sich ist das entsprechende Loch, woher das Wasser kommt, und so fährt das Schiffchen bergauf. Je schneller, desto nächer kommen sich Berg und Loch, desto steiler wird die Böschung und die kann nicht beliebig steil werden.~

ScottZhang

Achso, ja nein, dieser Wellenwiderstand ist damit nicht gemeint. Es geht um den Energieverlusst durch das Abstrahlen von Wellen (Wellen transportieren Energie, siehe Elektromagnetismus). Dazu zählen Schwerewellen (Oberflächenwellen) aber eigentlich auch Schallwellen im Wasser.
Vllt bin ich da auch aufm Holzweg, aber ich dachte immer das heißt in der Hydrodynmaik "Wellenwiderstand".

volkard

ScottZhang schrieb:

Achso, ja nein, dieser Wellenwiderstand ist damit nicht gemeint. Es geht um den Energieverlusst durch das Abstrahlen von Wellen (Wellen transportieren Energie, siehe Elektromagnetismus). Dazu zählen Schwerewellen (Oberflächenwellen) aber eigentlich auch Schallwellen im Wasser.
Vllt bin ich da auch aufm Holzweg, aber ich dachte immer das heißt in der Hydrodynmaik "Wellenwiderstand".

Danke. "Hydrodynmaik Wellenwiderstand" ist wieder ein feiner google-Ansatz-Punkt.
[quote=http://de.wikipedia.org/wiki/Str%C3%B6mungswiderstand]Wellenwiderstand

Der Wellenwiderstand tritt bei umströmten Körpern auf, die sich mit Überschallgeschwindigkeit bewegen. An Körperkanten, die der Anströmung entgegen geneigt sind, tritt eine Druckerhöhung auf, während an den Kanten, die der Anströmung abgeneigt sind, eine Druckverminderung auftritt. Dieser Druck führt zu einer entgegen der Bewegung gerichteten Kraft.[/quote]
Ich fürchte, wie haben hier im Forum mehr Germanisten als Wasserbauer.

Wie ergibt sich
[quote=http://de.wikipedia.org/wiki/Verdr%C3%A4ngerfahrt]
Die Rumpfgeschwindigkeit eines jeden Verdrängers ist exakt errechenbar und lässt sich auch mit dem stärksten Antrieb nicht überschreiten.
[/quote]
?

Cw-Wert schrieb:

@drohne
Vielleicht liest du mal selber deinen Link.

Ja, habe ich. Da steht:

Mehrere Bedingungen muss ein Eisbrecher gegenüber normalen Schiffen erfüllen:

Er soll eine Bug- und Rumpfform haben, die nicht nur das Eis bricht, sondern die gebrochenen Eisstücke auch derart unter oder über das Festeis schiebt, dass eine offene Fahrrinne zurückbleibt.

ScottZhang

Ersteres kann ich soweit verstehen, da Luft je nach Machzahl mehr oder weniger kompressibel ist. Bei Überschallgeschwindigkeit trift der kompressible Fall zu und was da "abgestrahlt" wird sind also Kompressionswellen (Schallwellen). Dieser tolle Überschallknall den manche vllt noch kennen, als Militärflugzeuge noch im Tieflug über Wohngebiete durften

Zweiteres kann ich nich glauben, hab aber keine Ahnung. Obwohl man könnte sich vorstellen, dass man mit stärkern Antrieb nur den "Berg" steiler macht, und man somit kein Beitrag zum Vortrieb bekommt.
Edit: Man könnte den Antrieb so stark machen, dass das Boot zum Gleiter wird

Edit2: Also nochmal mit der Analogie: man erhöht nur die Amplitude der abgestrahlten Welle. Die zusätzliche Energie geht also komplett in die Welle? Grummel das macht mich als Schwimmer etwas nervös

volkard

ScottZhang schrieb:

Zweiteres kann ich nich glauben, hab aber keine Ahnung. Obwohl man könnte sich vorstellen, dass man mit stärkern Antrieb nur den "Berg" steiler macht, und man somit kein Beitrag zum Vortrieb bekommt.

Ja, da kommen wir jetzt in der Überlegung zusammen.

ScottZhang schrieb:

Edit: Man könnte den Antrieb so stark machen, dass das Boot zum Gleiter wird

Jo, oder mit ausrechend Leistung...

a) Das Wasser vor sich echt wegspritzt wie eine Schneefräse. Dabei muss vermutlich dafür gesorgt werden, daß der Antrieb nicht mehr durch normale Heck-Schrauben passiert, die sonst in Luft laufen würden.

b) Das Wasser vor sich verdampft und hinter sich niederregnen läßt. Noch ein paar dutzend Größenordnungen mehr Leistung.

Man kriegt die Vorschubleistung nicht gescheit ins Wasser. Mal abgesehen von Hydrauliken, die sich aus Land anstützen oder an langen in die Tiefsee gehenden Schraubengondeln, wo sich aber sofort Gleiten eistellen würde. Ist entsprechend zu einem Trakflügelboot, wo nur die Schrauben ins Wasser reichen.

Die Prämisse ist immer, "solange wir in Verdrängerfahrt sind". Zwischen der Verdrängerfahrt und der Gleitfahrt muss wohl normalerweise eine erhebliche Lücke sein, was die Leistung angeht.

Denke, ein Eisbrecher sollte das nie verlassen. Im Nutzbetrieb macht er ja auch nur 2 Knoten. Und er sollte nie auf sein Opfereis gleiten, sonst könnte er in Folge ein paar Meter über ungebrochenes Eis rutschen, in ein Schiffsgroßes Loch einbrechen und tot sein. Er könnte nicht mehr zurück- und hinruckeln und mit Schwung brechen und seine Bewegungsfreiheit in jedem Schritt erhöhen.

ScottZhang

Interessanter weise: $v \approx 1.25 \sqrt{l_w} \frac{m}{s}$ . Nehmen wir mal einen zwei Meter Mann: also $v \approx 1.7678\frac{m}{s}$ . Macht auf 50m ca. 28.28 Sekunden. Der Record bei 50m Kraul liegt aber bei ca 21 Sekunden. Was nu? Wahrscheinlich ist man eher nen Halbgleiter. Oder aber son Becken zählt nicht als "tiefes Gewässer". Gerad ma googlen wie die Wellengeschwindigkeit von der Wassertiefe abhängt ...

ScottZhang

volkard schrieb:

b) Das Wasser vor sich verdampft und hinter sich niederregnen läßt. Noch ein paar dutzend Größenordnungen mehr Leistung.

Diese Idee hatten die Bootsbauer ja schon. Siehe in dem Artikel unter Superkavitation.

drohne schrieb:

Cw-Wert schrieb:

@drohne
Vielleicht liest du mal selber deinen Link.

Ja, habe ich. Da steht:

Mehrere Bedingungen muss ein Eisbrecher gegenüber normalen Schiffen erfüllen:

Er soll eine Bug- und Rumpfform haben, die nicht nur das Eis bricht, sondern die gebrochenen Eisstücke auch derart unter oder über das Festeis schiebt, dass eine offene Fahrrinne zurückbleibt.

Gut, du hast so eben zugegeben, dass du die Frage nicht verstanden hast.

volkard

ScottZhang schrieb:

Interessanter weise: $v \approx 1.25 \sqrt{l_w} \frac{m}{s}$ . Nehmen wir mal einen zwei Meter Mann: also $v \approx 1.7678\frac{m}{s}$ . Macht auf 50m ca. 28.28 Sekunden. Der Record bei 50m Kraul liegt aber bei ca 21 Sekunden. Was nu? Wahrscheinlich ist man eher nen Halbgleiter. Oder aber son Becken zählt nicht als "tiefes Gewässer". Gerad ma googlen wie die Wellengeschwindigkeit von der Wassertiefe abhängt ...

http://www.youtube.com/watch?v=I3PtDfzn6Qo
Wirklich viel spielt sich da nicht über Wasser ab.

Jester

Bei nur 50m dürfte der Startsprung ganz ordentlich ins Gewicht fallen.

ScottZhang

Jester schrieb:

Bei nur 50m dürfte der Startsprung ganz ordentlich ins Gewicht fallen.

Stimmt schon ist aber Wurst, denn 28.28 ist fürn Profi eher aussschwimmen

Die Dispersionsrelation für Wasserwellen hilft auch nicht:
$c = \sqrt{\frac{gL}{2\pi}\tanh{\left(\frac{2\pi d}{L}\right)}}$
d - Wassertiefe, L - Wellenläng. Also monoton wachsend in d.

Als Schwimmer ist man aber auch eher ein Tauchkörper, Wasser kann auch über einen schwappen. Somit "reitet" man garnicht auf einer Welle wie ein Boot in verdrängerfahrt.