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Entwurf neuer Schiffe (nach W. Hadeler)

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Sven L.:
Wie berechnet man das Gewicht eines Entwurfes
In vielen Threads dieses Forums, wo es um die (fiktiven) Entwürfe von Schiffen ging, gab und gibt es immer wieder Reibereien bezüglich der Gewichtsberechnungen im allgemeinen, als auch im Detail. Dass ein Schiffskörper nicht unbedingt schwerer werden muss als bei dem ausgewählten Musterschiff ist für manchen schwer verständlich. Eine zuletzt geführte Diskussion, ob der Schiffskörper aufgrund eines angehobenen Achterdecks nun schwerer sein muss, oder ob die Antriebsmaschine schwerer ist als in dem Entwurf berechnet, hat mich dazu bewogen das Kapitel 3, Entwurf neuer Schiffe, in Kriegsschiffbau, von W. Hadeler, ausführlicher zu studieren und dieses Kapitel und seine Unterabschnitte hier zu präsentieren. Die Fußnoten und die größeren Tabellen habe ich weggelassen.

Einen Zahlenfehler im Abschnitt 3.232 habe ich auch gefunden, der zwar ein falsches Resultat liefert, aber den Sinn nicht verfälscht. Darum habe ich diesen Fehler unverändert übernommen, die Zahl jedoch blau gefärbt.

Es werden mehrere Post's und am Ende gibt es eine Excel-Tabelle, die mit nur sehr wenigen Eingaben entsprechende Ergebnisse liefert.

Und nun geht es los.

Sven L.:

--- Zitat von: W. Hadeler, Kriegsschiffbau, Teil A, Seite 306 ff ---3.2 Die Entwurfsgleichung
Ob beim Entwurf zunächst nur die Verdrängung des neuen Schiffes ermittelt werden soll, oder ob gleichzeitig die Abmessungen und weitere Unbekannte bestimmt werden, ist für das Grundsätzliche gleichgültig. Die Entwurfsgleichung führt immer in Erfüllung des Archimedischen Gesetzes auf eine Gewichtsgleichung:
Verdrängung = Summe aller Einzelgewichte
Dann = P1 + P2 + P3 + … Pn
Hierin sind P1 bis Pn die Einzelgewichte aller Teile des Schiffes. Sie werden für den Entwurf zunächst zu  G e w i c h t s g r u p p e n   zusammengefaßt.

[Text für Handelsschiffe weggelassen]

Kriegsschiffe sind zwar den Freibord- und Vermessungsvorschriften nicht unterworfen, aber es ist angesichts der zahlreichen Typen selbst einer kleinen Marine und der allgemeinüblichen und selbstverständlichen Geheimhaltung fast aller näheren Angaben schwierig, genug zuverlässige Unterlagen zusammenzubringen, um auf statistischem Wege Beziehungen zwischen den Abmessungen und den Einzelgewichten so zwingend festzustellen, daß sich daraus Berechnungsmethoden ableiten lassen.
Der abschließende Entwurf eines Kriegsschiffs ist der erste Schritt auf dem Wege zu einer materiellen Gestaltung der Voraussetzungen für seinen Kampfwert nach Zusammensetzung, Gewicht und Raum. Während aber das spezifische Gewicht der einzelnen Baugruppen früher so groß war, daß die räumliche Gestaltung, d.h. die Bemessung und Formgebung des Schiffskörpers sowie seine Einteilung immer eine befriedigende Erfüllung der Forderungen für Betriebs- und Wohnräume gestatte, hat der technische Fortschritt heute durch sein planmäßiges Streben nach Gewichtsverminderung auf der einen und durch die ständig wachsenden Raumanforderungen auf der anderen Seite dazu geführt, daß die ursprünglich nachgeordnete räumliche Bemessung immer mehr n e b e n  das Gewichtsproblem getreten ist. Besonders sinnfällig wird dies bei Landungsschiffen und Flugzeugträgern.

3.21 Die allgemeine Bedeutung der Gewichtsgruppen
Die Verdrängung eines Kriegsschiffes kann nicht genau den Faktoren und Funktionen des Kampfwertes entsprechend in Gewichtsgruppen aufgeteilt werden, aber die Aufgliederung des Gesamtgewicht es in wenige durch technische Gesichtspunktes in wenige durch technische Gesichtspunkte bestimmte Gruppen bietet dennoch einen Einblick in die Gewichtsverteilung auf die einzelnen Hauptfaktoren und -funktionen des Kampfwertes.
Da dieser das Schiff qualitativ und quantitativ kennzeichnet, sind die Anteile der Hauptgewichtsgruppen für die Typen charakteristisch. Sie gestatten daher Recht zuverlässige Vergleiche, besonders von Entwürfen, und geben auch eine Übersicht über die Tendenzen, die sich darin ausdrücken. Man muß allerdings bei solchen vergleichenden Gewichtsaufstellungen, die immer in Bruchteilen der Verdrängung angegeben werden, genau wissen, was in den Gruppen zusammengefaßt ist und auf welche Verdrängung sie bezogen sind. Das ist besonders bei ausländischen Angaben zu beachten. Bei der Beurteilung von Vorentwürfen und Einzeluntersuchungen haben diese Gewichtsvergleiche ihre Bedeutung darin, daß sie das Bild des erreichten Kampfwertes viel sinnfälliger widerspiegeln als selbst genau ausgeführte, maßstäbliche Typskizzen.

3.22 Die Entwurfsgruppen-Einteilung
Da jede Entwurfsrechnung im Grunde eine Anwendung der Ähnlichkeitsmechanik ist, d.h., das neu zu entwerfende Schiff wird als Abwandlung eines ausgeführten und in allen Einzelheiten bekannten aufgefaßt, so geht man bei der Aufteilung der Gewichte so vor, daß die darin zusammengefaßten Angaben sowohl für die ersten Entwürfe als auch für alle später durchgeführten verfeinernden Rechnungen möglichst günstig ausgenutzt werden können. Aus dieser Erkenntnis hat die kaiserliche Marine bereits eine allgemein gültige Gruppeneinteilung geschaffen und unter dem Geheimen Oberbaurat Dr.-Ing. E. h. Bürkner weitgehend vervollkommnet. Auf dieser konnten die Reichs- und die Kriegsmarine später weiterbauen. Die Einteilung bildete auch, in zahlreiche Untergruppen aufgegliedert, die Grundlage für die beim Bau zu führenden Wiegebücher und die darauf beruhenden Gewichts- und Schwerpunktskontrollen, für die Kalkulation, für die einfache und unmissverständliche Kennzeichnung aller technischen Einzeluntersuchungen und -rechnungen sowie der Konstruktions- und Werkstattzeichnungen und schließlich auch der Bauvorschriften.
T 3.22a: Gewichtsgruppeneinteilung der Kriegsmarine

Gruppe Nr. BeschreibungI. SchiffskörperII. Hilfsmaschinen für den SchiffsbetriebIII.PanzerungIV. Maschinenanlage einschl. HilfsmaschinenV. ArtillerieVI.TorpedowaffeVII. AusrüstungVIII. BrennstoffIX.BaureserveWas diese Gruppen im Einzelnen enthalten, geht hinreichend genau aus ihren Bezeichnungen hervor. Nur die Gruppe IX Bedarf einer kurzen Erläuterung.

Die  B a u r e s e r v e  soll den Mehrgewichtsbedarf decken, der durch ungenaue Schätzungen oder geringfügige Änderungen entsteht. Keinesfalls darf diese Gewichtsgruppe zur Deckung nachträglicher Mehrforderungen militärischer Art herangezogen werden. Sie geht normalerweise während des Baues in den anderen Gruppen auf. Bei großen Schiffen beträgt sie zwischen etwa 0,5 und 1,5, bei kleineren und kleinen bis zu 2,5% der Konstruktionsverdrängung und darüber. Im allgemeinen wird man bei Studienentwürfen für neuartige Typen, für die nur mangelhafte Unterlagen zur Verfügung stehen und die womöglich schwer abschätzbare Gewichte enthalten, einen höheren Prozentsatz verwenden, wobei sich anfangs sogar Werte bis zu 5% und selbst noch mehr vertreten lassen. Nach den Vorentwürfen sollten allerdings normalerweise die genannten kleineren Werte innezuhalten sein.

[Absatz über Bundesmarine fortgelassen]

3.23 Die Verfahren der Entwurfsrechnung
Für eine Entwurfsrechnung gibt es viele Wege. Sie hängen ab von

* a)
* der Art der Aufgabenstellung (Vervollkommnung eines vorhandenen Schiffes, von dem alle Unterlagen vorliegen, vielfach als Umbau oder Umkonstruktion bezeichnet, oder eine Neugestaltung in nur loser Anlehnung an Vorbilder oder ohne solche);
* b(
* dem Umfang und der Zuverlässigkeit der vorhandenen Unterlagen von den Vorbildern;
* c)
* der gewünschten Genauigkeit der Ergebnisse (ob es sich nur um die erste überschlägliche Ermittlung von Größenordnungen als Ausgangsbasis für allgemeine Erörterungen und Vergleiche oder um den verbindlichen Entwurf für den Neubau eines Schiffes handelt).Für den rein rechnerisch zu bestreitenden Anfang der Entwurfsarbeit kommen drei grundsätzlich zu unterscheidende Verfahren in Frage:

* die sogenannte >> P r o z e n t – M e t h o d e << , die nur sehr beschränkt verwendbar ist,
* das V e r f a h r e n   n a c h  K e i t h , ein Differentiationsverfahren,
* die  E n t w u r f s r e c h n u n g  m i t  E i h e i t s g e w i c h t e n.Die Verfahren zu 1 und 2 bestimmen zunächst nur die Verdrängung und davon unabhängig anschließend die Abmessungen, während das Verfahren zu 3 beides zusammen bestimmt. Es ist, genau genommen, bereits ein Verfahren, das schon vorliegende erste Ergebnisse verfeinert. Bei Schiffen mit Panzerschutz, dessen Form, Anordnung und Ausdehnung mit dem oder den als Vergleichsgrundlage benutzten Schiffen übereinstimmen, muß das Verfahren zu 3 gegebenenfalls durch Skizzen ergänzt werden. Diese brauchen nicht maßstäblich zu sein, sollen aber die richtigen Proportionen zeigen. In einem solchen Falle kommt es von Anfang an zu einem kombinierten Rechen-Zeichen-Entwurfsverfahren.
Sobald die ersten Entwurfsrechnungen zu Ergebnissen führen, die als Grundlage für weitere Arbeiten dienen können, muß eine Skizze in kleinem Maßstab angefertigt werden, um danach die Stabilität mit Annäherungsformeln zu überprüfen, die Raumverhältnisse abzuschätzen, und um Fehlentwicklungen zu vermeiden. Die weitere Arbeit führt dann über Skizzen und Rechnungen zu einer schrittweisen Verfeinerung der Gewichts- und Stabilitätsrechnungen sowie der Unterlagen über die verfügbaren Räume.
Bei dieser Arbeit wird solange abgewandelt, verglichen und verbessert, bis das Ergebnis technisch und militärisch und in seinen vielfältigen konstruktiv bedingten Kompromissen und Anpassungen die am wenigsten unzweckmäßig erscheinenden Einzellösungen zu einem harmonischen Ganzen zusammenfaßt.

--- Ende Zitat ---

Sven L.:

--- Zitat von: W. Hadeler, Kriegsschiffbau, Teil A, Seite 313 ff ---3.231 Die Prozent-MethodeBeim Entwurf von Kriegsschiffen liegt es nahe, von der prozentualen Gewichtsverteilung auszugehen, wenn man unterstellen darf, daß diese beim neuen Schiff mit der des Vergleichschiffes weitgehend übereinstimmt. Dabei beschränkt man sich aber von vorneherein auf geringfügige Abweichungen des neuen vom Musterschiff, was nur bei zeitlich dicht aufeinander folgenden Bauten des gleichen Typs oder – darauf läuft es in der Praxis fast immer hinaus – der gleichen Klasse gegeben ist. Der technische Fortschritt muß ja immer zu einer Verschiebung der Verhältniszahlen führen. Daher liegt der Wert der Angaben in den Zahlentafeln T 3.21 a u. b [hier fortgelassen] auch vornehmlich in der Möglichkeit von Vergleichen der Größenordnung und daneben darin, aus der Folge die Entwicklung und ihre Richtungen abzulesen.
Als Beispiel für eine solche erste grobe Überschlagsrechnung wird nachstehend untersucht, wie sich die Verdrängung eines Zerstörers ändert, wenn die Bewaffnung durch den Einbau einiger Fla- Maschinenwaffen und eine Erhöhung der mitzuführenden Munitionsmenge um etwa 6% schwerer wird. Im übrigen soll das Schiff unverändert bleiben.
MusterschiffNeuesSchiffGewichtsgruppeGewichtGeänderteNeue% D Gruppen% DGewichtetttI. SchiffskörperS97343,8--1.031II. PanzerP-----III. AntriebsanlageM I73733,3--784IV. Schiffsbetriebsanl.M IIV. WaffenanlageW22710,224010,2240VI. AusrüstungA743,3--78VII. BrennstoffI/data]B1757,9--185VIII. SpeisewasserSp251,1--26IX. ReserveR100,5--122.221100,024010,22.355Daraus ergibt sich die Entwurfsgleichung
      D = 240 + 0,898 D
und D = 2.355 t
Da an sich geringfügige Erhöhung des Gewichts für die Bewaffnung um 13 t steigert also die Verdrängung um 134 t, d.i. mehr als das Zehnfache!

--- Ende Zitat ---

Sven L.:

--- Zitat von: W. Hadeler, Kriegsschiffbau, Teil A, Seite 314 ff ---3.232 Die Berechnung der Verdrängung nach KeithDie an sich selbstverständliche Tatsache, daß jede Änderung einer Gewichtsgruppe sich auf alle anderen auswirken muß, ist von  K e i t h  zur Grundlage eines Berechnungsverfahrens gemacht worden, das wie alle übrigen auf der Ähnlichkeitsmechanik beruht, wobei es sich auf genaue Gewichtsangaben von gebauten und verwogenen Schiffen stützt. Dabei darf der Begriff >>Ähnlichkeit<< recht großzügig ausgelegt werden.
In der Keith-Gleichung steht wie bei allen anderen Entwurfsverfahren der Wert der Verdrängung auf der einen, die Summe der Einzelgewichte auf der anderen Seite. Diese gliedern sich wie bei allen anderen Verfahren in >>abhängige<< Gewichte, die eine Funktion der Verdrängung sind, und >>feste<< Gewichte, die durch die Forderungen der Aufgabe als absolute Werte in  t  gegeben sind. Die Abhängigkeit wird als Funktion in der Weise berücksichtigt, daß man mittlere Beziehungen zwischen der betreffenden Gruppe und der Verdrängung als gegeben annimmt. Wie weit eine solche Annahme zulässig ist, hängt von dem Maße der Ähnlichkeit zwischen Vorlage und Entwurf ab.
Im folgenden werden nur sechs Gewichtsgruppen benutzt, d.h. die Einzelgewichte sind abweichend von den weiter oben angeführten Gruppen-Einteilungen zusammengefaßt.
g1 = Schiffskörpergewicht S I-IV einschließlich des tragenden Panzers, der Schiffsgeräte, Verbrauchsstoffe, Besatzung mit effekten, Proviant und Frischwasser g2 = Panzer ohne Artillerie-Panzer g3 = Hauptmaschinenanlage mit Geräten g4 = Brennstoffe, Schmieröl und Kesselspeisewasser g5 = Schiffsbetriebsanlagen mit Geräten g6 = Waffen mit Geräten und MunitionDas Schiffsgewicht umfaßt nach Keith bei Vergleichsschiff und Neuentwurf den gleichen prozentualen Anteil am Gesamtgewicht. Diese Annahme ist bei einer Annäherungsrechnung zulässig, weil dabei die Unterschiede vernachlässigt werden dürfen.
Das Maschinengewicht baut sich auf der – im vorliegenden Zusammenhang durchaus anwendbaren – Admiralitätsformel auf. Es wird also als Funktion von v 3 und D2/3 dargestellt, wobei v die Dauerhöschstgeschwindigkeit ist.
Das Brennstoffgewicht wird sinngemäß ebenso aus der Admiralitätsformel abgeleitet, wobei jedoch die Marschgeschwindigkeit zusammen mit der Fahrstrecke maßgebend ist.
Das Gewicht der Schiffsbetriebsanlagen muß heute sehr vorsichtig geschätzt werden, weil es in neuester Zeit sehr stark zugenommen hat.
Das Gewicht des Panzers varriiert etwa mit D2/3.
Das Gewicht der waffen ist von der Verdrängung unabhängig. Es ist in der Regel durch die Aufgabe in konkreter Zahl für Waffen und Munition gegeben. Normal wird es gesondert berechnet. Es sind aber Aufgaben vorstellbar, bei denen für die Bewaffnung Alternativen gestellt werden.
Die praktische Rechnung erfordert die nachstehenden Formeln:

* g = gp * A * rn           (I)
* r – r2/3 * B –C = 0     (II)
* r = (1 – 2/3 * B)
      (1/3 * B + C)        (III)Hierin bedeuten
gdas Gruppengewicht des Neuentwurfs,gpdas Gruppengewicht des Vergleichsschiffes,Adie Änderung von gp bei konstanter Verdrängungrnden VerdrängungsänderungsfaktorB und C sind Faktoren, die sich aus der schrittweisen Vereinfachung der ursprünglichen Gleichung 3. Grades ergeben. Der Zahlenwert ist in jedem Falle durch die Aufgabe gegeben. r wird mittels der Gleichungen (II) und (III) bestimmt. Als Rechenkontrolle muß der gefundene Wert die Gleichung (II) erfüllen, d.h. ihre linke Seite zu Null werden lassen. Das wird meistens infolge der Näherungslösung nicht genau zutreffen, so daß entschieden werden muß, ob die im allgemeinen geringe Abweichung für das Ergebnis ohne Bedeutung bleibt und in Kauf genommen werden kann.
Aus einer näheren Untersuchung der Gleichung (I) leitet sich der sogenannte >>R-Faktor<<, französisch >>coefficient de majoration du déplacement<<, ab. Er enthält die Zusammenhänge zwischen der Änderung der einzelnen Gruppengewichte und ihre Summe, der ganzen Verdrängung, und lautet:

*                                     Dp                         
    R = -----------------------------------------------------
          Dp – [g1p + 2/3 * (g2p + g3p + g4p + g5p)]Bezeichnet nun d(Dp) den Unterschied zwischen der Verdrängung des Vergleichsschiffes und des Neuentwurfes, so ist für diesen
     D = Dp + d (Dp)   und
  (Dp) = R * ∑ d (g)
Hierin stellen d (g) die Gewichtsunterschiede der Gruppen des Neuentwurfes gegenüber denen des Vergleichsschiffes dar.
Der R-Faktor ist wegen der in seiner mathematischen Entwicklung vorgenommenen Vereinfachungen etwas ungenau, so daß die damit errechnete Verdrängung nicht genau mit der aus den Gruppengewichten ermittelten übereinstimmt. Er soll auch nur einen ersten schnellen Überblick über die zu erwartende neue Verdrängung geben.
Über den Rechnungsgang von Entwurfsrechnungen auf dem Wege der Verdrängungsbestimmung aus den Einzelgewichten und mittels des R-faktors ist zu sagen, daß die eine Methode die andere nicht ausschließt. Kommt es darauf an, die wahrscheinliche Verdrängung, die Hauptabmessungen und vor allen Dingen die voraussichtliche Maschinenleistung annähernd zu ermitteln, so reicht die R-Methode vollkommen aus.

Beispiel für die Berechnung der Verdrängung nach Keith.

A u f g a b e :
Es ist ein Zerstörer zu entwerfen, der gegenüber dem Zerstörer 36 C folgende Abweichungen aufweist:
Bewaffnung:       Vier 12 cm See- und Luftzielgeschütze in zwei Zwillingslafetten, voll automatisiert,
acht automatische 4 cm-Fla-Mk in Zwillingslafetten,
vier U-Jagd-Torpedorohre mit je zwei Reservetorpedos, zwei Bofors-Werfer,
ein Zwillingsstarter für Flugkörper mit Fernlenkung auf dem Achterschiff,
für alle Waffen elektronische Leit- und Richtmittel sowie reichlich MunitionDas Gesamtgewicht der Bewaffnung beträgt laut besonderer, hier nicht aufgeführter Rechnung, 425 t.
Geschwindigkeit:Dauerhöchstgeschwindigkeit, 36 kn
Marschgeschwindigkeit       20 knAntrieb:Dieselantrieb für Geschwindigkeiten bis etwa 24 kn, für höhere Geschwindigkeiten Gasturbinen als Zusatzantrieb, Verstellpropeller. Einheitsgewicht 14 kg/WPS bezogen auf die GesamtleistungFahrstrecke:4.000 sm bei 20 kn, dabei Brennstoffverbrauch 250 kg/WPS h. Der Schiffskörper ist nach Einheitsgewicht etwa ebenso schwer wie beim Zerstörer 36 C.Sonstiges:Das Gewicht der Schiffsbetriebsanlage beträgt das 2,3-fache wie beim Zerstörer 36 C, da der Strombedarf sehr viel größer ist.Die Unterlagen für das Vergleichsschiff sind in T 3.232b [hier nicht wiedergegeben], Spalte 8, enthalten.

L ö s u n g :
Ermittlung der Gruppengewichte nach Gleichung (I)
GruppegpArn gp  * A * rnSchiffsgewicht1.2321r1.232r      = g1pAntriebsanlage98614/16,5*)r2/3838r2/3 = g3pBrennstoff usw.9244.000/2.250(250/450)**) r2/3 913r2/3 = g4pSchiffsbetriebsanlage1692,3 r2/3 389r2/3 = g5pBewaffnung349(+76)1425       = g6p 3.660*) Verhältnis der Einheitsgewichte der Antriebsanlage.
**) Verhältnis der Fahrstrecken und der spezifischen Brennstoffverbräuche

a) Berechnung der Verdrängung nach der R-Methode
Dp3.660R = ---------------------------------------------------------- = ------------------------------------------- Dp – [g1p + 2/3 * (g2p + g3p + g4p + g5p)]3.660 – (1.232 + 2/3 * 2.079)
3.660R = ---------- = 3,511.042Damit wird
d (g1p) = - 1.232 + 1.232 = 0 t d (g3p) = - 986 + 838 = - 148 t d (g4p) = - 924 + 913 = - 11 t d (g5p) = - 169 + 389 = + 220 t d (g6p) = - 369 + 425 = + 76 t---------------∑ d (g) = + 137 tDer Verdrängungszuwachs beträgt also
d (D) = R * ∑ d (g) = 3,51 * 137 = 480 t

Damit beträgt die Verdrängung des neuen Schiffes
3.660 + 480 = 4.140 t

Die Berechnung nach Einzelgewichten liefert

3.660 r – 1.232 r + 2.140 r2/3 + 425
2.428 r – 2.140 r2/3 – 240 = 0
          r – 0,881 r2/3 – 0,1747 = 0
          r = 1/3 *0,881 + 0,1747
                  1 – 2/3 * 0,881
            = 0,294 + 0,1747
                 1 – 0,5873
            = 0,469
               0,412
          r = 1,14 und r2/3 = 1,09

Damit ergeben sich die Gewichtsgruppen
d (g1p) = 1.232 * 1,14 =  1.404 t d (g3p) = 838 * 1,09 = 913 t d (g4p) = 913 *1,09 = 995 t d (g5p) = 423 *1,09 = 460 t d (g6p) = 425 t---------------Einsatzverdrängung = 4.198 t
Die Differenz beider Ergebnisse ist angesichts der nur begrenzten Genauigkeit der Rechnung mit
                    4.198 – 4.140 = 58 t = ~1,38%
Vertretbar.
Die Probe durch das Einsetzen von r und r2/3 in die Gleichung
                  r – B * r2/3 – C
ergibt
                  1,14 – 0,96 – 0,1747 = 0,0053.
Dieser Wert ist so wenig von Null verschieden, daß das Ergebnis als ausreichend angesehen werden darf.
Berechnet man jetzt nach 3.2331 die Abmessung, so erhält man erste Möglichkeiten, die Berechnung der Einzelgewichte zu verfeinern. Die Hilfsmittel dazu sind im Abschnitt 3.24 zusammengestellt, die man, so weit wie möglich, nach neusten Schiffen ergänzen und berichtigen muß.
Die Konstruktionsverdrängung beträgt
                    D = DE – ½ (Brennstoff + Speisewasser + Schmieröl)
                     = 4.198 – ½ * 995 = 4.198 – 498 = 3.700 t
Diese Verdrängung ist der Berechnung der Abmessungen zugrunde zu legen, wobei gleichzeitig anhand erster Skizzen und anderer Unterlagen die Stabilität zu überprüfen ist.

--- Ende Zitat ---

Fortsetzung folgt.

Sven L.:
Hier die erste Fortsetzung


--- Zitat von: W. Hadeler, Kriegsschiffbau, Teil A, Seite 321 ff ---3.233 Die Berechnung der AbmessungenUm aus der Verdrängung, einem Gewicht, das für den Entwurf maßgebende Volumen zu bestimmen, müssen bekannt sein:

* Das spezifische Gewicht des Seewassers (siehe 1.1; die deutsche Marine rechnet mit ƴ = 1,015 t/m³).
* Der voraussichtliche Anteil der >>Anhänge<< am Volumen.Unter dem Begriff >>Anhänge<< versteht man alles, was aus der durch den Linienriß gegebenen Begrenzungsfläche des lebenden Werkes heraus- oder in sie hineinragt. Als herausragende Teile sind zu nennen: Außenhaut, Wellen mit Wellenhosen und –Böcken, Dockkiele, Balkenkiel, Propeller, Ruder, Sonardom u.a.m. Hineinragende Teile sind: Die Anschlußstutzen für aus See saugende Pumpen, Flutanschlüsse, die Eintrittsöffnungen für das Kühlwasser den Kondensatoren oder Motoren, die Mündungen etwaiger Unterwasserausstoßrohre von Torpedos u.a.m. Beide Gruppen heben einander teilweise auf, doch bleibt stets ein positiver Rest, der, in der Größenordnung von 0,5 bis etwa 2% des Volumens liegend, unbedingt beachtet werden muß. Heute sind die Zahlen angesichts der sehr groß gewordenen Sonardome wahrscheinlich noch höher, T3.233.
T 3.233: Prozentsatz der Anhänge, bezogen auf das Volumen der Konstruktionsverdrängung
Schiffstyp%-Satz Großkampfschiffe1,0Schwere Kreuzer1,4Kleine Kreuzer1,5 Zerstörer (bis etwa 1.900 ts)0,7 bis 1,3 Zerstörer (über 2.000 ts)1,4 Torpedoboote1,3 bis 1,6 Geleitboote1,3 bis 1,6Minenräumer (Hochsee-Mann)0,8 bis 1,0Tender1,0Bemerkung: Bei allen für die U-Jagd bestimmten Schiffen sind die Werte höher

3.2331 Die Festlegung der Abmessungen und ihre Bedeutung für den Entwurf
Nachdem die Entwurfsrechnung des neu zu schaffenden Schiffes die Verdrängung hinreichend genau ermittelt hat, muß dieses Gewicht nach Form und Raum zweckmäßig gestaltet werden. Dabei sind die Verhältnisse der Hauptabmessungen zueinander, die Völligkeitsgrade und ihre Verhältniswerte entscheidend wichtig. Das Ergebnis der Wahl und der Berechnung von Abmessungen und Völligkeitsgraden soll vier grundsätzliche Bedingungen erfüllen.

* Die durch die Abmessungen und die Völligkeitsgrade festgelegte Form muß dem Gesetz des Archimedes entsprechen.
* Die durch die Abmessungen und Völligkeitsgrade als tragendes Volumen gegebene Raum muß zusammen mit einem zweckmäßig gestalteten Überwasserschiff alle zum Schiffsbetrieb gehörigen und für den materiellen Kampfwert notwendigen Einrichtungen aufnehmen.
* Die gewählte Form muß den Anforderungen der Stabilität, der Geschwindigkeit, der Seefähigkeit usw. sowie der Festigkeit optimal entsprechen.
* Das Schiff soll ein möglichst kleines Ziel bieten.Diese Forderungen widersprechen einander zum Teil. Das bei der Ermittlung der Abmessungen zu schließende Kompromiß muß daher in seinem Für und Wider sorgfältig abgewogen werden.
Der einfachste Weg, um brauchbare Werte zu erhalten, ist die Anlehnung an ähnliche Schiffe, die sich bewährt haben, insbesondere an das bei der Berechnung gegebenenfalls zugrunde gelegte Vergleichsschiff. Dabei kann unter der Voraussetzung ausreichender Ähnlichkeit das Ähnlichkeitsverhältnis
λ = 3√(DVergleichsschiff / DEntwurf)gute Dienste leisten. Vorsicht ist aber schon am Platze, wenn der Geschwindigkeitsunterschied zwischen Vergleichsschiff und Entwurf einen Knoten übersteigt.
Auch die Entwicklung der Stabilitätsverhältnisse zwingt zur Vorsicht. Zwar gehört die laufende Stabilitätskontrolle zu den Selbstverständlichkeiten des Entwurfs, es ist aber gut, von Anfang an auf günstige Ausgangswerte zu achten. Angesichts der durch das Streben nach leichterer Bauweise erzielten Gewichtsersparnisse bei den großen, zur Hauptsache tiefliegenden Gewichtsgruppen (Schiffskörper und Antriebsanlage) und der Neigung zu hohen (wenn auch relativ leicht gebauten) Aufbauten rückt der Gewichtsschwerpunkt nach oben. Man muß also durch eine nicht zu knapp bemessene Breite das Metazentrum hoch genug legen. Unter diesen Umständen wird das früher und bisher für schnelle Einheiten übliche Verhältnis Länge zu Breite L/B = 10 (als Größenordnung) heute wohl öfter unterschritten werden müssen. Auch die kleineren Werte für langsamere Schiffe müssen sinngemäß herabgesetzt werden. Das dürfte auch zulässig sein, zumal die Höchstgeschwindigkeiten ohnehin nicht allzu oft und lange gefahren werden, so daß ein geringfügiger Mehrbedarf an Leistung vertretbar ist.
Die gewählten oder errechneten Abmessungen sind zusammen mit den Völligkeitsgraden genau auf ihre Wirkung auf die Gewichte, die Widerstände und die Stabilität zu untersuchen, weil u.U. durch kleine Abänderungen noch Vorteile zu erreichen sind, besonders bei systematischem Vorgehen. Im einzelnen ist hierzu zu sagen:

Einfluß der Länge L:
Bei gleichbleibender Verdrängung D ändern die Gewichtsgruppen g1 und g2 mit der Länge, g5 mit der Quadratwurzel aus der Länge und g3 und g5 mit den spezifischen Gesamtwiderständen (d.h. mit Gesamtwiderstand/Verdrängung) für Höchst- und Marschfahrt, die sich ihrerseits etwa mit L/3√D verändern.

Einfluß der Breite B:
Eine Vergrößerung der Breite B vergrößert die metazentrische Höhe, da B in der dritten Potenz in die Rechnung eingeht. Im Schiffskörpergewicht bleibt der tragende Längsverband bei einer Vergrößerung von B unbeeinflußt, während Decks und Schotte entsprechend schwerer werden. Im Panzergewicht wachsen die Gewichte für Panzerdecks und Panzerquerschotte mit der Breite.

[Rest bzgl. Widerstandsbeeinflussung weggelassen]

Einfluß von Seitenhöhe und Freibord:
Eine Vergrößerung der Seitenhöhe H erlaubt bei gleichbleibender Biegebeanspruchung eine Verringerung der Abmessungen für die Längsverbände. Sie braucht also keine Gewichtsvermehrung zu bedeuten. Das Panzergewicht kann dann beeinflußt werden, wenn der Seitenschutz infolge der Vergrößerung der Höhe erhöht werden muß. Die bei einer Vergrößerung der Höhe zu erwartende Verschiebung größerer Gewichte (Bewaffnung, Decksausrüstung, Aufbauten) nach oben bedingt normalerweise eine Verkleinerung der metazentrischen Höhe. Zu beachten ist bei der Festsetzung der Seitenhöhe, daß die Deckshöhe auch bei kleinen Schiffen bestimmte Werte, die je nach Art und Größe des Schiffes zwischen etwa 2,1 m bei kleinen, einfachen und 2,2 bis 2,4 m bei großen Einheiten liegen, nicht unterschreiten sollte.
Die Vergrößerung des Freibords vergrößert den Umfang der Stabilität, weil dann Seite Deck später zu Wasserkommt. Bei Schiffen gleicher Verdrängung sollte der Freibord vorn mit dem Quadrat der Geschwindigkeit variieren, da sich die Höhe der Bugwelle in gleichem Sinne ändert.
[Rest des Abschnitts weggelassen]

3.2332 Die Völligkeitsgrade und der Schlankheitsgrad
[Hier weggelassen]

3.234 Unterlagen zur Nachprüfung der Einzelgewichte
[Hier weggelassen]

--- Ende Zitat ---


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