Hamburg, 6 - M-06 Institut für Entwerfen von Schiffen und

TUHH - Institut für Entwerfen von Schiffen und Schiffsicherheit - D-21073 Hamburg
Klausur Schiffshydrostatik 28.07.2006
Beginn: ca. 10.00
Ende : ca. 13.00
Allgemeine Hinweise:
1. Alle Hilfsmittel außer Nachbarn, Handy etc. erlaubt. Täuschungsversuch führt sofort zum Einziehen
der Klausur.
2. Jedes Blatt nur einseitig beschreiben
3. Blätter nummerieren
4. Klausuren nur mit dokumentenechten Stiften schreiben! Klausuren, die z.B. mit Bleistift
geschrieben wurden, werden nicht bewertet!
5. Name, Vorname, Matrikelnummer auf jedes Blatt
6. Nummern der Fragen und Lösungen eindeutig zuordnen
7. Antworten stichwortartig kurz und präzise (keine Romane schreiben!)
8. Bitte leserlich schreiben.
9. Es gibt insgesamt 36 Punkte, Sie benötigen 18 Punkte um zu bestehen.
10. Diese Klausur besteht aus 5 Aufgaben auf 7 Seiten, inklusive Deckblatt.
11. Lesen Sie die Fragen genau durch, überlegen Sie, was gefragt ist und rechnen Sie erst,
wenn Sie die Aufgabe verstanden haben. Falls Sie eine Frage nicht beantworten können,
nehmen Sie die nächste und schätzen die Eingangsgrößen.
Postanschrift
Prof.Dr.-Ing. S. Krüger
AB 3-14
Schwarzenbergstraße 95C
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Telefon
++49 (40) 42878- 6105
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www.ssi.tu-harburg.de
Aufgabe 1: Allgemeines Verständnis (6 Punkte)
a) Was unterscheidet ein getauchtes U-Boot von einem konventionellen Schiff hinsichtlich des
Gewichts- und Auftriebsschwerpunktes bei Neigung aus der Gleichgewichtslage? (1 P)
b) Was ist ein Metazentrum und warum heißt es so? (1 P)
c) Um welche Achse krängt ein Schiff? (1 P)
d) Nach einer Kollision hat ein Ponton nur noch eine anfangsmetazentrische Höhe von 0,11m. Zwei
Schlepper mit einer Zugkraft von je 100kN in der Trosse sollen das Schiff seitlich wegschleppen. Der
Krängungswinkel darf aus Sicherheitsgründen 2° nicht überschreiten. Ist das so möglich, wenn
L=199m, B=29,5m, Δ=65000t? (3 P)
Achtung: Hydrodynamische Strömungskräfte sind zu vernachlässigen!
Abbildung 1: Skizze Aufgabe 1c); Schiff mit Schlepper
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Aufgabe 2: Freie Oberflächen und Schimmlagen (7 Punkte)
Ein SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) schwimmt gleichlastig und unvertrimmt in Süßwasser. An
Deck mittschiffs befindet sich ein Tank für MGO, der nur zur Hälfte gefüllt ist. Dieser Tank ist 6m lang, 10m
breit und 3m hoch (siehe Skizze). Die Dichte von MGO beträgt 0,92 t/m³ und die Stützenlänge 50m.
Δ = 1500t, KB = 2,542m, KG = 11,221m, T = 8m
a) Berechnen sie die GM-Korrektur, die aus der freien Oberfläche resultiert. (1 P)
b) Durch das Versagen eines Ventils läuft ein Heeling-Tank im Backbord-Schwimmer vollständig voll.
Welche Schwimmlage nimmt der SWATH jetzt ein, wenn der Heeling Tank 2m lang ist? (5 P)
c) Nachdem der Heeling-Tank im andern Schwimmer ebenfalls geflutet wurde, schwimmt der SWATH
wieder in einer aufrechten Schwimmlage. Wie groß ist jetzt der mittlere Tiefgang? (1 P)
Abbildung 2: Querschnitt des SWATH mit Bemaßung
Abbildung 3: Längsschnitt des SWATH mit Bemaßung
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Aufgabe 3: Stapellauf (7 Punkte)
Ein PANMAX Containerschiff mit einer Länge von 294m soll auf einer Helling mit der Neigung 0,05 ablaufen.
Das Ablaufgewicht des Schiffes beträgt 19823t, der Längenschwerpunkt des Schiffes liege bei x=118,90m vor
dem hinteren Lot.
Der Bugschlitten des Schiffes befindet sich 290m vor dem hinteren Lot. Das Schiff liegt so auf der Helling,
dass das hintere Lot gerade nicht getaucht ist (also ist dort gerade T=0). Die Formkurven des Schiffes sind im
Anhang für Trimm= Hellingneigung wiedergegeben.
Achtung: Es ist nicht notwendig zu interpolieren, der nächstgelegene Formkurvenblattwert ist
ausreichend!!
a) Nach wie viel Metern Ablaufweg dreht das Schiff auf? (2 P)
b) Prüfen Sie, ob das Schiff vorher um Hinterkante Bahn gekippt ist, wenn Sie so viel Wasser über
Hinterkante Bahn haben, dass der Tiefgang 4.00m beträgt, wenn das hintere Lot des Schiffes an
Hinterkante Bahn vorbeifährt. (3 P)
c) Wie groß ist zum Zeitpunkt des Aufdrehens die Restkraft? (2 P)
+---------------------------+------------------------------+------------+
|Yard number:
|Ship name:
|Date:
|
|08/15
|Architectura Navalis
|28.Jul.2006 |
+---------------------------+------------------------------+------------+
+-----------------------------------------------------------------------+
| Trim
:
-14.160 m
(positive forward)
|
| Heel
:
0.000 Deg. (positive starboard)
|
| Density sea water
:
1.025 t/m3
|
| Density fresh water
:
1.000 t/m3
|
| Keel thickness
:
0.020 m
|
| Shell plating factor :
1.002 m
|
| Light ship weight
: 19823.000 t
|
+-----------------------------------------------------------------------+
+-----------------------------------------------------------------------+
|
HYDROSTATIC TABLES
|
+-----------------------------------------------------------------------+
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|T AP | Dis.SW |Deadw.SW| LCB | TCB | VCB | LCF | KM.T |T FP |
|Metre |
Ton |
Ton |m.f.AP |m.f.CL |m.a.BL |m.f.AP |m.a.BL |Metre |
+------+--------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+------+
| 9.300| 14285.7| -5537.3| 88.832|1.4E-11| 2.687|106.286| 25.308|-4.859|
| 9.350| 14517.8| -5305.2| 89.118|5.4E-12| 2.708|106.541| 25.190|-4.809|
| 9.400| 14751.8| -5071.2| 89.402|1.3E-11| 2.728|106.784| 25.068|-4.759|
| 9.450| 14987.6| -4835.4| 89.682|3.6E-11| 2.749|107.018| 24.945|-4.709|
| 9.500| 15225.2| -4597.8| 89.960|3.4E-11| 2.770|107.272| 24.822|-4.659|
| 9.550| 15464.5| -4358.5| 90.233|1.1E-11| 2.791|107.536| 24.700|-4.609|
| 9.600| 15705.6| -4117.4| 90.505|9.8E-11| 2.812|107.556| 24.570|-4.559|
| 9.650| 15948.5| -3874.5| 90.773|7.8E-11| 2.834|107.816| 24.447|-4.509|
| 9.700| 16193.1| -3629.9| 91.038|3.0E-10| 2.855|108.067| 24.323|-4.459|
| 9.750| 16439.4| -3383.6| 91.300|3.2E-10| 2.876|108.303| 24.199|-4.409|
| 9.800| 16687.4| -3135.6| 91.558|3.2E-10| 2.898|108.476| 24.075|-4.359|
| 9.850| 16937.1| -2885.9| 91.813|1.2E-10| 2.920|108.607| 23.950|-4.309|
| 9.900| 17188.5| -2634.5| 92.066|1.2E-10| 2.941|108.833| 23.828|-4.259|
| 9.950| 17441.6| -2381.4| 92.315|1.5E-10| 2.963|108.986| 23.708|-4.209|
|10.000| 17696.3| -2126.7| 92.561|1.5E-10| 2.985|109.158| 23.592|-4.159|
|10.050| 17952.7| -1870.3| 92.805|2.2E-10| 3.007|109.325| 23.477|-4.109|
|10.100| 18210.8| -1612.2| 93.045|2.1E-10| 3.030|109.484| 23.364|-4.059|
|10.150| 18470.5| -1352.5| 93.282|2.0E-10| 3.052|109.641| 23.253|-4.009|
|10.200| 18731.8| -1091.2| 93.516|1.09E-8| 3.074|109.807| 23.141|-3.959|
|10.250| 18994.7| -828.3| 93.747|6.72E-9| 3.097|109.974| 23.031|-3.909|
|10.300| 19259.4| -563.6| 93.975|1.58E-8| 3.120|109.995| 22.918|-3.859|
|10.350| 19525.6| -297.4| 94.200|1.32E-8| 3.142|110.160| 22.809|-3.809|
|10.400| 19793.4|
-29.6| 94.422|2.30E-8| 3.165|110.314| 22.702|-3.759|
|10.450| 20062.7|
239.7| 94.641|2.27E-8| 3.188|110.457| 22.597|-3.709|
|10.500| 20333.7|
510.7| 94.857|1.08E-8| 3.211|110.469| 22.492|-3.659|
+-----------------------------------------------------------------------+
Tabelle 1: Formkurven zu Aufgabe 3
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Aufgabe 4: Große Neigungen (7 Punkte)
Im Hafen wird ein Schwergutschiff mit bordeigenen Kränen beladen. Durch das Anheben eines
Reaktordruckbehälters entsteht kurzzeitig ein so großer Krängungswinkel, dass sich bereits an Bord
befindlich Ladung von ihrer Laschung löst. Der Reaktordruckbehälter wird wieder abgesetzt und das Schiff
findet eine neue Gleichgewichtslage bei 26°. Im Stabilitätsbuch ist für den vorliegenden Tiefgang und die 26°
Krängungswinkel einYCB=3,183m und ein ZCB=7,942m zu lesen. Zur Unterstützung der Maßnahmen der
Beseitigung des Unfalls muss der Massenschwerpunkt in der aktuellen Lage ermittelt werden. Dazu wird ein
Spezialcontainer mit zwei Traktoren und einer Masse 22,5t gelöscht, der eine Schwerpunktlage von
YCG=12,95m und ZCG=16,50m hat. Es stellt sich ein Krängungswinkel von 25,2° ein, für den im
Stabilitätsbuch ein Deplacement von 53862,7t und als Koordinaten für den Auftriebsschwerpunkt
YCB=3,096m und ZCB=7,836m interpoliert werden.
a) Wie lauten die Koordinaten des Massenschwerpunktes des Schiffes? (4 P)
b) Wie groß ist die metazentrische Höhe des Schiffes? (3 P)
Aufgabe 5: Längsfestigkeit und Trimm (9 Punkte)
Gegeben ist das Hinterschiff eines Handelsschiffes, für das idealisiert die Massenverteilung und die
Auftriebsverteilung in sechs Abschnitten, sowohl tabellarisch als auch graphisch abgetragen wurde.
Tabellarisch:
Nr.
1
2
3
4
5
6
Länge
5,80 m
12,20 m
12,00 m
14,50 m
14,50 m
21,00 m
Masse
770 t
860 t
850 t
1130 t
1590 t
1300 t
XCG f. AP
-1,80 m
7,20 m
19,25 m
32,45 m
39,70 m
66,20 m
Auftrieb
156 t
326 t
766 t
1230 t
1540 t
2482 t
XCB f. AP
0,10 m
8,90 m
21,10 m
33,70 m
48,20 m
64,70 m
Graphisch:
Abbildung 4: Graphische Darstellung der Massen- und Auftriebsverteilung
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a) Berechnen Sie überschlägig das Hauptspantbiegemoment in dem Sie vom hinteren Lot die
vereinfachten Massen- und Auftriebsabschnitte aufintegrieren. (4 P)
b) Für das Schiff liegt ein Formkurvenblatt vor, bei dem das Schiff 1,25m achterlich vertrimmt ist und
einen mittleren Tiefgang von 5,475m hat (siehe unten). Berechnen Sie wie viel Wasser in die Vorpiek
gepumpt werden muss, damit das Schiff wieder auf ebenem Kiel schwimmt. Der Schwerpunkt des
Tankinhaltes liegt konstant bei 151,10m vor dem Hinteren Lot. KG = 14,33m, LPP = 156m (3 P)
+---------------------------+---------------------------+-------------------------+
|Yard number:
|Ship name:
|
Date:
|
|4711
|MV Super Exam
|
28.Jul.2006 |
+---------------------------+---------------------------+-------------------------+
+---------------------------+---------------------------+-------------------------+
|Trim
:
-1.250 m
(positive forward)
|
|Heel
:
0.000 Deg. (positive starboard)
|
|Density sea water
:
1.025 t/m3
|
|Light ship weight
:
13190.600 t
|
+---------------------------+---------------------------+-------------------------+
+---------------------------------------------------------------------------------+
|
HYDROSTATIC TABLES
|
+---------------------------------------------------------------------------------+
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|T AP | Dis.SW |Deadw.SW| LCB | TCB | VCB | LCF | AWL | IWLL
|T FP |
|Metre |
Ton |
Ton |m.f.AP |m.f.CL |m.a.BL |m.f.AP | m2
| m4
|Metre |
+------+--------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+---------+------+
| 5.800| 15047.0| 1856.4| 67.307|-4.E-13| 2.889| 65.435| 3498.3| 4695880.| 4.550|
| 5.850| 15227.2| 2036.6| 67.285|-4.E-14| 2.917| 65.313| 3509.9| 4732245.| 4.600|
| 5.900| 15408.1| 2217.5| 67.262|-4.E-14| 2.945| 65.169| 3522.8| 4772643.| 4.650|
| 5.950| 15589.6| 2399.0| 67.237|1.9E-17| 2.974| 65.062| 3533.3| 4805820.| 4.700|
| 6.000| 15771.6| 2581.0| 67.212|4.8E-18| 3.002| 64.962| 3543.3| 4836851.| 4.750|
| 6.050| 15954.1| 2763.5| 67.186|-7.2E-9| 3.030| 64.802| 3556.6| 4882087.| 4.800|
| 6.100| 16137.4| 2946.8| 67.159|-1.2E-8| 3.059| 64.627| 3570.7| 4930126.| 4.850|
| 6.150| 16321.5| 3130.9| 67.129|-1.4E-8| 3.087| 64.416| 3587.1| 4986260.| 4.900|
| 6.200| 16506.3| 3315.7| 67.099|-1.8E-8| 3.116| 64.280| 3598.9| 5025332.| 4.950|
| 6.250| 16691.7| 3501.1| 67.067|-2.2E-8| 3.144| 64.114| 3612.5| 5072382.| 5.000|
| 6.300| 16877.9| 3687.3| 67.034|-1.8E-8| 3.173| 63.930| 3627.1| 5122506.| 5.050|
+------+--------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+---------+------+
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Schwarzenbergstraße 95C
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c) Welchen Tiefgang hat das Schiff nach dem Trimmausgleich? Verwenden sie den nächstgelegene
Wert im Formkurvenblatt. (2 P)
+---------------------------+---------------------------+---------------+
|Yard number:
|Ship name:
|
Date:
|
|4711
|MV Super Exam
|
28.Jul.2006 |
+---------------------------+---------------------------+---------------+
+---------------------------+---------------------------+---------------+
|Trim
:
-1.250 m
(positive forward)
|
|Heel
:
0.000 Deg. (positive starboard)
|
|Density sea water
:
1.025 t/m3
|
|Light ship weight
:
13190.600 t
|
+---------------------------+---------------------------+---------------+
+-----------------------------------------------------------------------+
|
HYDROSTATIC TABLES
|
+-----------------------------------------------------------------------+
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|T AP | Dis.SW |Deadw.SW| LCB | TCB | VCB | LCF | KM.T |T FP |
|Metre |
Ton |
Ton |m.f.AP |m.f.CL |m.a.BL |m.f.AP |m.a.BL |Metre |
+------+--------+--------+-------+-------+-------+-------+-------+------+
| 5.560| 16121.7| 2931.1| 69.644|-7.1E-9| 3.046| 66.177| 17.380| 5.560|
| 5.570| 16157.8| 2967.2| 69.636|-7.2E-9| 3.052| 66.160| 17.368| 5.570|
| 5.580| 16193.8| 3003.2| 69.628|-7.2E-9| 3.057| 66.139| 17.360| 5.580|
| 5.590| 16229.9| 3039.3| 69.621|-8.4E-9| 3.063| 66.125| 17.347| 5.590|
| 5.600| 16266.0| 3075.4| 69.613|-8.4E-9| 3.068| 66.111| 17.334| 5.600|
| 5.610| 16302.2| 3111.6| 69.605|-1.2E-8| 3.074| 66.096| 17.321| 5.610|
| 5.620| 16338.3| 3147.7| 69.597|-1.2E-8| 3.079| 66.080| 17.308| 5.620|
| 5.630| 16374.5| 3183.9| 69.589|-1.2E-8| 3.085| 66.064| 17.295| 5.630|
| 5.640| 16410.7| 3220.1| 69.582|-1.2E-8| 3.091| 66.050| 17.281| 5.640|
| 5.650| 16446.9| 3256.3| 69.574|-1.3E-8| 3.096| 66.035| 17.267| 5.650|
| 5.660| 16483.1| 3292.5| 69.566|-1.3E-8| 3.102| 66.022| 17.253| 5.660|
| 5.670| 16519.3| 3328.7| 69.558|-1.2E-8| 3.107| 66.009| 17.239| 5.670|
| 5.680| 16555.5| 3364.9| 69.551|-1.2E-8| 3.113| 65.996| 17.225| 5.680|
| 5.690| 16591.8| 3401.2| 69.543|-1.2E-8| 3.119| 65.984| 17.210| 5.690|
| 5.700| 16628.1| 3437.5| 69.535|-1.3E-8| 3.124| 65.959| 17.202| 5.700|
| 5.710| 16664.4| 3473.8| 69.527|-1.4E-8| 3.130| 65.937| 17.193| 5.710|
| 5.720| 16700.7| 3510.1| 69.519|-1.4E-8| 3.135| 65.919| 17.181| 5.720|
| 5.730| 16737.0| 3546.4| 69.512|-1.4E-8| 3.141| 65.900| 17.169| 5.730|
| 5.740| 16773.4| 3582.8| 69.504|-1.6E-8| 3.147| 65.881| 17.158| 5.740|
| 5.750| 16809.8| 3619.2| 69.496|-1.6E-8| 3.152| 65.861| 17.146| 5.750|
| 5.760| 16846.2| 3655.6| 69.488|-1.6E-8| 3.158| 65.841| 17.134| 5.760|
| 5.770| 16882.6| 3692.0| 69.480|-1.6E-8| 3.163| 65.819| 17.121| 5.770|
| 5.780| 16919.0| 3728.4| 69.472|-1.6E-8| 3.169| 65.798| 17.108| 5.780|
| 5.790| 16955.5| 3764.9| 69.464|-1.4E-8| 3.175| 65.776| 17.095| 5.790|
| 5.800| 16992.0| 3801.4| 69.456|-1.4E-8| 3.180| 65.747| 17.088| 5.800|
| 5.810| 17028.5| 3837.9| 69.448|-1.4E-8| 3.186| 65.719| 17.080| 5.810|
| 5.820| 17065.0| 3874.4| 69.440|-1.4E-8| 3.191| 65.679| 17.070| 5.820|
| 5.830| 17101.6| 3911.0| 69.432|-1.4E-8| 3.197| 65.639| 17.061| 5.830|
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