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Darstellung des Stabilitatsverhaltens im Seegang 04. November 2002

Inhaltsverzeichnis

1 Aufgabenstellung 2

2 Einfuhrung 3

2.1 Beschreibung der Vorgehensweise fur die statische Untersuchung . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 Beschreibung der untersuchten Schiffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Hydrostatische Untersuchung der Schiffen im Seegang 6

3.1 Beschreibung der Ergebnisse der hydrostatischen Untersuchung . . . . . . . . . . . . . . 7

3.1.1 Geeignete Lage des Wellenbergs fur die Untersuchung . . . . . . . . . . . . . . . 12

4 Seegangssimulation 15

4.1 Einfuhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.1.1 Beschreibung des Polardiagramms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.1.2 Kenterwahrscheinlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

4.1.3 Das Blume Kriterium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.2 Die Ergebnisse der Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.3 Simulation mit anderen signifikanten Wellenlangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.3.1 Ergebnisse der Simulation mit verschiedenen Wellenlangen . . . . . . . . . . . . . 24

4.4 Uberprufung des Blume Kriteriums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

5 Zusammenfassung der Ergebnisse 27

6 Danksagung 28

7 Literatur 29

8 Anhang 30

8.1 Schiffe, die nur hydrostatisch untersucht wurden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.2 Schiffe, die hydrostatisch und mittels Simulation untersucht wurden . . . . . . . . . . . 46

Christian Haß (TUHH)/home/hass/DOC/doku.tex

[email protected]/66


Darstellung des Stabilitatsverhaltens im Seegang von Schiffenverschiedener Typen und Große mittels statischer Berechnungund Simulation

1 Aufgabenstellung

Die Aufgabe dieser Arbeit ist die Darstellung des Stabilitatsverhaltens im Seegang von Schiffen ver-schiedener Typen und Große mittels statischer Berechnung sowie mittels Simulation.

Die Rumpfformen der Schiffe haben sich in den letzten Jahren stark verandert. Die Stabilitatsvor-schriften wurden zu einer Zeit entwickelt, als die Schiffe andere Rumpfformen hatten. Die Erfahrungenmit den modernen Schiffsformen, speziell RoRo- Schiffen zeigen, dass die Stabilitat dieser Schiffe imSeegang problematisch ist (Abbildung 1). Es gibt Schiffe, deren Stabilitat sich aus den Intaktstabi-litatsvorschriften und andere, deren Stabilitat sich aus den Leckstabilitatsvorschriften ergibt, je nachdem welche Vorschrift großere Stabilitat fordert. Die Schiffe, deren Stabilitat sich durch die Lecksta-bilitatsvorschriften ergibt, weisen ein großeres GM auf, als es durch die Intaktstabilitat sich ergebenwurde. Es stellt sich dabei aber die Frage, ob die Schiffe durch ein hoheres GM im Seegang sichererwerden. Die besseren Hebelarmkurven lassen darauf schließen, dass es sich so verhalt. Andererseitsfuhrt ein hohes GM zu starkeren Rollbewegungen.Das Wetterkriterium A562 soll die dynamischen Einflusse, die auf das Schiff einwirken berucksichtigen.Ob dies ausreichend geschieht, soll auch mit dieser Untersuchung beleuchtet werden.

Abbildung 1: Verlust der Ladung durch starke Rollbeschleunigungen

Dafur wird eine Anzahl von aktuell gebauten Schiffen gewahlt, die moglichst verschiedene Formenim Achterschiffsbereich aufweisen sollen. Fur diese Schiffe werden mit NAPA die Hebelarmkurven inGlattwasser, in der Wellenberg- und in der Wellentalsituation ermittelt. Es wird mit den Hohenschwer-punkten gerechnet, die sich aus den Intaktstabilitatsvorschriften ergeben. Eine Rechnung wird mit demKG ausgefuhrt, dass sich durch die ausschließliche Einhaltung der Vorschrift A562 (Wetterkriterium)




ergibt. Eine weitere Rechnung fur das selbe Schiff wird mit dem KG ausgefuhrt, das sich durch die aus-schließliche Einhaltung der Vorschrift A167 (Intaktvorschriften) ergibt. Somit erhalt man zweimaldrei Hebelarmkurven, die die Charakteristik des Schiffes bei statischer Betrachtung zeigen.Aufgrund der Hebelarmkurve und der sich daraus ergebenden Beschreibung des Stabilitatsverhaltensaus statischer Sicht wird fur einige charakteristische Schiffe, die intuitiv gewahlt werden, das dynamischeVerhalten mit dem Seegangssimulationsprogramm ROLLS untersucht. Es soll damit untersucht wer-den, ob die Charakteristik des Verlaufs der Wellenberg- und Wellentalhebelarmkurven eine vernunftigeAussage uber das Stabilitatsverhalten der Schiffe liefert.Es wird nur eine kleinere Anzahl der Schiffe mittels Seegangssimulation untersucht, da die Simulationsehr viel Zeit benotigt. Eine Rechnung fur eine Wellenlange dauert ungefahr eine Nacht. Da mehrereSimulationen je Schiff durchzufuhren sind, werden nur die Schiffe zur Simulation ausgewahlt von denenman hofft, dass sich die Simulation lohnt.Die Ergebnisse aus der statischen und der dynamischen Untersuchung werden dann in einer Art Kataloggegenubergestellt, um einen Uberblick uber das Verhalten der untersuchten Schiffe zu erhalten.

2 Einfuhrung

Die modernen Schiffe zeichnen sich durch ihre besonderen Heckformen aus. Diese Hinterschiffe habenweit ausfallende Spanten, d. h. im unteren achterlichen Bereich besitzen diese Schiffe kaum Auftrieb(siehe Abbildung 2, 3 ). Dafur tragen sie aber durch ihre breite Schwimmwasserlinie in diesem Bereicheinen großen Teil zur Wasserlinienflache und deren Tragheitsmoment bei. Diese Achterschiffe habeneine hohen Anfangsstabilitat. Durch ihre meist senkrechten Aussenhautseiten erlangen sie aber beiKrangung nicht zusatzlich mehr Formstabilitat, so dass der Stabilitatsumfang recht gering ist. Beischon geringen Krangungen heben sich diese Achterschiffe zum Teil aus dem Wasser, was zur Reduktionder Wasserlinienflachen und damit zur Reduktion der Anfangsstabilitat fuhrt.

Abbildung 2: Ein typisches, modernes Hinterschiff eines Containerschiffes (A)




Abbildung 3: Ein typisches, modernes Hinterschiff einer RoRo-Fahre (P)

Das Vorschiff dieser modernen Schiffsformen weist durch seine geringe Flache in der Schwimmwasserli-nie eine geringe Anfangsstabilitat auf. Erst bei großeren Krangungen kommt durch die weit ausfallendenSpanten mehr Auftrieb zu Wasser. Fur das Vorschiff ergibt sich somit eine geringe Anfangsstabilitat,bei Krangung aber erlangen sie durch diese Spantform viel Formzuatzstabilitat.Die bargeartigen Heckformen werden durch die Forderung der Reeder nach moglichst viel Decksflache zurUnterbringung moglichst vieler Container, Lastkraftwagen, Passagiere, usw notig. Bei RoRo- Schiffenkommt die Forderung nach einer moglichst breiten Heckladerampe fur die schnelle Be- und Entladungder rollenden Ladung hinzu.Zudem besitzen diese Schiffe einen hohen Gewichtsschwerpunkt. Der hohe Gewichtsschwerpunkt re-sultiert aus der Forderung nach viel Decksladung, die eine hohen vertikalen Gewichtsschwerpunkt mitsich bringt. Bei RoRo- Schiffen laßt sich der großere Teil der Lastkraftwagen nur sinnvoll uber demFreiborddeck unterbringen, was bei diesem Schiffstyp zu einem sehr hohen Schwerpunkt fuhrt. Ebensozeichnen sich moderne Containerschiffe durch einen hohen Anteil an Containern aus, der uber Deckgestaut wird. Das fuhrt auch bei diesem Schiffstyp zu einem hohen Gewichtsschwerpunkt.Diese Schiffe zeichnen sich durch eine hohe Anfangsstabilitat (GM) und hohe Stabilitat bei kleinerenKrangungswinkeln aus. Auch wird durch die Forderungen der Lecksicherheit bei diesen Schiffen meisteine hohe Anfangsstabilitat benotigt. Eine hohe Anfangsstabiliat fuhrt zu hohen Rollbeschleunigungen.Ein großer Teil der benotigten Anfangsstabilitat wird durch das breite, vollige Hinterschiff gewonnen.

Das Problem bei diesen Schiffsformen wird im Seegang deutlich. Wenn sich im Seegang der Wellen-berg am Hauptspant des Schiffes befindet, taucht das Hinterschiff aus. Daraus folgt, dass die Was-serlinienflache bei gleichbleibender Verdrangung deutlich kleiner wird. Befindet sich das Schiff in derWellentalsituation, vergroßert sich durch das weitausfallende Vorschiff die Wasserlinienflache. Die Was-serlinienflache geht uber das Flachentragheitsmoment in die Berechnung des GM ein.

In den Abbildungen 2, 3 sind deutlich die großen Schwankungen der Hebelarmkurven zu erkennen.Im Wellental hat die Hebelarmkurve des RoRo- Schiffe ihr Maximum mit einem Meter bei 35◦, aufdem Wellenberg liegt das Maximum der Hebelarmkurve mit 0,07m bei 38◦ Krangung. Die statischeSchwimmlage dieses Schiffes wird bei 25◦ liegen. Diese großen Schwankungen der Hebelarme ergebensich durch die großen Schwankungen der Auftriebsverteilung. Das kann zu parametrischem Rollenfuhren, wodurch das Schiff in gefahrliche Situationen bis zum Kentern kommen kann.

Das GM ist die Tangente (1. Ableitung) der Hebelarmkurve in der Ausgangsschwimmlage des Schiffes.In Abbildung 3 kann gesehen werden, dass die Steigung der 1. Ableitung der Glattwasserhebelarmkurvebei zunehmender Krangung nicht weiter zunimmt, sondern abnimmt und immer geringer als der Aus-




gangswert bei 0◦ wird. Das zeigt, dass mit zu nehmender Krangung die Stabilitat des Schiffes nicht zu,sondern abnimmt. Anders als bei konventionellen Rumpfformen, wie in Abbildung 4 hat das Schiff bei0◦ das hochste GM.

Abbildung 4: Ein klassisches Hinterschiff eines kleinen Gastankers (C)

In Abbildung 4 sind die Hebelarmkurven fur ein Schiff mit klassischen Linien fur Wellenberg-, Wellental-und Glattwassersituation aufgetragen. Dieses Schiff weist einen großeren Stabilitatsumfang als dieanderen Schiffe auf.

2.1 Beschreibung der Vorgehensweise fur die statische Untersuchung

Um eine reprasentative Datenbasis fur die Ausfuhrung dieser Aufgabe zur Verfugung zu haben, werdenSchiffe mit folgenden unterschiedlichen Rumpfformen untersucht:

• klassische Heckformen d. h. Heckformen, deren Spiegel nicht uber die ganze Schiffsbreite reichen,kreisformige oder v - formige Spanten haben,

• modernere Heckformen, wie z.B. Pontonhecks.

Es werden auch verschiedene Schiffstypen wie Container-, RoRo- und Passagierschiffe in die Unter-suchung einbezogen. Diese Schiffe sind gebaut worden oder werden noch gebaut, sind somit aktuelleSchiffsentwurfe und entsprechen dem allgemeinen Stand im Schiffbau.

Diese Untersuchung soll zeigen, ob die einzelnen Intaktstabilitatsvorschriften ausreichend die Stabilitatder Schiffe im Seegang gewahrleisten konnen. Dazu werden fur die Schiffe die Hebelarmkurven mit denGewichtshohenschwerpunkten errechnet, die sich durch die Einhaltung des Wetterkriteriums oder durchdie Einhaltung der Intaktstabilitatsvorschriften nach IMO Resolution A167 ergeben.

Es wird ein sinusformiger Seegang angenommen. Dabei wird von NAPA die Wasseroberflache zu einersinusformigen wellenartigen Flache verandert und auf der Basis dieser Flache wird dann die Wasserlini-enflache des Rumpfes in der entsprechenden Situation berechnet. Daraufhin ergibt sich ein anderes BMund somit GM als in dem Glattwasserzustand. Die ausgedruckten Hebelarmkurven in der Wellenberg-,Wellental- und Glattwassersituation sollen einen Eindruck von dem Seeverhalten der untersuchten Schif-fe vermitteln.




Fur einige sehr charakteristische Schiffe soll dann das Seegangsverhalten mit Rolls simuliert werden, sodass man einen Eindruck erhalten kann, wie die Schiffe sich im Seegang verhalten.

2.2 Beschreibung der untersuchten Schiffe

Im Anhang befinden sich vereinfachte Linienrisse der untersuchten Schiffe, in denen die Besonderhei-ten der Formen der einzelnen Schiffe deutlich werden. Es wurden sowohl Containerschiffe, wie auchPassagier- und RoRo- Schiffe gewahlt. Diese Schiffe weisen im allgemeinen die bargeartigen Hinter-schiffsformen auf. Ebenfalls wurden ein Tankschiff und ein alteres Mehrzweckfrachtschiff ausgewahlt.Diese Schiffe zeichnen sich durch eine Hinterschiffsform aus, die in den Jahrzehnten ublich war, indenen die noch heute gultigen Stabiliatsvorschriften entwickelt wurden. So konnen die klassischerenSchiffsformen mit den moderneren Schiffsformen verglichen werden.

3 Hydrostatische Untersuchung der Schiffen im Seegang

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die hydrostatische Stabilitat im Seegang von 12 verschiedenen Schiffenmit dem Programm NAPA untersucht. Die Schiffe wurden nach Schiffstyp und Schiffsform ausgewahlt,so dass eine moglichst heterogene Datenbasis vorliegt.

Mit einem Macro welches unter NAPA erstellt wurde, ist fur die jeweiligen Schiffe das maximal moglichKG fur das IMO Wetterkriterium A562 und die IMO Stabilitatsvorschriften A167 berechnet worden.Ebenfalls zahlt das KG, welches sich durch die Einhaltung der Leckstabilitatsvorschriften ergibt, zu derDatenbasis. Die Parameter der Wellen, die fur diese Untersuchung benutzt wurden, sehen wie folgt aus:

• Wellenlange λ = Lpp,

• Wellenhohe = λ/30,

• Wellenform = Sinus- Welle,

• Begegnungswinkel = 0◦,

• Position des Wellenbergs = Lpp/2.

Der Begegnungswinkel zwischen Wellenlaufrichtung und der Fahrtrichtung der Schiffes betragt 0◦, d.h. das Schiff fahrt in achterlicher See. Im Rahmen dieser Untersuchung wurde die Wellenlange fureinige Schiffe variiert. Es wurde mit der Wellenlange 0,8 Lpp und 1,2 Lpp gerechnet. Die Variation derWellenlangen ergab, dass der Zustand bei dem die Schiffslange gleich der Wellenlange ist, die fur diehydrostatisch berechnete Stabilitat ungunstigste Situation ist, also die Hebelarmschwankungen sind amgroßten.

Die Erklarung fur dieses Ergebnis sieht wie folgt aus: Liegt beispielsweise der Wellenberg auf der PositionMitte Schiff, befinden sich an den Schiffsenden die Wellentaler. Somit hat am Hauptspant die Wasserli-nienflache, die fur die Stabilitat des Schiffes entscheidend ist, die volle Schiffsbreite. An den Schiffsendenaber ist die Breite der Wasserlinienflache im Vergleich zu den anderen moglichen Wellenlangen mini-mal. So geht in die Integration der Wasserlinienflache nur auf einem recht kurzem Abschnitt die volleSchiffsbreite ein.In der Situation, in der sich das Wellental am Hauptspant befindet, stellt sich die Situation ganz an-ders dar. Durch die stark nach oben aufgeweiteten Schiffsenden befindet sich nicht viel Auftrieb anden Enden. Der Auftrieb wird hauptsachlich durch den Mittschiffsbereich erzeugt, so dass das Schifftiefer sinkt. Die Enden aber bieten dort, wo sich in dieser Wellenlage die Wasseroberflache befindet,viel Wasserlinienflache. Jetzt geht in die Integration der Wasserlinienflache auf einem sehr großen Be-reich die volle Breite des Schiffes ein, so dass die Wasserlinienflache maximal wird und somit auch das




Flachentragheitsmoment der Wasserlinienflache.Ist die Welle kurzer als das Schiff, liegen die Wellenberge komplett unter dem Schiffsenden. Somittragen die Schiffsenden auch zum Auftrieb bei. Die Wasserlinienflache ist aber geringer als bei dergleichen Situation bei λ = Lpp. In der Wellenberg am Hauptspant Situation sieht es wie folgt aus: Anden Schiffsenden erhalt das Schiff wieder zusatzlichen Auftrieb durch die sich vorn und achtern wiederaufbauenden Wellenberge, so dass die Wasserlinienflache nicht so gering ist wie bei λ = Lpp.Ist die Wellenlange langer als die Schifflange, ist es so, dass das Schiff mehr Wasserlinienflache in derWellenberg- sowohl als auch in der Wellentalsituation hat, als bei λ = Lpp. In der Wellenbergsituationbefinden sich der Bug und das Heck noch nicht vollstandig im Wellental, so dass sowohl der Auftrieb-santeil als auch der Wasserlinienflachenanteil der Schiffsenden groß ist. Wahrend der Wellentalsituationbefinden sich die Wellenberge nicht soweit wie moglich an den Schiffsenden, so dass auch hier der Auf-triebsanteil und ebenfalls der Wasserlinienflachenanteil recht groß ist.

Im Anhang befinden sich die Ergebnisse dieser mit den oben genannten Parametern durchgefuhrtenBerechnungen. Fur jedes untersuchte Schiff sind die Hebelarmkurven fur die Wellenberg- und die Wel-lentalsituation dargestellt. Ebenfalls wurde in dieser Grafik die Glattwasserhebelarmkurve abgebildet.Diese Grafik zeigt die Falle GM aus A562, A167 und mit dem GM, mit dem das Schiff mindestens fahrenmuss, also eventuell das GM aus der Leckrechnung. In der Grafik, die die Hebelarm fur das Mindest-GM aus allen Stabilitatsvorschriften zeigt, wurde ebenfalls der Trimm des Schiffes in der Wellenberg-sowie Wellentalsituation auf halber Schiffslange und im Glattwasserzustand ausgegeben.

3.1 Beschreibung der Ergebnisse der hydrostatischen Untersuchung

Die im Anhang befindliche Diagramme mit den Hebelarmkurven machen die Hebelarmschwankungender Schiffe im Seegang deutlich.Vorab zur Erlauterung der Ergebnisse anhand einiger Schiffe, werden hier die Hebelarmkurven dieserSchiffe gezeigt.




Abbildung 5: modernes Containerschiff B, Hebelarmkurven im Seegang mit den GM aus den Intakt-kriterien

Das Schiff B, ein modernes Containerschiff mit einem typischen Achterschiff weist ein fur diesen Schiffs-typ charakteristischen Verlauf der Hebelarme auf. Befindet sich der Wellenberg auf halber Schiffslange,wurde das Schiff bei dieser Wellenkonfiguration mit dem A562- KG und dem A167- KG durch pure lossof stability”, also reinen Stabilitatsverlust, kentern.Dieses Schiff fahrt aber mit einem zusatzlich durch die Lecksicherheitsvorschriften begrenzten KG,so dass auch in der Wellenbergsituation noch ein geringer Resthebelarm vorhanden ist. Die Schwan-kungen zwischen der Glattwaserhebelarmkurve und der Hebelarmkurve fur die Wellental- sowie dieWellenbergsituation sind sehr ausgepragt, so dass diese starke Rollbewegung hervorrufen werden. Dadas Schiff aber nur noch eine sehr geringe Resthebelarmkurve aufweist, besteht fur dieses Schiff zu demdie Gefahr einer Kenterung.




Abbildung 6: modernes Containerschiff A, Hebelarmkurven im Seegang mit den GM aus den Intakt-kriterien

Die oben (in Abbildung 6) abgebildeten Hebelarmkurven des Containerschiffes A zeigen ebenfalls dentypischen Verlauf der Hebelarmkurven fur ein modernes Containerschiff. Vergleicht man diese Hebelarm-kurven mit den Hebelarmkurven des RoRo- Schiffes G in Abbildung 7, kann man die deutlich geringerenHebelarmschwankungen des RoRo- Schiffes erkennen. Die Seegangssimulation fur diese beiden Schiffezeigt das zu erwartende Verhalten (siehe Kapitel 4.2).




Abbildung 7: RoRo- Schiff G Hebelarmkurven im Seegang mit den GM aus den Intaktkriterien

Die Ergebnisse von G steht fur ein eher untypisches Verhalten eines RoRo- Schiffes. Das Schiff weist inallen drei untersuchten Zustanden moderate Hebelarmschwankungen auf. Auch konnen die Hebelarm-kurven fur die Wellenbergsituation als ausreichend bezeichnet werden. Diese Schiff durfte im Seegangwohl in weniger kritische Situationen geraten.Das RoRo-Schiff G in Abbildung 7 ist ein RoRo-Schiff, das trotz seinens fur modernen RoRo- Schiffetypischen Achterschiffs auf ein nicht katastrophales Seeverhalten schließen laßt. Die Hebelarme weisenauch in der Wellenbergsituation noch aufrichtenden Resthebelarm auf. Die Hebelarmschwankungen sindaber nicht gering, so dass es interessant ware, dieses Schiff dynamisch zu untersuchen. (siehe Kapitel4.2 ”Die Ergebnisse der Simulation”)




Abbildung 8: Gastanker C, Hebelarmkurven im Seegang mit den GM aus den Intaktkriterien

Der Gastanker C hat einen klassischen Rumpf mit nicht weit ausfallenden Spanten und einem leichteingezogenen Achterdeck. Zwar sind die Hebelarmschwankungen bei diesem Schiff nicht gering, aber esweist ein kleines GM auf, welches ein weiches Seeverhalten des Schiffes ermoglicht. In der Wellenberg-situation nimmt das Schiff unter hydrostatischer Betrachtung eine gekrangte Schwimmlage bei 40◦ ein.Somit kann gesagt werden, dass dieses Schiff nicht die statische Stabilitat verliert. Dahingegen sind dieSchwankungen von 0,45m des Hebelarms bei A562 bzw. 0,56 m bei A167 betrachtlich. In Kombinationmit der stark gekrangten Schwimmlage kann davon ausgegangen werden, dass das Schiff letztlich dochkentern wird. Die Seegangssimulation zeigt aber, dass dieses Schiff sich besser verhalt als angenommen.

Im Anhang befindet sich eine Tabelle mit den Hebelarmschwankungen der 12 hydrostatisch untersuchtenSchiffe. Ebenfalls befinden sich dort weitere Hebelarmkurven dieser Schiffe mit den 3 Hohenschwerpunk-ten aus den verschiedenen Vorschriften.Die Auswertung dieser Ergebnisse laßt einen Schluß zu: Diese Untersuchung macht deutlich, dass diegultigen Intaktstabilitatsvorschriften nicht ausreichend die Sicherheit der heutigen Schiffe im Seeganggewahrleisten konnen. Mit den Hohenschwerpunkten, der durch die A562 maximal zulassig waren,wurden alleine 4 der untersuchten Schiffe durch “pure loss of stability“ kentern, d. h. die Gefahrdungdurch Rollen ist dabei noch nicht einmal berucksichtigt. Aber gerade diese Vorschrift soll die Schiffe inschwerem Wetter sicherer machen, was sie offensichtlich nicht leistet. Durch reinen Stabilitatsverlust mitdem Hohenschwerpunkt aus der Vorschrift A167 wurden ebenfalls 3 der untersuchten Schiffe kentern.Das Schiff E wird noch nicht einmal durch die Lecksicherheitsvorschriften gerettet. Es kentert hier sogarmit dem maximal zulassigem Hohenschwerpunkt aus den Lecksicherheitsvorschriften in der Wellenberg-situation. Zu den Schiffen, fur die die Untersuchung gezeigt hat, dass sie durch reinen Stabilitatsverlustkentern, kommen noch die Schiffe, die einen sehr geringen Resthebelarm in der Wellenbergsituation




aufweisen. In Kombination mit den hohen Hebelarmschwankungen, die zum Rollen fuhren werden,werden diese Schiff wohl auch in große Kentergefahr geraten, da sie nicht ausreichend Stabilitat beigroßeren Krangungen aufzuweisen haben. Die dynamische Untersuchung einiger ausgewahlter Schiffewird naheres zum Verhalten der Schiffe zeigen.

3.1.1 Geeignete Lage des Wellenbergs fur die Untersuchung

Durch Variation der Lage des Wellenbergs in der Berechnung, konnte herausgestellt werden, dass dieungunstigste Position fur die hydrostatische Berechnung der Stabilitat fur eine uberwiegende Zahl derSchiffe die Position am Hauptspant (volligster Spant) des Schiffes ist (siehe Tabelle 1). Dies gilt abernur fur die rein statische Betrachtung.

Tabelle 1: Vergleich: Lage des volligsten Spantes mit der ungunstigsten Position des WellenbergsSchiff Schiffstyp Lage d. volligsten Spantes ungunstigste Po. d. WBA 700 TEU Schiff 0,451*Lpp 0,430*LppB 1200 TEU Schiff 0,450*Lpp 0,490*LppC 5000 m3 Gastanker 0,492*Lpp 0,465*LppD alterer Mehrzweckfr. 0,454*Lpp 0,455*LppE 1850 TEU Schiff 0,450*Lpp 0,490*LppF Lo/Ro- Paper Carrier 0,448*Lpp 0,475*LppG RoRo- Schiff 0,460*Lpp 0,380*LppH Tanker 0,520*Lpp 0,515*LppI RoRo- Schiff 0,342*Lpp 0,320*LppJ Passagierschiff 0,425*Lpp 0,410*LppK Combi Cargo/Pax 0,475*Lpp 0,370*LppL 712 TEU Multi-Purp. 0,475*Lpp 0,460*Lpp

Fur die hydrostatische Untersuchung wurden die Rechnungen mit freiem Trimm durchgefuhrt. DieTrimmlage, die die Schiffe eingenommen haben, ist in den Hebelarmkurven mit dem Trimm im Anhangzu entnehmen. Es mußte die Berechnung der Stabilitat aber mit der Schwimmlage erfolgen, die dasSchiff aufgrund seiner Stampfbewegung einnimmt. Diese ist eine andere als die, die sich durch dieHydrostatik ergibt, da sich der Trimm des Schiffes aus der Stampfbewegung ergibt. Das wurde aberbedeuten, dass fur jede hydrostatische Berechnung auch eine Simulation gemacht werden mußte. Wurdeman aber die Vereinfachung so vornehmen, dass der Wellenberg an der ungunstigsten Position liegt,wird das Verstimmen der Stampf- gegen die Rollbewegung bestraft. Das Verstimmen ist aber einegute Methode um ein gutmutiges Seeverhalten zu erzielen. Das geeignetere Ersatzmodell ist daher derWellenberg auf der halben Schiffslange. Die drei nachfolgenden Bilder zeigen ein Modell eines RoRo-Schiffes wahrend eines Seegangsversuches. Es sind die Schwimmlagen des Modells mit dem Wellenbergan fur die Hydrostatik schlechtesten Position, auf Lpp/2 und Wellental auf Lpp/2 zu sehen. Dabeiist zu erkennen, dass das Schiff auf dem Wellenberg achterlich trimmt, da es einen weit achterlichenVerdrangungsschwerpunkt hat (LCB = 0,471*Lpp). Es krangt aber nicht. Ist der Wellenberg auf0.32*Lpp (Lage der ungunstigsten Position des Wellenberg fur dieses Schiff), hat das Schiff aufgrundder Rollbewegung einen gekrangte Schwimmlage eingenommen. Die folgenden Filmausschnitte zeigen,wie die Verstimmung der Stampfphase mit der Rollphase (ungekrangtes Schiff bei Wellenberg auf Lpp/2)funktioniert.




Abbildung 9: Bild aus Seegangs- Video: Wellenberg auf Lpp/2

In Abbildung 9 kann deutlich gesehen werden, dass das Schiff achterlich trimmt, wenn sich der Wel-lenberg bei Lpp/2 befindet. Das Schiff schwimmt aufrecht. In der folgenden Abbildung 10 kann manden Wellenberg in der 0,32*Lpp Lage sehen. Hier krangt das Schiff. Es wirkt zu diesem Zeitpunkt dasaufrichtende Moment und ein krangendes Moment aus der Rollbewegung.




Abbildung 10: Bild aus Seegangs- Video: Wellental auf 0,32*Lpp

Abbildung 11: Bild aus Seegangs- Video: Wellental auf Lpp/2




4 Seegangssimulation

4.1 Einfuhrung

Die Seegangssimulation kann im Gegensatz zu rein hydrostatischen Betrachtung der Stabilitat im See-gang realistischer das Seeverhalten des Schiffes wiedergeben, da die Simulation die Dynamik der Schiffs-bewegung berucksichtigt. Der dynamische Einfluss des Rollens kann das Schiff, obwohl es noch geringenResthebelarm hat, kentern, da das dynamische Moment grosser sein kann als das Auftriebsmonent. ImAnhang befinden sich die aus der Simulation berechneten kritischen Wellenhohen (Wellenhohen, bei de-nen das Schiff das Blume Kriterium erfullt) dargestellt in einem Polardigramm. Zum Vergleich befindensich ebenfalls die zu diesem Schiff gehorenden Hebelarmkurven im Anhang.

Fur die Seegangssimulation werden folgende Eingabeparameter benotigt:

• SeegangsparameterFur die Seegangssimulation wird die Widerstandskurve fur die Fahrt durch den Seegang benotigt.Ebenfalls werden fur die verschiedenen simulierten Seegange die Hebelarmkurven berechnet. Diesgeschieht bevor die Simulation gestartet wird. Die Simulation kann fur verschiedene Kurswinkelund Geschwindigkeiten gestartet werden. Es konnen verschiedene Seegangsspektren gewahlt wer-den.Fur diese Arbeit werden die Kurse von 0◦ im 30◦ Abstand bis 180◦ berechnet. Es wird in 2Knoten Abstanden bis zu der Geschwindigkeit simuliert. Als Seegangsspektrum wird das JonswapSpektrum gewahlt.

• Die UbertragungsfunktionFur jede zu untersuchende Schiffsgeschwindigkeit und jeden Kurs des Schiffes muß eine Ubertra-gungsfunktion (RAO) berechnet werden. Die Ubertragungsfunktionen sind Funktionen, die dieUbertragung der Wellenbewegung auf das Schiff und die daraus folgende Bewegung des Schiffesbeschreiben. Die besonderen Eigenschaften der Rumpfform (z.B Spantform) bestimmen die Aus-wirkungen der Wellen auf die Schiffsbewegung. Die Massentragheitsradien beeinflussen die direkteReaktion des Schiffes auf die von den Wellen ausgeubten Krafte.

4.1.1 Beschreibung des Polardiagramms

In dem Polardiagramm kann man das Seeverhalten des Schiffes erkennen. Die Farben stehen fur dieWellenhohen, bei denen das Schiff in eine gefahrliche Situation gerat, d. h. große Rollbeschleunigungoder sogar Kenterung. Die zu den Farben gehorenden Wellenhohen konnen der Skala am linken Bildrandentnommen werden. Die Polaren stehen fur den Begegnungswinkel zwischen Welle und der Fahrtrich-tung des Schiffes. Auf der 12 Uhr Stellung betragt der Winkel 180◦. Die konzentrischen Kreise stehenfur die Geschwindigkeit in 2 Knoten- Abstanden beginnend in der Mitte mit 0 kn.Alle Punkte dieser Polardiagramme sind Fahrtzustande, die die Schiffe erreichen konnen. Es wurdeuberpruft, ob die Schiffe bei den vorgegebenen Geschwindigkeiten den Zusatzwiderstand durch die ge-genanlaufenden Seen uberwinden konnen.

4.1.2 Kenterwahrscheinlichkeit

Die hier berechnete Kenterwahrscheinlichkeit ist nicht als absolute Kenterwahrscheinlichkeit zu verste-hen, sondern sie dient nur zum Vergleich der Ergebnisse untereinander. Die Kenterwahrscheinlichkeitsetzt sich aus den Ergebnissen des Polardiagrammes der Simulation, der Auftretenswahrscheinlichkeitder Seegange, der gleichverteilten Schiffsgeschwindigkeit und der gleichverteilten Kurse zusammen. DieGeschwindigkeit und die Kurse werden als gleichverteilt angenommen, da es nahe zu unmoglich ist, dasFahrtprofil der Schiffe ebenfalls in die Untersuchung einfließen zu lassen. Es wurden zudem dadurch




personliche Einfluße der Schiffsfuhrung und der Reederei auf die Kurse (Fahrtrouten) und Geschwindig-keit (Eigner- oder Charterschiff) einfließen. Als Referenzgebiet fur diese Untersuchung ist das Gebiet125 (Nordatlantik) gewahlt worden.

4.1.3 Das Blume Kriterium

Mit dem Blume Kriterium wird die Kentersicherheit der Schiffe bewertet. Wurde nur ein Versuch bzw.nur eine Simulation durchgefuhrt werden, wurden keine representativen Ergebnisse geliefert. Darumwerden 5 Simulationen mit jeweils 20.000 Zeitschritten a 0.5s durchgefuhrt. Falls das untersuchte Schiffwahrend der Simulation nicht kentert, wird die Flache ER unter der Glattwasserhebelarmkurve zwischendem in der Simulation aufgetretenen maximalen Rollwinkel ϕmax und dem statischen Kenterwinkelbestimmt. Nach der Kenterung wird ER fur diese Simulation auf Null gesetzt. Abschließend wird derMittelwert ER und die Standardabweichung s aller Simulationen errechnet. Ein Schiff wird als sicherangesehen, wenn gilt:

ER − 3s > 0 (1)

4.2 Die Ergebnisse der Simulation

Abbildung 12: Polardiagramm des Containerschiffes A

Das Schiff, dessen Polardiagramm in Abbildung 12 dargestellt ist, ist ein Schiff mit den modernenLinien eines Containerschiff. In diesem Fall haben schon die Hebelarmkurven erkennenlassen, dass dasSchiff sich nicht sehr gut im Seegang verhalten wird. Die hydrostatische Untersuchung hat gezeigt, dassdie Hebelarmkurven in der Wellenbergsituation beim Kriterium A562 keinen und bei A167 sehr wenigResthabelarm aufweisen. Die Simulation bestatigt das Ergebnis der hydrostatischen Untersuchung.




In achterlicher See bei langsamer Fahrt kann das Schiff nur Wellenhohen bis 2m ertragen. Das isteindeutig unzureichend. Bei der Dienstgeschwindigkeit auf diesen Kursen sind fur dieses Schiff Wellenbis 6m Hohe ertragbar. Treffen die Wellen seitlich eher vorlicher auf dieses Schiff, sind Wellenhohen um12m ertragbar. Bei 120◦ Begegnungswinkel und Geschwindigkeiten von 6 - 8 kn kann das Schiff auchWellen bis 14m ertragen.

Abbildung 13: Polardiagramm des Containerschiffes E

Die Simulation des Seeverhaltens des Schiffes E (siehe Abbildung 13) zeigt wie aus den Hebelarmkurvenzu erwarten ist, ein schlechtes Seegangsverhalten des Schiffes besonders in achterlicher See. Dieses Schiffist ein typisches Beispiel fur ein modernes Schiff mit den zuvor beschriebenen Formeigenschaften. DieHebelarmkurven des Containerschiffes E zeigen in der Wellenbergsituation keinen aufrichtende Rest-hebel mehr. In der Simulation laßt sich diese Verhalten deutlich erkennen. In vorlicher See ertragtdas Schiff noch Wellenhohen um 12m. Ab einem Begegnungswinkel vom 120◦ nimmt die ertragba-re Wellenhohe kontinuierlich ab. Sehr geringe ertragbare Wellenhohe weist der Sektor fur achterlicheSeen bis 30◦ bei Geschwindigkeiten von 4 - 10 kn auf , also Geschwindigkeiten, die aus verschiede-nen Grunden vorkommen konnen (z. B. um Wartezeiten zu vermeiden). Hier konnte die Gefahr desKenterns aufgrund von parametrisch erregten Rollen real werden, wenn die Resonanz das Schiff starkeplotzliche Rollbewegungen ausfuhrt. Dann hat die Schiffsfuhrung kaum Chancen geeignete Maßnahmenzur Verhinderung der Kenterung einzuleiten.




Abbildung 14: Polardiagramm des Gastankers C

Der Gastanker C (siehe Abbildung 14) lasst durch seine klassische Rumpfform mit den kreisformigenSpanten im Achterschiffsbereich, die auch nicht die volle Schiffsbreite aufweisen, ein gutmutiges Seever-halten erhoffen. Die Hebelarmkurven weisen aber schon recht grosse Schwankungen von bis zu 0,77mauf, so dass mit starken Rollbewegungen zu rechnen ist. Die Simulation zeigt in diesem Fall, dass dasSchiff nur bei Begegnungswinkel von 120◦ und im Geschwindigkeitsbereich von 2 -5 kn und 8 - 10 kn einWellenhohe von 14 m uberlebt. In achterlicher See sind Wellenhohen von 5 m gefahrlich. Fur das See-gebiet 125 ( Nordatlantik ) hat das Schiff eine Kenterrate von 1107.6 Jahren, das ist ein vergleichsweisehoher Wert.




Abbildung 15: Polardiagramm des RoRo- Schiffes G

Die Analyse des Polardiagrammes des Schiffes G (siehe Abildung 15) laßt erkennen, dass dieses Schiffein recht gutes Seeverhalten aufweist. Nur bei langsamen Geschwindigkeiten (bis 10 kn) und See vonachtern kann das Schiff bei Wellenhohen um 8 m in gefahrliche Situationen geraten. Die Hebelarmkurvendes Schiffes G zeigen schon deutlich, dass es sich bei diesem Schiff um ein recht gutes Seeschiff handelnmuß. Es hat sehr geringe Hebelarmschwankungen. Das Polardiagramm des Schiffes (siehe Abildung15) zeigt in achterlicher See und einen Begegnungswinkel bis 120◦, dass das Schiff im Seegang kaumProblem haben wird. In achterlicher See sind bei geringen Geschwindigkeiten bis 10 kn nur Wellen von6 -10 m gefahrlich. In See gegenan bis 60◦ sind Wellen bis 11m fur das Schiff ertraglich.




Abbildung 16: Polardiagramm des Passagierschiffes J

Das Schiff J (siehe Abildung 16) zeigt in der Simulation ein Verhalten, das sich aus den Hebelarmkur-ven nicht erkennen laßt. Die Hebelarmkurven zeigen relativ moderate Hebelarmschwankungen in derWellental- und Wellenbergsituation sowie im glatten Wasser. Zwar zeigt die Simulation, dass das SchiffWellenhohen uber 10m fur diese Schiff nicht ertragbar sind. Anderseits sind diese Wellenhohen nichtrelevant, da die Simulation fur dieses Schiff mit der signifikanten Wellenlange von von 92,9m (Lpp)durchgefuhrt wurde und es keine 92m langen und 10m hohen Wellen gibt. Somit kann festgestellenwerde, dass dieses Schiff ein gutes Seeverhalten aufweist.

Zusatzlich wurden mit ROLLS drei weitere Schiffe untersucht. Dabei handelt es sich um RoRo- Schiffemit einer Lange zwischen den Loten von 180 m. Die Polardiagramme der Simulation zeigen, dass dasSeegangsverhalten dieser Schiffe recht schlecht ist.




Abbildung 17: Polardiagramm des RoRo- Schiffes N

Das Polardiagramm des Schiffes N in Abbidung 17 zeigt ein sehr schlechtes Verhalten des Schiffes inachterlichen Seen bis 60◦. Im Bereich bis 30◦ sind bei langsamen Geschwindigkeit bis 12 kn nur sehrgeringe Wellenhohen ertraglich. Bei Geschwindigkeiten um die Entwurfsgeschwindigkeit von 21.1 knsind in vorlicher See Wellen bis 14 m ertragbar. In allen anderen Fahrtzustanden sind Wellenhohen von6m bis 11m keine Gefahr fur das Schiff. Da dieses Schiff bei sehr niedrigen Wellen geschadigt wird,tragen diese niedrigen und damit kurzeren Wellen stark zur Gesamtschadigung bei. Daraus resultierteine Kenterrate von 34,44 Jahren fur das Seegebiet Nordatlantik.




Abbildung 18: Polardiagramm des RoRo- Schiffes M

Obwohl das Schiff M (siehe Abbildung 18) auch noch in der Wellenbergsituation positiven Hebelarmaufweist, stellt sich das Seeverhalten in der Simulation so dar, dass es in achterlicher See das BlumeKriterium bei geringen Wellenhohen erfullt. Die Hebelarmkurven lassen ebenfalls darauf schließen, dennsie weisen starke Schwankungen auf. Dieses Schiff hat eine Kenterrate von 75,68 Jahren fur das SeegebietNordatlantik. Das laßt sich dadurch erklaren, dass im Gegensatz zu Schiff N dieses Schiff mindestensWellenhohen von 4m uberleben kann, deren Auftretenswahrscheinlichkeit geringer ist als die von Wellenmit 1m Hohe. Bei Seegang mit einem Begegnungswinkel bis 90◦ sind bis zu einer Geschwindigkeit von14 kn Wellen bis 12 m nicht gefahrlich. Bei darunterliegenden Geschwindigkeiten liegen die ertragbarenWellenhohen bis 6m. In achterlicher See sind in den ungunstigsten Kombinationen Wellen bis 6mgefahrlich. Nur bei langsamen Geschwindigkeiten von 4 - 8 kn auf Begegnungswinkeln von 0◦- 60◦

konnen 4 m Wellen gefahrlich sein. Ebenfalls bei 20 kn wird diese Kombination erfullt.




Abbildung 19: Polardiagramm des RoRo- Schiffes P

In Abbildung 19 ist das Polardiagramm des RoRo-Schiffes P abgebildet. Fahrt das Schiff mit maßigbis hoher Geschwindigkeit gegen die See (bis 120◦ Begegnungswinkel) kann es Wellenhohen bis 14 mertragen. In achterlicher See (0◦ - 60◦ ) sind in dem Bereich von 8 - 12 kn Wellenhohen bis 1m nichtertragbar. In den restlichen Bereichen des Polardiagrammes sind Wellenhohen von 5 - 11m ertragbar.Daraus resultiert eine Kenterrate von 46,8 Jahren in dem Nordatlantik. Diese hohe Kenterwahrschein-lichkeit hat dieses Schiff bei einem GM von 0,94 m wahrend das zuvor diskutierte RoRo- Schiff M beieinem GM von 0,83m eine Kenterwahrscheinlichkeit von 75,68 Jahren hat. Das bedeutet, dass diesesSchiff fast doppelt solang uberlebt, als das Schiff P, obwohl es ein um 0,11m geringeres GM aufweist. Andiesem Beispiel kann gesehen werden, dass es wichtiger, ist hohe Hebelarmschwankungen zu vermeiden,als das Schif mit einem moglichst großem GM auszustatten. Das Schiff P hat Hebelarmschwankungenvon 0,95m, wahrend das Schiff M nur Hebelarmschwankungen von 0,45m aufweist.

In der nachfolgenden Tabelle 2 sind die Uberlebenswahrscheinlichkeiten (Kenterraten) der einzelnenuntersuchten Schiffe aufgetragen.

Tabelle 2: Uberlebenswahrscheinlichkeiten der SchiffeSchiff Typ L/T L/B B/T Winter Nordatlantik Alle SeegebieteA Cont. Schiff 16,27 5,765 2,822 58,6 168,6C Gastanker 14,96 5,964 2,507 1107,63 9888,14E Cont. Schiff 16,83 6,658 2,527 48,12 414,45G RoRo- Schiff 18,22 5,212 3,496 326,08 2014,44J Pax-Schiff 21,31 6,363 3,349 300,12 820,50M RoRo- Schiff 32,52 7,015 4,561 75,68 1014,31N RoRo- Schiff 26,87 6,950 3,453 34,44 2641,93P RoRo- Schiff 27,33 7,150 3,812 46,80 394,76




Aus der Tabelle 2 laßt sich erkennen, dass Schiffe, die einen hohen L/T-Wert aufweisen, eine hoheKenterwahrscheinlichkeit besitzen.

Grundsatzlich kann gesagt werden, dass die Schiffe in achterlicher See eher das Blume Kriterium errei-chen, diese Kurse also eher zur Kenterwahrscheinlichkeit beitragen als die anderen Kurse. Durch diein Fahrtrichtung des Schiffes mitlaufende Welle bleibt der Wellenbergzustand langer erhalten, so dasszusatzliche krangende Momente mehr Moglichkeit haben, dem Schiff gefahrlich zu werden. Außerdemkann beobachtet werden, dass kurzere Schiffe tendenziell sicherer sind als langere Schiffe mit wenigTiefgang, also Schiffe die großes L/T aufweisen.

4.3 Simulation mit anderen signifikanten Wellenlangen

Um den Einfluß der Wellenlange auf das Seeverhalten der Schiffe weiter zu untersuchen, wurden mehrereSeegangssimulationen der Schiffe mit unterschiedlichen Wellenlangen gestartet. Gewahlt wurden furjedes Schiff jeweils die Wellenlange Lpp/2, 2/3*Lpp, 5/6*Lpp, 4/3*Lpp, 5/6*Lpp, 2*Lpp.

4.3.1 Ergebnisse der Simulation mit verschiedenen Wellenlangen

Abbildung 20: Kenterwahrscheinlichkeit fur den Nordatlantik uber der Wellenlange

Wie sich aus dem Diagramm 20 ersehen laßt, hat die signifikante Wellenlange einen erheblichen Einflußauf die Kenterwahrscheinlichkeit der untersuchten Schiffe.




In dem obigem Diagramm ist die Kenterwahrscheinlichkeit der Schiffe aufgetragen. Die Kenterwahr-scheinlichkeit beinhaltet neben der Wahrscheinlichkeit des Erreichens des Blume Kriteriums auch dieAuftretenswahrscheinlichkeit der Seegange. Die Wahrscheinlichkeit, dass langere Wellen auftreten istaber geringer als die Auftretenswahrscheinlichkeit kurzerer Wellen. So ergibt sich, dass die kurzerenWellen durch ihre großere Auftretenswahrscheinlichkeit starker zur Kenterwahrscheinlichkeit beitragenals langere Wellen. Die Kurse und die Geschwindigkeiten sind alle gleich wahrscheinlich.

Abbildung 21: Kenterwahrscheinlichkeit ohne die Auftretenswahrscheinlichkeit der Seegange

Die Abbildung 21 zeigt die Kenterwahrscheinlichkeit der Schiffe uber die Wellenlange, hierbei wurde dieAuftretenswahrscheinlichkeit der Seegange aus der Gesamtkenterwahrscheinlichkeit herausgerechnet. Indieser Abbildung wird ersichtlich, dass die langeren Wellen ohne die Auftretenswahrscheinlichkeit derWellen betrachtet, starker zur Kenterwahrscheinlichkeit beitragen.Besonders die Kenterwahrscheinlichkeit fur die 3 großen RoRo- Schiffe zeigen, dass auch die Wellen,die langer als Lpp sind, einen großen Beitrag zu Kenterwahrscheinlichkeit beitragen. Die langerenSchiffe decken einen großeren Bereich der moglichen Wellenlangen bis Lpp ab. Dieser großere Bereichan moglichen Wellenlangen laßt die Kenterwahrscheinlichkeit steigen. Wie Abbildung 21 zeigt, kommtnoch zu der hohen Auftretenswahrscheinlichkeit der kurzeren Wellen die hohe Kenterwahrscheinlichkeit(die Auftretenswahrscheinlichkeit dieser Wellen herausgerechnet) fur langere Schiffe bei Wellenlangenlanger als Lpp dazu. Daraus resultiert fur langere Schiffe die hohere Kenterwahrscheinlichkeit.




4.4 Uberprufung des Blume Kriteriums

Im Kapitel 4.1.3 wurde das Blume Kriterium erklart. Es gibt Schiffe, deren Hebelarmkurven auch nochbei großen Krangungen z. B. 90◦ eine Restflache ER aufweisen. Das bedeutet, dass ein Schiff, das z.B. 90◦ krangt, in der Simulation als sicher angesehen wird. In der Realitat ist es aber so, dass dasSchiff und die Besatzung schon wesentlich fruher Schaden nimmt. Es treten Beschleunigungen auf, beidenen die technischen Einrichtungen des Schiffe zerstort und die Besatzung verletzt werden kann. Auchkann das Schiff bei Krangungswinkeln unter 90◦ in gefahrliche Situationen kommen, wenn z. B. dieHauptmaschine automatisch abgeschaltet wird oder gar aus den Fundamenten reißt. Ebenso konnenandere Ausrustungsgegenstande verloren gehen und die Schiffssicherheit beeintrachtigen.Anhand des Gastankers wurde untersucht, welchen Einfluss ein maximal zulassiger Krangungswinkelauf die Kenterwahrscheinlichkeit hat. Dieses Schiff wurde fur diese Untersuchung gewahlt, da es einegeringe Anfangsstabilitat und hohen Hebelarmschwankungen in der statischen Untersuchung aufweist,in der dynamische Untersuchung aber durch eine geringe Kenterwahrscheinlichkeit besticht.

Abbildung 22: Vergleich der Kenterwahrscheinlichkeiten im Seegang fur den Krangungswinkel 50◦ unddas Blume Kriterium




Abbildung 23: Vergleich der Kenterwahrscheinlichkeiten ohne Seegangsauftretenswahrscheinlichkeit imSeegang fur die obigen Parameter

In Abbildung 22 und in Abbildung 23 ist die Kenterwahrscheinlichkeit des Gastankers bei einem maxima-len Krangungswinkel von 50◦ der Kenterwahrscheinlichkeit gegenuber gestellt, die sich unter Berucksich-tigung des Blume Kriteriums. Es ist eindeutig ersichtlich, dass die Kenterwahrscheinlichkeit zunimmt.Es zeigt sich, dass die kurzeren Wellen (zw. 0,5 Lpp und 1,5 Lpp) die Kenterwahrscheinlichkeit uberpro-portional steigern. Aus Abbildung 23 kann man ersehen, dass die kurzeren Wellen nicht in dem Maßezur Kenterwahrscheinlichkeit beitragen wie die langeren Wellen, da die Auftretenswahrscheinlichkeit derkurzeren Wellen großer ist, als die der langeren Wellen.

5 Zusammenfassung der Ergebnisse

Die Untersuchung hat gezeigt, dass die heutigen Intaktstabilitatsvorschriften fur sich allein nicht dieStabilitat der heutigen Schiffe ausreichend gewahrleisten konnen. Obwohl alle Schiffe die gleichen In-taktstabilitatsvorschriften zu erfullen haben, ist das Seegangsverhalten der verschiedenen Schiffe sehrunterschiedlich. Bei einigen Schiffen kann man es als ausreichend bezeichnen, bei anderen, die die glei-chen Vorschriften erfullen mussen, ist das Seeverhalten unzureichend. Diese Erkenntnis konnte schonmit der hydrostatischen Untersuchung gefunden werden. Besonders konnte gezeigt werden, dass dasWetterkriterium der IMO A562 nicht ausreicht, um die Schiffe vor dem Kentern bei schwerem Wetterzu bewahren. Die Seegangssimulationen fur das RoRo- Schiff N (Lpp=180m) ergab, dass es alle 34,4Jahre zu einer Kenterung kommen kann, also eventuell einmal wahrend des Schiffslebens. Fur das RoRo-Schiff G (Lpp=123m) ergab die Simulation, dass es erst nach 326 Jahren kentern wird. Das heißt also,dass das Schiff fast 10 mal so sicher ist wie das erste. Die Frage stellt sich, nach wieviel Jahren eineKenterung passieren darf, um das Schiff noch als sicher bezeichnen zu durfen.Die Simulation haben gezeigt, dass ein hohes GM schadlich fur das Seegangsverhalten der Schiffe ist unddie Vorschriften mehr auf die Vermeidung starker Hebelarmschwankungen zielen sollten, um so starkeRollbeschleunigungen zu vermeiden. Nach [5] mußten die Hebelarme nach der Froudeschen Ahnlichkeitmit wachsender Schiffsgroße zunehmen. Die Untersuchung der Schiffe im Seegang mit verschiedenen




Wellenlangen haben gezeigt, dass langere Wellen starker zur Erhohung der Kenterwahrscheinlichkeit imSeegang beitragen. Außerdem wurde festgestellt, dass Schiffe mit einem großen Lange- Breite- Verhalt-nis (L/T) besonders gefahrdet sind. Die Untersuchung hat ergeben, dass tendenziell langere Schiffabgesehen von den Rumpfformeinflußen im Seegang gefahrdeter sind als kurzere Schiffe.

6 Danksagung

Diese Arbeit ware nicht moglich gewesen ohne die tatkraftige Unterstutzung der Firma SDC Ship Designund Consult GmbH in Hamburg insbesondere Herr Dr. Ing. Harald Jensen und Dipl. Ing. MichaelWachter sowie des Arbeitsbereiches 3-14 der TU Hamburg Harburg hier insbesondere Prof. Dr. StefanKruger und Dipl. Ing. Tobias Haack. Bei den oben erwahnten Personen mochte ich mich vielmals furihre Hilfe bedanken.




7 Literatur

Literatur

[1] Kruger, S., Cramer, H. : Numerical Capsizing Simulation and Consequences for Ship Design,Springer, JSTG 2001.

[2] Brinkmann, M.:: Verbesserung des Rollverhaltens, Diplomarbeit, Mercartor Universtat Duisburg,2001.

[3] Soding, H.: Global Seaway Statistics, TU Hamburg-Harburg, Schriftenreihe Schiffbau, Bericht 610,April 2001.

[4] Soding, H.: Bewegungen und Belastungen der Schiffe im Seegang, TU Hamburg-Harburg, Vorle-sungsskript Nr. 18.

[5] Soding, H.: Simulation of the Motion of Damaged Ships in Waves, TU Hamburg-Harburg, 2002.




8 Anhang

Schiff Schiffstyp TFb LCB L/B B/T cB cM HeckformA 700 TEU Schiff 7,30 0,49 5,77 2,82 0,65 0,99 PontonheckB 1200 TEU Schiff 9,50 0,48 5,98 2,63 0,67 0,89 PontonheckC 5000 m3 Gastanker 6,70 0,49 5,96 2,5 0,72 0,99 kreisformige SpD alterer Mehrzweckfr. 10,02 0,48 6,22 2,79 0,68 0,99 konv. V-Sp.E 1850 TEU Schiff 11,00 0,48 6,66 2,52 0,60 0,98 PontonheckF Lo/Ro Paper Carrier 6,50 0,47 5,98 3,15 0,66 0,99 PontonheckG RoRo Schiff 6,75 0,47 5,21 3,50 0,60 0,97 PontonheckH Tanker 8,36 0,51 7,07 2,34 0,74 0,92 konv. V-Sp.I RoRo Schiff 5,70 0,471 7,02 4,55 0,57 0,95 PontonheckJ Passagierschiff 4,36 0,47 6,36 3,35 0,53 0,96 PontonheckK Combi Cargo/Pax 3,90 0,48 5,00 3,23 0,51 0,99 PontonheckL 712 TEU Multi-Purp. 7,70 0,49 5,85 2,65 0,64 0,96 Pontonheck

Tabelle 3: Hauptdaten der untersuchten Schiffe

A562 A167 FahrtzustandSchiff WB WT Diff. GW WB WT Diff. GW WB WT Diff. GWA x 0,46 - 0,21 0,05 0,63 0,58 0,36 0,06 0,62 0,56 0,35B x 0,47 - 0,21 x 0,49 - 0,25 0,06 0,65 0,59 0,465C 0,21 0,66 0,45 0,48 0,21 0,77 0,56 0,46 0,20 0,75 0,55 0,47D 0,25 0,75 0,50 0,50 0,31 0,80 0,49 0,57 0,30 0,82 0,52 0,57E x 0,50 - 0,38 x 0,56 - 0,22 x 0,705 - 0,40F x 0,67 - 0,29 x 0,75 - 0,36 0,08 0,81 0,73 0,45G 0,72 1,4 0,68 0,90 0,18 0,52 0,34 0,31 0,70 0,96 0,26 0,88H 0,10 0,36 0,26 0,13 0,2 0,64 0,44 0,31 0,15 0,75 0,60 0,44I 0,50 0,88 0,38 0,54 0,21 0,68 0,47 0,31 0,42 0,77 0,25 0,50J 0,25 0,62 0,37 0,46 0,02 0,41 0,39 0,20 0,47 0,81 0,34 0,70K 0,41 0,40 -0,01 0,42 0,39 0,38 -0,01 0,4 0,56 0,55 -0,01 0,59L 0,07 0,39 0,32 0,32 0,58 1,07 0,49 0,98 0,62 1,12 0,60 1,03

Tabelle 4: max. Hebelarm der untersuchten Schiffe bei den genannten Bedingungen

8.1 Schiffe, die nur hydrostatisch untersucht wurden

Erklarung der Abkurzungen der Kriterien

AREA30: Flache unter Hebelarmkurve bis 30 Grad Krangung muss mehr als 0,055mrad betragenAREA40: Flache unter der Hebelarmkurve bis 40 Grad Krangung oder bis Flutung eintritt, muss

mehr als 0,09mrad betragenAREA3040: Flache unter der Hebelarmkurve vo 30 bis 40 Grad Krangung oder bis Flutung eintritt,

muss mehr als 0,03 mrad betragenGZ0.2: maximaler Hebel bei 30 Grad Krangung oder mehr muss mindestens 0.2 m betragenMAXGZ25: maximaler Hebelarm bei uber 25 Grad Krangung aber nicht uber 30 GradGM0.15: minimales GM = 0.15 mIMOW Flache b muss gleich oder großer als Flache b seinIMOWHEELFRB mindest 0,8*Freibord




Abbildung 24: Hebelarmkurven im Seegang mit den GM aus den Intaktkriterien




Abbildung 25: Hebelarmkurven im Seegang mit den GMmin aus allen Vorschriften























































8.2 Schiffe, die hydrostatisch und mittels Simulation untersucht wurden

Abbildung 38: Hebelarmkurven im Seegang mit den GM aus den IntaktkriterienChristian Haß (TUHH)/home/hass/DOC/doku.tex







Abbildung 40: Polardiagramm der Simulationsergebnisse von Schiff A (kl. Containerschiff)












Abbildung 43: Polardiagramm der Simulationsergebnisse von Schiff E (Containerschiff)












Abbildung 46: Polardiagramm der Simulationsergebnisse von Schiff C (Gastanker)












Abbildung 49: Polardiagramm der Simulationsergebnisse von Schiff G (RoRo Schiff)












Abbildung 52: Polardiagramm der Simulationsergebnisse von Schiff J (kl. Passagierschiff)




PROJECT: N RoRo-Schiff (Lpp=180.0m)

Lpp = 180.00m cb = 0.596 wave length = 1 x LppTrim = 0.00 x Lpp cm = 0.963 wave height = 1/30 x LppLpp/B = 6.95 B / T = 3.453 wave direction = 0 degreebiggest frame : 0.4375 x Lpp Lcb = 0.4319 x Lpp





Abbildung 54: Polardiagramm der Simulationsergebnisse von RoRo-Schiff (N) (Lpp=180.0m)




PROJECT: M RoRo-Schiff mit 3 Fahrzeugdecks (Lpp=182.3m)






Abbildung 56: Polardiagramm der Simulationsergebnisse von RoRo-Schiff (M) (Lpp=182.3m)




PROJECT: P RoRo-Schiff (Lpp=189.7m)


-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

-60 -40 -20 0 20 40 60

Tra

ns. R

ight

ing

leve

r [m

]

Heeling angle [deg]

Waves: H= 6.3m, L=189.7m

Still water GM= .933Crest at Lbp/2 GM= -.488

Crest at A.P. GM= 2.132GM-Diff. Tr.-Cr.: 2.620 m





Abbildung 58: Polardiagramm der Simulationsergebnisse von RoRo-Schiff (P) (Lpp=189.7)



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Darstellung des Stabilit'atsverhaltens im Seegang von ... · den, ob die Charakteristik des Verlaufs der Wellenberg- und Wellentalhebelarmkurven eine vernunftige Aussage uber das