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Stabilitätsberechnungen – alles nur graue Theorie ?
Kritisch betrachtet: Wer kennt die genauen Größen ? Winddruck auf eine ebene Fläche bei Windstärke 4 = 19 bis 39 N/m² ??? (laut meiner Tabelle) Winddruck auf Rigg und Überwasserschiff ? Wirklicher Winddruck auf profilierte und schräg stehende Segel ? Auswirkung des Lateralwiderstands ? Wellenwiderstand ? Dynamischer Auftrieb ? Druck- und Saugwirkung (Wellental) bei schneller Fahrt ? Berechnungen können daher nur Überschlagrechnungen am Beispiel eines stillstehendes Schiffes, platten Segeln und glatter Wasserfläche sein. Aus meiner Erfahrung kann ich nur sagen, baut man ein konkretes Vorbild nach und hat alle technische Daten, sollte man auch alle Abmessungen und Verdrängung maßstabsgetreu beibehalten, geringere Rumpfgewichte sind möglichst zu erreichen um den Ballastanteil zu erhöhen, und mit 50 % Ballastgewicht, ist dann das Boot auch kentersicher. Wird der Ballast unter dem eigentlichen Kiel strömungsgünstig angebracht, erreicht man sicherlich auch eine ausreichende Stabilität und das Modell segelt so “schlecht” wie das Original! Wer unsicher ist, kann den Kiel um 20 % verlängern, oder das Ballastgewichtsverhältnis erhöhen. Aber bedenke – bei Sturm reffen die Originale! Dennoch – eine Kontrollrechnung kann man ja mal machen.
Berechnungen
Da ich fast nur Segelschiffe nach Vorbildern gebaut habe, kamen Berechnungen für mich kaum in Frage. Einmal habe ich so viele Schiffe gebaut, dass ich oft nur nach Augenmaß gearbeitet habe. Bei Modellen nach Vorbildern waren mir mindestens immer die technischen Daten bekannt und ich habe versucht diese einzuhalten. Meine hauptsächlichsten Änderungen betrafen eine geringfügige Segelverkleinerung (Abflachung der Achterlieksrundung) und eine geringe Kielverlängerung. Damit bin ich immer gut gefahren. Das beste Beispiel hierzu ist meine DREAM 43. An dieser wurde nur der Kiel um 2 bis 3 cm verlängert. Alle anderen Abmessungen entsprechen maßstäblich dem Original.
Bei der Entwicklung eines bestimmten Schiffstyps geht es aber nicht immer ohne rechnen. Dennoch auch wenn die Rechnung noch so ausgefeint ist, alle errechneten Werte können nur angenäherte Werte sein, da die Praxis erst die wirklichen Ergebnisse zeigt.
Vorgaben: Rumpflänge: max. 100 cm; Rumpftiefe: max. 4 cm; Verdrängung: min. 4 kg – aber möglichst auch nicht mehr um ein möglichst schnelles Boot zu erhalten.
Berechnung der Verdrängung
Wird die Konstruktion mit Hilfe eines Computers erstellt, rechnet dieser uns ganz problemlos das Volumen aus. Konstruiert man selbst am Zeichenbrett, so wie ich es immer getan habe, kann man eine Rechnung kaum umgehen. Aber ganz genau wird es auch nicht, jedoch ist die beschriebene Methode ausreichend.
Nach dem Entwurf der Spanten werden diese im Bereich des Unterwasserschiffes in zentimetergroße Kästchen aufgeteilt. Dann zählt man in jedem Spantenriss zur Hälfte die Kästchen aus, um ungefähr den Flächeninhalt zu ermitteln. Dann zählt man die Kästchen der jeweils aneinanderliegenden halben Spanten zusammen und erhält somit einen Flächendurchschnittswert für den Raum zwischen diesen beiden Spanten. Dieser Flächenwert wird dann mit dem jeweiligen Spantenabstand multipliziert und man erhält das Volumen. So verfährt man mit jedem Spantenzwischenraum. Am Ende werden die einzelnen Volumenteilbeträge addiert um das Gesamtvolumen zu erhalten. Hierbei ist immer mit den selben Einheiten zu rechnen um Fehler zu vermeiden. Ist das gewünschte Ergebnis nicht erreicht worden, muss der Spantenriss entsprechend vergrößert oder verkleinert werden. Hierzu ist dann leider nochmals eine komplette Korrektur des Aufrisses erforderlich. Gleichzeitig kann auch durch entsprechende Aufteilung der Verdrängungsschwerpunkt festgelegt werden. Günstig ist es, wenn bei dieser Bootsgröße der Verdrängungsschwerpunkt in der Schiffsmitte liegt. Es sollte dann der Kielschwerpunkt auch in diesem Bereich liegen - eventuell ein wenig dahinter. So wird die einwirkende Kraft des Mastes, der vor dem Kiel steht, etwas ausgeglichen. Der fertige Rumpf sollte im Wasser entsprechend belastet werden und der Verdrängungsschwerpunkt auf diese Weise kontrolliert werden.
Ist die Rumpfschale fertig erstellt können die praktischen Versuche erfolgen. Als erstes kann die tatsächliche Verdrängung durch Zuladung von Gewichten ermittelt werden. Danach erforsche ich den Lateralschwerpunkt. Hierzu belade ich die Rumpfschale incl. fertigem Ballastkiel ohne (mit oder ohne Ruder ist hierbei noch in Frage gestellt; mit Ruder wandert der Lateralschwerpunkt jedenfalls weiter nach achtern), bis der Rumpf bis zur KWL (Konstruktionswasserlinie) eintaucht. Dann schiebe ich ihn mit einem Finger seitlich quer durch das Wasser. Hierbei sollte es sich natürlich um ein größeres Gewässer handeln als die Badewanne. Der Punkt, an dem sich der Rumpf einwandfrei quer durch das Wasser schieben lässt, ohne dass er sich verdreht, ist für mich der Lateralschwerpunkt. Zweifler können den Versuch auch beidseitig wiederholen oder - was noch besser wäre - dies mit einem um ca. 30° gekrängten Rumpf (erreicht durch zusätzlichen Trimmballast) vornehmen. Denn hierbei könnte sich eine Verlagerung des Lateralschwerpunktes ergeben. Eine Vermittlung beider Punkte wäre dann wahrscheinlich ideal (?). Nach gleichem Verfahren ermitle ich auch den Verdrängungs- schwerpunkt und bei Krängung von ca. 30° ergibt dieser Punkt für die Stabilitätsberechnung genauere Ergebnisse.
Segelschwerpunkt Als Nächstes ist der Segelschwerpunkt festzulegen. Hierbei wende ich immer die rechnerische Methode an. Dies halte ich für wesentlich einfacher als die Anfertigung einer Pappschablone, denn es kommen hierbei doch nur die Grundlagen der Geometrie zur Anwendung. Als Grundformei gilt:
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