{"id":1080,"date":"2011-08-20T23:44:14","date_gmt":"2011-08-20T21:44:14","guid":{"rendered":"https:\/\/www.holzbootsbau.ch\/?p=1080"},"modified":"2020-04-25T14:11:11","modified_gmt":"2020-04-25T12:11:11","slug":"schiffswiderstand-und-vortrieb","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.holzbootsbau.ch\/?p=1080","title":{"rendered":"Schiffswiderstand und Vortrieb"},"content":{"rendered":"

Schiffswiderstand<\/strong><\/p>\n

Einleitung<\/em><\/strong><\/div>\n
Als Wissenschaft k\u00fcmmert sich die Hydrodynamik darum, die Kr\u00e4fte und Momente zu bestimmen, die auf einen K\u00f6rper (Kajak) im Wasser wirken, wenn dieser durch das Wasser umstr\u00f6mt wird. Es handelt sich um einen recht komplexen Bereich der Technik, der auch Heute noch nicht vollst\u00e4ndig durch theoretische Behandlung erschlossen wurde. Es steht hier “nur” eine sinnvolle Kombination von Theorien, Modellversuchen und Praktischem- sowie Erfahrungswissen zur Verf\u00fcgung.<\/div>\n
In der Industrie haben Computerverfahren wie CFD (Computer Fluid Dynamics) grosse Bedeutung f\u00fcr den Schiffsentwuf erlangt. \u00c4hnlich wie den Berechnungen und Windkanalversuchen in der Formel 1 wird in der Industrie versucht so gut wie m\u00f6glich zu bestimmen, wie gut im Sinne von sparsam ein Schiffsentwurf, also die Rumpfform ist.<\/div>\n
Der selbe Grundsatz kann auch auf Kajaks und deren Auswahl angewendet werden. Nur dass wir nicht in der Lage sein werden, die selben Aufw\u00e4nde in die Untersuchungen zu stecken, wie es die Industrie tut.
\nDas Ziel ist aber das selbe:
\nWir wollen ein Kajak finden, das den besten Kompromis zwischen Ladef\u00e4higkeit, Komfort, Stabilit\u00e4t und Geschwindigkeit darstellt. Da wir der “Motor” sind, wollen wir so wenig wie m\u00f6glich arbeiten um so schnell wie m\u00f6glich vorw\u00e4rts zu kommen.<\/p>\n<\/div>\n
Komponenten des Widerstands im Wasser<\/em><\/strong>
\nF\u00fcr das allgemeine Verst\u00e4ndnis des Schiffswiderstandes sind folgende Betrachtungen wichtig:
\nDen messbaren Gesamtwiderstand bezeichnen wir als RT<\/sub> (von Resistance Total). Seine genaue Rechnerische erfassung ist sehr schwierig, da sich verschiedene Widerstandskomponenten gegenseitig \u00fcber die steigende Geschwindigkeit beeinflussen.
\nDiesen Gesamtwiderstand kann man theoretisch wie folgt unterteilen:<\/p>\n

RT <\/sub>= RW<\/sub> + RF<\/sub> + RVD
\n<\/sub>
\nWobei:
\nRW<\/sub> = Wellenwiderstand (Druckwiderstand senkrecht zur benetzten Oberfl\u00e4che verursacht durch das Wellensystem des Schiffes)
\nRF<\/sub> = Reibungswiderstand (Schubkr\u00e4fte tangential zur benetzen Oberfl\u00e4che)
\nRVD<\/sub> = Viskoser Druchwiderstand (Druckwiderstand senkrecht zur benetzen Oberfl\u00e4che)<\/p>\n

Wellenwiderstand:<\/em><\/strong>
\nEin Schiff, das sich an der Oberfl\u00e4che eine Gew\u00e4ssers bewegt ruft Wellen hervor. Das Schiff oder Kajak erzeugt durch seine Verdr\u00e4ngung eine Art “Ausweichstr\u00f6mung”, das heisst, das Wasser muss auf seinem Weg vom Bug zum Heck einen l\u00e4ngeren Weg zur\u00fccklegen, als wenn das Kajak nicht dort w\u00e4re. Dabei wird ein Wasserdruck auf das Kajak ausge\u00fcbt, der sich letztlich in H\u00f6henunterschieden der Wasseroberfl\u00e4che (= Welle) in der unmittelbaren Umgebung des Schiffes widerspiegelt.\u00a0 Am Bug und am Heck des Kajaks und oft auch an der Seite des Bootes werden zus\u00e4tzlich noch Welleberge durch den Staudruck hervorgerufen. An den Schiffsseiten entstehen die Wellent\u00e4ler, weil dort das Wasser schneller fliesst und einen Unterdruck erzeugt.
\nEin Grafik soll das sp\u00e4ter verdeutlichen!<\/p>\n

Der Wellenwiderstand ist eng mit der sogenannten Froudschen Zahl verkn\u00fcpft. Die Froudsche Zahl (FN = Froud Number) ist eine Kennzahl f\u00fcr die \u00c4hnlichkeit des Wellenbildes von K\u00f6rpern in Fl\u00fcssigkeiten mit freien Oberfl\u00e4chen. Schiffe mit gleicher Froudscher Zahl erzeugen geometrisch \u00e4hnliche Wellenbilder.
\nDie Froudsche Zahl wird wie folgt gebildet: \"\"<\/a>
\nmit v<\/em> = Geschwindigkeit, L<\/em> = charakteristische L\u00e4nge, g<\/em> = Erdbeschleunigung = 9,81 m\/s\u00b2.<\/p>\n

Reibungswiderstand:<\/em><\/strong>
\nEin vollst\u00e4ndig von Wasser umgebener K\u00f6rper setzt seiner Bwegung durch das Wasser einen Reibungswiderstand entgegen. Wasser ist keine ideale Fl\u00fcssigkeit sondern eine z\u00e4he Fl\u00fcssigkeit. Die Z\u00e4higkeit f\u00e4llt im t\u00e4glichen Leben allerdings nicht auf. Die Z\u00e4higkeit bewirkt an der unmittelbaren Oberfl\u00e4che eines K\u00f6rpers, an der sogenannte Grenzschicht, das Wasserteilchen von der Umgebung (Schiff) mitgerissen werden. Diese Reibung verursacht Schubkr\u00e4fte entgegen der St\u00f6mung, die man als Aussenhautreibung bezeichnet.
\nDiese Z\u00e4higkeitsstr\u00f6mung wird experimentell an sogenannten \u00e4quivalenten Platten (gleiche L\u00e4nge und Oberfl\u00e4che wie der Unterwasserteil des Modells\u00a0des Schiffes) von \u00e4quivalenter Rauhigkeit ermittelt.<\/p>\n

Z\u00e4higkeitsbedingter Druckwiderstand:
\n<\/em><\/strong>Durch die Z\u00e4higkeit des Wasser entstehen Reibungskr\u00e4fte. Diese Verlangsamen die St\u00f6mung zwischen Bug und Heck eine Schiffes. Dies f\u00fchrt dazu, dass die H\u00f6he des Drucks am Bug h\u00f6her ist als die H\u00f6he des Drucks am Heck eine Schiffes. Diese Druckdifferenz, multipliziert mit der benetzten Oberfl\u00e4che des Schiffes ist die Kraft des sogenannten z\u00e4higkeitsbedingten Druckwiderstands.
\nAusser dieser Druckdifferenz durch Reibungsverluste tragen noch Energieverluste infolge von Abl\u00f6sungen der Str\u00f6mung zum z\u00e4higkeitsbedingten Druckwiderstand bei. Die Gr\u00f6ssenordnung dieser Widerstandskomponenten liegt bei etwa 10% des gesamten Widerstands.<\/p>\n

Weitere Widerstandsarten, auf die nicht eingegangen wird:<\/em><\/strong><\/p>\n<\/div>\n