Was ist ein bauchiger Bogen?

Der stärkste Widerstand, dem ein Schiff im Normalbetrieb ausgesetzt ist, entsteht durch die Verschiebung des Rumpfes durch das Wasser. Wellen, die den Bogen erklimmen, sind Wasser, das schneller beiseite geschoben wird, als es sich wegbewegen kann. Um die Viskosität und Masse des Wassers zu überwinden, ist viel Kraft erforderlich. Dies bedeutet, dass Kraftstoff verbrannt wird, was die Kosten erhöht.

Ein bauchiger Bug ist eine Verlängerung des Rumpfes direkt unter der Wasserlinie. Es hat viele subtile Formvariationen, aber es ist im Grunde genommen ein abgerundeter vorderer Teil, der sich leicht ausbreitet, wenn er in die traditionelle Verdrängungsrumpfkonstruktion übergeht. Diese vorderen Vorsprünge sind ungefähr doppelt so lang wie die Breite der Basis und erstrecken sich normalerweise nicht nach vorne über die Oberseite des Bogens hinaus. Das Grundprinzip besteht darin, eine Unterdruckzone zu schaffen, um die Bugwelle zu eliminieren und den Luftwiderstand zu verringern.

Der bauchige Bug, der 1910 erstmals an der USS Delaware erschien, war ein umstrittener Entwurf des Schiffsarchitekten der US-Marine, David W. Taylor.

Ein Großteil der Kontroversen verschwand zehn Jahre später, als Passagierschiffe begannen, das Design zu nutzen, um die Geschwindigkeit zu erhöhen.

Heutzutage sind Rümpfe mit bauchigen Bugteilen üblich. Unter bestimmten Umständen leitet diese Art der Konstruktion die Kräfte des hydrodynamischen Widerstands und des Luftwiderstands sehr effizient um. Es gibt eine Bewegung gegen bauchige Bögen, die eine größere Flexibilität von Schiffen ermöglicht, wenn "langsames Dämpfen" eine Möglichkeit ist, Kraftstoff zu sparen.

Gute Bedingungen für bauchige Bögen

Das Design eines Schiffes mit einem bauchigen Bug wird in vielen Lehrbüchern und Fachartikeln diskutiert. Es wird oft als Theorie oder Kunst bezeichnet. Das ist eine kurze Aussage, bei der niemand hundertprozentig sicher ist, was er schreibt. Es müssen noch einige Details herausgearbeitet werden, aber moderne Bauherren verfügen über proprietäre Methoden zur Analyse und Integration aller hydrodynamischen Aspekte ihrer Rümpfe, und diese Methoden sind strenge Geheimnisse.

Ein bauchiger Bogen funktioniert unter bestimmten Bedingungen am besten, und ein gutes Design führt über den gesamten Bereich dieser Faktoren zu Effizienzgewinnen.

Geschwindigkeit - Bei niedrigen Geschwindigkeiten fängt ein Wulstbogen Wasser über dem Wulst ein, ohne eine Unterdruckzone zu bilden, um die Bugwelle auszugleichen. Dies führt zu erhöhtem Luftwiderstand und Wirkungsgradverlust. Jedes Design hat die sogenannte effizienteste Rumpfgeschwindigkeit oder oft nur die Rumpfgeschwindigkeit. Dieser Begriff bezieht sich auf die Geschwindigkeit, mit der die Form des Schiffskörpers auf das Wasser einwirkt, um einen möglichst geringen Luftwiderstand zu erzielen.

Diese ideale Rumpfgeschwindigkeit ist möglicherweise nicht die Höchstgeschwindigkeit eines Schiffes, da die durch die Bugmerkmale erzeugte untere Druckzone zu einem bestimmten Zeitpunkt größer als erforderlich wird. Eine Zone mit niedrigerem Wasserdruck, die größer als der Rumpf ist, ist ineffizient und führt zu einer verringerten Ruderreaktion.

Idealerweise kollabiert der Konus des Wassers mit niedrigerem Druck kurz vor den Requisiten. Dies gibt den Propellermessern etwas zum Anpressen und begrenzt die Kavitation an den Requisiten und dem Seitenruder. Kavitation führt zu einer verminderten Effizienz der Requisiten, einer schleppenden Lenkung und einem übermäßigen Verschleiß der Rumpf- und Antriebskomponenten.

Größe - Schiffe unter 15 m Länge haben nicht genügend benetzte Fläche, um die Vorteile eines Wulstbogens nutzen zu können. Der Luftwiderstand eines Rumpfes hängt von seiner benetzten Fläche ab. Die Struktur des Kolbens erhöht auch den Luftwiderstand und ab einem bestimmten Punkt schrumpfen die Vorteile auf Null. Umgekehrt nutzen größere Schiffe mit einem hohen Anteil an Wasserlinien im Frontbereich den Wulstbogen am effektivsten.

Schlechte Bedingungen für bauchige Bögen

Stürmische See - Während sich ein traditioneller Rumpf mit der Welle erhebt, kann sich ein Rumpf mit einem bauchigen Bug eingraben, selbst wenn er so konstruiert ist, dass er den Bug unter normalen Bedingungen anhebt. Das Thema Trimmung ist einer der tiefgreifendsten Aspekte des Bogendesigns bei Schiffsarchitekten. Es gibt auch einen großen psychologischen Aspekt unter den Besatzungen, die dieses Bogendesign bei Stürmen als gefährlich empfinden. Es ist eine Tatsache, dass diese Bögen in Wellengesichter graben, aber es gibt kaum Beweise, dass es gefährlicher ist als traditionelle Designs.

Eis - Einige Eisbrecherschiffe haben eine spezielle Form eines stark verstärkten Wulstbogens. Die meisten bauchigen Bögen sind anfällig für Beschädigungen, da sie der erste Kontaktpunkt mit einem Hindernis sind.

Zusätzlich zum Eis können große Ablagerungen und feste Objekte, wie z. B. Stegflächen, diese verlängerten Unterwasserbögen beschädigen.