Massenverteilung & Widerstand in Wellen
Verfasst: 27.01.2014, 19:35Hallo zusammen
Das Thema der Gewichtsverteilung in unseren Booten wurde über die letzten Jahre immer mal wieder erwähnt aber nie richtig besprochen. Immer wieder wurde festgestellt, dass sich Boote in den Wellen feststampfen und nicht gut laufen würden. Nun, dieser Widerstand den unsere Boote in Wellen zusätzlich zum Glattwasser Widerstand zu spüren bekommen nennt sich im Englischen "Added Resistance in Waves", zu Deutsch "zusätzlicher Widerstand in Wellen".
Der Wellenwiderstand ist eine Funktion des Wellenspektrum an einem bestimmten Ort und einigen Boots charakteristiken. Ein Wellenspektrum beschreibt das Wellenbild welches aus verschieden hohen Wellen mit unterschiedlichen Wellenlängen, somit Perioden und somit Frequenzen zusammen gesetzt ist. Das Spektrum sagt nun aus wie oft eine bestimmte Frequenz von Welle auftritt.
Zur Veranschaulichung nehmen wir das Beispiel von Steckborn. Wer den Segelort kennt weiss, dass die Wellen da recht hoch und lang sind. Das leuchted ein weil der Bodensee gross ist und sich Wellen über eine lange Distanz aufbauen können. Diese Wellen habe eine relativ niedrige Frequenz. Unsere Rg 65 werden mehr oder wenige dem Wellenbild folgen können.
Jetzt stellen wir uns einen kleinen Teich vor wo es mit 5 Beaufort hinweg fegt. Die Wellen die sich da ergeben, werden sehr kurz und steil sein, wenn auch weniger hoch als am Bodensee. Diese Wellen haben eine sehr hohe Frequenz. Unsere Boote werden dem Wellenbild nicht folgen können.
Jede Rg65 reagiert anders auf verschiedene Wellenfrequenzen. Und die Eigenschaft welche bestimmt wie die Boote reagieren ist ihr Trägheitsmoment. Andere Eigenschaften wie Rumpfform, Wasserlinien Länge, LWL/BWL oder BWL/T Ratios haben auch ihren Einfluss. Dominant ist aber das Trägheitsmoment und damit die Gewichtsverteilung. Das Trägheitsmoment ist schwierig zum fassen. weshalb es vielleicht einfacher fällt den Trägheitsradius einzuführen:
Gyradius (=Trägheitsradius) ist ein Mass für die Gewichtsverteilung. Ein grosser Gyradius bedeutet, dass das Gewicht über das ganze Boot verteilt ist. Ein Boot bei dem die schweren Teile konzentriert um seinen Schwerpunkt angebracht sind hat einen kleinen Gyradius. Wenn man alle Massen an unseren Booten zu einer zusammenfassen würde dann müsste diese im Abstand des Gyradius vom Schwerpunkt abgebracht sein um Dasselbe Trägheitsmonet zu erlangen. Gyradius ist also eine sehr anschauliche Grösse welche die Gewichtsverteilung beschreibt.
Die vertikale Gewichtsverteilung ist für den Designer schwierig anzupassen. Zu Gunsten eines hohen Aufrichtenden Momentes wird wohl versucht so viel Gewicht wie möglich in das Kielgewicht zu packen. Aber die Längsverteilung des Gewichts kann sehr gut mit der Position von Servos und Akkus beeinflusst werden. Oder auch mit der Länge des Kielgewichts!
Um den "Added Resistance in Waves" zu verringern wollen wir dass unser Boot möglichst wenig auf die vorherrschende Wellenfrequenz reagiert. Mit genügend theoretischem Hintergrund ist es möglich genau auszurechnen welcher Gyradius optimal zu welchem Wellenbild passen würde.
Als Faustregel sind folgende Konstellationen vorteilhaft:
-niedrige Wellenfrequenzen ->kleiner Gyradius -> konzentriertes Gewicht
-hohe Wellenfrequenzen -> grosser Gyradius -> Gewicht verteilt!
Steht eine grosse Regatta an auf die ein Boot besonders optimiert werden soll, kann es also nützlich sein das wahrscheinlichste Wellenbild vor Ort zu kennen und das Wissen in die Konstruktion einfliessen zu lassen.
Das Thema ist nicht einfach und wer sich ein komplettes Bild davon machen will, kommt vermutlich nicht drum herum sich in einige Wissensschftliche Arbeiten einzulesen. Im Englischen Sprachraum wird das Thema unter dem Namen "Seakeeping" behandelt.
Grüsse
Tobi
Das Thema der Gewichtsverteilung in unseren Booten wurde über die letzten Jahre immer mal wieder erwähnt aber nie richtig besprochen. Immer wieder wurde festgestellt, dass sich Boote in den Wellen feststampfen und nicht gut laufen würden. Nun, dieser Widerstand den unsere Boote in Wellen zusätzlich zum Glattwasser Widerstand zu spüren bekommen nennt sich im Englischen "Added Resistance in Waves", zu Deutsch "zusätzlicher Widerstand in Wellen".
Der Wellenwiderstand ist eine Funktion des Wellenspektrum an einem bestimmten Ort und einigen Boots charakteristiken. Ein Wellenspektrum beschreibt das Wellenbild welches aus verschieden hohen Wellen mit unterschiedlichen Wellenlängen, somit Perioden und somit Frequenzen zusammen gesetzt ist. Das Spektrum sagt nun aus wie oft eine bestimmte Frequenz von Welle auftritt.
Zur Veranschaulichung nehmen wir das Beispiel von Steckborn. Wer den Segelort kennt weiss, dass die Wellen da recht hoch und lang sind. Das leuchted ein weil der Bodensee gross ist und sich Wellen über eine lange Distanz aufbauen können. Diese Wellen habe eine relativ niedrige Frequenz. Unsere Rg 65 werden mehr oder wenige dem Wellenbild folgen können.
Jetzt stellen wir uns einen kleinen Teich vor wo es mit 5 Beaufort hinweg fegt. Die Wellen die sich da ergeben, werden sehr kurz und steil sein, wenn auch weniger hoch als am Bodensee. Diese Wellen haben eine sehr hohe Frequenz. Unsere Boote werden dem Wellenbild nicht folgen können.
Jede Rg65 reagiert anders auf verschiedene Wellenfrequenzen. Und die Eigenschaft welche bestimmt wie die Boote reagieren ist ihr Trägheitsmoment. Andere Eigenschaften wie Rumpfform, Wasserlinien Länge, LWL/BWL oder BWL/T Ratios haben auch ihren Einfluss. Dominant ist aber das Trägheitsmoment und damit die Gewichtsverteilung. Das Trägheitsmoment ist schwierig zum fassen. weshalb es vielleicht einfacher fällt den Trägheitsradius einzuführen:
Gyradius (=Trägheitsradius) ist ein Mass für die Gewichtsverteilung. Ein grosser Gyradius bedeutet, dass das Gewicht über das ganze Boot verteilt ist. Ein Boot bei dem die schweren Teile konzentriert um seinen Schwerpunkt angebracht sind hat einen kleinen Gyradius. Wenn man alle Massen an unseren Booten zu einer zusammenfassen würde dann müsste diese im Abstand des Gyradius vom Schwerpunkt abgebracht sein um Dasselbe Trägheitsmonet zu erlangen. Gyradius ist also eine sehr anschauliche Grösse welche die Gewichtsverteilung beschreibt.
Die vertikale Gewichtsverteilung ist für den Designer schwierig anzupassen. Zu Gunsten eines hohen Aufrichtenden Momentes wird wohl versucht so viel Gewicht wie möglich in das Kielgewicht zu packen. Aber die Längsverteilung des Gewichts kann sehr gut mit der Position von Servos und Akkus beeinflusst werden. Oder auch mit der Länge des Kielgewichts!
Um den "Added Resistance in Waves" zu verringern wollen wir dass unser Boot möglichst wenig auf die vorherrschende Wellenfrequenz reagiert. Mit genügend theoretischem Hintergrund ist es möglich genau auszurechnen welcher Gyradius optimal zu welchem Wellenbild passen würde.
Als Faustregel sind folgende Konstellationen vorteilhaft:
-niedrige Wellenfrequenzen ->kleiner Gyradius -> konzentriertes Gewicht
-hohe Wellenfrequenzen -> grosser Gyradius -> Gewicht verteilt!
Steht eine grosse Regatta an auf die ein Boot besonders optimiert werden soll, kann es also nützlich sein das wahrscheinlichste Wellenbild vor Ort zu kennen und das Wissen in die Konstruktion einfliessen zu lassen.
Das Thema ist nicht einfach und wer sich ein komplettes Bild davon machen will, kommt vermutlich nicht drum herum sich in einige Wissensschftliche Arbeiten einzulesen. Im Englischen Sprachraum wird das Thema unter dem Namen "Seakeeping" behandelt.
Grüsse
Tobi
Das Geheimniss ist ja, wie so oft im Maschbau die Resonanzfrequemz so zu verschieben, dass sie in einem Bereich liegt der sogut wie nie angeregt wird. Im Endeffekt ist das Stampfen auch nur eine von außen angeregte Schwingung. Dämpfung, Rückwirkende Kräfte und Massenträgheit tuen ihr übriges. Und vieles ist ja ziemlich in Stein gehauen, keiner von uns wird die Schwerkraft ändern können, Verdrägung/ Gewicht bleibt auch immer irgendwo ähnlich, also bleibt eigentlich nur noch das Trägheitsmoment als Stellgröße für Veränderungen.