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Jun 29, 2023

Das Internet ist nicht so nützlich, wie wir vielleicht denken

Rik van Hemmen ist der Präsident von Martin & Ottaway... 15. August 2023 Bild mit freundlicher Genehmigung von Martin & Ottaway Ich habe mit einem unserer Praktikanten über Torsionssteifigkeit in Schiffsrümpfen gesprochen und darauf hingewiesen

Rik van Hemmen ist der Präsident von Martin & Ottaway...

15. August 2023

Bild mit freundlicher Genehmigung von Martin & Ottaway

Ich diskutierte mit einem unserer Praktikanten über die Torsionssteifigkeit in Schiffsrümpfen und wies auf ein Torsionssteifigkeitsproblem bei einem bestimmten Rumpfkonstruktionsabschnitt hin, da dieser keinen ausreichend großen Kreis beschreiben konnte.

Ich erwartete, dass dies ein Kommentar sein würde, der einen jungen Ingenieur verwirren würde, und erklärte dann, dass die Torsionssteifigkeit mit dem Gyradius zusammenhängt, der stark mit dem Radius zusammenhängt, und dass der Radius mit Kreisen zusammenhängt. Von Natur aus ist die steifste Torsionsform ein Kreis, und je näher an einem Kreis, desto besser.

Ein quadratisches Rohr mit einem bestimmten Umfang ist viel torsionssteifer als ein rechteckiges Rohr mit demselben Umfang. Dies lässt sich dadurch bestätigen, dass der eingeschriebene Kreis im quadratischen Rohr größer ist als der eingeschriebene Kreis im rechteckigen Rohr.

Dies wurde mir als junger Ingenieur erklärt und hat mir sehr dabei geholfen, Torsionsprobleme schnell zu beurteilen. Während ich es dem Praktikanten erklärte, fing er an, nach eingeschriebenen Kreisen und Torsionssteifigkeit zu googeln, und fand … nichts.

Wir haben viele Gleichungen für die Torsionssteifigkeit dünnwandiger Rohre gefunden, und in der Online-Version von „Roarks Formeln für Spannung und Dehnung“ wurde in einigen Torsionsgleichungen sogar am Rande auf eingeschriebene Kreise verwiesen, aber ich konnte absolut nichts finden das erwähnte meine sehr nützliche technische Faustregel.

Da habe ich mich gefragt, wie viele andere nette technische Tricks in unserer Welt von CAD, FEA und KI verschwinden werden.

Ich habe in einer früheren Kolumne „Beam ist billig“ erwähnt , aber selbst dieses bekannte Axiom ist im Internet nicht leicht zu finden. Tatsächlich konnte ich im Zusammenhang mit dem Schiffsdesign nur einen Hinweis auf „Beam is Cheap“ findenGoogle„Rik van Hemmen Beam ist billig“.

Eine weitere Regel, die ich äußerst nützlich finde, ist, dass 44 Fuß die maximale Länge ist, die für ein seetüchtiges Hochseesegelboot benötigt wird. Kleiner ist möglich, aber sobald Sie 44 Fuß erreichen, fügen Sie Luxus statt Seetüchtigkeit hinzu. Ich habe gegoogelt: „Kleinste vernünftige Größe für ein Segelboot, das den Ozean überquert“ und es gab viele Artikel, in denen es um die Größe eines Segelboots ging. Sie entwickelten oft kleinere Größen, aber interessanterweise befürwortete niemand etwas, das länger als 45 Fuß war, eine subtile Bestätigung dieser Wahrheit.

Im Sinne des Dienstes am Ingenieurberuf werde ich zwei weitere Ingenieurwahrheiten darlegen.

Die erste betrifft die Mastplatzierung auf Schaluppen. Als junger Designer arbeitete ich für Johan Valentijn, entwarf ein neues Segelbootdesign und fragte ihn, ob er gute Referenzen zur Mastplatzierung hätte. Johan sagte: „Mach dir keine Sorgen. Stellen Sie es auf Station vier.“

Bei Valentijn Inc. betrugen alle Bootsstationen 10 % des Bug-zu-Ruder-Bestands, sodass am Ende 40 % der Wasserlinie erreicht wurden. Als junger Stecknadelkopf-Ingenieur verwirrte mich das, weil er den Entwurf kaum gesehen hatte. „Äh, woher kennst du Johan?“

„Weil alle Boote, die ich entwerfe, eine gute Balance mit dem Mast an Station vier haben.“ Dann erklärte er, dass sie bei Sparkman & Stephens immer Probleme mit der Ruderbalance auf Booten hatten (ja, selbst S&S-Designs waren nicht immer sofort perfekt), und er nahm einfach alle S&S-Designs und zeichnete die Maststation gegen den Wetterhelm auf und nur Boote mit Mast an Station 4 hatten einen perfekten Steuerstand.

Johan sagte, es mache keinen Unterschied, ob es sich bei dem Boot um einen Kutter oder ein Bruchteil-Rig-Boot handele, und behauptete sogar, dass es für mit Bermuda ausgerüstete Yawls geeignet sei. Ich habe noch nie eine Jolle entworfen (ganz ehrlich, wer würde das schon tun?), daher kann ich das nicht verantworten, aber wenn ich mir auch heute noch sehr moderne Segelboote ansehe, sehe ich immer noch Station 4. Wenn ich „Maststandort für eine Schaluppe“ google, trifft das zu Besorgen Sie sich einen Verweis auf Station 4 für Masttopp-Schaluppen, aber nicht für Teilriggs, wo Station 3 empfohlen wird, die meiner Meinung nach sehr weit nach vorne blickt und möglicherweise für ein Beiboot geeignet ist (bei dem die Körperplatzierung das Boot kontrollieren kann), aber ich hätte keine Vertrauen in ein Kielboot.

Dann gibt es noch die Rumpfgeschwindigkeitsgleichung für schlanke Rümpfe. Die Standardgleichung für die Rumpfgeschwindigkeit in Knoten ist nahezu jedem Schiffsarchitekten bekannt:

Wobei L die Länge der Wasserlinie in Fuß ist.

Bei schlanken Rümpfen habe ich jedoch gesehen, dass die Rumpfgeschwindigkeit wie folgt definiert ist:

Wobei B der Wasserlinienstrahl in Fuß ist.

Grundsätzlich heißt es, dass die Rumpfgeschwindigkeit zunimmt, wenn das Verhältnis von Länge zu Breite größer als 4 ist.

Ich habe die Gleichung aus einem wirklich schönen Buch über Mehrrumpfkonstruktionen kopiert (dessen Titel und Autorennamen ich nicht mehr weiß), und dann hat sich jemand das Buch „ausgeliehen“. Es wurde nie zurückgegeben, und alles, was ich hatte, war die Gleichung, die ich zufällig in eine erhaltene Präsentation über Zen und Schiffsarchitektur kopierte. Ich habe oft nach dem Ursprung dieser Gleichung gesucht und sogar Praktikanten auf die Suche geschickt, aber auf diese Gleichung wird nirgendwo verwiesen, und selbst ältere Schiffsdesigner als ich kennen sie nicht. Dennoch ist es sehr hilfreich und liefert meiner Erfahrung nach sehr nützliche Ergebnisse, wenn man mit schlanken Rumpfkonstruktionen spielt.

Diese Rumpfgeschwindigkeitsgleichungen zeigen im Grunde den Punkt, an dem ein Rumpf den Klassiker trifftFroude-Zahl Wand mit stark zunehmendem Wellenwiderstand. Um schneller zu fahren, muss der Rumpf in den Gleitmodus wechseln, aber da das Gleiten bei schlanken Rümpfen nicht besonders effizient ist, zeigt es, bei welcher Geschwindigkeit es einen Kompromiss zwischen gleitenden Rümpfen und schlanken Rümpfen gibt.

Es liefert keine harten Zahlen, eignet sich jedoch hervorragend für Vergleiche und Kompromisse und verhindert, dass ein Designer über ineinandergreifende Designprobleme verwirrt wird.

Allein die Zusammenstellung dieser vier Konzepte bietet einem Designer einen schnellen Referenzrahmen:

„Lassen Sie mich ein Segelboot für die Ozeanüberquerung entwerfen, das 44 Fuß lang und dünn ist, um eine bessere Gleitgeschwindigkeit zu erreichen, aber ich muss den Mast an Station 4 platzieren und sicherstellen, dass ich in diesem kleinen Querschnitt eine ausreichende Torsionssteifigkeit behalte.“

Dies sind nur vier Variablen unter den Hunderten von Variablen, die beim Bootsdesign eine Rolle spielen, aber die Reduzierung der Variablen vereinfacht die Gesamtgleichung und führt zu besseren Lösungen.

Diese Tricks sind vor allem äußerst hilfreich bei der Eliminierung falscher Lösungen und sollten daher nicht vergessen werden, da wir sonst dazu verdammt sind, die Fehler unserer Vorgänger zu wiederholen. Ich wünschte nur, es gäbe eine Möglichkeit, dieses technische Wissen effizienter zu übertragen. Es scheint, dass das Internet trotz seiner vielen technischen Vorteile dafür nicht gut geeignet ist.

Für jede Kolumne, die ich schreibe, hat sich MREN bereit erklärt, eine kleine Spende an eine Organisation meiner Wahl zu leisten. Für diese Kolumne nominiere ich dieHerreshoff-Museum . Meiner Meinung nach einer der besten Orte, um technische Realitäten zu bewahren.