Von einem langsamlaufenden Zweitakt-Dieselmotor hab ich nur Nennleistung und Nenndrehzahl.
Ich brauche eine egal wie grobe Abschätzung der Volllast-Kennlinie und der Schiebebetrieb-Kennlinie.
Bei der Volllast-Kennlinie würde ich ansetzen, dass das Drehmoment bis zum Nenn-Betriebspunkt linear ansteigt und dahinter konstant bleibt. Aber wie simulier ich den Schiebebetrieb? Wieviel Prozent der Nenn-Antriebsleistung könnte die Bremsleistung sein, wenn man im Nenn-Betriebspunkt alles Gas wegnimmt, und wie klingt sie ab? Linear (konstantes Bremsmoment)?
Ich programmier erstmal das Einlesen dreier Polynomkoeffizienten für beide Kurven, aber dann?
Der Kollege beim Hersteller war am Telefon zwar sehr hilfsbereit, aber so eine naive Annahme liefert er nicht, er quasselt los wie kompliziert das alles sei, bla...bla...bla... und beim Googeln stößt man nur auf kompliziertestes SIMULINK-Spaghetti.
Bin unter Zeitdruck und kann bis Montag keine Doktorarbeit schreiben.
Ein B&W 6S50MC-C, wie ich im Subject schrieb als Schiffsantrieb. Und zwar mit Festpropeller, Rückwärtsschub benötigt also Umkehrung der Drehrichtung. Problemstellung: Simulation eines Crash-Stop. Er wird zugemacht, und wenn die Drehzahl bis auf einen kleinen Rest abgebremst ist wird er anders herum mit Druckluft angelassen und (rückwärts) Volllast gegeben.
Seeschiff. Bulker. Langsamläufer (Zweitakter) haben/brauchen im Schiff kein Getriebe.
Inzwischen fallen mir die richtigen Suchbegriffe ein, braking torque oder braking power. Braking torque ist in allergröbster Näherung konstant, etwas genauer mit Eselsohren bei null und am Limit, also ein Buckel nicht ganz so rund wie ein Sinus und nicht so scharf wie ein Trapez. Nur die Größenordnung braking power / Nennleistung fehlt mir noch. 0.1? 0.5? Oder >1?
Gut, das Bremsmoment brauchst Du auch, aber das Lastmoment des Propellers dürfte höher sein, allerdings ziemlich nichtlinear mit der Drehzahl. Das Bremsmoment kannst Du übrigens nicht ableiten oder "raten", denn es hängt entscheidend won der Schieber- oder Ventilsteuerung ab. Grundsätzlich ist es konstant: Bei jeder Umdrehung wird die Luft im Zylinder adiabatisch komprimiert und bei jedem Hub die gleiche Kompressionsarbeit darin abgeladen, also ist die Leistung drehzahlproportional und das Moment damit konstant - idealerweise gibt sie nach OT die gesamte Energie durch Expansion in den Auspuff ab und treibt den Motor nicht mehr an.
Die Kompressionsarbeit läßt sich aus Hubraum und Verdichtung abschätzen. Sie ist aber deutlich kleiner als die Antriebsarbeit, weil der Antrieb auf einem höheren Temperaturniveau und bei höheren Drucken stattfindet, was dann unvermeidlich zu Abgasverlusten führt. Andererseits sind Schifssmotoren auf hohen Wirkungsgrad gezüchtet, damit sie nicht zuviele Teerbröckchen pro Seemeile veraschen, also werkeln dort noch Abgasturbinen und Ladeluftkompressionen, und wie die sich im Schiebebetrieb verhalten, ist schlecht abschätzbar.
Außerdem sollte der Hersteller sich über diesen Fall auch Gedanken gemacht haben, da muß der Motor also keineswegs nur passiv "schieben", sondern er könnte von Anfang an eine Druckluftbremsung verpaßt kriegen. Die ideale Bremsung würde man erreichen, wenn man kurz nach der Schließung des Schiebers, also im UT, Druckluft einbläst, und die dann vom Zylinder komprimieren läßt. Irgendwann schafft der Motor das nicht mehr, sondern "schlägt zurück", und genau das ist der Anfang des Druckluftanlassens rückwärts - könnte also sein, daß nach "zugemacht" sofort mit der Druckluftbeaufschlagung begonnen wird und die erst dann aufhört, wenn die entgegengesetzte Anlaßdrehzahl erreicht ist und der Motor dann selbständig weiterläuft.
Die Druckluft muß übrigens nichts kosten, die macht der Motor beim Abbremsen selbst.
Was begrenzt das mögliche Bremsmoment? Wahrscheinlich genau wie beim Antrieb der höchstzulässige Zylinderdruck- und -temperatur. Damit liegt es vergleichbar hoch wie das Antriebsmoment. Ich würde einfach
110 % des Nennmoments nehmen... (plus das Bremsmoment des Propelles, natürlich).
Super. Wenn mich nichts besseres einfällt setze ich eine Konstante und tune die, bis das Ergebnis zu Stopweg-Daten passt, die ich für Tiefwasser habe. Ich soll für Flachwasser rechnen (wo Widerstand und hydrodynamische Masse größer sind). Nur, und das ist jetzt nicht mehr technisch, die Tiefwasser-Angaben stammen vielleicht vom Gegner meines Auftraggebers, und wenn ich die benutze, also als wahr voraussetze, beraube ich meinen Auftraggeber um die Möglichkeit nachzuweisen, dass die (auch) gelogen waren.
Nein, das hab ich mir am Telefon vom Hersteller erklären lassen, das passiert erst bei einer Restdrehzahl. Ich glaube 12% hat er gesagt (keine Ahnung 12% wovon). Es bringt sowieso nichts, wenn man einen Propeller viel zu früh rückwärts antreibt, dann ist der Anströmwinkel der Profile viel zu steil, es bilden sich keine tragenden Wirbel, er stallt und kavitiert nur und liefert keinen Schub.
DANKE! Mensch, wie kommst Du nur auf diese Zahl? Keine 100, keine
120, sondern 110. wow.
Den hab ich rechnerisch gut im Griff. Kein Problem. Nur Daten verweigert man mir hier auch, ich muss statistisch buddeln.
Ich finde diesen Ausflug jenseits meines geistigen Horizoints sehr spannend und interessant. Offenbar reicht es nicht, Schiffsantriebe möglichst wirtschaftlich zu entwickeln, sondern das Zünglein an der Waage ist wohl die von Dir oben genannte schlaue Steuerung für solche Notmanöver. 24(!) Minuten, hab ich mir sagen lassen, dauert es, bis bei einem VLCC (Supertanker) überhaupt erst einmal der Propeller steht, das muss man sich einmal vorstellen, das ist Wahnsinn.
"Henning Weede" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.uni-berlin.de...
Hi, wohl eher Maschinenschonung. Und Bauart. Die Wellenmassen und die Schmierung während eines Nothalts sind keine Kleinigkeit. Nicht daß solches nicht geht, aber mit etwas Pech läuft die Anlage dabei in einen "undefinierten Zustand" hinein und kann erst nach längerer Wartung wieder angelassen werden, der Pott kann sich dabei blitzartig in ein antriebsloses Wrack verwandeln, das auf Schlepperhilfe angewiesen ist, für was, 10% des Ladungswertes an den Bergeschlepper?. Für einen unnötigen Nothalt sind schon Kapitäne gefeuert worden.
Nun ja, ehemalige Kapitäne studieren gerne Schiffbau, promovieren gerne, und (nachdem ihnen zuhause ein Hammer auf den Kopf gefallen ist) werden sie sogar Professor und bilden neue Kapitäne aus. Das sind ohne Witz meine autentischen Beobachtungen.
Es braucht also nach so einem Vorfall kein Kapitän über Arbeitslosigkeit zu klagen, und auch für Nachwuchs ist gesorgt damit das arme Schiff nicht unbemannt seines Weges fahren muss.
Und warum willst Du das Lastmoment des Propellers ignorieren? Das kommt zum Motorbremsmoment noch hinzu (wie ich schrieb). Und innere Reibung hat der Motor auch.
Na, vermutlich von der Nenndrehzahl. Und es paßt ganz gut dazu, daß das Propellermoment wahrscheinlich mindestens proportional, eher quadratisch zur Drehhzahl ist, also bei niedrigen Drehzahlen deutlich abnimmt.
Es geht nicht darum, den Propeller rückwärts anzutreiben (und das kann sich nur auf die Schiffsgeschwindigkeit beziehen), sondern, den Motor abzubremsen bis zum Stillstand. Die Bremskraft ergibt sich daraus, daß anfangs (in UT) Luft im Zylinder ist, die dann durch den Kolbenhub komprimiert wird. Und diese Bremskraft ist um so höher, je höher der Anfnagsdruck ist, daher wäre es zum schnellen Abbremsen des Motors sinnvoll, den Ladedruck so hoch wie möglich bzw. zulässig zu machen.
Weil normalerweise die innere Motorleistung brutto höher als die abgegebene Nennleistung ist, und das würde ich auf 5 % abschätzen (aus dem hohlen Bauch). Beim Bremsen wirken diese inneren Verluste aber in die "richtige" Richtung, daher ist die Bremsleistung dann 10 % höher als die Antriebsleistung.
Bloß paßt das nicht zur Aussage, daß der Zylinder beim Bremsen nicht mit Druckluft beaufschlagt wird, dann schafft der der Motor das technisch Mögliche wohl gar nicht. Also vergiß die 110 %.
Warum haust Du nicht einfach eine Schiffbauer-Fakultät an?
Ob das mal so stimmt? Gefühlsmäßig kann ich mir das nicht vorstellen.
Eigentlich eine interessante Frage, warum es keine Schiffsbremsen gibt. Technisch wäre das gar kein Problem: Einfach ein großes "Brett" senkrecht ins Wasser stellen (also Flügel ausfahren oder einen "Bremsfallschirm" hinter dem Heck herschleppen oder sowas, dann würde das Schiff nach drei bis vier Schiffslängen stehen (und es würde mächtig Wellen geben und spritzen). Natürlich müßte sowas ziemlich massiv ausgeführt werden, weil da doch gewaltige Kräfte auftreten, und dann muß man auch fragen, wie man die denn in den Rumpf einleiten soll, ohne daß sich der zusammenfaltet oder zerreißt. (Rechne mal die Wandstärke eines Supertankers proportional auf eine gewöhnliche Konserndose um, dann kriegst Du einen fürchterlichen Schreck.)
Wahrscheinlich muß das alles billig sein und ist festigkeitsmäßig "auf Kante" genäht. Natürlich würde ein rückwärts drehender Propeller besser bremsen als ein mitlaufender oder stillstehender, aber vermutlich kann der das einfach nicht ab.
Das mit dem Bremsmoment des Propellers muß ich übrigens auch modifizieren: Wahrscheinlich bremst der den Motor gar nicht, sondern treibt ihn an. Stell Dir einen freilaufenden Propeller vor: Wenn das Schiff geschleppt wird, dann dreht er sich in die gleiche Richtung, als wenn er das Schiff mit Motorkraft antreiben würde, nur etwas langsamer. Wenn er noch langsamer liefe, also die Welle gebremst würde, dann würde er sie also in Drehrichtung treiben.
Mithin liegt die Trägheit also gar nicht im vergleichsweise leichten Motor, sondern ind er Schiffsmasse: Der Schiffskörper ist auf Leichtlauf, also geringen Fahrwiderstand durchs Wasser, ausgelegt, und wenn es läuft, dann läuft es. Und der Propeller muß dann die Möglichkeit haben, angepaßt an die Geschwindigkeit durchs Wasser mitzulaufen, sonst bricht er ab, oder sowas. Also gibt man sich gar keine Mühe, den Motor sehr stark zu bremsen, sondern muß abwarten, bis das Schiff von alleine langsamer wird. Und dann kommt das auch mit fast einer halben Stunde hin.
Dann rechne doch mal anders: Aus Fahrgeschwindigkeit und Motorleistung kannst Du auf die Schubkraft schließen, die den Fahrwiderstand bei konstanter Fahrgeschwindigkeit genau kompensiert. Wird die Brennstoffzufuhr abgestellt, dann wirkt nur die Widerstandskraft (evtl. doppelt soviel, weil der mitlaufende gebremste Propeller ungefähr die gleiche Brems- wie Antriebskraft aufbringen kann). Und dann schätze mal ab, wie hoch dann der Bremsweg aufgrund der Masse wird.
Mache ich doch einfach mal: Suche "Supertanker" bei Wikipedia - .
Daten:
Wiegt ungefähr eine halbe Million Tonnen (5e8 kg), fährt 17,5 kn = 9 m/s und hat eine Antriebsleistung von 36,9 MW, das ergibt einen Schub von 4,4 MN. Das entspricht einer Beschleunigung bzw. Verzögerung von
8,8e-3 m/s^2 (*schluck*: Ist ja nicht das meiste...), bzw. doppelt so viel, wenn der Propeller noch genauso stark mitbremsen kann.
Wenn man das so sieht, ist das eigentlich nicht besonders sinnvoll, viel über eine "Motorbremse" nachzudenken: deutlich mehr bringt das nicht.
Hier steht was Sinnvolles: . 15 Schiffslängen ist aber verdammt viel - bei o. a. Supertanker sind das 5,7 km bzw. fast 3,1 nm.
"Ralf . K u s m i e r z" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.uni-berlin.de...
Hi, warum nicht einfach einen engen Wendekreis fahren? Das verhindert wenigstens lange Bremswege...
Bei dicken Pötten ist der damit erreichbare "Schub" so gering, daß es bei noch hoher Vorwärtsfahrt eh keine Rolle spielt. Das kavitiert und schlägt Schaum, sonst passiert wenig.
Genau. Der gewaltsame Rückwärtslauf wird nur da gemacht, wo es keine großen Maschinenmassen riskiert. Denn ein kavitierender Großpropeller erzeugt gar heftige Vibrationen, die sogar die Motorfundamente schädigen können. Militärische Pötte machen das noch, die sind aber auch dafür ausgelegt, genau wie "Sportboote". Ein Handelsfahrer aber investiert nicht in fettere Rumpfredundanzen. Solche Gewaltmanöver kommen dafür zu selten vor, also läßt man das gleich ganz weg. Schonmal einen Sattelschlepper mit ABS gesehen? Die meisten haben immer noch Trommelbremsen.....
Die Motorbremse "wirkt" bei hoher Fahrt deutlich weniger, der Propeller verwandelt sich in ein bloßes Hindernis für die Strömung. Ein Schleppsack wäre wirksamer...
Große Pötte können das mühelos auf 10 Meilen strecken...vergiß nciht, daß Du mit soeiner "Motorbremse" die Ruderwirkung schwächst, das ist fast noch gefährlicher als die Bremsstrecke selber. Ein vorausschauender Kapitän wird zwar sicher mit der Fahrt heruntergehen, aber stets die Mindestdrehzahl für beste Ruderwirkung laufen lassen. damit er z.B. einem Gegenfahrer ausweichen kann. Das "Umsteuern" auf Vorwärts für soein Manöver ist ja genauso riskant wie das "Bremsen", dauert ebensolange und riskiert wie jenes auch einen Stillstand der Maschine durch Defekt. Und dann verwandelt sich der Pott in ein Floß. Sollte der Kapitän also besser nciht riskieren, seine Maschine sollte schön brav weiterlaufen.
Will ich doch nicht. Ich habe ihn nicht erwähnt, weil ich damit (bis auf fehlende Daten) keine Probleme habe.
Hierüber hat in der DDR einmal jemand seine Dissertation geschrieben. Dieser Herr ist heute der Chef der Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam. Er war auch mal mein Chef (der beste Chef meines Lebens).
Wenn der Termindruck weg ist werde ich spaßeshalber mal in mein Progrämmchen überschlägig sowas einbauen, also Widerstand um rho/2 v^2 mal Hauptspantfläche/10 vergrößern. Ich versprech mir aber nicht extrem viel davon.
Man könnte auch viel Bremswirkung erreichen, wenn man mit den vorhandenen Mitteln ein 35/1 Z-Manöver fahren würde. Oder weil so kleine Schaltwinkel im Seegang nicht machbar sind 35/5. Z-Manöver bremsen, sie implizieren ein mittleres Beibehalten des Kurses, und der Platz, den sie in Querrichtung brauchen, beschränkt sich auf ca.
1...2 Schiffslängen zu jeder Seite.
Das naheliegendste auf Flachwasser ist - so habe ich mir sagen lassen - heutzutage aus der Mode gekommen: Einen Mann auf die Back stellen, der den Anker schmeisst und so frühzeitig die Bandbremse zieht, dass die Kette schön steil bleibt und der Anker nicht einhaken und abreißen kann kann, sondern schleift und bremst.
Mir ist auch ein Fall zu Ohren gekommen (ich liebe Geschichten ehemaliger Kapitäne) wo in der Schleuse das Rückwärts-Anlassen nicht funktioniert hat. Das Schleusentor kam immer näher, der Lotse hat sich wie unter Schmerzen zusammengekrümmt und nur noch gestammelt: Scheiße...Scheiße...Scheiße! Dann wurde Anker geschmissen, der riss ab, aber half, und mit Taucherhilfe wurde er später geborgen.
Das ist sehr kompliziert, aber man kann sich beim Programmieren ruhigen Gewissens doof stellen, wenn man das Vier-Quadranten-Modell hat, das sind dimensionsloser Schub und dimensionsloses Drehmoment abhängig vom Fortschrittswinkel arctan(Anströmgeschw./Umfangsgeschw.). Vier Quadranten heißt: die vier Kombinationen von beiden Drehrichtungen und beiden Anströmrichtungen. Das herkömmliche Freifahrt-Diagramm reicht nämlich nicht, der Betriebspunkt liegt manchmal außerhalb. Solche Vier-Quadranten-Diagramme haben vor Jahrzehnten die Holländer in Wageningen mal in einem riesigen Forschungsprojekt gemessen, für die sog. Wageninger-Propeller, und für den B40 hab ich die Fourierkoeffizienten. Das hab ich längst programmiert. Es dient mir wie der Laternenpfahl dem Besoffenen dient: nicht zur Erleuchtung, sondern um sich daran festzuhalten :-)
Ohne Propeller und wenn man die Widerstandskurve vereinfacht kann man das sogar analytisch rechnen, aus einer nichtlinearen homogenen Differentialgleichung der Form
m * dv/dt + b * v^2 = 0.
Das gibt naturgemäß keinen definierten Bremsweg, weil die Geschwindigkeit mit dem Faktor 1/(t-t0) asymptotisch abnimmt und theoretisch nie null wird, so dass es davon abhängt, was man willkürlich als null definiert. Nur gegen Strömung gibt es einen.
bitte nicht. Alles, nur nicht das. Mit Wikipedia bin ich fertig. Nie wieder.
na dazu muß man erst mal sicher geeigneten Grund im Flachwasser haben, eben und ohne grosse Steine oder gar Wracks oder verlegte Seekabel. Wenn der Mann auf der Back zu früh die Bremse zieht ist die Bremswirkung futsch, zu spät ist der Anker oder die Kette futsch.
"Uwe Hercksen" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.dfncis.de...
Hi, genau, stelle mir das gerade vor, eine Schleuse mit ner tiefen Kieslage und klemmenden Toren?...anstatt einem glatten Betonbecken. Welche Bremswirkung hätte wohl ein geschleppter Anker in einer Betonschleuse? Und wie groß war die Kammer eigentlich, oder anders gefragt wie klein war der Pott?
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