Gewicht und Auftrieb

Berechnung des Schiffsgewichts und des Auftriebsvolumens

In einem frühen Stadium des Entwurfs wird das Schiffsgewicht als Summe der Gewichte von Ladung, Rumpf, Beschlägen, Ausrüstung, Antriebs- und Hilfsmaschinen, Rohrleitungssystemen, elektrischer und elektronischer Ausrüstung, Treibstoff, Wasser, Verbrauchsgütern, Passagieren und Besatzung geschätzt, zuzüglich einer Marge von einigen Prozent für unterschätzte Gewichte. In einem späteren Stadium werden die Gewichte genauer berechnet oder von den tatsächlichen Gewichten ähnlicher Teile abgeleitet. In vielen Fällen werden die Gewichtsschätzungen im Laufe des Entwurfs ständig überarbeitet, um ein endgültiges Übergewicht zu vermeiden, das die Leistung des Schiffes ernsthaft beeinträchtigen könnte.

Das Unterwasservolumen des zu entwerfenden Schiffes muss nicht nur ausreichen, um ein Wassergewicht zu verdrängen, das das gesamte Schiff trägt, sondern es muss auch in Länge, Breite und Höhe so angeordnet und in jedem Teil so geformt sein, dass alle anderen betrieblichen und schiffsarchitektonischen Anforderungen erfüllt werden. Wenn das Schiff gebaut und voll beladen ist, muss es waagerecht und aufrecht an der geplanten Wasserlinie schwimmen (typischerweise durch eine Plimsoll-Linie angegeben).

Während die Unterwasser- und Überwasserteile des Rumpfes gestaltet werden, überprüft der Schiffsarchitekt laufend die geschätzten Gewichte und die berechneten Auftriebsvolumina sowie die Produkte dieser Gewichte und Volumina mit den horizontalen Abständen oder „Momentenarmen“ jedes einzelnen Teils von der vertikalen Querebene in der Mitte der Länge. Diese Produkte werden als Gewichts- und Auftriebsmomente in Längsrichtung bezeichnet.

Um diese Vorgänge systematisch durchzuführen, wird das Unterwasserschiff durch imaginäre Querebenen, die sogenannten Stationen, in Segmente unterteilt. Bei einem Boot kann es 10 solcher Segmente geben, bei einem großen Schiff 40 oder mehr. Das Volumen jedes Segments wird zusammen mit der Position des Volumenschwerpunkts für jedes Segment berechnet. Die vorderen und hinteren Volumenmomente werden dann auf die gleiche Weise wie die vorderen und hinteren Gewichtsmomente errechnet. Die Summierung der einzelnen Segmentvolumina ergibt das Gesamtvolumen des Unterwasserschiffs. Anschließend werden die vorderen und hinteren Positionen der Schwerpunkte der einzelnen Gewichtsgruppen geschätzt. Die Momente dieser Gruppen werden vor und hinter der Mittellänge getrennt aufsummiert. Dividiert man das Gesamtvolumen des Unterwasserschiffs durch das Volumen pro Gewichtseinheit des Süß-, Brack- oder Salzwassers, in dem das Schiff fahren soll, erhält man das Gewicht des verdrängten Wassers. Dieses muss dem Gesamtgewicht entsprechen, wenn das Schiff an der vorgesehenen Wasserlinie schwimmen soll. Das Nettogewichtsmoment vor oder hinter der Mittellinie wird durch das Gesamtgewicht geteilt, um den Abstand zu ermitteln, in dem der Schwerpunkt (G) vor oder hinter der Mittellinie liegt. Der gleiche Vorgang für die Volumenmomente ergibt die Position des Auftriebszentrums (B) vor und hinter der Mittellänge.