Squat (Schifffahrt)

Squat (englisch squat ‚niederhocken‘) ist ein Begriff aus der Schifffahrt und bezeichnet das fahrdynamische vertikale Absinken eines Schiffes über den eigentlichen Tiefgang hinaus (Absunk oder Sunk), bei gleichzeitiger Vertrimmung. Die Vertrimmung nach vorne oder achtern ist dabei abhängig vom Blockkoeffizienten.^[1]

Definition

Das Absinken ist bei allen fahrenden Schiffen zu beobachten, verstärkt beim Befahren eines Flusses oder Kanals, und ist abhängig vom Querschnitt des Schiffes, der Geschwindigkeit, dem Wasserstraßenquerschnitt und der Verkehrssituation, d. h. dem Begegnen oder Überholen von anderen Schiffen. Je niedriger der Wasserstand ist, umso größer ist der Squat. Während der Fahrt des Schiffes entsteht durch die seitliche und tiefenmäßige Begrenzung eine Rückströmung vom Bug zum Heck des Schiffes. Diese Rückströmung bewirkt ein Absinken des Wasserspiegels und damit auch des Schiffes. Unter Extrembedingungen kann das Absinken so stark sein, dass das Schiff Grundberührung erfährt und die Schiffshaut oder der Antrieb beschädigt werden.

In Flüssen kommt es im Innenbereich von Kurven zu Versandungen. Da hier aber die Strömung und damit der Widerstand am geringsten sind, fahren Binnenschiffe auf Bergfahrt meistens den Innenbogen. Kommt jetzt das Schiff zu nahe an die Versandung, so kommt es zu einer dynamischen Tiefgangsvergrößerung, zu erkennen an der höher werdenden Heckwelle, die sich nach vorne bewegt. In diesem Fall muss man sofort die Geschwindigkeit reduzieren, sonst kommt es zu einer Grundberührung aufgrund nicht ausreichenden Flottwassers. Flottwasser bezeichnet den Sicherheitsabstand zwischen Fahrwassergrund und Schiffsboden. Der Schiffsabsunk plus das Flottwasser ergeben die Kielfreiheit.

Squat, erzielt durch hohes Fahrtempo, kann genutzt werden, um kritisch niedrige Durchfahrtshöhen unter Brücken zu unterfahren.

Berechnungsansätze

Berechnungsansatz nach Tuck

Ernest O. Tuck ermittelte folgende Berechnung für den Absunk und die Trimmung mit Hilfe der Slender-body Theorie^[2]:

${\displaystyle s=c_{s}{\frac {\nabla }{L_{pp}^{2}}}{\frac {F_{h}^{2}}{\sqrt {1-F_{h}^{2}}}}}$

mit

• ${\displaystyle s}$ = Absunk
• ${\displaystyle c_{s}}$ = Absunkkoeffizient
• ${\displaystyle \nabla }$ = in Wasser eingesunkenes Volumen des Schiffes in m³
• ${\displaystyle L_{pp}}$ = Länge des Schiffes (p/p)
• ${\displaystyle F}$ = Froudesche Tiefenzahl

${\displaystyle \tau =c_{\tau }{\frac {\nabla }{L_{pp}^{2}}}{\frac {F_{h}^{2}}{\sqrt {1-F_{h}^{2}}}}}$

mit

• ${\displaystyle \tau }$ = Trimmung
• ${\displaystyle c_{\tau }}$ = Trimmungskoeffizient

Der Absunkkoeffizient ${\displaystyle c_{s}}$ und der Trimmwinkelkoeffizient ${\displaystyle c_{\tau }}$ sind dabei komplexe Ausdrücke von Charakteristika des jeweiligen Schiffes.

Berechnungsansatz nach Dand

Ian W. Dand ermittelte folgende Gleichung für den Absunk und die Trimmung unter der Betrachtung dieser als vertikale Kraft und Moment^[3]

${\displaystyle s={\frac {\int d(x)B(x)dx}{\int B(x)dx}}}$

mit

• ${\displaystyle s}$ = Absunk
• ${\displaystyle B(x)}$ = Breite des Schiffes gemessen an der Wasserlinie an der Stelle x

${\displaystyle \tau ={\frac {\int xd(x)B(x)dx}{\int xB(x)dx}}}$

mit

• ${\displaystyle \tau }$ = Trimmung

Berechnungsansatz nach Führer und Römisch

In dem Berechnungsansatz von M. Führer und K. Römisch wird zuerst mit Hilfe eines Modells eine Gleichung für den Squat bei der kritischen Geschwindigkeit entwickelt. Die kritische Geschwindigkeit ist die Grenze, von der an durch den eingeengten Abflussquerschnitt das vom Schiff verdrängte Wasser nicht mehr vollständig entgegen der Fahrtrichtung nach hinten abgeführt wird.^[4] Für den Squat bei kritischer Geschwindigkeit ergibt sich:

${\displaystyle s_{b,{\text{krit}}}=0{,}2\left({\frac {10C_{B}B}{L_{pp}}}\right)^{2}T}$

mit

• ${\displaystyle s_{b,{\text{krit}}}}$ = Squat bei kritischer Geschwindigkeit und Bugtrimmung
• ${\displaystyle C_{B}}$ = Blockkoeffizient
• ${\displaystyle T}$ = Tiefgang
• ${\displaystyle B}$ = Breite
• ${\displaystyle L_{pp}}$ = Länge

sowie

${\displaystyle s_{s,{\text{krit}}}=0{,}2T}$

mit

• ${\displaystyle s_{s,{\text{krit}}}}$ = Squat bei kritischer Geschwindigkeit und Achterntrimmung

Sonstiges

Je schneller die Fahrt über Grund, desto stärker ist der Absunk. Das Kreuzfahrtschiff Queen Elizabeth 2 lief am 7. August 1992 deshalb auf einen Felsen bei Cuttyhunk Island (Elizabeth Islands) auf. Der Absunk wurde von der Schiffsführung nicht genügend berücksichtigt und die verfügbare Karte enthielt ungenaue Angaben zur Wassertiefe.^[5]

Siehe auch

• Flachwasserwiderstand

Einzelnachweise

1. ↑ A. Härtling; J. Reinking: Natur-Messung des Squat, HANSA, 1999 – Nr. 8
2. ↑ E.O. Tuck: Shallows water flows past slender bodies, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 26, part 1, 1966, p. 81–95
3. ↑ I.W. Dand: Full form ships in shallow water: Some methods for the prediction of squat in subcritical flows, Teddington, National Laboratory, Rep. No. 160, 1872
4. ↑ M. Führer, K. Römisch: Effects of modern ship traffic on inland and ocean-waterways and their structure, Section 1 Inland Navigation, 24th International Navigation Congress, Leningrad 1977, PIANC Brussels
5. ↑ Nick Perugini: Grounding of the Queen Elizabeth 2 (response); 26. Juni 2009, In: Hydro International, July / August 2009, Volume 13, number 6.

Weblinks

• Briggs, M.J. (2006): Ship Squat Predictions for Ship/Tow Simulator, U.S. Army Corps of Engineers (PDF; 211 kB)
• Europäisches Entwicklungszentrum für Binnen- und Küstenschiffahrt: Vergleich der Fahrwasserverhältnisse des Donauabschnittes Straubing-Vilshofen mit ausgewählten Wasserstraßenabschnitten im Abflußjahr 2003 (PDF; 1,9 MB)

Literatur

• W. Führer; K. Römisch: Effects of modern ship traffic on inland and ocean waterways and their structures”, 24. Internationaler Schiffahrtskongreß, Leningrad, S. 1–3
• K. Uliczka / B. Kondziella: Dynamisches Fahrverhalten extrem großer Containerschiffe unter Flachwasserbedingungen, Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 86 (2003), S. 83 (PDF)
• S. Schuster: Untersuchung über Strömungs- und Widerstandsverhältnisse bei der Fahrt von Schiffen auf beschränktem Wasser, Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, 52. Bd., 1954
• K. Römisch: Erreichbare Fahrgeschwindigkeit und Tauchung eines Schiffes auf flachem Wasser – ein Beitrag zur optimalen Bemessung von Binnen- und Seewasserstraßen, Mitteilungen der FAS, H. 24, 1969