Squat

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]

Fahrdynamisches Absinken bei gleichzeitiger Vertrimmung (Squat) (Obige Grafik: Vertrimmung achtern, Untere Grafik: Vertrimmung vorne)

Definition

Das Absinken ist bei allen Schiffen zu beobachten, besonders die einen Fluss oder Kanal befahren, und ist abhängig von dem Querschnitt des Schiffes, der Geschwindigkeit, dem Wasserstraßenquerschnitt und der Verkehrssituation, d. h. beim 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]:

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

mit

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

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

mit

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

Der Absunkkoeffizient $ c_{s} $ und der Trimmwinkelkoeffizient $ 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]

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

mit

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

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

mit

• $ \tau $ = Trimmung

Berechnungsansatz nach Führer und Römisch

In dem von M. Führer und K. Römisch Berechnungsansatz entwickelten sie zuerst mit Hilfe eines Modells eine Gleichung für den Squat bei der kritischen Geschwindigkeit. 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:

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

mit

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

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

mit

• $ s_{b,{\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 im Jahre 1992 aufgrund dessen auf einen Felsen bei Cuttyhunk Island (Elizabeth Islands) auf. Der Absunk wurde von der Schiffsführung nicht berücksichtigt und die Wassertiefe war ohnehin gemäß Karte grenzwertig.^[5]

Siehe auch

• Flachwasserwiderstand

Einzelnachweise

Weblinks

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

Literatur

• S. Schuster: Untersuchung über Strömungs- und Widerstandsverhältnisse bei der Fahrt von Schiffen auf beschränktem Wasser, Jahrbuch der STG, 52. Bd., 1954
• 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. 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
• K. Uliczka / B. Kondziella: Dynamisches Fahrverhalten extrem großer Containerschiffe unter Flachwasserbedingungen, Mitteilungsblatt der Bundesanstalt für Wasserbau Nr. 86 (2003), S. 83 (PDF)