Dünung
Unter „Seegang“ versteht man im Zusammenhang mit Bewegung und Navigation die langen, oft ununterbrochenen Wellen, die sich über die Meeresoberfläche ausbreiten und ihren Ursprung in weit entfernten Wettersystemen haben. Diese Wellen zeichnen sich durch längere Wellenlängen und Perioden aus als lokal entstehende Windwellen. In der Schifffahrt ist das Verständnis des Seegangs entscheidend für die Sicherheit und Effizienz des Schiffsbetriebs, da er die Stabilität, Geschwindigkeit und den Treibstoffverbrauch eines Schiffes beeinflusst.
Swell-Wellen entstehen durch Wind, der über einen großen Bereich der Meeresoberfläche weht. Zu den wichtigsten Faktoren, die zur Entstehung dieser Wellen beitragen, gehören:
- Windgeschwindigkeit: Starke Winde erzeugen Wellen mit höherer Energie.
- Winddauer: Je länger der Wind weht, desto mehr Energie wird auf die Wellen übertragen.
- Fetch: Die Strecke, über die der Wind ununterbrochen weht. Ein größerer Fetch führt zu stärker ausgebildeten Wellen.
Nachdem der Wind nachgelassen hat oder der Sturm abgezogen ist, breiten sich diese Wellen als Seegang weiter über den Ozean aus und legen dabei große Entfernungen mit minimalem Energieverlust zurück.
Dünungswellen
Ingenieure beschreiben Schwallwellen in der Regel anhand folgender Kennzahlen:
- Lange Wellenlängen: Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Wellenkämmen kann deutlich größer sein als bei Windwellen.
- Lange Perioden: Der Zeitabstand zwischen aufeinanderfolgenden Wellenbergen (Wellenperiode) ist länger und liegt häufig zwischen 10 und 20 Sekunden oder mehr.
- Gleichmäßigkeit: Dünungswellen weisen im Vergleich zu den unregelmäßigen Windwellen ein gleichmäßigeres Muster auf.
Das Verständnis davon ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Schiffsstabilität und -sicherheit. Es kann zu erheblichem Stampfen (Auf- und Abwärtsbewegung – Pitch) und Rollen (Seitwärtsbewegung – Roll) von Schiffen führen. Übermäßiges Stampfen und Rollen kann zu Ladungsverschiebung, struktureller Belastung und Unbehagen der Besatzung führen.
Unter bestimmten Bedingungen können große Dünungswellen ein Risiko für das Broaching (Verlust der Steuerkontrolle) und Kentern darstellen, insbesondere für kleinere Schiffe und solche mit hohem Schwerpunkt.
Das Fahren senkrecht zur oder gegen die Dünung erhöht den Widerstand. Folglich steigt dadurch auch der Kraftstoffverbrauch. Daher planen Navigatoren üblicherweise Routen. Diese Routen ermöglichen es den Schiffen hingegen, sich mit der Dünungsrichtung zu bewegen. Die Vorhersage der Dünungshöhe ist entscheidend für die Planung; ebenso ist die Vorhersage der Dünungsperiode für die Planung von zentraler Bedeutung. Letztendlich hilft dies, optimale Kurs- und Geschwindigkeitsanpassungen zu bestimmen. Diese Änderungen minimieren zusätzlich den Kraftstoffverbrauch. Darüber hinaus tragen sie auch dazu bei, raue Segelbedingungen zu vermeiden.
Minderung der Auswirkungen von Seegang auf die Hubbewegung
Inertialsensoren sind eine entscheidende Komponente in Systemen zur aktiven Dünungskompensation für Seeschiffe. Sie dämpfen die Dünung nicht direkt, sondern liefern die wesentlichen Echtzeit-Bewegungsdaten, die es aktiven Systemen ermöglichen, den Auswirkungen der Dünung auf das Schiff entgegenzuwirken.
Der Kompensationsprozess umfasst drei Hauptschritte: Messung, Vorhersage und Kompensation.
Sensoren kombinieren Gyroskope und Beschleunigungsmesser. Sie messen präzise die Bewegung des Schiffes in sechs Freiheitsgraden (Degrees of Freedom, 6-DOF). Beschleunigungsmesser messen Translationsbewegungen. Dazu gehören Heben (Heave), Stampfen in Längsrichtung (Surge) und Versetzen (Sway). Zusätzlich messen Gyroskope Rotationsbewegungen. Diese sind Rollen (Roll), Nicken (Pitch) und Gieren (Yaw).
