Bugwelle

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Bugwelle eines Schiffes
Kelvinwellen

Die Bugwelle ist die Welle, die ein schwimmendes Objekt, das sich im Wasser fortbewegt, vor sich her schiebt. Die Welle entsteht durch die Verdrängung von Wasser. Sie bewegt sich mit der Geschwindigkeit des Objekts. Neben der Bugwelle bilden sich im Kielwasser eine Heckwelle und kreisförmige Wellen innerhalb des Bugkeils aus.

Anders als beim Machschen Kegel entstehen Bug- und Heckwelle aus der Überlagerung von Wellen unterschiedlicher Wellenlänge und -geschwindigkeit. Der halbe Öffnungswinkel ist bei niedrigen Geschwindigkeiten konstant und beträgt

\alpha=\arctan(1/\sqrt{8})\approx19{,}47^\circ.

Bei höheren Geschwindigkeiten geht der halbe Öffnungswinkel über in den eines Machschen Kegels und verringert sich somit[1]. Dieser Übergang tritt bei einer Froude-Zahl von

\text{Fr}=\frac{U}{\sqrt{g L}}\approx 0{,}49

auf, wobei U die Geschwindigkeit des Schiffes ist, g die Erdbeschleunigung und L die Länge des Schiffs. Der halbe Öffnungswinkel bei größeren Froude-Zahlen beträgt dann

\alpha=\arctan\left(\frac{\sqrt{2\pi \text{Fr}^2-1}}{4\pi \text{Fr}^2-1}\right)\approx \frac{1}{2\sqrt{2\pi}\text{Fr}}.

Die Skizze veranschaulicht den Aufbau eines Bugwellensystems, das ein Schiff bei A erzeugt. Die Wellenkämme zwischen A und B bzw A und D sind nur nahe den Keillinien ausgeprägt. Im Innern dominieren die bei C eingezeichneten Kreisbögen. Die Wellen, deren Überlagerung zur V-förmigen Ausgestaltung des Kielwassers führt, heißen Kelvinwellen.

Die Wellenlänge der Bugwelle steigt mit der Fahrtgeschwindigkeit an. Sie bestimmt die sogenannte Rumpfgeschwindigkeit eines Schiffes.

Die Bugwelle großer Schiffe ist eine Gefahrenquelle. Kommt ein kleines Fahrzeug einem großen Schiff in Fahrt zu nahe, kann es durch dessen Bugwelle aus dem Kurs laufen oder kentern. Bugwellen können auch Schäden an natürlichen oder künstlichen Uferbefestigungen hervorrufen. Daher gibt es an gefährdeten Stellen für die Schifffahrt Geschwindigkeitsbegrenzungen.

Durch einen Wulstbug wird die Bugwelle nach vorne angehoben, was ein frühzeitiges Brechen und somit verringerte Reibung ermöglicht. Der verringerte Widerstand hat positive Auswirkungen auf das Fahrverhalten und den Treibstoffverbrauch.

Geschichte[Bearbeiten]

Charles Algernon Parsons untersuchte im späten 19. Jahrhundert mit Versuchen in einem Wasserkanal den Strömungswiderstand und studierte die Wirkung der Bug- und Heckwelle, die aufgrund der Geschwindigkeit höher waren als bis dahin bei Booten dieser Größe bekannt.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Marc Rabaud, Frédéric Moisy: ShipWakes: Kelvin or Mach Angle? In: Physical Review Letters. Nr. 110, 2013, 214503, doi:10.1103/PhysRevLett.110.214503

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Bugwelle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen