Wozu dient die Nase unter dem Bug? Ohne sie kann das Boot nicht schnell fahren.

Haben Sie schon einmal diese Hochseefrachtschiffe bemerkt, die gegen Wind und Wellen segeln? Unter dem Bug befindet sich ein deutlicher kugelförmiger Vorsprung. Es sieht so aus, als ob der Bug eine Nase hätte, was überhaupt nicht zur Gesamtform des Schiffes passt. Wofür wird dieses Ding verwendet?

Dieses Ding wird „Schiffsbug“ oder auch „Schiffskugelbug“ genannt. Auch wenn es nicht besonders gut aussieht, sollten Sie es nicht unterschätzen, denn ohne es kann das Schiff nicht schnell fahren. In der Vergangenheit betrug die Höchstgeschwindigkeit von Hochseefrachtern 33 Knoten, heute liegt die Fahrgeschwindigkeit von Hochseefrachtern meist bei etwa 20 Knoten. Was bedeuten 20 Knoten? Das entspricht etwa 37 Kilometern pro Stunde. Diese Geschwindigkeit ist wirklich nicht langsam, da die Geschwindigkeit der Autos auf der Straße im Allgemeinen 40 Kilometer pro Stunde nicht überschreitet. Auch auf der Bundesstraße gilt eine Geschwindigkeitsbegrenzung von 80 Kilometern pro Stunde.

Die Geschwindigkeit eines Autos auf der Autobahn beträgt 80 Kilometer pro Stunde, während die Geschwindigkeit eines Hochseefrachters 37 Kilometer pro Stunde beträgt, also weniger als die Hälfte der Geschwindigkeit eines Autos. Vergessen Sie jedoch nicht, dass das Schiff im Wasser fährt und der Widerstand des Wassers etwa 800-mal so groß ist wie der Widerstand der Luft. Finden Sie die Geschwindigkeit des Schiffes vor diesem Hintergrund nicht erstaunlich?

Warum können Schiffe so schnell sein? Mindestens die Hälfte des Verdienstes gebührt dem „Bug“, jener bauchigen Ausbuchtung direkt unter dem Bug. Wie erhöht der Bug also die Geschwindigkeit des Schiffes? Schauen wir uns zunächst an, woher der Widerstand eines Schiffes während seiner Reise hauptsächlich kommt. Wenn das Schiff vorwärts fährt, wird es durch das Meerwasser vor ihm blockiert, sodass das Meerwasser am Bug durch das Schiff nach oben gedrückt wird. Dann fließt das hochgedrückte Meerwasser entlang des Rumpfes zu beiden Seiten des Rumpfes und bildet wellenförmige Wellen an der Seite des Schiffes.

Der Widerstand, dem ein Schiff beim Segeln ausgesetzt ist, hängt eng mit einem Faktor zusammen: der Kontaktfläche zwischen dem Meerwasser und dem Schiff. Die wellenförmigen Wellen vergrößern zwangsläufig die Kontaktfläche und erhöhen dadurch den Widerstand, dem das Schiff ausgesetzt ist, was sich auf die Fahrgeschwindigkeit des Schiffes auswirkt. Dieser Widerstand wird als „Wellenwiderstand“ bezeichnet.

Wir können auch darüber nachdenken, wie der Wellenwiderstand ein Schiff im Kern verlangsamt. Bewegung erfordert Energie. Vor der Ankunft des Schiffes war das Meer ruhig. Die auf- und abschwellenden Wellen wurden vollständig durch das Schiff verursacht, sodass die Energie für die auf- und abschwellenden Wellen im Wesentlichen vom Schiff bereitgestellt wurde. Diese Wellen verbrauchten tatsächlich einen Teil der Energie des Schiffes. Um den Leistungsverlust zu verringern, müssen wir einen Weg finden, diese Wellen zu eliminieren, und so entstand der „Bug des Schiffes“.

Nach der Installation des Buges werden die Wellenschwankungen auf beiden Seiten des Rumpfes deutlich reduziert und auch die Geschwindigkeit des Schiffes wird deutlich verbessert. Erfahrungsgemäß kann die Höchstgeschwindigkeit desselben Schiffes mit und ohne installierten Bug um 5–10 Knoten abweichen.

Die Rolle des Buges ist unbestreitbar. Wie also beseitigt der Bug Wellen? Dies lässt sich in zwei Aspekte unterteilen. Ein Aspekt ist die Form des Bogens selbst. Der Bug eines Schiffes ist ein kugelförmiges Objekt. Wir können ein Experiment machen. Ziehen Sie mit einem Seil einen kleinen Ball in ein Wasserbecken und bewegen Sie ihn dann mit einem Seil einen kleinen Würfel in das Wasserbecken. Sie werden feststellen, dass die von der kleinen Kugel erzeugten Wellen deutlich kleiner sind als die des Würfels. Warum ist das so? Denn vor dem kugelförmigen Objekt wölbt sich das Wasser aufgrund des Drucks, doch wenn das gewölbte Wasser die Rückseite der Kugel erreicht, fällt der Druck sofort ab und die gewölbte Wasseroberfläche fällt schnell zurück, sodass die Wellen natürlich kleiner werden.

Der zweite Grund besteht darin, dass der Bug des Schiffes eine Welle bildet, die sich um 180° dreht und die ursprüngliche Welle aufhebt.

Wenn ein Schiff vorwärts fährt, bilden sich auf beiden Seiten des Rumpfes Wellen. Die vom Bug erzeugten Wellen sind den in anderen Teilen entstehenden Wellen genau entgegengesetzt. Welcher Effekt tritt also auf, wenn sich zwei entgegengesetzte Wellen überlagern? Natürlich heben sie sich gegenseitig auf, sodass das ursprüngliche Auf und Ab der Wellen ruhig wird. Die Nutzung des Überlagerungseffekts von Wellen zur Beseitigung von Wellen hat im Leben vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise verwenden Schallwellen entgegengesetzte Schallwellen, um die ursprünglichen Schallwellen zu eliminieren. Dies ist das Grundprinzip von Kopfhörern mit Geräuschunterdrückung. Nun stellt sich eine neue Frage: Wie erzeugt der Bug des Schiffes eine Welle, die sich genau um 180° dreht?

Die Größe der Wellen, die ein Schiff während seiner Fahrt erzeugt, hängt eng mit der Fahrgeschwindigkeit des Schiffes zusammen. Die durch unterschiedliche Segelgeschwindigkeiten erzeugten Wellen sind äußerst unterschiedlich.

Wenn also der Bug des Schiffes eine Rolle spielen soll, muss es eine „Entwurfsgeschwindigkeit“ geben. Der Bug eines Schiffes kann nicht garantieren, dass er immer Wellen erzeugt, die sich um 180° drehen. Es kann nur bei der vorgesehenen Geschwindigkeit wirksam sein. Wenn die Schiffsgeschwindigkeit von der Konstruktionsgeschwindigkeit abweicht, wird die widerstandsmindernde Wirkung des Buges stark reduziert. Es können sogar Wellen entstehen, die zu bestimmten Zeiten genau den ursprünglichen Wellen entsprechen. Durch die Überlagerung dieser Wellen entstehen größere Wellen, die den Fahrwiderstand des Schiffes erhöhen. Darüber hinaus werden bei unterschiedlichen Schiffen unterschiedliche Anforderungen an die Form des Buges gestellt. Die häufigsten sind der Widderbug und der tropfenförmige Bug. Ersteres wird häufig bei Hochseefrachtschiffen verwendet, letzteres überwiegend bei Hochgeschwindigkeitsschiffen.

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