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64 / Thema Komposit-Propeller für Uboot-Klasse 212A ThyssenKrupp techforum 1 | 1 2011 I 2011
Akustisch optimierter Propeller aus Kompositwerkstoffen Dipl.-ing. aXEl paul Theoretical Engineering, Team Strength Calculation Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel Dipl.-maTH. anDrEaS ScHmiDT Theoretical Engineering, Team Hydrodynamics Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel Dipl.-ing. Eric Wolf Theoretical Engineering, Team Hydrodynamics Howaldtswerke-Deutsche Werft gmbH Kiel Die Howaldtswerke-Deutsche Werft, eine Gesellschaft der ThyssenKrupp Marine Systems, ist auf die Konstruktion und den Bau von nichtnuklearen Ubooten spezialisiert. Für die neuen Uboote der Klassen 212A sowie 214 entwickelt und fertigt HDW einen wegweisenden neuen Propeller aus Kompositmaterial mit hochdämpfenden viskoelastischen Zwischenschichten, der mit seinen hervorragenden akustischen Eigenschaften ein weiteres Allein- stellungsmerkmal bildet, das die HDW-Uboote für die Kundenmarinen noch attraktiver macht. ThyssenKrupp techforum 1 I 2011 / 65 Vom Guss- zum Kompositpropeller zweiter Generation Primäre Entwicklungsziele für Ubootpropeller sind ein verbesserter Wirkungsgrad und verringerte Signaturen – akustisch, magnetisch und elektrisch. Dabei steht die Reduzierung der akustischen Signatur an der Spitze, da passives Sonar zurzeit der wirksamste Sensor gegen Uboote ist. Für das Propellerdesign bedeutet das unter anderem die vollständige Vermeidung von Kavitation und die Verringerung von Druckschwankungen am Propeller. Dies wird mit einer geeig- neten Propellergeometrie erreicht, für die HDW neue Entwurfs- werkzeuge entwickelt hat. Eine weitere Forderung ist die Vermeidung des so genannten Propellersingens und -brummens. Dies sind selbst- erregte Schwingungen der Propellerflügel, wobei das Singen vermehrt bei Frequenzen über 300 Hz und das Brummen eher darunter liegt. Diese Schwingungen können durch eine passende Geometrieänderung (Anti-Singkante) abgestellt werden. Durch eine hohe Strukturdämpfung lässt sich die Gefahr des Propellersingens schon in der Entwurfsphase nahezu ausschließen. Ein Maß für die Strukturdämpfung ist der modale Verlustfaktor η, der das Verhältnis von dissipierter Energie zu maxi- maler Formänderungsenergie für jede Schwingungsmode beschreibt. Die bisher verwendeten Gusspropeller aus der bereits hoch dämpfenden Mangan-Bronze-Legierung ’Sonostone’ haben einen modalen Verlustfaktor von η = 0,5 %. Ein modaler Verlustfaktor von η = 1 % wurde durch die erste Generation von Kompositpropellern aus Kohle-, Glas- und Aramidfasern erreicht. Erstmalig wurde ein solcher Propeller für die Klasse 206A der deutschen Marine entwickelt / Bild 1 /. Insge- samt zwei Propeller wurden für mehrere Jahre erfolgreich getestet und zeigten insbesondere gute akustische Eigenschaften. Daraufhin wurde ein größerer Kompositpropeller für die Klasse 212A entwickelt / siehe Titelbild des Berichtes /. Im Gegensatz zum in einem Stück Bild 1 / Kompositpropeller Klasse 206A
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