Thyssenkrupp techforum 1/2011

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
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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