Thyssenkrupp techforum 1/2011

66 / Akustisch optimierter Propeller aus Kompositwerkstoffen
gegossenen Bronzepropeller, werden bei den Kompositpropellern
die Propellerflügel einzeln gefertigt und an der Propellernabe montiert.
Neben der erhöhten Strukturdämpfung zeichnen sich Kompositpropeller
auch durch ein deutlich geringeres Gewicht und eine
geringere elektrische Signatur aus.
In Zukunft wird der modale Verlustfaktor durch die Verwendung
von hochdämpfenden viskoelastischen Zwischenschichten im Verbund-
aufbau auf einen Wert von mindestens η = 4 % gesteigert werden.
Diese nächste Generation von Kompositpropellern wird nicht mehr
in Zusammenarbeit mit externen Partnern entwickelt und gefertigt,
sondern erfolgt über die gesamte Wertschöpfungskette bei HDW.
Propellerentwurf
Beim Entwurf einer Ubootantriebsanlage stehen die hydrodynamischen
Eigenschaften des Propellers und dessen Anströmung im Vordergrund.
Hier gilt es, den besten Kompromiss aus mehreren, sich teilweise
widersprechenden Entwurfszielen zu finden. Neben einem hohen
Wirkungsgrad sind meist eine geringe Kavitationsneigung und hohe
Anforderungen an die akustische Signatur die geforderten Entwurfsziele
für einen Ubootpropeller.
Durch lokales Unterschreiten des Dampfdruckes von Wasser entstehen
bei der Kavitation Dampfblasen am Propeller, die durch die anschließende
Blasenimplosion erhebliche strukturelle Schäden an den entsprechenden
Bauteiloberflächen verursachen können. Schlimmer noch
als diese Schäden ist für ein Uboot die drastische Vergrößerung der
Bild 2 / Druckkonturen an der Propelleroberfläche und Stromlinien im Propellernachlauf
Verratsreichweite durch die mit Kavitation verbundenen hohen Schall-
pegel. Die Kavitationsneigung kann z.B. durch ein großes Flächen-
verhältnis des Propellers und die Entlastung der Propellerflügel-
spitzen verringert werden. Diese Maßnahmen stehen jedoch meist im
Widerspruch zu einem hohen Wirkungsgrad. Hierfür bringen ein
geringes Flächenverhältnis und ein großer Propellerdurchmesser
Vorteile. Die akustischen Signaturen werden wiederum stark von der
Blattzahl und der Flügelrücklage, dem so genannten ’Skew’, beeinflusst.
Um für all diese Anforderungen einen möglichst passenden
Propeller zu finden, werden bei HDW gekoppelte Optimierungs- und
Strömungssimulationsverfahren (CFD – Computational Fluid Dynamics)
eingesetzt. Auf diese Weise werden für einen Propellerentwurf
mehrere hundert Entwurfsvarianten auf Kavitationseinsatz, Wirkungsgrad
und Signatur untersucht. Für den finalen Entwurf werden anschließend
die Berechnungsergebnisse mit Hilfe von Modellversuchen
verifiziert / Bild 2 /.
Entwicklung hochdämpfender Faserverbundstrukturen und
entsprechender Entwurfswerkzeuge
Die Werkstoffeigenschaften von Faserverbundstrukturen werden von
einer Vielfalt von Parametern bestimmt, darunter von der Faser-Matrix-
Kombination, der Faserorientierung in den einzelnen Lagen und dem
Lagenaufbau. Es besteht die Notwendigkeit, den Verbundaufbau bezüglich
der vibroakustischen Auslegung zu optimieren.
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