HANSA 03-2018

Schiffstechnik | Ship Technology
Quelle: HSVA
»Hauptsache schnell« zählt nicht mehr
Kleiner Aufwand, große Wirkung – Nabenkappenflossen und für Slow Steaming
optimierte Propeller liegen im Trend, während Numerik und 3D-Druck die Entwurfsund
Testprozesse verändern. Von Felix Selzer
Nabenkappenflossen sind eines der
»Hot Topics«, mit denen sich die Experten
an der Hamburgischen Schiffbau-
Versuchsanstalt (HSVA) derzeit beschäftigen.
Die hinter dem Propeller auf der
Ablaufhaube angebrachten Flügel sollen
Energie aus dem Nabenwirbel zurückgewinnen.
Auch Kappel-Propeller,
die durch leicht gebogene Flügelspitzen
deutliche Effizienzzugewinne versprechen,
werden vermehrt nachgefragt und
getestet. »Was die Nabenkappenflossen
angeht, haben wir sogar eine neue Versuchstechnik
entwickelt«, sagt Christian
Johannsen, Leiter der Abteilung Propeller
und Kavitation an der HSVA. Klassischerweise
würden Propulsionsversuche
im Schlepptank gemacht und Kavitationsversuche
im Kavitationstunnel. Im
Tank müsse man sich stets um das froudsche
Ähnlichkeitsgesetz kümmern, was
aber nur relativ niedrige Propellerdrehzahlen
erlaube, wodurch Reibungseffekte
überzeichnet würden. »Das ist gerade
bei den Nabenkappenflossen ein Problem,
weil der Gewinn, den sie bringen,
durch die zusätzliche Reibung aufgezehrt
wird. Daher haben wir eine Technik
entwickelt, bei der die vergleichenden
Propulsionsversuche bei sehr viel
höherer Geschwindigkeit im Kavitationstunnel
gemacht werden. Dabei lässt
sich nicht absolut der Leistungsbedarf eines
Schiffes ermitteln, aber den Unterschied
zwischen einem Schiff mit und
einem Schiff ohne Nabenkappenflossen
kann man auf diese Weise sehr genau
bestimmen«, so der Experte. Das werde
derzeit stark nachgefragt von Werften
und Reedereien.
Der Grund dafür ist der Trend zum
»Slow Steaming«. Schließlich sind noch
viele Schiffe im Markt, bei deren Design
Geschwindigkeit oberstes Ziel war. Den
gegenteiligen Trend gibt es schon seit einer
Weile, dennoch beobachtet Johannsen
immer noch eine starke Nachfrage
nach der Anpassung von Schiffen mit
möglichst geringem Aufwand.
»Fährt das Schiff langsam, geht der
Leistungsbedarf dramatisch zurück, die
Kavitationsgefahr sinkt von allein und
man kann näher an das Wirkungsgradoptimum
heran designen«, erklärt Johannsen.
Auch Hans-Jürgen Heinke,
Head of Department Propeller & Cavitation
an der SVA Potsdam, sieht durch den
Trend hin zu geringen Schiffsgeschwindigkeiten,
kleinen Drehzahlen und großen
Durchmessern zur Reduzierung der
Propellerbelastung ganz neue Freiräume
für den Entwurf. Diese könnten z.B. genutzt
werden, um das Flächenverhältnis
zu reduzieren und auch die Wahl der üblichen
Flügelzahl in Frage zu stellen. Bei
der Reduktion des Flächenverhältnisses
und der Flügelzahl mit dem Ziel der Wirkungsgradsteigerung
dürften die anderen
Aspekte der Propelleroptimierung, wie
Einhaltung der Grenzen für die Druckschwankungsamplituden
und die breitbandige
Schallabstrahlung, außer Acht
gelassen werden. Dies gelinge immer besser
durch die Anwendung moderner Optimierungsverfahren
für die Propellerauslegung
mit Mehrzielkriterien.
Die speziellen Propellertypen und Nabenkappen
werden derzeit auch von den
Herstellern selbst sehr stark forciert. Üblicherweise
zahlt die Modellversuche die
Werft, aber es gibt laut Johannsen mehr
und mehr Fälle, in denen die Hersteller
die Kosten übernehmen oder sich beteiligen.
»Für ein Schiff werden verschiedene
Propellerentwerfer eingeladen, die
ihre Entwürfe präsentieren, die dann hier
getestet werden. Früher hatte die Werft
ihren Haus- und Hof-Propellerhersteller,
der hat den Entwurf gemacht, dieser
wurde getestet und genommen, wenn er
gut war. Heutzutage sehen wir regelrechte
Wettbewerbe«, berichtet er.
Der Potsdamer Experte beobachtet,
dass sich mit der Fokussierung auf Passagier-
und Spezialschiffbau in Europa
die Nachfrage in der Propellerentwicklung
für Neubauprojekte gewandelt hat.
Gefordert würden Propeller und Propulsionssysteme
für Spezialschiffe, große
Yachten, Forschungs- und Marineschiffe
mit hohem Wirkungsgrad und
gleichzeitig einem niedrigen Druckschwankungs-
und Schallpegelniveau.
Diese zum Teil gegenläufigen Entwurfsziele
erfordern besondere Sorgfalt beim
Propellerentwurf.
Immer mehr in den Fokus rücke die
Schallabstrahlung von Schiffen. Im Falle
von Kreuzfahrtschiffen und Yachten geht
es um den Komfort an Bord, bei Propelleranwendungen
für Marine- und For-
68 HANSA International Maritime Journal – 155. Jahrgang – 2018 – Nr. 3