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Die ruhige Kraft des homogenen Nachstroms

 

Fahrleistung: Geometrie zwischen Ausgleichsdüse und Spoiler entscheidet

Schwingungen, wie sie etwa vom Propeller an Schiffen mit strömungsungünstigem Unterwasserheck ausgehen können, bergen die Gefahr, Konstruktionsteile und ihre Verbindungen anzugreifen. Sie beeinflussen in Form von Schall den Komfort und die mäßige Hydrodynamik solcher Risse mindert natürlich die Fahrleistung von See- und Binnenschiffen. Dass Zustromausgleichsdüsen hier einiges verbessern können, ist bekannt. Dass zusätzliche Spoiler die Effektivität merklich erhöhen, wenn sie mit den Halbschalen am Rumpf als eine Einheit entworfen werden, belegen Messreihen an Modellen und auf See.

Durch den Einsatz der W.E.D. in Kombination mit Umlenkflossen, den Grothues-Spork Spoiler, werden erstaunliche Verbesserungen erzielt. Die erhebliche Beeinträchtigung des Propulsionsgütegrades durch Fallströmungen wurde lange unterschätzt und konnten durch verfeinerte Meßmethoden näher untersucht werden. Hierbei zeigte es sich, dass die abfallende „Crossflow“ eine Folge der am Schiffsrumpf bei Fahrt auftretenden hydrodynamischen Druckunterschiede ist, nach denen sich die Strömung nach Geschwindigkeit und Richtung orientiert und ausrichtet.

Nach erfolgreichen Modellversuchen mit Strömungsleitflossen in Berlin, Japan und Norwegen ließen sich sehr gute Erfolge durch die Kombination der Schneekluth W.E.D. mit Spoilern erzielen. So wurden in der Niederländischen Versuchsanstalt MARIN für laufende Tankerneubauten Brennstoffeinsparungen von 9,7% und in der HSVA in Hamburg für E3-Tanker Verbesserungen von 11,8% erreicht.

Für die Schiffsbau-Versuchsanstalt Potsdam erklären sich propeller-induzierte Pulsationen unter anderem mit einer inhomogenen Anströmung der Schraube. In einem nicht-laminaren, turbulenten Strömungsfeld ändere sich der Anstellwinkel der Propellerflügel mit jedem Winkelschritt. Das wiederum bedeute für die Schraube eine permanent wechselnde Belastung und damit zwangsläufig Schwingungen.

Die Druckimpulse pflanzen sich über die Außenhaut fort, unter Umständen bis in den Antrieb, sind aber vor allem eine Gefahr für Schweißverbindungen nahe dem Propeller, mithin für die Ruderanlage. Des Weiteren kann sich der Propeller im turbulierenden Umfeld im wahren Sinn des Wortes nicht kraftvoll abstützen. Die Maschine muss für eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit bei ungünstigen Nachstrom-Verhältnissen mehr leisten als bei einem, über die gesamte Propellerfläche gesehen, vergleichmäßigtem Nachstrom.

Das raue Gesicht der Flotte

Die Konstrukteure bemühen sich deshalb um schlanke, strömungsgünstige Unterwasser-Heckpartien. Ziel: Erst gar nicht hydrodynamische Inhomogenitäten zuzulassen. Das gelingt heute auch mehrheitlich. Nun ist allerdings das Gesicht der Handelsflotte nicht durch Neubauten geprägt. Das Gros des aktuellen Bestands an Bulk Carriern, Tankern, Containerschiffen schiebt sich mit relativ plumper Heck-Geometrie durchs Wasser und muss deshalb Einbußen in Wirtschaftlichkeit (Verbrauch, unter Umständen auch Instandhaltungskosten) und Fahrkomfort hinnehmen. In beschränktem Maße gilt das ebenfalls für neue Rümpfe, wenn zum Beispiel die Positionierung der ausladenden Hauptmaschine ganz hinten im Heck die Optimierung der Linien bremst.

Doch ist es möglich, einen Teil der Verluste mit Spoilerblechen am Rumpf, im Anströmbereich des Propellers, sowie mit einer Zustromausgleichsdüse des Typs Schneekluth abzufangen. Sie ist nach ihrem Entwickler Prof. Dr.-Ing. Herbert Schneekluth benannt. Angeschweißt wird sie back- und steuerbordseitig am Heckende des Unterwasserschiffs. Physikalisch gesehen handelt es sich um einen zu zwei Halbschalen gebogenen Venturi-Trichter aus Tragflächenprofil, mit der größeren Öffnung zum Bug und der Profilwölbung zur Schiffswand hin. Dadurch entsteht im Querschnitt ein Unterdruck, der das Wasser ansaugt, beschleunigt und weitgehend homogen zum Propeller kanalisiert. Angepasste Spoilerbleche unterstützen die Kanalisierung.

Aktuelle Untersuchungen, zum Beispiel der Marine Engineering Consulting, Wismar, an zwei Mehrzweck-Frachtschiffen vom Typ MPC Neptun 30 der Reederei Hermann Buss, Leer, belegen die Effizienz: Eine hydrodynamisch orientierte Auslegung und Anordnung von Spoilern und Ausgleichsdüse im Zustrombereich des Drei- oder Mehrflüglers baut Schwingungen bis 50 Prozent ab und gestattet die gleiche Fahrgeschwindigkeit mit weniger Leistung.

 

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Schneekluth Hydrodynamik Entwicklungs- und Vertriebsges. mbH
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