Kavitationstest an einem Düsenpropeller.

Kavitation tritt in einem Fluid dann auf, wenn der lokale statische Druck unter den Dampfdruck sinkt. Dieses Phänomen tritt häufig bei Schiffen (Propeller, Tragflächen, Ruder) oder auch in Pumpen auf. Kavitation ist außerdem eine Hauptursache für Vibrationen und Geräuschabstrahlung und kann unter ungünstigen Bedingungen Schäden an Propellern und  Rudern verursachen.

Propeller werden allgemein unter Berücksichtigung der maximal zulässigen Druckschwankungen entworfen, die sie am Schiffsrumpf induzieren. Zusätzlich muss kavitationsbedingte Erosion generell vermieden werden. Die Bestimmung des Kavitationsverhaltens eines Propellers in Verbindung mit der Vorhersage von Schiffsvibrationen und Geräuschabstrahlung ist immer noch eine anspruchsvolle Aufgabe. Die Ingenieure der SVA setzen zu ihrer Lösung moderne numerische Werkzeuge, Kavitationstests und Großausführungsbeobachtungen ein.

Die SVA Potsdam betreibt den Kavitationstunnel K15A von Kempf & Remmers seit 1971. In den zwei auswechselbaren Messstrecken können Kavitationsuntersuchungen an Propellern, Rudern, Tragflächen, gegenläufigen Propellern, Doppelpropellern, Düsenpropellern, Strahlantrieben, Pod-Antrieben, vollgetauchten Waterjets und Vertikal-Achsen-Rotoren durchgeführt werden.

Kavitationstunnel K15A mit vollgetauchtem Waterjet.

Bei dem in der SVA eingesetzten Verfahren zur Kavitations- und Druckschwankungsmessung werden ca. 2.6 m lange Dummy-Modelle eingesetzt, mit denen das Nachstromfeld der Großausführung simuliert wird. Das Hinterschiff wird bis zum Spant 2 geometrisch ähnlich zur Großausführung gebaut. Die Verblockung der Messstrecke beträgt normalerweise 10 bis 22 Prozent.

Einen typischen Testaufbau für einen Einschrauber zeigt die Zeichnung. Der Propeller wird über das Dynamometer angetrieben, während das Ruder an der Messwaage für die Ruderkräfte befestigt ist. Die Druckmessdosen sind am Dummy-Modell angebracht.

Messstrecke mit Dummy-Modell.

Bei der Untersuchung von Propellern wird das Kavitationsverhalten in Kavitationsskizzen, Fotografien und Videos aufgezeichnet. Seit 2004 kann an der SVA Potsdam auch ein Hochgeschwindigkeits-Videosystem der Marke Photron für Kavitationsbeobachtungen eingesetzt werden. Die digitale Kamera erlaubt Aufnahmen im Bereich von 2000 Bildern pro Sekunde bei einer Auflösung von 1024x1024 Pixeln bis zu 120.000 Aufnahmen pro Sekunde bei 128x16 Pixeln. Die Hochgeschwindigkeitstechnik überwindet die Beschränkungen der konventionellen Stroboskop-Technik. Stroboskop-Videos geben zwar einen verlässlichen Gesamteindruck der Lage und Art der Kavitation unter verschiedenen Bedingungen, können aber nicht für die Bewertung der Kavitationsdynamik und ihres  Einflusses auf die Erosion eingesetzt werden.

Weitere technische Details zum Kavitationstunnel der SVA Potsdam finden Sie hier.