Raue Platte im Reibungsmessstand der SVA.

Die Oberflächenbeschaffenheit eines Schiffes hat einen erheblichen Einfluss auf den Schiffswiderstand und ist dabei insbesondere durch Bewuchs stark zeitabhängig. Durch Bewuchs kann z. B. der Schiffswiderstand um bis zu 50 % zunehmen. Aus diesem Grunde werden Schiffe mit bewuchsmindernden Anstrichen versehen. Auf der Suche nach neuen Antifouling – Beschichtungen wird auch nach Möglichkeiten geforscht, gleichzeitig die Reibung mit diesen Anstrichsystemen zu senken.
Die SVA Potsdam verfügt über einen Reibungsmessstand, mit dem der Reibungsbeiwert beliebiger Beschichtungen bestimmt werden kann. Ferner lassen sich auch raue oder strukturierte Oberflächen untersuchen.

Dafür wird die Struktur oder das Anstrichsystem auf zwei Messingplatten appliziert. Diese bilden zusammen einen schmalen rechteckigen Kanal, der von beruhigtem und gleichgerichtetem Wasser durchströmt wird. Aus dem gemessenen Druckabfall lassen sich die Reibungsbeiwerte in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit bzw. Reynoldszahl berechnen.



Für Reynoldszahlen kleiner als 10⁶ werden die Messwerte im Bereich der durch die laminaren (Blasius) bzw. turbulenten Strömung (ITTC 1957) und der Übergangskurve definierten Grenzlinien liegen.



Neben Untersuchungen von Beschichtungen für die Schifffahrt arbeitet die SVA mit dem Reibungsmessstand an der Erforschung des Einflusses von Mikrostrukturen auf den Reibungswiderstand. Ein Beispiel einer solchen Struktur ist die Haut von Haifischen, hier als  Silikonabformung der Haut eines Hundshaies gezeigt.

Silikonabdruck einer Haifischhaut.

Theoretischer Hintergrund

Der totale Schiffswiderstand ergibt sich nach der Hypothese von William Froude aus der Summe verschiedener Widerstandsanteile, nämlich Reibungswiderstand und Restwiderstand. Im Restwiderstand sind alle Einflüsse auf den Widerstand zusammengefasst, die mit der Verdrängung skalieren. Unter der Voraussetzung der Froude’schen Ähnlichkeit lässt sich der aus dem Propulsionsversuch im Modellmaßstab abgeleitete Restwiderstand des großen Schiffes durch einfache Skalierung mit dem Verdrängungsverhältnis ableiten. Die Skalierung des Reibungswiderstandsanteiles hängt dagegen von den Oberflächenbeschaffenheiten, vom Maßstab und den absoluten Geschwindigkeiten (Reynoldszahlen für Schiff und Schiffsmodell) ab. Im Folgenden wird nur der Reibungswiderstandsanteil betrachtet. Bei der Skalierung des Reibungswiderstandsanteils wird dabei die benetzte Schiffsoberfläche  in Beziehung zu einer gleich großen Fläche einer ebenen Platte bei gleichen Reynoldszahlen gebracht. Für die Berechnung des Reibungsbeiwertes für die glatte (und raue) Platte existieren Berechnungsmodelle in Abhängigkeit vom Strömungszustand (laminar, turbulent, Übergang laminar / turbulent) die aus theoretischen Betrachtungen und praktischen Versuchen abgeleitet wurden. Der Reibungsbeiwert lässt sich aus den Wandschubspannungen τW, der Dichte und der Geschwindigkeit des Fluids berechnen.