Zur Messung der Kräfte an VSP Antriebe wurden spezielle Messwaagen entwickelt, welche im Vergleich zu den konventionellen VSP-Waagen die Messung von Schubkraft, zwei Seitenkräften sowie dem Antriebsmoment ermöglichen. Die VSP-Waagen können im Schiffsmodell, in der Schlepprinne und im Kavitationstunnel eingesetzt werden.
Technische Daten |
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| Messung von | |
| Schubkraft | ✓ |
| Seitenkräfte | 2 |
| Drive torque | ✓ |
| Torque | ✓ |
| Max. force component [N] | 200 |
| Max. drive torque [Nm] | 8 |
Zur Messung von Kräften und Momenten an umströmten Körpern stehen 3-Komponentenwaagen und 6-Komponentenwaagen mit verschiedenen Messbereichen und unterschiedlichen Einsatzgebieten zur Verfügung.Die Waagen R37SR1…6 sind für Freifahrtversuche und für den Einsatz in Modellen geeignet. Die Geräte sind für die Messung von Ruder- und Flossenkräften sowie die Erfassung integraler Kräfte an Thrustern konzipiert. Die Waagen sind mehrheitlich mit einem Drehtisch ausgestattet, mit welchem der Anstellwinkel statisch und dynamisch eingestellt werden kann. Für den Einsatz mit Thrustern werden die Waagen mit einem Antriebsmotor ausgerüstet. Das Gesamtdrehmoment wird mittels eines Drehmomentensensors erfasst.
Die Waage R200 ist für Freifahrtversuche mit großen Antrieben und für allgemeine Kraftmessungen konstruiert. Sie ist zusätzlich mit einem Drehtisch, Antriebsmotor und Drehmomentensensor ausgestattet.
Die Waagen R100, R250 und R350 werden für Kraftmessungen an Schiffen und schwimmenden oder getauchten Strukturen eingesetzt. Sie ermöglichen die Veränderung der Gier-, Trimm- und Krängungswinkel und die Applikation verschiedener Anbindungen.
Technische Spezifikationen 3- & 6-Komponentenwaagen |
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| Hauptparameter | R37SR 1, 2 | R37SR 3, 4 | R37SR 5, 6 | R200 | R100 | R250 | R300 | |
| Komponenten | 3 | 6 | 3 | 6 | 3 | 6 | 3 | |
| Kräfte | Fmax [N] | 500 | 500 | 1000 | 2000 | 1000 | 2500 | 3500 |
| Drehmoment | Qmax [Nm] | 20 | 20 | 20 | 20 | — | — | — |
Im Freifahrtversuch werden die Kennwerte des Propellers in homogener Zuströmung gemessen. Freifahrtversuche werden überwiegend in der Schlepprinne durchgeführt. Dazu verfügt die SVA über Freifahrtkästen und Propellerdynamometer. Im Freifahrtkasten FK1 von Kempf & Remmers können Innenantriebsdynamometer mit unterschiedlichen Messbereichen verwendet werden, um mit der höchstmöglichen Genauigkeit zu messen. Zusätzlich kann der Freifahrtkasten zur Messung der Kräfte und Momente am Einzelflügel des Propellers eingesetzt werden. Dazu wurden Messnaben für Propeller mit drei, vier und fünf Flügeln entwickelt. Zur Untersuchung von Gegenlaufpropellern wird das Dynamometer R40 von Kempf & Remmers eingesetzt. Das Dynamometer wird in den Freifahrtkasten FK4 eingebaut und kann mit einem oder zwei Motoren angetrieben werden, um die Gegenlaufpropeller mit festen oder variablen Drehzahlverhältnissen untersuchen zu können.
Die meisten Freifahrtversuche werden mit den Dynamometern H29 und H39 von Kempf & Remmers durchgeführt. Die Dynamometer unterscheiden sich in Größe und Messbereich und werden passend zum Modellpropeller ausgewählt.
Die Kennwerte des Propellers können auch im Kavitationstunnel K15A ermittelt werden. Der Einfluss des begrenzten Messstreckenquerschnitts auf die Anströmgeschwindigkeit oder den Schub und das Drehmoment des Propellers wird bei der Versuchsauswertung beachtet. Die SVA verwendet das Verfahren von Glauert [1] zur Berechnung der Wandkorrektur. Der Kavitationstunnel K15A verfügt über die Dynamometer J25 und H36 von Kempf & Remmers. Das Dynamometer H36 kann unter Nutzung einer Messnabe für die Messung der Kräfte und Momente am Einzelflügel des Propellers eingesetzt werden.
Alle Dynamometer können mit Ein- und Dreikomponentenwaagen kombiniert werden. Damit ist die Messung der Freifahrtkennwerte von Düsenpropellern oder komplexen Propulsionssystemen möglich. Außerdem können jeweils zwei Dynamometer und auch Waagen gemeinsam genutzt werden, um z.B. Gegenlaufpropeller, Tandempropeller oder spezielle Propulsionssysteme testen zu können.
Die Wellenneigung der Dynamometer H29, H39 und H36 kann variiert werden. Die Dynamometer H39 und H36 können zusätzlich mit Technik zur Messung der Quer- und Vertikalkräfte des Propellers ausgerüstet werden.
Die ausführliche Beschreibung der Versuchsdurchführung und –auswertung ist in den Unterlagen zu den Messungen mit dem Potsdam Propeller Test Case (PPTC) [2] enthalten.
Themenbezogene Referenzen/Forschungsprojekte
[1] Glauert, H.: Wind Tunnel Interference, W. F. Durand, Aerodynamic Theory, Vol. IV, Berlin 1935, Division L: Airplane Propellers; 296 – 306
[2] smp’11: 2nd Symposium on Marine Propulsors & 1st Workshop on Cavitation and Propeller Performance, June 17 -18, 2011, Hamburg, Germany
Technische Daten |
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| Nd:YAG Doppelpulslaser | 190 mJ, max. Frequenz 15 Hz |
| Auflösung CCD-Kameras | 2 Megapixel (1600 x 1200) |
| Farbtiefe/Graustufenauflösung | 12 bit |
| Max. Aufnahmefrequenz | 14.5 Hz |
| Sichtfeldgröße | 100 x 100 bis 800 x 1000 mm2 |
| Anzahl stereoskopische Aufnahmen pro Messung bei 14.5 Hz | 1200 |
| Max. Eintauchtiefe der Sonde | 0.7 m |
| Max. Eintauchtiefe der Einzelkomponenten | 4.5 m |
Hauptparameter |
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| Auflösung Translation | 1 mm |
| Auflösung Rotation | 0.1° |
| Max. Messbereich | 9 m x 35 m |
| Messprinzip | optisch |
Der Schleppwagen ist mit einem flexiblen Geräteträgersystem versehen, welches alle Geräte und Versuchsaufbauten aufnehmen kann. Der Träger am Heck des Schleppwagens ist hydraulisch stufenlos in der Höhe verstellbar. Dort werden beispielsweise die Freifahrtdynamometer und die U-Boot-Planarmotion-Anlage (SUBPMM) oder das PIV-System installiert. Kameras für das optische Bahnverfolgungssystem von QualiSys und Videokameras sowie Fotoapparate für die Aufzeichnung von Versuchen und Bildern vom Wellensystem vervollständigen die Ausstattung des Schleppwagens.
Technische Daten |
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| Schlepprinne | ||
| Länge | [m] | 280 |
| Breite | [m] | 9 |
| Tiefe | [m] | 4.5 |
| Schleppwagen | ||
| Max. Wagengeschwindigkeit | [m/s] | 7.5 |
| Genauigkeit Wagengeschwindigkeit | [mm/s] | 0.6 |
| Wellenmaschine | ||
| Max. Wellenhöhe | [m] | 0.3 |
| Wellenarten | regulär, irregulär, Wellenpakete | |
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