Pod-Antriebe: Untersuchung verschiedener Einflussfaktoren auf Propellerentwurf und Propulsionsprognose

Da Pod-Antriebe sich besonders zur elektrischen Propulsion von Schiffen eignen, wurde durch die Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH eine ausführliche Versuchsreihe durchgeführt, um Interaktionseffekte zwischen Propeller, Gondel und Schaft detailliert zu untersuchen. Hierfür wurden Versuche mit verschiedenen Ersatzsystemen am Freifahrtdynamometer sowie Versuche mit einem Z-Antrieb mit Messwelle durchgeführt. Zur Leistungs- und Geschwindigkeitsprognose sollte stets der Pod inklusive Propeller als geschlossenes Propulsionssystem betrachtet werden, da die Verwendung eines Ersatzsystems zu abweichenden Propulsionskennziffern führt. Hierfür wurde zusätzlich der Einfluss der verwendeten Leerlaufreibung zur Korrektur der Messungen überprüft. Dabei zeigt sich, dass für die korrekte Lastaufteilung zwischen Propellerschub und Gehäusewiderstand eine Leerlaufreibung im Stand verwendet werden sollte, um so die Kräfte, die in Fahrt auf die Nabe wirken, zu berücksichtigen. Im Gegensatz dazu steht die Perspektive des Propellerentwurfs und der Optimierung von Pod-Antrieben. Da bei den immer noch gängigen und auf Grund ihrer Geschwindigkeit auch nicht zu ersetzenden potentialtheoretischen Entwurfsverfahren die Flügel häufig isoliert (ohne Nabe und damit freifahrend) betrachtet werden, kann die Verwendung von Ersatzsystemen hier weitere Erkenntnisse zur Verbesserung der Entwurfssicherheit liefern. Es konnte festgestellt werden, dass sich verschiedene Naben- und Ablaufformen unterschiedlich auf die Propellerkennwerte auswirken. Um eine Vergleichbarkeit zu erreichen, wurde ein Verfahren verwendet, welches die Freifahrt verschiedener Ersatzsysteme und Pod-Freifahrten analog zur Auswertung eines klassischen Propulsionsversuches betrachtet. Über den Vergleich zur klassischen Propellerfreifahrt wird die Bestimmung von Wechselwirkungskoeffizienten auf Grundlage der Schubidentität ermöglicht. Mit diesen Koeffizienten kann der Propellerentwurf auf Basis der isolierten Betrachtung der Propellerflügel, wie es in der Freifahrt der Fall ist, auf das Zusammenwirken mit Podgondel und Schaft geprüft und der Entwurf entsprechend angepasst werden. Da die Vergleichbarkeit auf der Prämisse der Isolation der Kräfte an den Propellerflügeln beruht, ist hier zunächst die Anwendung der Leerlaufreibungskorrektur in Fahrt notwendig um die Druckkräfte, die auf die Nabe wirken, zu eliminieren. Durch die verschiedenen Ansätze zur experimentellen Betrachtung von Pod-Antrieben konnte festgestellt werden, welche Vorgehensweise für die jeweilige Aufgabenstellung im Zusammenhang mit der Propulsion von Pod-Antrieben am dienlichsten ist.

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