Dipl.-Ing. Christian Thieme, thyssenkrupp Marine Systems GmbH, Hamburg
Die Anforderungen an das Propulsionssystem im Marineschiffbau sind vielfältig. Ungeachtet dessen ist auch heute nach fast 200 Jahren seiner ersten Patentierung der konventionelle Propeller der Standard bei Marineanwendungen. Sicher sind es in diesem Anwendungsbereich spezielle Designpropeller für in der Regel relativ hohe Schiffsgeschwindigkeiten, doch hat sich die grundsätzliche Anordnung in den letzten Jahrzehnten nicht wesentlich verändert. Dennoch steigen die Anforderungen an die Effizienz des Propulsionssystems, aber auch hinsichtlich der Erregung von Schiffskörperschwingungen und der Akustik weiter. An dieser Stelle seien nur die Themenbereiche Kavitation und Kavitationseinsatzgrenzen erwähnt. Ein nicht ganz neues aber neuartiges Propulsionssystem für Korvetten oder Fregatten ist der Linear Jet bzw. der Voith Linear Jet. Ist prinzipiell das Potential dieses Ro-tor-Stator-Düsen Antriebes bekannt, so hat der Ingenieur durch moderne Simulations- und Entwicklungswerkzeuge heute die Möglichkeit, derartige komplexe Systeme zu berechnen. Der numerische Schleppversuch und der numerische Propulsionsversuch sind bereits Stand der Technik. Die Integration eines Linear Jets in einen Marine-Schiffslinienentwurf unter Berücksichtigung aller physikalischen Wechselwirkungen stellt aber nicht nur numerisch eine besondere Herausforderung dar. Der Vortrag gibt einen Einblick in diese praktischen Herausforderungen und das Engineering. Die Gegenüberstellung einer konventionellen Propulsionsanlage mit einer vergleichbaren Linear Jet Anlage erfolgt am Beispiel einer Korvette. Diese Simulationen beschreiben den Stand der Technik für den numerischen Propulsionsversuch und stellen durch die Berücksichtigung der 2-Phasenströmung, der freien Schwimmlage des Schiffes im Rahmen der „Rigid Body“ Funktionalität und die implementierte Propeller-Drehzahlregelung quasi den Selbstantriebspunkt des freifahrenden „Full Scale“ Schiffes dar. Es wird die Frage beantwortet, ob und inwieweit eine Integration bei diesem Schiffstyp gelingt und welche Propulsionsgütegrade erreichbar sind. Darüber hinaus geben die Ergebnisse und Diskussionen einen Ausblick in weitere Potentiale eines Linear Jet Propulsionssystems wie z.B. Reduzierung von Lastschwankungen und Strukturerregungen sowie Verringerung der akustischen Signatur.
The requirements for the propulsion system in naval shipbuilding are manifold. Even today after almost 200 years of his first patenting, the conventional propeller is the standard in naval applications. Certainly, in this field of application there are special design propellers for generally relatively high ship speeds, but the basic arrangement has not changed significantly in recent decades. The requirements for the efficiency of the propulsion system, but also with regard to the excitation of hull vibrations and the acoustics, continue to increase. At this point, only cavitation and cavitation limits are mentioned. An innovative propulsion system for corvettes or frigates is the Linear-Jet or the Voith-Linear-Jet. The potential of this rotor-stator-nozzle drive is known. Today the engineer has through modern simulation and development tools more possibilities to calculate such complex systems. The numerical tank test and the numerical propulsion test are already state of the art. The successful integration of a Linear-Jet into a naval ship design is not only a numerical challenge. The presentation gives an insight into these practical challenges and the engineering. The comparison of a conventional propulsion system with a comparable Linear-Jet system is based on the example of a corvette. By considering the two-phase flow, the free floating position of the ship as part of the "Rigid Body" functionality and the implemented propeller speed control, these simulations represent the self-propelled point of the "full scale" ship. The question is answered, if and to what extent an integration with this type of ship succeeds and which propulsion efficiencies are achievable. In addition, the results and discussions provide an outlook on further potentials of a Linear-Jet propulsion system, e.g. reduction of load fluctuations and structure excitations as well as reduction of the acoustic signature.