Autor: pa

3- und 6-Komponenten-Waagen

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Waagen_R37SRxy2

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.

 

Waagen_R350_smallWaagen_R250_smallWaagen_R100b_smallWaagen_R100a_smallWaagen_R200

 

Technische Spezifikationen 3- & 6-Komponentenwaagen
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 — — —

 

Freifahrtversuche

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FF_Diagramm

FF_H39c_small

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.

 

FF_FK1_smallFF_FK4_smallFF_ZeichnungFreifahrt_K15A_SVA-Potsdam_2015_small

 

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

3D-PIV-System

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3D_PIV_Konfigs3D_PIV_TurmCAD_PIV_Turm_forPrint3D_PIV_Rollanlage

Das 3D-PIV-System (TSI) der SVA ermöglicht die Vermessung von Geschwindigkeitsfeldern im Wasser. Dabei können Sichtfelder von bis zu 800 x 1000 mm2 mit einer Frequenz von 14.5 Hz erfasst werden. Bei dieser Maximalfrequenz können bis zu 1200 Aufnahmen am Stück erzeugt werden. Neben den klassischen Nachstromdaten der Geschwindigkeitsverteilung entlang bestimmter Radien können auch Wirbelstärke und Turbulenzgrad direkt aus den PIV-Messergebnissen gewonnen werden. Weitere technische Angaben entnehmen Sie bitte der Tabelle.Lesen Sie hier mehr über unser 3D-PIV-System und die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten.

Technische Daten
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

Bahnverfolgungssystem QUALISYS

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Mit dem Qualisys Kameraortungssystem steht ein hochgenaues, berührungsloses Messsystem zur Bewegungsidentifizierung von Manövriermodellen in Glattwasser und im Seegang zur Verfügung. Mit dem System können die sechs Freiheitsgrade (Stampfen, Rollen, Gieren, Schnellen, Versetzen und Tauchen) in Echtzeit mit bis zu 500 Hz gemessen werden. Der Messbereich umfasst einen maximalen Bereich von 9 m x 35 m. In diesem Bereich können die Positionen von zwei unabhängigen Körpern mit einer Genauigkeit von 1 mm in der Position und 0.1° im Winkel aufgelöst werden. Die gemessenen Positionsdaten können zeitsynchron mit beliebigen anderen Messstellen (Wellenhöhen, Kraftmessungen, usw.) gespeichert werden.

Hauptparameter
Auflösung Translation   1 mm  
Auflösung Rotation   0.1°  
Max. Messbereich 9 m x 35 m  
Messprinzip optisch  

Schlepprinne, -wagen

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Rinne_CAD_small

SR_Schlepprinne_Zeichnung

SR_Lotsenboot

SR_SUBPMM_Traeger

Die SVA Potsdam betreibt eine Schlepprinne. Diese ist 280 m lang und hat einen Rechteckquerschnitt von 9 m Breite und 4.5 m Tiefe. Die Maximalgeschwindigkeit des Schleppwagens beträgt 7.5 m/s mit einer Genauigkeit von 0.6 mm/s Der Antrieb des Schleppwagens erfolgt über zwei Doppelstator-Linearmotoren. Stirnseitig an der Rinne befindet sich ein Wellenerzeuger, welcher regulären, irregulären Seegang sowie Wellenpakete bis zu einer Wellenhöhe von 0,30 m erzeugen kann. Trimmtankseitig endet die Schlepprinne in einem Strand als Wellendämpfer.In der Schlepprinne werden Freifahrtversuche mit Propellern und Propulsionssystemen, Widerstands- und Propulsionsversuche sowie Nachstrommessungen und Farbanstrichversuche durchgeführt. Ergänzt wird das Spektrum durch Manövrier- und Seegangsversuche und Versuche mit Tauchkörpern.

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
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  

Kavitationsbeobachtungen, Druckschwankungs-, Schwingungs- und Wasserschallmessungen

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GA_Mess_Spitzenkav_small

Zur Analyse der Schwingungserregung und Geräuschabstrahlung durch den Propeller oder Anhänge am Schiffe erfolgen Kavitationsbeobachtungen, Druckschwankungsmessungen an der Außenhaut des Schiffes, Körperschallmessungen an der Propellerwelle und Wasserschallmessungen vom Beiboot aus. Die Beobachtung der Kavitation kann über Fenster in der Außenhaut des Schiffes oder über Mikrokameras mit Endoskop erfolgen. Die vom Propeller induzierten Druckschwankungen werden mit Absolutdrucksensoren in der Außenhaut über dem Propeller gemessen. Beschleunigungsmessungen mit hohen Datenraten an der Welle des Propellers werden zur Bewertung der hydroakustischen Kennwerte von Propellern genutzt. Wasserschallmessungen werden nach Möglichkeit mit Hydrofonen durchgeführt, die von einem Beiboot aus in verschiedenen Wassertiefen angeordnet werden.

 

GA_Mess_Beiboot_smallGA_Mess_Dr_S_lauscht_smallGA_Mess_Messequipment_smallGA_Mess_Welle_smallGA_Mess_Campbell