Schlepprinne

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

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.

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.

Für Propellerfreifahrtversuche in der Schlepprinne werden hauptsächlich Dynamometer der Typen H29 und H39 von Kempf & Remmers genutzt. Beide Dynamometer messen Schub und Drehmoment des Propellers. An beiden Geräten kann zusätzlich eine Messwaage für den Düsenschub montiert werden. Das Gerät H39 kann mit einer Welle ausgerüstet werden, die die Messung der Querkräfte des Propellers ermöglicht.

Die Dynamometer ermöglichen die Durchführung der Versuche mit Wellenneigung.

Freifahrtkästen FK1, FK4

Die Freifahrtkästen FK1 und FK4 bieten die Möglichkeit, Freifahrtversuche mit den Innenantriebsdynamometern für Schiffsmodelle durchzuführen. Verwendet werden dafür an den Messbereich angepasste Dynamometer von Kempf & Remmers sowie für den FK4 das Gegenlaufdynamometer R40 von Kempf & Remmers. Die Messwaage für Düsenschub kann an beiden Geräten zusätzlich montiert werden.

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.

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
Messung von
Schubkraft	✓
Seitenkräfte	2
Drive torque	✓
Torque	✓
Max. force component [N]	200
Max. drive torque [Nm]	8

Mit der Flügelverstellnabe ist die dynamische Verstellung der Steigung im Versuch, beispielsweise für Stoppmanöver, möglich. Die Flügelverstellnabe realisiert die Veränderung der Flügelsteigung mit einem Schrittmotor. Es sind 2 Endlagenschalter eingebaut, die den Motor bei ±30° Verstellwinkel abschalten. Die mittlere Steigung ist auf dem Nabenfuß markiert. Gemessen wird der Winkel über ein Potentiometer. Gelagert wird die Nabe in einem Kohlenstoffring. Die Steuerdaten und die Werte des Potis werden über einen Schleifringkörper übertragen.

Bei stärkerem Seegang, besonders in Verbindung mit hohen Schiffsgeschwindigkeiten, kann infolge von Tauch- und Stampfbewegungen meist der Vorschiffsbereich eines Schiffes aus dem Wasser austauchen. Beim Wiedereintauchen können bei Überschreitung einer kritischen relativen Vertikalgeschwindigkeit an der Rumpfoberfläche infolge von Stoßbelastungen enorme Drücke und Kräfte auftreten, die Beschädigungen am Schiff verursachen können.

Um diese Problematik experimentell zu untersuchen, wurde in der SVA eine hydraulische Slamminganlage entwickelt. Mit dieser Anlage können Schiffsmodelle mit einer Frequenz bis zu 2.0 Hz und einer Amplitude bis 10 cm zu Stampf-, Tauch- und gekoppelten Bewegungen angeregt werden. Es können Modelle mit einer Länge von 5.5 m und einer bewegten Masse von 500 kg untersucht werden. Durch die Messung von Druckschwankungen im kHz-Bereich an bis zu 30 Messpunkten können örtliche Spitzendrücke identifiziert werden.

Messungen mit Tauchkörpern werden an Originalen bzw. Kopien in Originalgröße und an maßstabsgetreuen Modellen durchgeführt. Das Spektrum der Versuchsobjekte erstreckt sich von Tauchfahrzeugen, wie ROVs, AUVs über U-Boote bis hin zu speziellen Untersuchungen an Meerestieren und Tauchern. Zur Bestimmung des Bewegungsverhaltens von Unterwasserfahrzeugen in vertikaler und horizontaler Ebene, für Widerstands- und Propulsionsversuche sowie Nachstrommessungen wird das SUBPMM-System (SUBmarine-Planar-Motion-Mechanismus) verwendet. Die Besonderheit der Anlage besteht darin, dass die Messstellen der Kräfte innerhalb des Modells angebracht sind und damit die Einflüsse der Schleppvorrichtung eliminiert werden. Die Anlage ist für Modellgrößen von 1 – 6 m und Tauchtiefen von 0.5 – 2.5 m einsetzbar. Für den Antrieb der Modelle stehen gekapselte Motor-Dynamometer-Module verschiedener Größe zur Auswahl.Für die Bestimmung des Bewegungsverhaltens von Unterwasserfahrzeugen kann mit der SUBPMM-Anlage der einfachen Schleppbewegung des Modells eine Bewegung in einer weiteren Ebene überlagert werden. Zudem kann der Anstellwinkel des Modells als auch der Steuerorgane variiert werden. Somit ist es möglich, die Koeffizienten für die Bewegungsgleichungen zu ermitteln.

Die SUBPMM-Anlage wird darüber hinaus für Widerstands- und Propulsionsversuche verwendet. Für Nachstrommessungen wird ein Rechen mit Drucksensoren eingesetzt, der automatisch verstellbar ist.

In den FuE-Vorhaben, „Maßstabseffekte bei der Bestimmung des Manövrierverhaltens von Unterwasserfahrzeugen durch Modellversuche“ [3], „Korrelation des Widerstandes getauchter Körper“ [1], „Interferenzerscheinungen bei Substrukturen von getauchten Körpern“ [2] und „Einfluss der Reynoldszahl auf die Sogziffer“ [4] erfolgten Geosim-Versuche und Berechnungen für Unterwasserfahrzeuge zum Bewegungsverhalten, Widerstand und Interferenzerscheinungen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in die Korrelation für die Großausführungsprognosen eingeflossen.