Design und Anwendung von Tunnelstrahlrudern

Tunnelstrahlruder werden von Schiffen verwendet, um beim Andocken eine seitliche Manövrierfähigkeit bei niedriger Geschwindigkeit und im Stillstand einen hohen Schub zu gewährleisten.

Tunnelstrahlruder ähneln den Azimutstrahlrudern, die hinter einem Schiff zum Antrieb verwendet werden, mit der Ausnahme, dass diese Triebwerke in einem Tunnel (einer Öffnung von einer Seite des Rumpfes zur anderen) entweder vorne (Bug) oder hinten (Heck) des Schiffes platziert sind. Außerdem ist der gesamte Aufbau unbeweglich, was bedeutet, dass das Laufrad im Tunnel nur eine Kraft quer zum Schiff erzeugen kann.

Schiffe, die mit Tunnelstrahlrudern ausgestattet sind, sind an dem Symbol eines großen Kreuzes in einem roten Kreis auf beiden Seiten des Rumpfes über der Wasserlinie über jedem der Triebwerke zu erkennen. Diese Triebwerke sind unterhalb der Wasserlinie mit der geringsten Belastung angebracht, sodass sie immer unter der Wasserlinie bleiben können

Der Hauptzweck des Einsatzes von Tunnelstrahlrudern wäre das Anlegen von Schiffen, insbesondere bei großen Schiffen wie VLCC, Passagierschiffen (einschließlich Ozeandampfern und Kreuzfahrtschiffen), bei starkem Wind und Gezeitenbedingungen.

Sie werden auch von Forschungsschiffen beim Sammeln von Proben oder beim Starten von AUVs oder ROVs verwendet, bei denen das Schiff ruhig bleiben muss. Sie verkürzen die Manövrierzeit und senken die Schleppkosten. Außerdem ist seit der Einführung von Tunnelstrahlrudern die Manövrierbarkeit speziell in Häfen einfacher geworden. Sie können entweder manuell oder mit Hilfe des dynamischen Positionierungssystems betrieben werden, was sie noch effizienter macht, da letztere selbstständig arbeiten können, indem sie einfach die Position über den Feedback-Mechanismus festlegen.

Tunnelstrahlruder auf Schiffen als:

① Bugstrahlruder (Wasserstrahl-Bugstrahlruder, konventionelle Bugstrahlruder und hydraulische Tunnelstrahlruder)

Wasserstrahl-Bugstrahlruder sind eine besondere Art von Strahlrudern, die anstelle eines herkömmlichen Propellers eine Pumpvorrichtung verwenden. Das Wasser wird durch Düsen mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen. Sie haben den größeren Vorteil kleinerer Rumpfdurchdringungen bei Triebwerken gleicher Größe.

② Heckstrahlruder

Heckstrahlruder sind genau wie die herkömmlichen Propeller-Tunnelstrahlruder. Sie dienen der Erhöhung der Stabilität und der besseren Drehfähigkeit (etwa mittschiffs).

Design

Je nach Design gibt es zwei Typen: CPT (Controlled Pitch Thruster) und FPT (Fixed Pitch Thruster). Sie sind darauf ausgelegt, bei einem bestimmten Propellerdurchmesser maximalen Schub zu erzielen und maximale Effizienz zu gewährleisten.

Tunnelstrahlruder vom Typ CPT sind mit Verstellpropellern ausgestattet. Das vom Antriebsmotor entwickelte Drehmoment wird über eine elastische Kupplung und ein Kegelradgetriebe auf die Welle übertragen, auf der die Nabe des Propellers montiert ist. Die Schubrichtung wird durch eine Änderung der Propellersteigung gesteuert. Die Änderung der Tonhöhe wird hydraulisch gesteuert.

Tunnelstrahlruder vom Typ FPT sind mit Festpropellern ausgestattet. Die Schubrichtung wird durch eine Drehrichtungsänderung des Antriebsmotors ermittelt. Der Schub wird durch eine Änderung der Motorumdrehungszahl gesteuert.

Bei der Schiffskonstruktion ist es wichtig zu bestimmen, ob bei schwerem Seegang Tunnelaustritte über der Wasseroberfläche üblich sind. Das Auftauchen eines Tunnels beeinträchtigt die Leistung des Triebwerks und kann das Triebwerk und den Rumpf um es herum beschädigen.

Im Folgenden sind einige Designparameter aufgeführt, die den technischen Nutzen erhöhen

1) Der Tunneldurchmesser sollte so klein wie möglich sein, um den Montageraum zu minimieren und die Rumpfeffizienz zu erhöhen.

2) Tunnelstrahlruder sollten für maximalen Schub ausgelegt sein

3) Durch die Anpassung der Propellerkonstruktion an den Tunneldurchmesser und die Optimierung der Anströmung des Propellers soll ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden.

4) Es sollten Standardklingen mit nach hinten geneigtem Design und abgerundeten Spitzen entworfen werden. Dies führt zu einer optimalen Schubeffizienz und gleichzeitig zu einer allmählicheren Änderung des Kavitationsvolumens.

5) Der Propeller sollte eine große Blattfläche haben, um das Kavitationsvolumen möglichst gering zu halten. Dies führt zu maximaler Schubleistung bei minimalem Lärm- und Vibrationspegel und sorgt für optimalen Komfort in der Unterkunft.