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Kavitierendes U-Boot mit Ohio-Ähnlichkeit |
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Wie lassen sich die Erkenntnisse des Test-U-Bootes auf ein U-Boot der Ohio-Klasse übertragen? Das Ohio-Uboot wird atomar angetrieben mit einer Leistung von 44130 kW. Seine Abmessungen sind: Länge 171 m, Breite 12,8 m, Tiefgang 11,1 m. Es hat eine Wasserverdrängung ca. 19000 m³. Für die nachfolgende Berechnung gehen wir von folgenden Daten aus:
Länge, Durchmesser und GestaltEs wird eine Länge von 170 m, ein Durchmesser von 14,7 m und eine kavitationsblasenförmige Gestalt des U-Bootes angenommen. Aus dem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 11,6 und einer angenommenen Lauftiefe von 30 m ergibt sich die Kavitationszahl σ = 0,029. Während des kavitierenden Laufes muß diese Zahl eingehalten werden.Voll-umströmter konventioneller UnterwasserlaufDa das U-Boot kavitierend laufen soll, muß der Kopf des Bootes entsprechend verändert werden. Für die folgenden Rechnungen wird vereinfachend angenommen, dass der Kopfbereich quer zur Körperachse so abgeschnitten ist, dass eine flache Stirnfläche vom Durchmesser 2,75 m entsteht. Diese Änderung würde natürlich eine wesentliche Erhöhung des Widerstandes im vollumströmten Zustand bedeuten. Zudem sind Steuerungsorgane erforderlich, die zusätzlichen Widerstand bewirken. Im voll-umströmten Zustand wird deshalb bei einer Geschwindigkeit von 30 Knoten mit einem geschätzten Widerstand von 1500 kN gerechnet.Die erforderliche Antriebsleistung wird auf 18.000 kW geschätzt.
Superkavitierender Lauf mit 30 KnotenDer Kopfwiderstand der Stirnplatte von 2,75 m Durchmesser beträgt bei 30 Knoten ca. 600 kN. Die erforderliche Antriebsleistung wird auf 10.000 kW geschätzt.
Superkavitierender Lauf mit 100 KnotenDer Kopfwiderstand der Stirnplatte von 2,75 m Durchmesser beträgt bei 100 Knoten ca. 4400 kN mit einem mittleren Blasendruck von 3,63 bar. Die erforderliche Antriebsleistung wird auf 220.000 kW geschätzt. Geht man von einem Impulsrückgewinn von 80 % aus (siehe Hydrodynamisches Paradoxon) würde die verfügbare Leistung von 44.000 kW ausreichen. Ein Impulsrückgewinn von 80% erscheint bei der Größe eines U-Bootes der Ohio-Klasse durchaus erreichbar
Superkavitierender Lauf mit 200 KnotenDer Kopfwiderstand der Stirnplatte von 2,75 m Durchmesser beträgt bei 200 Knoten ca. 2.500.000 kN mit einem mittleren Blasendruck von 2,45 bar. Die erforderliche Antriebsleistung wird auf 2.600.000 kW geschätzt. Geht man von einem Impulsrückgewinn von 98,3 % aus würde die verfügbare Leistung von 44.000 kW ausreichen.
Superkavitierender Lauf mit 320 KnotenDer Kopfwiderstand der Stirnplatte von 2,75 m Durchmesser beträgt bei 320 Knoten ca. 67.000.000 kN mit einem Blasendruck von 0 bar. Die erforderliche Antriebsleistung wird auf 11.100.000 kW geschätzt. Geht man von einem Impulsrückgewinn von 99,6 % aus würde die verfügbare Leistung von 44.000 kW ausreichen.
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