Pumpjet

Ein Pumpenstrahlantrieb , auch Hydrojet oder Wasserstrahlantrieb genannt , ist ein Schiffsantriebssystem , das einen Wasserstrahl zur Fortbewegung erzeugt . Die mechanische Anordnung kann ein Mantelpropeller ( Axialpumpe ), eine Kreiselpumpe oder eine Mischpumpe sein, die eine Kombination aus Kreisel- und Axialpumpenkonstruktion darstellt. Die Konstruktion umfasst außerdem einen Einlass zur Wasserzufuhr und eine Düse zur Steuerung des Wasseraustritts. ^{[ 1 ]}

Ein Pumpjet-Antrieb funktioniert mit einem Einlass (üblicherweise am Rumpfboden ) , durch den Wasser unter dem Schiff hindurch zu den Motoren strömt. Das Wasser gelangt durch diesen Einlass in die Pumpe . Diese kann für hohe Geschwindigkeiten als Kreiselpumpe oder für niedrige bis mittlere Geschwindigkeiten als Axialpumpe ausgeführt sein . Der Wasserdruck im Einlass wird von der Pumpe erhöht und durch eine Düse nach hinten gepresst. Mithilfe eines Umkehrschaufelrads lässt sich auch Schubumkehr erzeugen, um schnell und ohne Gangwechsel oder Anpassung des Motorschubs rückwärts zu fahren . Das Umkehrschaufelrad kann auch zum Bremsen des Schiffes eingesetzt werden. Diese Eigenschaft ist der Hauptgrund für die hohe Manövrierfähigkeit von Pumpjet-Antrieben.

Die Düse dient auch der Steuerung der Pumpjets. An der Düse können, ähnlich Rudern, Platten angebracht werden, um den Wasserstrom nach Backbord und Steuerbord umzuleiten. Dies ähnelt dem Prinzip der Schubvektorsteuerung , einer Technik, die lange Zeit bei Trägerraketen und später bei militärischen Düsenflugzeugen eingesetzt wurde. Dadurch verfügen Schiffe mit Pumpjetantrieb über eine überlegene Manövrierfähigkeit auf See. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass beim Rückwärtsfahren mit dem Umkehrschaufelrad die Steuerung – im Gegensatz zu propellergetriebenen Schiffen – nicht umgekehrt wird.

Der Druck eines axialen Wasserstrahls wird durch die Diffusion des Strahls beim Durchströmen der Laufradschaufeln und Statorleitschaufeln erhöht. Die Pumpendüse wandelt diese Druckenergie dann in Geschwindigkeit um und erzeugt so Schub. ^{[ 1 ]}

Axialstrahl-Wasserstrahlantriebe erzeugen hohe Fördermengen bei niedrigerer Geschwindigkeit und eignen sich daher gut für größere Fahrzeuge mit niedriger bis mittlerer Geschwindigkeit. Eine Ausnahme bilden Jetskis , bei denen die hohen Fördermengen enormen Schub und Beschleunigung sowie hohe Höchstgeschwindigkeiten ermöglichen. Diese Fahrzeuge weisen jedoch im Vergleich zu den meisten anderen Wasserfahrzeugen auch ein hohes Leistungsgewicht auf. Axialstrahl-Wasserstrahlantriebe sind mit Abstand die am häufigsten verwendete Pumpenart.

Zentrifugal-Wasserstrahlschneidanlagen nutzen die Radialströmung zur Erzeugung von Wasserdruck.

Beispiele für Zentrifugalantriebe sind der Schottel-Pumpenstrahlantrieb und Außenbord- Z-Antriebe . ^{[ 2 ]}

Wasserstrahlantriebe mit Mischströmung vereinen Merkmale von Axial- und Kreiselpumpen. Der Druck wird sowohl durch Diffusion als auch durch radialen Ausfluss erzeugt. Mischströmungsantriebe fördern geringere Wassermengen bei hoher Geschwindigkeit und eignen sich daher für kleine bis mittelgroße Boote und höhere Geschwindigkeiten. Typische Anwendungsgebiete sind schnelle Sportboote und Wasserstrahlantriebe für Flachwasser-Flussrennen (siehe Flussmarathon ).

Pumpenstrahlantriebe bieten gegenüber ungeschützten Propellern in bestimmten Anwendungsbereichen einige Vorteile, insbesondere bei Anforderungen an hohe Geschwindigkeiten oder geringen Tiefgang . Dazu gehören:

• Höhere Geschwindigkeit vor dem Einsetzen der Kavitation aufgrund des erhöhten inneren dynamischen Drucks
• Hohe Leistungsdichte (bezogen auf das Volumen) sowohl des Antriebs als auch der Antriebsmaschine (da eine kleinere, schnellere Einheit verwendet werden kann)
• Schutz des rotierenden Elements, wodurch der Betrieb in der Nähe von Schwimmern und Wasserlebewesen sicherer wird.
• Verbesserte Flachwasserbetriebsfähigkeit, da nur der Einlass überflutet werden muss.
• Erhöhte Manövrierfähigkeit durch Hinzufügen einer steuerbaren Düse zur Erzeugung von Schubvektorsteuerung
• Geräuschreduzierung führt zu einer geringen Sonarsignatur . Dieses System wird auch als „ummantelte Propellerkonfiguration“ ^{[ 3 ]} bezeichnet , da die Pumpe als konforme Ummantelung und ein Satz Statorblätter verstanden werden kann, die auf einem Propeller angebracht sind – eine Weiterentwicklung des Mantelpropellers . Hierbei dient der Stator dazu, die Rotationsenergie des Ausflusses in Schubkraft umzuwandeln. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Anwendungsbeispiele:
  • Kriegsschiffe, die auf geringe Ortungsfähigkeit ausgelegt sind , zum Beispiel die schwedischen Korvetten der Visby-Klasse und die indischen Korvetten der ASW-SWC-Klasse .
  • U-Boote , beispielsweise die Trafalgar- Klasse und die Astute -Klasse der Royal Navy , die Seawolf- Klasse und die Virginia -Klasse der US Navy , die Triomphant- Klasse und die Barracuda -Klasse der französischen Navy , die Borei- Klasse der russischen Navy sowie das kommende U-Boot der indischen Navy, Projekt 77 .
  • Moderne Torpedos wie der NSTL Shakti THWT , der Spearfish , der Mk 48 und der Mk 50 .
    • Die Mk 48 wurde auch als mit gegenläufigen Schiffspropellern ausgestattet beschrieben . ^{[ 3 ]} Sie verfügt jedoch über eine vollständig umschließende, konforme Verkleidung. Computergenerierte Bilder, die 2011 von der US Navy veröffentlicht wurden, scheinen darauf hinzudeuten, dass nur ein Satz rotierender Blätter vorhanden ist. ^{[ 6 ]}

Das Wasserstrahlprinzip in der Schifffahrt lässt sich bis ins Jahr 1661 zurückverfolgen ^{[ 7 ]} , als Togood und Hayes eine Beschreibung eines Schiffes mit einem zentralen Wasserkanal lieferten, in dem entweder eine Kolben- oder eine Kreiselpumpe zur Erzeugung der Antriebskraft installiert war. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Am 3. Dezember 1787 demonstrierte der Erfinder James Rumsey ein mit Wasserstrahlantrieb ausgestattetes Boot. Eine dampfbetriebene Pumpe erzeugte einen Wasserstrahl vom Heck des Bootes. ^{[ 10 ]} Dies geschah auf dem Potomac River bei Shepherdstown, Virginia (heute West Virginia), vor einer großen Zuschauermenge, darunter General Horatio Gates. Das 15 Meter lange Boot legte etwa 800 Meter flussaufwärts zurück, bevor es zum Anleger zurückkehrte. Berichten zufolge erreichte das Boot flussaufwärts eine Geschwindigkeit von 6,4 km/h. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

Am 21. Dezember 1833 erhielt der irische Ingenieur John Howard Kyan ein britisches Patent für den Schiffsantrieb mittels eines aus dem Heck ausgestoßenen Wasserstrahls. ^{[ 14 ]}

Im April 1932 demonstrierte der italienische Ingenieur Secondo Campini in Venedig ein mit einem Pumpjet-Antrieb ausgestattetes Boot . Das Boot erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von 28 Knoten (52 km/h), vergleichbar mit der eines Bootes mit einem konventionellen Motor ähnlicher Leistung. Die italienische Marine, die die Entwicklung des Bootes finanziert hatte, bestellte es zwar nicht, untersagte aber den Verkauf der Konstruktion außerhalb Italiens. [ ^{15 ] [ 16 ] Das} erste moderne Jetboot wurde Mitte der 1950er-Jahre von dem neuseeländischen Ingenieur Sir William Hamilton entwickelt . ^{[ 17 ]}

Pumpjet-Antriebe waren einst auf schnelle Freizeitboote (wie Jetskis und Jetboote ) und andere kleine Wasserfahrzeuge beschränkt. Seit dem Jahr 2000 ist jedoch die Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitsschiffen gestiegen, wodurch der Pumpjet-Antrieb auch bei größeren Schiffen, Militärschiffen und Fähren immer beliebter wird . Auf diesen größeren Schiffen können sie mit Dieselmotoren oder Gasturbinen angetrieben werden . Mit dieser Konfiguration lassen sich Geschwindigkeiten von bis zu 40 Knoten (75 km/h) erreichen, selbst mit einem Verdrängerrumpf . ^{[ 18 ]}

Schiffe mit Pumpjetantrieb sind sehr wendig. Beispiele hierfür sind die Patrouillenboote der Car-Nicobar -Klasse , die Raketenboote der Hamina -Klasse , die Fregatten der Valour- Klasse , die Stena -Schnellfähren , die U-Boote der Swiftsure- , Trafalgar- und Astute -Klasse der Royal Navy sowie die U-Boote der Seawolf- und Virginia -Klasse der Vereinigten Staaten und die russischen U-Boote der Borei -Klasse . Auch die Küstenkampfschiffe der Vereinigten Staaten nutzen Pumpjets .

• Innenantrieb
• Jetski
• Nassfahrrad
• Küchenruder
• Wasserrakete
• Kettenboot - Wasserturbinen

• Harvie, James (1. Juli 1966). „Konstruktion einer Axial-Pumpjet-Antriebseinheit“. Marine Technology and SNAME News . 3 (03): 345–352 . doi : 10.5957/mt1.1966.3.3.345 .– beschreibt das auf der USS Glover verwendete Pumpjet-Triebwerk.