Höchstgeschwindigkeit superkavitierender Schiffe
Zur Einführung sollen hier einige Modell-Versuche beschrieben werden. Die Modelle wurden auf einem 2 mm-Stahlseil in 30 mm Wassertiefe zwangsgeführt durchs Wasser geschossen. Das verwendete Modell mit einer Kavitationsblasenkontur zeigt die folgende Abbildung. Die vordere Hälfte des Modells bestand aus Messing, die hintere Hälfte aus Aluminium (mit einem Messing-Ende). Das Modell besaß eine auswechselbare Spitze. In der Abbildung rechts oben ist die Spitze dargestellt, die das vollumströmte Modell in ein kavitierendes Modell verwandelt. Die Abmessungen des Modells waren:
Länge:            240 mm
Durchmesser:   20 mm

Vollumströmter Unterwasserlauf

Die folgende Abbildung zeigt das vollumströmte Modell bei einer Geschwindigkeit von ca. 73 m/s. Nahezu die ganze Oberfläche ist mit einem Schleier von feinen Kavitationsblasen überzogen. Damit dürfte die Grenzgeschwindigkeit für einen vollumströmten Zustand erreicht sein. Aus den Versuchsdaten ergab sich ein Widerstandsbeiwert cw = 0,114.

Kavitierender Lauf

Die folgende Abbildung zeigt das gleiche Modell mit Kavitation-auslösenden Kopf. Die Geschwindigkeit betrug ca. 69 m/s. Die helle Färbung der Kavitationsblase im Heckbereich stammt von dem nach vorne gerichteten Wasserspritzer, der entsteht, wenn die Blasenwand auf das Heck aufschlägt.

Berechnungen einer Großausführung mit gleichem Längen-Durchmesser-Verhältnis 12:1

Wir gehen aus von einem kavitationsblasenförmigen Schiff der Länge 200 m und dem Durchmesser
16,7 m, das sich mit einer Geschwindigkeit von 105 m/s in 5 m Tiefe durchs Wasser bewegt. Aus der Oberflächenreibung ergibt sich ein geschätzter Widerstand von ca. 5 000 kN. Die benötigte Antriebs-
leistung wäre 5 300 MW.

Durch Einsatz eines flachen Kopfes vom Durchmesser 3 m (cw = 0,79) verändern wir das Schiff in ein kavitierendes Schiff. Bei einer Geschwindigkeit von 105 m/s ergibt sich ein geschätzter Widerstand von 1 600 kN (wenn man einen Impulsrückgewinn von 95% annimmt) und eine erforderliche Antriebsleistung von 170 MW.

Aus dem Längen-Durchmesser-Verhältnis ergibt eine Kavitationszahl σ = 0,027. Zur Einhaltung dieser Kavitationszahl muß der Innendruck der Blase null bar betragen. Jeder höhere Druck in der Blase führt zu einer Vergrößerung der Blasenabmessungen.

Die Geschwindigkeit von 105 m/s (entsprechend 378 kmh oder 204 Knoten) dürfte deshalb die Grenze der erreichbaren kavitierenden Geschwindigkeit darstellen bei einem Längen-Durchmesser-Verhältnis von 12:1. Höhere Geschwindigkeiten lassen sich nur bei größeren Längen-Durchmesser-Verhältnissen erreichen.

Damit das Schiff eine Verbindung zum Luftraum hat, sollte es mit einer aus dem Wasser ragenden Heckflosse ausgestattet sein, die eine Gondel für die Schiffsführung trägt.

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