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Forschung für bessere Schiffe – Experimente im Kanalsimulator

13.11.2012, von , in Karte anzeigen

Reporter Aeneas Rooch berichtet aus dem Kanalsimulator

Reporter Aeneas Rooch berichtet aus dem Kanalsimulator

Wenn ein Schiff durch einen Kanal fährt, ist das auf den ersten Blick ein simpler Vorgang. Unter Wasser jedoch tobt ein komplexer Kampf von Strömungen, Drücken und Wirbeln, von außen nur an den Wellen rund um den Schiffsrumpf erkennbar. Im Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme in Duisburg untersuchen Wissenschaftler und Techniker in einem Miniatur-Kanal, wie sich Schiffe durchs Wasser bewegen. Durchblicker-Reporter Aeneas Rooch hat seine Badeschlappen eingepackt und sich einen Versuch ganz aus der Nähe angeschaut.

Vom Führerstand aus wird die Brücke über das Wasser gesteuert

Vom Führerstand aus wird die Brücke über das Wasser gesteuert

Der Kanalsimulator ist eine längliche, flache Halle, die von einem riesigen Wasserbecken ausgefüllt wird – es ist so breit wie eine zweispurige Straße, so lang wie zwei Fußballfelder und etwa knietief. Über dieses Wasserbecken spannt sich eine Arbeitsplattform, die auf Schienen links und rechts am Beckenrand auf der gesamten Länge der Halle über das Wasser fahren kann und mit der Modellboote durch das Becken gezogen werden können.

Von einem Führerstand wird die Brücke über das Wasser gesteuert, auf einer anderen Plattform überwacht ein Versuchsingenieur die Messdaten: Sensoren rund um die Aufhängung des Modellboots registrieren genau, wie das Schiff sich im Wasser bewegt – wie es vom angehoben wird und wie Wasser und Strömungen es in welche Richtung drücken.

Versuchsmanager Joachim Zöllner

Versuchsmanager Joachim Zöllner

Beim heutigen Versuch wollen die Ingenieure und Arbeiter untersuchen, was passiert, wenn ein Schiff im Kanal zu nah an der Böschung entlang fährt. Jeder Schiffsführer weiß, was dann geschieht – das Schiff wird angesogen und setzt im schlimmsten Fall auf Grund auf –, doch dieses komplexe Zusammenspiel von Drücken, Strömungen und Wirbeln kann man nicht berechnen. Mit der heutigen Versuchsreihe wollen die Ingenieure diese Effekte modellieren, um die Physik an der Böschung besser zu verstehen und zum Beispiel Schiffssimulatoren, an denen künftige Kapitäne steuern lernen, realistischer programmieren zu können.
Dazu sind im Kanalsimulator verschiedene Ufertypen installiert – eine senkrechte Wand, eine steile Böschung und eine flache Böschung. Mehrfach fährt die Arbeitsbühne durch den Miniaturkanal, und mit den Messgeräten wird aufgezeichnet, welche Kräfte auf das Schiff, das unter der Arbeitsbühne an einer schweren Aufhängung befestigt ist, wirken.

Auf Beobachtungsposten im Kanal

Auf Beobachtungsposten im Kanal

Um das Spiel des Wassers rund um den Rumpf des Modellboots genau beobachten zu können, erlauben die Ingenieure Aeneas Rooch, ins Wasser zu steigen. Ungefähr 14 Grad ist es kalt, doch für diesen außergewöhnlichen Beobachtungsposten nimmt der Durchblicker-Reporter eine Kneippkur gerne in Kauf. Auf einem Stuhl, den die Versuchsleiter exakt so im Wasser positioniert haben, dass der Reporter von der Arbeitsbühne, dem Modellschiff und seiner Aufhängung nicht überfahren wird und sich auch nicht den Kopf stoßen kann, darf er im Wasser sitzen und das Modellboot und das Wirbeln des Wassers an seinem Rumpf aus nächster Nähe beobachten.

Die Strömung des Wassers wird mit Hilfe von Wollfäden gemessen

Die Strömung des Wassers wird mit Hilfe von Wollfäden gemessen

Um die Strömungen genauer zu studieren, steigen Aeneas Rooch und Versuchsmanager Joachim Zöllner anschließend in den Keller unter das Testbecken. Ein Teil der Decke besteht aus dickem Plexiglas, sodass sie durch das Wasser das Schiff beobachten können, wie es, von unten beleuchtet von großen Scheinwerfern, über ihre Köpfe hinwegfährt. Mit einer auf die Decke gerichteten Kamera wird die Strömung aufgezeichnet, die sich an einem vergleichsweise simplen, aber effektiven Aufbau ablesen lässt: Hunderte kleiner Wollfäden sind an einem Gitternetz am Boden des Beckens befestigt, und in den Strömungen und Verwirbelungen des Wassers beginnen sie zu tanzen und zeigen, wie das Wasser sich bewegt. Die Auswertung all dieser Messungen ist dann jedoch wieder komplex und beschäftigt Physiker, Mathematiker und Informatiker für längere Zeit.

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