Energiesparende Schiffskonstruktion: Vorwärts durch stilles Wasser

Ingenieure an der Duke University haben schon gezeigt, wie Licht und Schall quasi unter einer Tarnkappe verschwinden können und damit Objekte unsichtbar und unhörbar gemacht werden. Nun gehen sie noch einen Schritt weiter: Sie haben demonstriert, wie sich die Effizienz von Schiffen steigern lässt, indem das umgebende Wasser dazu gebracht wird, stillzustehen, das Schiff also für das Wasser "verschwindet"..  

„Schiffe verbrauchen einen großen Teil der Energie damit, dass sie dass umgebende Wasser verdrängen müssen, wenn sie sich vorwärts bewegen,“ sagt Yaroslav Urzhumov, Assistent Research Professor an Duke`s Pratt School of Engineering. „Unsere Ummantelung des Schiffs reduziert die Masse der Flüssigkeit, die ersetzt werden muss, auf ein Minimum“, sagt Urzhumov. „Weil das Wasser unbewegt ist, wirken keine Schubkräfte und man muss außer dem Objekt nichts weiter mitschleppen. Wenn man ein reguläres Schiff mit dem ummantelten Schiff vergleicht, so muss letzteres wesentlich weniger Wasser verdrängen, und daraus resultiert dann auch die erwartete Energieeffizienz.“

 

The Ergebnisse von Urzhumovs Untersuchungen wurden online in den Physical Review Letters veröffentlicht. Die Forschungsarbeit selbst unterstützte das U. S. Office of Naval Research und eine multidisziplinäre Forschungsinitiative der Universität (MURI) mit Förderung des U. S. Army Research Office.

 

Während sich die Umhüllung, die Urzhumov vorschlägt, von anderen Tarnkappentechnologien unterscheidet, folgt sie doch denselben Grundprinzipien – nämlich der Verwendung künstlicher Materialien, die natürlich wirkende Kräfte in andere Bahnen lenken.

 

Urzhumovs Modell sieht vor, dass der Schiffskörper mit porösen Materialen umhüllt ist, die etwa mit denen eines steifen Schwammes zu vergleichen sind. Der Schiffskörper wäre dann an der Oberfläche durchsiebt mit Löchern und Kanälen. In diesem Material würden sich winzige Pumpen befinden, die das fließende Wasser mit unterschiedlichen Kräften weiterbefördern könnten.

 

„Das Wasser soll sich so durch das poröse Material bahnen, dass sich die Umhüllung mit derselben Geschwindigkeit bewegt, wie das Wasser, das sie umgibt,“, sagt Urzhumov, „Damit würde das Wasser um den Schiffskörper im Verhältnis zu diesem unbewegt erscheinen. Auf diese Weise würde das Schiff deutlich weniger Energie benötigen, um bei der Vorwärtsbewegung riesige Wassermassen aus dem Weg zu drücken.“

 

Während die an der Duke University entwickelte Tarnkappentechnik eine Struktur aus Fiberglasstäben verlangt, stellt sich Urzhumov eine andere Form von Metamaterial für seine Verhüllung vor.

 

„In unserem Fall sehe ich als poröses Medium ein dreidimensionales Gitter metallischer Plättchen vor“, sagt er, „Man kann sich ein würfelförmiges Gitter aus drahtgestützten Blättern vorstellen, die korrekt ausgerichtet sein müssen, um Widerstand und Auftriebskräfte zu erzeugen, die von der Flussrichtung abhängen. Zusätzlich würden einige der Zellen dieser Anordnung mit Mikropumpen versehen sein, die die Strömung beschleunigen.“

Wenn sich ein normales Schiff im Wasser vorwärts bewegt, sagt Urzhumov, ersetzt es ein Wasservolumen, das das Volumen des Schiffs erheblich übersteigt. In einer viskosen Flüssigkeit wie Wasser sei es nicht möglich, einfach nur eine Schicht Wasser ohne die anderen zu verdrängen, die Schubkraft binde vielmehr noch eine zusätzliche Wassermasse an das Objekt, vergleichbar einem Objekt, das man an der Angel aus dem Wasser ziehe und das sich auch deutlich schwerer anfühle, als es eigentlich sei.

 

Die Energie, die von den Mikropumpen benötigt wird, soll die erhebliche Gesamtersparnis durch das Konzept nur wenig schmälern. (anm)

Bildquelle: Photodisc

Originalartikel und Vorlage für die Übersetzung von Richard Merritt.

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