The frigate 126 floats

The construction contract for the Class 126 was signed with Damen just a few weeks ago. The first tests have now been carried out on the model of the frigate in the test channel.

Immediately following the parliamentary referral on 17 June 2020, the Class 126 frigate project reached the most important milestone in its realisation to date: the conclusion of the construction contract with Damen Schelde Naval Shipbuilding on 19 June 2020. In the first year after the contract was concluded, the so-called simulation phase was completed, which focused on eliminating scope for interpretation in the construction specification. In addition, further work was started as part of basic engineering, including the layout of the rooms in the ship and its design. The highlight of the simulation phase so far has been the performance of towing tests, which were used to validate the design calculations and minimise risks, for example in achieving the guaranteed minimum maximum speed of 26 knots.
Daher schloss Damen Schelde im April 2021 mit der Hamburgischen Schiffbau-Versuchsanstalt (HSVA) einen Vertrag über die umfangreiche Modellversuchskampagne für die hydrodynamische Optimierung der F 126 ab.[ds_preview]
Im Juni 2021 führte die HSVA erste Tests mit mehreren Schiffsmodellen im Rahmen dieser Modellversuchskampagne erfolgreich durch. Zunächst untersuchte sie im Zuge sogenannter Seegangsversuche das Verhalten bei unterschiedlichen Windgeschwindigkeiten und signifikanten Wellenhöhen. Mithilfe der Seegangsversuche werden die Bewegungen und Beschleunigungen des Schiffes sowie die überkommende See und ein Austauchen des Propellers aus dem Wasser ermittelt. Hierbei kam ein Modell der F 126 im Maßstab 1:25 inklusive Aufbauten und entsprechender Gewichtsverteilung zum Einsatz.

Wellenbild bei Dauerhöchstgeschwindigkeit. Foto: BAAINBw/Patrick Janta

Widerstands- und Propulsionsversuche

Die sogenannten Widerstands- und Propulsionsversuche wurden vom 22. bis 24. Juni im Glattwasser durchgeführt. Diese Versuche wurden begleitet durch Beschäftigte der drei beauftragten Unternehmen Damen Schelde, Blohm+Voss und HSVA sowie durch Personal des Bundesamts für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr (BAAINBw), der Wehrtechnischen Dienststelle für Schiffe und Marinewaffen, Maritime Technologie und Forschung (WTD 71) und der Marine. Zu diesem Zweck wurde ein zweites, mehrere Meter langes Modell der F 126 verwendet, das das Unterwasserschiff inklusive Ruder und Propeller im Maßstab von etwa 1:18 abbildet. Für alle Projektbeteiligten war dies ein echtes Highlight, da man die Ergebnisse der bisherigen Arbeiten erstmals „anfassen“ und sich ein Bild vom Projektfortschritt in diesem Bereich machen konnte. Entsprechend positiv war die Stimmung aller Beteiligten bei der Sichtung der Ergebnisse.
Während der dreitägigen Versuchsreihe wurde zunächst der Widerstand des Unterwasserschiffs, also die Kraft, die das Wasser der Fortbewegung des Schiffes entgegensetzt, bei verschiedenen Tiefgängen und Geschwindigkeiten zwischen 9 und 28 Knoten ermittelt. Bezüglich des Widerstands des Unterwasserschiffs, der vorrangig durch Reibung zwischen Wasser und Schiff sowie durch Wellenbildung verursacht wird, gilt: Je geringer der Widerstand, desto geringer sind die erforderliche Antriebsleistung und die durch den Widerstand erzeugten Unterwassergeräusche. Für diese Versuche wurde das Modell durch einen Schleppkanal von etwa 300 Meter Länge – ohne eigenständigen Antrieb und Propeller – geschleppt.
Es folgten die sogenannten Propulsionsversuche, bei denen das Schiffsmodell zunächst mithilfe des Schleppwagens angeschleppt wird und dann mit maßstabsgerechtem Antrieb und Propellern eigenständig durch den Versuchskanal fährt. Hierbei wurden ebenfalls unterschiedliche Geschwindigkeiten und Tiefgänge untersucht. Diese Tests lieferten die erforderlichen Leistungswerte des Antriebssystems (Leistungsprognose).
Bei den Widerstands- und Propulsionsuntersuchungen wurde ein Versuchsaufbau genutzt, der aus einem großen Schleppgestell besteht, das sich über dem Schleppkanal aufspannt und an dem der Schleppwagen sowie die Besucherplattform und die Messplattform angebracht sind. Das Schleppgestell kann sich auf Schienen über den Schleppkanal bewegen. Das Schiffsmodell ist ungefähr mittig am Schleppwagen befestigt, mit dem es durch den Schleppkanal gezogen werden kann. Dabei kann die Befestigung aus der Ferne gelöst oder wiederhergestellt werden. Die Besucherplattform links neben dem Schleppwagen ermöglicht es den externen Teilnehmern, den Versuch aus der Nähe zu beobachten. Das Personal der HSVA führt und überwacht die Versuche von der Messplattform aus. Weiterhin laufen dort alle Messwerte und Bilder von den an Schiffsmodell und Schleppwagen befestigten Sensoren und Videokameras zusammen.
Die Widerstands- und Propulsionsversuche lieferten wichtige Erkenntnisse über den Rumpf und den erforderlichen Antrieb der künftigen Fregatte, damit die garantierte Dauerhöchstgeschwindigkeit erreicht wird. Weiterhin soll mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse auch der geforderte wirtschaftliche Betrieb des Schiffes, also die wirtschaftliche Abdeckung des Fahrprofils und somit die Minimierung der Betriebskosten, insbesondere im Geschwindigkeitsbereich von 0 bis 20 Knoten ermöglicht werden.
Ein besonderes Augenmerk wurde auf das Propellerdesign gelegt, um Kavitation zu vermeiden und den Wirkungsgrad des Propellers zu optimieren. Unter Kavitation versteht man in der Schifffahrt die Bildung und Auflösung von luftgefüllten Hohlräumen im Wasser, was zu erhöhtem Verschleiß des Propellers und zu verstärkten Unterwassergeräuschen führt.
Zur großen Zufriedenheit aller Beteiligten hat eine erste Auswertung des Wellenbilds und der Messwerte ergeben, dass die zuvor berechneten und somit erwarteten Kenngrößen die kalkulierten Werte bei den Tests nicht nur erreicht, sondern teilweise sogar übertroffen haben.
Im Nachgang der Versuche werden die ermittelten Messwerte weiter analysiert und in Modelle wie die viskose Strömungssimulation übernommen. In den folgenden Wochen und Monaten werden mithilfe der gewonnenen Daten sowohl der Entwurf des Unterwasserschiffs mit Vorschiff, Hinterschiff, Bugwulst und Linienführung als auch die Anhänge und die Propeller der F 126 weiter optimiert.

Manövrierversuche

Der 300 Meter lange Schleppkanal der HSVA mit Schleppgestell, Schleppwagen und dem Modell der F126. Foto: BAAINBw/Patrick Janta

Im Juli dieses Jahres untersuchte die HSVA auch das Manövrierverhalten des Schiffes. Hierzu wurden unterschiedliche Manöver wie Drehkreise, Z-Manöver, Williamson-Turn und Spiralkurven gefahren. Hierfür wurde das gleiche Modell wie für die Seegangsversuche verwendet.
Auch diese Tests waren erfolgreich und das ermittelte Manövrierverhalten des Schiffes hat die Erwartungen der Projektbeteiligten übertroffen.

Conclusion

Erstmals seit dem Vertragsschluss im Juni 2020 zeigte sich für die Projektbeteiligten während dieser ersten praktischen Versuche ein „greifbares“ Bild des Entwurfs. Mit der Validierung der bisherigen Berechnungen für den Schiffskörper wurde ein weiterer wichtiger Meilenstein im Projekt F 126 zeitgerecht erreicht. Auf die Ergebnisse kann im weiteren Verlauf der Konstruktion aufgesetzt werden.

Autoren: Technischer Regierungsdirektor Hans-Josef Sperber ist Teilprojektleiter Prozesse im Projekt F 126, Technischer Oberregierungsrat René Heinke ist stellvertretender Teilprojektleiter und Referent Plattformsystem im Projekt F 126, Technischer Regierungsamtsrat Patrick Janta ist Sachbearbeiter im Teilprojekt Plattformsystem F 126.