Prinzip und Eigenschaften

Der pfh ist eine neue Rumpfform für besonders niedrige Antriebsleistungen bei hohen Geschwindigkeiten. Typisch sind Leistungsersparnisse gegenüber konventionellen Schiffsformen von über 30%.
Darüber hinaus ist er gekennzeichnet durch:

  • sehr niedrige Wellenbildung (wash)
  • hervorragende Manövriereigenschaften
  • gutes Seegangsverhalten
  • sehr niedrigen Tiefgang
  • viel Raum und Verdrängung im Heckbereich
  • sehr gute dynamische Längsstabilität
  • keine Trimmklappen und ähnliche Hilfsmittel
  • sehr einfach zu fertigen
  • für alle Antriebe geeignet
Der pfh ist geeignet für Yachten jeder Größe, Lotsenboote, Patrouillenboote, Polizeiboote, Korvetten und Schnellfähren.
Der pfh ist auch geeignet für Gleit-Katamarane.

 

Deutlich niedrigerer Treibstoffverbrauch in einem großen Geschwindigkeitsbereich.

Die Wirkungsweise des pfh

Zur Minimierung des Widerstandes wurden sowohl klassische hydrodynamische Elemente als auch modernste Erkenntnisse aus der Computersimulation angewandt.

Um das Verhalten des pfh über sehr große Geschwindigkeitsbereiche günstig zu gestalten, wurde die Bodendruckverteilung optimiert. Ein charakteristisches Merkmal des pfh ist es, dass das Schiff sich im Bereich des Übergangs zu Gleitfahrt parallel aus dem Wasser hebt, statt stark nach achtern zu vertrimmen.

Im vorderen Bereich entsteht ein Sog, im Heckbereich ein Druck, der der starken achterlichen Vertrimmung beim Übergang in die Gleitfahrt entgegenwirkt.

Eine solche Druckverteilung wird durch einen nach unten gewölbten Vorschiffsboden und einen nach oben gewölbten Achterschiffsboden erzeugt. Ein flaches Heck erzeugt maximalen Auftrieb.

Die daraus entwickelte Geometrie kann mathematisch durch sehr wenige Kennzahlen oder Parameter beschrieben werden. Das ist Voraussetzung für die automatische Computeroptimierung mit den Methoden der biologischen Evolution. Die Möglichkeit zur einfachen Parametrierung des pfh gab ihm auch den Namen – Parametric Fast Hull.

Die Computer-Berechnung der Druckverteilung ist notwendig, weil der Zusammenhang zwischen Geometrie, Strömung und Druck und der sich ergebende Widerstand für den Parametric Fast Hull außerhalb der Intuition auch eines Hydrodynamik-Experten liegt.

Verhalten einer konventionellen Rumpfform

Das konventionelle Schiff trimmt mit zunehmender Geschwindigkeit beim Übergang in die Gleitfahrt nach hinten (es fährt quasi seine eigene Bugwelle hoch).

Verhalten des pfh

Die Bodendruckverteilung des pfh wirkt der Vertrimmung entgegen. Es tritt kein Widerstandmaximum auf. Der Reibungswiderstand bewirkt verdrängerähnliches Verhalten, der Wellenwiderstand und damit die Wellenbildung sind minimal.

Der Leistungsbedarf steigt mit der Geschwindigkeit ähnlich wie bei einem Verdränger. Das ist günstig für die Propellergestaltung, die Belastung der Antriebsanlage und reduziert die Wellenbildung.

 

Computational Fluid Dynamics (CFD)-Berechnung des Bodendruck

Typische pfh Form für eine Yacht
Einsatzmöglichkeiten

Besonders geeignet ist die Form des pfh für Froudesche Zahlen von 0,6 bis 1,5. Das entspricht je nach Schiffsgrößen folgenden Geschwindigkeiten:

LängeGeschwindigkeit
10 m13 ... 29 Knoten
15 m17 ... 35 Knoten
20 m19 ... 41 Knoten
25 m21 ... 46 Knoten
40 m26 ... 60 Knoten
90 m40 ... 83 Knoten

Je nach Anwendungsfall, insbesondere in Abhängigkeit vom Längen/Breiten-Verhältnis, gibt es auch bei niedrigeren oder höheren Geschwindigkeiten Vorteile.

Der pfh ist geeignet für Yachten jeder Größe, Lotsenboote, Patrouillenboote, Polizeiboote, Korvetten und Schnellfähren.

Der pfh ist auch geeignet für Gleit-Katamarane.

Manövriereigenschaften

Trotz des flachen Bodens wird ein hervorragendes Manövrierverhalten gewährleistet. Wesentlich dafür sind eine scharfkantige Kimm mit integrierter Spritzleiste und ein in Querrichtung nach oben gewölbter Boden im Heckbereich. Diese Gestaltung sichert außerdem ein unproblematisches Längsstabilitätsverhalten in Gleitfahrt und eine sehr geringe Krängung im Drehkreis.

Seegangsverhalten

Das Seegangsverhalten entspricht modernen Bootsformen, da der vordere Bereich des Rumpfes in Hinblick auf die Seefähigkeit frei gestaltbar ist und der auch bei hohen Ge-schwindigkeiten sehr geringe Trimm die Seegangsbeschleunigungen reduziert.

Berechnungen und Modellversuche

Die Computerberechnungen konzentrieren sich auf den Bereich maximaler Wellenbildung. Da CFD-Berechnungsmethoden für schnelle Schiffe noch nicht selbstverständlich sind, wurde für den pfh ein neues Berechnungsverfahren für die Formoptimierung entwickelt.

Die sich für die spezielle Anwendung ergebende Form wurde in der Schiffbau-Versuchsanstalt in Modellversuchen bis zu hohen Geschwindigkeiten überprüft. Mit einem Freifahrtmodell mit Wasserstrahlantrieb wurden Kurshaltung und Manövrierverhalten - auch im Seegang - überprüft