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TU Berlin

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CAPTIVMAN — Verbesserung der Vorhersage des Manövrierverhaltens von Schiffen auf der Basis von virtuellen, gefesselten Versuchen

Verbundprojekt: PREMAN — Maßstabseffekte und Umwelteinflüsse bei der Vorhersage des Manövrierverhaltens seegehender Schiffe

Prof. Dr.-Ing. Andrés Cura Hochbaum, Dipl.-Ing. Lars Koopmann, Dipl.-Ing. Johannes Beutel

Heckwasser des Einschraubers während eines Drehkreisversuchs
Lupe
Propeller des Einschraubers bei 25° Schräganströmung, Freifahrtversuch im Umlauf- und Kavitationstank K27
Lupe

Die Gewährleistung der Manövrierfähigkeit eines Schiffes ist eine Grundvoraussetzung für einen sicheren und wirtschaftlichen Schiffsbetrieb. Angesichts des weiterhin zunehmenden Schiffsverkehrs und der nach wie vor wachsenden Schiffsgrößen ist die Notwendigkeit genauer Prognosen der Manövriereigenschaften dringender denn je. Das Verbund-Forschungsvorhaben PREMAN widmete sich der signifikanten Verbesserung von Manövrierprognosemethoden.

Die klassische Vorgehensweise um die Manövriereigenschaften eines neuen Schiffsentwurfs zu bestimmen besteht darin, Manövrierversuche mit einem Modell durchzuführen. Üblicher Weise wird bei der Extrapolation der Ergebnisse auf die Großausführung des Schiffes von der Annahme ausgegangen, dass Effekte, die aus der Nichteinhaltung des Reynolds’schen Ähnlichkeitsgesetzes entstehen (sog. Maßstabseffekte), sich gegenseitig aufheben, und die Versuchsergebnisse werden direkt auf die Großausführung übertragen.

Im Rahmen des Projektes CAPTIVMAN wurden die Maßstabseffekte bei der Manövrierprognose für zwei Schiffstypen, einen Einschrauber und einen Zweischrauber, eingehend untersucht. Es wurde ein RANS-Verfahren für die numerische Simulation gefesselter Versuche weiterentwickelt. In diesen virtuellen gefesselten Versuchen wurde die Schwimmlage frei gegeben und es wurde gezeigt, dass dies einen nennenswerten Einfluss auf Seitenkraft und Giermoment haben kann. Die virtuellen Versuche wurden auch für die Reynoldszahl der Großausführung durchgeführt, was wertvolle Erkenntnisse für die Klärung der Maßstabseffekte lieferte.

An der TU Berlin wurde ein neues Volumenkraftmodell zur Approximation der Propellerkräfte entwickelt, welches direkt die Schräganströmung berücksichtigt. Das Modell basiert auf der umfangreichen experimentellen und numerischen Analyse schräg angeströmter Propeller. Das mathematische Modell für die Manöverprognose wurde in mehrfacher Hinsicht weiterentwickelt. Mit diesem ist nun die Berücksichtigung von Wind und Wellen bei der Prognose von Rudermanövern möglich.

Zusammen mit dem Projektpartner HSVA wurden umfangreiche Modellversuche durchgeführt, deren Ergebnisse einerseits der Validierung der numerischen Verfahren, andererseits zur Untersuchung der Maßstabseffekte und zur Validierung der Manöverprognoseverfahren dienten. In Verbindung mit Großausführungsversuchen gestatteten die realen und virtuellen Modellversuche einen wichtigen Beitrag zur Klärung der Maßstabseffekte bei der Manövrierprognose.

 

Es wurde insgesamt eine gute, zu Teilen auch sehr gute Übereinstimmung der Prognoseverfahren für das Manövrierverhalten von Schiffen erreicht. Für den Einschrauber konnte eine klare Empfehlung abgeleitet werden, wie Manövrierversuche mit einem Modell durchzuführen sind, um die auftretenden Maßstabseffekte in der Gesamtwirkung zu minimieren. Für den Zweischrauber war keine eindeutige Schlussfolgerung möglich. Es wurden Empfehlungen für die Durchführung von virtuellen gefesselten Versuchen abgeleitet.



Lupe

Projektpartner: Universität Duisburg-Essen, Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Laufzeit: 01.10.2011 - 30.09.2014

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