Gesamtziel des FuE-Vorhabens ist die Einführung und Validierung von Reverse Inhomogeneous Water Tests zur Ermittlung der Wirksamkeit und zur Optimierung von Energy Saving Devices (ESD) im Nabenbereich des Propellers. Weiterlesen „Revin
(02/2015 – 07/2016)„ →

Ziel des Vorhabens war es, die Rumpfkräfte hinreichend genau und möglichst zeitnah für den praktischen Gebrauch zu bestimmen. Bei der Auslegung von Steuerorganen oder der Berechnung von DP-Capability Plots sind für den Ingenieur oft enge zeitliche Grenzen und Kosten gesetzt. Aufwändige viskose Rechnungen und Parameterstudien entsprechen dabei nicht den Erwartungen von der Kundenseite und sind im Markt zurzeit noch nicht durchzusetzen.

Der Fokus des Vorhabens lag dabei auf der Ermittlung der hydrodynamischen Kräfte und Momenten an Schiffsrümpfen spezieller Schiffe durch Strömung über einen Bereich von 360° Anströmung. Die gewonnenen Daten finden in Form von mathematischen Polynomen als Berechnungsgrundlage für Berechnungen des dynamischen Positionierens (DP-Berechnungen) sowie für Berechnungen mit Streifenmethoden Verwendung.

Für das Vorhaben wurden Variationen von insgesamt 3 verschiedenen Grundformen spezieller Schiffe systematisch und methodisch untersucht, exemplarisch je ein Einschrauber, Zweischrauber und Katamaran. Untersucht wurde der Einfluss der Hauptparameter wie Länge, Tiefgang, Totholzlänge beim Zweischrauber und Abstand der Rümpfe beim Katamaran auf die Widerstandsbeiwerte der Rümpfe durch Anströmung. Die Untersuchungen wurden hauptsächlich durch CFD-Berechnungen getragen, die durch Modellversuche unterstützt wurden.

In diesem Projekt wurden entsprechend dem Vorgehen von Blendermann für Überwasserschiffe, die Widerstands- und Momentenbeiwerte typischer Rumpfgeometrien von speziellen Schiffen über 360° Anströmung bestimmt. Aufgrund der reduzierten Formenvielfalt von Unterwasserschiffen gegenüber Überwasserschiffen, konnte in diesem Fall jedoch durch systematische und methodische Variation von Hauptparametern wie Länge oder Tiefgang ein großes Spektrum an möglichen Varianten untersucht werden. Dabei stand der Einsatz von numerischen viskosen CFD-Verfahren im Vordergrund.

Im Ergebnis stehen für gegebene Rumpfgeometrien die Widerstands- und Momentenbeiwerte über 360° Anströmung zur Verfügung. Werften, Ingenieurbüros, Antriebs- und Steuerorganherstellern und Schiffbau-Versuchsanstalten können die Beiwerte damit hinreichend genau und möglichst zeitnah für den praktischen Gebrauch bzw. die Auslegung der Antriebe und Steuerorgane sowie den Entwurf der Unterwassergeometrie bestimmen.

Im Rahmen der experimentellen Untersuchung von Schiffen sollen alle Möglichkeiten zur Steigerung der Effizienz des Schiffes ausgeschöpft werden. Eine einfache aber sehr wirksame und kosteneffektive Methode ist die Durchführung von Versuchen zur Trimmoptimierung im Anschluss an die „Standarduntersuchungen“. Dieser Weg bietet sich insbesondere durch den notwendigen Umfang an Modellversuchen zur Bestimmung des EEDI und die Durchführung von finalen Propulsionsversuchen mit Designpropeller an.

Im Vorfeld der Trimmoptimierungsversuche erwartet der Reeder eine Prognose der möglichen Leistungseinsparungen (rechnerische Trimmoptimierung) und eine Beratung zur effektiven Auswahl der Tiefgänge und Trimmlagen für Trimmoptimierungsversuche (experimentelle Trimmoptimierung).

Näherungslösungen (Verfahren nach Danckwardt) zur Prognose des Einflusses von Teilabladung und/oder Trimm auf den Widerstand wurden durch die Analyse der Versuchsergebnisse mit modernen Frachtschiffen aktualisiert und weiterentwickelt. Die Formeln wurden dann für Trimmoptimierungberechnungen auf Basis von Versuchsergebnissen oder Berechnungen ausgehend von dem Entwurfstiefgang genutzt.

Der Einfluss von Tiefgangs- und Trimmänderungen auf die Propulsionskennwerte wurde untersucht und klassifiziert, um neben der Widerstands- auch eine Leistungsprognose durchführen zu können.

Die Ergebnisse der Analysen der Versuchsergebnisse von Trimmoptimierungsversuchen und Berechnungen wurden in ein Datenbanksystem eingebunden.

Die Verfahren zur numerischen Optimierung des Schiffsentwurfs werden stetig verbessert und weiterentwickelt. In diesem Zusammenhang gewinnt die Berücksichtigung unterschiedlicher Schwimmlagen in die Bewertung des Schiffsentwurfs eine größere Rolle, so dass effektive Strategien zur Nutzung von CFD-Verfahren zur Trimmoptimierung entwickelt und erprobt wurden.

Im Forschungsvorhaben sollen Grundlagenuntersuchungen zur Bestimmung und Kontrolle der Konvektions- und Turbulenzeigenschaften des Wassers in der Schlepprinne und deren Einfluss auf die Qualität und Reproduzierbarkeit von Messungen durchgeführt werden. Weiterlesen „Towing Tank Properties
(11/2014 – 03/2017)„ →

Ziel des FuE-Vorhabens war die Entwicklung, Optimierung und Erprobung einer Schwimmboje, im folgenden Wellenenergiekonverter genannt, die mit einem verankerten Unterwasserschwimmkörper verbunden ist und durch die vertikale Relativbewegung einen Generator betreibt.

Schwerpunkt der Schiffbau-Versuchsanstalt im FuE-Vorhaben war die Formgebung und die hydrodynamische Auslegung und Optimierung der Anlage. Die Formgebung des verankerten Schwimmkörpers und der beweglicher Generatorboje unter Berücksichtigung der Einsatzbedingungen wurden dabei optimal aufeinander abgestimmt. Für die Umsetzung waren sowohl hydrodynamische Berechnungen als auch Laborversuchsserien an verschiedenen zu entwickelnden Varianten (Basisform, modifizierte Basisform, Funktionsmuster) erforderlich. Sie erfolgten dahingehend, dass ein breites Band von Wellenspektren nach Amplitude und Frequenz für die Energiegewinnung genutzt werden kann. Für eine große Energieeffizienz wurde deshalb eine hohe Generatordrehzahl angestrebt. Die Entwicklung und Optimierung erfolgte durch den Einsatz numerischer Verfahren in Verbindung mit Laborversuchen bei Variation herauszuarbeitender relevanter kinematischer und hydrodynamischer Parameter.

Der innovative Kern seitens des Projektpartners Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH bestand im Rahmen des FuE-Projektes in der Erarbeitung und Bereitstellung aller erforderlichen hydrodynamischen Parameter, die für eine Auslegung und Optimierung eines Wellenenergiekonverters notwendig sind. Dabei handelte es sich um eine neuartige innovative Anlage, die den Ansprüchen der Nutzung regenerativer Energiequellen in vollem Umfang genügt und nach einem bisher nicht genutzten Funktionsprinzip arbeitet. Dieses Prinzip erlaubt die Nutzung der Energie der Orbitalbewegungen der Flüssigkeitsteilchen in Meereswellen für die Umsetzung in die Vertikalbewegung einer mechanischen Einheit von Schwimmkörper und Generatorboje mit Transformation dieser Vertikalbewegung in eine Rotationsbewegung zum Antrieb eines Generators.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines Verfahrens zur Bestimmung des Widerstandes von Katamaranen, die zunehmend in Konkurrenz zu anderen, konventionellen Fahrzeugtypen treten, bei Verdrängerfahrt. Dieses Verfahren wurde auf der Basis von systematischen Widerstandsversuchen durch Parametervariation dargestellt. Damit wird die Auswahl bzw. die Entscheidung für optimumsnahe Formparameter innerhalb der Entwurfsphase erleichtert, um die Anzahl der Entwurfsschleifen bzw. den mehrfachen oder mehrgleisigen Linienentwurf zu vermeiden. Weiterführend wurde die Anwendbarkeit potenzialtheoretischer Berechnungsmethoden für die Berechnung des Wellenwiderstandes von Katamaranen bzw. die Möglichkeiten und der Aufwand für die Verwendung viskoser Verfahren untersucht. Eine Anpassung vorhandener empirischer Verfahren bzw. eine Erweiterung der Datenbasis hat diese Möglichkeit der Bewertung verbessert. Außerdem wurden die Grenzen dieser Verfahren ausgelotet, um zukünftig in der konkreten Anwendung Entscheidungskriterien hinsichtlich der zu wählenden Betrachtungsmethode (Modellversuch, potenzialtheoretische Berechnung oder RANSE-Berechnung) zu haben. Die Rechenergebnisse wurden durch Versuchsergebnisse validiert.

In systematischen Untersuchungen wurde eine Matrix aus der Froudezahl (0.1 < Fn < 0.4) und dem Verhältnis Rumpfabstand/Länge aufgespannt. Untersetzt wurde diese Matrix durch Variation der Verdrängung über die Völligkeit der Rümpfe (0.4 ⩽ CB ⩽ 0.6). Ergänzend wurde für ausgewählte Fälle die Wirkung eines asymmetrischen Vorschiffes untersucht. Die gemessenen Widerstandskurven wurden in funktionaler Abhängigkeit von unterschiedlichen Formparametern (Breite, Froudezahl, Blockkoeffizient, Vorschiffsvariation) dargestellt. Zudem wurde das Entstehen des Wellenbildes im direkten Zusammenhang mit dem Widerstand gestellt. Das Wellenbild wurde mittels Ultraschallmessungen und vergleichend durch numerische Untersuchungen erfasst. Den Versuchen wurde eine Matrix an potenzialtheoretischen Berechnungen gegenübergestellt, um deren Verwendbarkeit und Einsatzgrenzen abzuklären. Für diese Berechnung wurde das Programmsystem KELVIN eingesetzt. Der Maßstabseinfluss wurde anhand viskoser Berechnungen für verschiedene Reynoldszahlen für ausgewählte Felder der Matrix abgeschätzt. Die viskosen Berechnungen erfolgten mit dem Verfahren ANSYS-CFX. Zur Modellierung der Turbulenz wurde das SST-Modell eingesetzt. Bei den numerischen Untersuchungen war, aufgrund des komplexen Strömungsfeldes die gesamte Struktur zu modellieren. Besonderes Augenmerk lag auf den Berechnungsgitter an der Wasseroberfläche. Die Anwendbarkeit der RANSE Rechnungen wurde ermittelt und die Umrechnung der Versuchsergebnisse auf die Großausführung anhand ausgewählter Konfigu-rationen wurde untersucht. Als Ergebnis der Berechnungen wurde abgeschätzt, welche Übereinstimmung mit den Modellversuchen erzielt werden kann.