BREWEL – Simulation von Schiffen mit brechenden Wellen
2023 – 2026

In der Entwurfsphase werden numerische Verfahren zur Bestimmung des Widerstandes und zur Linienoptimierung eingesetzt. Auf Basis dieser Daten wird unter Berücksichtigung von Leistungsreserven eine Leistungsprognose erstellt. Sind die grundlegenden Entwurfsparameter, wie Länge, Breite, Tiefgang, Antriebseinheit etc. erstmals fixiert, sind auch die Baukosten weitestgehend festgelegt.

Eine korrekte Leistungsprognose in der Entwurfsphase ist somit unabdingbar für eine profitable Pro-jektdurchführung. Die finale Leistungsprognose erfolgt nach Vertragsabschluss auf Basis von Mes-sungen. Übersteigt die Prognoseungenauigkeit der numerischen Verfahren die berücksichtigten Leistungsreserven, sind kostenintensive Maßnahmen oder Konventionalstrafen kaum zu vermeiden. Eine hohe Prognosesicherheit ist somit für die Wettbewerbsfähigkeit unabdingbar und muss höchstmöglich garantiert werden.

Bei Schiffen mit brechenden Wellen treten größere Differenzen zwischen den Berechnungsergebnissen und den gemessenen Widerstandswerten auf. Die berechneten Leistungswerte können Abweichungen zu den Messwerten von bis zu 20 % aufweisen. Diese Werte liegen weit außerhalb der üblichen Sicherheitsmargen und Erwartungswerte. Die Simulationen an anderen Einrichtungen haben ähnliche Abweichungen gezeigt. Die Berechnungen wurden mit unterschiedlichen RANSE-Lösern (Reynolds-averaged Navier Stokes Equations) und jeweils firmenspezifischen Einstellungen durchgeführt, so dass von einem generellen Fehler in den Berechnungsmethoden ausgegangen werden kann. Weiterführende Untersuchungen haben gezeigt, dass z.B. die Schwimmlage als Fehlerquelle ausgeschlossen werden kann. Als Fehlerursache wird das Wellensystem mit brechender Bugwelle angesehen. Es wird angenommen, dass die brechende Bugwelle in den Simulationen nicht korrekt erfasst wird und daraus resultierend auch die Welleninterferenzen zwischen dem Bug- und Heckwellensystem.

Im Rahmen des Forschungsthemas soll die Prognosesicherheit für Schiffe mit brechenden Wellen erhöht und in die Verfahrensanweisungen der SVA Potsdam eingearbeitet werden. Hierzu soll der Widerstand, das Wellenbild und das Nachstromfeld für unterschiedliche Schiffe gemessen und zur Validierung der Simulationen zur Verfügung gestellt werden. Im Fokus der numerischen Simulationen steht die nötige Gitterfeinheit, die Einbeziehung der Oberflächenspannung in den Simulationen und die Herausarbeitung der Unterschiede zwischen homogenen und inhomogenen Mehrphasenmodell. Die Berechnungen solle mit unterschiedlichen RANSE-Lösern und Vernetzungsstrategien durchgeführt werden.