Katamaran
(03/2012 – 07/2014)

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.