Offshore & Energie

Die Dynamic Positioning Capability (DP Capability) definiert die Positionshaltefähigkeit eines Schiffes bei gegebenen Umwelt- und Operationsbedingungen. Als Ergebnis der Modellversuche werden DP Capability Plots sowie Daten zur Auslegung der Regelungssysteme bereitgestellt. Für DP Capability Plots werden im Modellversuch die äußeren Kräfte auf das Schiff durch Seegang, Strömung und Wind bestimmt.  Dafür stehen in der Schlepprinne eine Windanlage, eine Wellenmaschine sowie Kraftmesswaagen zur Bestimmung der Kräfte am Schiff zur Verfügung. Als Ergebnis werden die DP Capability Plots für verschiedene Szenarien und Umweltbedingungen aufgetragen. Zur Auslegung von DP Regelungssystemen werden dynamische Umweltbedingungen in der Schlepprinne mit freifahrenden Modellen realisiert. Beliebige irreguläre Seegänge und Windprofile können erzeugt werden. Das Modell kann dabei mit Rudern, Querstrahlern, Thrustern, VSPs und anderen Steuerorganen ausgerüstet werden. Das Überwasserschiff wird modelliert.

Als „Dynamische Positioning“ (DP) wird das Halten der Position eines Schiffes unabhängig von Seegang, Wind und Strömung bezeichnet. Für Offshore-Schiffe und Plattformen sind DP-Fähigkeiten (allg. als „DP-Capabilities“ bezeichnet) entscheidend, um ihren Auftrag jederzeit ausführen zu können. Beim Entwurf dieser Systeme sind Kenntnisse über die am Schiff angreifenden Kräfte erforderlich, um die DP-Antriebssysteme auslegen bzw. steuern zu können. Diese Kräfte werden an der SVA Potsdam neben den experimentellen Verfahren auch mit mathematischen Mitteln bestimmt. Die auf das Schiff angreifenden Kräfte sind:

• Windkräfte
• Seegangskräfte
• Strömungskräfte

Jeder dieser Kraftanteile wird einzeln bestimmt und die Gesamtkraft durch Superposition berechnet.

• Windkräfte werden mittels empirischer Formeln berechnet, üblicherweise nach Blendermann [1] oder Isherwood [2]. Die Berechnung der Windkräfte kann für beliebige Überwasserschiffe durchgeführt werden
• Die Kräfte durch den Seegang werden mit dem Programmsystem UTHLANDE berechnet. Hierbei werden Methoden der linearen Streifentheorie eingesetzt. Die Driftkräfte werden für den jeweils gegebenen Seegang bestimmt.
• Die Strömungskräfte werden aus Beiwerten aus der  SVA-eigenen umfangreichen Datenbank von Vergleichsschiffen gewonnen. Darüber hinaus fließen die Ergebnisse des Forschungsprojektes „Bestimmung der Kräfte und Momente auf das Unterwasserschiff über Anströmwinkel von 360°“ in die Prognoseverfahren der SVA ein.

Als Ergebnis werden DP Capability Plots für die verschiedenen untersuchten Szenarien und Umweltbedingungen geliefert. Das Beispiel zeigt einen einzelnen DP Capability Plot für ein Schiff mit Bug- und Heckthruster. Die Prognoseberechnung liefert die erforderlichen Schübe der Thruster, die für die untersuchte Kombination aus Seegang, Wind und Strömung zum Halten der Position erforderlich sind.

Zur Bestimmung der Leistungsaufnahme des Propellers an der Großausführung werden im Rahmen von Meilenfahrten bei der Abnahme von Schiffsneubauten sowie bei Problemstellungen im Bereich Abstimmung Propeller / Maschine, Leistungsmessungen an der Propellerwelle durchgeführt.

Hierzu werden das Drehmoment und die Drehzahl an der Propellerwelle oder an Getriebekoppelwellen bzw. Zwischenwellen gemessen.

Die Messung des Drehmoments erfolgt mit Dehnungsmessstreifen, die Drehzahlmessung mit einem Magnet – Hallsensor System. Mit einem Bluetooth Funkmessmodul werden die Signale aufbereitet und digital zu einem Messcomputer übertragen.

Zeitäquidistant können weitere Messwerte wie Geschwindigkeit, Kurs, Ruderwinkel und Schwimmlage des Schiffes aufgezeichnet werden. Hierzu stehen GPS / DGPS-Systeme, Gyroskope und weitere Messtechnik zur Verfügung.

Zur Analyse der Schwingungserregung und Geräuschabstrahlung durch den Propeller oder Anhänge am Schiffe erfolgen Kavitationsbeobachtungen, Druckschwankungsmessungen an der Außenhaut des Schiffes, Körperschallmessungen an der Propellerwelle und Wasserschallmessungen vom Beiboot aus. Die Beobachtung der Kavitation kann über Fenster in der Außenhaut des Schiffes oder über Mikrokameras mit Endoskop erfolgen. Die vom Propeller induzierten Druckschwankungen werden mit Absolutdrucksensoren in der Außenhaut über dem Propeller gemessen. Beschleunigungsmessungen mit hohen Datenraten an der Welle des Propellers werden zur Bewertung der hydroakustischen Kennwerte von Propellern genutzt. Wasserschallmessungen werden nach Möglichkeit mit Hydrofonen durchgeführt, die von einem Beiboot aus in verschiedenen Wassertiefen angeordnet werden.