Headbox
(11/2015 – 04/2018)

Zielstellung des Vorhabens ist die Entwicklung von optimalen Headbox-Lösungen für die Integration von Vertikal-Achsen-Rotoren an Schiffen mit größeren Gillungswinkeln.

Durch die Anordnung der Vertikal-Achsen-Rotoren in Headboxen soll die Propulsionsgüte der Schiffe deutlich verbessert werden, was zur Reduzierung der Treibstoff- bzw. Betriebskosten und zur Verringerung der Umweltbelastungen im Schiffsbetrieb führt.

Beim Offshore Support Vessel soll durch die Anordnung des VAR in einer Headbox der VAR vom Schiffskörper ferngehalten werden. Dadurch wird die Druckverteilung im Hinterschiffsbereich beeinflusst und die Umströmung des Schiffes bestimmt. Bei Doppelendfähren besteht die Schwierigkeit in der Anordnung der VAR im Vor- und Hinterschiffsbereich. Der Strahl des vorderen Antriebes trifft auf jeden Fall auf den Schiffskörper. Dieser Effekt muss in die Optimierung zusammen mit der Leistungsaufteilung auf den vorderen und hinteren Antrieb beachtet werden.

Die Gestaltung der Headbox ist ein Kompromiss zwischen der Widerstandserhöhung infolge der Headbox und der Verbesserung des Gütegrades des Schiffes durch die Beeinflussung der Sogziffer und der effektiven Nachstromziffer unter Propulsionsbedingungen. Entwurfsparameter sind u.a. die Geometrie der Headbox (Zu- und Ablaufbereich), die Neigung der VAR im Verhältnis zu den Hinterschiffslinien sowie Details im hinteren Bereich der Headbox, wie Abrisskanten.

Das in der SVA entwickelte Senkscheibenmodell für Vertikal-Achsen-Rotoren soll überprüft und für die Anwendung im FuE-Vorhaben weiterentwickelt und mit ANSYS-CFX gekoppelt werden. Durch die damit erreichbare Vereinfachung der viskosen Umströmungsberechnungen können Optimierungsverfahren zur Variation der Headboxgeometrie genutzt werden. Grundlage für die Validierung des Senkscheibenmodells und der Umströmungsberechnungen sind Modellversuche mit den VARs sowie mit den Schiffen. Bei den Versuchen sollen die in der SVA entwickelten VAR-Waagen eingesetzt werden, um die Schübe und Drehmomente der VAR messen zu können. Die Strahlgenerierung durch den VAR und dessen Ausbreitung sollen durch PIV-Messungen erfasst werden. Bei diesen Messungen ist zu prüfen, ob eine räumliche Schräganströmung die Kennwerte der VAR beeinflusst.

Im Ergebnis des Vorhabens sollen Entwurfshinweise für die Gestaltung der Headbox bei OSV und DEF sowie die damit verbundenen Einbauwinkel für die Vertikal-Achsen-Rotoren erarbeitet werden, um für die Schiffstypen Offshore Support Vessel (OSV) und Doppelendfähren (DEF) mit geneigt eingebauten VAR Standardlösungen anbieten zu können. Weiterhin sind Grundlagen für die Propulsionsprognose von Schiffen mit VAR mit Headboxen (Propulsionskennwerte) zu erarbeiten und die Versuchs- (Freifahrt) und Prognosemethoden zu überprüfen.