SWIP-CFD
(08/2015 – 12/2017)

Ziel des Vorhabens ist die Erstellung einer schnellen und genauen Widerstandsprognose für schnelle Schiffe im Gleitzustand mit Hilfe von CFD-Berechnungen, ohne auf umfangreiche Modellversuche zurückgreifen zu müssen.

Durch die Variation von widerstandsbeeinflussenden Maßnahmen wie Spritzleisten oder Interceptoren werden weiterhin die Grundlagen für eine Optimierung solcher Anhänge geschaffen.

Als Grundlage für die Verifizierung der CFD-Berechnungen dienen Großausführungsmessungen und Modellmessungen eines typischen Gleiters. Dazu wird die Versuchstechnik der SVA für schnelle Schiffe weiterentwickelt. Um den Einfluss der Reynoldszahl auf die Schwimmlage und den Widerstand eines Gleitbootes zu bestimmen, werden die Versuche in 2 Modellmaßstäben sowie mit der Großausführung durchgeführt. Um den Einfluss der Reynoldszahl zu bestimmen, werden die Versuchsergebnisse auf die Großausführung umgerechnet. Die hierfür benötigte benetzte Wasseroberfläche wird mit einem neuartigen geschleppten Kamerasystem in der Schlepprinne ermittelt. In den Modellversuchen wird zusätzlich der Einfluss der Schwerpunktlage sowie von verschiedenen Spritzleisten und eines Interceptors bestimmt. Damit stehen umfangreiche Messdaten für die anschließenden CFD-Berechnungen zur Verfügung.

Für die Labormodelle wird durch CFD-Berechnungen der Einfluss der Schlepprinne bei freier Schwimmlage, der Einfluss einer laminar-turbulenten Transition sowie der Einfluss der Aufbauten bei verschiedenen Geschwindigkeiten abgeschätzt. Alle in den Versuchen bestimmten Einflüsse (große dynamische Trimmwinkel, Lage des Schwerpunktes, Spritzleisten, Interceptor) sollen auch in den CFD-Berechnungen abgebildet werden. Hierzu wird zunächst die Gittertopologie, die Größe des Rechengebiets, die globale Gitterfeinheit, die Auflösung von Kanten und der Spritzleisten sowie des Staukeils und der freien Wasseroberfläche variiert, um ein minimal erforderliches Berechnungsgitter zu entwickeln. Ausgewertet wird die Konvergenz des Widerstands, des Auftriebs und des Trimmmoments um den Schwerpunkt. Die Schwimmlage wird hierbei nicht mit dem sonst üblichen sehr langsam rechnendem und relativ anfälligem/instabilem „Rigid-Body-Modell“ bestimmt, sondern mit einem gekoppelten Verfahren aus schnellen, stabilen stationären Berechnungen und einem Optimierer berechnet. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass jegliche Überwasserschiffe und Zusatzwiderstände sowie unterschiedliche Propellerschubachsen rechnerisch berücksichtigt werden können ohne diese im Berechnungsgitter berücksichtigen zu müssen. Durch eine Actuator-Disk kann eine Propellerwirkung simuliert werden und der Widerstand unter Propulsionsbedingungen und ohne/mit Überwasserschiff berechnet werden.

Die erzielten Ergebnisse können möglicherweise als Basis genutzt werden, um ein gesuchtes CFD-Benchmark für schnelle Schiffe bei der ITTC einzuführen.