Schiffsformoptimierung

Ein erster Schiffsentwurf ist selten hinsichtlich seiner hydrodynamischen Effizienz optimal. Häufig wird ein neuer Entwurf von vorhandenen Schiffsgeometrien abgeleitet und für das neue Einsatzprofil „manuell“ angepasst. Für einen maximal ökonomischen und ökologischen – d. h. insbesondere Kraftstoff sparenden – Betrieb kann die Schiffsgeometrie optimiert werden, ohne andere Entwurfskriterien wie Verdrängungsverteilung, Zuladungsmenge, Geschwindigkeit, Stabilität, Nachstromverteilung etc. zu beeinträchtigen. Diese Optimierung erfolgt unter Nutzung von CFD-Methoden, entweder mittels einer mathematisch begründeten, automatischen Optimierung, oder wissensbasiert auf der Grundlage jahrzehntelanger Erfahrung der Ingenieure.
Zur Optimierung werden u. a. verschiedene Parametermodelle der Software „CAESES“ eingesetzt. Die Optimierung erfolgt auf Grundlage von viskosen CFD-Berechnungen, da diese bei der Optimierung deutlich zuverlässiger sind als potenzialtheoretische Verfahren. Die erzielten Leistungseinsparungen sind in der Regel erheblich und ergeben über die Lebensdauer des Schiffes eine deutliche Steigerung des „Return on Investment“. Klassische Optimierungsaufgaben sind die Optimierung des Bugwulstes, des Vorschiffes und des Hinterschiffes. Während sich bei neuen Entwürfen eine komplette Optimierung anbietet, ist im Bereich des Retrofitting vor allem eine Bugwulstoptimierung sinnvoll. Diese erfolgt für ein vom Kunden vorgegebenes Einsatzprofil in der Regel voll parametrisch. Das Beispiel zeigt die Entwicklung des Schleppwiderstandes eines Schiffes in Abhängigkeit der Variation der Bugwulstgeometrie. Als Nebenbedingung eines minimalen Widerstands bzw. Propellerschubs kann bei der Optimierung die Propelleranströmung (Homogenität des Nachstromfeldes) betrachtet werden.

Wellenböcke, Stabilisierungsflossen und andere Anhänge können einen wesentlichen Beitrag zum Schiffswiderstand liefern. Durch die optimierte Form und Ausrichtung der Anhänge werden der Widerstand und die Belastungen auf die Anhänge minimiert. Damit einhergehend wird der Propellerzustrom homogener, was der Güte und Effizienz der Propulsion zugutekommt und zur Minderung von Vibrationen und Geräuschen beiträgt.