Untersuchung der dynamischen Stabilität von Binnenschiffen bei Manövriervorgängen“ (BinStabilität)

Beteiligte Wissenschaftler

Malte Riesner M. Eng.
Guillermo Chillcce M. Sc.
Dr.-Ing. Jens Neugebauer
Prof. Dr.-Ing. Bettar Ould el Moctar

Projektbeschreibung

Die Binnenschifffahrt ist aufgrund ihrer Verflechtung in nationale und internationale Transportketten ein wichtiger Verkehrsträger. Das Verkehrsaufkommen und die Verkehrsleistung sind, abgesehen von gesamtwirtschaftlichen Entwicklungen, seit Jahren auf konstantem Niveau. Die Sicherheit in der Binnenschifffahrt hat seit vielen Jahren ein konstant hohes Niveau erreicht. Trotz des guten Sicherheitsniveaus ist es in den letzten Jahren zu Unfällen gekommen, bei denen zwei dieser Unfälle im Zusammenhang mit Schiffsstabilität bei Manövriervorgängen standen.

  • Tankmotorschiff „Waldhof“ (2011)
  • Containerschiff „Excelsior“ (2007)

Untersuchungen der Havarie des Tankmotorschiffs „Waldhof“ zeigten, dass die Reduzierung der dynamischen Stabilität während des Schiffmanövers dazu führte, dass das Schiff kenterte. Es zeigte sich, dass die dynamische Stabilität durch mehrere physikalische Phänomene verringert wurde:

  • Krängendes Moment induziert durch Schiffmanöver
  • Verstärkung des krängenden Moments durch Flachwassereffekte und die Bodentopologie
  • Flüssigkeitsbewegungen innerhalb der Tanks hervorgerufen durch die Querbeschleunigung während des Manövers

Im Rahmen des Vorhabens wird systematisch der Einfluss von Schiffsmanövern und begrenzter Wassertiefe auf die Verringerung der dynamischen Stabilität von Binnenschiffen untersucht. Innerhalb des Teilvorhabens „Weiterentwicklung von CFD-Verfahren und mathematischen Modellen zur Simulation der dynamischen Stabilität von Binnenschiffen bei Manövriervorgängen (BinSim)“ erarbeitet das ISMT folgende Ziele:

  • Entwicklung eines mathematischen Modells zur Beschreibung von Schiffsmanövern unter Berücksichtigung des Einflusses reduzierter Wassertiefen. Das mathematische Modell beschreibt die Manövrierkräfte in Längs- und Querrichtung des Schiffes sowie das Krängungs- und Giermoment.
  • Weiterentwicklung von Feldmethoden zur direkten Simulation der dynamischen Stabilität von Tankern während des Manövriervorgangs.
  • Numerische Berechnung der Manövrierkoeffizienten für das neu entwickelte mathematische Manövriermodell (CFD).
  • Experimentelle Untersuchung der Flüssigkeitsbewegungen innerhalb von Ladungstanks während Schiffsmanövern
  • Ermittlung physikalischer Ursachen für die Verringerung der dynamischen Stabilität während Schiffsmanöver
  • Ermittlung kritischer Szenarien für die dynamische Stabilität bei Manövriervorgängen
  • Ausarbeitung von Empfehlungen zur Erhöhung der dynamischen Stabilität von Binnenschiffen bei Manövriervorgängen

Beispielergebnisse

Für die Berechnung der Kraftkoeffizienten für das mathematische Modell zur Beschreibung von Manövrierkräften werden virtuelle PMM Versuche durchgeführt. Dabei sollte der Propeller berücksichtigt werden, da er einen wichtigen Einfluss auf die Querkraft und das Giermoment (Ruderkräfte) und auf die Längskraft (freie Propulsion) ausübt. Aus diesem Grund wird der Propeller in den virtuellen PMM Versuchen geometrisch diskretisiert und somit das durch den Propeller auf das Ruder induzierte Geschwindigkeitsfeld sowie der Effekt der Propellerqueranströmung berücksichtigt. Abbildung 1 zeigt beispielhaft das Geschwindigkeitsfeld im Hinterschiffbereich bei einer Wassertiefe entsprechend H/T = 1,4 . Der Propellerstrahl und die dadurch erhöhte Strömungsgeschwindigkeit ist deutlich zu erkennen.

Riesner 1
Abbildung.1: Darstellung des Geschwindigkeitsfeld im Hinterschiff eines manövrierenden Binnenschiffs bei einer Wassertiefe von H/T=1,4.

 

Projektlaufzeit: 1 Januar 2019 - 31 Dezember 2021Förderung

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​Förderkennzeichen:  03SX471B

Projektpartner

Argonics
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