Maßstabseffekte und Umwelteinflüsse bei der Vorhersage des Manövrierverhaltens seegehender Schiffe

Status

abgeschlossen

Beteiligte Wissenschaftler

Prof. Dr.-Ing. Bettar Ould el Moctar
Dr.-Ing. Udo Lantermann
Dipl.-Ing. Jens Höpken

 

Projektbeschreibung

Die Gewährleistung der Manövrierfähigkeit eines Schiffes ist eine Grundvoraussetzung für einen sicheren Schiffsbetrieb. Angesichts des weiterhin zunehmenden Schiffsverkehrs und der nach wie vor wachsenden Schiffsgrößen ist die Notwendigkeit genauer Prognosen der Manövriereigenschaften dringender denn je. Das Verbund-Forschungsvorhaben PREMAN widmete sich der signifikanten Verbesserung von Manövrierprognosemethoden.

Im Teilvorhaben der Universität Duisburg-Essen, MANÖ-DYN, wurde das Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS)-Verfahren OpenFOAM zur direkten Berechnung des Manövrierverhaltens von Schiffen verwendet und um neue Funktionalitäten erweitert. Sowohl die Propulsionsorgane und Maschinendynamik, als auch Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel Wind und Strömung, wurden in den Manöversimulationen berücksichtigt.

Um die Einflüsse der Propulsionsorgane auf das Manövrierverhalten von Schiffen mit in die Untersuchungen einzubeziehen, wurden diese modelliert. Die geometrische Modellierung steigert den ohnehin hohen Rechenaufwand um ein Vielfaches. Daher wurden die Propulsionsorgane u.a. durch ein Volumenkraftmodell modelliert, welches auf einem Potenzialverfahren basiert.

In der Realität ist die Propellerbelastung während eines Manövriervorgangs nicht konstant und die Schiffsmaschine reagiert darauf mit einer Drehzahländerung. Um dieses Verhalten in den numerischen Simulationen realitätsnah abzubilden, wurde ein entsprechendes Modell entwickelt und in die Simulation der Manövriervorgänge integriert.

Einen weiteren Schwerpunkt in diesem Vorhaben stellten die Maßstabeffekte dar. Hierzu wurden Großausführungsmessungen und entsprechende Modellversuche durchgeführt. Anhand der gewonnenen Daten wurden die entwickelten numerischen Methoden validiert. Die Messungen an der Großausführung und am Modell wurden jeweils für ein Einschraubenschiff und ein Zweischraubenschiff vorgenommen. Für die Großausführung des Zweischraubenschiffes zeigt Abbildung 1 die Trajektorien sowie den zeitlichen Verläufe der Geschwindigkeit während eines Drehkreismanövers mit einem Ruderwinkel von 35°. Simulations- und Messergebnisse stimmen sehr gut überein.


Abbildung 1: Simulation und Messwerte des Drehkreises des Zweischraubers in der Großausführung mit einem Ruderwinkel von 35°, Trajektorien (links) und zeitlicher Verlauf der Geschwindigkeit (rechts)

Förderung

Bme

 

Veröffentlichungen
  1. el Moctar, O., Lantermann, U., Mucha, P., Höpken, J., and Schellin, T.E., “RANS-Based Simulated Ship Maneuvering Accounting for Hull-Propulsor-Engine Interaction”, Proceedings of the 30th Symposium on Naval Hydrodynamics (ONR), Hobart, Tasmania, Australia, 2014