Projekt Dipl.-Ing. Matthias Tenzer

Dipl.-Ing. Matthias Tenzer, Prof. Dr.-Ing. Bettar Ould el Moctar Numerische Bestimmung der Interaktion von Schiff, Propeller und Ruder bei Manövriervorgängen von Binnenschiffen in beschränktem Fahrwasser

Manö-Bin

Der Einsatz der Schiffsführungssimulation im Bereich der Binnenschifffahrt hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Für zukünftige Einsatzbereiche, beispielsweise die fahrdynamische Betrachtung von Binnenschiffen außerhalb der Entwurfsbedingungen,sind Weiterentwicklungen der verwendeten mathematischen Modelle zur Beschreibung des Manövrierverhaltens erforderlich. Die Berücksichtigung der Ruderkräfte in einem modularen mathematischen Modell basiert zurzeit auf der zweidimensionalen Auftriebs- und Widerstandsberechnung auf Grundlage der Profilumströmung.

Während in der Seeschifffahrt vorwiegend Einzelruderanlagen bei niedrigen Ruderwinkeln eingesetzt werden, kommen in der Binnenschifffahrt immer häufiger Doppelruderanlagen mit besonderen Profilformen und hohen Ruderwinkeln zum Einsatz.
Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der komplexen dreidimensionalen Strömungseffekte bei der Interaktion von Schiffsrumpf, Propeller und Ruder während der Manövriervorgänge im flachen Wasser unter Einsatz numerischer Methoden.

Mit geeigneten numerischen Methoden aus dem Software-Paket OpenFOAM wird das Strömungsproblem durch systematische Ausdehnung der Komplexität berechnet, um die unterschiedlichen Einflüsse zu erfassen. Besondere Bedeutung kommt der Einführung eines Volumenkraftmodells als Ersatzdarstellung eines Propellers zu. Die erreichbare Genauigkeit dieser Modellierung ist dabei für die weitere Verwendung dieses Modells entscheidend. In einem letzten Schritt sollen die komplexen Strömungsverhältnisse der Interaktion von Schiff, Propeller und Ruder vollständig geometrisch aufgelöst und berechnet werden.

Zur Validierung der angeführten Berechnungen sind experimentelle Untersuchungen in Kooperation mit dem Entwicklungszentrum für Schiffstechnik und Transportsysteme e.V. (DST) vorgesehen. Neben den grundlegenden Widerstands- und Propulsionsversuchen sollen insbesondere die Ruderkräfte in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen experimentell bestimmt werden. Die Validierung der numerisch berechneten Strömungsverhältnisse als Ergebnis der Interaktion von Schiffsrumpf, Propeller und Ruder soll insbesondere anhand von experimentellen Untersuchungen mit Hilfe der Particle Image Velocimetry (PIV) erfolgen.