Schleppkräfte
Status
abgeschlossen
Beteiligte Wissenschaftler
Prof. Dr.-Ing. Bettar Ould el Moctar
Dr.-Ing. Jens Neugebauer
Dipl.-Ing. Andreas Peters.
Projektbeschreibung
Aufgrund des in den letzten Jahren gestiegenen Transportaufkommens ist ein Trend zu immer größeren Schiffen festzustellen. Durch die Zunahme der Schiffsgrößen steigt folglich deren Angriffsfläche für aero- und hydrodynamische Lasten. Für Revierfahrt unter Zuhilfenahme von Schleppern gestaltet sich somit die Ermittlung der erforderlichen Schlepperleistung zunehmend schwieriger. Im Rahmen zweier Forschungsprojekte wurden numerische Simulationen der viskosen Strömung durchgeführt, die bei der Wahl der Schlepperleistung herangezogen werden können. Die Untersuchungen wurden für einen repräsentativen Querschnitt der Elbe durchgeführt (siehe Abbildung 1).
Abbildung 1 Repräsentativer Elbequerschnitt (Kilometer 660)
Die wirkenden Kräfte und Momente auf die Schiffe infolge von Wind und Wasser wurden für die unterschiedlichen Schiffstypen bei mehreren Anströmrichtungen systematisch berechnet. Die Strömungsberechnungen wurden für Über- und Unterwasserschiff separat durchgeführt und die Ergebnisse in einer Auswertung für relevante Kombinationen von Wind- und Strömungsrichtung sowie -geschwindigkeit verwendet. Außerdem wurde der Einfluss der Decksbeladung auf die Windlasten untersucht (siehe Abbildung 2).
Abbildung 2: Beispiel für zwei untersuchte Containerschiffe mit unterschiedlicher Decksbeladung
Ziel der Projekte war die Ermittlung dimensionsloser Beiwerte für die wirkenden Kräfte in sowie des Giermoments für ausgewählte Schiffe bei verschiedenen Anströmrichtungen. Abbildung 3 zeigt bespielhaft den Widerstandsbeiwert aus den hydrodynamischen Berechnungen über den Anströmwinkel für einige untersuchte Schiffe. Die Schiffe S201 und S202 sind dabei große Containerschiffe, die Schiffe S207 bis S210 sind Bargen mit einem Tiefgang von 1 m.
Abbildung 3 Widerstandsbeiwerte über dem Anströmwinkel für unterschiedliche Schiffe
Die Ergebnisse wurden in ein an der Universität Duisburg-Essen entwickeltes Programmmodul eingespeist, das die Ergebnisse für andere Schiffe und Umgebungsbedingungen interpoliert. Somit ist die Approximation der wirkenden hydro- und aerodynamischen Lasten für Schiffe anderer Abmessungen im Rahmen der Ermittlung der erforderlichen Schlepperleistung eines Schleppszenarios möglich (siehe Abbildung 4).
Förderung
Die Untersuchungen wurden im Auftrag des Germanischen Lloyd und des Wasser- und Schifffahrtamtes Cuxhaven durchgeführt
