Vorgestellt wird eine Entwicklungsplattform zur Formoptimierung von Schiffen, bestehend aus dem FRIENDSHIP-Framework zur Parametrisierung des Schiffsrumpfes und dem Strömungscode FreSCo+ zur Lösung der primalen und adjungierten RANS-Gleichungen mit vorgegebener Zielfunktion. Die Formänderung erfolgt auf der Grundlage der Zielfunktionsableitung nach den Formparametern (Sensitivitätsgradient), welche mithilfe des adjungierten Kalküls trotz einer Vielzahl von freien Variablen effizient bestimmt werden kann. Die Methodik wurde für einen Bulk-Carrier bei 14 Knoten demonstriert und in einem Schlepptankversuch validiert. Als Zielfunktion diente ein Kriterium zur Quantifizierung der Homogenität der axialen Propellerzuströmung. Da der Nachstrom von der Hinterschiffsform und der Propellerwirkung abhängt, wurde hier das Hinterschiff des Bulkermodells bei aktiver Propulsion optimiert. Das modifizierte Hinterschiff ist asymmetrisch und erzeugt einen gleichmäßigeren Nachstrom als die symmetrische Ausgangsform. Dies schlägt sich in einer besseren Anströmung des Propellers nieder, der deshalb bei einer niedrigeren Drehzahl betrieben werden kann, um den nötigen Schub zu erzeugen. Obwohl der Schub sich im Vergleich zum Originalentwurf um etwa 0,5 % erhöht, kann die Antriebsleistung über die Drehzahlsenkung um gut 2,3 % reduziert werden. Diese Prognose wurde im Schlepptankversuch sogar leicht übertroffen. Die Experimente zeigten, dass der asymmetrische Entwurf sich auch außerhalb des Optimierungspunkts robust verhält und vor allem bei niedrigeren Geschwindigkeiten wirtschaftlicher betrieben werden kann als das konventionelle Schiff. Bereits in den 1970er und 80er Jahren hat Nönnecke asymmetrische Einschrauber-Hinterschiffe entwickelt und deren Vorteile bei der Propulsion demonstriert. Im vorliegenden Fall ist die Asymmetrie Ergebnis der unabhängigen Freigabe der Formparameter auf der Back- und Steuerbordseite des Rumpfes.
FORM-PRO - Hydrodynamische Optimierung von Schiffen mit aktiver Propulsion
2012
19 Seiten, 13 Bilder
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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