Zur Leistungsprogonose bei Seeschiffen unter genauer Erfassung der Wechselwirkung zwischen Schiffsrumpf, Ruder und Propeller werden Anwendungen der modernen CFD-Berechnungsverfahren (CFD, Computational Fluid Dynamics) entwickelt. Zunächst wird die viskose Umströmung von Schiff und Ruder mit einem RANSE-Löser (RANSE, Reynolds Averaged Navier-Stokes-Equation) bestimmt. Man erhält so den viskosen Widerstand und das nominelle Strömungsfeld im Propellerbereich. Der im Gesamtwiderstand enthaltene Wellenwiderstand wird nach einem bewährten Panelverfahren bestimmt. Für die Propellerberechnung dient das nominelle Strömungsfeld als eine erste Näherung der Zuströmung zum Propeller. Die Propellerströmung wird nach einer Vortex-Lattice-Methode (VLM) berechnet. Die Wirkung des Propellers auf das Strömungsfeld des Schiffes wird mit dem BF-Modell (BF, Body Force) erfaßt. Unter Berücksichtigung der Propellerwirkung erhält man nach der RANSE-Rechnung das totale Geschwindigkeitsfeld und den erhöhten viskosen Widerstand. Die für die Propellerberechnung benötige effektive Zuströmung ist definiert als Differenz zwischen der totalen Strömungsgeschwindigkeit und der vom Propeller induzierten Geschwindigkeit. Letztere wird durch zwei Rechnungen mit dem EULER-Löser bestimmt. Der Leistungsbedarf eines Schiffes hängt auch von der relativen Lage des Propellers und des Ruders zum Schiff ab. Durch Verschiebung des Propellers und des Ruders kann eine bezüglich des Leistungsbedarfs optimale Wechselwirkung zwischen Schiffsrumpf, Ruder und Propeller gefunden werden. Modellversuche haben gezeigt, daß eine Ersparnis im Leistungsbedarf von bis 3 % durch relative Verschiebung von Propeller und Ruder erzielt werden kann. Für das betrachtete Schiffsmodell ist eine derartige Optimierungsaufgabe in Modellversuchen durchgeführt worden. Es ergibt sich, daß die hier angewandten CFD-Rechenverfahren in der Lage sind, die richtige Tendenz über den Einfluß der relativen Anordnungen des Propellers und des Ruders auf den Propulsionswirkungsgrad zu zeigen. Die ermittelten effektiven Nachstromverteilungen dienen als wertvolle Information zum Propellerentwurf.
Numerische Propulsionsversuche
HANSA. International Maritime Journal ; 137 , 9 ; 168-174
2000
5 Seiten, 12 Bilder, 8 Quellen
Article (Journal)
German
inkompressible Strömung , Leistungssteigerung , Navier-Stokes-Gleichung , numerische Simulation , numerisches Verfahren , Potenzialströmung , Programmpaket , Reynolds-Gleichung , Ruderanlage , Ruderblatt , Schiffspropeller , Schiffsrumpf , Schiffswiderstand , Seeschiff , Strömungsfeld , Strömungslehre , Strömungsprofil , Umströmung
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