Non-viscous calculation of propeller forces under consideration of free surface effects

Abstract

In dieser Arbeit werden numerische Methoden entwickelt, mit denen die dynamischen Wechsellasten, die auf Schiffspropeller unter Einfluss der freien Wasseroberfläche oder unter Ventilationseinfluss wirken, berechnet werden können. Die numerischen Methoden sind potentialbasiert, eine Randelementmethode und eine Kopplungsmethode zwischen einer Randelementmethode und einem RANSE Löser werden entwickelt. Die Randbedingungen an der freien Wasseroberfläche werden in einer stationären und einer instationären Formulierung in die Randelementmethode implementiert und die Ergebnisse werden mit Messdaten validiert. Die instationären Kräfte und Momente, welche für Propeller berechnet werden, die gering getaucht sind, oder Propellern, die gering getaucht sind und im Einfluss von Wellen operieren, werden Messdaten gegenübergestellt.

This thesis reports on the development of numerical methods for the determination of propeller loads for propellers operating under free water surface influences and due to ventilation. The numerical methods are potential-based and different approaches with a boundary element method and a solver coupling approach between a boundary element method and a RANSE solver are developed. The boundary conditions at the free water surface are implemented in the boundary element method in a steady and an unsteady formulation and a validation is given for computed results against experimental data. Unsteady forces and moments are computed for propellers with shallow immersion, propellers with shallow immersion in waves and for ventilating propellers. The results of the numerical methods are compared to experimental results.