2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15586Im Rahmen des Teilvorhabens SimStopp wurde ein Verfahren entwickelt, mit dem Stoppmanöver von Schiffen mit variabler Detailtiefe effizient simuliert werden können. Die Methode lässt eine Simulation der rein hydrodynamischen Komponenten zu, kann jedoch auch um Modelle von mechanischen und elektrischen Komponenten eines hybriden Antriebssystems erweitert werden. Das Simulationsverfahren berücksichtigt die Veränderung des Kraftzustands am Schiffsrumpf mit abnehmender Schiffsgeschwindigkeit und die Variation der Propellerkräfte bei der Steigungsrücknahme der Verstellpropeller während eines Stoppmanövers. Die Manövrierkoeffizienten können numerisch berechnet werden und wurden innerhalb des Forschungsvorhabens mit RANS-Berechnungen bestimmt. Zus atzlich zu den konventionellen Manövrierkoeffizienten, die die hydrodynamischen Kräfte auf das Schiff als Folge des Schnellens, Schwojens oder Gierens beschreiben, wird die Interaktion des Propellerstrahls mit dem Schiffsrumpf separat berücksichtigt. Zu Projektende liegen Koeffizientensätze für drei Schiffe vor. Kräfte und Momente am Propeller wurden aus numerischen Berechnungen mit einem RANS-Löser bestimmt. Der Propeller wurde bei Betriebspunkten betrachtet, die den Strömungszuständen am Schiff während eines Stoppmanövers ähneln. Der Propeller wird dabei von vorn angeströmt, doch mit Rücknahme der Propellerblattsteigung wechselt der Schub die Richtung. Bei Zuständen mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten und einer Schubumkehr zeigte sich im Vergleich zu umfangreichen Modellversuchsdaten, dass eine Betrachtung mit höherwertigen numerischen Methoden von Nöten ist. Die numerischen Berechnungen für diese Zustände wurden auch mit DES-Verfahren durchgeführt. Im Rahmen des Teilvorhabens wurden so Freifahrtdaten für drei Propeller bestimmt. Die propeller- und schiffsspezifischen Koeffzienten liegen in Datenbanken vor, die im Laufe der Stoppmanöversimulation aufgerufen werden. Das Simulationsverfahren wurde in der Methodenumgebung MATLAB Simulink konzipiert. Kern des Verfahrens ist der Löser der Bewegungsgleichungen des Systems Schiff. Aufgrund der Flexibilität der Methodenumgebung können Modelle für Elektromotoren, Bordnetzbestandteile und Dieselgeneratoren ohne großen Aufwand angeschlossen werden. Umfangreiche Vergleiche des Simulationsverfahrens mit Stoppmanövern im Modellmaßstab wurden anhand eines Feederschiffs durchgeführt, das im Versuchstank des Projektpartners SVA Potsdam in einer Vielzahl von Messreihen eingesetzt wurde. Die Unterdrückung der Bewegungen Gieren und Schwojen ermöglichte die Durchführung der Aufstoppversuche in der Schlepprinne, sodass ein Aufprall an der Tankwand vermieden wurde. Die Ergebnisse der numerischen Simulationen stimmen mit Abweichungen im Bereich von einstelligen Prozentwerten vor allem beim Stoppweg überein. Die Vorhersage des Schubs während des Stoppmanövers zeigt ähnliche gute Übereinstimmungen. Bei Versuchen mit einem freifahrenden Modell wurden - vermutlich aufgrund von Umwelteinflüssen (Wellen und Wind) - kürzere Stoppwege festgestellt als in den numerischen Simulationen prognostiziert. Hier besteht Bedarf zur näheren Betrachtung der Einussfaktoren und zu weiteren Vergleichen der Stoppmanöversimulation mit Modellversuchs- und Großausführungsdaten. Künftig könnten anhand einer größeren Datenbasis und eines erweiterten Simulationsverfahrens die Interaktion zwischen den verschiedenen Komponenten im System Schiff und die damit verbundenen dynamischen Lasten während des Stoppmanövers noch genauer prognostiziert werden.