Dr.-Ing. Sven-Brian Müller; Forschungskooperation zwischen dem Institut für Schiffstechnik, Meerestechnik und Transportsysteme der Universität Duisburg-Essen und der Bundesanstalt für Wasserbau, Weinblum-Preisträger
Die Bewertung des Systems Schiff wird bisher überwiegend mittels Modellversuchen durchgeführt. Die Umrechnung des dort gemessenen Schubs und des Drehmoments auf die Großausführung hängt von verschiedenen Faktoren ab, die das Strömungsverhalten um den Propeller beeinflussen. Die Anforderung an die Genauigkeit des Umrechnungsverfahrens wächst mit Zunahme des Maßstabsfaktors. Für die Beschreibung der Maßstabseffekte wurde eine Methode für die numerische Simulation der viskosen Strömung zur Bestimmung der Freifahrtcharakteristik von Propellern in Modell- und Großausführungsmaßstab erarbeitet. Es wurde gezeigt, dass sowohl Widerstand als auch Auftrieb Einfluss auf die Maßstabseffekte haben. Weiterhin konnte festgestellt werden, dass eine zweidimensionale Betrachtung der Maßstabseffekte (vorhandene Verfahren) die Vernachlässigung der radialen Änderung der Druck- und Schubspannungsverteilung infolge der dreidimensionalen Strömung bedeutet. Ferner wurde der Einfluss des Umschlags von einer laminaren zu einer turbulenten Grenzschicht auf die Maßstabseffekte am Modellpropeller untersucht. Aufbauend auf numerischen Untersuchungen an Schiffspropellern wurde ein Verfahren zur Umrechnung der Propellerkräfte und -momente vom Modell auf die Großausführung entwickelt. Das Umrechnungsverfahren berücksichtigt die unterschiedliche Strömung des Modells und der Großausführung, die dreidimensionalen Effekte der Grenzschichtströmung und die geometrischen Größen des Propellers.
Predicting the performance of full-scale propellers still relies on experimental investigation. Extrapolating measured thrust and torque data to full scale is affected by many factors, which influence the flow behaviour on propellers. The problem increases when enlarging the scale factor. For the description of the scale effects a procedure for numeric simulations of the viscous flow was developed, which determines the open water test characteristic of propellers in model and full-scale. It was proven that resistance, but as well as lift has an influence on the scale effects and also that a two-dimensional view of the scale effects as employed in current methods means neglecting the radial change of pressure and shear stress distribution caused by three-dimensional flow. Furthermore the influence of the flow transition from laminar to turbulent boundary layer flow was analysed for the propeller model. Based on the results of the numerical simulations an extrapolation method was developed, which considers the main geometrical parameters of the propeller, the three-dimensional effects of the boundary layer flow and the different flow conditions in model and full-scale.