Dr.-Ing. Katja Wöckner-Kluwe, Flensburger Schiffbau-Gesellschaft mbH & Co. KG, Flensburg; Curt-Bartsch-Preisträgerin 2014
Bisherige Berechnungsansätze zur Auslegung von Schiffspropellern und zur Bestimmung der Rumpf-Propeller-Wechselwirkungen berücksichtigen nur Situationen im Glattwasser. Dies ist für konventionelle Handelsschiffe mit großem Tiefgang in der Regel ausreichend. Für kleinere Schiffe, die zudem häufig dynamisch positionieren, wie z.B. Plattformversorgungsschiffe ist es dagegen wichtig, die instationären Einflüsse des Seegangs auf den Propeller zu berücksichtigen. Bedingt durch den kleineren Tiefgang dieser Schiffe und die hohe Propellerbelastung bei geringer Fahrt kann der Propeller anfangen zu ventilieren, wodurch große Belastungsschwankungen für den Propeller entstehen. Inhalt der Arbeit ist daher die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem die hydrodynamischen Eigenschaften von Propellern im Schiffsnachstrom unter Berücksichtigung des Seegangseinflusses untersucht werden können. Kern des Verfahrens ist eine instationäre Kopplung einer RANS-Methode mit einer potentialtheoretischen Methode. Die RANS-Methode wird dabei verwendet, um die Umströmung des Schiffes und damit die Anströmbedingungen des Propellers zu bestimmen, während die Methode für reibungsfreie Strömung eingesetzt wird, um die Propellerkräfte zu berechnen.
Existing computational methods for the design of ship propellers and for the determination of ship-propeller interaction effects only consider the situation in calm water. For typical merchant ships, providing large draughts, the common procedure is sufficient. But for smaller vessels, especially for those operating in dynamic positioning mode (i.e. offshore-supply vessels), the influence of the ship motions and the waves on the propeller should be considered. Due to the large propeller loading in such situations and the small draught of these vessels, the propeller might start to ventilate, which causes large load fluctuations. In the present work a computational procedure is derived, which allows to compute the unsteady working conditions of a propeller in a ship wake under consideration of the wave influence. The method is based on a close and unsteady coupling of a viscous-flow method and a method based on potential-flow theory. Therein, the RANS-method is used to compute the flow around the ship hull and therewith the inflow conditions for the propeller, while the inviscid-flow method is used to determine the propeller forces.