Dr.-Ing. Sebastian Alexander Uharek, Technische Universität Berlin, Georg-Weinblum-Preis 2019
Für die rein numerische Vorhersage von Rudermanövern von Schiffen in Wellen wurde ein Abkowitz-Modell um die Berücksichtigung der von den Wellen induzierten Kräfte und Momente erweitert. Unter der Annahme, dass die oszillierenden Wellenkräfte und -momente erster Ordnung keinen Einfluss auf die Trajetorie des manövrierenden Schiffes haben, wurden nur die mittleren Wellenkräfte und -momente im Modell berücksichtigt. Die Koeffizienten dieses erweiterten mathematischen Modells wurden mit Hilfe von RANS Simulationen von virtuellen gefesselten Modellversuchen in Glattwasser und Wellen bestimmt. Zur Prognose der erforderlichen mittleren Zusatzleistung während des Manövers wurde das Propellerdrehmoment ebenfalls modelliert. Das Verfahren wurde am Beispiel des S175 Containerschiffes angewandt und die Ergebnisse mit Messungen von Yasukawa und Nakayama verglichen. Die RANS-Simulationen wurden mit dem Finite-Volumen-Code Neptuno durchgeführt. Bei der Auswertung der numerischen gefesselten Modellversuche zur Bestimmung der mittleren Wellenkräfte und -momente wurde der Effekt der nicht hydrodynamischen mittleren Trägheitskräfte untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass für einen Vergleich von numerischen Simulationen und Messungen die Berücksichtigung dieser Trägheitskräfte essentiell ist. Zur Validierung der Methode wurden Drehkreisversuche in Glattwasser und Wellen simuliert und mit Messungen verglichen. In den meisten Fällen wurde eine gute Übereinstimmung der Trajektorie des Schiffes und der mittleren Zusatzleistung erzielt.
For the purely numerical prediction of rudder manoeuvres of ships in waves, a mathematical model of Abkowitz type has been expanded to take the forces and moments due to waves into account. Under the assumption that oscillating wave forces and moments of first order do not influence the trajectory of the manoeuvring ship, only mean wave forces and moments are considered here. The coefficients of this extended mathematical model are determined by RANS simulations of virtual captive model tests in calm water and waves. In order to get an estimation of the required mean power during the manoeuvre, the propeller torque is modelled as well. This method has been applied to the S175 container ship and the results were compared to experimental measurements performed by Yasukawa and Nakayama. The RANS simulations are performed with the in-house finite volume code Neptuno. The effect of non-hydrodynamic mean inertial forces was investigated during the evaluation of the numerical captive model tests for the determination of the mean wave forces and moments. It was shown that it is crucial to consider these non-hydrodynamic forces when comparing results from numerical simulations and experimental measurements. To validate the method, turning circle tests in calm water and waves have been simulated and compared to the experimental measurements. In general a good agreement was achieved for trajectories and mean added power.