Ein Beitrag zur Konstruktion von Antriebssystemen bei modernen Schiffen

Die Geschwindigkeit von großen Containerschiffen, Fähren und Kreuzfahrtschiffen wurde in den letzten Jahren gesteigert. Damit einhergehend ist die Konstruktion von Propellern für diese Schiffe komplizierter geworden. Deshalb gelten für die Zulieferer von Antriebstechnik inzwischen strengere Vorgaben. Bei der Konstruktion der Propeller gilt es als eine allgemeine Regel, dass eine höchstmögliche Effizienz des Propellers bei gleichzeitiger starker Einschränkung von Schwingungen, Lärm und dadurch auch Hohlraumbildungen erzielt werden muss.

Im Rahmen des von der EU finanzierten LEADING EDGE-Projekts sollten Numerikinstrumente für eine genaue geometrische Beschreibung des Antriebssystems sowie für die Hohlraumberechnung an den Propellerblättern erarbeitet werden. Die Simulationsergebnisse werden wertvolle Erkenntnisse über Ursache, Stärke und Struktur von Spitzenwirbeln liefern, die im Modell wie auch in der Realität eine Hauptquelle von Schwingungen und Lärm sind.

Forscher von der Chalmers University of Technology untersuchten drei verschiedene Propellerarten: als Referenz einen herkömmlichen, einen stark abgeschrägten und einen Propeller mit spitzen Blättern. Der erste Schritt bei der numerischen Strömungsmechanik zu den Flüssigkeitsströmungen und der Modellierung finiter Elemente hinsichtlich baulicher Probleme bestand in der Erzeugung eines festen Modells über die Geometrie der Konstruktion.

Die Erstellung eines Rechengitters teilt die Geometrie in kleine Volumenelemente auf. Bei den numerischen Simulationen der Flüssigkeitsströmungen erwiesen sich die Dichte und Qualität des Gitters als äußerst wichtig und die Genauigkeit als stark vom Typ des verwendeten Gitters abhängig. Häufig kam es bei der Genauigkeit und dem erforderlichen Aufwand zur Wahl der optimalen Gitterart sowie bei der Erzeugung des geeigneten Gitters zu Kompromissen.

Aus allen während des LEADING EDGE-Projekts erzeugten Gittern ging die allgemeine Schlussfolgerung hervor, dass ein Ansatz mit mehreren Gittern die Anforderungen an eine Darstellung der komplexen Propellergeometrie besser erfüllt. Effiziente Formvariationen sowie Lösungen für die praktische Anwendung in automatisierten Bewertungen der Hydrodynamik bei der Konstruktion von Schiffen sind auf der Grundlage dieses Ansatzes erreichbar.