StruMan – Manövrieren & Regelung von Schiffen in der Nähe von Strukturen

Das Gesamtziel des vom BMWI geförderten Verbundprojektes „StruMan“ (Manövrieren & Regelung von Schiffen in der Nähe von Strukturen) ist die Entwicklung eines funktionsfähigen Demonstrators, des „Advance Maneuvering Pilots“ (AMP), eines neuartigen Manövriersystems für Binnenschiffe mit azimuthierenden Antrieben. Für den zukünftigen Einsatz hochautomatisierter oder autonomer Schiffe ist die Fähigkeit, diese präzise automatisch zu manövrieren unabdingbar, insbesondere für Schiffe mit langem Schiffskörper und azimuthierenden Antrieben im Bug und Heck.

Im Teilvorhaben „Hydrodynamische Interaktionen von Schiffen in der Nähe von Strukturen“ werden die komplexe Hydrodynamik eines langen Schiffskörpers mit mehreren azimuthierenden Antrieben betrachtet. Ziel ist die Entwicklung einer CFD-basierten (Computational Fluid Dynamik) Methodik zur Berechnung von Manövrierkräften an Schiffen mit modernen Antrieben.

In dem Projekt werden starke Interaktionen von Schiffen und deren Propulsoren in unterschiedlichen Strömungsgrenzen, z.B. Brückenpfeilern, Kaimauern oder dem Grund untersucht. Ein typischer Betriebszustand ist die zeitabhängige Schräganströmung des Antriebes beim Manövrieren in der Nähe von Strukturen. Das vergrößert den Parameterraum, die Komplexität der Parameterstudie und den Aufwand der Untersuchungen signifikant.

In dem Teilvorhaben sollen effizientere Methoden zur Berechnung der Kräfte und deren strukturelle Verläufe als Voraussetzung für die spätere Parameteridentifikation der spezifischen Modelle der Partner entwickelt werden. Basierend auf den Actuator Disc (AD) und dem Frozen Rotor Modellen (FRM) wird ein schnelles und effizientes CFD-Verfahren zur Berechnung von Kräften am Schiffsrumpf und den Propulsionsorganen (Ruderpropeller, Pumpjet und Querstrahler) entwickelt. Dieses soll die nötige Anzahl von Serienberechnungen für die verschiedenen Strömungsbedingungen:

  • Schiffsgeschwindigkeit
  • Flachwassereffekte
  • Schiebewinkel
  • etc.

Ein weiteres Ziel der hydrodynamischen Simulation ist es, das Potential der hydrodynamischen Parameter der SCHOTTEL Antriebe bei spezifischen Betriebsbedingungen auszuloten.

Abschließend soll eine Datenbank der hydrodynamischen Parameter für Schiffe mit dem SCHOTTEL Antrieben in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen erstellt werden.

Das globale Ziel des Teilvorhaben kann in sechs Unterziele gegliedert werden:

  • Entwicklung eines Simulationsmodells für den Schiffsrumpf ohne Anhänge für unterschiedliche Umweltbedingungen.
  • Auswahl einer geeigneten Methode zur Modellierung eines rotierenden Propellers.
  • Entwicklung und Validierung des vollständigen Simulationsmodells für den Schiffsrumpf mit Antrieben.
  • Entwicklung und Validierung eines mathematischen Modells für das Schiff mit dem Pumpjetantrieb.
  • Untersuchung der am Schiff entstehenden Kräfte beim Rückwärtsmanöver.
  • Entwicklung des parametrischen Modells für Simulation der Schiffsdynamik.

Projektlaufzeit

09/2022 - 08/2025