Masterarbeit: Parametrische Optimierung eines Propellers im Nachstromfeld unter Berücksichtigung der Festigkeit
Motivation
Schiffspropeller sind im Betrieb stark schwankenden Strömungsbedingungen ausgesetzt, die einerseits durch die Fahrtzustände des Schiffes erzeugt und andererseits durch die im Nachstromfeld des Schiffes variierende Strömungsrichtung und -geschwindigkeit hervorgerufen werden. Letzteres kann im Regelbetrieb des Schiffes bei Vorausfahrt zu störenden Druckimpulsen, Schallemissionen und erosiver Kavitation führen, die der Umwelt, den Passagieren und dem Propulsor schaden.
Unkonventionelle oder zielgerichtet optimierte Formen der Propellerflügel können einen emissionsarmen Betrieb ermöglichen, jedoch ist die Auslegung solcher Propeller durch manuelles Design sehr herausfordernd. Die parametrische Formbeschreibung moderner Propeller und die Variation der Parameter durch numerische Optimierungsmethoden einhergehend mit einer numerischen Strömungsberechnung erlauben die Untersuchung eines großen Lösungsraums bei einem annehmbaren numerischen Aufwand. Bei der Anwendung dieser zeiteffizienten Herangehensweise muss die Festigkeit ebenfalls beachtet werden, die durch die Einbindung eines Strukturlösers in den Bewertungsprozesses eines Individuums berücksichtigt werden kann.
Ziel
Ziel der Arbeit ist die Durchführung einer oder mehrerer Optimierungen für einen Betriebspunkt eines Propellers in einem Nachstromfeld unter Berücksichtigung der Festigkeit. Dazu soll eine gekoppelte Methode zur Berechnung der Hydrodynamik und der Festigkeit mit dem am Institut entwickelten Potentialströmungslöser panMARE genutzt werden. Das Verfahren soll erprobt und in einen vorhandenen Optimierungsablauf integriert werden, der um die Berücksichtigung des Nachstromfeldes und einer angepassten Auswertung erweitert werden muss. Dabei werden mehrere optimierte Propellergeometrien identifiziert und gekoppelte Geometrieparameter herausgearbeitet. Im Anschluss sollen der Einfluss der Propellerrücklage auf die Festigkeit untersucht und die notwendige Profildicke auf den Blattsektionen ermittelt werden.
Tasks
Geometrieerstellung mit dem Framework HYKOPS
Strömungsberechnung mit panMARE
Anwendung der Kopplung von COMANA und panMARE zur Festigkeitsberechnung in ANSYS
Gitterstudie zur Berechnung der Festigkeit
Optimierung mit dem Framework DAKOTA
Entwicklung einer angepassten Zielfunktion
Identifikation sinnvoll gekoppelter Parameter
Identifikation des Einflusses der Propellerrücklage auf die Festigkeit und Propellermasse
Type & Date
Masterarbeit
13.09.2021