Instationäre Strömungsvorgänge und daraus resultierender Schall bei nabenlosen Propellern

Der wachsende, von Schiffsantrieben emittierte Unterwasserschall führt zu einer zunehmenden Umweltbelastung. Ein vielversprechendes Konzept zur Reduzierung der Unterwasserschallemission ist der Einsatz nabenloser Propeller mit Ringmotor. Zu diesem, noch recht jungen Antriebssystem fehlen jedoch bis heute systematische Untersuchungen der instationären Strömung in und nach solchen Propellern sowie der daraus folgenden Schallabstrahlung. In dem geplanten Projekt sollen, neben der grundsätzlichen Topologie der Nachlaufströmung, vor allem der Transitionsvorgang und die Transitionslänge der Blattspitzenwirbel, die Topologie des Hufeisenwirbelsystems im Blattwurzelbereich sowie die hydroakustische Schallabstrahlung erforscht werden. Dazu werden zeitaufgelösten Stereo PIV Messungen im Nachlauf eines nabenlosen Propellers in Kombination mit zeitsynchronen Druckmessungen durchgeführt und durch dreidimensionale DES Simulationen ergänzt. Für die numerische Berechnung der Hydroakustik wird, auf Basis einer Finite-Volumen-Formulierung, ein EIF Verfahren vierter Ordnung entwickelt werden. Die Analyse der numerischen und experimentellen Daten und insbesondere die Identifizierung kohärenter Strömungsstrukturen wird sich dabei vornehmlich auf der Proper Orthogonal Decomposition (POD) und der Identifizierung von Wirbelkernlinien stützen. Basierend auf der POD Methode wird dabei erstmals die Hydroakustik einzelner kohärenter Strömungsstrukturen von Propellern untersucht werden. Im Ausblick dieses Projektes werden erste Maßnahmen zur Reduktion der hydroakustischen Schallabstrahlung abgeleitet werden können.