OFF-Design

gefördert durch

BMWi - Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie

Partner

EUB, FSG, HSVA, TUHH-M6

Laufzeit

01.08.2008 - 01.08.2011

Das Vorhaben hat die Erarbeitung und Entwicklung von Vorgehensweisen, Methoden und Werkzeugen für die zielgerichtete Optimierung von Schiffen bezüglich so genannter Off-Design-Zustände zum Inhalt.

Beim Entwurf der Schiffe wird derzeit nur der dem Bauvertrag zugrundeliegende Design-Zustand betrachtet. Dies betrifft besonders die hydrodynamische Auslegung der Propulsions- und Manövrierorgane. Nun treten beim praktischen Betrieb der Schiffe viele Zustände auf, die vom eigentlichen Design-Zustand sehr stark abweichen. Dies hat einerseits zur Folge, dass der Brennstoffverbrauch der Schiffe insgesamt nicht optimal ist, weil sie in Teillastzuständen unter Umständen sehr ungünstig betrieben werden. Andererseits können in Teillastzuständen unerwünschte Nebenwirkungen wie z. B. Kavitation oder Vibrationen auftreten.

Bei der Bewertung dieser Off-Design- Zustände treten folgende grundsätzliche Schwierigkeiten auf, die im beantragten Teilvorhaben bearbeitet werden sollen:

  • Zunächst ist oft nicht bekannt, welche Off-Design-Zustände Überhaupt auftreten und wie wahrscheinlich diese sind. Damit ist es prinzipiell nicht möglich, uberhaupt einen quantitativen Bewertungsmaßstab für diese Off-Design- Zustände aufzustellen.
  • Für viele technische Fragestellungen die den Betrieb von Propulsions- oder Manövrierorganen betreffen, existieren für Off-Design-Zustände keine brauchbaren Berechnungsverfahren, weil die den Verfahren zugrundeliegenden Modellierungsansätze bei Off-Design-Zuständen nicht mehr erfüllt sind.

Daher werden im beantragten Vorhaben einmal Grundlagen für eine quantitative Bewertung von möglichen Off-Design-Zuständen erarbeitet, die zu einer neuartigen Entwurfsphilosophie führen könnten. Zum anderen werden neuarige Berechnungskonzepte erarbeitet, die exemplarisch an Schiffsrudern angewendet werden sollen. Eine Ubertragung der erarbeiteten Methodiken auf Propeller wird in Teilen vorbereitet, aber innerhalb des Vorhabens nicht realisiert.

Mehr Informationen erhalten Sie bei den Ansprechpartnern: Philip Augener, Christoph Steinbach, Johannes Will

Publikationen

Folgende Publikationen wurden im Rahmen dieses Forschungsvorhabens erstellt:

[57950]
Title: Operating Conditions Aligned Ship Design and Evaluation.
Written by: Lars Greitsch, Georg Eljardt
in: <em>1st Symposium on Marine Propulsors, Trondheim</em>. (2009).
Volume: Number:
on pages:
Chapter:
Editor:
Publisher:
Series:
Address:
Edition:
ISBN:
how published:
Organization:
School:
Institution:
Type:
DOI:
URL:
ARXIVID:
PMID:

[pdf]

Note: OFF-DESIGN STATMETHODE

Abstract: This paper discusses a newly developed approach to ship design. It employs Monte Carlo simulations in order to reproduce and prognosticate lifetime operation conditions of a projected (or existing) vessel. On basis of statistical environmental data in combination with direct calculations of the vessel´s propulsion it is possible to benchmark different designs regarding e.g. fuel efficiency and rudder cavitation. After the vessel´s operating condition (drafts and speed) and the environmental conditions (wind and sea state) are determined, by applying the Monte-Carlo-Method, the corresponding equilibrium condition for each propulsion point is computed by utilising an already implemented manoeuvring algorithm. Following this procedure, it is possible to identify the specific requirement profile and to align the vessel´s design with this profile. Since this methodology computes fairly fast, it offers the possibility to perform an optimisation analysis and to qualitatively assess the impact of design variations economically and ecologically. This assessment can be adjusted to different vessel types, shipping routes and connected to this the commodity flow, tailored to the customer´s specific needs. In order to validate the calculation method´s feasibility, the algorithm´s results have been checked against measured long-term data from various vessels in operation. In addition to the power demand as one optimisation parameter, each manoeuvring situation lead to a specific flow condition around the rudder which results directly from the required rudder angle for the task of course keeping. On basis of the determined vessel speeds and rudder angles, the cavitation distribution on the rudder can be estimated. Therefor the flow around the rudder geometry is calculated for all combinations of the prognosticated rudder angles and ship speeds, considering the propeller load resulting from the ship´s resistance, its floating condition and the wake field. The occurrence of cavitation for each situation is weighted by the relative frequency of the operation condition. Thus the implemented method provides a prognosis of the cavitation risk distribution on the rudder considering the complete operational profile. Now it is possible to evaluate different rudder designs for the vessel on the basis of differences in the cavitation risk.