Reduktion der hydroakustischen Emission von Propulsionssystemen - RedEmi; Schlussbericht zu einem Verbundvorhaben im Rahmen des maritimen Forschungsprogramms des BMWK AStERIa - Acoustic emission of structure-rudderpropeller interaction

Abstract

Die zunehmende Lärmbelastung in den Weltmeeren durch die Schifffahrt stellt eine wachsende ökologische Herausforderung dar. Besonders Unterwasserschall kann das Verhalten und die Lebensräume maritimer Arten erheblich beeinträchtigen. Vor diesem Hintergrund verfolgte das Teilvorhaben AStERIa das Ziel, numerische Methoden zur Prognose und Reduktion der Unterwasserschallemissionen von Azimut-Propulsionsanlagen in realer Schiffskonfiguration zu entwickeln und zu validieren. Im Fokus stand die ganzheitliche Betrachtung hydrodynamischer und strukturmechanischer Schallquellen unter realitätsnahen Bedingungen. Dazu wurden hochaufgelöste CFD-Simulationen (RANS/LES) mit zweiphasiger Modellierung (Schnerr-Sauer) mit strukturmechanischen Modellen (FEM/MKS) gekoppelt. Die akustische Berechnung im Fernfeld erfolgte mittels akustischer Analogien (permeable Ffowcs-Williams-Hawkings-Methode). Zentrale Ergebnisse:

Erfolgreiche unidirektionale Fluid-Struktur-Kopplung zur Berechnung der akustischen Gesamtsignatur eines Ruderpropellers in Zug-Konfiguration sowie eines Ruderpropellers in Düse. Entwicklung einer automatisierten adaptiven Netzverfeinerung (AMR) zur verbesserten Auflösung kavitierender Nachlaufwirbel. Validierung der Methoden anhand von an realen Schiffen. Entwicklung von Nahfeldauswertemethoden zur gezielten Identifikation akustisch kritischer Komponenten und zur richtungsabhängigen Visualisierung der Schallabstrahlung. Das Potential der Nahfeldauswertemethoden zur akustischen Optimierung von Anlagenkomponenten wurde anhand zweier Testfälle demonstriert. Die angestrebte Genauigkeit von +-5dB wurde in weiten Frequenzbereichen erreicht, in einzelnen Bereichen traten Abweichungen etwa +-10dB auf. Die entwickelten Methoden ermöglichen dennoch eine belastbare vergleichende Bewertung von Designvarianten und bieten ein ingenieurtechnisches Werkzeug zur Entwicklung geräuscharmer Propulsionssysteme.