DEffProForm - Design von effizienten Schiffspropellern mit unkonventioneller Formgebung; Teilprojekt Validierungsmessungen in Modell und Großausführung

Abstract

Das Entwurfsverfahren für Propeller basiert entscheidend auf numerischen Verfahren, da mit diesen vergleichsweise schnell und kostengünstig Form- und Strömungsparameter variiert werden können. Gerade für unkonventionelle Propeller oder spezifische Manöver ist dies von entscheidendem Vorteil. Gleichzeitig müssen die numerischen Verfahren mit experimentellen Daten validiert werden, um die Genauigkeiten der theoretischen und numerischen Vorhersagen vor der Realisierung der Großausführung einschätzen zu können. Im Rahmen des Teilprojektes sollte die vorhandene Messtechnik zur Aufzeichnung von Großausführungsnachströmen optimiert und für die Messung von Propellerumströmungen an Großausführungen qualifiziert werden. Die Zielstellung, den schweren, komplexen und sperrigen Aufbau durch einen kleineren, automatisierten und leichter handhabbaren Aufbau bei gleicher oder verbesserter Funktionalität für die Großausführungen zu ersetzen, konnte erreicht werden. Konkrete Änderungen betrafen die Reduzierung von Größe und Gewicht der Hochgeschwindigkeitskamera, die stationäre Installation des Lasers und die damit einhergehende Reduktion der zu traversierenden Lasten, die Neugestaltung der Beleuchtungsoptik durch kompaktere und traversierbare Optiken und damit insgesamt die Verkleinerung der Traversierungen die mit einer signifikanten Reduzierung der Verbindungselemente einherging. Sowohl die Laserbeleuchtung als auch die Kamera konnten dadurch in kompakten Einzelmodulen integriert werden, die direkt an den standardisierten Bullaugen in der Großausführung angebracht werden können. Des Weiteren wurde das Messsystem automatisiert und mit weiteren Sensoren für die Bestimmung der Neigung des Aufbaus, Beschleunigungssensoren für die Schiffbewegung und für die Triggerung der Messung mit dem Propellerwinkel erweitert. Über eine zentrale Software können im Vorfeld die Messpunkte definiert und während der Messung automatisiert angefahren werden. Durch die unmittelbare Montage der kompakten Aufbauten auf den standardisierten Bullaugen kann die Technik universell auf weit mehr Schiffen mit minimalem Platzbedarf bei gleichzeitig gestiegenem Beobachtungswinkel als Validierungswerkzeug für den Methodenentwurf genutzt werden. Mit der weiterentwickelten Messtechnik sollten Daten deutlich vor Ablauf der Projektzeit erhoben werden. Die geplanten Großausführungsmessungen wurden aufgrund von Corona und Brexit mit zeitlicher Verspätung durchgeführt. Aufgrund der Wetterbedingungen zum Zeitpunkt der Messungen konnten nur ein geringer Teil der Messpunkte angefahren werden. Der Ablauf der Großausführungsmessungen im Hinblick auf die zeitliche Planung, unvorhersehbare Probleme und spezifische Rahmenbedingungen hat aber insgesamt die Kompetenz und das Wissen für die Durchführung derartiger Messungen signifikant und nachhaltig verbessert. Die eigentliche Großausführungsmesstechnik hat, abgesehen von den Rahmenbedingungen, wie geplant funktioniert und kann in der vorliegenden Form für weitere Messungen eingesetzt werden. Insgesamt steht damit weltweit erstmals eine mehrfach eingesetzte und getestete Strömungsmesstechnik für Großausführungen zur Verfügung. Parallel zur Messtechnikweiterentwicklung und den Großausführungsmessungen wurden Strömungsmessungen an ausgewählten innovativen Propellerentwürfen hinsichtlich der Geschwindigkeitsverteilungen der Spitzenwirbel im Freifahrtzustand vermessen und visualisiert. Die aus den PIV–Messungen abgeleiteten Ergebnisse haben Aufschluss über den Zusammenhang zwischen den Spitzenformen und dem jeweils erreichbaren Freifahrtwirkungsgrad geben. Datei-Upload durch TIB