Ziel der Entwicklung
Der Entwurfsprozess eines Schiffes wird in jüngster Zeit verstärkt von der Optimierung der Seegangs- und Manövriereigenschaften geprägt. Dabei spielt die Vermeidung großer Rollbewegung hinsichtlich der Schiffssicherheit und Wirtschaftlichkeit eine große Rolle. Zu diesem Zweck werden bereits seit Jahrzehnten Rolldämpfungstanks eingesetzt. Zur Auslegung solcher Tanks werden in der Praxis meist lineare Strömungsverfahren eingesetzt. Die Idee im FuE-Vorhaben bestand darin, diese Strömungsverfahren um nichtlineare Anteile zu erweitern. Mit Einbindung der weiterentwickelten Tankberechnungsverfahren für Frahm- und Boxtanks in die nichtlineare Streifenmethode ROLF sollten erstmals nichtlineare Einflüsse für eine verbesserte Rollprognose genauer untersucht werden. Zur Validierung der Programmerweiterungen sollten Modellversuche mit den Tanks auf einem im Rahmen des abgeschlossenen FuE-Vorhabens „Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Rolldämpfung „BESTROLL (PTJ 03SX281C) in der Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam GmbH (SVA) entwickelten und gefertigten Rollschwingungsoszillators (Rollanlage) durchgeführt werden, die für die Untersuchungen modifiziert werden musste. Im zweiten Schritt, nach Integration der Tankberechnungsverfahren in die nichtlineare Streifenmethode ROLF, sollte untersucht werden wie genau sich die Rollbewegung in Wellen und im Seegang gegenüber der bisherigen Vorgehensweise vorhersagen lässt. Im Ergebnis der Programmentwicklung sollen zukünftig vor allem für die Praxis vertretbare kürzere Rechenzeiten bei verbesserter Prognosesicherheit gegenüber herkömmlichen Verfahren erreicht werden.
Vorteile und Lösungen
Im Projekt wurden Strömungsverfahren zur Auslegung von Rolldämpfungsverfahren erweitert und in die nichtlineare Streifenmethode ROLF eingebunden. Mit der Berücksichtigung nichtlinearer Effekte können erstmals Berechnungen zur Dämpfungswirkung von Rolltanks auch bei hohen bis extremen Seegängen vorgenommen werden.
Die Ergebnisse des Vorhabens besitzen für Werften, Ingenieurbüros, aber vor allem für Reedereien und Schiffseignern eine große Bedeutung. Mit dem verbesserten Angebotsprofil der SVA werden die Kunden bei der Auslegung von geeigneten Rolldämpfungstanks zur Minimierung von Rollbewegungen unterstützt. Die gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die Untersuchung sowohl konventioneller als auch von Spezialschiffen mit hohem Technologisierungsgrad unterschiedlichster Einsatzcharakteristik ein und dienen als Basis für eine entsprechende Seegangsoptimierung bereits im Entwurfsprozess.
Bereits mit der Einbindung des Seegangsprogramms ROLF in das Programmsystem Uthlande wurde allen Nutzern von Uthlande bezüglich der Ermittlung des Einflusses großer Rollbewegungen auf Schiffen ein weiteres Handwerkzeug auf dem Gebiet hydrodynamischer Untersuchungen zur Verfügung gestellt. Mit den Erweiterungen bezüglich der Simulation von Rolldämpfungstanks als Ergebnis des FuE-Vorhabens wird das Anwendungsprofil weiterhin verbessert.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Einsatzfähigkeit des neuen nichtlinearen Berechnungsverfahrens zur verbesserten Auslegung von Rolldämpfungstanks für den praktischen Einsatz konnte in Verbindung mit Validierungsversuchen und einem umfassenden Vergleich mit weiteren verfügbaren Daten bestätigt werden. Mit der Implementierung des Verfahrens in die nichtlineare Streifenmethode ROLF steht der SVA ein erweitertes Programm zur Verfügung, mit dem Rolldämpfungstanks unter Berücksichtigung von Einbauten für rollgefährdete Schiffe besser als bisher dimensioniert und darüber hinaus erstmals nichtlineare Berechnungen der Rollbewegungen von Schiffen und Effekte parametrischer Rollerregung unter Berücksichtigung eines Rolldämpfungstanks in natürlichen Seegängen durchgeführt werden können.
Eine systematische Erweiterung des Verfahrens in Hinblick auf die Berücksichtigung von Schlingerkielen an rollgefährdeten Schiffen sollte für die weitere Forschung in Betracht gezogen werden. Hier bietet sich die neu entwickelte von der K-Zahl unabhängige Methode zur Berechnung der Kräfte an einer quer angeströmten Platte als vielversprechende Basis an.
Neben der Vervollkommnung des numerischen Verfahrens wird weiterer Forschungsbedarf in der Weiterentwicklung der Messtechnik und Messmethodik als Basis für die Validierung numerischer Verfahren gesehen.
Besonderes Augenmerk sollte dabei auf die Verbesserung der Ansteuerung der modifizierten Rollanlage gelegt werden um noch vorhandene Störschwingungen weiter zu minimieren.
Die Erarbeitung von Know-how auf dem Gebiet der Vorhersage möglicher großer Rollbewegungen von Schiffen sowie von Alternativen zu deren Verminderung bereits im Entwurfs- und Optimierungsprozess ist von großer Bedeutung für die erfolgreiche Akquirierung von Aufträgen aus der Industrie und von Reedereien.