Genauere Berechnungen im Windkanal führen zu mehr Sicherheit auf hoher See
Einer der weltweit größten Bewegungssimulatoren ist im Windkanal der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH) installiert worden. Das Großgerät ermöglicht experimentelle[ds_preview] Untersuchungen, die dazu dienen, Schiffe sicherer zu konstruieren. Zu diesem Zweck werden Rumpfmodelle aus Kunststoff Bedingungen wie auf hoher See ausgesetzt. Zum ersten Mal kann das Ver-halten moderner Schiffe mit ihren an Bug und Heck flacheren Schiffsböden genauer vorher-gesagt werden.
Erste Messungen wurden bereits mit Passagier-, Container- und RoPax-Schiffen sowie mit im Offshore-Bau eingesetzten Unterwasserfahrzeugen und bei Hubschrauberlandungen auf Errichterschiffen durchgeführt. »Dabei hat sich gezeigt, dass die bisher verwendeten Koeffizienten Ergebnisse lieferten, die dazu geführt haben, die Rollbewegung zu unterschätzen«, sagt Professor Moustafa Abdel-Maksoud, Leiter des Instituts für Fluiddynamik und Schiffstheorie an der TUHH. Noch ist das Phänomen der gefährlichen Rollbewegung von Schiffen nicht vollständig erforscht. Als dafür besonders anfällig zeigen sich neuere Containerschiffe. Mithilfe des Bewegungssimulators im Windkanal können Rollbewegungen bezüglich ihrer strömungstechnischen Ursachen detaillierter untersucht und damit die Grundlagen für Computersimulationen verbessert werden. Diese bilden die theoretische Basis für den Entwurf von Schiffen.
Ziel der Untersuchungen ist die Dämpfung der Rollbewegung. Die spezifische Form des Schiffsrumpfes einschließlich des Ruders und des Propellers erzeugt während der Bewegung ein charakteristisches Strömungsfeld im Wasser. Die besondere Herausforderung besteht in der Beschreibung und Modellierung der starken Wirbelbildung, die bei einem rollenden Schiff durch Schlingerkiele und Ruder erzeugt wird. Die in die Strömung und besonders in die Wirbel übertragene Energie aus der Rollbewegung führt dabei gleichzeitig zu ihrer Reduzierung. Die vom Schiffsrumpf in die Strömung übertragene Energie wird in einen Wellen- und Reibungsanteil getrennt: Mithilfe des Bewegungssimulators kann der Reibungsanteil und damit die Wirbelbildung am Schiffsrumpf erstmals separat untersucht werden. Im Windkanal wird das Strömungsfeld mittels optischer Verfahren visualisiert. Mit klassischen Verfahren werden die Ergebnisse vom Medium Luft auf das Medium Wasser übertragen. Der Wellenanteil wird in der Hamburger Schiffbauversuchsanstalt gemessen.
Funktion des Bewegungs-simulators im Windkanal
Im Luftstrom des Windkanals wird das Rumpfmodell von acht Seilen gehalten. Diese Seile sind jeweils an von kleinen Elektromotoren bewegten Schlitten befestigt. Durch eine gezielt gesteuerte Bewegung dieser Schlitten werden Wellenbewegungen nachgeahmt. Im Innern des Modells sind bis zu 48 Messkanäle untergebracht. Wie genau die Steuerung der Schlittenbewegungen ist, belegt die Tatsache, dass eine zeitliche Verzögerung im Testablauf von nur einer Hundertstelsekunde genügt, um Seile reißen zu lassen. Die Konstruktion, die Bewegungen in allen sechs Freiheitsgraden erlaubt, wurde mit der Universität Duisburg entwickelt und ermöglicht sowohl höhere Traglasten als auch eine stärkere Dynamik bei gleich dimensionierten Antrieben. Da die Seile lediglich 4 mm dünn sind, ist eine Störung der Strömung nur lokal begrenzt. So ist man in der Lage, die Gesamtmasse von 100 kg mit der gewünschten Dynamik zu bewegen.
