Entwicklung eines Verfahrens zur Berechnung der instationären potenzialtheoretischen Propellerumströmung
Dr.-Ing. Jochen Hundemer, IBMV Maritime Innovationsgesellschaft mbH, Rostock; Georg-Weinblum-Preisträger 2014
Potenzialtheoretische Nachrechenverfahren werden schon seit langem zur Auslegung von Schiffspropellern erfolgreich angewendet. Durch ihren geringen Rechenaufwand, sind sie auch heute noch attraktiv, um in umfangreichen Parameterstudien einen optimalen Propeller zu ermitteln. Neben einem hohen Wirkungsgrad werden heutzutage vielfach komplexere Anforderungen an den Propellerentwurf gestellt, die bei der potenzialtheoretischen Auslegung zu berücksichtigen sind. Dies können beispielsweise Kavitationskriterien oder auch instationäre Effekte, wie die Minimierung von Kraft und Druckschwankungen im Nachstromfeld sein. Während für die Berechnung der Schichtkavitation bereits zuverlässige Verfahren bestehen, wird hier ein Verfahren zur Abschätzung des Wirbelkavitationseinsatzes vorgestellt, das den Vergleich von Propellergeometrien hinsichtlich ihrer Spitzenwirbelkavitationsneigung ermöglicht. Im zweiten Teil des Vortrags werden Ergebnisse zu instationären Wechselwirkungen zwischen Strömungs- und Strukturverhalten vorgestellt. Hierzu wird das in dieser Arbeit entstandene 3D-Paneelverfahren an ein Finite-Elemente-Verfahren gekoppelt und die hydroelastischen Eigenschaften eines Propellers untersucht. So wird mit Hilfe der gekoppelten Rechnung ermittelt, welche Frequenzen in den Geschwindigkeitsschwankungen der ungleichförmigen Propellerzuströmung die Struktur zum Schwingen anregen und wie die Schwingungen durch das umgebende Fluid beeinflusst werden.
Development of a calculation method for unsteady propeller flows based on potential theory
Since years potential theory is successfully applied during propeller design. The reduced computation effort still makes it attractive for comprehensive parameter or optimization studies. Over the years more complex demands to the propeller design have arisen. Such demands, as limitations to cavitation or pressure and force amplitudes, must therefore be assessable by potential theory. While there are already methods to calculate the inception of sheet cavitation, a method to assess tip vortex cavitation is proposed here. The second part of the presented work focusses on the coupling of flow and structural properties of a propeller. Therefore the developed 3D-Panel-Method for the flow simulation is coupled to a Finite-Element-Method for the structural aspects. This fluid-structure-interaction procedure is then used to analyse which frequencies in the inhomogeneous propeller inflow lead to a strutural excitation and how the flow affects the oscillation of the propelller.
