Erweiterungen von Schlanke-Körper-Berechnungen für Schiffsrümpfe
Dr.-Ing. Carsten Schumann, SchiffsRat, Hamburg
Das Manövrierverhalten von Schiffen lässt sich mit sorgfältig ausgeführten RANS-Berechnungen genau vorhersagen. Trotz der Fortschritte der Rechentechnik in den letzten 20 Jahren sind RANS-Berechnungen nach wie vor aufwändig und insbesondere im Entwurfsstadium nicht praktikabel für Manövriersimulationen einsetzbar. Viele der einfacheren Verfahren im Schiffsentwurf verwenden zur Berechnung der stationären Rumpfkräfte die Schlanke-Körper-Theorie und einen zusätzlichen Cross-Flow-Anteil. Mit Hilfe einiger Verfeinerungen in diesem Ansatz lassen sich die Querkräfte und Giermomente von schlanken Schiffsrümpfen genauer berechnen. Die physikalischen Gründe für diese Korrekturen und die numerische Umsetzung werden erläutert und die Validierung mit RANS-Ergebnissen von Schiffen in Driftfahrt beschrieben. Es werden die Gesamtkräfte und -momente sowie die spantweise Verteilung der Querkräfte betrachtet. Die verfeinerte Methode ist für Passagier-, Container- und Massengutschiffe gut anwendbar und für weniger schlanke Schiffsformen weniger gut geeignet.
Refined Slender-Body Computations for various ship types
There is little doubt that full scale manoeuvring motions of ships can be accurately predicted by RANS computations. Nevertheless, grid generation (e.g. with moveable rudders and propellers) and the computation itself is very time consuming and therefore expensive. For this reason simpler approaches are still used in the design process. Stationary hull forces are computed by many of the simpler simulation programs with the help of the slender-body theory and additional cross flow terms. In the following this approach is denoted as slender-body method. Improvements of the slender-body method and validations with RANS computations are described in this paper. The motivation and the physical background of the modifications are outlined. There is a good agreement of the force distributions along the hull computed by RANS and slender-body method for the slender cruise vessel and full block tanker design.
