Entwurfsstrategien für geräuschoptimierte Propeller für Mehrschrauber
Dr. habil. Reinhard Schulze, SVAtech GmbH, Potsdam
Auf Grund der hinreichend guten Genauigkeit und sehr hohen Rechengeschwindigkeit stehen potenzialtheoretische Berechnungsmethoden im Mittelpunkt der SVA-Propellerentwürfe. Durch diese schnellen Methoden wird es möglich, vollständige mathematische Optimierungsmethoden im Sinne inverser Berechnungsmethoden umfassend für den Propellerentwurf nutzbar zu machen. Hierzu stehen die SVA-Programme VORTEX und VTXopt zur Verfügung. Für die Minimierung der Geräuschabstrahlung des Propellers werden dabei die Optimalitätskriterien so gewählt, dass ein minimales Druckschwankungsniveau und ein weitestgehend verzögerter Kavitationseinsatz für Schicht-, Spitzenwirbel- und Nabenwirbelkavitation realisiert wird. Eine abschließende Bewertung der Propellerentwürfe erfolgt schließlich mittels CFD Methoden. Die vereinheitliche Betrachtungsweise der Erzeugung von Druckschwankungen und breitbandigen Geräuschen in Verbindung mit umfangreichen Erfahrungen mit Geräuschmessungen in der Großausführung ermöglicht es der SVA gute Geräuschprognosen aus Messungen in der Schlepprinne und im Kavitationstunnel abzuleiten, wobei auch auf neue Aspekte der Skalierung eingegangen wird. Auf der Basis eines theoretisch gut untermauerten Systems von Bedingungen für die kohärenten und inkohärenten Anteile von mehreren Signalquellen gelingt es, aus den komponentenweise vorgenommenen Messungen auf die akustische Gesamtsignatur eines Mehrschraubenschiffes zu schließen. Ergänzend wird noch auf Fragen der Reynoldszahlkorrektur der Freifahrtmessungen, der Propulsionsauswertung und Prognose bei Mehrschraubenschiffen sowie Festigkeit der Propeller eingegangen.
Design strategies for noise optimized propellers for multiple screw ships
Due to the sufficiently good accuracy and very high computing speed, potential theoretical propeller calculation methods are at the focus of the SVA propeller designs. These fast methods make it possible to use complete mathematical optimization methods for the propeller design in the sense of inverse calculation methods. The SVA programs VORTEX and VTXopt are available for this purpose. In order to minimize the noise radiation of the propeller, the optimality criteria are chosen in such a way that a minimum pressure fluctuation level and a largely delayed cavitation inception for sheet-, tip-vortex- and hub-vortex-cavitation will be realized. Finally, a final evaluation of the propeller designs is carried out using CFD methods. The unified approach to the production of pressure fluctuations and broadband noise combined with extensive experience in noise measurements for full-scale enables the SVA to provide good noise prognoses from measurements in the model basin and cavitation tunnel. In addition, new aspects of noise scaling are discussed. On the basis of a theoretically well-established system of conditions for the coherent and incoherent components of multiple signal sources, it is also possible to deduce from the component-by-component measurements to the overall acoustic signature of a multiple-screw vessel. In addition, questions of the Reynolds-number correction of the open water characteristics, the propulsion evaluation and the propulsion prognosis of multiple-screw vessels as well as fatigue of the propellers are discussed.
