Ein numerisches Verfahren zur Vorhersage des Manövrierverhaltens von Gleitbooten unter Berücksichtigung aller sechs Freiheitsgrade auf Basis von RANS-Simulationen
Dr.-Ing. Barbara Blum-Thomas, Technische Universität Berlin/Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Kiel; Georg-Weinblum-Preisträgerin 2026
Im Rahmen dieser Dissertation wird eine neue Methode zur Prognose der Manövrierbarkeit von Gleitbooten in Glattwasser vorgestellt, welche präzise, aber dennoch praktikabel ist. Die hier präsentierte Methode basiert komplett auf Simulationen mit einem RANS-Code. Um diese unter Berücksichtigung der freien Wasseroberfläche für eine Vielzahl an Manövriersituationen und Schwimmlagen effizient durchführen zu können, wird sowohl eine Verbesserung der Routine zur Bestimmung der freien Wasseroberfläche gezeigt, als auch eine geeignete Strategie zur Bestimmung aller hydrodynamischen Koeffizienten, mit welchen die Kräfte und Momente für das Manövriermodell bestimmt werden.
Das neu entwickelte mathematische Manövriermodell berücksichtigt alle sechs Freiheitsgrade des Schiffes. Insbesondere die vollständige Berücksichtigung der veränderlichen Schwimmlage und deren Einfluss auf die vorhergesagten Manöver wird deutlich präziser als von anderen Methoden erfasst. Das entwickelte 3+3 DOF-Verfahren beruht auf der Annahme, dass sich die Schwimmlage während der Zeitintegration der drei Gleichungen, die die Manövrierparameter bestimmen, quasistatisch verhält. Die drei Manövriergleichungen und die drei Schwimmlagengleichungen können dadurch sequenziell gelöst werden, Wechselwirkungen zwischen beiden bleiben dennoch erhalten.
Zur umfangreichen Validierung des weiterentwickelten RANS-Verfahrens für die vorgesehene Anwendung und der neuen Manövriersimulationsmethode werden experimentelle Daten aus gefesselten Modellversuchen sowie aus Großausführungsmessungen herangezogen.
A numerical method for predicting the manoeuvring behaviour of planing boats, taking into account all six degrees of freedom, based on RANS simulations
This thesis presents a new method for predicting the manoeuvrability of planing boats in calm water, which is precise yet practicable. The method presented here is based entirely on simulations with a RANS code. In order to be able to carry these out efficiently, taking into account the free water surface for a variety of manoeuvring situations and running attitudes, both an improvement of the routine for capturing the free water surface and a suitable strategy for determining all hydrodynamic coefficients with which the forces and moments for the manoeuvring model are calculated are shown.
The novel mathematical manoeuvring model takes all six degrees of freedom of the ship into account. In particular, the full consideration of the running attitude and its influence on the predicted manoeuvres is captured more precisely than by other methods. The 3+3 DOF method developed is based on the assumption that the running attitude behaves quasi-statically during the time integration of the three equations that determine the manoeuvring parameters. The three manoeuvring equations and the three running attitude equations can therefore be solved sequentially, while interactions between the two are still captured.
Experimental data from captive model tests and full-scale sea trials are used for the extensive validation of the further developed RANS method for the intended application and the novel manoeuvring simulation method.
