Entwurf und Optimierung eines nabenlosen Düsenpropellers für ein unbemanntes Oberflächenfahrzeug mittels RANSE Simulationen
Heinrich Grümmer, Technische Universität Berlin
Aufgrund der speziellen Anforderungen stellt sich bei der Konstruktion autonomer, unbemannter Oberflächenfahrzeuge die Entwicklung einer geeigneten Propulsionsanlage als besondere Herausforderung dar. Das Konzept eines nabenlosen Düsenpropellers bietet - verglichen mit konventionellen Antriebssystemen bestehend aus Wellenanlage, Propeller und Ruder - entscheidende Vorteile. Als Grundlage der Berechnung dient der Vergleich existierender experimenteller Ergebnisse mit einem CFD Setup, welches auf Basis empirischer Modelle um die Reibung zwischen Propellerring und Düse erweitert wurde. Widerstandsversuche des Rumpfes, ein voll-parametrisches Modell der Antriebseinheit, sowie die automatisierte Gittergenerierung liefern, gemeinsam mit dem entwickelten Simulationssetup, die Möglichkeit einer Rechnergestützten Untersuchung des skalaren Optimierungsproblems. Die Berechnung zahlreicher Varianten führt schließlich zu einem optimierten Design unter Berücksichtigung der Anforderungen des aXatlantic Projektes, welches den praktischen Hintergrund dieser Arbeit darstellt.
Design and Optimization of a Hubless Rim-Driven Thruster for an Autonomous Surface Vehicle using RANSE Simulations
Heinrich Grümmer, Technische Universität Berlin
In the design of autonomous, unmanned surface vessels, particular attention needs to be paid to meet the special requirements placed upon the propulsion unit of such system. The concept of using a hubless rim-driven thruster offers several advantages compared to a conventional propeller, shaft and rudder system, but is also challenging when it comes to efficient design using an upfront Computational Fluid Dynamics (CFD) approach. A computational setup, enhanced by empirical models accounting for the neglect of friction within nozzle and rim, is derived from comparison with existing experimental findings. Subsequently, an optimization, based on towing tank tests of the hull, a fully parametric model of the thruster, an automatic grid generation process and the evolved CFD setup is carried out. Numerous variants are examined, and a single-objective algorithm leads to an optimized thruster design for the aXatlantic hull which represents the practical background of this work.
