Abstract:

Der Entwurf eines Mehrkomponenten-Schiffspropulsors für schnelle Schiffe bedeutet eine besondere Herausforderung, bietet aber auch besondere Möglichkeiten. Derartige Propulsoren stellen in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich ein alternatives Propulsionskonzept zu konventionellen Propellern dar. Der beschriebene Mehrkomponenten-Schiffspropulsor besteht aus einem Rotor samt Nabe, einem Stator und einer Ummantelung. Die komplexen Wechselwirkungen unter den einzelnen Komponenten erschweren den Entwurf des Propulsors. Das Entwurfsziel ist die Maximierung des Wirkungsgrades unter Vermeidung von Kavitationserscheinungen. In dem entwickelten Verfahren werden Methoden zur Simulation der Strömung effizient eingesetzt und miteinander gekoppelt. Ein Optimierungsalgorithmus liefert Vorgaben zur Erzeugung der Propulsorgeometrien, deren Umströmung automatisch simuliert und bewertet wird. Durch die Formulierung der Bewertungsfunktionen wird der Schwerpunkt des Entwurfs definiert. Das Ziel des Verfahrens ist die Ermittlung einer Geometrie, die einen optimalen Kompromiss zwischen den Bewertungskriterien darstellt. Das Verfahren wurde zur Erprobung angewendet. Nach einer Vielzahl von Auswertungen geometrischer Varianten werden Rückschlüsse auf die Wechselwirkungen unter den Komponenten gezogen und es wird eine optimierte Geometrie ausgewählt. Das Ergebnis ist ein Propulsor, der die geforderten Randbedingungen erfüllt, nahezu kavitationsfrei arbeitet und einen gesteigerten Wirkungsgrad gegenüber einem konventionellen Propeller aufweist. Zur Validierung des Verfahrens wurde ein optimierter Mehrkomponenten-Schiffspropulsor im Modellmaßstab gebaut und untersucht. Die Versuchsergebnisse weisen eine gute Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen auf. Anschließend wurde in einer weiteren Anwendung des Verfahrens gezeigt, dass das Verfahren die gezielte Veränderung bestimmter Eigenschaften ermöglicht.