Zur Berechnung des Wellenwiderstandes dient das an der SVA Potsdam entwickelte Programm KELVIN. Dieses Programm kombiniert ein modernes potentialtheoretisches CFD-Verfahren zur Strömungsberechnung mit einem effizienten CAD-System unter Verwendung einer IGES-Schnittstelle. Der implementierte 3D-Viewer ermöglicht die Visualisierung 3-dimensionaler Berechnungsergebnisse sowie die interaktive Generierung des Rechengitters auf der Schiffsoberfläche. Das Programm wird in der SVA erfolgreich im Bereich der Analyse und Optimierung von Schiffsformen angewendet. Die Vorteile beim Einsatz von KELVIN für den Schiffsentwurf sind insbesondere:
- Verkürzung der Entwicklungszeit
- Kombiniertes CFD- / CAD-Programm (IGES Schnittstelle)
- Preiswerter als Modellversuche
- Leichteres Verständnis komplexer Strömungsvorgänge
- einfache Handhabung
Das Programm verwendet die von Prof. Söding (Fluid Dynamics and Ship Theory, Technische Universität Hamburg-Harburg) entwickelte potentialtheoretische Patch-Methode. Es berechnet den Wellenwiderstand, die frei verformte Wasseroberfläche, die Druckverteilung auf der benetzten Schiffsoberfläche, die Tiefertauchung und die Vertrimmung eines Schiffes bei konstanter Geschwindigkeit. KELVIN kann für eine Vielzahl verschiedener Fälle eingesetzt werden:
- unbeschränkte Wassertiefe
- Einrumpf- und Mehrrumpfschiffe (Katamaran, SWATH, Trimaran, Pentamaran)
- Spiegel- oder Tunnelheck
- asymmetrische Schiffsformen
- begrenzte Wassertiefe
- fixierte oder freie Schwimmlage
- Kanalströmungen mit konstanter Wassertiefe
- teilgetauchter Bugwulst
- vollgetauchte Flossen
Plötzliche Änderungen der benetzten Schiffsoberfläche infolge von Änderungen der aktuellen Wasserlinie, der Tiefertauchung oder der Vertrimmung während der Berechnung können vom Verfahren berücksichtigt werden. Ein zweites Verfahren analysiert die frei verformte Wasseroberfläche und berechnet den Wellenwiderstand aus dem Wellenbild, nicht aus der Druckintegration.
Der Reibungswiderstand wird entsprechend der Reibungslinie nach ITTC57 bestimmt. Wellenwiderstand und Reibungswiderstand ergeben den errechneten Gesamtwiderstand. Die berechneten Ergebnisse können mittels des 3D-Viewers visualisiert werden.
Formoptimierung
Dieses Verfahren ermöglicht die Optimierung einer Schiffsform bezüglich des berechneten Wellenwiderstandes. Es wird die Änderung des Widerstandes berechnet, die sich infolge kleiner Änderungen der Schiffsform ergibt. Hierbei erfolgen kleine lokale Verformungen durch Verschiebung einzelner Punkte des generierten Rechengitters der Schiffsform. Die berechneten Ergebnisse zeigen, welche Verformungen in bestimmten Bereichen des Rumpfes zu einer Abnahme bzw. zu einer Zunahme des Widerstandes führen.
