WIND – Versuchsmethodenentwicklung für windunterstützte Seeschiffe
2024 – 2026

Durch die zunehmende Integration von Windaktuatoren auf Seeschiffen besteht momentan ein erhöhter Bedarf an Prognosemethoden, um die durch den Einsatz von Windaktuatoren verursachten Folgeeffekte adäquat berücksichtigen zu können. Folgeeffekte wie erhöhte Driftwinkel und signifikante Schubentlastungen am Propeller können zu signifikanten Änderungen der Propulsionskennziffern führen. Für eine zielorientierte Auslegung des Antriebssystems müssen die Wirkungen eines sekundären Windpropulsor auf das Gesamtsystem möglichst exakt erfasst und in den Skalierungsmethoden berücksichtigt werden.

Da Wind eine nicht beeinflussbare Randbedingung ist und stark von z. B. der Jahreszeit und dem Fahrtgebiet abhängt, kann es sinnvoll sein, Leistungsprognosen in einem Polardiagram basierend auf variablen Windvektoren anzugeben. Ein solches Prognosediagramm ermöglicht die Ausweisung von effizienten und zu vermeidenden Einsatzbedingungen für die Windpropulsoren. Ungünstige Windverhältnissen führen unter Umständen zu signifikanten Driftwinkeln welche wiederum einem deutlich erhöhten Rumpfwiderstand und einen zusätzlichen Steuerwiderstand zur Folge haben können. Zudem muss mit Wirkungsgradverlusten am Propeller durch Schräganströmung gerechnet werden.

Die Erstellung einer Leistungsprognose von Seeschiffen bei Einbindung von Windpropulsoren basiert somit auf der Ermittlung und Berücksichtigung aller relevanten Größen welche eine direkte Folge von Windpropulsoren sind. Um diese Größen möglichst richtig zu skalieren, müssen Versuchs- und Aufwertungsprozeduren erarbeitet werden. Die von der ITTC bereitgestellten Prozeduren zur Erstellung von Geschwindigkeits- und Leistungsprognosen basieren auf idealisierten Bedingungen und Annahmen wie z.B. keine Drift, Glattwasser, Tiefwasserbedingungen. Derzeit gibt es keine von der ITTC validierten Prognoseverfahren, welche den Einsatz von Windpropulsoren unter normalen Propulsionsverhältnissen berücksichtigen.

Im Rahmen diese Forschungsthemas sollen zwei Verfahren zur Versuchsdurchführung und Skalierung untersucht werden. Zum einen soll das freifahrende Modell unter Berücksichtigung definierter Windvektoren untersucht werden. Hierfür wird das Modell mit einem Windpropeller als Ersatzsystem für den Windaktuator und einem zweiten Windpropeller für den aufzubringenden Reibungsabzug ausgestattet. Der Modellversuch bildet somit ein möglichst physikalisch vollständig skaliertes Modell der Wirklichkeit nach. Eine zweite Methode untersucht das gefesselte Modell. Diese Methode orientiert sich an der Lastvariationsmethode wobei die Windkraft und der Reibungsabzug Teil der gemessenen Restwiderstandskraft in Abhängigkeit eines definierten Driftwinkels sind.