Verbundvorhaben SKATE – Schiffs-Konzepte für die Anwendung innovativer Techniken zur Energieeinsparung
Teilvorhaben VALIDATE SKATE – Versuchsdurchführung, Analyse, Extrapolation und Designrichtlinien ableiten
Während verschiedene Varianten des sogenannten Wulstbugs seit Jahrzehnten bei Seeschiffen erfolgreich zur Verringerung des Widerstands eingesetzt werden, konnte bei Binnenschiffen bis heute keine Entsprechung etabliert werden. Die Funktionsweise eines Wulstbugs kann aufgrund der im Verhältnis zum Tiefgang großen Schiffsbreite, der geringen Geschwindigkeit, der durch Schleusen limitierten Gesamtlänge und der Abhängigkeit der Umströmung von der Wassertiefe nicht übertragen werden.
Ziel des Verbundvorhabens SKATE war es, den Einfluss von Verdrängungskörpern innerhalb der Deckskontur eines Binnenschiffs auf Widerstand und Manövrierfähigkeit zu untersuchen. Aufgrund der langen Betriebszeit von Schiffen wurden Lösungen, die sich auch für die Modernisierung der bestehenden Flotte eignen, angestrebt.
Das Verbundvorhaben wurde eng vernetzt in drei Teilprojekten bearbeitet:
- Das Teilprojekt GO SKATE wurde bei der FRIENDSHIP SYSTEMS GmbH bearbeitet. Die Schwerpunkte lagen hierbei auf den Arbeitspaketen 1 (Definition und Parametrisierung) und 2 (Optimierungstechniken für funktionale Flächen auf Rechenclustern). Das Programmpaket FRIENDSHIP-Framework wurde hierbei für die parametrische Beschreibung und Variation der betrachteten Geometrien erweitert. Zudem wurden neue Schnittstellen zu den genutzten Vernetzungs- und Simulationsprogrammen beziehungsweise für das Remote Computing auf dem Rechencluster des DST programmiert.
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Das Teilvorhaben validate SKATE lief am DST als Koordinator des Verbundes. Das DST war in allen Arbeitspaketen involviert, wobei die Schwerpunkte auf der systematischen Optimierung mittels der zuvor weitgehend automatisierten Werkzeuge und der experimentellen Validierung der Ergebnisse lagen.
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Das dritte Teilvorhaben assemble SKATE wurde beim Planungs- und Konstruktionsbüro Maritime A Design UG bearbeitet. Hier wurden sowohl Schiffe für den Einsatz der neuen Profile entworfen, als auch konstruktive und fertigungstechnische Detaillösungen erarbeitet. Des Weiteren wurden Wirtschaftlichkeitsprognosen erstellt.
Die hier untersuchten Profile können durch verschiedene Mechanismen wirken. Neben der Umverteilung von erforderlichem Auftriebsvolumen und Interferenz der Wellensysteme können bei geeigneter Vorschiffsform die als Tragflügel wirkenden Flossen sogar die quergerichtete Verdrängungsströmung in Schub umsetzen. Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch das Anbringen von SKATE-Profilen eine Widerstandsverminderung erzielt werden kann. Der Entwicklungsaufwand dafür ist allerdings für jede individuelle Bugform erheblich, und eine verlässliche, quantitative Aussage zur Widerstandsverminderung lässt sich erst in der Großausführung treffen. Vor der Ausstattung eines vorhandenen oder neu zu bauenden Binnenschiffes mit SKATE-Profilen sollte mit verbesserten CFD-Verfahren eine dedizierte Optimierung erfolgen. Wenn die Rechenkapazitäten es erlauben, wäre für einen Neubau auch eine ganzheitliche Optimierung inklusive Variation der Schiffsform wünschenswert.
Neben der direkten Verbesserung der Energieeffizienz der Schiffe, kann auch die Reduktion der Wellenbildung erhebliche gesamtwirtschaftliche Vorteile mit sich bringen. Diese resultieren aus reduzierten Instandhaltungskosten für die Gewässerberandungen oder auch aus einer verringerten Beeinträchtigung der Nutzung der Wasserstraßen durch andere Interessensgruppen.
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Dipl.-Math. Rainer Kaiser
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