Masterarbeit: Hydroakustische Optimierung eines verformbaren Propellers unter Berücksichtigung des Schiffnachstroms
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Das Thema der Schallabstrahlung von Schiffspropellern während des Betriebs hat in den letzten Jahren an enormer Bedeutung gewonnen. Es ist zu erwarten, dass in näherer Zukunft Richtlinien zur Limitierung der Schallabstrahlung von Propellern festgelegt werden, um den ökologischen Fußabdruck von Schiffen zu verkleinern.
Eine Möglichkeit die Schallemissionen des Propellers zu verringern, besteht darin, die Anströmung, die maßgeblich durch das Nachstromfeld der Hinterschiffsform beeinflusst wird, gleichförmiger zu gestalten, so dass Propellervibrationen, Oszillationen des Schubs und Kavitation minimiert werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Komposit-Propellern, die im Gegensatz zu konventionellen Propellern nicht starr sondern verformbar sind. Diese Verformung kann ausgenutzt werden, in dem diese die über den Umfang veränderlichen Anstellwinkel durch die ungleichförmige Anströmung ausgleicht.
Ziele:
Das Ziel der Arbeit ist die Optimierung eines verformbaren Schiffpropellers hinsichtlich seiner Schallemission. Im ersten Schritt der Optimierung soll die Propellergeometrie als starr angesehen und ein optimales Set aus den typischen Design-Parametern wie Steigung, Profildicke, etc. gefunden werden, bei der die Schallabstrahlung ohne signifikante Leistungseinbußen möglichst gering ist. Da die Berechnung der Hydroakustik sehr rechenintensiv ist, soll die Schallemission zunächst nur qualitativ anhand der Größe der Kavitationsfläche und der zeitlich variierenden Schubänderung bewertet werden. Ausgehend von der optimierten Geometrie soll in einem zweiten Schritt das Propellerblatt für einzelne diskrete Positionen während des Umlaufs optimiert werden. Als Resultat der Optimierung soll eine Funktion stehen, die eine möglichst optimale Verformung des Propellerblatts während eines Umlaufs definiert. Final soll eine Schallauswertung des optimierten Propellers auf Basis der Ffowcs Williams-Hawkings Gleichung durchgeführt und die Ergebnisse mit denen der Ursprungsgeometrie verglichen werden.
Tasks:
- Optimierung einer vorgebenen Propellergeometrie hinsichtlich der Kavitationsfläche und der Schubschwankungen.
- Optimierung eines Propellerblatts unter Betrachtung der einzelnen Winkelpositionen während eines Umlaufs.
- Hydroakustische Berechnungen des Ursprungspropellers und des optimierten Propellers unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Verformung.
Hamburg, 08.03.2021
Type & Start
Masterarbeit
Bearbeitungszeitraum: ab sofort.