Hydro-elastische Simulation der Akustik von Schiff-Propeller-Konfigurationen mit und ohne Kavitation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Moustafa Abdel-Maksoud; Professor Dr.-Ing. Alexander Düster
• Fachliche Zuordnung: Akustik ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Mechanik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 344826971

In jüngerer Zeit hat die von Schiffen ausgehende Lärmbelastung in den Ozeanen große Aufmerksamkeit seitens der entsprechenden Behörden erfahren. Es ist zu erwarten, dass die Schiffbauindustrie Maßnahmen ergreifen muss, um - bereits in der Entwurfsphase - dem Aspekt der Geräuschminderung gerecht zu werden und die zu erwartenden neuen Vorschriften zu erfüllen. Nach der Entwicklung eines numerischen Simulationsansatzes in der ersten Phase des Projekts, der eine detaillierte Untersuchung der akustischen Signatur von flexiblen Schiffspropellern ermöglicht, wollen wir diesen Ansatz in der zweiten Phase im Rahmen eines Optimierungsalgorithmus einsetzen. Der entwickelte partitionierte Kopplungsansatz von Randelementen (für das Fluidproblem) und finiten Elementen hoher Ordnung (für das Strukturproblem) in Kombination mit einer akustischen Auswertung auf Basis der Ffowcs Williams-Hawking-Gleichung ermöglicht sehr effiziente Simulationen. Der stark gekoppelte Lösungsansatz ist jedoch immer noch zu kostspielig, um direkt für die Optimierung genutzt zu werden. Somit liegt der Fokus der zweiten Phase auf der Entwicklung eines geeigneten Optimierungsprozesses, der auch auf ungekoppelte Simulationen zurückgreift, um die Rechenzeit erheblich zu verkürzen. Darüber hinaus planen wir, Kompositmaterialien zu betrachten, da sie eine höhere Flexibilität bei der Konstruktion von Propellern mit passiv adaptivem Verformungsverhalten bieten, welches zur Reduktion des abgestrahlten Schalls verwendet werden kann.Dementsprechend soll ein mehrstufiger Optimierungsprozess entwickelt werden, bei dem in einer ersten Stufe mit Hilfe von ungekoppelten hydrodynamischen Simulationen optimale deformierte Geometrien des Propellers gefunden werden, ohne dessen dynamisches Verhalten tatsächlich zu berücksichtigen. In einer zweiten Stufe sollen ungekoppelte Struktursimulationen verwendet werden, um initiale Propellerkonfigurationen (Form und Kompositstruktur) zu finden, welche die deformierten Geometrien aus der ersten Stufe bei Aufbringung der hydrodynamischen Lasten annehmen. Diese beiden Stufen ergeben geeignete Anfangsschätzungen für eine finale Stufe, bei der gekoppelte FSI-Simulationen zur weiteren Optimierung der initialen Propellerkonfiguration verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen