Skrzypczak, Thorsten:
Simulation von instationären U-Bootbewegungen mit Hilfe von dynamischen Rechengittern
Duisburg, 2008
2008book
Mechanical EngineeringFaculty of Engineering » Maschinenbau und Verfahrenstechnik
Title:
Simulation von instationären U-Bootbewegungen mit Hilfe von dynamischen Rechengittern
Author:
Skrzypczak, Thorsten
Place of publication:
Duisburg
Year of publication:
2008
Extent:
VIII, 146 Bl. : Ill., graph. Darst.
DuEPublico 1 ID
Library shelfmark:
Note:
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2008

Abstract:

Das Strömungsfeld um ein manövrierendes Unterseeboot wird stark von der Dynamik des Bootes beeinflußt. Die Berechnung der Umströmung eines Unterseebootes, aufgrund der Komplexität der Geometrie mit vielen Anhängen und Aufbauten, stellt hohe Anforderungen an die Berechnungsmethode. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren entwickelt, das die Bewegungssimulation von Unterwasserfahrzeugen mit Hilfe von RANSE-Berechnungen ermöglicht. Das Ziel, ein Rechenverfahren zur Simulation von Bootsmanövern zu entwickeln, das die Strömung mit einem vorhandenen RANSE-Löser berechnet, wurde realisiert. Das vorgestellte Verfahren zur Umsetzung der Bewegungen im RANSE-Löser unterliegt keinen räumlichen Restriktionen, so daß es auch die Betrachtung räumlich ausgedehnter Bootsmanöver zuläßt, was bisher in diesem Umfang mit anderen Methoden noch nicht möglich war. Dies wird durch die Verwendung eines beweglichen Rechengitters möglich, das sich frei im Raum bewegt. Während der Berechnung kann die Gitterqualität konstant gehalten werden, da sie nicht durch die Gitterbewegung beeinflußt wird. Da das Rechengitter, mit Ausnahme der Ruderumgebung, keiner geometrischen Änderung unterliegt und keine Interpolations- oder Rundungsfehler an der Außenberandung auftreten, sind die Berechnungsergebnisse zu jedem Zeitpunkt von konstanter Qualität.\\ Eine große Herausforderung stellte die Realisierung der beweglichen Ruder im Rechengitter dar. Dafür wurde ein Verfahren entwickelt, welches die Bewegung realer Rudergeometrien ermöglicht. Dabei wurde auf die Besonderheiten moderner deutscher Unterseebootsentwürfe Rücksicht genommen. Das umgesetzte Verfahren ermöglicht sowohl die Untersuchung von X-Rudern, wie auch die Untersuchung von Kreuzruderkonfigurationen. Die Implementierung der Ruderbewegung, auch von komplexen Rudergeometrien in die Berechnung viskoser Strömungen, erweitert die Simulationsmöglichkeiten um einen wichtigen Teil. Die durch die Anstellung der Ruder erzeugten Ruderkräfte können analysiert werden und für die Bewegungssimulation herangezogen werden. Durch die Vorgabe eines Propellerschubes und durch das Auslenken der Tiefenruder konnte erfolgreich der Beginn eines Abtauchmanövers eines freifahrenden Bootes simuliert werden. Die bei dem Manöver ermittelten Kräfte sind logisch und nachvollziehbar, der sich daraus ergebende Bahnverlauf stimmt gut mit Ergebnissen anderer Rechenverfahren überein.