Böttner, Carl-Uwe

Uliczka, Klemens

German

Hydraulic Engineering Repository

Article, Published VersionBöttner, Carl-Uwe; Uliczka, KlemensWechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße -Interdisziplinäre internationale Fachdiskussion zurBefahrbarkeitsanalyse von SeeschifffahrtsstraßenKFKI-AktuellVerfügbar unter/Available at: https://hdl.handle.net/20.500.11970/100648Vorgeschlagene Zitierweise/Suggested citation:Böttner, Carl-Uwe; Uliczka, Klemens (2009): Wechselwirkung Seeschiff /Seeschifffahrtsstraße - Interdisziplinäre internationale Fachdiskussion zurBefahrbarkeitsanalyse von Seeschifffahrtsstraßen. In: KFKI-Aktuell 1 (9). S. 3-5.Standardnutzungsbedingungen/Terms of Use:Die Dokumente in HENRY stehen unter der Creative Commons Lizenz CC BY 4.0, sofern keine abweichendenNutzungsbedingungen getroffen wurden. Damit ist sowohl die kommerzielle Nutzung als auch das Teilen, dieWeiterbearbeitung und Speicherung erlaubt. Das Verwenden und das Bearbeiten stehen unter der Bedingung derNamensnennung. Im Einzelfall kann eine restriktivere Lizenz gelten; dann gelten abweichend von den obigenNutzungsbedingungen die in der dort genannten Lizenz gewährten Nutzungsrechte.Documents in HENRY are made available under the Creative Commons License CC BY 4.0, if no other license isapplicable. Under CC BY 4.0 commercial use and sharing, remixing, transforming, and building upon the materialof the work is permitted. In some cases a different, more restrictive license may apply; if applicable the terms ofthe restrictive license will be binding.Autorenfassung Böttner, C.-U.; Uliczka, K.: Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße - Interdisziplinäre internationale Fachdiskussion zur Befahrbarkeitsanalyse von Seeschifffahrtsstraßen, 2009 - 1 -  Erstveröffentlichung in KFKI-Aktuell 1 (2009), S. 3-5.  Für eine korrekte Zitierbarkeit ist die Seitennummerierung   der Originalveröffentlichung für jede Seite kenntlich gemacht.  S. 3 Wechselwirkung Seeschiff/ Seeschifffahrtsstraße Interdisziplinäre internationale Fachdiskussion zur Befahrbarkeitsanaly-se von Seeschifffahrtsstraßen Dr.-Ing. Carl-Uwe Böttner, Dr.-Ing. Klemens Uliczka Bundesanstalt für Wasserbau Motivation Die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) berät als zentrales wissenschaftliches Institut das Bun-desministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (BMVBS) sowie die Wasser und Schiff-fahrtsverwaltung (WSV) u.a. mit Hilfe von Befahrbarkeitsanalysen und Fahrrinnenbemessungen im Zuge der Anpassung von Schifffahrtsstraßen an die Großschifffahrt sowohl im Binnen- als auch im Küstenbereich. Aufgrund der immer stärkeren Auslastung der Wasserstraßen infolge der zuneh-menden Verkehrsdichte und Abmessungen der Schiffe steigen die Anforderungen bei der Beant-wortung von Fragestellungen aus der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung. Für die Bemessung bzw. die Durchführung von Befahrbarkeitsanalysen von Seeschifffahrtsstraßen werden neben klassi-schen Bemessungsansätzen seit Jahren Schiffsführungssimulatoren, die eigentlich für die Ausbil-dung des nautischen Personals von Seeschiffen konzipiert sind, für die Fahrrinnenbemessung eingesetzt. Bei der Schiffsführungssimulation spielen die in dem mathematischen Modell verwen-deten Ansätze (z.B. zum Squat oder zum Bank Effekt) eine erhebliche Rolle hinsichtlich der Qualität der Simulationsergebnisse und der möglicherweise daraus folgenden Dimensionierung der Was-serstraße. Da diese Fachaufgabe inzwischen eine Große Anzahl internationaler - für die Zufahrt von Seehäfen verantwortlichen - Institutionen beschäftigte, wurde über bisher meist bilaterale Diskus-sionsebenen hinaus von Seiten der Belgischen Institute, die u.a. aufgrund der Zufahrt zum Hafen Antwerpen über das Schelde-ästuar betroffen sind, zu der ersten internationale Konferenz zu die-ser Thematik nach Antwerpen eingeladen. Diskussionsforum Im Fokus dieser ersten internationalen Konferenz zum Manövrieren in begrenzten Gewässern stand der Autorenfassung Böttner, C.-U.; Uliczka, K.: Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße - Interdisziplinäre internationale Fachdiskussion zur Befahrbarkeitsanalyse von Seeschifffahrtsstraßen, 2009 - 2 -   Böttner, Uliczka: Wechselwirkung Seeschiff/ Seeschifffahrtsstraße-   Interdisziplinäre Befahrbarkeitsanalyse von Seeschifffahrtsstraßen . S. 4  KFKI-Aktuell 1 (2009), S. 3-5.  Bank Effekt (auch: Bernoulli Effekt), der das Manövrieren von Schiffen im Nahbereich von Ufern stark beeinflusst. Die Konferenz wurde Anfang Mai 2009 gemeinsam von Flanders Hydraulics Re-search, der Universtät Ghent (Belgien) und der Royal Institution of Naval Architects (Großbritanni-en) veranstaltet. Es nahmen annähernd 60 Wissenschaftler aus 30 Nationen teil. Dies zeigt das steigende Interesse an diesen Fragestellungen und das derzeit noch geringe Angebot an Plattfor-men zum wissenschaftlichen Austausch auf diesem Fachgebiet. Als Diskussionsbasis und als Referenzwerte für numerische Simulationen wurden von Flanders Hydraulics Research Messergebnisse zur Verfügung gestellt. Hier können nicht alle Beiträge angesprochen werden, es wird daher nur eine Zusammenfassung der interessanten und / oder relevanten Informationen gegeben. Die Konferenzbeiträge liegen in elektronischer und gedruckter Form vor und können über die Bibliothek des KFKI bestellt werden. Stand des Wissens Neue mathematische Modelle zum Bank Effekt sind nicht vorgestellt worden. Alle bisherigen Expe-rimente bestätigen, dass es sich um einen hochgradig nichtlinearen Effekt handelt, der die Existenz einer brauchbaren ingenieurpraktischen, mathematisch-analytischen Näherung unwahrscheinlich erscheinen lässt. Bisher veröffentlichte Regressionsformeln sind in der Gültigkeit auf bestimmte Schiffstypen und Bankformen beschränkt, die bekannten Abschätzungen (z.B. zum Squat: Barrass, ICORELS, Tuck) geben nur grob vereinfacht die Vorgänge wieder und sind daher im Allgemeinen konservativ gehalten. Die Präsentationen von numerischen Berechnungen zeichneten ein ähnliches Bild, wie es schon bei früheren und auch laufenden FuE-Projekten der BAW  Autorenfassung Böttner, C.-U.; Uliczka, K.: Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße - Interdisziplinäre internationale Fachdiskussion zur Befahrbarkeitsanalyse von Seeschifffahrtsstraßen, 2009 - 3 -  Abbildung 1: Gewschwindigkeitsabhängiges Giermoment bei Passage eines PanMax-Containerschiffs an einer Böschung 1 : 6 (Modell 1 :40)  deutlich wurde: Belastbar sind nur die Ergebnisse aus Simulationen, die die Zähigkeit berücksichti-gen. Hier erweist sich derzeit der Ansatz der Reynolds-gemittelten Navier-Stokes Gleichungen, ge-schlossen durch das “shear stress” Turbulenzmodell (SST; Menter et al., 1994, 2003) als performant und wird daher am häufigsten verwendet. Die Vorträge, in denen experimentelle Ergebnisse zum Bank Effekt (geschwindigkeitsabhängige Querkräfte und Giermomente) präsentiert wurden, bestätigten trotz anderer Schiffstypen und Bö-schungsneigungen größenordnungsmäßig die in der neuen Versuchseinrichtung der BAW gemes-senen Werte (Abbildung 1; Uliczka / Kondziella, 2009). An anderen Institutionen wird wegen der Größe der auftretenden Momente das Schiffsmodell an zwei Punkten “gefesselt”. Bei der BAW wer-den die Kräfte an einem Punkt erfasst. Solange der eingesetzte   Böttner, Uliczka: Wechselwirkung Seeschiff/ Seeschifffahrtsstraße-   Interdisziplinäre Befahrbarkeitsanalyse von Seeschifffahrtsstraßen . S. 5  KFKI-Aktuell 1 (2009), S. 3-5.  Biegestab und der Momentengeber der Anlage in der BAW-DH das Modell “auf Kurs” zu halten vermag, gibt es keinen Anlass von diesem eleganten Messprinzip abzugehen. In der Diskussion wurde einmal mehr deutlich, dass die Propulsion beim Bank Effekt einen deutli-chen Einfluss hat: Ohne Propellerschub wird ein anderer Verlauf der Driftkraft mit steigender Ge-schwindigkeit beobachtet. Bei ausreichender Nähe zur Böschung kommt es ab einem Autorenfassung Böttner, C.-U.; Uliczka, K.: Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße - Interdisziplinäre internationale Fachdiskussion zur Befahrbarkeitsanalyse von Seeschifffahrtsstraßen, 2009 - 4 - entsprechenden Geschwindigkeitsbereich (je nach Rumpfform) dazu, dass die Kraft sogar ihr Vor-zeichen wechselt, also abstoßend wirkt. Dieser Effekt tritt für Schiffe unter Eigenantrieb nicht auf. Dies mag aber eine merkenswerte Infor-mation z.B. für Schiffsüberführungen unter reiner Schlepperassistenz sein. Im Begleitprogramm der Konferenz war auch eine Besichtigung der Einrichtungen bei Flanders Hydraulics Research ind Antwerpen enthalten. Die Schlepprinne ist hier mit einer Planar-Motion-Anlage (PMM – planar motion mechanism) unter einem Schleppwagen ausgerüstet. Die computer-gestützte Fernbedienbarkeit des Wagens und der PMM ermöglicht einen 24/7 Betrieb und damit eine große Anzahl und Varianz an Versuchsserien. Ausblick Nächster Veranstalter dieser Konferenz wird die Technische Universität in Trondheim (NTNU) sein, Veranstaltungsort und Zeitpunkt sind voraussichtlich Trondheim im Mai 2011. Als primäres Schwerpunktthema ist die „Wechselwirkung Schiff / Schiff in begrenztem Flachwasser“ vorgesehen. Literatur Flanders Hydraulics Research, Projekt Bank Effekte: http://www.bankeffects.ugent.be Uliczka, K., Kondziella, B.: Research on ship dynamics of large containerships in confined fairways, Proceedings 1st International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water: Bank Effects, Antwerp, Belgium, May 2009 Menter, F. R.: Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications, AIAA Journal, Vol. 32, No. 8, August 1994 Menter, F. R., Kuntz, M., and Langtry, R.: Ten Years of Industrial Experience with the SST Turbulence Model, in: Turbulence, Heat and Mass Transfer 4, ed: K. Hanjalic, Y. Nagano, and M. Tummers, Begell House, Inc., 2003 

Wechselwirkung Seeschiff / Seeschifffahrtsstraße - Interdisziplinäre internationale Fachdiskussion zur Befahrbarkeitsanalyse von Seeschifffahrtsstraßen

http://henry.baw.de/bitstream/20.500.11970/100648/1/15482_07627_pub_2009.pdf

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