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Binnenschiffsführungssimulation

Erstellt am: 27.02.2018 | Stand des Wissens: 06.08.2019
Auftraggeber / Förderer:   Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Auftragnehmer:   Bundesanstalt für Wasserbau
Projektkoordination:   Bundesanstalt für Wasserbau
Thorsten Dettmann
Projektpartner:   Universität Duisburg-Essen
Dr. Philipp Mucha
Projektnummer:   B3953.04.04.70003
Projektvolumen:   > 1.000.000
Laufzeit:   2010/12 bis 2020/07
Projektstand:   laufend
Webseite:   http://www.baw.de/
Raumbezug:   Bundesrepublik Deutschland
Sonstige Informationen:  
Das BAW-Forschungskompendium Verkehrswasserbau 2018 steht auf www.baw.de zum Download zur Verfügung.
Aufgabenstellung und Ziel
Ende 2010 wurde durch die Bundesanstalt für Wasserbau für den Bereich Binnenschifffahrt eine Schiffsführungssimulator ANS5000 beschafft. Im Jahr 2017 erhielt der Schiffsführungssimulator ein Upgrade auf ANS6000. Zentrales Ziel des Forschungsvorhabens ist es, den Simulator, der seitens der implementierten Modellverfahren für die Ausbildung des nautischen Personals auf Seeschiffen ausgelegt ist, in Betrieb zu nehmen und an die Anforderungen der BAW für den Bereich Binnenschifffahrt anzupassen, indem die in der BAW entwickelten Modellverfahren für die fahrdynamische Begutachtung von Wasserstraßen implementiert und Schnittstellen zu den flussbaulichen HN-Modellen eingerichtet werden. Da Schiffsführungssimulatoren bisher nur in der Seeschifffahrt eingesetzt wurden, müssen neben der Implementierung der BAW-Modelle zusätzlich verifizierte Schiffsmodelle inklusive der Parametersätze, die die fahrdynamischen Eigenschaften eines Schiffes bestimmen, für den ANS6000 erstellt werden.

Bedeutung für die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV)
Aus dem Trend, dass immer größere Schiffe in den vorhandenen Wasserstraßen fahren (überlange Verbände auf dem Rhein, überlange Großmotorgüterschiffe (üGMS) auf dem Neckar), gewinnen Fragestellungen wie z.B. nach dem Einfluss von Querströmungen auf die Fahrt eines Binnenschiffes, nach der Wechselwirkung Schiff/Schiff bzw. Schiff/Wasserstraße, nach dem Verkehrsflächenbedarf in der Manöverfahrt und nach Squat und Bankeffekt immer mehr an Bedeutung. Viele dieser Fragen lassen sich nur noch durch komplexe Simulationen der Schiffsbewegung beantworten, in denen das Schiff durch einen Bahnregler oder durch Schiffsführer nach Sicht gesteuert wird. Die Bedeutung wird umso deutlicher, als schon heute und zukünftig verstärkt die wirtschaftliche Ausnutzung der vorhandenen oder dann angepassten Infrastruktur Wasserstraße im Vordergrund stehen wird und damit eine kontinuierliche Weiterentwicklung der modularen Simulationssoftware für die Aufgaben der WSV erforderlich ist.

Untersuchungsmethoden
Die Modellierung der fahrdynamischen Eigenschaften eines Binnenschiffes hat eine große Bedeutung, da sie für die Qualität der späteren Simulationsergebnisse entscheidend sind. Die ursprünglich entwickelte Methode beruht auf der Einmessung von fahrenden Binnenschiffen und der Aufzeichnung aller Maschinen- und Ruderkommandos. Auf der Grundlage dieser Messdaten wurden die Koeffizienten für die Maschinen- und für die fahrdynamischen Modelle abgeleitet. Das Problem bei dieser Methode besteht darin, dass nur die Koeffizienten für den gemessenen Tiefgang bestimmt werden konnten.
Inzwischen wird diese Methode durch numerische Berechnungen unter Nutzung von Messdaten aus Schleppversuchen und Planar motion mechanism (PMM) bzw. Computerized Planar Motion Carriage Versuchen vorerst für ein 135 m langes Motorgüterbinnenschiff ergänzt. Die Entwicklung von Algorythmen zur Bestimmung der fahrdynamischen Modellkoeffizienten für ein 135 m langes Binnenschiff basierend auf der numerischen Ermittlung der Kräfte auf das Unterwasserschiff für verschiedenste Manöversituationen ist abgeschlossen. Gegenwärtig laufen die Berechnung zur Identifikation der fahrdynamischen Koeffizienten für ein derartiges Schiff für einen kompletten Fächer von Tiefgängen und Wassertiefen/Tiefgangsverhältnissen. Eine Reihe von Veröffentlichungen der Ergebnisse aus den Modellversuchen für das 135 m lange Referenzschiff ist in Arbeit.
Ergebnisse
Die beschriebene Methode zur numerischen Identifikation der Schiffskoeffizienten wird derzeit auf andere Schiffstypen erweitert und angewandt. Schubverbände unterscheiden sich in Ihrer Geometrie deutlich von Binnenschiffen. In der Folge können Erfahrungswerte aus der Fahrdynamik von Binnenschiffen nicht ohne weiteres auf die Fahrdynamik von Schubverbänden übertragen werden. Modelle von Schubverbänden werden aber dringend für die verkehrswasserbaulichen Untersuchungen am Schiffsführungssimulator benötigt. Aus diesem Grund wird gegenwärtig ein Referenzschubverband entwickelt
Der Entwurf und Bau des Modells für den Schubverband in einem Maßstab von 1:16 ist abgeschlossen. Das Modell besteht aus einem Schubschiff und vier Leichtern, die in unterschiedlichsten Formationen geschleppt werden können. Die geplante Serie von Schleppversuchen und Computerized Planar Motion Carriage Versuchen in tiefem Wasser und die entsprechenden Versuche im Flachwasser für unterschiedliche Wassertiefen wurde für 4 Verbandsformationen abgearbeitet. Die endgültige Aufbereitung der Messdaten steht kurz vor dem Abschluss. Parallel erfolgt die Entwicklung von CFD-Berechnungsmethoden für Schubverbände in Tief- und Flachwasser unter Berücksichtigung der Relativbewegung zwischen Leichter und Schubschiff sowie der Wirkung der Spaltströmung für unterschiedlichste Kopplungsvarianten der Leichter.

Ansprechpartner
Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur
Bundesanstalt für Wasserbau
Universität Duisburg-Essen

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?481122

Gedruckt am Donnerstag, 22. August 2019 02:19:21