Mehr als 90 Prozent aller Waren werden weltweit mit Schiffen auf den Meeren transportiert. Fahrgastschiffe, Schiffe zur Energie- und Rohstoffversorgung aus dem Meer oder solche für weitere Spezialaufgaben kommen hinzu. „Für den sicheren und wirtschaftlichen Schiffsbetrieb ist daher eine Grundvoraussetzung, die Manövrierbarkeit gewährleisten zu können“, sagt Prof. Dr.-Ing. Andrés Cura Hochbaum, der das TU-Fachgebiet Dynamik Maritimer Systeme leitet. „Manöver wie Kurshalten oder Ausweichen in schwierigen Situationen können entscheidend sein, um Kollisionen und die häufig damit verbundenen Umweltkatastrophen zu vermeiden.“ Dringender denn je seien daher genaue Vorhersagen über die Manövriereigenschaften von Schiffen. Nicht nur der Schiffsverkehr wachse nach wie vor, sondern auch die Anforderungen an die Schiffe und deren Größe.

Die heutigen Vorhersagen der Manövrierbarkeit könnten durch Maßstabseffekte beeinflusst sein, da sie meist auf Versuchen mit Schiffsmodellen basieren. Diese Modellversuche können jedoch nicht alle physikalischen Ähnlichkeiten abbilden. Dies wird als mögliche Ursache für unzureichend genaue Vorhersagen angesehen. Die ITTC, die weltweite Vereinigung der Schiffbau-Versuchsanstalten, plädiert in den letzten Jahren verstärkt dafür, den Einfluss dieser Maßstabseffekte zu untersuchen und zu klären. Gerade durch die modernen Schiffsformen und zunehmenden Schiffsgrößen steigt auch die Brisanz dieser Thematik.

Vor diesem Hintergrund begann Ende 2011 das Verbundforschungsvorhaben „Maßstabseffekte und Umwelteinflüsse bei der Vorhersage des Manövrierverhaltens seegehender Schiffe“ (PREMAN), das vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert wird. Neben der TU Berlin sind die Hamburgische Schiffbau-Versuchsanstalt (HSVA) und die Universität Duisburg-Essen als Projektpartner eingebunden. Neben der Klärung der Maßstabseffekte ist Hauptziel des Projektes eine signifikante Verbesserung der numerischen Methoden zur Manövriervorhersage. Dank der Unterstützung zweier Reedereien können die Forscher sogar Messungen an zwei realen Schiffen auf offener See durchführen.

Im Teilvorhaben der TU Berlin „Verbesserung der Vorhersage des Manövrierverhaltens von Schiffen auf der Basis von virtuellen gefesselten Versuchen“ (CAPTIVMAN), das mit 400 000 Euro gefördert wird, werden die Forscher um Professor Cura Hochbaum die Manövriervorhersagen basierend auf numerischen Strömungssimulationen (CFD) sowie auf Versuchen mit gefesselten Schiffsmodellen weiterentwickeln. Diese Form der Versuche, die der Bestimmung der Kräfte am Rumpf dient, wird im Projekt CAPTIVMAN erstmalig in virtueller Form am Rechner mit freier Wasseroberfläche und unter Berücksichtigung der dynamischen Veränderung der Schwimmlage simuliert. Zudem werden die Rollbewegung des Schiffes während des Manövers sowie Umwelteinflüsse wie Wind, Strömung und Seegang betrachtet. Dies stellt einen deutlichen Fortschritt dar. „Diese Vorgehensweise wird weltweit erstmals eine Prognose direkt für die Großausführung eines Schiffes ermöglichen“, so Cura Hochbaum.