Med moderne verktøy og stor datakraft til å simulere et stort antall alternative designvarianter, kan skipsdesignere oppnå større drivstoffbesparelser.
Hydrodynamikerne og skrogdesignerne i DNV GL har, takket være tung regnekraft og unike verktøy for parametrisk optimalisering, utviklet en metode for å designe en asymmetrisk akterende som tar hensyn til ulik vannstrømming på hver side av propellen.
Det fører til mellom tre-fem prosent lavere drivstofforbruk og dermed utslipp.
Beregning og bygging
Allerede på 60-tallet ble det utviklet teorier om mer optimal skrogdesign med en asymmetrisk akterdel nær propellen. Slike beregninger var imidlertid altfor tunge og tidkrevende å gjøre manuelt og byggemetodene ikke utviklet for det.
Med dagens regnekraft, er oppgaven ikke lenger uoppnåelig. DNV GL har derfor benyttet avansert CFD (computational fluid dynamics) til å gjøre skrogoptimaliseringer.
Beregningene er siden bekreftet med modellforsøk i slepetank for to nye skip, opplyser DNV GL.
Vel så viktig er det at verftene nå har utstyr og teknologi for å bygge asymmetriske skrog uten særlig økte kostnader.
- Halefinnebevegelse kan revolusjonere hurtigbåtmarkedet: Nå står mulige partnere i kø
Unngår overbelastning
– Vi kan modellere akterskipet som blir en aktiv del av framdriftssystemet, uten å skape vibrasjoner som kan resultere i utmattingsproblemer på strukturelle komponenter, slik det kan bli med finner og dyser, sier Karsten Hochkirch, som leder avdelingen for Fluid Engineering i DNV GL i Hamburg.
Flere selskaper tilbyr design og ettermontering av finner og dyser som skal sette vannet i rotasjon og minimere rotasjonstap fra propellene. Blant de mest kjent er Mewis Duct fra Becker Marine.
Ettermontert utstyr kan skape problemer med styrke og påkjenning på propellaksling og haleror. Ved å ta hensyn til det allerede ved design og bygging, kan problemer unngås.
Olav Rognebakke, leder for DNV GLs avdeling Hydrodynamikk og Stabilitet i Oslo forklarer konseptet med en liten vridning i skroget slik:
– Ideelt sett skal en propell overføre all energien fra akslingen til å skyve vannmassen bakover og dermed skipet framover. Men på grunn av propellens rotasjon, går mye energien med til å rotere vannet. Ved å gi vannet en rotasjon før det treffer propellbladet, går mer av propellens kraft til å skyve skipet framover, sier Rognebakke.
Store besparelser
DNV GL har sammen med to rederier gjort forsøk på to ulike skipstyper, ett containerskip på 3.000 TEU (internasjonal standard for containere) og et tankskip på 38.000 dødvekttonn. Etter optimalisering av linjene, ble det gjort tester i slepetank som bekreftet beregningene.
På containerskipet ble drivstoffbesparelsen beregnet til tre prosent. Det betyr cirka 2,7 tonn drivstoff per dag, tilsvarende 1.991 tonn CO2 per år. Drivstoffkostnadene går ned med 196.000 US dollar per år med dagens kurs.
For tankskipet var besparelsen 3,5 prosent, som tilsvarer 0,7 tonn per dag og 513 tonn CO2 per år. Besparelsen er 50.000 dollar i året til drivstoff.
Sammenlikningen av modelltest og et fullskalaskip er mulig. Det er allerede bygget en 38.000-tonner med samme design, men uten tvist.
Ifølge DNV GL skal det for enkelte skip være mulig å spare inn opp mot fem prosent drivstoff. Beregninger må gjøres for hvert enkelt skip eller skipstype.
– Utgangspunktet er å designe et mest mulig optimalt skrog. Når man så ser hvordan vannstrømmen går ved propellen, kan vi gjøre justeringer som påvirker vannstrømmen og reduserer tapene i framdriftssystemet, sier Rognebakke.
Ingen ny idé
Allerede på 60-tallet så skrogdesignere på muligheten for å lage et asymmetrisk skrog som tok hensyn til at propellens dreieretning og ulik vannstrømming akter. Med datidens metoder var det ikke mulig å beregne effekten av skrogendringer nøyaktig nok, og kostbare og omfattende modelltester var eneste alternativ.
Med moderne simuleringsprogram og dataverktøy er det blitt mulig å nøyaktig vurdere og sammenligne hundrevis av ulike akterskipsutforminger.
Klasseselskapet Germanischer Lloyd kjøpte i 2009 selskapet Friendship Consulting, som har utviklet metoden for parametrisering og optimalisering av skroglinjer. Under varemerket Futureship bidro GL til å forbedre linjene til en rekke skip, hovedsakelig store kontainerskip. I 2013 fusjonerte DNV og GL og inkorporerte Futureship i Fluid Engineering-virksomheten.
Det asymmetriske skroget er mest effektivt for saktegående skip med fyldig skrog, hvor samspillet mellom skrog og propell er spesielt viktig og motstand fra generering av bølger har mindre relativ betydning.
- Verdens første autonome skip i drift: Skal erstatte 40.000 vogntogturer i året
Et hestehode foran
Rognebakke sier at det er et kjempemessig beregningsarbeid som ligger bak.
– Alt henger sammen i et skip. Endrer man en parameter, kan det få store konsekvenser på andre områder. Med parametrisering av skroget, optimaliseringsalgoritmer, CFD, spesialisert propellberegningskode og tung regnekraft, kan vi forsøke oss fram, endre parametere og gjøre veldig mange iterasjoner, sier Rognebakke.
Han mener DNV GL klarer å utnytte det brede fagmiljøet og kompetansen på tvers av fagområder og landegrenser.
– Avanserte verktøy og vår tverrfaglige kompetanse gir oss et konkurransefortrinn, sier Rognebakke.
