Schiffswiderstandsberechnung mit Open-Source-CFD: Das InsightCAE Framework
Die hydrodynamische Optimierung von Schiffen ist eine der zentralen Herausforderungen im modernen Schiffbau. Ein niedriger Schiffswiderstand reduziert den Treibstoffverbrauch, senkt CO₂-Emissionen und verbessert die Wirtschaftlichkeit des gesamten Betriebs. Gleichzeitig erfordert die präzise Berechnung des Schiffswiderstands traditionell tiefes Expertenwissen in der Computational Fluid Dynamics (CFD) sowie kostspielige kommerzielle Softwarelizenzen.
Mit unserem InsightCAE Framework bieten wir eine vollautomatisierte Schiffswiderstandsberechnung mit ausschließlich Open-Source-CFD-Software an. Es entfallen nicht nur die Kosten für Softwarelizenzen, sondern auch Anwender mit wenig Spezialwissen können dank der Automatisierung die recht komplizierten CFD-Analysen selbständig durchführen.
Was ist Schiffswiderstandsberechnung?
Der Schiffswiderstand – auch hydrodynamischer Widerstand oder ship resistance genannt – beschreibt die Gesamtheit der Kräfte, die der Vorwärtsbewegung eines Schiffes entgegenwirken. Er setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen: dem viskosen Reibungswiderstand, dem Druckwiderstand sowie dem wellenbedingten Widerstand (Wellenwiderstand). Für eine realistische Simulation müssen Freie-Oberflächen-Effekte, Trimmlage und Squat-Verhalten berücksichtigt werden – Aufgaben, die mit modernen CFD-Methoden zuverlässig lösbar sind.
CFD-Simulation im Schiffbau: Open Source statt proprietärer Software
Für die Strömungssimulation im Schiffbau kommen typischerweise Reynolds-gemittelte Navier-Stokes-Gleichungen (RANS) zum Einsatz, kombiniert mit geeigneten Turbulenzmodellen wie k-ω SST. Das InsightCAE Framework nutzt hierfür bewährte Open-Source-Werkzeuge wie OpenFOAM, eines der leistungsfähigsten frei verfügbaren CFD-Pakete weltweit. Der Wegfall kommerzieller Lizenzkosten – die bei Programmen wie STAR-CCM+ oder ANSYS Fluent schnell fünf- bis sechsstellige Jahresbeträge erreichen – macht hochwertige Schiffshydrodynamik-Simulationen auch für kleinere Ingenieurbüros, Werften und Forschungseinrichtungen wirtschaftlich zugänglich.
Vollautomatisierter Workflow: Von der Geometrie zum Ergebnis
Der entscheidende Vorteil des InsightCAE Frameworks liegt in seiner durchgängigen Automatisierung:
- Geometrieverarbeitung: Automatische Aufbereitung und Vernetzung (Meshing) der Schiffsgeometrie auf Basis standardisierter Eingabeformate
- Randbedingungen & Physikmodelle: Automatische Konfiguration von Geschwindigkeit, Flachwassertiefe, Beladungszustand und Umgebungsbedingungen
- Solver-Steuerung: Vollautomatischer Start, Überwachung und Konvergenzprüfung der CFD-Simulation
- Auswertung & Reporting: Automatisierte Extraktion der Widerstandskomponenten sowie Erstellung aussagekräftiger Berichte
Dieser Workflow ermöglicht es, serielle Parameterstudien – etwa zur Optimierung von Rumpfform, Bugwulst oder Heckgeometrie – effizient und reproduzierbar durchzuführen.
Für wen eignet sich das InsightCAE Framework?
- Schiffbauingenieure und Konstruktionsbüros, die CFD-Analysen in frühe Entwurfsphasen integrieren möchten
- Werften, die interne Simulationskapazitäten ohne hohe Lizenzkosten aufbauen wollen
- Forschung und Lehre, wo Open-Source-Zugänglichkeit und Transparenz der Methoden besonders wichtig sind
- Betreiber und Reedereien, die Bestandsschiffe auf Effizienz analysieren oder Retrofits bewerten möchten
Fazit
Die Kombination aus Open-Source-CFD, intelligenter Automatisierung und niedrigen Einstiegshürden macht das InsightCAE Framework zu einer zukunftsweisenden Lösung für die numerische Schiffshydrodynamik. Hochwertige Schiffswiderstandsberechnungen sind damit keine Domäne weniger Spezialisten mehr – sie werden zum zugänglichen Werkzeug für alle, die Schiffe effizienter, wirtschaftlicher und nachhaltiger gestalten wollen.