Die Seegangsberechnung ist ein zentrales Element des Schiffsentwurfs und bildet die Grundlage für die Bewertung des Verhaltens von Schiffen und schwimmenden Strukturen in realen Seebedingungen. Sie liefert entscheidende Informationen für Sicherheitsbewertung und Betriebsplanung.

Was ist Seegangsanalyse und warum ist sie wichtig?

Unter Seegang versteht man die durch Wind, Wellen und Strömungen erzeugten dynamischen Kräfte, denen ein Schiff auf See ausgesetzt ist. Eine fundierte Seegangsanalyse erlaubt es, das Bewegungsverhalten eines Schiffes bereits in der Entwurfsphase präzise vorherzusagen – bevor der Kiel gelegt wird. Das minimiert teure Korrekturen im Nachhinein und erhöht die Sicherheit an Bord.

Potentialcodes als Grundlage der Seegangsberechnung

Die Analyse der Seegangsberechnung wird in der Regel mit Hilfe von Potentialcodes durchgeführt. Diese Methode basiert auf der Potentialströmungstheorie und erlaubt eine schnelle, numerisch stabile Berechnung der hydrodynamischen Kräfte, die auf einen Schiffskörper wirken. Potentialcodes setzen eine inkompressible, reibungsfreie und wirbelfreie Strömung voraus – Annahmen, die für die Seegangsberechnung in vielen praktischen Fällen gut gerechtfertigt sind.

Response Amplitude Operators (RAOs): Das Herzstück der Bewegungsanalyse

Kernstück der Seegangsberechnung ist die Ermittlung der Response Amplitude Operators (RAOs) – auch Übertragungsfunktionen genannt – für alle sechs Freiheitsgrade des Schiffes:

• Surge – Längsbewegung
• Sway – Querbewegung
• Heave – Hubbewegung
• Roll – Rollbewegung
• Pitch – Stampfbewegung
• Yaw – Gierbewegung

RAOs beschreiben, wie stark ein Schiff auf eine Welle einer bestimmten Frequenz und Richtung reagiert. Sie sind frequenzabhängig und werden für verschiedene Schiffsgeschwindigkeiten und Wellenkurswinkel bestimmt.

Abgeleitete Kennwerte: Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und Seekrankheitskriterien

Aus diesen RAOs werden anschließend eine Vielzahl praxisrelevanter Kennwerte an beliebigen Orten im Schiff berechnet:

• Beschleunigungen (z. B. an Arbeitsplätzen, Kranstandorten oder Ladungssicherungspunkten)
• Geschwindigkeiten der Schiffsbewegung in verschiedenen Seegangsszenarien
• Häufigkeitskriterien für Seekrankheit (Motion Sickness Incidence, MSI)
• Relative Bewegungen und Freibord zur Bewertung von Grünwasser-Ereignissen
• Operabilitätsindizes für den sicheren Einsatz unter bestimmten Seegangsbedingungen

Diese Ergebnisse fließen direkt in das Schiffsdesign, die Ausrüstungsauslegung sowie die Planung von Offshore-Operationen ein.

Simulation mit Open-Source-Tools: PDStrip und NEMOH

Die Simulationen werden mit den bewährten Open-Source-Tools PDStrip oder NEMOH durchgeführt:

• PDStrip ist ein 2D-Streifenmethoden-Code (Strip Theory), der besonders für schlanke Schiffskörper geeignet ist und sich durch hohe Rechengeschwindigkeit auszeichnet. Er ist ideal für erste Auslegungsiterationen und parametrische Studien.
• NEMOH ist ein 3D-Potential-Panel-Code, der auf der Randelementemethode (Boundary Element Method, BEM) basiert. Er eignet sich besonders für komplexe Geometrien, schwimmende Offshore-Strukturen und Fälle, bei denen 3D-Effekte nicht vernachlässigt werden dürfen.

Beide Tools sind in der wissenschaftlichen und ingenieurspraktischen Gemeinschaft etabliert und profitieren von einer aktiven Weiterentwicklung durch Forschungseinrichtungen weltweit.

Nahtlose Integration in die Schiffswiderstandsanalyse

Ein wesentlicher Vorteil unseres Ansatzes: Die erforderliche Eingabe für die Seegangsberechnung ist vollständig kompatibel mit der Eingabe für unsere Schiffswiderstandsanalyse. Das bedeutet, dass Geometriedaten und Schiffskennwerte, die einmal aufbereitet wurden, direkt für beide Analysetypen genutzt werden können. Das reduziert den Aufwand erheblich und sorgt für eine konsistente Datenbasis über den gesamten Entwurfsprozess.

Fazit: Professionelle Seegangsberechnung für sicherere und effizientere Schiffe

Eine präzise Seegangsanalyse ist unverzichtbar für den modernen Schiffsentwurf. Mit Hilfe von Potentialcodes, RAO-basierter Bewegungsanalyse und leistungsfähigen Open-Source-Tools wie PDStrip und NEMOH lassen sich bereits früh im Entwurfsprozess fundierte Aussagen über das Seeverhalten eines Schiffes treffen. Die enge Verzahnung mit der Widerstandsanalyse macht unseren Workflow besonders effizient.

Sie haben Fragen zur Seegangsberechnung für Ihr Projekt? Kontaktieren Sie uns – wir beraten Sie gerne.