Forma framtiden med skepp från förr

Lucy Ashton transporterade passagerare på floden Clyde mellan 1888 och 1949 och var en av de ångare som tjänstgjorde längst på Clyde. Här är hon avbildad under det experiment som kommer att låta henne leva vidare i den digitala världen och hjälpa ingenjörer att validera moderna digitala verktyg för att designa framtida generationer av fartyg. (Bilden har tillhandahållits av Scottish Maritime Museum)

Hjulångaren Lucy Ashton gick som passagerarfartyg i Skottland mellan 1888 och 1949. Någon gång under 1950-talet användes hon i ett spektakulärt forskningsexperiment om skrovmotstånd - ett område som än i dag är ett av de mest utmanande inom fartygsdesign.

År 2020 laddade Dmitriy Ponkratov, Marine Director på Siemens Digital Industries Software, och en av grundarna av forskningssamarbetet JoRes, ner några gamla tidskriftsartiklar att ha som tidsfördriv under en flygning. Föga anade han att det bland texterna fanns en som skulle öppna dörren för nya möjligheter till framtida digitalisering av sjöfartsindustrin.

Utmaningar med att förutsäga skrovmotstånd

För att förutsäga skrovmotstånd i fullskala används traditionellt den rekommenderade proceduren från International Towing Tank Conference (ITTC), som bygger på försök i modellskala i en släpränna. Trots att det är dagens bästa praxis och en allmänt använd metod, bygger den på flera gamla antaganden som kan medföra osäkerheter för motståndsförutsägelse för fartyget. I framtiden vill man istället kunna använda Computational Fluid Dynamics (CFD), eller numerisk strömningsmekanik på svenska.

- De senaste framstegen inom CFD erbjuder ett lovande alternativ till ITTC-metoden genom att möjliggöra direkt bestämning av skrovmotstånd i fullskala. Noggrannheten och tillförlitligheten i förutsägelser av skrovmotstånd kan förbättras avsevärt, och man kan dessutom få ytterligare information om flödesdetaljerna kring fartyget. Men innan CFD kan användas fullt ut för motståndsförutsägelse måste det valideras genom jämförelse med fullskaliga motståndsmätningar, som är mycket sällsynta, säger Arash Eslamdoost, docent i tillämpad hydrodynamik vid institutionen för mekanik och maritima vetenskaper.

JoRes-projektet har nyligen genomfört tester på havsgående fartyg med syfte att ta fram valideringsfall i verklig skala för CFD. I dessa tester kunde man dock inte separera skrov- och propellerkrafter.

- För att förstå ostört skrovflöde bör fartygets motstånd helst mätas utan propellern. Att låta ett fartyg bogseras av ett annat är en enkel lösning, men det medför störningar i kölvattnet. Alternativet att använda två bogserbåtar stör också genom vågmönstret, vilket påverkar mätresultaten, så när det gäller fullskaliga moståndsmätningar verkar det svårt att hitta ett bättre upplägg än det unika experimentet med Lucy Ashton, säger Rui Lopes, postdoktor på institutionen för mekanik och maritima vetenskaper.

Spektakulärt experiment från 1950-talet

Ingenjörerna på British Ship Research Association (BSRA) brottades troligen med samma problem då runt 1950, när de kom på den spännande lösningen att ringa Rolls Royce, och fråga om det var möjligt att få fyra jetmotorer från flygplan för att installera på ett fartyg. Svaret blev positivt och BSRA förvärvade den gamla hjulångaren Lucy Ashton, byggd 1888, och förvandlade henne till det första och enda forskningsfartyget utrustat med jetmotorer. Styrhytten ljudisolerades av BBC, och för säkerhets skull installerade man även handbromsar - två klaffar som kunde sänkas ner i vattnet för att bromsa fartyget.

Det här stora experimentet bidrog i hög grad till dåtidens maritima vetenskap, och fick erkännande av ITTC vid den tiden. Men när digital teknik och numerisk strömningsmekanik började utvecklas på 1990-talet verkar resultaten ha glömts bort.

- När jag fick reda på detaljerna kring experimentet var det uppenbart att det utgjorde en unik möjlighet att validera fullskaliga motståndsförutsägelser gjorda med CFD, säger Rickard Bensow, professor vid institutionen för mekanik och maritima vetenskaper.

För att dra nytta av den återupptäckta datan lanserade avdelningen för marin teknik vid institutionen för mekanik och maritima vetenskaper en global workshop för att beräkna och validera olika CFD-koder genom att jämföra resultaten av beräkningarna med faktiska mätningar utförda på 1950-talet. När workshopen annonserades visade 79 organisationer intresse, av vilka till slut 46 stycken från 20 länder lämnade in sina resultat, vilket gjorde workshopen till den största i det maritima communityt. Alla deltagande organisationer har bjudits in till ett endagsmöte som kommer att hållas på Chalmers den 25 september.

- Vi hoppas att det här mötet ska fungera som ett viktigt steg för att uppmuntra till vidare diskussion och kunskapsutbyte om resultaten, och därigenom gynna utvecklingen av energieffektiva fartyg i framtiden, säger Rickard Bensow.

Samarbetspartners

JoRes Joint Research Project är ett globalt initiativ som lanserades 2019 för att utveckla branscherkända testfall i verklig skala för validering av digital teknik. Det är det största projektet i sitt slag och samlar mer än 50 företag från 18 länder. Projektet har presenterats vid International Maritime Organisation (Maritime Agency of United Nations), World Laureate Forum och andra högt rankade evenemang.

Siemens Digital Industries Software hjälper organisationer av alla storlekar att digitalisera med hjälp av programvara, hårdvara och tjänster från Siemens Xcelerator-plattformen. Siemens programvara och omfattande digitala tvillingar gör det möjligt för företag att optimera sina design-, konstruktions- och tillverkningsprocesser för att omvandla dagens idéer till framtidens hållbara produkter.

Kontakt

Taggar:

Uppdaterad 10 september 2024, 16:39Publicerad 10 september 2024, 14:30

Tyck till om sidan

Aktuellt

Kontakt