Letar efter den ultimata effekten

Det är svårt att förstå hur propeller och skrov fungerar optimalt ihop ens i stilla vatten.  Lägg till vågors inverkan och det verkar näst intill omöjligt. Men den utmaningen har Arash Eslamdoost och hans forskarkolleger antagit.

Skrovet designas separat, sen trycker man dit en propeller. Lite förenklat är det fortfarande i regel så det går till när fartyg konstrueras. Varje komponent optimeras enskilt istället för tillsammans.

– Skrov och propeller interagerar med varandra på ett ganska komplicerat sätt och därför blir flödet i akterdelen annorlunda än när man gör skrovets initiala design utan propeller.  Idag har vi ganska bra koll på vad som händer med flödet när ett fartyg förs fram i stilla vatten, men när det till kommer vågor blir det mer problematiskt, säger Arash Eslamdoost, forskare på Chalmers.

Det finns två sätt att studera flödet, antingen genom att dra en modellbåt i en specialbyggd testbassäng eller genom numeriska beräkningar. Och det är det senare sättet som forskarna använder sig av i det tvååriga forskningsprojektet Propeller-Hull Interaction Effects in Waves som görs inom ramen för Trafikverkets branschprogram Hållbar sjöfart som drivs av Lighthouse.

– Det kallas CFD, Computational fluid dynamics, och det är först nu datorerna har tillräckligt med beräkningskapacitet för att vi ska kunna studera dessa flöden i vågor.

Fast det tar tid. Bara beräkningen av flödena kring en enda specifik våglängd tar en till två veckor för ett datorkluster att lösa.

– Därför har vi ingen möjlighet att studera alla våglängder utan för hålla oss till de som är mest intressanta, till exempel den som är lika lång som ett fartyg. I den våglängden finns de största rörelserna. Det handlar först om att hitta de mest intressanta scenarierna kring fart och våglängd och sen analysera, säger Arash Eslamdoost.

Hittills har man lyckats göra mätningar på hur skrov fungerar i vågor utan propeller, samtidigt som man lyckats extrahera hastighetsfördelningen av flödet bakom skrovet eller som det kallas ”vakbilden”
– Nu är det dags att koppla samman vakbilden och rörelserna från skrovet. Vi har alla resultat för att göra det och har dessutom lyckats att validera metoden. 

Så, när alla analyser är klara och ett mätverktyg utvecklats – hur mycket kan bränsleförbrukningen minskas?

– Vi hoppas kunna identifiera och kartlägga de kritiska hastigheterna för en viss våglängd, alltså de som skapar ett motstånd som kräver mycket kraft och energi. På så sätt kan man anpassa farten för att nå optimal energiåtgång, säger Arash Eslamdoost och fortsätter:

– Men att säga exakt hur mycket man kan spara är svårt, några studier i full skala har hittills inte gjorts, men jag skulle tro att det handlar om fem till tio procent i bränsleförbrukning.

Forskningsprojektet görs i form av ett licentiatarbete och för detta har doktoranden Mohsen Irannezhad rekryterats till Chalmers. Arash Eslamdoost och Rickard Bensow (professor på Chalmers) är handledare och Martin Kjellberg (teknologie doktor, SSPA) är bihandledare. Efter att avhandlingen slutförts är det tänkt att Mohsen Irannezhad ska få vidare finansiering att driva projektet vidare från modell- till fullskala.

Här kan du läsa om fler projekt som pågår inom Hållbar Sjöfart