Optimering av marina propellrar - strategier och utveckling av algoritmer

För att designa den optimala propellern behöver man ta hänsyn till en mängd olika val men för att förenkla livet för propellerkonstruktörer har Florian Vesting, doktorand vid Institutionen för Sjöfart och marin teknik på Chalmers, utvecklat en verktygslåda av strategier och algoritmer. Den 9 oktober försvarar han sin avhandling.

Berätta om din forskning!
Kärnan i mitt arbete är designstrategier och algoritmer för att göra automatisk optimering praktisk och tillämplig i propellerdesign i vardagen. Problemet med propellerdesign är det faktum att designen begränsas av klassificeringsregler, regler avseende tillverkning eller fysiskt beteende ( dvs kavitation ), vilket gör det svårt för automatiserad optimering. Typiska akademiska propelleroptimeringsfall innehåller inte alla de designbegränsning som ofta hindrar konvergens av optimeringen. Jag uppfann inte propelleroptimering men jag utformade nya begränsningar och utvecklade algoritmer som gör optimering mer tillämplig för att hitta bättre lösningar för design av proppelerblad snabbare.

Hur gör din forskning livet enklare för en propellerkonstruktör?
Propellerdesign är inte en enkel uppgift, en konstruktör måste ta hänsyn till ett antal begränsningar för sin design. Det finns inget botemedel om du vill hitta bästa möjliga lösning. Men med en automatiserad verktygslåda för konstruktion, som innehåller alla dessa begränsningar, och riktlinjer kan designern undersöka fler möjliga mönster på samma ledtid. Detta ger så småningom bättre prestanda.

Vad är den största utmaningen för dagens propellerkonstruktörer?
Propellerkonstruktörer arbetar ofta under en enorm press att ge korrekta prestandaprognoser och hög kvalitet på prestanda. Detta sker ofta med begränsad ledtid i utmaning med konkurrenter och därför begränsas också antalet designer som kan utvärderas. Således har konstruktören som kan utvärdera det största antalet olika alternativ, den bästa möjligheten att hitta den bästa designen. 

Har det funnits intresse för dina resultat?
Projektet stöds av Rolls-Royce University Technology Centre här på Chalmers. Vi har arbetat i nära samverkan med Rolls-Royce Hydrodynamic Research Centre i Kristinehamn, där Rolls-Royce propellrar konstrueras. Idéerna, strategierna och algoritmerna har införts i deras verktygslåda för propellerkonstruktion, vilket har möjliggjort tester på verkliga propellerkonstruktioner som gjorts samtidigt. Gruppen som arbetar med design av propellerblad använder verktygslådan och optimeringstillägget i sitt dagliga arbete. Framöver planerar vi att göra vertygslådan mer tillgänglig, att inkludera fler möjliga val och att göra optimeringsalgoritmerna ännu smartare.

Vilka faktorer påverkar dagens propellerkonstruktioner? 
Propellerverkningsgrad har högsta prioritet. Detta motiveras typiskt av bränsleförbrukning och resulterande emissioner. Det är dock en oroande trend för propellerkonstruktörer eftersom att det kan ge suboptimerade konstruktionslösningar. För att åstadkomma en hållbar propellerlösning, som fungerar tillfredställande under fartygets livstid, måste konstruktören ta hänsyn till alla viktiga påverkansfaktorer, till exempel kavitation, buller och vibrationer, och finna den bästa lösningen.

Florian Vesting på Chalmers Publication Library