Mathematical Models for Manoeuvring under Realistic Environmental Conditions
This thesis deals with the prediction of the manoeuvrability of surface ships under realistic environmental conditions. For this purpose, numerical methods for predicting the manoeuvrability of ships in shallow water and in waves were developed and validated. An essential prerequisite for predicting the manoeuvrability of ships is the knowledge of the hydrodynamic forces and moments acting on a ship. Therefore, efficient mathematical models were developed in this work. First, a direct system identification method for fully appended ships in shallow water was developed and validated. Second, a data-driven system identification method (indirect system identification) based on trajectories was developed and validated. Third, a procedure based on the Euler equations for calculating hydrodynamic added masses was co-developed and used. Finally, a model for the calculation of hydrodynamic forces and moments was developed and validated considering second-order wave forces. The majority of this work has been published in several papers in peer reviewed journals and conference proceedings.
Diese Arbeit befasst sich mit der Vorhersage der Manövrierbarkeit von Überwasserschiffen unter realistischen Umgebungsbedingungen. Zu diesem Zweck wurden numerische Methoden zur Vorhersage der Manövrierbarkeit von Schiffen im Flachwasser und in Wellen entwickelt und validiert. Eine wesentliche Voraussetzung für die Prognose der Manövrierbarkeit von Schiffen ist die Kenntnis der auf ein Schiff wirkenden hydrodynamischen Kräfte und Momente. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit effiziente mathematische Modelle entwickelt. Zunächst wurde eine direkte Systemidentifikationsmethode für Schiffe mit Anhängen im Flachwasser entwickelt und validiert. Anschließend wurde eine datenbasierte Systemidentifikationsmethode (indirekte Systemidentifikation) auf der Grundlage von Trajektorien entwickelt und validiert. Darüber hinaus wurde eine Prozedur auf Grundlage der Euler-Gleichungen zur Berechnung von hydrodynamischen Massen mitentwickelt und eingesetzt. Schließlich wurde ein Modell zur Berechnung der hydrodynamischen Kräfte und Momente unter Berücksichtigung der Wellenkräfte zweiter Ordnung entwickelt und validiert. Der Großteil dieser Arbeit wurde in mehreren Publikationen in Fachzeitschriften und Konferenzbänden publiziert.