Segelsimulator: Seetüchtigkeit vor der Konstruktion digital bewerten

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Sunreef Yachts ist ein weltweit führender Hersteller von individuell gefertigten Luxuskatamaranen. Das Unternehmen mit Hauptsitz im polnischen Danzig, setzt bei der Konstruktion und Simulation auf die Lösungen Solidworks und Simulia XFlow von Dassault Systèmes. Von Carola von Wendland

Segelsimulator als Hilfsmittel: Als Francis Lapp im Jahre 2002 Sunreef Yachts gründete, war er davon überzeugt, dass es neben dem regulären Yacht-Markt, einen Markt für Schiffe gibt, bei denen Kriterien wie großer Wohnraum, hochwertige Materialien und umweltfreundliche Ergonomie eine entscheidende Rolle spielen: „Viele Yachtbesitzer kommen zu uns, weil sie von einem Einrumpfboot zu einem Katamaran wechseln möchten, da dieser aufgrund seiner Doppel­rumpfs stabiler ist. Zudem bietet er im Vergleich zu schmalen, langen Yachten einen größeren Wohnraum.“

Mit einer Yacht die Welt umsegeln

Lapp weiter: „Und Luxus ist für mich auch, Dinge zu tun, die normalerweise nicht machbar sind. Beispielsweise die Welt zu umsegeln. Mit einer Yacht, selbst mit einer großen Yacht, ist dies aufgrund der Instabilität und mangelnden Autonomie nicht immer der Fall. Ein Katamaran hat mehr Autonomie, da er weniger Rumpfreibung mit dem Wasser aufweist, was wiederum zu einem geringeren Widerstand und damit zu weniger Kraftstoffverbrauch führt. Ein 18-Meter-Katamaran kann daher den Atlantik mit einer Tankfüllung überqueren. Mit einer klassischen 40- oder 50-Meter-Yacht ist das nicht unbedingt möglich.“

Vertrauen ist ein wichtiger Faktor

Die anspruchsvollen Kunden von Sunreef Yachts erwarten ein Höchstmaß an Design, Sicherheit und Luxus. Die Kombination aus frischem Design, Seetauglichkeit und Anpassung an Kundenwünsche sowie anderen wichtigen Aspekten wie Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und hohe Leistung ist keine leichte Aufgabe. All diese Faktoren müssen berücksichtigt werden, wenn eine neue Modellentwicklung beginnt. Das Verständnis für den Rumpf spielt dabei eine zentrale Rolle.

Vertrauensbildung ist für den Yacht-Hersteller daher sehr wichtig. „Ein ansprechendes, leicht anpassbares und seetüchtiges Produkt zu entwickeln ist nur möglich, wenn man über ein leistungsstarkes Werkzeug für die Konstruktion und Simulation verfügt. Unsere Kunden legen viel Wert darauf, dass wir das 3D-Entwurfsmodell des Schiffes virtuell überprüfen“, so Piotr Hinczewski, Design Office Director bei Sunreef Yachts. „Die Form des Rumpfes hängt dabei von vielen kleinen Details ab, die wir modifizieren können, um verschiedene Aspekte wie hohe Energieeffizienz oder Geschwindigkeit bei einem Motorboot zu erreichen, während die Navigierbarkeit dennoch einfach sein soll. All diese Details müssen im Entwurf berücksichtigt und im Verlauf der Entwicklung veranschaulicht werden.“

Die Seetüchtigkeit mittels Segelsimulator digital testen

Aus diesem Grund implementierte Sunreef Yachts die Dassault-Systèmes-Anwendungen Solidworks für die Konstruktion und Simulia XFlow für die Simulation, um die Seetüchtigkeit des Schiffs digital per Segelsimulator zu simulieren und zu bewerten, bevor die Konstruktion fertiggestellt ist. „Mit Simulia XFlow führen wir rechnergestützte Analysen zur Strömungsmechanik durch, um das Verhalten des Bootes zu sehen. Und wenn wir eine neue Designidee untersuchen möchten, bauen wir das Konzept in der Simulationslösung auf, um die Aerodynamik und Hydrodynamik des Bootes durch digitale Simulationen zu überprüfen.“

„Um das Antriebssystem richtig zu konstruieren oder abzustimmen, benötigen wir die Widerstandskurve des Rumpfes, die mit Simulia XFlow ermittelt wird. Sie definiert die Leistung, die zum Antreiben der Yacht erforderlich ist, einschließlich des hydrodynamischen und aero­dynamischen Widerstands für verschiedene Geschwindigkeiten und Umgebungsbedingungen. Mit diesen Informationen können wir den richtigen Motor auswählen, die beste Schiffsschraube zusammenstellen und die Segel planen, da die Software nahezu reale Yachtbedingungen simulieren kann. Dank Simulia XFlow können wir verschiedene Szenarien mit unterschiedlichen Formen, Geschwindigkeiten und See­bedingungen testen. Basierend auf den Ergebnissen erhalten wir eine ansprechende Form, welche die Anforderungen an die Seetauglichkeit und den optimalen Kraftstoffverbrauch erfüllt. Möchte der Kunde zusätzlich einen speziellen Wunsch umgesetzt haben, müssen wir sicherstellen, dass dieser weder die Geschwindigkeit noch die Navigierbarkeit des Bootes beeinträchtigt“, erklärt Hinczewski.

Formoptimierung dank Segelsimulator

Aufgrund der hochwertigen, luxuriösen Ausstattung bei Sunreef Yachts, muss auch das Gewicht im Auge behalten werden. Laut Michal Krula, Rumpfdesigner und CFD-­Spezialist beim Yachtbauer, ist „die Formoptimierung von entscheidender Bedeutung, da wir damit unsere Boote ansprechend und seetüchtig zugleich machen können. Die spezifischen Simulationsfunktionen bieten einen großen Vorteil. Dadurch können wir teure und zeitaufwändige physische Prototypen und Tests vermeiden, für die zudem ein Testpool für unsere Boote erforderlich wäre. Wir müssen das 3D-­Design virtuell auf unterschiedliche Seebedingungen hin testen, zum Beispiel wie sich Wellen und Strömungen auf die Leistung und den Energieverbrauch bei unterschiedlichen Geschwindigkeitsstufen auswirken oder wie die Außentemperatur und der Wind das Verhalten des Bootes beeinflussen und wie das Boot unter verschiedenen Segeln reagiert."

Krula weiter: "Wir definieren daher zunächst, was wir erreichen möchten, beispielsweise die Reduzierung des Wasserwiderstands am Rumpf. Dafür bereiten wir dann die Modelle vor, spielen mit den verschiedenen Parametern wie unterschiedliche Wellenhöhen und -längen sowie Windgeschwindigkeiten, und erhalten im Anschluss die Ergebnisse aus ­Simulia XFlow. Daraufhin optimieren wir den Rumpf entsprechend an den verbesserungsfähigen Stellen, die durch die Ergebnisse angezeigt werden.“

Krula erklärt weiter, dass die virtuelle Simulation per Segelsimulator Möglichkeiten eröffnet, um selbst ungewöhnliche Ideen zu testen: „Zum Beispiel können wir unkonventionelle Rümpfe simulieren oder verschiedene Stabilisatoren testen. Ich kann sagen, wir haben unsere Innovationskraft gesteigert. Es erhöht tatsächlich unsere Vorstellungskraft im Designprozess und hilft uns, die richtigen Entscheidungen zu treffen. Ich kann sogar sagen, dass dies eine revolutionäre Art ist, Boote zu entwerfen.“

Multidisziplinäre Zusammenarbeit

Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die verschiedenen Abteilungen Solidworks verwenden. „Ist die Konstruktion im CAD-Programm erstellt, teilen sich alle Disziplinen wie die Bauabteilung, die Entwickler der elektrischen, hydraulischen und mechanischen Systeme sowie die Interieur-Designer dasselbe Modell und arbeiten daran“, sagt Hinczewski. Die frühzeitige Koordination und Abstimmung im Segelsimulator vermeidet Fehler, die später zu Produktions- oder Montageproblemen führen könnten. Auch die Dokumentation ist von Anfang an korrekt, denn selbst wenn sich die Konstruktion im Laufe der Zeit ändert, wird sie im Verlauf der Entwicklung automatisch aktualisiert.

Früher war die Simulation bei Sunreef Yachts ausgelagert. Heute können die Analysen mit Simulia XFlow intern durchgeführt, die Ergebnisse sofort überprüft und das Design in Solidworks korrigiert werden. „Unsere Reaktionszeit hat sich damit erheblich verbessert“, erläutert Lapp. „Vorher haben wir sechs bis sieben Monate benötigt, um ein 23-Meter-Boot zu bauen. Heute benötigen wir für ein knapp 25-Meter-Boot nur noch dreieinhalb Monate.“

Laut Francis Lapp gibt es auch einen Markt für große Katamarane mit 50 bis 60 Metern, die ebenfalls mit umweltfreundlichen elektrischen oder solarbetriebenen Motoren und umweltschonenden Möbeln ausgestattet sind. „Wir experimentieren derzeit mit einem revolutionären Solar­panel, das direkt in den Rumpf oder den Mast inte­griert wird“, so Lapp. „Unsere Zukunft beinhaltet daher die intensive Nutzung der leistungsstarken Konstruktions- und Simu­lationslösungen von Dassault Systèmes, da wir planen, diese größeren Boote zu bauen. Sie werden maßgeblich unsere zukünftige Entwicklung beeinflussen.“

Carola von Wendland ist PR und Communications Senior Manager EuroCentral bei Dassault Systèmes.

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