Development and implementation of a model for shallow water, bank and ship-ship interaction effects into an existing ship simulator

Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist, verschiedene Effekte von Manoeuvrieren in flachem Wasser, in Ufernähe oder in der Nachbarschaft zu anderen Schiffen zu modellieren und in einen bestehenden Schiffssimulator einzubauen. Der herausstechendste Effekt vom Navigieren in flachem Wasser ist der Squat-Effekt, welcher bereits zu mehreren Unfällen geführt hat. Squat bedeutet, dass aufgrund von Druckunterschieden das Schiff nach unten gezogen wird und die Vertrimmung sich ändert. Ein anderer Flachwassereffekt ist, dass sich die Maximalgeschwindigkeit verringert, da der Widerstand sich vergrößert. Im Allgemeinen wird das Verhalten eines Schiffes in flachem Wasser als schleppend bezeichnet, was bedeutet, dass Navigieren mit Schwierigkeiten verbunden ist, unter anderem ist der Drehkreis des Schiffes davon beeinflusst. Wenn ein Schiff parallel zu einem Ufer fährt, wird es in die Richtung des Ufers gezogen und der Bug des Schiffes wird vom Ufer weggestoßen. Die Interaktion mit anderen Schiffen hat ähnliche Effekte auf das Schiff, allerdings differenzierter, da mehr Parameter Einfluss haben und die Effekte sich im Verlauf der Zeit ändern. In dieser Arbeit wird jeder dieser Effekte untersucht, indem mehrere Arbeiten renommierter Forscher recherchiert werden. Verschiedene Modelle werden, aufgebaut auf dem im Programm implementierten Modell für Kräfte und Momente, erarbeitet und bewertet. Die Herausforderungen und Probleme, welche während des Modellierens und der Implementation auftraten, werden aufgezeigt und Lösungen oder Ansätze werden erläutert.When entering waterways that are restricted either in height, width or by another vessel, the behaviour of a ship changes. The most evident effect of navigating in shallow water is the squat which has led to several groundings. Because of pressure differences the vessel is pulled down into the water and the trim is changed. Another shallow water effect is the speed loss due to an increase in resistance which can reduce the maximal speed by upto 50 percent. In general the behaviour of a ship in shallow water is said to be sluggish, meaning that it is more difficult to navigate which affects the radius of the turning circle among others. Sailing parallel to a close-by bank affects the lateral force and the yaw moment. The interaction with other ships has similar effects as bank effects, but is more sophisticated since more parameters play a major role. In this thesis each of these effects is researched by studying several papers by renowned researchers. Several models are developed which are correspondent with the inherent model of forces and moments of the simulation program. The challenges and obstacles that arised during modelling and implementation are pointed out and solutions or approaches are given