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TU Berlin

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Large Modifiable Underwater Mother Ship

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DesignMUM - Modularer Entwurf und Design-to-Cost

Die Weltmeere halten eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben und Fragestellungen bereit, die derzeit mangels entsprechender Fahrzeuge und Systeme nicht bearbeitet werden können. Prominente Beispiele hierfür sind der, von der International Seabed Authority geforderte, Pilot Mining Test in den deutschen Tiefseebergbau-Lizenzgebieten, die Erforschung und nachhaltige Erschließung schwer zugänglicher Regionen, wie bspw. den eisbedeckten arktischen Gewässern oder der wetter- bzw. oberflächenunabhängige Transport und die Positionierung nennenswerter Nutzlasten in der Tiefsee. Der Leitgedanke des Projektes ist die Konzeptionierung einer neuartigen Fahrzeugklasse. Diese kann als modulares, anpassbares, großes, unbemanntes Unterwasser(UW)- Fahrzeug bzw. UW- Plattform beschrieben werden. Das Aufbrechen klassischer Fahrzeugstrukturen in einzelne Basismodule, die zusammen mit speziellen Missionsmodulen zu großen UW-Systemen zusammengestellt werden können, bildet die Basis hierfür. Der Aufbau im Baukastenprinzip erlaubt eine missionskonforme Zusammenstellung und Anordnung der Module. Auf diese Weise kann auch die Fahrzeugform grundlegend verändert und angepasst werden. Individuell konzipierte Missionsmodule können den Funktionsumfang des Modifiable Underwater Mother Ship (kurz: MUM) beliebig erweitern. Die vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten machen z.B. durch zusätzliche Auftriebs-, Trimm- und Antriebsmodule den Transport von großen Strukturen möglich. Durch das MUM-System ist ein Anwender in der Lage, eigene Missionsmodule, bspw. einen Kollektor für Manganknollen oder ein Tiefsee-Bohrgerät, mit den notwendigen Basismodulen zu kombinieren. So können sich die Spezialisten auf die Entwicklung ihres jeweiligen Missionsmoduls konzentrieren und die vorhandenen Systemkomponenten des MUM nutzen, anstatt ein komplettes Fahrzeug entwickeln zu müssen.

Ziele des Teilvorhabens
Ein großes unbemanntes UW-Fahrzeug, für das die Grundlagen in dem beantragten Vorhaben erarbeitet werden sollen, bietet eine Vielzahl neuer Möglichkeiten für die industrielle Meerestechnik und wissenschaftliche Erforschung der Ozeane. Neben dem großen Potential eines solchen Fahrzeuges entstehen jedoch auch eine Reihe neuer Herausforderungen von der Konzeptionierung über die Realisierung bis zum Betrieb. Da die spätere Nutzung die maßgeblichen Anforderungen an das Fahrzeug definiert, muss zunächst ein umfassendes Gesamtbetriebskonzept erstellt werden. Dieses Konzept basiert auf Einsatz- und Operationsszenarien verschiedener industrieller und wissenschaftlicher Anwendungen und legt somit die Randbedingungen an ein MUM-System fest. Aufbauend auf diesen Randbedingungen wird ein Modularisierungskonzept aufgestellt und entsprechende Assembling Layouts sowie Systemlösungen für dessen Transport entwickelt. Diese Erkenntnisse fließen wiederum in die Systemsimulation ein, wodurch alle Phasen einer Mission dargestellt werden. Die notwendige Detaillierung der Basismodule und eine exemplarische Entwicklung verschiedener Missionsmodule sind die Grundlage für eine Kombinationsstudie, um die Realisierbarkeit komplexer Nutzlastoperationen (NLO) sicherzustellen. Mit komplexen NLO sind hierbei vor allem Missionen zum Aufnehmen oder positionsgenauem Absetzen mehrerer kleiner oder einer großen Nutzlast, ggf. unter Beobachtung und Führung eines externen Tauchroboters, gemeint.
Zur Prognose der NLO im Zeitbereich soll eine Systemsimulation erstellt werden. Diese bildet nicht nur die hydrodynamischen Eigenschaften des modular zusammengestellten Fahrzeugs, sondern auch der Nutzlast als gekoppeltes Mehrkörpersystem während unterschiedlicher NLO ab. Des Weiteren sollen auch die verschiedenen Subsysteme in die Simulation einbezogen werden, um deren Zusammenspiel zu untersuchen und im Gesamtsystem zu optimieren. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Betrachtung der Energieversorgung durch die Brennstoffzelle. Zur Validierung der Systemsimulation und verschiedener Arbeitsergebnisse anderer Partner, wie bspw. die Regelungsalgorithmen der Universität Rostock (URO), dient ein ebenfalls modulares Funktionsmodell des zu entwickelnden Fahrzeugs.
Neben der technischen Umsetzbarkeit eines großen modularen UW-Fahrzeugs spielen, für eine erfolgreiche wirtschaftliche Verwertung nach Projektende, auch ökonomische Faktoren eine große Rolle. Eine, auf entsprechende Fahrzeuge angepasste, Design-to-Cost-Strategie soll entwickelt werden, um das wirtschaftliche Risiko für eine industrielle Umsetzung der Forschungsergebnisse zu verringern.

Projektpartner

  • thyssenkrupp Marine Systems GmbH (Projektkoordinator)
  • ATLAS ELEKTRONIK GmbH
  • Universität Rostock - Institut für Automatisierungstechnik
  • EvoLogics GmbH

Projektdetails

Projektlaufzeit: 01.04.2017 - 31.03.2020

Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Projektträger: Projektträger Jülich

 

 

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