Nichtlineare Welle-Eis-Interaktion

• Antragsteller: Dr.-Ing. Marco Klein
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407532845

Das geplante Forschungsprojekt adressiert die nichtlineare Welle-Eis-Interaktion unter einer geschlossenen Eisdecke. Das übergeordnete Ziel der Forschungsarbeit ist der experimentelle Beweis dass nichtlineare Welle-Welle-Interaktionen bei spezifischen Eiseigenschaften auch unter einer geschlossenen Eisdecke stattfinden. Um dieses Ziel zu erreichen ist eine umfangreiche numerische und experimentelle Grundlagenforschung vorgesehen. Hierfür wird die Wellenausbreitung spezieller nichtlinearer Design-Wellengruppen (Peregrine Breather und Envelope Soliton Lösungen) und typischer Swell-Seegänge unter einer geschlossenen Eisdecke untersucht. Peregrine Breather und Envelope Soliton Wellengruppen, welchen exakte Lösungen der Nichtlinaren Schrödingergleichung sind, sind prädestiniert für das Ziel dieses Forschungsvorhabens, da diese Wellengruppen nur im Experiment nachgewiesen werden können, wenn eine nichtlineare Welle-Welle-Interaktion unter einer geschlossenen Eisdecke stattfindet. Das bedeutet, dass der experimentelle Nachweis dieser Wellengruppen unter einer geschlossenen Eisdecke der direkte Beweis ist.Die Experimente sollen zum ersten Mal zeigen, dass nichtlineare Wellenausbreitung unter Eis existiert, wodurch sich sowohl stabile nichtlineare Wellengruppen als auch Extremwellen ausbilden können. Neben den nichtlinearen Design-Wellengruppen, sollen durch direkte numerische Simulationen identifizierte Swell-Seegänge im Eistank maßgeschneidert reproduziert werden. Neben der Untersuchung von nichtlinearen Wellengruppen, sollen die Experimente auch Aufschluss über die Änderung von Wellenlänge, Wellenhöhe und Ausbreitungsgeschwindigkeit durch das plötzliche Auftreten einer geschlossenen Eisdecke geben.Aufgrund möglicher Einflüsse der Modelleisskalierung (Froude und Cauchy Ähnlichkeitsgesetz) auf die relevanten Eiseigenschaften Biegung und Dämpfung, werden die Versuche in zwei unterschiedlichen Eistypen durchgeführt. Einerseits in Modelleis, mit möglicherweise erhöhtem plastischen Bereich hinsichtlich Durchbiegung und einer einhergehenden höherem Dämpfung im Vergleich zu natürlich gewachsenem Eis. Andererseits sollen die Versuche in im Eistank mit natürlich gewachsenem Eis durchgeführt werden, wodurch die Eisfestigkeit im Modellmaßstab zwar erhöht ist, aber die Dämpfung und die elastischen Rückstellkräften bei Durchbiegung realistischer dargestellt werden kann. Ziel ist es, die beiden Eistypen dahingehend zu bewerten, inwieweit Modelleis nach aktuellem Stand der Technik für spezifische nichtlineare Welle-Eis-Untersuchungen geeignet ist oder ob alternative Modellannahmen für solche Untersuchungen notwendig sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Sören Ehlers