In order to improve the propeller cavitation performance composed of Cavitation Inception Speed (CIS), cavitation extent and pressure fluctuation, it needs to improve the wake distribution that flows into the propeller. The warship propeller cavitation is strongly influenced by the wake created at the V-strut of various appendages. The inflow characteristics of the V-strut were investigated using Computational Fluid Dynamics (CFD) and the twisted angles of the V-strut were aligned with upstream flow. The resistance and self-propulsion tests for the model ship with the existing and modified V-struts were conducted in Towing Tank (TT), and wake distribution, CIS, cavitation observation and pressure fluctuation tests were conducted in Large Cavitation Tunnel (LCT). The propeller behind the modified V-strut showed better cavitation characteristics than that behind the existing V-strut. Another model test was conducted to investigate rudder cavitation performance by the change of the V-strut. The rudder cavitation characteristics were not improved by the change of the operating conditions. On the basis of the present study, it is thought that the stern appendages for better propeller cavitation performance would be developed.
Since a cavitation pattern in model scale can be different from that in full scale, it has been highly demanded to measure a fluctuating pressure induced by propeller in full scale. For the verification of the cavitation test for 105K lanker in the large cavitation tunnel in Samsung Ship Model Basin(SSMB), an effective pressure fluctuation measurement system was developed and a series of full scale measurements was carried out. These results were compared with those of cavitation tests in SSMB. The measured results in full scale gave good agreements to those in model tests. The fluctuating pressure at $2^{nd}$ blade frequency in full scale seems to be highly dependent upon tip loading.
In practice, cavitation phenomena occur in unbounded flows. However, the wall effect is unavoidable during experiments at a closed section such as a cavitation tunnel. Especially, supercavity generated behind a cavitator is relatively large and thick, so that geometric and dynamic characteristics of the cavity are affected by the tunnel wall. In order to apply experimental results into the unbounded flow field, physical correlations are necessary. In this paper, we proposed an image method based on a potential flow to simulate the wall effect. Considering two-dimensional wedge-shaped bodies, configurations and drag characteristics of the cavity were examined according to the distance ratio to the wall surface. The results were compared and verified with existing theoretical and experimental results.
In order to investigate the influence of thru holes near leading edge of model propeller on cavitation behavior, a model propeller with thru holes was manufactured and tested at Large Cavitation Tunnel (LCT). The pressure distribution around the thru hole on propeller blade was numerically calculated to help understand the local flow characteristics related to cavitation behavior. The model propeller is a five bladed propeller which has 2 blades with thru holes and 3 blades with smooth surface. The cavitation observation tests were conducted at angles of $0^{\circ}$ & $6^{\circ}$ using an inclined-shaft dynamometer in LCT. There are big difference on the suction side cavitation behavior each other due to the existence of thru hole. While the blades with thou holes start generation of the sheet cavitation from the leading edge on the suction side, the blades with smooth surface generate the cloud cavitation from the mid-chord. Cavitation on the blades with thru holes shows more similar behavior to those of the full-scale propeller of which the pipe line for air injection is closed. The numerical analysis result shows that the sharp pressure drop occurs around thru holes on the blade. Consequently, the thru hole around leading edge stimulates the cavitation occurrence and stabilizes the cavitation behavior. Based on these results, the effect of thru holes on propeller cavitation behavior behind a model ship should be studied in the future.
In order to improve the propeller Cavitation Inception Speed (CIS) performance, it needs to modify the propeller geometry and the wake distribution that flows into the propeller. In the previous study, the twisted angles of the V-strut were modified to improve propeller CIS, cavitation behavior and pressure fluctuation performances. Then the propeller behind the modified V-strut (New strut) showed better cavitation characteristics than that behind the existing V-strut (Old strut). However, the CIS of Suction Side Tip Vortex (SSTV) and Pressure Side Tp Vortex (PSTV) showed a big difference at behind each V-strut. In this study, the balance design is conducted to minimize the difference between SSTV CIS and PSTV CIS at behind each V-strut. To improve the propeller CIS performance, 1 propeller is designed at behind the old strut and 3 propellers are designed at behind the new strut. The propeller CIS is increased through the balance design and the stern appendage modification. The final propeller CIS is increased about 5.3 knots higher than that of the existing propeller at behind the old strut. On the basis of the present study, it is thought that the better improvement method for the propeller CIS would be suggested.
In order to investigate cavitation performance for the azimuth thruster in Large Cavitation Tunnel (LCT), the cavitation test apparatus was designed and manufactured. Generally the model scale is determined by the pod dynamometer with about 70mm diameter. Recently as ships with azimuth thruster have become bigger, the problem of the model ship installation was occurred. The model ship with pod dynamometer couldn't be installed in the LCT test section. The cavitation test apparatus and technique which can conduct the cavitation test without pod dynamometer were developed. The cavitation tests were conducted in torque identity method instead of thrust identity method. The target ship with azimuth thruster is 18K LNG bunkering vessel. As the full-scale ship test was conducted, the model cavitation tests were conducted at the same operating conditions. The fluctuating pressure levels of the full-scale ship were compared to those of the model tests. Another model cavitation test was conducted in the foreign institute and the cavitation observation results were compared to those of LCT. Through the comparison with the existing results, it is thought that the cavitation test for the azimuth thruster can be conducted in torque identity method.
수중에서 빠른 속도로 운동하는 물체 주변에서 감압이 발생하며, 이로 인해 공동 핵이 팽창함으로써 캐비테이션이 발생한다. 캐비테이션이 발생하게 되면 소음 및 진동이 증가하며, 추진기의 경우 추진 성능이 저해되는 악영향을 초래하기 때문에 이에 대한 예측이 필요하다. 본 연구에서는, 캐비테이션 발생으로 인한 공동소음의 해석절차를 정립하고, 타원형 날개에 적용하였다. 먼저 전산유체역학해석을 수행하여, 날개 형상 주위 유동장 정보를 도출하였다. 공동 핵 밀도 함수를 활용하여, 핵의 초기 반경 별로 개수를 계산하였고 이들을 압력 강하가 큰 날개 끝 전류에 랜덤하게 배치하였다. 이후 공동소음 해석을 위해 각각의 핵에 대하여 Lagrangian 관점에서 버블 다이나믹스를 활용하였고, 계산된 공동의 거동으로부터 소음해석을 수행하였다. 공동소음은 광대역 소음의 특성을 가지는 것을 확인하였으며, 최종적으로 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 대형캐비테이션터널(LCT)에서 수행된 실험 계측결과와의 비교를 통해 검증을 수행하였다.
In the present works, the High-speed Cavitation Tunnel (HCT) has been designed and manufactured to have the large test section to conduct various supercavitation experiments. The large amount of air ventilated behind a cavitator produces lots of tiny bubbles, which prevent clear observation of supercavitation at the test section. To collect small bubbles effectively, a bubble collecting section of large volume is equipped upstream of the test section. HCT has the test section dimension of $0.3^H{\times}0.3^W{\times}3.0^L\;m^3$ and provides maximum flow speed of 20.4 m/s at the test section. The blockage and Froude effects on the ventilated supercavitation are investigated successfully at the test section. The basic studies such as the supercavitation evolution, drag measurements and cavity shape extraction with air flow rate are also carried out in HCT.
Large Cavitation Tunnel (LCT) of KRISO enables us to conduct cavitation tests of the propeller attached to a ship model. As the ship model tests are done at rather high Reynolds number of 107~108, flow measurement system such as pitot tube cannot be employed because of structural safety problems in its system and difficulties in installing it within the test section. Thus, KRISO has developed new 3-D LDV system used in large test section of LCT. There are several difficulties in using 3-D LDV, which did not allow efficient operation of it. The first trouble was the calibration using the conventional pin hole. To make the focus with same laser-beam waists at the wanted position, the high spatial resolution CCD is utilized in the calibration procedure for 3-D LDV. The off-axis configuration provides two velocity components in the horizontal plane and on-axis configuration gives third velocity component in the vertical plane. The horizontal velocity components are also obtained in the coincidence mode, which prevents any misleading results in the off-axis configuration. The nominal wake of Aframax tanker model is measured by the developed 3-D LDV system. The measured hull wake showed good agreement with that obtained by CFD calculation.
In order to develop the driving pump for High-speed Cavitation Tunnel(HCT) which can experiment the super-cavitating submerged body, KRISO decided on the pump specification, designed the mixed-flow pump on the basis of the existing pump data and predicted the performance of the design pump using commercial CFD code (CFX-10). After the manufacture and installation of the driving pump, KRISO conducted the trial-test for HCT, analyzed the pump performance and compared trial-test results to those of design stage. The trial-test items for the HCT driving pump are measurements of output current/voltage at the inverter of the driving pump and the flow velocity in the HCT test section. The trial-test results showed the decrease in the flow rate of about 4.6% and the increase in pump head of about 8%, compared with those of the pump prediction. After the trial-test, the performance of the driving pump is predicted using CFX-10 with measured flowrates and pump rotational velocities. Though there is some difference between trial-test and prediction results due to inadequate motor data, it is thought that the tendency is reasonable. It is found that CFX-10 is useful to predict a mixed-flow pump.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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