Experiments were performed to see the effect of radial tip clearance on a turbopump inducer, which has two blades with inlet tip blade angle of 7.8 degree and tip solidity of 2.7. Hydraulic and cavitation tests were done for three cases of tip clearance ratio, that is, 0.026, 0.053, and 0.079. With increase in the tip clearance, inducer head and pressure on the inducer tip decreased. Attached cavitation and cavitation surge were found in the cavitation tests. In the attached cavitation one cell rotated at the same rotational speed as that of the inducer. Cavitation performance deteriorated with increase in the tip clearance. The level of casing vibration increased in the cavitation condition and the level was very high when the attached cavitation appeared.
Experiments are carried out to investigate the effect of radial tip clearance on a turbopump inducer, which has two blades with inlet tip blade angle of 7.8 degree and tip solidity of 2.7. Hydraulic and cavitation tests are performed for three cases of tip clearance ratio, that is, 0.026, 0.053, and 0.079. With increase in the tip clearance, inducer head and pressure on the inducer tip decrease. Attached cavitation and cavitation surge are observed in the cavitation tests. In the attached cavitation one cell rotates at the same rotational speed as that of the inducer. Cavitation performance deteriorates with increase in the tip clearance. The level of casing vibration increases in the cavitation condition and the level is very high when the attached cavitation appears.
Steady and unsteady cavitation characteristics of turbopump inducer were investigated in this paper. To investigate the effect of blade angle on the inducer performance, three inducers with inlet tip blade angle of $7.8^{\circ},\;7.0^{\circ},\;6.1^{\circ}$, respectively, were tested. For $7.8^{\circ},\;7.0^{\circ}$ inducers in the non-cavitating condition, head decreased linearly with flow rate, but head-flow rate curve had a dip at the flow coefficient ${\psi}=0.065$ for $6.1^{\circ}$ inducer. Attached cavitation and cavitation surge were found in the $7.8^{\circ},\;7.0^{\circ}$ inducers in the cavitation tests. During the attached cavitation one cell rotated at the same rotational speed as that of the inducer. The cavitation surge did not rotate and the oscillating frequency was $7{\sim}20\;Hz$. From the curve of the critical cavitation number versus flow rate, it was found that the steady cavitation performance of $6.1^{\circ}$ inducer was much lower than that of $7.8^{\circ},\;7.0^{\circ}$ inducers.
Turbopumps for liquid rocket engines are exposed to various cavitation instabilities under their operating conditions. The instabilities affect the stability of the turbopumps. To make sure of the stability of the turbopump of KSLV-II, the present work examined the characteristics of the cavitation instabilities during the turbopump assembly test. In the test, the LOx pump was operated under super-synchronous rotating cavitation and attached to uneven cavitation. In the vibration analysis of the fuel pump, the characteristic frequency by the super-synchronous cavitation of the LOx pump was clearly shown.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.6
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pp.93-100
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2020
The turbopump of the liquid rocket engine adapts an inducer to minimize the cavitation due to the variations of the propellants supply condition. However, the inducer introduces cavitation instabilities which are well-known problems in the engine development. In this paper, operational characteristics by the cavitation instabilities are analyzed and the reliability of the engine is checked when the first stage engine of the KSLV-II is tested at the low inlet pressure conditions. The characteristic frequencies representing the cavitation instabilities of the LOx pump are clearly found in various high frequency sensor signals around the entire engine in addition to the LOx and fuel pump.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.2
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pp.33-46
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2004
The cavitating noise of underwater propeller is considered numerically in this study. The main purpose of this research is to analyze these noise sources from marine propeller. The approach for investigation is a potential based panel method coupled with acoustic analogy. To predict propeller sheet cavitation noise, the blade surface cavity is considered as a single valued pulsating volume of vapor attached to the blade surface. The time dependent cavity volume data are used for noise prediction. Furthermore, we analyze hydrofoil cavitation bubble behavior and noise using Eulerian/Lagrangian approach. Through this study, we can analyze dominant noise source of marine propeller and provide a basis for proper noise control strategies.
Park, Sang-Il;Lee, Seung-Jae;You, Guek-Sang;Suh, Jung-Chun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.51
no.3
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pp.259-264
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2014
Tip vortex cavitation (TVC) is important for naval ships and research vessels that require raising the cavitation inception speed to maximum possible values. The concepts for alleviating the tip vortex are summarized by Platzer and Souders (1979), who carried out a thorough literature survey. Active control of TVC involves the injection of a polymer or water from the blade tip. The main effect of such mass injection (both water and polymer solutions) into the vortex core is an increase in the core radius, consequently delaying TVC inception. However, the location of the injection port needs to be selected with great care in order to ensure that the mass injection is effective in delaying TVC inception. In the present study, we propose a semi-active control scheme that is achieved by attaching a thread at the propeller tip. The main idea of a semi-active control is that because of its flexibility, the attached thread can be sucked into the low-pressure region closer to the vortex core center. An experimental study using a scale model was carried out in the cavitation tunnel at the Seoul National University. It was found that a flexible thread can effectively suppress the occurrence of TVC under the design condition for a model propeller.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.5
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pp.324-333
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2013
Recently, rudder erosion due to cavitation has been frequently reported on a semi-spade rudder of a high-speed large ship. This problem raises economic and safety issues when operating ships. The semi-spade rudders have a gap between the horn/pintle and the movable wing part. Due to this gap, a discontinuous surface, cavitation phenomenon arises and results in unresolved problems such as rudder erosion. In this study, we made a rudder model for 2-D experiments using the NACA0020 and also manufactured gap flow blocking devices to insert to the gap of the model. In order to study the gap flow characteristics at various rudder deflection angles($5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $35^{\circ}$) and the effect of the gap flow blocking devices, we carried out the velocity measurements using PIV(Particle Image Velocimetry) techniques and cavitation observation using high speed camera in Seoul National University cavitation tunnel. To observe the gap cavitation on a semi-spade rudder, we slowly lowered the inside pressure of the cavitation tunnel until cavitation occurred near the gap and then captured it using high-speed camera with the frame rate of 4300 fps(frame per second). During this procedure, cavitation numbers and the generated location were recorded, and these experimental data were compared with CFD results calculated by commercial code, Fluent. When we use gap flow blocking device to block the gap, it showed a different flow character compared with previous observation without the device. With the device blocking the gap, the flow velocity increases on the suction side, while it decreases on the pressure side. Therefore, we can conclude that the gap flow blocking device results in a high lift-force effect. And we can also observe that the cavitation inception is delayed.
When cavitation noise occurs in ship propellers, the level of underwater radiated noise abruptly increases, which can be a critical threat factor as it increases the probability of detection, particularly in the case of naval vessels. Therefore, accurately and promptly assessing cavitation signals is crucial for improving the survivability of submarines. Traditionally, techniques for determining cavitation occurrence have mainly relied on assessing acoustic/vibration levels measured by sensors above a certain threshold, or using the Detection of Envelop Modulation On Noise (DEMON) method. However, technologies related to this rely on a physical understanding of cavitation phenomena and subjective criteria based on user experience, involving multiple procedures, thus necessitating the development of techniques for early automatic recognition of cavitation signals. In this paper, we propose an algorithm that automatically detects cavitation occurrence based on simple statistical features reflecting cavitation characteristics extracted from acoustic signals measured by sensors attached to the hull. The performance of the proposed technique is evaluated depending on the number of sensors and model test conditions. It was confirmed that by sufficiently training the characteristics of cavitation reflected in signals measured by a single sensor, the occurrence of cavitation signals can be determined.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.46
no.5
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pp.460-470
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2009
In recent practice a half round prismatic bar has fillet welded or formed through foundry work along the centerline on rear concave surface of the horn to mitigate gap flow between fixed and movable part of the rudder system. When the gap clearance has been blocked with this practice, numerical simulations indicate that the practices are not only effective in reducing the gap flow but also in mitigating the cavitation. The blocking effects are remarkably improved when a pair of blocking bar is bisymmetrically attached with respect to centerline on the opposite convex surface of the movable part. The blocking bar could be placed on the exposed surface under maximum rudder angle. This implies that the blocking bar could be easily adopted not only in a design stage but also in a maintenance stage for mitigating rudder cavitation. In addition, the numerical simulations imply that more improvements could be anticipated through the selection of section shape of prismatic bar for gap flow blocking.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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