International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.843-855
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2020
X-plane submarines show better maneuverability as they have much longer span of control plane than that of cross plane submarines. In this study, captive model tests were conducted to evaluate the maneuverability of an X-plane submarine using Computational Fluid Dynamics (CFD) and a mathematical maneuvering model. For CFD analysis, SNUFOAM, CFD software specialized in naval hydrodynamics based on the open-source toolkit, OpenFOAM, was applied. A generic submarine Joubert BB2 was selected as a test model, which was modified by Maritime Research Institute Netherlands (MARIN). Captive model tests including propeller open water, resistance, self-propulsion, static drift, horizontal planar motion mechanism and vertical planar motion mechanism tests were carried out to obtain maneuvering coefficients of the submarine. Maneuvering simulations for turning circle tests were performed using the maneuvering coefficients obtained from the captive model tests. The simulated trajectory showed good agreement with that of free running model tests. From the results, it was proved that CFD simulations can be applicable to obtain reliable maneuvering coefficients for X-plane submarines.
For the more accurate prediction on manoeuvring performance of a ship at initial design phase, bare hull manoeuvring coefficients were estimated by RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) based virtual captive model tests. Hydrodynamic forces and moment acting on the hull during static drift and harmonic oscillatory motions were computed with a commercial RANS code STAR-CCM+. Automatic and consistent mesh generation could be implemented by using macro functions of the code and user dependency could be greatly reduced. Computed forces and moments on KCS and KVLCC 1&2 were compared with the corresponding measurements from PMM(Planar Motion Mechanism) tests. Quite good agreement can be observed between the CFD and EFD results. Manoeuvring coefficients and IMO standard manoeuvres estimated from the computed data also showed reasonable agreement with those from the experimental data. Based on these results, we could confirm that the developed virtual captive manoeuvring model test process could be applied to evaluate manoeuvrability of a ship at the initial hull design phase.
A submerged body with varied control inputs can execute large drift angles and large angles of attack, as well as basic control such as straight movement and turning. The objective of this study is to analyze the dynamic characteristics of a submerged body comprising six thrusters and six control planes, which is capable of a large drift angle and angle of attack motion. Virtual captive model tests via were analyzed via computational fluid dynamics (CFD) to determine the dynamic characteristics of the submerged body. A test matrix of virtual captive model tests specialized for large-angle motion was established. Based on this test matrix, virtual captive model tests were performed with a drift angle and angle of attack of approximately 30° and 90°, respectively. The characteristics of the hydrodynamic force acting on the horizontal and vertical surfaces of the submerged body were analyzed under the large-angle motion condition, and a model representing this hydrodynamic force was established. In addition, maneuvering simulation was performed to evaluate the standard maneuverability and dynamic characteristics of large-angle motion. Considering the shape characteristics of the submerged body, we attempt to verify the feasibility of the analysis results by analyzing the characteristics of the hydrodynamic force when the large-angle motion occurred.
This paper presents the results of prediction of maneuverability of KCS about 4 degree of freedom(DOF) including roll motion. The prediction is carried out by CPMC captive model test. The CPMC(Computerized Planar Motion Carriage) with captive model test equipment including roll moment gage is installed at Ocean Engineering Tank of MOERI. KCS is the container ship open to the world by MOERI. To predict the 4 DOF maneuverability of a ship some tests with roll angle are conducted. And the prediction results of maneuverability by simulation are compared with the results of free running model test. The simulation results agree well with those of free running model tests.
본 연구에서는 연안 및 항만 내에서 운항이 빈번한 총톤수 9.77톤급 소형어선을 대상으로 구속모형시험을 수행하고, 선속 별 운항성능을 추정하였다. 연안 및 항내에서는 소형 어선이 주로 중저속 운항함을 고려하여, 구속모형시험은 8노트 이하에서 수행하였다. 실선을 1/3.5 축소한 모형선을 대상으로 선형예인수조의 프로펠러 단독특성, 저항, 자항추진 시험을 통하여 실선 선속 별 저항추진성능을 추정하였다. 그리고 타 단독특성, 3자유도 정적 및 동적 HPMM 시험을 수행하고 수평면 운항모델 내 유체력 미계수들을 도출하였다. 특히 사항 및 순수선수동요시험은 2~8노트 영역에서 수행되었고, 주요 선형 유체력 미계수들이 선속에 따라 현저하게 변화함을 파악하였다. 선형 유체력 미계수들을 Froude 수에 대한 함수화 한 후, 선속 별 시뮬레이션을 통하여 대상 어선의 조종성능을 검토하였다.
Recently, ultra large scale of ship is being ordered continuously and because of that, the accurate prediction of ship maneuverability in design stage becomes important matter. The model test like PMM test or CFD analysis are representative methods for predicting the maneuverability of ship. In this study, the captive model tests were carried out for predicting maneuverability of MOERI container ship(KCS) which is opened to the public using X-Y Carriage of Ocean Engineering Wide Tank of University of Ulsan. Considering the dimensions of tank, 2m class model ship was used for captive model test. CMT(Circular Motion Test) was performed for obtaining purer hydrodynamic coefficients related to yawing velocity. For getting hydrodynamic coefficients which cannot be obtained using CMT, PMM test(Planar Motion Mechanism test) were also performed. The maneuverability prediction results by simulation are compared with those of other research institutes.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권5호
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pp.848-872
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2015
Hydrodynamic derivatives or coefficients are required to predict the maneuvering characteristics of a marine vehicle. These derivatives are obtained numerically for a DTMB 5512 model ship by virtual simulating of captive model tests in a CFD environment. The computed coefficients are applied to predict the turning circle and zig-zag maneuvers of the model ship. The comparison of the simulated results with the available experimental data shows a very good agreement among them. The simulations show that the CFD is precise and affordable tool at the preliminary design stage to obtain maneuverability performance of a marine vehicles.
Vo, Anh Khoa;Mai, Thi Loan;Jeon, Myungjun;Yoon, Hyeon Kyu
한국항해항만학회지
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제46권2호
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pp.82-91
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2022
When a ship moves in the proximity of the lateral bank, bank suction forces are generated due to bank effects. Thus, hydrodynamic forces can significantly impact the ship's maneuverability and navigation safety. In this study, model tests were performed to investigate the hydrodynamic forces exerted on a ship, especially suction forces caused by bank effects, using captive model and bank effect tests. A low-speed condition was selected in this study, because of the perilous situation as the ship moves close to the bank. The accuracy of the hydrodynamic forces exerted on the hull was verified, by comparing the results of the static drift test with the results obtained from other institutes at design speed. The straight simulation caused by bank effects was then implemented using estimated hydrodynamic coefficients.
Recently, to improve the safety and maneuverability at fairway around harbor the POD system has been equipped on a ship. And the interest about maneuvering characteristics of a cruise ship has been increasing. In this paper the mathematical model of maneuvering motion of a cruise ship with twin POD system in general speed and slow speed are presented. And the maneuvering coefficients of mathematical model are obtained from the captive model tests using CPMC(Computerized Planar Motion Carriage). Computer simulation using mathematical model in general speed and slow speed are carried out and compared with the results of free running model test with the same model ship. The differences between the mathematical models are compared and discussed. In this paper the mathematical models, the results of captive model test and simulation results are presented.
Nguyen, Tien Thua;Yoon, Hyeon Kyu;Park, Youngbum;Park, Chanju
한국해양공학회지
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제32권5호
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pp.386-392
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2018
It is necessary to predict hydrodynamic derivatives when assessing the maneuverability of a submarine. The force and moment acting on the vehicle may affect its motion in various modes. Conventionally, the derivatives are determined by performing captive model tests in a towing tank or applying a system identification method to the free running model test. However, a computational fluid dynamics (CFD) method has also become a possible tool to predict the hydrodynamics. In this study, virtual captive model tests for a full-scale submarine were conducted by utilizing a Reynolds-averaged Navier-Stokes solver in ANSYS FLUENT version 18.2. The simulations were carried out at design speed for various modes of motion such as straight forward, drift, angle of attack, deflection of the rudder, circular, and combined motion. The hydrodynamic force and moment acting on the submarine appended rudders and stern stabilizers were then obtained. Finally, hydrodynamic derivatives were determined, and these could be used for evaluating the maneuvering characteristics of the submarine in a further study.
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