International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.1
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pp.69-84
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2018
In order to analyze the characteristics of propeller exciting force, the hybrid grid is adopted and the numerical prediction of KCS ship model is performed for hull-propeller-rudder system by Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) method and volume of fluid (VOF) model. Firstly, the numerical simulation of hydrodynamics for bare hull at oblique state is carried out. The results show that with the increasing of the drift angle, the coefficients of resistance, side force and yaw moment are constantly increasing, and the bigger the drift angle, the worse the overall uniformity of propeller disk. Then, propeller bearing force for hull-propeller-rudder system in oblique flow is calculated. It is found that the propeller thrust and torque fluctuation coefficient peak in drift angle are greater than that in straight line navigation, and the negative drift angle is greater than the positive. The fluctuation peak variation law of coefficient of side force and bending moment are different due to various causes.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.6
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pp.589-601
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2016
The hybrid grid was adopted and numerical prediction analysis of propeller unsteady bearing force considering free surface was performed for mode and full-scale KCS hull-propeller-rudder system by employing RANS method and VOF model. In order to obtain the propeller velocity under self-propulsion point, firstly, the numerical simulation for self-propulsion test of full-scale ship is carried out. The results show that the scale effect of velocity at self-propulsion point and wake fraction is obvious. Then, the transient two-phase flow calculations are performed for model and full-scale KCS hull-propeller-rudder systems. According to the monitoring data, it is found that the propeller unsteady bearing force is fluctuating periodically over time and full-scale propeller's time-average value is smaller than model-scale's. The frequency spectrum curves are also provided after fast Fourier transform. By analyzing the frequency spectrum data, it is easy to summarize that each component of the propeller bearing force have the same fluctuation frequency and the peak in BFP is maximum. What's more, each component of full-scale bearing force's fluctuation value is bigger than model-scale's except the bending moment coefficient about the Y-axis.
To keep the ocean environment from pollutions, strict international requirements on the controllability are arisen to the VLCC. Especially in low speed operations near the harbor, the VLCC is often supported by tug to replenish the insufficient rudder force. When water jet is blown to the flapped rudder, the Coanda effect induces a high-lift force by delaying stall and re-enforcing circulation in a large angle of attack (Lachmann 1961, Ahn 2003). Based on numerous research efforts, the rudder system supported by the Coanda effect was devised and its performances were evaluated in the towing tank for a large VLCC model. Hydrodynamic forces acting on the rudder system were measured with a water jet blowing on the rudder surface and compared with those acting on a conventional rudder. The effectiveness of the new rudder system was proven through an experimental evaluation.
Ship maneuverability is mainly determined according to hull-propeller-rudder system of a ship and directly related to the ship safety during the operation in the ocean. Among hull-propeller-rudder system the rudder system had direct concern with the ship maneuverability and a special rudder has been recommended to improve the ship maneuverability. In this paper the study of flapped rudder's 2-dimensional section was accomplished Model tests had been carried out with different angles of attack of a main foil and flap's deflection angles to predict the performance of the flapped rudder and the 2 frame particle tracking method had been used to obtain the velocity distribution in the flow field during model tests. $Re=1.027{\times}10^4$ had been used during the whole experiments and measured results had been compared with each other.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.899-913
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2019
In order to provide a complementary perspective to the effects of the maneuvering motions on the unsteady propeller performance, the numerical simulation of the flow field of the hull-rudder- propeller system is performed by Unsteady Reynolds-averaged Naiver-Stokes (URANS) method. Firstly, the flow fields around the submarine model without the presence of propeller in straight ahead motion and the steady diving maneuvers with submergence rudder deflections of 4°, 8° and 12° are predicted numerically. The non-uniformity characteristic of the nominal wake field is exacerbated with the increase submergence rudder angle. Then the flow field around the SUBOFF-G submarine fitted with the 4381 propeller is simulated. The axial, transverse and vertical unsteady propeller forces in different maneuvering conditions are compared. In general, as the submarine maneuvers more violently, the harmonic amplitudes of the unsteady force at the 2BPF and 3BPF increased more significantly than that at BPF.
In this paper, a numerical study is carried out to investigate the turbulent flow around a twin-skeg container ship model with rudders including propeller effects. A commercial CFD code, FLUENT is used with body forces distributed on the propeller disk to simulate the ship stem and wake flows with the propeller in operation. A multi-block, matching, structured grid system has been generated for the container ship hull with twin-skegs in consideration of rudders and body-force propeller disks. The RANS equations for incompressible fluid flows are solved numerically by using a finite volume method. For the turbulence closure, a Reynolds stress model is used in conjunction with a wall function. Computations are carried out for the bare hull as well as the hull with appendages of a twin-skeg container ship model. For the bare hull, the computational results are compared with experimental data and show generally a good agreement. For the hull with appendages, the changes of the stem flow by the rudders and the propellers have been analyzed based on the computed result since there is no experimental data available for comparison. It is found the flow incoming to the rudders has an angle of attack due to the influence of the skegs and thereby the hull surface pressure and the limiting streamlines are changed slightly by the rudders. The axial velocity of the propeller disk is found to be accelerated overall by about 35% due to the propeller operation with the rudders. The area and the magnitude of low pressure on the hull surface enlarge with the flow acceleration caused by the propeller. The propellers are found to have an effect on up to the position where the skeg begins. The propeller slipstream is disturbed strongly by the rudders and the flow is accelerated further and the transverse velocity vectors are weakened due to the flow rectifying effect of the rudder.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.4
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pp.1-14
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1996
Especially in the case of a full form ship, the stability on course can be considered to become severest among 4 items of criteria in Interim Standards for Ship Maneuverability adopted by IMO in 1993. The purpose of this study is to find some ideas for the improvement of stability on course through changes in rudder area with reference to span distance. In this paper, we established the formula on the relation between the experimental constants relevant to rudder normal force and hydrodynamic derivatives of hull-propeller-rudder system. We carried out various kinds of captive model test relevant to rudder normal force etc., and evaluated hydrodynamic derivatives of hull-propeller-rudder system, and analyzed the stability on course with the parameter of changes in rudder area. Furthermore, we also discussed effects of changes in rudder area on maneuvering performance including stability on course, based on computer simulation. As a result, it is clarified that there is a possibility that stability on course may become bad through an increase of rudder area. The reason for the bad stability on course is that the void space between the upper edge of rudder and the lower part of stern overhang decreases. This space change exerts a great influence on straightening coefficient of incoming flow to rudder in maneuvering motion, which has close relation to stability on course.
Kim, Sung-Soo;Kim, Soon-Dong;Kang, Donghoon;Lee, JongHyun;Lee, Seung Jae;Jung, Kwang Hyo
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.2
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pp.364-374
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2015
The purpose of this research is to compare and analyze the advanced speed of ships with different rudder controller in wavy condition by using a simulation. The commercial simulation tool named AQWA is used to develop the simulation of ship which has 3 degree of freedom. The nonlinear hydrodynamic force acting on hull, the propeller thrust and the rudder force are calculated by the additional subroutine which interlock with the commercial simulation tool, and the regular wave is used as the source of the external force for the simulation. Rudder rotational velocity and autopilot coefficients vary to make the different rudder controller. An advanced speed of ships depending on the rudder controller is analyzed after the autopilot simulations.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.47
no.4
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pp.435-442
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2011
In an attempt to respond to the increase in international oil prices and reduce operating expenses, ship remodeling was carried out on a 740ton class tuna purse seiner. To strengthen the competitiveness of the fisheries industry by improving vessel performance, a bulbous bow was newly equipped. The slipway and rudder area were also lengthened and enlarged with the propeller and main engine remained unchanged. To reduce the hull resistance, a circle type bulbous bow was attached on the hull behind bow thruster and thus the cost for exchanging electrical equipment for bow thruster was reduced. The new rudder area was expanded 15% more than the old one within the extent that the existing mechanical control part and rudder stock were not changed. To prevent fishing net damage and stabilize wake field, slipway was lengthened to the optimal position. All of the new design of remodeling parts went through the model tests in towing tank and CWC. Besides resistance test, all of necessary model test results were delivered for hydrodynamic character for the modified ship. The maneuvering simulation to verify that the remodeled ship satisfies the IMO rules was performed in both zigzag and turning tests. The estimated resistance with new bulbous bow and lengthened stern was reduced by 4.8% in the 2-dimensional analysis and 17.4% in the 3-dimensional analysis in comparison of conventional ship. The average reduction of resistance was estimated about 10%. Maneuvering character of modified hull form was found to satisfy all regulations under IMO. The remodeling of tuna purse seiner can not only improve fishing performance but also contribute to reduction of operating cost by saving energy for the fisheries industry.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.25
no.3
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pp.705-715
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2013
This Paper presented the reduction methods of $CO_2$ emission from ships during voyage. In order to decrease $CO_2$ emission during voyage the equation was established and conducted the study about the relationship between ship speed, the propulsive efficiency and its $CO_2$ production. The results obtained from the examinations are as follows : 1. $CO_2$ emission from sailing ships can be decreased by reducing specific fuel oil consumption of main diesel engine, coefficient of total resistance and ship speed and also by increasing propeller efficiency. 2. Diesel-electric propulsion system is more effective than diesel-mechanical system to decrease the level of $CO_2$ emission during long voyage. 3. Good condition of ship's hull surface, rudder and propeller's surface can decrease the quantity of fuel oil and $CO_2$ emission by reducing the resistance of ship that can rise the propeller efficiency 4. $CO_2$ emitted from ships can be decreased in a global scale by giving attention to the synthetic transport efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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