Mobile Harbor (MH) is a new transportation platform that can load and unload containers onto and from very large container ships at sea. It could navigate near harbors where several vessels run, or it could navigate through very narrow channels. In the conceptual design phase when the candidate design changes frequently according to the various performance requirements, it is very expensive and time-consuming to carry out model tests using a large model in a large towing tank and a free-running model test in a large maneuvering basin. In this paper, a new Planar Motion Mechanism(PMM) test in a Circulating Water Channel (CWC) was conducted in order to determine the hydrodynamic coefficients of the MH. To do this, PMM devices including three-component load cells and inertia tare device were designed and manufactured, and various tests of the MH such as static drift test, pure sway test, pure yaw test, and drift-and-yaw combined test were carried out. Using those coefficients, course-keeping stability was analyzed. In addition, the PMM tests results carried out for the same KCS (KRISO container ship) were compared with our results in order to confirm the test validity.
To confirm whether the square tank at Changwon National University (CWNU) can be used for estimation of maneuverability, planar motion mechanism (PMM) test and circular motion (CM) test were performed for various conditions. PMM test can be implemented using an XY carriage and a yaw table in the square tank. However, sometimes test section is insufficient for PMM test owing to low length-breadth ratio of the tank. In addition, the speed of a towing carriage is also quite limited. Therefore, it would be useful if PMM test could be effectively performed diagonally, by establishing coupled control logic to drive three servomotors. In addition, Froude number dependency on the estimated hydrodynamic coefficients was checked. Furthermore, CM tests, which cannot be completed in a conventional linear towing tank, were performed, and its results were compared with the results of PMM test. The results of the PMM tests in the diagonal direction were consistent with the results of the test performed in the direction parallel to the sidewall. However, the results of the CM test were greater than those of the PMM test. This tendency was also observed in the results published at Ulsan University.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.892-901
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2020
We used a numerical method to estimate the hydrodynamic maneuvering derivatives for the heave-pitch coupling motion of an underwater glider. It is very important to assess the hydrodynamic maneuvering characteristics of a specific hull form of an underwater glider in the initial design stages. Although model tests are the best way to obtain the derivatives, numerical methods such as the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) method are used to save time and cost. The RANS method is widely used to estimate the maneuvering performance of surface-piercing marine vehicles, such as tankers and container ships. However, it is rarely applied to evaluate the maneuvering performance of underwater vehicles such as gliders. This paper presents numerical studies for typical experiments such as static drift and Planar Motion Mechanism (PMM) to estimate the hydrodynamic maneuvering derivatives for a Ray-type Underwater Glider (RUG). A validation study was first performed on a manta-type Unmanned Undersea Vehicle (UUV), and the Computational Fluid Dynamics (CFD) results were compared with a model test that was conducted at the Circular Water Channel (CWC) in Korea Maritime and Ocean University. Two different RANS solvers were used (Star-CCM+ and OpenFOAM), and the results were compared. The RUG's derivatives with both static drift and dynamic PMM (pure heave and pure pitch) are presented.
Hydrodynamic coefficients strongly affect the dynamic performance of autonomous underwater vehicles (AUVs). A novel kind of underwater vehicle (Heavier-than-water AUV) with higher density than water is presented, which is different from conventional ones. RANS method and overlapping grids are used to simulate the flow field around the vehicle. Lifts, drags and moments of different attack and drift angles in steady state are calculated. The hydrodynamic performances and how the forces change with the attitude are analyzed according to the flow field structure. The steady-state results using overlapping grid method are compared with those of software FLUENT and wind tunnel tests. The calculation results show that the overlapping grid method can well simulate the viscous flow field around the underwater vehicle. Overlapping grid skills have also been used to figure out the planar-motion-mechanism (PMM) problem of Heavier-than-water AUV and forecast its hydrodynamic performance, verifying its effectiveness in dealing with the dynamic problems, which would be quite helpful for design and control of Heavier-than-water AUV and other underwater vehicles.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2023.05a
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pp.151-151
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2023
An accurate prediction of the hydrodynamic maneuvering darivatives is essential to desing a robust control system of a UUV(unmanned underwater vehicle). Typically, these derivatives were estimated by either the towing tank experiment or semi-empirical methods. With the enhancement of high performance computing capacity, a numerical analysis using computational fluid dynamics has reach the level of experiment. Therefore, the aims of the present research are to numerically develop a computational model for the vertical planar motion mechanism of a UUV and to estimate the hydrodynamics loads in 6-DOF. The target structure of the present study was manta type UUV (12meter length). The numerical model was developed in 1/ 6 model scale. Numerical results were compared with the results of the towing tank experiment for validation. In the present study, a commercial RANS-based viscous solver STARCCM+ (ver 17.06) was used.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.5
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pp.465-472
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2011
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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v.6
no.2
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pp.269-281
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2014
This paper examines the suitability of using the Computational Fluid Dynamics (CFD) tools, ANSYS-CFX, as an initial analysis tool for predicting the drag and propulsion performance (thrust and torque) of a concept underwater vehicle design. In order to select an appropriate thruster that will achieve the required speed of the Underwater Disk Robot (UDR), the ANSYS-CFX tools were used to predict the drag force of the UDR. Vertical Planar Motion Mechanism (VPMM) test simulations (i.e. pure heaving and pure pitching motion) by CFD motion analysis were carried out with the CFD software. The CFD results reveal the distribution of hydrodynamic values (velocity, pressure, etc.) of the UDR for these motion studies. Finally, CFD bollard pull test simulations were performed and compared with the experimental bollard pull test results conducted in a model basin. The experimental results confirm the suitability of using the ANSYS-CFX tools for predicting the behavior of concept vehicles early on in their design process.
Tiwari, Kunal;Hariharan, K.;Rameesha, T.V.;Krishnankutty, P.
Ocean Systems Engineering
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v.10
no.3
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pp.333-357
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2020
International Maritime Organisation (IMO) regulations insist on reduced emission of CO2, noxious and other environmentally dangerous gases from ship, which are usually let out while burning fossil fuel for running its propulsive machinery. Contrallability of ship during sailing has a direct implication on its course keeping and changing ability, and tries to have an optimised routing. Bad coursekeeping ability of a ship may lead to frequent use of rudder and resulting changes in the ship's drift angle. Consequently, it increases vessels resistance and also may lead to longer path for its journey due to zigzag movements. These adverse effects on the ship journey obviously lead to the increase in fuel consumption and higher emission. Hence, IMO has made it mandatory to evaluate the manoeuvring qualities of a ship at the designed stage itself. In this paper a numerical horizontal planar motion mechanism is simulated in CFD environment and from the force history, the hydrodynamic derivatives appearing in the manoeuvring equation of motion of a ship are estimated. These derivatives along with propeller thrust and rudder effects are used to simulate different standard manoeuvres of the vessel and check its parameters against the IMO requirements. The present study also simulates these manoeuvres by using numerical free running model for the same ship. The results obtained from both these studies are presented and discussed here.
In this paper, we studied to improve Inoue's[1] and Kijima's[2] model used to predict ship's manoeuvrability in initial design stage. To perform this work, we had PMM(Planar Motion Mechanism) test and rudder open water test for 12 Models of low-speed blunt-ship which have horn type rudder and bulb in afterbody. Using MMG(Mathematical Modelling Group) model, we analyzed hydrodynamic and MMG experimetnal coefficidnts used to search sensitivities and to estimate ship's manoeuvrability, adn the results are performed by the regression analysis of principle parameters. We varified them to analyze ship's manoeubbrability , had simulate manoeubrability to check revised MMG model and compared them wiht Inoue's method. the result of PMM test and sea trial. Then it is found that the revised method can predict the maneuverability more accurately even for an unstable ship.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.2
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pp.48-55
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1997
This paper is characterized as comparison with Abkowitz and MMG mathematical model for the manoeuvring prediction using the Horizontal Planar Motion Mechanism tests at the initial design stage. The MMG analysis algorithm of this paper was studied according to the developed method by the MMG(Mathematical Modelling Group) organized in Japen. The simulation results were compared with those of Abkowitz mathematical model and sea trial, taking a product carrier as an example vessel.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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