• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제11권2호
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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.

• 대한조선학회논문집
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• 제45권4호
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• pp.353-360
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• 2008

A numerical model for the analysis of the marine propeller including wake roll-up is presented. In this study, we apply a higher-order panel method, which is based on a B-spine representation for both generations of the propeller geometry and hydrodynamic solutions, to predict the flow around the propeller blades. The present model is validated by comparison of the experimental measurements. The results show that the present method is able to predict the improved pressure distributions on the blade surface, especially very close to propeller tip regions, where other panel methods without the wake roll-up model give erroneous results.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제4권2호
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• pp.13-23
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• 2000

A low-order potential based boundary element method is applied to the prediction of the flow around the cavitating propeller in steady or in unsteady inflow. For given cavitation number, the cavity shape is determined in an iterative manner until the kinematic and the dynamic boundary conditions are both satisfied on the approximate cavity boundary. In order to improve the solution behavior near the tip region, a hyperboloidal panel geometry and a modified split panel method are applied. The method is then extended to include the analysis of time-varying cavitating flows around the propeller blades via a time-step algorithm in time domain. In the method, the steady state oscillatory solution is obtained by incremental stepping in the itme domain. Finally, the present method is validated through comparison with other numerical results and experimental data.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제15권4호
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• pp.345-355
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• 2014

This paper focuses on aerodynamic and inertial modeling of the propeller for its applications in flight dynamics analyses of a propeller-driven airplane. Unsteady aerodynamic and inertial loads generated by the propeller are formulated using the blade element method, where the local velocity and acceleration vectors for each blade element are obtained from exact kinematic relations for general maneuvering conditions. Vortex theory is applied to obtain the flow velocities induced by the propeller wake, which are used in the computation of the aerodynamic forces and moments generated by the propeller and other aerodynamic surfaces. The vortex lattice method is adopted to obtain the induced velocity over the wing and empennage components and the related influence coefficients are computed, taking into account the propeller induced velocities by tracing the wake trajectory trailing from each of the propeller blades. Aerodynamic forces and moments of the fuselage and other aerodynamic surfaces are computed by using the wind tunnel database and applying strip theory to incorporate viscous flow effects. The propeller models proposed in this paper are applied to predict isolated propeller performances under steady flight conditions. Trimmed level forward and turn flights are analyzed to investigate the effects of the propeller on the flight characteristics of a propeller-driven light-sports airplane. Flight test results for a series of maneuvering flights using a scaled model are employed to run the flight dynamic analysis program for the proposed propeller models. The simulations are compared with the flight test results to validate the usefulness of the approach. The resultant good correlations between the two data sets shows the propeller models proposed in this paper can predict flight characteristics with good accuracy.

• Journal of Hydrospace Technology
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• 제1권1호
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• pp.29-40
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• 1995

This paper describes the procedure to predict steady and unsteady performances of a contrarotating propeller(CRP) by a mixed formulation of the boundary value problem(BVP) far the flow around a CRP. The blade BVP is treated by a classical vortex lattice method, whereas the hub BVP is solved by a potential-based panel method. Blades and trailing wakes are represented by a vortex and/or source lattice system, and hubs are represented by normal dipole and source distributions. Both forward and aft propellers are solved simultaneously, thus treating the interaction effect without iteration. The unsteady performance is computed directly in time domain. The new numerical procedure requires a large amount of storage and computing time, which is however no longer a limit in a modern computer system. Sample computations show that the steady performance compares very well with the experiments. The predicted unsteady behavior shows that the dominant harmonics of the total forces are multiples of not only the number of blades of the forward and aft propellers but also the product of both blade numbers. The magnitude of the latter harmonics, present also in uniform oncoming flow, may reach abort 50% of the mean torque for the aft propeller, which in turn may cause a serious vibration problem in the complicated contrarotating shafting system.

• 대한조선학회논문집
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• 제51권2호
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• pp.162-170
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• 2014

A CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis is presented to predict hydrodynamic characteristics of a marine propeller. A commercial RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes equation) solver, namely FLUENT, is utilized in conjunction with fully unstructured meshes around rotating propeller. Mesh generation process is greatly accelerated by using fully unstructured meshes composed of both isotropic and anisotropic tetrahedral elements. The anisotropic tetrahedral elements were used in the flow domain near the blade and shaft, where the viscous effect is important, having complex shape yet resolving the thin boundary layers. For other regions, isotropic tetrahedral elements are utilized. Two different approaches simulating rotational effect of the propeller are employed, namely Moving reference frame technique for steady simulation, and Sliding mesh technique for unsteady simulation. Both approaches are applied to the propeller open water (POW) test simulation. The current results, which are thrust and torque coefficients, are compared with available experimental data.

• 대한조선학회논문집
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• 제39권2호
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• pp.1-10
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• 2002

선체-프로펠러-타의 상호작용 해석을 반복계산에 의해 수행하였다. 계측된 공칭속도를 입력자료로 하고 보오텍스 링 이론을 이용하여 유효속도를 계산함으로써 선체와 프로펠러사이의 상호작용을 고려하였고, 계산된 유효속도를 입력자료로 하여 프로펠러-타 상호작용을 계산할 수 있는 포텐셜 기저 패널법을 개발하였다. 프로펠러에 의해 타에 유기되는 속도와 반대로 타에 의해 프로펠러에 유기되는 속도는 수렴된 해가 얻어질 때까지 반복 계산하여 타 주위의 정상유동 해석을 수행하였다. 이와 함께 삼성중공업의 대형 캐비테이션 터널에서 L.D.V를 사용하여 프로펠러 및 타 주위의 유동장을 계측하였고 수치계산 결과와 비교하였다. 실선에 설치되고 있는 혼 타주위의 유동장 계산을 위해 gap flow 모델을 적용하였고, 여러 가지 타각에 대한 수치계산을 수행하여 대형캐비테이션 터널에서 계측된 타 표면에서의 압력과 비교하였으며, 계산된 표면 압력 치는 실험 값과 비교적 일치되는 만족스러운 결과를 얻었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제38권3호
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• pp.31-40
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• 2001

일반적으로 특이점들을 분포하여 물체주위 유동장을 해석할 때 저차패널법(Low-Order Panel Method)이 유용하게 사용되어져 왔다. 저차패널법과는 다르게 적분방정식의 계산정도와 해의 수렴성을 높일 수 있는 방법으로서, 물체경계의 형상을 2차 이상의 고차곡면요소로 표현하고 각 곡면요소 내에서 물리량의 변화를 동일한 차수를 갖는 고차경계요소법을 사용할 수 있다. 본 연구에서는 물체표면의 곡면요소와 물리량의 변화를 9절점 라그란지안(Lagrangian) 형상함수를 사용하여 정상 포텐셜유동 중에 작동하는 프로펠러 주위의 유동을 해석하였다. 개발된 프로그램을 프로펠러의 해석에 앞서 원형 날개에 대하여 Jordan의 선형 해석해와 비교하였으며, 두께의 영향을 관찰하였다. 프로펠러의 해석을 위해 DTRC 4119 프로펠러와 DTRC 4842 프로펠러에 적용하여 실험치와 계산치를 비교 검토하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권2호
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• pp.107-120
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• 2021

전기동력 분산추진 비행체는 다수의 프로펠러로 인하여 복잡한 프로펠러 후류 유동 및 기체와의 상호간섭이 발생한다. 이에 따라 초기설계 단계에서는 다양한 형상과 비행 조건에 대하여 프로펠러 구동 효과를 반영한 신속 공력 및 하중 해석이 요구된다. 본 연구에서는 프로펠러 효과를 고려할 수 있는 패널 기반의 효율적인 공력해석 기법을 개발, 검증하였다. Actuator Disk Theory(ADT)에 기반하여 프로펠러 후류 영역의 유도 속도장을 계산하고, 이를 3차원 정상 용출-중첩 패널기법의 비행체 표면 경계조건에 반영하였다. 한국항공우주연구원의 Quad Tilt Propeller(QTP) 비행체 단독 프로펠러와 선행 실험 연구의 프로펠러-날개 형상을 벤치마크 문제로 선정하여 해석을 수행하였다. Actuator 기법 기반의 전산유체역학(CFD) 결과와의 비교를 통해 프로펠러의 후류 속도장과 프로펠러 구동에 따른 날개의 공력하중 분포 변화를 검증하였다. 자율비행 개인용 항공기(Optional Piloted PAV, OPPAV)와 QTP 공력해석에 기법을 적용하고, CFD와의 해석 소요 시간 및 결과 비교, 분석을 통해 기법의 실용성과 타당성을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.73-86
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• 1993

균일 유동장 중에서 작동 중인 선박 프로펠러의 정상 성능 추정을 위하여 포텐셜을 기저로한 패널법을 기술하고 있다. 본 방법은 법선 다이폴과 쏘오스를 프로펠러 날개, 허브, 후류면에 분포함으로써 다이폴의 세기를 미지수로 하는 적분방정식을 얻고, 이산화과정을 거쳐 수치적으로 계산된다. 비평면 사각형 패널위에 있는 법선 다이폴에 의해 유기되는 포텐셜을 구하기 위하여 쌍곡면 요소를 채택하고 있다. Kutta 조건은 반복계산에 의해 날개 뒷날에서의 압력 점프를 없앰으로써 만족시킨다. 수렴성을 보이기 위하여 상세한 수치시험을 수행하였으며, 동시에 후류면 모형화가 성능에 미치는 영향도 조사하였다. 프로펠러의 단독 모형시험 결과와 수치추정 결과가 잘 일치하는 것을 보였다.