International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.918-927
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2020
Flows induced by hybrid CRP pod propulsion systems (CRP-POD) are fundamentally characterized by unsteadiness. This work presents a numerical study on the unsteady flow of a CRP-POD at behind-hull condition based on CFD (Computational Fluid Dynamics). Unsteady RANS method is adopted, coupled with SST k-u turbulence model and sliding mesh method. The propeller thrusts and torques obtained by CFD is validated by model tests and acceptable agreements are obtained. The time histories of shingle-blade loads and pressures near the hull surface are recorded for the analysis of unsteady flow features. The cases of forward propeller alone and aft propeller alone are also computed to distinguish the hull-propeller interaction and propeller-propeller interaction. The results show the blade loads of both forward and aft propellers strongly fluctuate with phase angles. For the forward propeller, the blade load fluctuation is mainly governed by the hull-propeller interaction, while the aft blade load is remarkably affected by the propeller-propeller interaction in terms of the load average and fluctuation pattern. The fields of pressure, vorticity and velocity are also analyzed to reveal the unsteady flow features.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.4
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pp.11-22
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2001
The interaction between forward mounted propeller and wing in ground effect, and its aerodynamic performance are analyzed by potential flow approximation. A Vortex Lattice Method(VLM) for the propeller analysis and a potential based panel method for the WIG are used together with an image method by assuming the free surface as a rigid wall. The interaction of propeller and wing in the proximity of the ground is taken into account by an iterative procedure where the boundary conditions are satisfied with the given convergence criteria. The program developed is first checked by comparing its numerical results with the experimental data and other numerical results for the propeller MP101-rudder MR21 system. Then, the propeller-WIG interaction and its performance versus ground clearance are investigated by changing parameters such as propeller position, diameter and speed of revolution. It is shown that the forward mounted propeller increases the lift forces of the wing and also enhances the height stability, depending on the design parameter. Therefore, the appropriate selection of the design parameter such as propeller diameter, revolution, the longitudinal and vertical position of propeller is necessary.
A rotating propeller of turboprop aircraft gives much effect on the aerodynamic characteristics of wing such as lift, moment and stall. Specially propeller effect on the wing surface is much more dominant when aircrafts are in landing or take-off conditions. In the present paper, three dimensional Navier-Stokes simulations for the interaction of propeller and wing were carried out for medium sized turboprop aircraft. For rotating propeller, unsteady sliding mesh method was used to simulate a relative motion between moving and static bodies. For the power effect analysis in landing and take off configurations, double slotted flap was also considered and the aerodynamic characteristics were investigated. It was shown that the propeller slipstream enhanced the lift slope including maximum lift by eliminating local flow separation region and this enhancement was more dominant with high lift device.
A rotating propeller of turboprop aircraft gives much effect on the aerodynamic characteristics of wing such as lift, moment and stall. Specially, a rotating propeller changes the lift and moment characteristics when aircrafts are in landing or take-off condition. In the present paper, 3-dimensional Navier-Stokes simulations for the interaction of propeller and wing were carried out. For rotating propeller, unsteady sliding mesh method was used to simulate a relative motion. For the power effect analysis in landing and take off configurations, double slotted flap was also considered and the aerodynamic characteristics were investigated. It was shown that the propeller slipstream enhanced the lift slope including maximum lift and this enhancement was more dominant with high lift device.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.31
no.5
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pp.614-621
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2007
The fishing boat propulsion system employing the modified stern shape and the tunnel to protect a propeller is developed to increase the cruise speed and reduce he problem resulting from the open propeller accidentally catching the waste net and able on the sea. Using 3 different tunnel types, the model test was performed in the circular water channel and the panel method based on the potential theory is applied to analyze the open water performance of the propeller. In the numerical analysis using he potential-based panel method, it calculates the hydrodynamic interaction between the propeller and the tunnel and evaluates the effect of the tunnel geometry. From the numerical and experimental results differing tunnel geometries, the propulsion efficiency is increased by the larger diameter of the inlet than the outlet of the tunnel and the smaller gap between the propeller tip and the tunnel internal surface. These results provide the information of the propeller system with the tunnel and the hydrodynamic interaction between the propeller and the tunnel.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.294-306
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2019
On the basis of the Computational Fluid Dynamics technique (CFD) combined with the overlap grid method, this paper establishes a numerical simulation method to study the problem of ice-propeller interaction in viscous flow and carries out a simulation forecast of the hydrodynamic performance of an ice-class propeller and flow characteristics when in the proximity of milling-shape ice (i.e., an ice block with a groove cut by a high-speed revolving propeller). We use a trimmed mesh in the entire calculation domain and use the overlap grid method to transfer information between the domains of propeller rotation calculation and ice-surface computing. The grid is refined in the narrow gap between the ice and propeller to ensure the accuracy of the flow field. Comparison with the results of the experiment reveals that the error of the hydrodynamic performance is within 5%. This confirms the feasibility of the calculation method. In this paper, we calculate the exciting force of the propeller, analyze the time domain of the exciting force, and obtain the curve of the frequency domain using a Fourier transform of the time-domain curve of the exciting force. The existence of milling-shape ice before the propeller can greatly disturb the wake flow field. Unlike in open water, the propeller bearing capacity shows a downward trend in three stages, and fluctuating pressure is more disordered near the ice.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.6
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pp.677-692
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2017
A numerical approach based on a potential flow method is developed to simulate the unsteady interaction between propeller and rudder. In this approach, a panel method is used to solve the flow around the rudder and a vortex lattice method is used to solve the flow around the propeller, respectively. An iterative procedure is adopted to solve the interaction between propeller and rudder. The effects of one component on the other are evaluated by using induced velocities due to the other component at every time step. A fully unsteady wake alignment algorithm is implemented into the vortex lattice method to simulate the unsteady propeller flow. The Rosenhead-Moore core model is employed during the wake alignment procedure to avoid the singularities and instability. The Lamb-Oseen vortex model is adopted in the present method to decay the vortex strength around the rudder and to eliminate unrealistically high induced velocity. The present methods are applied to predict the performance of a cavitating horn-type rudder in the presence of a 6-bladed propeller. The predicted cavity patterns compare well with those observed from the experiments.
The development of a high-lift rudder is needed because low speed full ships such as the VLCC(Very Large Crude oil Carrier) have difficulty for obtaining enough lifting force from a common rudder. The rudder of a ship is generally positioned behind the hull and propeller. Therefore, rudder design should consider the interactions between hull, propeller, and rudder. In the present study, the FLUENT code and body fitted mesh systems generated by the GRIDGEN program are adopted for the numerical simulations of flow characteristics around a rudder that is interacting with hull and propeller. Sliding mesh model(SMM) is adopted to analyze the interaction between propeller rotation and wake flow behind hull. Several numerical simulations are performed to compare the interactions such as hull-rudder, propeller-rudder, and hull-propeller-rudder. Also, we consider relationships between the interactions. The results of present numerical simulations show the variation of flow characteristics by the interaction between hull, propeller, and rudder, and these results are compared with an existing experimental result. The present study demonstrates that numerical simulations can be used effectively in the design of high-lift rudder behind low speed full ship.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.2
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pp.61-69
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2020
Due to its flexibility of the composite propeller blade, it is necessary to design a shape capable of generating a desired load at a design point in consideration of the shape change of the propeller. In order to design it, we need to evaluate not only the hydrodynamic force around it, but also its structural response of flexible propeller according to its deformation. So, it is necessary to develop a design tool to predict the hydroelastic performance of a flexible propeller with deformation considering fluid-structure interaction and special operating conditions. Finally a design optimization tool for flexible propellermade of CFRP is required. In this study, a design methodology of the specific flexible composite propeller is suggested, considering fluid-structural interaction analysis of the specific flexible propeller.
The propeller performance has been investigated using a benchmark Duisburg Test Case ship with RANSE. First, the hydrodynamic characteristics of propeller in case of open water have been analyzed by a commercial CFD program and the results are compared with those of experimental data. Later, the flow around the bare hull has been solved and the frictional resistance value and form factor of the ship have been obtained and compared with those of ITTC57 formulation and experimental results for validation. The free surface effect has been ignored. A good agreement has been obtained between the results of RANSE and experiments at both stages. Then the ship - propeller interaction problem was solved by RANSE and the differences in thrust, torque and efficiency of propeller as compared with the open-water numerical results have been discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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