The full spade rudder for the high speed has advantage to prevent gap cavitation of the rudder. DSME has developed the full spade rudder and GL has carried out CFD analysis and FE analysis to confirm strength and fatigue for DSME and Owner. Necessarily, it needs to compare rudder torque & rudder force between CFD, FE analysis and full scale measurement. This report introduces the measurement method and application of strain gauge for measuring the rudder torque and rudder force for the 8,400 TEU container ship.
In order to investigate force and cavitation characteristics for the flat & twisted rudders in the Large Cavitation Tunnel (LCT), the rudder dynamometer was designed and manufactured. The measuring capacities of lift, drag and moment are ±1000 N, ±2000 N, and ±150 N-m, respectively. The present dynamometer uses the actuator with a harmonic drive to control the rudder angle without backlash. As the target ship is a military ship with twin shaft, each dynamometer was installed above the port & starboard rudders. After the installation of the model ship with all appendages, the model test composed of rudder force measurement and cavitation observation was conducted for the existing flat rudder & the designed twisted rudder. While the flat rudder showed the big difference of lift & moment between port & starboard, the twisted rudder presented a similar trend. The cavitation of the twisted rudder showed better characteristics than that of the flat rudder. Another set of model tests were conducted to investigate rudder performance by the change of the design propeller. There was little difference in rudder performance for the design propellers with slight geometric change. Through the model test, the characteristics of the flat & twisted rudders were grasped. On the basis of the present study, it is thought that the rudder with better performance would be developed.
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.
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.
Nguyen, Van Minh;Nguyen, Tien Thua;Seo, Juwon;Yoon, Hyeon Kyu;Kim, Yeon Gyu
Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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제4권3호
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pp.105-114
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2018
In the past, traditional methods of research on ship maneuvering performance were estimated in calm waters. However, the course-keeping ability and the maneuvering performance of a ship can be influenced by the presence of waves. Therefore, it is necessary to understand the maneuvering behavior of a ship in waves. In this study, the force acting on a moving ship and a rudder behind the model ship will be performed in regular waves in Changwon National University (CWNU). In addition, the prediction force acting on the rudder in calm waters was carried out and compared with those of Computational Fluid Dynamics (CFD). Model test in regular wave was performed to predict the force acting on the ship and the rudder behind the model ship in various wave directions. The effects of wavelength and wave direction on hydrodynamic forces acting on the ship hull versus rudder angle is discussed.
In this study, flow around rudder is analyzed by utilizing the numerical calculation, and the rudder open water test is performed to validate the calculation. The aim of this study is to design the new rudder shape to improve manoeuvring performance. In first, flow around two-dimensional rudder section is analyzed to understand the characteristics of section profile. And the calculation for all-movable rudders is performed and compared with results of rudder open water test. It is hard to numerically predict the drag force because the value is sensitive to the turbulence modeling and grid spacing near the wall. However, the lift force is predicted well. And we can prove that concave profile of the rudder section produce more lift and torque than convex one as a experiment. However PANEL method that ignore viscous effect cannot distinguish the difference of them. So, we can look for the numerical tool to be developed the new rudder shape.
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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제7권2호
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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.
Rudder is to be located in extremely complicated flows generated and disturbed behind a hull and a propeller in operation. In order to estimate the rudder efficiency, it is quite important to investigate the disturbed flows due to the interaction under the hull-propeller and rudder condition. The purpose of the present research is to investigate the interaction between the hull-propeller and a high-lifting horn-type rudder through both numerical computations and experiments. A horn-type rudder implementing the Coanda effect of USB (Upper Surface Blowing) type is selected for its high efficiency of lifting force, and a 1/85 scaled model of 47K PC(Product Carrier) is manufactured for the purpose of the model test. The forces acting on the rudder during the experiment are measured using a three-component force gauge. Both cases are investigated in the hull-propeller-rudder condition and rudder open-water condition, which confirms that the flows generated under the former condition is considerably different from that of the latter condition.
Recent accidents of crude oil tankers have resulted in sinking, grounding of vessels and significant levels of marine pollution. Therefore, International Maritime Organization (IMO) has been strengthening the regulations of ship maneuvering performance in MSC 137. The evaluation of maneuvering performance can be made at the early design stage; it can be investigated numerically or experimentally. The main objective of this paper was to investigate the maneuvering performance of a VLCC due to the increase of rudder force at an early design stage for low speed in shallow water conditions. It was simulated in various operating condition such as deep sea, shallow water, design speed and low speed by using the numerical maneuvering simulation model, developed using MMG maneuvering motion equation and KVLCC 2 (SIMMAN 2008 workshop). The effect of increasing the rudder force can be evaluated by using numerical simulation of turning test and ZIG-ZAG test. The research showed that, increasing the rudder force of a VLCC was more effective on improving the turning ability than improving the course changing ability especially. The improvement of turning ability by the rudder force increasing is most effective when the ship is sailing in shallow water at low forward speed.
Traditional methods of research on ship maneuvering performance were estimated in calm water. Ship maneuverability in waves is of vital importance for navigation safety of a ship (ITTC, 2008). The accurate estimation of force and moment acting on the ship and rudder behind propeller are necessary because the rudder, propeller and hull interaction is of key importance. In addition, course-keeping ability and maneuvering performance of a ship can be significantly affected by the presence of wave. In this study, the model test is performed in the regular wave in the square wave tank in Changwon National University and the hydrodynamic force acting on the ship hull and rudder behind the propeller in various wave directions is investigated. The effect of wavelength and wave direction on hydrodynamic force acting on ship and rudder behind propeller in regular waves is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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