Park, Chung-Hwan;Jang, Ho-Yun;Park, Myung-Sik;Im, Nam-Kyun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.27
no.6
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pp.112-118
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2013
This paper reports the results of a comparative study on rudder performance between the steel rudders that have been used in coastal angling fishing boats in the 20-GT class and the newly developed FRP composite material rudders. In order to compare the rudder performances of these two types, a sea trial test was carried out to investigate the speed performance, fuel consumption, and ship's turning ability. The results showed that the sea trial performance of the FRP composite rudder was better than that of the steel rudder type in terms of the sea speed, fuel consumption rate, and turning ability.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.4
no.3
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pp.322-334
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2012
This paper shows the numerical and experimental results about the hydrodynamic characteristics of X-Twisted rudders having continuous twist of the leading edge along the span. All the results were compared with those of the semi-balanced rudder. Calculation through the Reynolds-Averaged Navier-Stokes Equation (RANSE) code with propeller sliding meshes shows large inflow angle and fast inflow velocity in the vicinity of ${\pm}0.7$ R from the shaft center, so it may cause cavitation. Also, X-Twisted rudder has relatively small inflow angles along the rudder span compared with semi-balanced rudder. For the performance validation, rudders for two large container carriers were designed and tested. Cavitation tests at the medium sized cavitation tunnel with respect to the rudder types and twisted angles showed the effectiveness of twist on cavitation and the tendency according to the twist. And the resistance, self-propulsion and manoeuvring tests were also carried out at the towing tank. As a result, in the case of X-Twisted rudder, ship speed was improved with good manoeuvring performance. Especially, it was found out that manoeuvring performance between port and starboard was well balanced compared with semi-balanced rudders.
Kim, Yeon-Gyu;Kim, Sun-Young;Kim, Sung-Pyo;Lee, Suk-Won
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.5
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pp.28-33
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2004
Generally Horn-type rudders have been used for single propeller and single rudder system. The reason is that the rudder torques of Horn-type rudder are smaller than those of Spade rudder with same lift force. But it is found that the rudder cavitation occurs on a Horn-type rudder of fast container ship. In this paper the comparison results of Horn-type and Spade rudders are described. HPMM tests are carried out to compare the effects of two rudder types on the maneuverability of a ship. It is shown that the maneuvering performance of a ship equipped with Horn-type rudder is better than that equipped with Spade rudder by comparing the test results and maneuvering coefficients at scantling condition. The reason is that the movable part area of Horn-type rudder is about 14% larger than that of Spade rudder with same total area. And the rudder torque of Spade rudder is greater than that of Horn rudder. At ballast condition, however, the effect of rudder type is negligible.
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.
Kim, Jung-Hun;Choi, Jung-Eun;Choi, Bong-Jun;Chung, Seok-Ho
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.3
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pp.715-722
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2014
Three twisted rudders fit for large container ships have been developed; 1) the Z-twisted rudder that is an asymmetry type taking into consideration incoming flow angles of the propeller slipstream, 2) the ZB-twisted rudder with a rudder bulb added onto the Z-twisted rudder, and 3) the ZB-F twisted rudder with a rudder fin attached to the ZB-twisted rudder. The twisted rudders have been designed computationally with the hydrodynamic characteristics in a self-propulsion condition in mind. The governing equation is the Navier-Stokes equations in an unsteady turbulent flow. The turbulence model applied is the Reynolds stress. The calculation was carried out in towing and self-propulsion conditions. The sliding mesh technique was employed to simulate the flow around the propeller. The speed performances of the ship with the twisted rudders were verified through model tests in a towing tank. The twisted versions showed greater performance driven by increased hull efficiency from less thrust deduction fraction and more effective wake fraction and decreased propeller rotating speed.
As a part of numerical and experimental research works for the prediction and improvement of ship's maneuvering performance, a study on the performance analysis of two different rudders has been carried out. While the planform shape and the aspect ratio of the rudders have been fixed, section shape has been changed. Conventional type of HMRI NP section and special type of dolphin-tail section have been employed. Performances of the rudders have been investigated by using CFD and compared with experimental data obtained in a wind tunnel. A commercial CFD program has been used to solve the RANS equations. Two-equation k-ro model has been applied to close the governing equations. Block-structured grids are used in the numerical calculation. Based upon the calculation results, the rudder with dolphin-tail section has shown a possibility of significantly improving rudder performance if utilized as the section of ship rudders.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.6
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pp.421-428
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2013
This study aims at numerically investigating the angle of attack characteristics of the rudder behind a rotating propeller. The rotating propeller of 5 blades and the full spade rudder are placed in the numerical water tunnel with a uniform flow condition to consider propeller-rudder interaction. The turbulence closure model is employed to simulate the three-dimensional unsteady incompressible viscous turbulent flow around the propeller and the rudder. The present numerical method are well verified by comparing with the experimental results. In order to identify the dependence of the angle of attack of the rudder on the rudder angle, a wide range of rudder angles is considered. The present study carried out the quantitative and qualitative analysis of the angle of attack in terms of the pressure distribution, streamlines and the evaluation of the flow incidence, resulting in that the angle of attack increases as we move from the root and the tip to the center of the rudder, regardless of the rudder angle. The distribution of the angle-of-attack along the span is strongly affected by rotating propeller flow and rudder angle. Consequently, the distribution of the angle-of-attack of the oncoming flow against the rudder leading edge plays a role in determination of rudder performance.
A marine flapped rudder is designed to improve the effective lift generated by the rudder; this also improves the maneuverability of the ship. The flap is a high lift device installed at the trailing edge of the rudder to augment lift. In this paper, the characteristics of a thick flapped rudder are analyzed at a low Reynolds number with various ratios of flap chord length to total chord length and various aspect ratios, based on the computational fluid dynamics technique. The performance of the rudder with respect to lift, drag, and center of pressure are investigated, and the efficient ratio of flap chord length to total chord length and improved aspect ratio are determined. Ed: highlight - or 'superior'. As a case study, the flow on the flapped rudder of an NACA0021 section shape in free stream condition is simulated. The standard k-epsilon turbulence model is used to model the flow around the flapped rudder. The results indicate that the efficient ratio of the flap chord length to total chord length and aspect ratio are 0.3 and 1.4, respectively.
In these ten years, the cavitation and erosion phenomena in the rudder have been increased for high-speed container ships. The cavitation in the rudder blades which is injurious to rudder efficiency is mainly caused by the main flow with a large angle of attack induced by propellers, and the erosion which occurs as a result of repeated blows by shock wave that cavitation collapse may produce was observed in the gap legion of the rudder. However, gap cavitation is not prone to occur in model experiments because of low Reynolds number. So, the viscous effect should be considered for solving the flow of the narrow gap. In order to predict the cavitation phenomena and to improve the performance of the rudder, the analysis of the viscous flow in the rudder gap is positively necessary. In this study, numerical calculation for the solution of the RANS equation is applied to the two-dimensional flow around the rudder gap including horn part and pintle part. The velocity and pressure field are numerically acquired according to Reynolds number and the case that the round bar is installed in the gap is analyzed. For reduced the acceleration that pressure drop can be highly restrained numerically and in model experiment, the cavitation bubbles can be reduced.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.16
no.3
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pp.9-19
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1979
A method of improving rudder effectiveness by applying a rotating cylinder to a rudder(so called "rotating-cylinder rudder") has been experimentally studied. Also, the improvements in ship's maneuvering characteristics with its application has been analytically evaluated. It has been shown that this improvement is significant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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