In the early design stage of underwater vehicles, it is important to estimate the vehicle's underwater motion performance. The key design elements for the motion are propellers, battery power, and underwater resistance of the vehicle. Small thrusters with motor and propeller are usually used for the UUV(unmanned underwater vehicles). In this study, a multiphysics thruster model combining electro-mechanical and hydrodynamics characteristics was proposed to estimate the thruster performance. To show the applicability of the mathematical model, an sample thruster was used for the derive the unknown parameters of thruster. Hydrodynamic parameters were calculated for a 3D geometry model of the propeller by ANSYS/CFX program. Finally, Matlab/simulink program was used for the numerical simulation to predict the thruster performance from the given voltage/current input to the motor. Also, proved validity of simulation model by experiment test. Test were done by 2 mode(middle/high speed, reverse). The thruster performance curves obtained from this simulation were confirmed to be similar with experiment results.
The flow characteristics around a horn-type rudder behind an operating propeller of a high-speed large container carrier are studied through a numerical method in fully wetted and cavitating flow conditions. The computations are carried out in a small scale ratio of 10.00(gap space=5mm) to consider the gap effects. The Reynolds averaged Navier-Stokes equation for a mixed fluid and vapor transport equation applying cavitation model are solved. The axisymmetry body-force distribution technique is utilized to simulate the flow behind an operating propeller. The gap flow, the three-dimensional flow separation, and the cavitation are the flow characteristics of a horn-type rudder. The pattern of three-dimensional flow separation is analyzed utilizing a topological rule. The various cavity positions predicted by CFD were shown to be very similar to rudder erosion positions in real ship rudder. The effect of a preventing cavitation device, a horizontal guide plate, is also investigated.
Naval ships have hull appendages which are more exposed to the outside because of its small block coefficient compared with commercial ships. These exposed hull appendages like skeg, strut and shaft line affect the maneuverability of a ship. The effect of hull appendages has considered at initial design stage to estimate more accurate maneuverability. In this paper, sensitivity analysis is used to analyze the effect on maneuverability by hull appendages. 3 DOF maneuvering equations based on Mathematical Modelling Group (MMG) model are used and propeller & rudder model are modified to reflect the characteristics of twin propeller & twin rudder. Numerical maneuvering simulations (Turning test, Zig-zag test) for benchmark naval vessel, David Taylor Model Basin (DTMB) 5415 are performed. In every simulation, it is calculated that stability indices and maneuverability characteristics (Tactical Dia., Advance, 1st Overshoot, Time of complete cycle) with respect to the parameters (area times lift coefficient slope, attachment location) of hull appendages. As a result, two regression formulas are established. One is the relation of maneuverability characteristics and stability indices and the other is the relation of stability indices and hull appendages.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권4호
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pp.27-35
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1996
The ship's propulsion efficiency depends upon a combibation of engine and propeller. The propeller has better efficiency as the engine has lower rotational speed. This situation led the engine manufacures to design the engine that has lower speed, longer stroke and a small number of cylinders. With this new trends the conventional mechanical-hydrualic governors for engine speed control have been replaced by digital speed controllers which adopted the PID control or the optimal control algorithm. But these control algorithms have not enough robustness to suppress the variations of the delay-time and the parameter perturbation especially in low speed engine. In this study we consider the perturbations of the engine parameters as the modeling uncetainties and design a robust speed controller for marine medium speed diesel engine by means of $ extit{H}_{infty}$control theory having the central solution. By comparing the results of the robust speed controller with those of mechanical governor and PID controller, the validity of the robust speed controller under parameter variations is confirmed. The speed control of the experimental diesel engine of carried out using actuator which is composed of PWM signal generator and D.C servo motor.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제20권4호
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pp.349-349
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1996
The ship's propulsion efficiency depends upon a combibation of engine and propeller. The propeller has better efficiency as the engine has lower rotational speed. This situation led the engine manufacures to design the engine that has lower speed, longer stroke and a small number of cylinders. With this new trends the conventional mechanical-hydrualic governors for engine speed control have been replaced by digital speed controllers which adopted the PID control or the optimal control algorithm. But these control algorithms have not enough robustness to suppress the variations of the delay-time and the parameter perturbation especially in low speed engine. In this study we consider the perturbations of the engine parameters as the modeling uncetainties and design a robust speed controller for marine medium speed diesel engine by means of $ extit{H}_{infty}$control theory having the central solution. By comparing the results of the robust speed controller with those of mechanical governor and PID controller, the validity of the robust speed controller under parameter variations is confirmed. The speed control of the experimental diesel engine of carried out using actuator which is composed of PWM signal generator and D.C servo motor.
In this study, blending oils of diesel oil and butanol were used as fuel oil for diesel engine to measure combustion pressure, fuel consumption, air ratio and exhaust gas emission due to various operating conditions such as engine revolution and torque. Using these data, the results of analyzing the engine performance, combustion characteristics and exhaust emission characteristics such as NOx (nitrogen oxides), CO2 (carbon dioxide), CO (carbon monoxide) and soot were as follows. The fuel conversion efficiency at each load was highest when driven in the engine revolution determined by a fixed pitch propeller law. Except 30% butanol blending oil, fuel conversion efficiency of the other fuel oils increased as the load increased. Compared to diesel oil, using 10% and 20% butanol blending oil as fuel oil was advantageous in terms of thermal efficiency, but it did not have a significant impact on the reduction of exhaust gas emissions. On the other hand, future research is needed on the results of the 20% butanol blending oil showing lower or similar levels of smoke concentration and carbon monoxide emission rate other than those types of diesel oil.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제32권7호
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pp.1044-1050
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2008
Most of developed countries, the consumption of fossil fuels has been serious problems that cause serious environment pollution like acid rain, global warming. Also, we have faced that limitation fossil fuels will be exhausted. Currently, small hydropower attracts attention because of its small, clean, renewable, and abundant energy resources to develop. By using a small hydropower generator of which main concept is based on using the different water pressure levels in pipe lines, energy which was initially wasted by use of a reducing valve at the end of the pipeline, is collected by turbine in the hydropower generator. A propeller shaped hydroturbine has been used in order to use this renewable pressure energy. In this study, in order to acquire basic design data of tubular type hydraulic turbine, output power, head, efficiency characteristics due to the flow coefficient are examined in detail. Tubular-turbine among small hydraulic power generation can be used at low-head. The purpose of this study is to research turbine's efficiency due to runner vane angle using CFD analysis.
Currently, majority small ship's clutch for power transmission to propeller relies on multi plate hydraulic clutch regardless its size. Most of the small ships do not have a spare equipments of clutch. Furthermore, many ship engineers do not have an ability as well as enough experience to solve this problem related to the hydraulic clutch during the voyage. Therefore, any small problems cause many serious marine accidents. Once the clutch has problem, almost of all ships can not sail by itself anymore and it must be towed by salvage boat, maritime police ships, or fish guidance boat etc. In this case, all the accidents will be categorized as a marine accident and they all need to go through marine accident court inquiries. In this study, an understanding of each crew on hydraulic clutch system has been profoundly measured. Furthermore, the knowledge on an emergency navigation protocol of each crew has been also profoundly checked. Additionally, various surveys on hydraulic clutch classes has been performed and its satisfaction of crews on this topic have been carefully checked based on various feedback from students who took these courses. All of the above data from this study will be used to reduce marine accidents in current marine industry.
본 논문에서는 시간-주파수 동시 해석 기법 중 하나인 수정된 HHT 기법을 이용하여 회전하는 프로펠러의 날개에서 산란되는 마이크로 도플러 신호를 분석하였다. 프로펠러의 날개 모서리에 산란되는 산란파는 등가전류법(ECM)을 이용하여 구했다. 산란파의 시간 데이터를 얻은 후, 수정된 HHT 기법을 마이크로 도플러 신호의 해석에 적용하였다. 해석 결과는 실제 날개의 동특성에 잘 부합하였으며, 회전체로부터 발생하는 마이크로 도플러의 정편파적인 특성을 보였다. 수정된 HHT를 이용한 시간-주파수 동시 해석은 작은 레이더 단면적 값을 갖는 소형 비행체를 식별하기 위한 명확한 특성을 제공하였다.
For preliminary estimation of ships' machinery weights, many papers giving well-judged data and discussions for rational method of estimation, such as [1], [2], [3], [4], [5], [6], are available, however, they are mostly concerned with large ships propelled by power more than about 2, 000 horsepower. Regarding the medium and small-sized ships, as far as the author is aware, fragmental data and vague discussions found in various technical literature are the all available. In this paper, available data concerned with machinery weights of commercial ships propelled by direct-drive diesel plants of power below 3, 000 horsepower with single screw propeller are collected and analysed to obtain systematic data Fig. 1 and Fig. 2 as weight to power ratio versus power per shaft diagrams together with suplementary data Fig. 1 and Fig. 3. Influences of various factor such as revolutions per minute, mean effective pressure, type and construction of the main units on machinery weights are also investigated in detail to give a better guidance for logical and rational utlization of the proposed diagrams in preliminary estimation of machinery weights.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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