International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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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.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권2호
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pp.380-391
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2014
In this study, the scale effect on the performance of the podded propeller of tractor type is investigated. Turbulent flow computations are carried out for Reynolds numbers increasing progressively from model scale to full scale using the CFD analysis. The result of the flow calculation for model scale Reynolds numbers agrees well with that of the experiment of a large cavitation tunnel. The existing numerical analysis indicates that the performance of the podded propeller blades is mainly influenced by the advance coefficient and relatively little by the Reynolds number. However, the drag of pod housing with propeller in operation is different from that of pod housing without propeller due to the acceleration and swirl of propeller slipstream which is altered by propeller loading as well as the pressure recovery and friction according to Reynolds number, which suggests that the pod housing drag under the condition of propeller in operation is the key factor of the scale effect on the performance between model and full scale podded propellers. The so called 'drag ratio', which is the ratio of pod housing drag to total thrust of podded propeller, increases as the advance coefficient increases due to accelerated flow in the slipstream of the podded propeller. However, the increasing rate of the drag ratio reduces continuously as the Reynolds number increases from model to full scale progressively. The contribution of hydrodynamic forces, which acts on the parts composed of the pod housing with propeller operating in various loading conditions, to the thrust and the torque of the total propeller unit are presented for a range of Reynolds numbers from model to full scales.
Recently, the application and installation of the pod propeller to the cruise ship is dramatically increased. It is because pod propulsion system allows a lot of flexibility in design of the internal arrangement of a ship. To reflect this trend, many researches have conducted to use the pod propeller for the roll stabilization of a ship. In the paper, a roll stabilization controller is designed by using fins and pod propellers as the control actuators for cruise ships. Two kinds of control algorithms are adopted for the roll control system; LQR (Linear Quadratic Regulator) algorithm and frequency-weighted LQR algorithm. Through the numerical simulation, the effect of the turning rate of the pod propeller on the roll control system is analyzed. Analysis of the simulation results indicated that the turning rate of the pod propellers is one of the important parameters which give the significant effects on the roll stabilization.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제6권4호
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pp.965-980
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2014
This paper presents a new estimation method of full scale propulsive performance for the pulling type podded propeller. In order to estimate the drag of pod housing, a drag velocity ratio, which includes the effects of podded propeller loading and Reynolds number, is presented and evaluated through the comparison of model test and numerical analysis. By separating the thrust of propeller blade and the drag of pod housing, extrapolation method of pod housing drag to full scale is deduced, and correction method of propeller blade thrust and torque to full scale is presented. This study utilized the drag coefficient ratio of the pod housing as a measure for expanding it to full scale, but in order to increase the accuracy of performance evaluation, additional study is necessary on the method for the full scale expansion via separating the drag of pod body, strut and fin which consist the pod housing.
The complicated flow characteristics of upper propeller wake influenced by hull wake are investigated in detail in the present study. A two-frame PIV (particle image velocimetry) technique was employed to visualize the upper propeller wake region. As the upper hull wake affects strongly propeller inflow, upper propeller wake shows much unstable vortical behavior, especially in the tip vortices. Velocity field measurements were conducted in a cavitation tunnel with a simulated hull wake. Generally, the hull wake generated by the hull of a marine ship may cause different loading distributions on the propeller blade in both upper and lower propeller planes. The unstable upper propeller wake caused by the ship's hull is expressed in terms of turbulent kinetic energy (TKE) and is identified by using the proper orthogonal decomposition (POD) method to characterize the coherent flow structure in it. Instabilities appeared in the eigen functions higher than the second one, giving unsteadiness to the downstream flow characteristics. The first eigen mode would be useful to find out the tip vortex positions immersed in the unstable downstream region.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권2호
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pp.287-301
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2013
The present paper deals with the problems of yaw angle effects on podded propulsor performance. The study aims at providing insights on characteristics of podded propulsors in azimuthing condition. In this regard, a wide numerical simulation that concerned yaw angle effect measurement on podded propeller performance was performed. The Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) based solver is used in order to study the variations of hydrodynamic characteristics of podded propulsor at various angles. At first, the propeller is analyzed in open water condition in absence of pod and strut. Next flow around pod and strut are simulated without effect of propellers. Finally, the whole unit is studied in zero yaw angle and azimuthing condition. Structured and unstructured mesh techniques are used for single propeller and podded propulsor. The performance curves of the propeller obtained by numerical method are compared and verified by the experimental results. The characteristic parameters including the torque and thrust of the propeller, the axial force and side force of unit are presented as function of velocity advance ratio and yaw angle. The results shows that the propeller thrust, torque and podded unit forces in azimuthing condition depend on velocity advance ratio and yaw angle.
The procedures of model test and performance prediction for the CRP-POD propulsion ships, are studied. At the CRP-POD system, which are highly applicable to ultra large container carriers, RPM ratio of two propellers is not fixed, unlike conventional CRP system, and hence the power of each propeller must be predicted respectively. In this paper, a CRP-POD system is designed for 10,000 TEU class ultra large container carriers, and the characteristics of the CRP-POD system are experimentally studied. Finally, based on this study, the procedure of powering performance evaluation for CRP-POD propulsion ships is suggested. However, further studies on quantitative correction of the present procedure are required.
Recently, the application of the electric propulsion system becomes popular because of its advantage over conventional propulsion. However, the complicated flow mechanism and interaction around the azimuth thruster are not fully understood yet, and the studies on the powering performance characteristics with azimuth/pod thrusters are now in progress. The experimental method developed in KRISO(Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering) is introduced and the results of the powering performance tests, consisting of resistance, self-propulsion and propeller open water tests for a cable layer with two azimuth thrusters are presented. For the analysis of powering performance with azimuth thrusters, it is necessary to evaluate the thrust/drag for components of a thruster unit, Extrapolation results could differ according to the various definitions of the propulsion unit; that is the pod, thruster leg and/or nozzle can be treated as hull appendages or as part of propulsion unit, The powering performances based on several definitions are investigated for this vessel. The results of the measurements for the 3-dimensional velocity distribution on the propeller plane are presented to understand the basis of the difference in propulsion characteristics due to the propeller rotational directions.
The operation scenarios, types of ice, draft and propulsion system are important design point on the beginning stage of the ice breaking vessel. The concept of hull form in ice breaking vessel has to compromise the performance according to the operation route especially if ship is operating in ice and ice free water. The several hull forms were proposed to optimize the capability of the vessel in this paper. The effect of hull form according to type of ice is also discussing and explaining the ice resistance in each ice type as like pack ice, brash ice, level ice, rubble ice and ice ridge. The draft effect was examined and propulsion system for example FPP(Fixed pitch propeller), CPP(Controllable pitch propeller) and POD system was compared focusing on the propulsion efficiency.
The aim of this paper is to analyze the steady performance of POD-type waterjet system by panel method. A surface panel method is applied to the present analysis. To analyze the compound propulsor. analysis program has been developed based on a perturbation potential method. The developed code has been validated by comparing the experimental data of shrouded propeller. The validated code has been applied to the POD-type waterjet system which can be used for the propulsion of amphibious vehicle. The computed results have been compared with experimental results. which shows a good agreement between them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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