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.
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.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.4
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pp.346-356
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2011
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.
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.
The computational fluid dynamics software FLUENT is used to calculate and compare the hydrodynamic performance of the propeller-rudder system of a 42-m trawler, which is installed with a ducted propeller. The effects of rudder on the hydrodynamic performance of the ducted propeller and the wake flow behind the propeller are firstly investigated. In addition, the different rudder angles are also considered to further study the performance of this system.
Seo, Ju-Won;;;;Jeon, Myeong-Jun;Yun, Hyeon-Gyu;Kim, Yeon-Gyu
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2018.11a
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pp.4-6
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2018
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.
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.
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.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.4
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pp.553-564
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2010
This paper studies on the rudder shapes for the suppression of the cavitation around a horn-type rudder. To improve the problems due to cavitation, there have been several studies. However, these some studies are recognized as incomplete ways to suppress the rudder cavitation. In this study, the section shapes to suppress the cavitation phenomena are determined by moving the location of maximum thickness for reducing the curvature variation and changing the radius of leading edge. Also, in the pintle part, the curvature radius of the inlet outlet edge of rudder plate is changed. During the design of rudder shape, two-dimensional numerical simulations are firstly performed because those offer some advantages with that cavitation phenomena becomes predictable for a short time, and then the three-dimensional numerical simulations are performed to confirm the determination. The time mean distribution of the propeller slipstream is imposed on the inlet boundary condition. As some results, this paper shows the effects reducing the range of the occurrence of cavitation, and suggests the references on the design of a horn-type rudder for the suppression of cavitation phenomena.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.7
no.3
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pp.1-16
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2001
In view of the fact that marine casualties have more often occurred recently, there is a need for ship-handling simulator as a useful tool for maritime training, safety assessment and so on. Moreover various kinds of hull forms have appeared for the purpose of improving ship manoeuvrality. Therefore ship-handling simulator is in need of a database for various ships, and it can make diverse maneuvering simulations possible to apply respective mathematical model to ship-handling simulator. In this paper, we adopted twin-screw and twin-rudder ship and discussed mathematical model of maneuvering motions for her. It was discussed from the viewpoint of hull damping forces at low advance speed and interaction between hull, propeller and rudder. Using this model, maneuvering motion of twin-screw and twin-propeller ship was simulated numerically and her principal manoeuvrability was examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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