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.
Seo, Dae-Won;Kim, Jong-Hyun;Kim, Hyo-Chul;Lee, Seung-Hee
Journal of Ship and Ocean Technology
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v.12
no.3
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pp.36-54
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2008
A jet stream applied tangential to a curved surface in fluid increases lift force by strengthening circulation around the surface and this phenomenon is known as the Coanda effect. Many experimental and numerical studies have been performed on the Coanda effect and the results found to be useful in various fields of aerodynamics. Recently, preliminary studies on Coanda control surface are in progress to look for practical application in marine hydrodynamics since various control surfaces are used to control behaviors of ships and offshore structures. In the present study, the performance of a Coanda control surface with different geometries of the jet injection nozzle was surveyed to assess applicability to ship rudders. A numerical simulation was carried out to study flow characteristics around a section of a horn type rudder subjected to a tangential jet stream. The RANS equations, discretized by a cell-centered finite volume method were used for this computation after verification by comparing to the experimental data available. Special attentions have been given to the sensitivity of the lift performance of a Coanda rudder to the location of the slit (outlet) and intake of the gap between the horn and rudder surface at the various angles of attack. It is found that the location of the water intake is important in enhancing the lift because the gap functions as a conduit of nozzle generating a jet sheet on the rudder surface.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.3
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pp.238-246
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2008
In the present study, the influences on the gap cavitaiton of the semi-spade rudder are investigated experimentally in the condition with propeller and hull wakes. To reduce the scale effect in the given experimental conditions, 1/28.5-scale-down models of propeller and rudder are manufactured. We have the propeller rotate ahead of the rudder, inducing the three dimensional effects originated from the propeller action. Experimental methods are composed of the cavitation observation using high speed camera, PIV (particle image velocimetry) measurements to visualize the cavitaition and flows around the gap. The propeller slipstream affects both of the gap flows and cavitation of the rudder.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.46
no.5
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pp.460-470
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2009
In recent practice a half round prismatic bar has fillet welded or formed through foundry work along the centerline on rear concave surface of the horn to mitigate gap flow between fixed and movable part of the rudder system. When the gap clearance has been blocked with this practice, numerical simulations indicate that the practices are not only effective in reducing the gap flow but also in mitigating the cavitation. The blocking effects are remarkably improved when a pair of blocking bar is bisymmetrically attached with respect to centerline on the opposite convex surface of the movable part. The blocking bar could be placed on the exposed surface under maximum rudder angle. This implies that the blocking bar could be easily adopted not only in a design stage but also in a maintenance stage for mitigating rudder cavitation. In addition, the numerical simulations imply that more improvements could be anticipated through the selection of section shape of prismatic bar for gap flow blocking.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.1
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pp.40-49
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2000
In this paper, an empirical formula to estimate the steering gear torque of a Tanker with a horn type rudder was developed by using the statistical analysis. The hydrodynamic characteristics of the horn type rudder in the free-stream condition were calculated by using the modified lifting line theory by Molland, and the interaction effects by propeller and hull were analyzed by the regression analysis of the sea-trial data of 32 vessels. The comparison with the delivered vessels' data shows that the formula can be used for predicting the steering gear torque at the initial design stage.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.2
s.152
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pp.74-82
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2007
Recently, the erosion due to cavitation frequently occurs on a horn-type rudder of a high-speed large container carrier. It is necessary to understand the flow characteristics around a rudder in fully wetted and cavitating flow condition, and the process of generation and collapse of cavitation for a rudder design to minimize the cavity-induced erosion. The flow characteristics around a two-dimensional hydrofoil(NACA66) are investigated through the computational method utilizing a viscous flow theory applied to a cavitation model. The computational results from the viscous flow theory are verified by the comparison with the experimental results, and are compared with those from the potential flow theory. The effects of angle of attack, Reynolds number, cavitation number, and thickness ratio on the cavitating flow are also investigated.
In this paper, we studied to improve Inoue's[1] and Kijima's[2] model used to predict ship's manoeuvrability in initial design stage. To perform this work, we had PMM(Planar Motion Mechanism) test and rudder open water test for 12 Models of low-speed blunt-ship which have horn type rudder and bulb in afterbody. Using MMG(Mathematical Modelling Group) model, we analyzed hydrodynamic and MMG experimetnal coefficidnts used to search sensitivities and to estimate ship's manoeuvrability, adn the results are performed by the regression analysis of principle parameters. We varified them to analyze ship's manoeubbrability , had simulate manoeubrability to check revised MMG model and compared them wiht Inoue's method. the result of PMM test and sea trial. Then it is found that the revised method can predict the maneuverability more accurately even for an unstable ship.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.4
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pp.31-38
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1993
Horn rudders or flap rudders with a gap between forward and after part are used for effective steering of a ship or a submerged body. It is necessary to analyze the effect of a gap since it affects the performance of rudders. In this paper, an equation to calculate the lift acting on a two-dimensional flap rudder in uniform flow is derived by using the thin hydrofoil theory and the analytic solution of viscous flow in a channel formed by two coaxial cylindrical walls to which a pressure gradient is applied.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.50
no.5
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pp.324-333
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2013
Recently, rudder erosion due to cavitation has been frequently reported on a semi-spade rudder of a high-speed large ship. This problem raises economic and safety issues when operating ships. The semi-spade rudders have a gap between the horn/pintle and the movable wing part. Due to this gap, a discontinuous surface, cavitation phenomenon arises and results in unresolved problems such as rudder erosion. In this study, we made a rudder model for 2-D experiments using the NACA0020 and also manufactured gap flow blocking devices to insert to the gap of the model. In order to study the gap flow characteristics at various rudder deflection angles($5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $35^{\circ}$) and the effect of the gap flow blocking devices, we carried out the velocity measurements using PIV(Particle Image Velocimetry) techniques and cavitation observation using high speed camera in Seoul National University cavitation tunnel. To observe the gap cavitation on a semi-spade rudder, we slowly lowered the inside pressure of the cavitation tunnel until cavitation occurred near the gap and then captured it using high-speed camera with the frame rate of 4300 fps(frame per second). During this procedure, cavitation numbers and the generated location were recorded, and these experimental data were compared with CFD results calculated by commercial code, Fluent. When we use gap flow blocking device to block the gap, it showed a different flow character compared with previous observation without the device. With the device blocking the gap, the flow velocity increases on the suction side, while it decreases on the pressure side. Therefore, we can conclude that the gap flow blocking device results in a high lift-force effect. And we can also observe that the cavitation inception is delayed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.35
no.1
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pp.46-53
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1998
In this paper, we studied to improve Inoue's[1] and Kijima's[2] model used to predict ship's manoeuvrability at initial design state. To perform this work, we carried out PMM(Planar motion Mechanism) test and rudder open water test for 12 models of low-speed blunt-ship which have horn type rudders and bulbs in afterbody. As we adopted MMG(Mathematical Modelling Group) model, we could analyze hydrodynamic and MMG experimental coefficients. The regression analyses by principle parameters were carried out for hydrodynamic and MMG experimental coefficients. The regression analyses by principle parameters were carried out for hydrodynamic and MMG experimental coefficients and the equations by regression analysis wee used to search sensitivities and to estimate ship's manoeuvrability. We had simulated ship's manoeuvrability to check revised MMG.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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