The purpose of this work was to calculate propeller induced pressure fluctuations in a stern ship by theoretical method and next validate calculation result by measured data.
Performance of calculation method was decided to adapt for better suitability at the early stage of ship design.
Propeller working in the ship stem flow (wake) induces periodical pressure pulses; those pulses reflecting from a stem hull generate vibratory excitations in a hull structure.
Decreasing of vibratory excitations at the late stage of ship construction is difficult and expensive task, so the prediction of propeller induced pressure fluctuations at the early design stage is a quite useful.
For the theoretical computation methods the validation research has an important role, as it could be the only tool to determine the final reliability of theoretical model.
In this work pressure fluctuations of five propeller models of three ship hulls were calculated.
Computation was performed by the HULLPR-software, which calculates harmonic pressure amplitudes at the desired hull point position.
Theoretical model of the software is based on the potential flow theory of cavitating propeller.
Calculation points were chosen in a way to get possibility of straight comparison of calculated and measured amplitudes.
To fulfil the condition of early stage design propeller geometry and wake distribution, needed for software input, were interpolated and/or approximated by the most common, simple and fast ways.
The adequacy of chosen input-data preparations was checked by revision of calculated pressure amplitude components in their mutual relations.
Based on straight comparison between calculated and measured results, the computation accuracy was defined and set as general reliability of calculation method.
Validation result was additionally revised by analytical consideration of all main factors participated in generation of propeller induced pressure fluctuations.
Validation gave 50 % - 70 % error margins for computation, related to the model test pressure measurements.
This is not a bad result for theoretical prediction method of cavitating propeller.
At the same time correlation to full scale trials pressure measurements was much better.
Clear definition of reliability was suffered from noticeable fluctuation of calculated pressure amplitudes as in propeller model alone, such between them.
From the analytical consideration the main factors affected accuracy of calculation were using of model scale nominal wake instead of the effective full scale wake in input-data and lack of tip vortex cavitation contribution to the calculated pressure amplitude in theoretical model of the HULLPR-software.
The preparation method of input-data used in this work gave still acceptable accuracy of calculation meaning early stage of ship design.
Using the numerically defined ship full scale effective wake could probably give better reliability of theoretical method, and at the same time will do the calculation process completely numerical.
Työn tarkoituksena oli laskea potkurin indusoimia paineherätteitä teoreettisella laskentamenetelmällä ja validoida laskentatulos mallikoe- ja koeajopainemittauksilla.
Samalla laskentaprosessissa tarvittavat inputtiedot oli tarkoitus valmistella niin, että laskentamenetelmän käyttö olisi ensisijaisesti tarkoitettu laivasuunnittelun alkuvaiheeseen.
Pyöriessään laivan perävirtauksessa (vanavedessä) potkuri indusoi periodisia paineimpulsseja (paineherätteitä), jotka sitten heijastuvat perärungosta aiheuttaen sille värähtelyherätteitä.
Potkurin indusoiman värähtelyn pienentäminen valmiiksi rakennetussa laivassa on kallista ja teknisesti haastavaa, jolloin paineherätteiden ennustaminen teoreettisesti laivasuunnittelun alkuvaiheessa on hyvin tarpeellista.
Teoreettisten laskentamenetelmien kehittämisessä validointitutkimus on tärkeässä roolissa, koska vain sen perusteella menetelmälle voidaan määritellä pätevä luotettavuustaso.
Työssä laskettiin viiden eri potkurin indusoimia paineherätteitä kolmen eri laivan perärungoissa.
Laskennassa käytettiin kavitoivan potkurin potentiaalivirtausteorian perustavaa HULLPR-ohjelmistoa, jolla arvioitiin harmonisia herätepaineamplitudeja määrätyissä perärungon pisteissä.
Laskentapisteet oli valittu niin, että laskettuja ja mitattuja paineamplitudeja oli mahdollista verrata suoraan.
Laskentaprosessille valitun käyttöprofiilin toteuttamiseksi potkurin geometria ja vanavesijakauma interpoloitiin ja/tai approksimoitiin mahdollisimman nopeilla, yleisillä ja selkeillä malleilla.
Input-tietojen valmistelumenetelmän sopivuutta varmistettiin tarkistamalla laskettujen herätepaineamplitudien osakomponentteja niiden keskinäisen johdonmukaisuuden kannalta.
Itse validointiprosessissa laskettujen ja mitattujen amplitudien vertailun perusteella laskentatulokselle määritettiin laskentatarkkuus ja lisäksi validointitulos tarkastettiin myös analyyttisesti paremman kokonaiskuvan saamiseksi.
Validointiprosessin perusteella työssä suoritetulla laskennalla oli keskimäärin noin 50 % -70 % virhemarginaaliraja mallikoepainemittauksiin nähden, mikä ei ole huono teoriaan perustavalle paineherätelaskennalle.
Täysmittakaavassa eli koeajomittauksiin nähden vastaavuus oli vielä parempi.
Valitettavana asiana saadussa tuloksessa oli kuitenkin laskettujen amplitudien suuri vaihtelevuus niin potkurimallien välillä kuin sisälläkin.
Validointituloksen analyyttisen tarkastelun perusteella suurimmat epätarkkuustekijät laskennassa olivat mallimittakaavan nominaalivanaveden käyttö input-tietona ja kärkipyörrekavitaation aiheuttaman paineheräteosuuden puute laskentakoodista.
Valitun input-tietojen valmistelumenetelmän puitteissa ohjelmisto pystyi antamaan sellaisen tarkkuuden, joka voi olla hyväksyttävä laivasuunnittelun alkuvaiheessa.
Mahdollisuus korvata mallimittakaavassa mitattu nominaalivanavesi laskennallisella, efektiivisellä, täysmittakaavan vanavedellä antaisi todennäköisesti paremman tarkkuuden ja tekisi laskentaprosessista kokonaan numeerisen.
Submit a publication
Browse
Statistics