Devido a crescente necessidade da indústria aeronáutica de lançar novos modelos ou fazer melhorias em seus projetos, e a utilização mais freqüente da informática como ferramenta de trabalho nos departamentos de projetos e na integração com a produção, tem-se realizada a modificação dos softwares existentes com o intuito de atualizá-los ou torná-los mais abrangentes nos estudos de casos aeronáuticos, quando possível e viável, auxiliando com isto a diminuição de custos e a maximização da fase projeto/produção. Com esta finalidade, fez-se uma melhoria em um programa de métodos de painéis preexistente, utilizado para se fazer uma análise inicial de um projeto aeronáutico na indústria e, no caso de centros de ensinos e universidades, para a demonstração e aprendizagem de ferramentas de projetos, onde o carregamento axial da hélice foi acrescido de novos modelos. Para isso utilizou-se tanto carregamentos teóricos ou hipotéticos, através de curvas matemáticas conhecidas ou curvas polinomiais quaisquer, quanto carregamentos reais, obtidos de experimentações de diferentes hélices em testes de bancadas. Especificamente utilizou-se um modelo aeronáutico composto por um conjunto asa/fuselagem, com a hélice na posição \"pusher\", onde é mostrada a influência dos vários modelos de carregamento da hélice sobre o carregamento no perfil da asa. / Due to the increasing necessity of the aeronautical industry to launch new models or to make improvements in their projects, and the utilization more frequently of the computational programs as tools of work in the projects department and integration with production, has realised modifications have been made to in the existent softwares with the intuition of updating or to get close to the real situations in the study of aeronautical cases, when this is possible and viable, helping in the minimization of costs and the maximization of the project/prodution phase. With this aim, made improvements were made in a preexistent panel method, created for the initial analysis of an aeronautical project in the industry and, in the case of educational centers and the university, for the demonstration and the teaching of the use design tool, in which the axial loading on the propellers was increased, creating new models. For this as theoretical or hypotetical Ioading was used, through the use of known mathematical or polynomial curves, and real loading, obtained in experiments with different propellers static tests. Especifically an aeronautical model composed of a wing/fuselage, within a twin pusher propeller configuration, in which the influence of the several models of propeller loading on the wing section loading is shown.

Thesis (B.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1980. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Includes bibliographical references. / by Joshua Lindsay. / B.S.

Thesis. 1979. Ph.D.--Massachusetts Institute of Technology. Dept. of Ocean Engineering. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Bibliography: leaves 154-158. / Ph.D.

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Ocean Engineering, 1982. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Bibliography: leaves 144-148. / by David Scott Greeley. / Ph.D.

Este trabalho aborda o projeto de hélices navais auxiliado por computador, particularizando-os para a aplicação no sistema de propulsão de veículos autônomos de superfície (ASVs). São apresentadas as principais aplicações e características do casco demais sistemas que compõem os ASVs. Em seguida, trata-se da análise dos parâmetros principais que definem a geometria de um hélice naval. É proposta uma ferramenta numérica voltada à geração da superfície do hélice e do seu modelo sólido, a partir dos perfis transversais da pá, cuja distribuição radial é originada em dados de tabelas de séries sistemáticas. O trabalho é complementado por uma apresentação e análise dos métodos principais considerados para a manufatura auxiliada por computador de hélices que podem ser empregados tanto em ASVs como em outros veículos aquáticos não tripulados. / This work deals with the computer aided design of marine propellers applied to the propulsion system of autonomous surface crafts (ASVs). The main applications and component systems of ASVs are introduced. An analysis of the propeller main geometric parameters is performed, and a numerical tool is proposed for the surface and solid model generation using data provided by the propeller systematic series for the sectional profile radial description. Finally, it is presented the introduction and analysis of the computer aided manufacturing processes considered for the propulsion of ASVs and other unmanned aquatic vehicles.

Thesis (M.S.)--Mississippi State University. Department of Aerospace Engineering. / Title from title screen. Includes bibliographical references.

Open rotors are known to have significant advantages in terms of propulsive efficiency. These advantages translate directly in reduced fuel burn so that they nowadays benefit from a surge of interest. At the same time, recent advances in numerical simulations make the application of multidisciplinary optimization for the demanding design of transonic propeller blades, an affordable option. Therefore, an optimization method in which the performance objectives of aerodynamics, aeroacoustics and aeroelasticity compete against each other, is developed and applied for the design of high-speed single-rotation propellers. The optimization is based on Multi-Objective Differential Evolution (MODE).This technique is a particular kind of evolutionary algorithm that mimics the natural evolution of populations by relying on the selection, recombination and eventually mutation of blade designs, each of them being represented by a vector of design variables (e.g. chord width, tip sweep, etc). MODE has the advantage of dealing concurrently with all the objectives in the selection of potentially promising designs among a population. In order to keep the computational cost within reasonable margins, the assessment of the performance of proposed designs is done in a two-level approach. A metamodel provides performance estimates for each proposed design at extremely low computational effort while high-fidelity analysis codes provide accurate performance values on some promising designs at much higher cost. To safeguard the accuracy of the estimates, the metamodel is initially trained on a population that is specifically assembled for that purpose. The training is repeated from time to time with the high-fidelity performance values of promising designs. Different high-fidelity tools have been developed and used for the assessment of performance.The CFD-tool performs steady RANS simulations of a single blade passage of the isolated propeller in free air under zero angle of attack. These simulations provide the aerodynamic performance values. The full propeller is modelled thanks to cyclic boundary conditions. The k - ε turbulence model is used in combination with wall treatment. Adiabatic no-slip wall conditions are imposed on the spinner and blade surfaces whereas the test-section radial boundary is reproducing the effects of a pressure far-field. This approach has proven its robustness and, above all, its accuracy as satisfactory agreement with experimental results has been found for different operating conditions over a wide range of blade shapes, as well as sufficient grid independency. In the post-processing of the aerodynamic results, the Sound Pressure Level (SPL)is computed for tonal noise at various observer locations by the aeroacoustic solver(CHA). Formulation 1A from Farassat is used for this purpose. This formulation is related to the inhomogeneous wave equation derived from Lighthill's acoustic analogy by Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H). It benefits from the partial decoupling of the acoustic and aerodynamic aspects and is particularly suited to compute the noise from propellers. The thickness noise and loading noise are expressed by separate equations in the time-domain whereas the quadrupole source term is dropped from the original FW-H equation. The blade surface is chosen as integration surface and a newly developed truncation technique is applied to circumvent the mathematical singularity arising when parts of the blade reach sonic conditions in terms of kinematics with respect to the observer. This approach delivers accurate values at acceptable computational cost. Besides, CSM-computations make use of a finite elements solver to compute the total mass of the blade as well as the stresses resulting from the centrifugal and aerodynamic forces. Considering the numerous possibilities to tailor the blade structure so that it properly takes on the stresses, only a simplified blade model is implemented. [...]

O trabalho mostra os resultados de uma série de medições de desempenho propulsivo de um comboio no rio Araguaia, constituído de um empurrador bihélice de potência instalada de 448kW e duas chatas de 530 t de deslocamento cada. O empurrador teve, durante o período de medições, dois tipos de propulsores diferentes: da série B-Troost, mais convencional, e da série Kaplan em dutos. Os resultados de escala real foram analisados fazendo uso, inclusive, de resultados com modelos em tanques de provas, com o objetivo de descobrir os problemas e identificar os melhores procedimentos para o projeto de hélices de embarcações fluviais de cargas. Levando em consideração as características operacionais com alto carregamento das pás dos hélice fluviais, foi proposto um tratamento diferenciado daquele tradicionalmente aplicado em hélices de embarcações marítimas convencionais. Ao final, foi verificado que existem métodos adequados de estimativas de resistências ao avanço de comboios fluviais, mas que existem problemas nas estimativas dos coeficientes propulsivos, o que influencia decisivamente a qualidade dos projetos dos hélices fluviais. Com relação à geometria das pás dos hélices, concluiu-se que os hélices fluviais devem apresentar, em termos gerais, pequenos diâmetros, grandes razões de áreas expandidas, pás mais espessas, especialmente nas pontas, simetria do contorno das pás e ausência de caimento. As análises mostraram, também, as vantagens da utilização de hélices em dutos, assim como constataram que as séries sistemáticas de hélices podem ser utilizadas com pleno êxito em projetos de hélices de embarcações fluviais. / This work shows the results of a series of measurements of propulsive performance of a push-tow in the Araguaia river, with a 448kW twin-screw pusher and two 530t barges. During the measurements the pusher was fitted with two different types of propellers: firstly with a more conventional B-Troost one and later with a Kaplan ducted propeller. The full scale results were analyzed by using results of towing tank tests in order to find out the problems and identify the best procedures for the design of propellers of inland vessels. Taking into consideration the operational characteristics of heavily loaded blades of inland vessel propellers, it has been proposed a differentiated treatment compared to that usually applied on conventional marine propellers. At the end, it was verified that there exist good methods of estimating push-tow resistances, but there are problems in estimating the propulsive coefficients, and these influence decisively the quality of inland propeller design. Regarding the blades geometry of the propeller, it was concluded that inland propellers should have small diameters, great expanded area ratios, thicker blade sections, especially in the tips, no skew and no rake. The analysis showed, also, the advantages of the ducted-propellers in inland vessels, as well as it verified that the propeller systematical series can be used successfully for the selection of such propellers.

Devido a crescente necessidade da indústria aeronáutica de lançar novos modelos ou fazer melhorias em seus projetos, e a utilização mais freqüente da informática como ferramenta de trabalho nos departamentos de projetos e na integração com a produção, tem-se realizada a modificação dos softwares existentes com o intuito de atualizá-los ou torná-los mais abrangentes nos estudos de casos aeronáuticos, quando possível e viável, auxiliando com isto a diminuição de custos e a maximização da fase projeto/produção. Com esta finalidade, fez-se uma melhoria em um programa de métodos de painéis preexistente, utilizado para se fazer uma análise inicial de um projeto aeronáutico na indústria e, no caso de centros de ensinos e universidades, para a demonstração e aprendizagem de ferramentas de projetos, onde o carregamento axial da hélice foi acrescido de novos modelos. Para isso utilizou-se tanto carregamentos teóricos ou hipotéticos, através de curvas matemáticas conhecidas ou curvas polinomiais quaisquer, quanto carregamentos reais, obtidos de experimentações de diferentes hélices em testes de bancadas. Especificamente utilizou-se um modelo aeronáutico composto por um conjunto asa/fuselagem, com a hélice na posição \"pusher\", onde é mostrada a influência dos vários modelos de carregamento da hélice sobre o carregamento no perfil da asa. / Due to the increasing necessity of the aeronautical industry to launch new models or to make improvements in their projects, and the utilization more frequently of the computational programs as tools of work in the projects department and integration with production, has realised modifications have been made to in the existent softwares with the intuition of updating or to get close to the real situations in the study of aeronautical cases, when this is possible and viable, helping in the minimization of costs and the maximization of the project/prodution phase. With this aim, made improvements were made in a preexistent panel method, created for the initial analysis of an aeronautical project in the industry and, in the case of educational centers and the university, for the demonstration and the teaching of the use design tool, in which the axial loading on the propellers was increased, creating new models. For this as theoretical or hypotetical Ioading was used, through the use of known mathematical or polynomial curves, and real loading, obtained in experiments with different propellers static tests. Especifically an aeronautical model composed of a wing/fuselage, within a twin pusher propeller configuration, in which the influence of the several models of propeller loading on the wing section loading is shown.

A escolha do propulsor é uma etapa-chave no projeto de um navio. Muito do que se espera qualitativamente do desempenho de uma embarcação implica em economia de energia, em condições de operação e habitabilidade adequadas à tripulação, e em baixo custo de manutenção dos elementos estruturais e dos equipamentos. Essas questões estão diretamente relacionadas ao aproveitamento de combustível pelo sistema propulsivo e à propagação de vibração, cabendo ao propulsor um papel significativo para a performance do navio em ambos os aspectos. Por esta razão, a dissertação propõe a avaliação de propulsores navais com respeito à excitação de vibração e à eficiência, quando atuando em esteira não uniforme. A dissertação inicia-se com uma abordagem resumida especificamente sobre os estudos já realizados sobre indução de vibração pelo propulsor focados nas chamadas forças de mancal. Em seguida, revisam-se os assuntos pertinentes ao projeto de propulsor, isto é, definição de sua geometria, de seus coeficientes de operação, e dos métodos teóricos e computacionais utilizados para estudar seu comportamento hidrodinâmico. A metodologia do trabalho fundamenta-se no estudo paramétrico da geometria do hélice, objetivando identificar a influência de cada um dos parâmetros de projeto do propulsor nos dois aspectos destacados no início. As diversas configurações geométricas são submetidas a campos de velocidades advindos de diferentes navios, que representam três grupos de embarcações (navios série 60, porta-containers e navios-tanque), com o intuito de verificar as diferentes tendências de comportamento possíveis. Para a execução computacional, elabora-se uma rotina encarregada de sistematizar o processo de alterações geométricas, encaminhar os numerosos casos à análise hidrodinâmica, realizar o processo de integração casco-hélice e o pós-processamento dos resultados. A análise hidrodinâmica citada é feita através do uso de um software comercial, que, baseado na teoria do escoamento potencial, aplica o método dos painéis para a resolução do escoamento ao redor do propulsor. Os esforços excitados pelo hélice são traduzidos em critérios objetivos, baseados na transmissão de vibração através do eixo, que, associados ao critério de eficiência propulsora e à restrição relativa à ocorrência de cavitação, avaliam os casos e identificam-se o comportamento dos parâmetros de projeto. Obtém-se, como conclusão, uma metodologia de avaliação aplicável em outros casos de propulsores e navios. / The propeller choice is a key-step of the ship design. The high quality of the vessel performance requires energy economy, appropriated operating and environmental conditions for the crew, and low maintenance costs of structural elements and equipment. These questions consider directly fuel consumption by the propulsion system and the transmitted vibration, regarding the propeller an important role in the ships performance about both attributes. For this reason, the evaluation of marine propellers, regarding the induced vibration and the propulsive efficiency under a non-uniform inflow, is proposed. The study begins with a briefly state of the art about the propeller induced vibration focused in bearing forces. Then, a propeller design overview is made about subjects such as geometry definition, operation coefficients, and theoretical and computed methods for studying its hydrodynamic behavior. The methodology is based on a parametric study of the propeller geometry, in order to identify the influence of each of the propeller design parameters in both aspects highlighted in beginning. The several geometric configurations are submitted to the wake fields from different ships, that represent three groups of vessels (60 series, containers and tankers), then different tendencies of behavior can be expected. For computational execution, a routine is in charge of systematizing the process of geometrical parameterization, send the cases to the hydrodynamic analysis, make the hull-propeller integration and post process the data. The hydrodynamic analysis is compelled by a HSVA® software, which applies the panel method in the propeller flow, based on potential flow theory. The propeller induced bearing forces are converted in objective criteria, based on vibration transmission through the shaft, which, combined with the propulsive efficiency criteria and the cavitation restriction, evaluate the propeller geometric configurations. As a conclusion, a propeller evaluation methodology applicable to another kind of propeller series and wake fields is obtained.