Physical Modeling of the Hydroacoustic Field of a Marine Propeller
- Authors: Stulenkov A.V.1, Artelny V.V.1, Korotin P.I.1, Suvorov A.S.1, Gorbuntsov I.E.2, Norkin M.S.1, Zaytseva S.G.1
-
Affiliations:
- Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
- Malakhit Marine Engineering Bureau
- Issue: Vol 70, No 5 (2024)
- Pages: 747-756
- Section: АКУСТИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ. ШУМЫ И ВИБРАЦИИ
- URL: https://ruspoj.com/0320-7919/article/view/648438
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320791924050097
- EDN: https://elibrary.ru/XBGOSJ
- ID: 648438
Cite item
Abstract
The paper presents a research of the acoustic field of the propeller, including at the resonant frequencies of its blades. The research is based on a computational and experimental approach based on the combined use of numerical and experimental physical modeling. The paper shows the importance of taking into valuation the elastic resonances of the propeller in the design, demonstrates the methods of physical and numerical modeling used, which provide high accuracy in determining the resonance frequencies of the blades in water and in air. Using the example of two propeller models made of different materials, the effect of Q-factor on the levels and type of the radiation spectrum is experimentally demonstrated.
Full Text

About the authors
A. V. Stulenkov
Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: stulenkov@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod
V. V. Artelny
Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
Email: stulenkov@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod
P. I. Korotin
Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
Email: stulenkov@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod
A. S. Suvorov
Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
Email: stulenkov@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod
I. E. Gorbuntsov
Malakhit Marine Engineering Bureau
Email: stulenkov@ipfran.ru
Russian Federation, Saint Petersburg
M. S. Norkin
Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
Email: stulenkov@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod
S. G. Zaytseva
Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
Email: stulenkov@ipfran.ru
Russian Federation, Nizhny Novgorod
References
- Рождественский В.В. Кавитация. Л.: Судостроение, 1977. 248 с.
- Tewari A.K., Vijayakumar R. A review of methods for hydro-acoustic analysis of non-cavitating marine propellers // Trans RINA, Int. J. Maritime Eng. 2019. V. 161. Part A3.
- Chevalier F., Bordier L., Leblond C., Sainclair F., Sanchez J.-M., Serre G. Numerical prediction of the noise radiated from silent non cavitating marine propellers // OCEANS2019 Marseille. P. 1–4.
- Purwana A., Ariana I.M., Wardhana W., Handani D. Performance and Noise Prediction of Marine Propeller Using Numerical Simulation // IPTEK J. Proc. Series. 2018. № 4(1). P. 20.
- Wang Y., Göttsche U., Abdel-Maksoud M. Sound Field Properties of Non-Cavitating Marine Propellers // J. Marine Science and Engineering. 2020. № 8(11). P. 885.
- Tanttari J., Hynninen A. Acoustic Source Characterization of Marine Propulsors // J. Marine Science and Engineering. 2022. № 10. P. 1273.
- Ильин В.П., Левковский Ю.Л. Исследование влияния вибраций крыла на его кромочный шум // Акуст. журн. 1993. Т. 39. № 3. С. 489–497.
- Haimov H., et al. Propeller acoustic measurements in atmospheric towing tank // Ocean Eng. 2015. № 120. P. 190–201.
- Zhu C., Gaggero T., Makris N.C., Ratilal P. Underwater Sound Characteristics of a Ship with Controllable Pitch Propeller // J. Marine Science and Engineering. 2022. № 10. P. 328.
- Рутенко А.Н., Ущиповский В.Г. Оценки акустических шумов, генерируемых вспомогательными судами, работающими с нефтедобывающими платформами // Акуст. журн. 2015. Т. 61. № 5. С. 605–613.
- Staszewski W.J., bin Jenal R., Klepka A., Szwedo M., Uhl T. A Review of Laser Doppler Vibrometry for Structural Health Monitoring Applications // Key Eng. Materials. 2012. V. 518. P. 1–15.
- Rothberg S.J., et al. An international review of laser Doppler vibrometry: Making light work of vibration measurement // Optics and Lasers in Eng. 2017. V. 99. P. 11–22.
- Артельный В.В., Родионов А.А., Стуленков А.В. Повышение частотного разрешения при измерении вибраций вращающихся тел с помощью лазерной виброметрии с неподвижным лучом // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 3. С. 351–356.
- Стуленков А.В., Коротин П.И., Суворов А.С. Новые применения лазерной виброметрии // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 6. С. 824–828.
- Фахи Ф.Д. Некоторые приложения принципа взаимности в экспериментальной виброакустике // Акуст. журн. 2003. Т. 49. № 2. С. 262–277.
- Suvorov A.S., Sokov E.M., Vyushkina I.A. Regular algorithm for the automatic refinement of the spectral characteristics of acoustic finite element models // Acoustical Physics. 2016. V. 62. № 5. P. 593–599.
- Suvorov A.S., Sevriukov O.F., Zaitseva S.G., et al. High-performance CATEC software for computational acoustics // J. Applied Mathematics and Physics. V. 11. P. 2515–2522.
- Суворов А.С., Соков Е.М., Вировлянский А.Л., Еремеев В.О., Балакирева Н.В. Метод конечно-элементного моделирования гидродинамического шума, возникающего при обтекании упругих тел // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 6. С. 713–721.
- Salin M.B., Sokov E.M., Suvorov A.S. Method of mode analysis for mechanoacoustic systems. // Mechanics of Solids. 2020. V. 55. № 8. P. 1318–1327.
- Суворов А.С., Коротин П.И., Артельный В.В., Артельный П.В., Соков Е.М., Салин М.Б., Вьюшкина И.А. Методология расчетно-экспериментального моделирования виброакустических характеристик сложных механоакустических систем // Изв. РАН. Сер. физ. 2016. Т. 80. № 10. С. 1384–1388.
- Суворов А.С., Соков Е.М., Артельный П.В. Численное моделирование излучения звука с использованием акустических контактных элементов // Акуст. журн. 2014. Т. 60. № 6. С. 663–672.
- Cалин М.Б., Соков Е.М., Суворов А.С. Численный метод исследования акустических характеристик сложных упругих систем на основе суперэлементов и аналитических граничных условий // Гидроакустика. 2011. № 14. С. 36–56.
- Salin M.B., Smirnov S.A., Suvorov A.S., Usacheva I.A., Vyushkina I.A. Integral absorbing boundary conditions optimized for modelling of acoustic radiation of elongated bodies // J. Applied Mathematics. 2022. Article ID9524376.
- Зверев А.Я. Сравнительный анализ акустических характеристик композитной и металлической панелей при звуковом и псевдозвуковом возбуждении // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 2. С. 249–260.
- Ghassemi H., Fadavie M., Nematy D. Hydro-Structure Analysis of Composite Marine Propeller under Pressure Hydrodynamic Loading // Amer. J. Mechanical Engineering. 2015. V. 3. № 2. P. 41–46.
- Shayanpoor A.A., Hajivand A., Moore M. Hydroelastic Analysis of Composite Marine Propeller Basis Fluid-Structure Interaction (FSI) // IJMT. 2020. № 13. P. 51–59.
- Kishore M.L.P., Singh V.K., Behra R.K., Saran C.S., Paswan M., Kumar K. Hydrodynamic characteristics of marine composite propeller blade using a numerical approach // IJAAS2021. V. 10. № 1. P. 20–27.
- Kim J.-H., Lee H., Kim S.-H., Choi H.-Y., Hah Z.-H., Seol H.-S. Performance Prediction of Composite Marine Propeller in Non-Cavitating and Cavitating Flow // Appl. Sci. 2022. № 12. P. 5170.
- Paik B.-G., Kim G.-D., Kim K.-Y., Seol H.-S., Hyun B.-S., Lee S.-G., Jung Y.-R. Investigation on the performance characteristics of the flexible propellers // Ocean Eng. 2013. № 73. P. 139–148.
Supplementary files
