Μοντελοποίηση διέγερσης και διάδοσης ακουστικού θορύβου από ναυτικές έλικες με εφαρμογή σε πλοία ειδικού τύπου

Κανέλλος, Ηλίας

dc.contributor.author	Κανέλλος, Ηλίας
dc.date.accessioned	2020-10-21T17:56:51Z
dc.date.available	2020-10-21T17:56:51Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/51574
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.19272
dc.rights	Default License
dc.subject	ναυτική έλικα, σπηλαίωση , υποθαλλάσιος θόρυβος , κατευθυντικότητα	el
dc.subject	marine propeller ,cavitation, underwater noise, directivity	en
dc.title	Μοντελοποίηση διέγερσης και διάδοσης ακουστικού θορύβου από ναυτικές έλικες με εφαρμογή σε πλοία ειδικού τύπου	el
dc.contributor.department	ΝΑΥΤΙΚΗ ΚΑΙ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΣΤΗΜΗ	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Ναυτική και Θαλάσσια Υδροδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-05-28
heal.abstract	Σε αυτή την εργασία παρουσιάζεται ένα μοντέλο δημιουργίας και διάδοσης θορύβου από σπηλαιούμενες και μη σπηλαιούμενες έλικες βασισμένο σε μία μη μόνιμη υδροδυναμική ανάλυσης της έλικας που λειτουργεί σε μη μόνιμες συνθήκες πεδίου ομόρρου καθώς και εφαρμογές αυτού σε πλοία ειδικού τύπου (πολεμικά). Ο θόρυβος της ναυτικής έλικας διαχρονικά έχει απασχολήσει την επιστημονική κοινότητα αρχικά λόγω των επιδράσεων του στην ταχύτητα των πολεμικών πλοίων αλλά και την αύξηση της πιθανότητας εντοπισμού των υποβρυχίων. Με την ανάπτυξη της οικονομίας από τον Β΄ Παγκόσμιο Πόλεμο και μεταγενέστερα, η εμπορική ναυτιλία και οι θαλάσσιες μεταφορές αναπτύχθηκαν ραγδαία και αντίστοιχα ο αριθμός των πλοίων, εγείροντας το ενδιαφέρον για περαιτέρω μελέτη της επίδραση της θαλάσσιας ηχορύπανσης στο θαλάσσιο οικοσύστημα (χλωρίδα και πανίδα). Στο πρώτο κεφάλαιο εξηγούνται οι βασικές κατηγορίες υποθαλάσσιου διαδιδόμενου θορύβου του πλοίου, η επίδραση τους στα θαλάσσια θηλαστικά, προγράμματα μελέτης του υποθαλάσσια διαδιδόμενου θορύβου όπως το AQUO και το SONIC, οι υφιστάμενες διεθνείς και τοπικές συμφωνίες για την ρύθμιση των επιπέδων θορύβου στην θάλασσα αλλά και η σημασία του ακουστικού αποτυπώματος για τα πολεμικά πλοία. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται τα βασικά χαρακτηριστικά και την γεωμετρία της ναυτικής έλικας, ο γενικός τρόπος λειτουργίας αυτής για συμβατικού τύπου έλικες και ο τρόπος με τον οποίο κινείται το πλοίο από την έλικα. Τέλος περιγράφονται τυπικά είδη της σπηλαίωσης, η συνεισφορά της στην αύξηση του εκπεμπόμενου θορύβου από τα πλοία και ο κύκλος ζωής της φυσαλίδας σπηλαίωσης. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η υδροδυναμική ανάλυσης έλικας σε σπηλαιούμενη και μη σπηλαιούμενη ροή, θεωρώντας ως κυρίαρχη πηγή θορύβου την σπηλαιούμενη έλικα, και παρουσιάζονται τα βασικά υδροδυναμικά χαρακτηριστικά αυτών. Για την εργασία μας χρησιμοποιούνται ως παραδείγματα υπολογισμού δύο έλικες, η KP-068 χωρίς πλευρική απόκλιση και η ΚΡ-070 με πλευρική απόκλιση 70⁰. Στο τέταρτο κεφάλαιο μοντελοποιείται η διάδοση του μεταδιδόμενου θορύβου της έλικας, χρησιμοποιώντας τον μετασχηματισμό Farassat για την λύση της εξίσωσης Ffowcks Williams και Hawkings, στα οποία θεωρούνται ως μονόπολο ο θόρυβος της σπηλαίωσης και ως δίπολο ο θόρυβος φόρτισης. Το μοντέλο αυτό χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του φάσματος του θορύβου στην μπάντα χαμηλών συχνοτήτων (0-200Hz). Ακόμη υπολογίζεται το κατευθυντικό μοντέλο για τον καθορισμό της διάδοσης του ήχου στην θάλασσα και τέλος προτείνονται εφαρμογές αυτού του μοντέλου σε πλοία ειδικού τύπου. Συνοψίζοντας, ο θόρυβος της έλικας επηρεάζει σημαντικά τόσο το θαλάσσιο οικοσύστημα αλλά και το ακουστικό ίχνος ενός πλοίου ειδικού τύπου όπου η διατήρηση του σε χαμηλά επίπεδα επηρεάζει την επιβιωσιμότητα του. Η μοντελοποίηση και τρόποι μείωσης της ακουστικής υπογραφής αποτελούν σημαντικό πεδίο μελέτης με πλήθος εφαρμογών.	el
heal.abstract	The present thesis is presenting a model generating and propagating noise from cavitating and non cavitating marine propellers operating in a unsteady wake field and applications of this model for special purpose ships (warships). Cavitating propeller noise has been a study issue for the scientific community firstly due to the effect had to the speed of warships and the rise of detection probability of submarines. With the growth of world economy after WWII, subsequently grew rapidly merchant shipping and the number of ships gaining attention for further study of the effect of marine pollution to sea’s ecosystem (flora and fauna). In the first chapter are discussed the basic ship sources of underwater radiated noise, the effect on marine mammals, projects on the study of underwater radiated noise such as AQUO and SONIC, existing international and regional agreements for regulation of extent noise and the importance of acoustic signature on warships. In the second chapter are discussed the basic characteristics of the geometry of marine propeller, a general idea of the operation for a conventional propeller type describing how the ship is moving. Lastly the common types of cavitation and their contribution in underwater noise are described and also the life cycle of cavitation bubble. In the third chapter is presented a hydrodynamic analysis of a cavitating and non cavitating propeller and their basic hydrodynamic features considering cavitating propeller as the most dominant contributor. For this presentation two propellers with varying degrees of skew are investigated KP068 (unskewed) and KP070 (70 deg skewed). In the fourth and final chapter a model for the underwater radiated noise is presented, using the Farassat formulation of the Ffowcks-Williams and Hawkings, in which thickness noise is described as a monopole and loading noise as a dipole source. The model is then used to calculate the noise spectrum in the low frequency band (0-200 Hz). Also, the directivity pattern is calculated in order to determine the underwater sound propagation and lastly applications of this model for special purpose ships are proposed. Concluding, underwater propeller noise is significantly affecting the underwater ecosystem, but especially the acoustic signature of a special purpose ship where the ability to sustain it to low levels, affects her survivability. Modelling and ways of acoustic quieting are an important study field with various applications.	en
heal.advisorName	Μπελιμπασάκης, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Αθανασούλης, Γεράσιμος
heal.committeeMemberName	Παπαδάκης, Γεώργιος
heal.academicPublisher	Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	137
heal.fullTextAvailability	false