Design of a marine propeller for scale racing boats in a speed and energy efficiency contest

• Riveros Nieto, Daniel E. ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
• Localización: Ship Science and Technology, ISSN-e 2619-645X, ISSN 1909-8642, Vol. 14, Nº. 28, 2021, págs. 31-41
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Diseño de una hélice marina para embarcaciones de carrera a escala en concurso de velocidad y eficiencia energética
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• Resumen
  • español

    En esta investigación se aborda el proceso de diseño óptimo, evaluación y fabricación de hélices de alta eficiencia energética para barcos de competición a escala. Este proyecto utiliza como ejemplo las etapas de diseño hidrodinámico, ensayos numéricos y la manufactura de cuatro prototipos. Durante el diseño hidrodinámico, se comparan tres metodologías de diseño, a saber: Teoría de los elementos de palas, teoría de línea de sustentación y diseño basado en la serie de hélices DTMB. La función objetivo del diseño optimizado se basa en la obtención de la distribución radial de cuerda y paso que genere el mayor empuje, velocidad y eficiencia. Del mismo modo, se evalúa el rendimiento de cada prototipo mediante CFD en un canal virtual registrando empuje, momento y velocidad. Finalmente, se presenta el proceso de fabricación aditiva aplicado. Las hélices prototipadas presentan eficiencias y velocidades máximas aproximadamente un 15% superiores a las hélices comerciales recomendadas para este tipo de embarcaciones. Este estudio fue desarrollado por el grupo Hydrometra en el marco del concurso internacional Hydrocontest 2017.

  • English

    The process of optimized design, evaluation and manufacturing of high energy efficiency propellers for competition boats at scale is addressed in this research. This project uses the stages of hydrodynamic design, numerical testing and manufacturing of four prototypes as example. During the hydrodynamic design, three design methodologies were compared, namely: Blade Element Theory, lifting line theory and design based on DTMB propeller series. The objective function of the optimized design is based on obtaining the chord and pitch distribution that generates the greatest thrust, speed and efficiency. Similarly, the performance of each prototype was evaluated by CFD in a virtual channel registering thrust, torque and speed. Finally, the additive manufacturing process applied is presented. Prototyped propellers present efficiencies and maximum speeds approximately 15% higher than recommended commercial propellers for this type of boats. This study was developed by the Hydrometra group in the framework of the international competition Hydrocontest 2017.