Examination and Design of Propeller Configurations foran Electrically Powered Hydrofoil Vehicle

• Main Author: Wallberg, Joakim
• Format: Others
• Language: English
• Published: KTH, Marina system 2018
• Subjects: Engineering and Technology; Teknik och teknologier
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-226534

The thesis examines propeller configurations for the propulsion system for the water mode in the amphibious craft concept Newt, which also includes contra-rotating propellers. Newt is a research project on innovative commuter vehicles carried out by the naval architecture department at KTH. The project aims to enable new commuter routes for both transportation by land and water do to the properties of the vehicle. The thesis focuses on the propulsion for the water mode, where three design requirements for different speeds must be considered. The vehicle shall: 1.be able to overcome the resistance until the foils lift the hull out of the water; 2.achieve high efficiency at cruising speed; and 3.enable transport speeds over 25 knots. Different concepts have been evaluated where limitations in space and available subcomponents has guided the choice selection of the this. The propellers have been modeled with combination of the momentum theory and the blade element theory. The propellers have also been modeled with the commercial software Helicilel. The design of the propellers has been based on literature studies and different combinations of torque, rotation speed, cord length, NACA profiles, pitch and inflow rates have been tested. The system is dimensioned against the resistance which is based on small-scale model test that have been carried out. The result is four propellers that is placed as two pairs either as two contra rotating propeller pods or as four standalone pods. Dimensioning has focused on overcoming the planning threshold as well archive high efficiency at cruising speed. The top speed is estimated to 29 knots. === Examensarbetet undersöker propellerkonfigurationer för drivsystemet i det vattengående läget hos amfibiefarkostkonceptet Newt vilket även inkluderar kontraroterande propellrar. Newt är ett forskningsprojekt om innovativa pendlarfarkoster som bedrivs av Marina System på KTH. Projektet har som mål att kunna möjliggöra nya pendlingsvägar då farkosten både kan transporteras på land och vatten. Examensarbetet fokuserar på drivlinan i det vattengående läget, där tre designkrav för olika hastigheter måste beaktas. Farkosten skall: 1.kunna övervinna formmotståndet tills farkostens bärplan lyfter skrovet ur vattnet; 2.uppnå hög effektivitet vid marschfart; samt 3.möjliggöra transporthastigheter som överskrider 25 knop. Olika koncept har tagits fram, där begränsningar i utrymme hos farkosten samt tillgång på fysiska komponenter har styrt valet av dessa. Propellrarna har modellerats med momentteorin samt bladelementteorin med egenskriven kod och den kommersiella programvaran Helicilel. Utformningen av propellrarna har utgått från litteraturstudier, varpå olika kombinationer av vridmoment, varvtal, kordlängd, NACA-profiler, stigning och inflödeshastigheter har testats. Systemet är dimensionerat efter motståndet, vilket är baserat på skaltester som har genomförts. Resultatet består av fyra propellrar vilka kan monteras som två kontraroterandepropellerpar eller fyra separata propellrar. Dimensioneringen har fokuserat på att övervinna planingströskeln samt inneha hög effektivitet vid marschhastighet. Topphastigheten beräknas till 29 knop.