I N D E P T H I C E- C L A S S V E S S E L S


Fi g u r e 3: P e r c e nt l o a d v s n u m b e r of i m p a ct s


t h e n e w i c e br e a k er d e si g n a s s e s s m e nt. T h e ti m e d o m ai n a n al y si s u s e d t h e s c al e d l o a d s, st arti n g wit h a bl a d e or d er fr e q u e n c y l o a di n g.


A n al y si n g t h e i c e - milli n g d at a, it w a s q ui c kl y d et er mi n e d t h at m o st e v e nt s ar e v er y s h ort li v e d, l a sti n g o nl y a f e w s e c o n d s f or a t y pi c al pr o p ul s or i c e i m p a ct. I n g e n er al, t h e m a xi m u m r e c or d e d p e a k v al u e s l a st e d o nl y 1 - 4 bl a d e i m p a ct s ( ~1 pr o p ell er r e v ol uti o n) b ef or e dr a m ati c all y d e cr e a si n g. T o all o w f or a m ar gi n of c o mf ort, t h e vi br ati o n a n al y si s p erf or m e d u s e d s e v er al pr o p ell er bl a d e r ot ati o n s, f or t h e i n p ut l o a d. F or t h e fr e q u e n c y d o m ai n a n al y si s, t h e bl a d e or d er fr e q u e n c y w a s u s e d.


I c e c r u s hi n g / milli n g I c e cr u s hi n g / milli n g i s b ot h c h a oti c a n d n o nli n e ar. T hi s n o nli n e ar r e s p o n s e m a k e s it di ffi c ult t o u s e t y pi c al l o a d s p e ctr a i n a fr e q u e n c y a n al y si s a s it b e c o m e s o v erl y c o n s er v ati v e d u e t o t h e a s s u m e d h ar m o ni c n at ur e of t h e l o a d s p e ctr a.


T o pr o p o s e r e ali sti c l o a d s t h at c o ul d b e u s e d wit hi n t h e fr e q u e n c y d o m ai n, H E T C br o k e t h e r ul e l o a d s i nt o s e v er al c o m p o n e nt s, a n d u s e d a si mil ar a p pr o a c h a s i s u s e d i n a f ati g u e a n al y si s t o s c al e t h e m a g nit u d e of t h e s e l o a d s.


W h e n a pr o p ell er i nt er a ct s wit h i c e t h e f or c e s c a n b e br o k e n d o w n i nt o it s c o m p o n e nt s a n d a p pli e d t o t h e s hi p m o d el a p pr o pri at el y. T h e fir st c o m p o n e nt t o c o n si d er i s t h e t a n g e nti al f or c e w hi c h r e s ult s i n a t or q u e b e c a u s e of t h e milli n g. A s t h e bl a d e c ut s t hr o u g h t h e i c e t h er e i s a f or c e a cti n g o n t h e bl a d e, a p pr o xi m at el y t a n g e nti al t o t h e pr o p ell er di s k a n d r e si sti n g t h e r ot ati o n of t h e pr o p ell er.


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T hi s cr e at e s a l at er al f or c e o n t h e st er n t u b e b e ari n g, a s w ell a s a t or q u e o n t h e s h aft. T h e r e si st a n c e t o t h e t or q u e c o m e s fr o m t h e pri m e m o v er o n t h e ot h er e n d of t h e s h aft. T h er ef or e, t h e s e f or c e s a ct i nt o t h e f o u n d ati o n of t h e m ot or f or a s h aftli n e arr a n g e m e nt. If t h e v e s s el w er e fitt e d wit h a p o d d e d pr o p ul s or, t h e l at er al f or c e a n d t h e t or q u e w o ul d b e t a k e n i n t h e b o d y of t h e p o d a n d t h e n r e si st e d b y t h e p o d’ s c arri er b e ari n g.


T h e ot h er f or c e a ct s a xi all y t hr o u g h t h e s h aft. A s t h e bl a d e s stri k e t h e i c e, a f or c e b e n di n g t h e bl a d e, eit h er b a c k w ar d s or f or w ar d s i s e x p eri e n c e d, a n d t hi s i s a b s or b e d b y t h e t hr u st b e ari n g.


T h er ef or e, H E T C pr o p o s e d t h at t h e m o d el b e l o a d e d wit h t hr e e s e p ar at e l o a d s a cti n g si m ult a n e o u sl y alt h o u g h p o s si bl y o ut of p h a s e, d e p e n di n g o n t h e pr o p ul si o n arr a n g e m e nt.


H E T C u s e d t h e d e si g n e q u ati o n s f or t h e f or w ar d a n d b a c k w ar d bl a d e f or c e s, t h e t hr u st s a s s o ci at e d t o t h e f or w ar d a n d b a c k w ar d l o a d s, a n d t h e t or q u e o n t h e s h afti n g. T h e s e l o a d s ar e t h e o n c e i n a lif eti m e l o a d s t h at t h e v e s s el s pr o p ul si o n c o m p o n e nt s w o ul d e x p eri e n c e, t h u s n ot a p pr o pri at e f or a vi br ati o n a n al y si s.


T h e A B S P ol ar Cl a s s r ul e s h a v e r e q uir e m e nt s f or a f ati g u e a s s e s s m e nt of t h e pr o p ul si o n c o m p o n e nt s. F or f ati g u e a s s e s s m e nt s l o a d s of v ar yi n g m a g nit u d e ar e a p pli e d at v ar yi n g c y cl e s. T h e hi g h er t h e l o a d t h e l o w er t h e n u m b er of c y cl e s. I n t h e c a s e of t h e d e si g n l o a d s t h e n u m b er of a s s o ci at e d c y cl e s w o ul d b e o n e, w h er e a s a v er y l o w l o a d w o ul d b e a p pli e d h u n dr e d s of t h o u s a n d s or milli o n s of ti m e s.


T H E N A V A L A R C HI T E C T


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