Proceedings of the 14th Symposium on Naval Hydrodynamics (summary)

P1983-6

Fourteenth Symposium

NAVAL

HYDRODYNAMICS

Propeller-Related Problems

Cavitation

Nonlinear Free-Surface Problems

Viscous Fluid Problems

sponsored jointly by

O F F I C E O F N A V A L R E S E A R C H

U N I V E R S I T Y O F M I C H I G A N , A N N A R B O R

N A V A L S T U D I E S B O A R D

ofthe

N A T I O N A L R E S E A R C H C O U N C I L

NATIONAL A C A D E M Y PRESS Washington, D . C . 1983

P a r t i a l s u p p o r t f o r t h e p u b l i c a t i o n o f t h e s e P r o c e e d i n g s w a s p r o v i d e d b y t h e O f f i c e o f N a v a l R e s e a r c h o f t h e D e p a r t m e n t o f t h e N a v y . T h e c o n t e n t d o e s n o t n e c e s s a r i l y r e f l e c t t h e p o s i t i o n o r t h e p o l i c y o f t h e N a v y , t h e U . S . G o v e r n m e n t , o r t h e N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l , a n d n o e n d o r s e m e n t s h o u l d be i n f e r r e d . I n t h e i n t e r e s t o f t i m e l y p u b -l i c a t i o n , t h e i n d i v i d u a -l a u t h o r s ' p a p e r s a r e p r e s e n t e d h e r e a s r e c e i v e d a n d w i t h m i n i m a l e d i t o r i a l a t t e n t i o n . A v a i l a b l e f r o m : N a v a l S t u d i e s B o a r d N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l 2 1 0 1 C o n s t i t u t i o n A v e n u e W a s h i n g t o n , D . C . 2 0 4 1 8 P r i n t e d i n t h e U n i t e d S t a t e s o f A m e r i c a

National Academy Press

T h t National Academy Ptcss was created by the National Academy of Sciences to publish the reports issued by the Academy and by Ihe National Academy of Engineering, the Institute of Medicine, and the National Research Council, all operating under Ihe charter granted to the National Academy of Sciences by Ihe Congress of the United States.

PROGRAM COMMITTEE

T . F r a n c i s O g i l v i e , C h a i r m a n

Massachusetts Institute of Technology

G e o r g e F . C a r r i e r

Harvard University

M i c h a e l G . P a r s o n s

University of Michigan

R a l p h D . C o o p e r

Flow Research Company

R o b e r t W h i t e h e a d

Office of Naval Research

C h o u n g M . L e e

Office of Naval Research

L e e M . H u n t

National Research Council

SYMPOSIUM A I D E S V i r g i n i a K o n z J e a n e t t e V e c c h i o University af Michigan M a r y G . G o r d o n E l i z a b e t h A . L u c k s J u d y S u l

National Research Council

Foreword

T h e O f f i c e o f N a v a l R e s e a r c h , t h e N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l , a n d t h e U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n j o i n t l y s p o n s o r e d t h e F o u r t e e n t h S y m p o s i u m o n N a v a l H y d r o d y n a m i c s , w h i c h w a s h e l d i n A n n A r b o r , M i c h i g a n , o n A u g u s t 2 3 - 2 7 , 1 9 8 2 . A n i n t e r n a t i o n a l s y m p o s i u m o f t h i s s c o p e r e q u i r e s c a r e f u l p l a n n i n g , i n t e n s e e f f o r t , a n d e x t r a o r d i n a r y c o o p e r a t i o n cimong s p o n s o r s , o r g a n i z e r s , a n d p a r t i c i p a n t s . T h e s u c c e s s o f t h e A n n A r b o r s y m p o s i u m r e f l e c t s p o s i t i v e l y o n t h e e f f o r t s a n d d e d i c a t i o n o f a l a r g e r g r o u p o f p e o p l e t h a n c a n be a c k n o w l e d g e d h e r e . T h e t e c h n i c a l p r o g r a m f o r t h e s y m p o s i u m c o n s i s t e d o f e i g h t s e s s i o n s f o c u s i n g o n f o u r a r e a s o f c u r r e n t i n t e r e s t t o n a v a l h y d r o d y n a m -i c -i s t s : p r o p e l l e r - r e l a t e d p r o b l e m s , c a v -i t a t -i o n , n o n l -i n e a r f r e e - s u r f a c e p r o b l e m s , a n d v i s c o u s f l u i d p r o b l e m s . T h e a u t h o r s o f t h e t h i r t y - t w o p a p e r s t h a t w e r e p r e s e n t e d w e r e d r a w n f r o m t h e i n t e r n a t i o n a l c o m m u n i t y o f s h i p h y d r o d y n a m i c s r e s e a r c h s c i e n t i s t s , w i t h e l e v e n c o u n t r i e s r e p r e s e n t e d o n t h e t e c h n i c a l p r o g r a m . I n t o t a l , m o r e t h a n t w e n t y c o u n -t r i e s w e r e r e p r e s e n -t e d a -t -t h e s y m p o s i u m . A s p r e v i o u s l y s t a t e d , m a n y p e o p l e c o n t r i b u t e d i n m a n y w a y s t o t h e s u c c e s s o f t h e F o u r t e e n t h S y m p o s i u m o n N a v a l H y d r o d y n a m i c s . I t i s n o t p o s s i b l e t o q u a n t i f y t h e v a l u e o f e a c h c o n t r i b u t o r ' s i n p u t , b u t c e r -t a i n l y m u c h c r e d i -t m u s -t g o -t o P r o f e s s o r T . F r a n c i s O g i l v i e o f -t h e M a s s a c h u s e t t s I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , w h o s e r v e d a s c h a i r m a n o f t h e P r o g r a m C o m m i t t e e a n d s p e n t m a n y h o u r s e n s u r i n g a n o u t s t a n d i n g g r o u p o f t e c h n i c a l p a p e r s f o r t h e s y m p o s i u m . P r o f e s s o r O g i l v i e w a s a b l y a s s i s t e d b y t h e o t h e r m e m b e r s o f t h e P r o g r a m C o m m i t t e e : D r . C h o u n g M . L e e o f t h e O f f i c e o f N a v a l R e s e a r c h , P r o f e s s o r G e o r g e F . C a r r i e r o f H a r v a r d U n i v e r s i t y , M r . L e e M . H u n t o f t h e N a t i o n a l R e s e a r c h C o u n c i l N a v a l S t u d i e s B o a r d , M r . R a l p h D . C o o p e r o f F l o w R e s e a r c h C o m p a n y , a n d P r o f e s s o r M i c h a e l G . P a r s o n s o f t h e U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n . P r o f e s s o r P a r s o n s , w h o i s c h a i r m a n o f t h e N a v a l A r c h i t e c t u r e D e p a r t m e n t a t t h e U n i v e r s i t y o f M i c h i g a n , a n d P r o f e s s o r R o b e r t F . B e c k o f t h a t d e p a r t -m e n t w e r e r e s p o n s i b l e f o r t h e l o c a l a r r a n g e -m e n t s a t A n n A r b o r a n d d i d a n o u t s t a n d i n g j o b i n p r o v i d i n g a p l e a s a n t a n d c o n s t r u c t i v e s c i e n t i f i c a n d s o c i a l a t m o s p h e r e f o r t h e s y m p o s i u m . T h e y w e r e a s s i s t e d b y M r s . V i r g i n i a K o n z a n d M s . J e a n e t t e V e c c h i o f r o m t h e i r a d m i n i s t r a t i v e s t a f f . A s u c c e s s f u l s y m p o s i u m w o u l d n o t h a v e b e e n p o s s i b l e w i t h o u t t h e o v e r a l l c o o r d i n a t i o n , p l a n n i n g , a n d a d m i n i s t r a t i o n p r o v i d e d b y M r . L e e M . H u n t , e x e c u t i v e d i r e c t o r o f t h e N a v a l S t u d i e s B o a r d , a n d h i s s t a f f , M r s . E l i z a b e t h A . L u c k s , M r s . M a r y G . G o r d o n , a n d M r s . J u d y S u l . D r . C h o u n g M . L e e p r o v i d e d e n t h u s i a s t i c a n d d e d i c a t e d s u p p o r t f o r a l l p h a s e s o f s y m p o s i u m p l a n n i n g a n d o r g a n i z a t i o n a n d w i l l r e m a i n a s t h e f o c a l p o i n t a t t h e O f f i c e o f N a v a l R e s e a r c h f o r f u t u r e s y m p o s i a . F i n a l l y , a s p e c i a l a n d p e r s o n a l e x p r e s s i o n o f g r a t i t u d e i s e x t e n d -e d t o M r . R a l p h D . C o o p -e r , t o whom t h i s s y m p o s i u m w a s d -e d i c a t -e d , f o r h i s a d v i c e , c o u n s e l , a n d h e l p , w h i c h h a s b e e n f r e e l y g i v e n a n d i n v a l -u a b l e . R o h i e r t W h i t e h e a d G r o u p L e a d e r , F l u i d D y n a m i c s O f f i c e o f N a v a l R e s e a r c h

CONTENTS F o r e w o r d v R o b e r t W h i t e h e a d , O f f i c e o f N a v a l R e s e a r c h I n t r o d u c t o r y A d d r e s s e s A d d r e s s b y RADM L e l a n d S . K o l l m o r g e n 1 A d d r e s s b y D r . R o b e r t A . F r o s c h 3 A d d r e s s b y D r . C h a r l e s G , O v e r b e r g e r 5 B a n q u e t S p e e c h e s 7 S E S S I O N I : NONLINEAR F R E E - S U R F A C E PROBLEMS A n E x a c t T h e o r y o f G r a v i t y W a v e G e n e r a t i o n b y M o v i n g B o d i e s , I t s 1 9 A p p r o x i m a t i o n , , a n d I t s I m p l i c a t i o n s M a r s h a l l P . T u l i n S t r o n g N o n l i n e a r C h a r a c t e r i s t i c s o f S t e e p S u r f a c e G r a v i t y W a v e s 53 M i n g - Y a n g S u a n d A l b e r t W. G r e e n B i n n i e W a v e s 8 9 C h i a - S h u n Y i h T h r e e - D i m e n s i o n a l N o n l i n e a r L o n g W a v e s D u e t o M o v i n g S u r f a c e 1 0 3 P r e s s u r e D e - M i n g Wu a n d T h e o d o r e Y . Wu S E S S I O N I I : C A V I T A T I O N T r a v e l l i n g B u b b l e C a v i t a t i o n N o i s e M e a s u r e m e n t s 1 3 3 V . S h a n m u g a n a t h a n a n d V . H . A r a k e r i C l o u d C a v i t a t i o n : T h e o r y 1 6 5 G . L . C h a h i n e V i s c o u s E f f e c t s o n t h e S t a b i l i t y o f C a v i t a t i n g L i n e V o r t i c e s 1 9 5 J a a k k o V . P y l k k a n e n N u c l e i a n d C a v i t a t i o n 2 1 5 J e a n - P i e r r e L e G o f f a n d Y v e s L e c o f f r e

S E S S I O N I I I : NONLINEAR FREE-SURFACE PROBLEMS A N u m e r i c a l A p p r o a c h t o N o n l i n e a r S h i p M o t i o n

T o r V i n j e , X i e M a o g a n g a n d P e r B r e v i g

S l o w l y - V a r y i n g a n d M e a n S e c o n d - O r d e r W a v e F o r c e s o n S h i p s a n d 2 7 9 O f f s h o r e S t r u c t u r e s R . G . S t a n d i n g a n d N . M . C . D a c u n h a E x p e r i m e n t a l S t u d y o n S e c o n d - O r d e r F o r c e s A c t i n g o n C y l i n d r i c a l 3 1 9 B o d y i n W a v e s Y u s a k u K y o z u k a S l e n d e r - B o d y C a l c u l a t i o n s o f L a r g e - A m p l i t u d e S h i p M o t i o n s 3 8 3 D o u g l a s J . L o e s e r , D i c k K . Y u e a n d N i l s S a l v e s e n

S E S S I O N I V ; NONLINEAR F R E E - S U R F A C E PROBLEMS AND C A V I T A T I O N

P r e d i c t i o n o f R e l a t i v e M o t i o n o f S h i p s i n W a v e s 4 1 7 C h o u n g M . L e e , J o h n F . O ' D e a a n d W i l l i a m G . M y e r s R e l a t i v e M o t i o n C o m p o n e n t s f o r a M a t h e m a t i c a l F o r m i n R e g u l a r 4 5 3 W a v e s R o b e r t F . B e c k C a v i t a t i o n I n c e p t i o n S c a l i n g b y R o u g h n e s s a n d N u c l e i 5 0 7 G e n e r a t i o n J a n H . J . v a n d e r M e u l e n a n d Y e Y u a n - P e i T h e R o l e o f M i c r o b u b b l e s o n C a v i t a t o n I n c e p t i o n o n H e a d F o r m s 5 4 7 S . C . L i n g , S . G o w i n g a n d Y . T . S h e n S E S S I O N V : C A V I T A T I O N AND P R O P E L L E R - R E L A T E D PROBLEMS C a v i t a t i o n E r o s i o n T e s t s w i t h O s c i l l a t i n g F o i l S e c t i o n 5 8 3 C l a u s F . L . K r u p p a a n d G e r o R . S a s s e C o m p a r i s o n o f C o m p u t a t i o n a l a n d E x p e r i m e n t a l U n s t e a d y S h e e t 6 1 3 C a v i t a t i o n F r e d S t e r n T h e o r e t i c a l T r e a t m e n t o f U n s t e a d y C a v i t a t i o n o n S h i p P r o p e l l e r 6 5 3 F o i l s H i r o s h i I s s h i k i a n d M i t s u n o r i M u r a k a m i T h e N u m e r i c a l P r e d i c t i o n o f U n s t e a d y S h e e t C a v i t a t i o n o n H i g h 7 3 3 A s p e c t R a t i o H y d r o f o i l s R o b e r t J . V a n H o u t e n S E S S I O N V I : P R O P E L L E R - R E L A T E D PROBLEMS H y d r o d y n a m i c P r e s s u r e M e a s u r e m e n t s o n a S h i p M o d e l P r o p e l l e r A . G . P . V e r s m i s s e n a n d W i m v a n G e n t 7 8 7

F l o w F i e l d C o m p u t a t i o n s f o r N o n - C a v i t a t i o n a n d C a v i t a t i n g P r o p e l l e r s J u s t i n E . K e r w i n . T h e E f f e c t s o f H u l l P i t c h i n g M o t i o n s a n d W a v e s o n P e r i o d i c P r o p e l l e r B l a d e L o a d s S t u a r t D . J e s s u p a n d R o b e r t J . B o a w e l l A n a l y t i c a l P r e d i c t i o n o f P r e s s u r e s a n d F o r c e s o n a S h i p H u l l D u e t o C a v i t a t i n g P r o p e l l e r s P a u l K a p l a n , J a m e s B e n t s o n a n d M o s h e B e n a t a r S E S S I O N V I I : VISCOUS F L U I D PROBLEMS A S t r e a m l i n e C u r v a t u r e M e t h o d f o r C o m p u t i n g t h e F l o w N e a r S h i p S t e r n s L a r s L a r s s o n a n d L a r s - E r i k J o h a n s s o n Some A s p e c t s o f T h i c k T h r e e - D i m e n s i o n a l B o u n d a r y L a y e r s V . C . P a t e l A S t r e a m l i n e - I t e r a t i o n M e t h o d f o r C a l c u l a t i n g T u r b u l e n t F l o w A r o u n d t h e S t e r n o f a B o d y o f R e v o l u t i o n a n d I t s W a k e Z h o u L i a n - d i R e y n o l d s N u m b e r S c a l i n g o f V e l o c i t i e s i n A x i s y r a m e t r i c T u r b u l e n t B o u n d a r y L a y e r s D a v i d W . C o d e r S E S S I O N V I I I : VISCOUS F L U I D PROBLEMS A p p l i c a t i o n o f t h e V o r t e x - L a t t i c e C o n c e p t t o F l o w s w i t h S m o o t h - S u r f a c e S e p a r a t i o n D . F r e d d T h r a s h e r I n v e s t i g a t i o n o f S t e r n F l o w F i e l d b y B o u n d a r y L a y e r S u c t i o n T e c h n i q u e I c h i r o T a n a k a a n d T o s h i o S u z u k i C a l c u l a t i o n M e t h o d f o r S e p a r a t e d F l o w s w i t h A p p l i c a t i o n s t o O s c i l l a t o r y F l o w P a s t C y l i n d e r s a n d R o l l D a m p i n g o f B a r g e s P . W . B e a r m a n , M . J . D o w n i e a n d J . M . R . G r a h a m V o r t e x S h e d d i n g A r o u n d T w o - D i m e n s i o n a l B o d i e s a t H i g h R e y n o l d N u m b e r O d d M . F a l t i n s e n a n d B j o r n a r P e t t e r s e n P r e v i o u s B o o k s i n t h e N a v a l H y d r o d y n a m i c s S e r i e s L i s t o f P a r t i c i p a n t s