자유표면하에서 전진하는 3차원 물체 주위의 양력 흐름 수치 해석

Numerical Analysis of Lifting Potential Flow around a Three-Dimensional Body moving beneath the Free Surface

자유 수면하를 영각을 가지고 일정 속도로 전진하는 3차원 물체가 만드는 자유 표면 흐름에 대한 수치해를 보인다. 해를 구하기 위해 물체 표면에 Havelock 쏘오스와 법선 다이폴을, Wake 면에는 Havelock 법선 다이폴을 분포시키는 교란 속도 포텐시얼을 기저로 한 패널법을 이용하였다. Trailing Edge의 윗면과 아랫면의 압력 등가 조건을 정확히 만족시키기 위해 반복 기법을 이용한 압력 Kutta 조건을 사용하였다. 무한 유체 영역에 놓인 Ellipsoid와 사각 Wing에 대해 계산 프로그램을 검증한 후 자유 수면하에 잠수하여 전진하는 Spheroid와 스트럿에 대한 문제를 다루었다. 본 연구에서 채택한 Panel Method는 자유 표면 효과, 3차원 물체의 형상을 고려하여 물체에 작용하는 동유체력을 비교적 정확하게 예측하였으며 특히 Wake 형상은 동유체력 계산에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 확인하였다.

Numerical solutions are presented for solving the free surface flow created by a three-dimensional body moving beneath the free surface with constant velocity at an angle of attack. The solution is obtained using a panel method based on the perturbation potential, which employs Havelock sources and normal dipoles distributed on the body surface and Havelock normal dipoles in the wake downstream of the trailing edge. A pressure Kutta condition with an iterative solution procedure is implemented to satisfy equal pressure condition on the upper and lower surfaces at the trailing edge. Numerical calculation examples in the present paper include an ellipsoid at zero angle of attack, a rectangular planform wing at a small angle of attack in the limit of zero Froude number and then free surface flows and hydrodynamic forces acting on the submerged spheroid and parabolic strut are calculated. Discussions are made about the validity of the present method.