• 대한조선학회논문집
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• 제44권5호
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• pp.467-473
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• 2007

Cavitation phenomena appearing on ship propellers have long been interested and recent theoretical analysises give good results comparing with model tests. In accordance with a continuous rise in heavy powered and high speed ships, hull forms have been changed and loads acting on the propeller surface have also been increased, and they result in various and particular cavitations. In some cases, cavitation appears not only on the back but also on the face of the propeller and it causes additive pressure fluctuations and erosion of the propeller and reduces propulsion efficiency of the ship. In this study, we predict the face cavity inception using unsteady propeller analysis based on the panel method and compare the results with experimental observations.

• 대한조선학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.41-49
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• 1999

초고속선의 추진기로 새로이 주목받고 있는 공기유입 물제트 추진기에 대한 타당성을 검토하였다. 본 추진기는 벤틸레이션 상태에서 작동되므로 완전캐비테이션 단면을 사용하여 로터를 설계하였다. 즉 쐐기형(wedge type) 단면과 캐비테이터형(cavitator type) 단면을 갖는 로터 2종류를 설계 제작하여 모형시험을 수행하였다. 로터는 일반적으로 덕트-프로펠러에서 채택하고 있는 Kaplan형 프로펠러 형상을 선택하였다. 캐비테이션 터널 시험부를 개조하여 공기유입 물제트 추진기의 단독특성시험을 수행하였으며, 레이져 유속계를 이용하여 노즐 내부 속도를 엄밀하게 계측하였다. 단독특성 시험은 개조된 캐비테이션 터널의 시험부에서 수행되었으며 완전침수(fully-submerged)상태와 자유분출(free-jet)상태에서 수행되었다. 자유분출상태에서는 후류공기가 유입되어 벤틸레이션 현상이 발생하였으며, 특히 캐비테이터형 단면을 갖는 KP447 로터의 경우 낮은 전진계수에서 작동시킬 경우 완전캐비테이션이 발생하여 성능특성이 크게 변화하였다. 날개 압력면의 뒷날 부근에 높이가 다른 띠를 각각 부착시켜 양력 증가장치로 사용하였으며 이에 의한 추력과 토오크 변화를 계측하였다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.111-111
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• 2017

쇼트피닝 기술은 크게 피로강도 향상을 위한 쇼트피닝(shot peening), 재료의 청정 및 도장 품질 향상을 위한 쇼트블라스트(shot blast) 그리고 쇼트피닝 시 판재의 변형되는 성질을 이용한 핀포밍(peen forming) 등으로 구분할 수 있다. 그 중 본 연구에서는 해양산업 분야에서 널리 사용되는 회주철의 효과적인 내구성 향상을 위해 쇼트피닝 기술을 적용하였다. 그러나 쇼트피닝 기술 적용에 있어서 가장 중요한 것은 제품의 균일성, 정확성, 신뢰성을 확보하기 위해 쇼트피닝 강도를 제어하는 여러 가지 변수들에 대하여 최적 상태를 유지하는 것이다. 따라서 회주철에 대한 최적 쇼트피닝 분사조건 규명작업은 반드시 쇼트피닝 가공 전에 수반되어야만 한다. 그 일환으로 실험은 쇼트피닝 분사시간과 분사압력을 변수로 하여 회주철 표면에 적용하였으며, 기계적 특성 평가를 통해 최적의 쇼트피닝 조건을 규명하고자 하였다. 쇼트피닝 분사조건에 따른 회주철의 내구성을 평가하기 위해 캐비테이션 실험을 실시하였으며, 경도 측정, 횡단면 관찰 및 표면의 3D 현미경 관찰 등을 통해 기계적 특성을 분석하였다. 캐비테이션 실험은 ASTM G32 규정에 의거하여 천연해수 내 $30^{\circ}C$에서 $50{\mu}m$의 진폭으로 실시하였다. 실험 후에는 주사전자현미경으로 손상표면을 관찰하였으며, 손상 정도를 비교하기 위해 무게 감소량을 계측하여 상호 비교/분석하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제36권1호
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• pp.47-52
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• 1999

캐비테이션 터널에서 캐비티가 발생한 프로펠러에 의하여 평판에 작용하는 변동압력이 계측정도를 향상시키고, 프로펠러 회전수 영향을 최소화 하였다. Sydney Express선의 프로펠러 변동압력에 대한 타기관의 계측치 특성과 비교한 결과 당 연구소 계측치는 매우 안정적 경향을 보였다. 그리고 모형선과 실선의 변동압력 계측치 및 평판에 작용하는 변동압력 계측치의 크기와 경향을 비교한다. 평판의 변동압력 계측치로부터 실선 변동압력을 추정코자 양력면 이론에 의한 수치계산에 의해 도출된 강체경계율을 적용하여 타당성을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.661-668
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• 2015

본 연구에서는 풍력발전분야의 블레이드 공력설계 및 성능해석에 적용되고 있는 날개요소운동량이론을 이용한 조류터빈 블레이드 형상설계 방법론을 제시하였으며, S814 단일 에어포일로 구성된 2 블레이드 형식의 1MW급 수평축 블레이드 형상설계 결과를 제시하였다. 조류터빈 블레이드는 해양환경에서 운전되는 특성 상 블레이드 팁 근방에서 캐비테이션 발생으로 인한 문제가 상존하므로, 설계초기단계에서 신중히 고려되어야 한다. 본 연구를 통해 설계된 1MW 조류터빈 블레이드의 유동특성분석 및 출력성능해석을 위해 캐비테이션 모델이 고려된 CFD 해석을 수행하였으며, 블레이드 팁 근방 흡입 면 및 압력 면에서 캐비테이션이 발생하고 있음을 확인하였다. 최대 출력계수는 설계 주속비 7의 조건에서 47%로 나타났다.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.52-68
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• 1991

캐비테이션 특성이 우수하고 넓은 받음각에서 양력-향력비가 큰 새로운 날개단면(KH18 단면)을 사용하여 체계적인 방법으로 기하학적 형상을 변화시켜 설계된 새로운 계열 프로펠러의 개발을 시도하였다. 새로운 계열 프로펠러의 형상을 설계함에 있어 기존의 계열 프로펠러와는 달리 선택된 반류분포의 회전방향 평균 반류분포를 입력자료로 하여 반경방향 부하분포와 코오드 방향 부하분포를 동일하게 유지하면서 피치 및 캠버의 형상을 결정하였다. 또한 코오드 길이, 두께, 스큐 및 레이크 분포와 같은 형상은 최근 실적선 프로펠러의 형상 특성을 정형화하여 선택되었기 때문에 초기설계시 설계된 형상이 최종 설계 프로펠러의 형상과 크게 다르지 않을 것으로 생각되어 초기성능을 보다 정확하게 추정할 수 있게 하였다. 설계된 계열 프로펠러는 날개수 4개인 프로펠러를 대상으로 날개 전개면적비 4개($A_{E}/A_{O}$=0.3, 0.45, 0.6, 0.75)에 대하여 각 전개면적비에서 평균피치비를 5개(P/D=0.5, 0.65, 0.8, 0.95, 1.1)로 변화시켜 총 20개의 프로펠러로 구성되었으며 KD-프로펠러 씨리즈(KRISO-DAEWOO Propeller Series)라 명명하였다. 설계된 계열 프로펠러들에 대하여 단독특성시험, 캐비테이션 관찰시험, 변동압력 계측시험을 수행하였다. 프로펠러 단독특성 시험결과의 회귀해석결과로 부터 $B_{P}-\delta$ 곡선을 도출하여 초기설계 단계에서 최적 프로펠러 직경등을 쉽게 결정할 수 있게 하였다. 기준으로 선택된 반류분포(2700TEU 콘테이너선의 반류) 후류에서 프로펠러 추력계수 및 캐비테이션 수를 체계적으로 변화시킨 상태에서 캐비테이션 관찰시험 및 변동압력계측시험을 수행하였다. 양력면이론에 의한 비정상 프로펠러 성능해석에 의해 계산된 최대 국부양력계수 ($C^{max}_{l,0.8R}$)와 국부캐비테이션 수(${\sigma}_0=\frac{p-p_v}{\frac{1}{2}{\rho}V^2_{0.8R}}$)를 기준으로 캐비테이션 관찰시험 결과를 정리하여 KD-캐비테이션 챠트를 도출하였다. 기존의 캐비테이션 챠트는 균일류중의 시험 결과를 정리하여 작성되었으나 KD-캐비테이션 챠트는 반류분포중에서 시험된 프로펠러 관찰시험 결과로 부터 도출되었으므로 초기설계 단계에서 보다 정확한 캐비테이션 발생량 추정이 가능하리라 예상된다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권1호
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• pp.94-103
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• 1993

NACA0020 단면을 갖는 타원형 날개끝에서 발생되어 전개되는 Tip Vortex를 연구하기 위하여 날개표면과 후류에서의 유동특성을 조사하였다. 날개표면 유동은 Tufts법과 캐비테이션 관찰로 분석되었으며 날개표면 압력계측으로 유동가시화 결과를 보완하였다. 연구결과 강력한 스팬방향 압력구배가 Tip Vortex 생성에 결정적 영향을 줌과 아울러 날개 양쪽면에서의 유동이 공히 보오텍스의 생성에 기여함을 알 수 있었다. 한편, 자세한 Tip Vortex의 구조를 보기위하여 캐비테이션 관찰, Laser Sheet 기법에 의한 보오텍스 단면가시화 및 유속계측이 실시되었는데 보오텍스의 형상과 강도는 날개의 받음각에 지배되어 나타났다. 날개끝 유동의 전반적인 특성은 비점성유동 가정하에서 사용되는 보오텍스 모델링을 보완할 목적으로 분석되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제28권2호
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• pp.40-51
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• 1991

캐비테이션 특성이 우수하고 추진효율이 높은 콘테이너선용 프로펠러를 설계하기 위하여 새로운 날개단면(KH18)을 이용한 프로펠러 설계법을 제안하였다. KH18 단면은 캐비테이션 초생곡선(Cavitation-free bucket diagram) 및 양력-항력곡선(Lift-drag curve)에서 폭이 넓어 불균일한 선미후류에서 작동되는 선박용 프로펠러의 날개 단면으로 적당하리라 판단되었다. 새로운 날개 단면을 이용한 콘테이너선의 프로펠러 설계를 위하여 양력면이론을 사용하였다. 프로펠러 설계시 코오드 방향 부하분포를 설계변수로 선택하여 5개의 프로펠러를 설계하였고, 단면 변화의 영향을 비교하기 위하여 NACA형 단면을 갖는 프로펠를 설계하여 예인수조 및 캐비테이션 터널에서 모형시험을 수행하였다. 모형시험 결과 코오드 방향 부하분포가 프로펠러 반경의 70% 내부에서는 날개 앞날의 부하가 적고 그 외부에서는 날개 앞날부하가 상대적으로 큰 코오드방향 부하분포를 갖는 프로펠러(KP197)가 NACA 단면을 갖는 프로펠러에 비하여 추진효율은 1% 향상되었고 캐비테이션 발생양은 30% 감소하였으며 선체변동압력은 9%감소하였다. 새로운 날개단면을 갖는 프로펠러의 캐비테이션 특성이 우수함을 고려하여 낱개 전개면적비를 감소시킨다면 더 많은 추진효율 증가를 기대할 수 있으리라 판단된다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권3호
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• pp.9-18
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• 1997

복합추진장치가 포함된 경우와 포함되지 않은 경우의 축대칭 물체 주위 유동특성을 조사하기 위한 실험적 수치적 연구가 수행되었다. 축대칭 물체주위 유동특성 파악을 위해 선박해양공학연구센터의 캐비테이션 터널에서 표면압력분포와 LDV 장치를 이용한 주위유속분포 계측 시험이 우선적으로 이루어졌으며, 비압축성 RANS 방정식을 유한체적법으로 해석하는 수치적 방법이 표준 k-${\varepsilon}$ 난류모형을 이용하여 수행되었다. 선체와 프로펠러 상호작용은 양력면이론에 의하여 계산된 유기속도를 프로펠러 면에 분포하여 경계조건으로 처리하는 방법을 택하였다. 추진장치의 여러 가지 배열변화에 따른 실험적 결과를 기반으로 타당한 수치적 방법이 개발될 수 있다고 생각된다.

• 한국음향학회지
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• 제42권3호
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• pp.250-261
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• 2023

본 연구에서는 펌프젯 추진기를 대상으로 공동, 비공동 조건에서의 유동 소음원을 규명하기 위하여 추진기의 각 구성품인 덕트와 스테이터, 로터에 의한 소음 기여도를 평가하였으며, 공동과 비공동 조건에서의 소음 수준을 비교하였다. 대형 캐비테이션 터널 내 Suboff 잠수함 선형과 펌프젯 추진기를 대상으로 균일혼상류 가정의 비정상 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 적용하였으며, 이상 유동을 모사하기 위해 Volume of Fluid(VOF) 기법과 Schnerr-Sauer 공동 모델을 적용하였다. 유동해석 결과를 기반으로 수중방사소음을 예측하기 위해 Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H) 방정식 기반의 음향상사법을 적용하였으며, 덕트와 스테이터, 로터로 구성된 3개의 비투과성 적분면과 추진기를 감싸는 형태의 2가지 투과성 적분면을 선정하여 소음 기여도를 평가하였다. 소음 예측결과로부터 스테이터는 전체 소음에 대한 직접적인 기여도는 낮으나 덕트와 로터에서의 유동 박리에 의한 소음원 형성에는 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 유동이 박리되는 연직상방과 우측방향으로 소음이 크게 방사되었다. 또한 로터에서는 날개의 흡입면과 압력면 간의 압력 섭동에 의해 추진방향으로 소음이 크게 방사되었으며, 투과성적분면을 통해 체적 소음원인 공동의 효과를 반영할 수 있음을 확인하였다.