• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제2권1호
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• pp.24-33
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• 2010

Design of a Pump Jet Propulsor (PJP) was undertaken for an underwater body with axisymmetric configuration using axial/low compressor design techniques supported by Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis for performance prediction. Experimental evaluation of the PJP was earned out through experiments in a Wind Tunnel Facility (WTF) using momentum defect principle for propulsive performance prior to proceeding with extensive experimental evaluation in towing tank and cavitation tunnel. Experiments were particularly conducted with respect to Self Propulsion Point (SPP), residual torque and thrust characteristics over a range of vehicle advance ratio in order to ascertain whether sufficient thrust is developed at the design condition with least possible imbalance torque left out due to residual swirl in the slip stream. Pumpjet and body models were developed for the propulsion tests using Aluminum alloy forged material. Tests were conducted from 0 m/s to 30 m/s at four rotational speeds of the PJP. SPP was determined confirming the thrust development capability of PJP. Estimation of residual torque was carried out at SPP corresponding to speeds of 15, 20 and 25 m/s to examine the effectiveness of the stator. Estimation of thrust and residual torque was also carried out at wind speeds 0 and 6 m/s for PJP RPMs corresponding to self propulsion tests to study the propulsion characteristics during the launch of the vehicle m water where advance ratios are close to Zero. These results are essential to assess the thrust performance at very low advance ratios to accelerate the body and to control the body during initial stages. This technique has turned out to be very useful and economical method for quick assessment of overall performance of the propulsor and generation of exhaustive fluid dynamic data to validate CFD techniques employed.

• 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.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.31-41
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• 1997

본 논문에서는 물분사추진기의 성능해석을 위하여 포텐셜을 기저로 한 패널법을 정립하였다. 문제를 수치적으로 표현하기 위하여 임펠러와 고정날개의 날개표면, 그리고 허브와 덕트표변에 법선 다이폴과 쏘오스를 분포하였으며 임펠러와 고정날개에서 방출되는 후연반류면에는 법선다이폴을 분포하였다. 경계면 닫힘조건을 만족하기 위하여 덕트의 입구면과 출구면에는 다이폴과 쏘오스를 분포하였으며, 운동학적 경계조건을 만족하기 위하여 경계면에서의 법선방향의 속도가 영이라는 비침투 조건을 사용하였다. 입구면에서의 전유량이 주어지면 연속방정식을 만족하도록 출구면에서의 쏘오스의 세기가 결정된다. 물체표면을 사각형외 패널로 이산화 하였으며, 적분방정식에 경계조건을 적용함으로써 주어진 형상에 대하여 유일한 해를 구할 수 있다. 체계적인 수치시험을 통하여 본 연구에서 개발한 수치해석방법이 안정적임을 확인하였고 프로그램의 검증을 위하여 물분사 추진기와 유사한 축류송풍기의 형상에 대하여 수치검증을 하였다. 또한, 실제적인 적용을 위하여 선박해양공학센터(KRISO)에서 실험한 물분사추진장치의 실험결과와 비교, 도시 하였다.

• 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.

• 대한조선학회지
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• 제27권1호
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• pp.73-83
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• 1990

본 연구에서는 축대칭 전단 유동이 추진기면에 유입될 때의 유효반류 계산 방법을 다루었다. 이는 효율적인 추진기 설계와 추진기에서 발생하는 소음의 감소를 위해 선행되어야 할 분야이다. 계측된 공칭반류를 수학적으로 모델링하고 추진기면은 작동원판으로 이상화하여 선형 운동량 이론에 의해 문제를 정식화하였다, 이에 의해 전단 유동이 고려된 축방향 유효반류를 계산하는 전산프로그램을 개발하였으며 계산된 결과를 실험치 및 Huang 등의 계산 결과와 비교하였다. 계산결과 전단 유동의 영향은 허브로 갈수록 크게 나타났으며 유효반류는 추력 계수가 크고 허브에 가까울수록 다른 결과와 차이를 보이나 추력 계수가 작거나 허브에서 멀어질수록 잘 일치하고 있었다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2016년도 춘계학술대회
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• pp.98-99
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• 2016

본 연구에서는 $360^{\circ}$의 조향 기능을 갖는 듀얼 구동식의 선박 접이안 시스템 개발에 대해 다룬다. 대형 선박의 경우, 부두에 접이안시 bow thruster, side thruster, pod propulsor 등이 사용되고 있으나 최근 해양레저선박이 대형화(슈퍼요트 등)됨에 따라 마리나 시설을 이용할 경우 접이안시 선박 대 선박, 선박 대 계류시설과의 사고가 증가 추세에 있다. 따라서, 이를 해결하기 위한 방안으로 듀얼 구동식 추진체를 이용하여 접이안이 가능한 시스템에 대해 연구를 수행하였다. 주요 내용은 조이스틱을 이용한 선수, 선미의 듀얼 구동과 마그네틱 기어를 이용한 동력 전달이다. 조이스틱에서 두 구동 모터 및 프로펠러로 이어지는 제어 응답성을 확인하고, 전자기 설계를 통한 마그네틱 기어 제작 및 시험으로 수중 추진기에 회전력을 전달 가능한 토크를 확보하였다. 또한, 실해상 시운전을 통하여 개발 시스템의 성능을 확인하였다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2001년도 춘계 학술대회논문집
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• pp.30-37
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• 2001

A Numerical simulation for the propulsion of axisymmetric body by contractive and dilative motion is carried out. The present analysis shows that a propulsive force can be obtained in highly viscous fluid by a contractive and dilative motion of axisymmetric body. An axisymmetric analysis code is developed with unstructured grid system for the simulation of complicated motion and geometry. The developed code is validated by comparing with the results of stokes approximation with the problem of uniform flow past a sphere in low Reynolds number($R_n=1$). The validated code is applied to the simulation of contractive and dilative motion of body. The simulation is extended to the analysis of waving surface with projecting part for finding out the difference of hydrodynamic performance according to the variation of waving surface configuration. The present study will be the basic research for the development of the propulsor of an axisymmetric micro-hydro-machine.

• Journal of Ship and Ocean Technology
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• 제3권1호
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• pp.1-11
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• 1999

Numerical simulation for the axisymmetric body with contractive and dilative periodic motion is carried out. The present analysis shows that a propulsive force can be obtained in highly viscous fluid by the contractive and dilative motion of axisymmetric body. An axisymmetric code is developed with unstructured grid system for the simulation of complicated motion and geometry. It is validated by comparing with the results of Stokes approximation with the problem of uniform flow past a sphere in low Reynolds number($R_n$ = 1). The validated code is applied to the simulation of contractive and dilative periodic motion of body whose results are quantitatively compared with the two dimensional case. The simulation is extended to the analysis of waving surface with projecting part for finding out the difference of hydrodynamics performance according to variation of waving surface configuration. The present study will be the basic research for the development of the propulsor of an axisymmetric micro-hydro-machine.

• 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.

• 대한조선학회논문집
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• 제49권1호
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• pp.1-5
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• 2012

Recently, with increasing container ships' volume continuously, the conceptual design "Smart Harbor" of newly logistics processing system has been suggested. It is necessary to estimate resistance and horsepower for the selection of an appropriate propulsor at the initial design stage of Smart Harbor. In this study, CFD and the circulating water channel of the University of Ulsan are employed for estimating the resistance of the Smart Harbor Crane Ship with 1/100 scaled model. Two turbulent models are used. One is realizable k-${\varepsilon}$and the other is Reynolds stress turbulence model. In addition, the effects of the change in y+ and the number of meshes are considered during analysing.