선체-부가물 영향을 고려한 수중 추진기 소음 해석에 관한 연구 :

최지훈

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최지훈 (서울대학교, 서울대학교 대학원)

발행연도: 2019

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2019

선체-부가물 영향을 고려한 수중 추진기 소음 해석에 관한 연구

최지훈 기계항공공학부 2019.01 학위논문

선체-부가물 영향을 고려한 비공동 수중추진기의 소음예측 연구

최지훈 , 설한신 , 박일룡 외 1명 한국음향학회지 2019.01 학술저널

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주로 군사적인 목적에서 함정의 생존성 및 작전수행 능력과 직결되는 문제로 중요하게 여겨지는 수중 추진기 소음은 최근 해양 오염 문제의 측면에서 민간 산업계에서도 주목을 받고 있다. 이에 따라 추진기 소음에 대한 많은 연구가 진행되고 있지만 선체의 난류 경계층과 부가물 후류에 의한 매우 복잡한 비정상 비균일 유입류(unsteady non-uniform inflow)를 소음해석에 고려한 연구는 거의 없는 실정이다.
본 논문에서는 선체-부가물-추진기의 유동 상호작용을 유동 해석 단계에서 고려하여 선체와 추진기 모두를 포함하는 선박 전체 영역에 대한 비공동/공동 상태의 CFD 해석을 수행하고, 이를 토대로 불연속 주파수 소음을 해석하였다.
유동 해석은 상용 유동 해석 프로그램인 STAR-CCM+를 이용하여 비공동 유동의 경우 비정산 RANS(unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) 해석을 수행하였고, 공동유동의 경우 VOF(Volume of Fraction) 방법에 Schnerr-Sauer 캐비테이션 모델을 적용하여 해석하였다. 소음 해석은 Ffowcs Williams-Hawkings 방정식 기반의 시간 영역 음향상사법을 이용하여 비공동/공동 추진기에 대하여 이루어졌다. 유동 해석과 소음 해석 결과는 선박해양플랜트연구소의 대형 캐비테이션 터널(Large Cavitation Tunnel, LCT)에서 실시된 모형 시험 결과와 비교되었으며, 소음 해석 결과는 저주파 대역에서 높은 정확도를 보였다.
본 연구의 결과는 수중 추진기의 전체 소음 수준과 저주파 대역의 소음 특성을 높은 정확도로 예측할 수 있는 기법을 정립함으로써, 이를 활용하면 추진기 설계 단계에서 소음을 고려하여 저소음 추진기의 개발에 도움이 될 수 있다.

#수중 추진기 #음향상사법 #유체동역학 소음 #전산유체역학 #모형 시험

1. 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구 목적 및 내용 5
2. 모형 시험 6
3. 유동 수치 해석 8
3.1 해석 대상 모델 8
3.2 유동 수치 해석 기법 9
3.2.1 지배 방정식 9
3.2.2 난류 모델링 11
3.2.3 캐비테이션 모델링 13
3.3 격자계 및 경계조건 14
3.4 유동 해석 조건 16
3.5 유동 해석 결과 및 검증 17
4. 추진기 소음 수치 해석 22
4.1 소음 수치 해석 기법 22
4.1.1 추진기 비공동 소음 22
4.1.2 추진기 공동 소음 27
4.1.3 지연시간의 계산 32
4.2 추진기 소음원 추출 32
4.3 추진기 소음 수치 해석 결과 및 검증 37
4.3.1 추진기 비공동 소음 수치해석 결과 및 검증 37
4.3.2 추진기 공동 소음 수치해석 결과 및 검증 40
5. 결 론 44

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