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문제 정의
- KRISO 캐비테이션 터널에서 수중청음기 설치 방법에 따른 유동소음 특성을 살펴보았으며, 장단점 및 차이점을 조사하였다. 또한 벽면효과 수정을 통하여 실선소음 예측에 가능성을 살펴보았다. 그 결과는 다음과 같이 정리될 수 있다.
제안 방법
- 배경소음의 계측은 Fig.l에 나타난 기존의 방법 (이후로, , Bell Type"), 터널 상부(이후로 "Top Box") 와 측면(이후로 "Side Box") Hydrophone Box에 수중청음기(Hydrophone) 를 설치하여 수행하였다. Hydrophone에서 계측된 신호는 전하형 (charge type) 증폭기에서 증폭된다.
- 장비의 동적영역의 제한(80dB) 때문에 발생되는 고주파 성분의 증가 현상을 개선하고자 KH3364 필터를 사용하여 500Hz 이하의 신호는 cut-off 시켰다. 100kHz까지의 소음신호를 분석하기 위하여 B&K 3550 FFT 분석기에 100kHz 입력 모듈을 설치하여 1/3-octave band로 해석을 수행하였다.
- Hydrophone Box를 설계함에 있어서 계측범위에 따른 흡음재의 배열방법을 우선적으로 고려하였다. 또한 Box 내부에 물이 가득 채워지므로 방수문제도 고려하였다.
- 0%이며, 대기압 상태로 동일하지만, 계측방법에는 차이가 있다. KMSO의 경우는 Bell Type과 Side Box의 배경소음 계측 결과를 동시에 비교하였다. 독일에 HYKAT 및 K16은 Acoustic Chamber에 수중 청음기를 설치하는 방법을, 프랑스의 GTH는 종형 축대칭체에 수중청음기를 설치하고 빈 공간에 물과 비슷한 고형물질을 채워넣는 방법을 사용하였다.
- KRISO 캐비테이션 터널에서 수중청음기 설치 방법에 따른 유동소음 특성을 살펴보았으며, 장단점 및 차이점을 조사하였다. 또한 벽면효과 수정을 통하여 실선소음 예측에 가능성을 살펴보았다.
- 이러한 단점을 개선하고자 새로이 설계제작된 2종의 Hydrophone Box는 각각 터널 상부 관측창과 측면 관측창에 부착하여 유동장에 영향을 주지 않도록 하였다. 겉면은 구조적 강도를 유지하기 위하여 알루미늄 판을 사용하였으며, 안쪽면은 음향의 반사를 최소화하는 특수구조로 설계하여 터널 내부로부터 전달된 음향신호만을 계측하도록 하였다. 또한 터널 구조물을 따라 전달되는 진동을 감쇄시키기 위하여 Hydrophone Box와 터널 관측창 사이에 감쇄장치도 설치하였다.
- l 참조), 유동장에 영향을 주지 않도록 하였다. 겉면은 구조적인 강도를 유지하기 위하여 알루미늄을 사용하였으며, 안쪽면은 음향의 반사를 방지하기 위한 구조로 설계하여 터널 내부로부터 전달된 신호만을 계측하도록 하였다. 또한 터널 구조물을 따라 전달되는 진동을 감쇄시키기 위하여 Hydrophone Box와 터널 관측 창 사이에 감쇄장치도 설치하였다.
- 기존의 소음계측 방법은 고주파 영역에서 캐비테이션 소음 등에 상대적 수준을 비교하는 데에는 문제가 없었지만, 시험부에 직접 설치됨에 따라 유동장에 영향을 주어 저주파 영역에서 소음수준 이 높아지고, 구조적 진동이 그대로 전달되는 단점이 있었다(안종우 등 1999). 이러한 단점을 개선하고자 새로이 설계제작된 2종의 Hydrophone Box는 각각 터널 상부 관측창과 측면 관측창에 부착하여 유동장에 영향을 주지 않도록 하였다. 겉면은 구조적 강도를 유지하기 위하여 알루미늄 판을 사용하였으며, 안쪽면은 음향의 반사를 최소화하는 특수구조로 설계하여 터널 내부로부터 전달된 음향신호만을 계측하도록 하였다.
- Hydrophone에서 계측된 신호는 전하형 (charge type) 증폭기에서 증폭된다. 장비의 동적영역의 제한(80dB) 때문에 발생되는 고주파 성분의 증가 현상을 개선하고자 KH3364 필터를 사용하여 500Hz 이하의 신호는 cut-off 시켰다. 100kHz까지의 소음신호를 분석하기 위하여 B&K 3550 FFT 분석기에 100kHz 입력 모듈을 설치하여 1/3-octave band로 해석을 수행하였다.
- 본 연구에서 새로이 설계 . 제작되는 실험장치인 Hydrophone Box들은 상자형으로 만들어졌으며, 기존의 실험장치의 문제점을 해결하기 위하여 터널 상부 및 측면 관측창에 부착하여 (Fig.l 참조), 유동장에 영향을 주지 않도록 하였다. 겉면은 구조적인 강도를 유지하기 위하여 알루미늄을 사용하였으며, 안쪽면은 음향의 반사를 방지하기 위한 구조로 설계하여 터널 내부로부터 전달된 신호만을 계측하도록 하였다.
- 본 연구에서 설계. 제작된 Hydrophone Box 들과 기존의 소음계측 장치에서 계측된 소음특성을 파악하였으며, 외국의 캐비테이션 터널들과의 배경소음 수준도 비교하였다. 또한 모형시험 결과로부터 실선성능을 예측하기 위하여 터널 시험부 벽면효과 수정을 위한 시험을 수행하였으며, 벽면 효과의 수정결과 프로펠러 소음의 모형선-실선 상관관계 예측이 가능한 결과를 얻을 수 있었다.
- 7은 KP480 프로펠러에 대하여 Top Box 와 Side Box에서 계측된 소음측정 결과를 보여준다. 프로펠러 제원 및 실험조건은 송인행 외 (2000)에 정리되어 있으며, Dummy hub 상태의 소음수준을 점검한 후 계측을 수행하였다. 2가지 실험장치에서 얻어진 실험결과는 거의 일치하지만 2.
이론/모형
- 또한 Box 내부에 물이 가득 채워지므로 방수문제도 고려하였다. 반사음의 흡수를 위한 홉음재의 선택 및 배열방법은 기존의 자료를 참고하여 결정하였다(Richardson 1957, Wendlandt 1995).
성능/효과
- 1) Hydrophon Box로 계측된 배경소음 특성은 기존에 Bell Type에 비旳 10kHz이하의 저주파에서 특성이 향상되었으며, 10kHz 이상의 고주파에서는 큰 차이를 보여주지 않았다. 그러나, 유속 10% 압력 30kPa까지 소음수준에 급격한 증가가 없어 Bell type보다 실험가능 한계가 향상되었다.
- 2) 터널 내부를 개선한 후에 Hydrophone Box로 계측된 배경소음은 타기관과 비교해서 매우 좋은 특성을 보여주었다.
- 3) 계측된 프로펠러 소음결과를 가지고 벽면효과를 수정한 후에 나타난 스펙트럼의 형태는 전형적으로 알려진 프로펠러 캐비테이션 소음 스펙트럼의 형태와 비슷하게 나타났다. 앞으로 모형시험 결과로부터 실선소음을 예측이 가능하리라 생각된다.
- 3은 내부압력이 30曲에서 유속변화에 따른 소음수준의 변화를 보여준다. 3가지 실험장치 모두 50kPa까지 11.0% 끼지 유속변화에 따라 급격한 변화없이 거의 유사한 형태를 유지하면서 소음 수준이 증가된다. 그러나, 30kPa에서는 속도변화에 따라 급격히 소음수준이 증가하는 영역이 나타난다.
- OdB정도 작게 나타났다. KRISO 터널은 GTH 와 K16 보다는 매우 우수한 배경소음 특성을 우수한 배경소음 특성을 보여주고 있으며, 특히 5.0曲 이상에서 배경소음이 GTH보다는 10〜20 dB가 낮으며, K16보다는 약 10dB가 낮게 나타난다. Bell type의 경우 저주파의 좋지 않은 특성을 잘 보여준다.
- 제작된 Hydrophone Box 들과 기존의 소음계측 장치에서 계측된 소음특성을 파악하였으며, 외국의 캐비테이션 터널들과의 배경소음 수준도 비교하였다. 또한 모형시험 결과로부터 실선성능을 예측하기 위하여 터널 시험부 벽면효과 수정을 위한 시험을 수행하였으며, 벽면 효과의 수정결과 프로펠러 소음의 모형선-실선 상관관계 예측이 가능한 결과를 얻을 수 있었다.
후속연구
- 1) Hydrophon Box로 계측된 배경소음 특성은 기존에 Bell Type에 비旳 10kHz이하의 저주파에서 특성이 향상되었으며, 10kHz 이상의 고주파에서는 큰 차이를 보여주지 않았다. 그러나, 유속 10% 압력 30kPa까지 소음수준에 급격한 증가가 없어 Bell type보다 실험가능 한계가 향상되었다.
- 3) 계측된 프로펠러 소음결과를 가지고 벽면효과를 수정한 후에 나타난 스펙트럼의 형태는 전형적으로 알려진 프로펠러 캐비테이션 소음 스펙트럼의 형태와 비슷하게 나타났다. 앞으로 모형시험 결과로부터 실선소음을 예측이 가능하리라 생각된다.
- 3dB 정도의 감소량을 보여준다. 이런 결과로 미루어 보아 KRISO 캐비테이션 터널에서 계측된 프로펠러 캐비테이션 소음은 실선소음 성능을 예측하는 데 활용할 수 있다고 생각된다.
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