[논문]유동 방향 변화에 따른 잠수함 주위의 유동 특성과 유체동역학적 계수의 변화

장진호; 박원규

doi:10.3744/snak.2006.43.4.460

유동 방향 변화에 따른 잠수함 주위의 유동 특성과 유체동역학적 계수의 변화
The Variation of Flow Field and Hydrodynamic Coefficients of Submarine by Changes of Angle of Attack and Yaw Angle 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.43 no.4, 2006년, pp.460 - 466

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The three-dimensional RANS equations were applied to analyze the flow field of a submarine. To validate the code, the DARPA SUBOFF bare hull and an eliipsoid at angles of attack of $10^{\circ}\;and\;30^{\circ}$ were simulated and good agreement with experiments was obtained. After the code validation, the flows over the full configuration of DARPA SUBOFF model having a fairwater and four stern appendages were simulated at four angles of attack $(0^{\circ},\;10^{\circ},\;20^{\circ},\;30^{\circ})$ and three yaw angles $(10^{\circ},\;20^{\circ},\;30^{\circ})$ Specifically, the pressure contours and streamlines of fairwater and stern appendage were compared as the angle of attack and yaw angle changed. The variations of hydrodynamic forces were also calculated.

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문제 정의

(2003)0| WAVIS 코드를 이용하여 잠수함의 유체력 산정에 대해 연구를 한 적이 있다. 본 연구의 목적은 받음각과 편향 각 변화에 대한 잠수함의 동역학적 계수 변화를 전산유체 역학을 이용하여 추론하고 유동변화 양상을 파악하고자 하는 데 있다. 본 연구의 목적이 거시적인 관점에서 Kim et al.

제안 방법

유동해석은 Re수가 인 경우로서, 받음각(a)가 0°, 10°, 20°, 30°인 경우와 편향각(仞가 0°, 10°, 20°, 30°에 대해 계산을 수행하였다. 보통의 경우 잠수함 유동계산은 Re = 107범위 정도가 되어야 하나 본 연구에서는 Fig.
본 연구에서 3차원 잠수함 주위 유동해석에 앞서 개발된 코드의 검증을 위해 3차원 타원체와 잠수함의 부가물이 없는 bare h니 주위의 유동해석을 수행하였다. 먼저 타원체의 계산 영역에 해당하는 격자계 는 Fig. 1과 같은 H-0형의 격자계로서 사용된 격자수는 86x23x30개이며 유동해석은 Re수가 7.2x106와 7.7X10&에서 받음각(a)0l 10°와 3(7인 경우에 대해 계산을 수행하였다. 수치 해석에 사용된 좌표계는 일반화된 곡선 좌표계를 사용하였으며 초기 조건으로 자유 유동 조건을 사용하였고 원거리 유입 경계조건과 유출 경계 조건 역시 자유 유동 조건을 부여하였다.
본 연구에서 3차원 잠수함 주위 유동해석에 앞서 개발된 코드의 검증을 위해 3차원 타원체와 잠수함의 부가물이 없는 bare h니 주위의 유동해석을 수행하였다. 먼저 타원체의 계산 영역에 해당하는 격자계 는 Fig.
7X10&에서 받음각(a)0l 10°와 3(7인 경우에 대해 계산을 수행하였다. 수치 해석에 사용된 좌표계는 일반화된 곡선 좌표계를 사용하였으며 초기 조건으로 자유 유동 조건을 사용하였고 원거리 유입 경계조건과 유출 경계 조건 역시 자유 유동 조건을 부여하였다. 타원체 표면에서는 점착조건과 표변의 법선 압력 구배가 영(ze「o)이라는 조건을 이용하였다.
잠수함 주위 3차원 비압축성 점성 유동을 해석할 수 있는 코드를 개발하였으며 코드 검증을 위해 타원체와 잠수함 DARPA SUBOFF bare hulf 형상의 실 험 데이터와 비교하여 코드의 타당성을 이끌어내었 다. 그리고 본코드가 fairwater 주위의 말굽와류 (horseshoe vortex)를 정확히 모사해낼 수 있는 등 잠수함 주위 유동장을 정확히 해석하고 있음을 보였고 받음각과 편향 각이 0。에서 30°까지 10°간격으로 변할 때 SUBOFF 잠수함 모델 주위의 유동변화를 유선과 등 압력 분포도를 이용하여 파악할 수 있었으며 이에 따르는 유체동 역학적 계수의 각 방향 힘 성분인 Cl, Cd, Cs와 모멘트 성분인 Cm, Cn, 여의변 화를 계산하였다.
(2003)a| 연구 내용과 상당히 일치 하나 Kim et al.의 연구에서는 유한체 적법(FVM)을 기초로 하여 개발된 KRISO의 WAVIS 코드를 사용하고 있는데 반해, 본 연구에서는 본 연구실에서 자체 개발하여 보유하고 있는 유한차분법(FDM)을 기초로 하는 RANS 코드를 이용하고 있다.
잠수함 주위 3차원 비압축성 점성 유동을 해석할 수 있는 코드를 개발하였으며 코드 검증을 위해 타원체와 잠수함 DARPA SUBOFF bare hulf 형상의 실 험 데이터와 비교하여 코드의 타당성을 이끌어내었 다. 그리고 본코드가 fairwater 주위의 말굽와류 (horseshoe vortex)를 정확히 모사해낼 수 있는 등 잠수함 주위 유동장을 정확히 해석하고 있음을 보였고 받음각과 편향 각이 0。에서 30°까지 10°간격으로 변할 때 SUBOFF 잠수함 모델 주위의 유동변화를 유선과 등 압력 분포도를 이용하여 파악할 수 있었으며 이에 따르는 유체동 역학적 계수의 각 방향 힘 성분인 Cl, Cd, Cs와 모멘트 성분인 Cm, Cn, 여의변 화를 계산하였다.

데이터처리

4의 SUBOFF bare hull에 대해 Re느.Oxi。% a=0°일 때 유동해석을 수행하여 Fig. 5에서 표면압력 분포 값을 실험값(Groves et al. 1989)과 다은 전산해석결과(Donaldson et 기. 1990)와 비교하여 나타내었다.
(2002)은 동적거동 을 가지는 잠수함(ONR Body너 모델) 주위 유동을 RANS 코드를 이용하여 Fu et al.(2002)의 PIV 계측을 통한 실험적 연구와 비교 연구하였다. 또한 Groves et 기, (1989)은 잠수함(SUBOFF 모델) 주위의 유동을 실험을 통해 연구하였으며, Huang et 기.

이론/모형

여기서!知 완화 계수를 의미하며 난류유동장 해석을 위해 저레이놀즈 k~e 모델(Chien 1982)을 사용하였다.
다음으로 연속 방정식은 비압축성 유동해석의 효율적인 수행하기 위해 MAC(Ma「ke「2nd-C이I) 방법 (Viec이li 1969)의 개념을 이용하였다.

참고문헌 (14)

Boger. D.A., Davoudzadeh. F., Dreyer. J.J., McDonald. H., Schott. C.G., Zierke, W.C., Arabshahi. A., Briley. W.R., Busby. J.A., Chen. J.P., Jiang. M., Jonnalagadda. R., McGinley. J., Pankajakshan. R., Sheng. C., Stokes. M.L., Taylor. L.K., and Whitfield. D.L., 1977, A Physics-Based Means of Computing the Flow Around a Maneuvering Underwater Vehicle, Technical Report No. TR 97-002
Bull, P., 1997, 'The Validation of CFD Predictions of Nominal Wake for the SUBOFF Fully Appended Geometry,' The 21th Symposium on Naval Hydrodynamics,' Trondheim, pp. 1061-1076
Donaldson. C., Everstine. G.C., Fyfe. D., Goldstein. D. and Stern. F. of Jason Associates Corporation, 1990, 'Requirements Analysis for the DARPA Submarine,' Hydrodynamics/Hydroacoustic Technology Center
Fu, Thomas. C., Paisan. A. and David E.H., 2002, PIV Measurements of a Turning Submarine Model(ONR BODY 1) Part 1: Experimental Setup, NSWCCD-50-TR-2002/019, Hydromechanics Directorate, Research and Development Report
Groves. N.C., Huang. T.T. and Chang. M. S., 1989, Geometric Characteristics of DARPA SUBOFF Models(DTRC MODEL NOS. 5470 and 5471), DTRC/SHD-1298-01, Ship Hydromechanics Department, David Taylor Research Center
Huang. T.T., Liu. H.L., Groves. N.C., Forlini. T.J., Blanton. J.N., and Gowing. S., 1992, 'Measurement of Flows Over an Axisymmetric Body with Various Appendages,' 19th Symposium on Naval Hydrodynamics, Seoul, Korea
Kim. J., Park. I.R .. Van. S.H. and Kim. W. J., 2003, 'Calculation of Turbulent Flows around a Submarine for the Prediction of Hydrodynamic Performance,' Journal of Ship & Ocean Technology, Vol. 7, No.4, pp. 16-31

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Park. W.G., Jung, Y.R., and Ha, S.D., 1998, 'Numerical Viscous Flow Analysis around a High Speed Train with Crosswind Effects,' AIAA Journal, Vol. 36, No.3, pp, 477-479

상세보기
Park. W.G., and Sankar. L.N., 1993, 'A Technique for the Prediction of Unsteady Incompressible Viscous Flows,' AIAA Paper 93-3006
Patel. V.C. and Baek. J.H., 1987, 'Boundary Layers in Planes of Symmetry, Part II : Calculations for Laminar and Turbulent Flows,' AIAA Journal, Vol. 25, NO.6, pp. 812-818

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Sheng, C., Taylor, L.K. and Whitfield, D.L., 1995, 'Multiblock Multigrid Solution of Three-Dimensional Incompressible Turbulent Flow About Appended Submarine Configuration,' AIAA Paper 95-0203
Sung. C.H., Jiang. M.Y., Rhee. B., Percival. S., Atsavapranee. P. and Koh. I.Y., 2002, 'Validation of the Flow around a Turning Submarine,' The 24th Symposium on Naval Hydrodynamics, Fukuoka, Japan, pp. 167-178
Veer N. Vatsa, 1991, 'Viscous Flow Solutions For Slender Bodies of Revolution At Incidence,' Computers and Fluids, Vol. 20, No.3, pp. 313-320

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Viecelli. J.A., 1969, 'A Method for including Arbitrary External Boundaries in the MAC Incompressible Fluid Computing Technique,' Journal of Computational Physics, Vol. 4, pp. 543-551

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