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가설 설정
- MUUTV를 강체라 가정하고 Fig. 2와 같이 MUUTV에 고정된 직각좌표계(물체고정좌표계)를 O - xyz , 공간고정좌표계를 OE- XEYEZE로 취하였다. 물체고정좌표계의 원점은 MUUTV의 동체 중앙횡단면에서 동체 높이의 중간위치에 취하고, MUUTV의 선수방향을 x , 정횡우현방향을 y ,선저방향을 z 축의 양(+)의 방향으로 정의한다.
- TE는 1 sec , δ˙max는 3deg /sec로 가정한다.
- 2005b). 단, 무게중심은 부심보다 0.2 m 아래(실선 기준)에 있는 것으로 가정하였다. 부가질량과 부가관성모멘트는 strip이론을 적용하여 구하였다(Sohn et al.
- 4의 예인수조에서 측정된 저항계수 (3)의 결과를 실선크기로 환산하여 MUUTV의 조종운동 수학모델에서 필요로 하는 계수Xuu′ 를 구하기로 한다. 즉, 다음 식과 같이 MUUTV의 저항계수는 Hughes의 마찰저항계수의 실수배로 표시된다고 가정한다(Ohkusu et al. 1987).
제안 방법
- 8과 같이 제작하였으며(축척비 : 27/76 ), 이것은 기초판(Ground Board, 이하GB라 함), 고정부(Fixed Part, 이하 FP라 함)와 가동부(Movable Part, 이하 MP라 함)로 구성되어 있다. MP에 작용하는 양력에 미치는 FP의 영향을 파악하기 위해 FP는 분리가 가능하도록 제작하였다. 그리고 실험결과를 다음 식으로 표시되는 Whicker/Fehlner 식과 비교하였다(Whicker and Fehlner 1958).
- MUUTV에 작용하는 감쇠유체력을 실험적으로 구하기 위하여 수평사항시험과 수직앙각시험을 수행하였다. Fig.
- MUUTV의 저항, 감쇠유체력 및 제어판의 양력을 측정하기 위하여 회류수조에서 모형실험을 수행하였다. 저항과 감쇠유체력 측정을 위하여 Fig.
- 본 연구에서는 운동안정성이 향상된 MUUTV를 공시모형으로 채택하여 회류수조에서 모형실험을 수행하였다. 그리고 모형실험 결과를 토대로 MUUTV의 6 자유도 운동 수학모델을 수정 제안하였다. 아울러 모형실험 결과와 Sohn et al.
- 본 연구에서 채택한 MUUTV 형상을 대상으로 회류수조에서 잠수체의 정적 모형실험 기법을 확립하였다. 또한 기존의 수학모델(Sohn et al.2006)에 본 실험결과와 Feldman(1979)의 연구결과를 적절히 보완함으로써 새로이 수정된 운동 수학모델을 제안하였다. 이를 토대로 수치 시뮬레이션 기법을 적용하여 MUUTV의 조종운동 특성을 규명하였다.
- 1과 Table 1에 보인 MUUTV를 1/10 로 축소하여 제작하였다. 또한 제어판의 양력 측정을 위하여 제어판을 포함하는 부가물(수평판)을 27/76 로 축소하여 기초판과 함께 제작하였다. 실험이 수행된 회류수조는 길이 12.
- 본 연구에서 채택한 MUUTV 형상을 대상으로 회류수조에서 잠수체의 정적 모형실험 기법을 확립하였다. 또한 기존의 수학모델(Sohn et al.
- 본 연구에서는 운동안정성이 향상된 MUUTV를 공시모형으로 채택하여 회류수조에서 모형실험을 수행하였다. 그리고 모형실험 결과를 토대로 MUUTV의 6 자유도 운동 수학모델을 수정 제안하였다.
- 본 연구에서는 이러한 수정작업을 거치지 않고 Fig. 4의 예인수조에서 측정된 저항계수 (3)의 결과를 실선크기로 환산하여 MUUTV의 조종운동 수학모델에서 필요로 하는 계수Xuu′ 를 구하기로 한다.
- 수평사항시험 시의 평균유속은 0.80 m/sec(Reynolds수 : 0.37 × 106 )이었고, 수직앙각시험의 경우 3 분력계의 정격용량의 한계로 인하여 유속을 0.33 m/sec(Reynolds수 : 0.15 × 106 )로 낮추어 실험을 수행하였다.
- 실험치는 0.5 ρAU2(단,A : 타의 면적)으로 무차원화 하였다.
- 2006)에 본 실험결과와 Feldman(1979)의 연구결과를 적절히 보완함으로써 새로이 수정된 운동 수학모델을 제안하였다. 이를 토대로 수치 시뮬레이션 기법을 적용하여 MUUTV의 조종운동 특성을 규명하였다. 단, 이 결과는 추후 자유항주 모형실험에 의한 검증을 필요로 한다.
- MUUTV의 저항, 감쇠유체력 및 제어판의 양력을 측정하기 위하여 회류수조에서 모형실험을 수행하였다. 저항과 감쇠유체력 측정을 위하여 Fig.1과 Table 1에 보인 MUUTV를 1/10 로 축소하여 제작하였다. 또한 제어판의 양력 측정을 위하여 제어판을 포함하는 부가물(수평판)을 27/76 로 축소하여 기초판과 함께 제작하였다.
- 3에 나타낸다. 전반적으로 유속분포의 균일도는 양호한 편이며 모형선 중심위치는 자유표면으로부터 약0.45 m 아래에 위치하도록 하여 자유표면 영향을 받지 않도록 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 다음과 같이 6 자유도 운동 수학모델을 정립하였다. 먼저 관성유체력의 경우에는 Sohn et al.
- MUUTV에는 수평타와 수직타가 설치되어 있는데 이들은 각각 수평판과 수직판의 일부로서 후부에 위치하고 있다. 수평타와 수직타의 양력 특성을 파악하기 위하여 수평타를 포함하는 수평판을 기초판과 함께 Fig. 8과 같이 제작하였으며(축척비 : 27/76 ), 이것은 기초판(Ground Board, 이하GB라 함), 고정부(Fixed Part, 이하 FP라 함)와 가동부(Movable Part, 이하 MP라 함)로 구성되어 있다. MP에 작용하는 양력에 미치는 FP의 영향을 파악하기 위해 FP는 분리가 가능하도록 제작하였다.
- 또한 제어판의 양력 측정을 위하여 제어판을 포함하는 부가물(수평판)을 27/76 로 축소하여 기초판과 함께 제작하였다. 실험이 수행된 회류수조는 길이 12.5 m , 폭 2.2 m , 높이5.2 m 인 2 임펠러 방식의 수직순환형으로서, 관측부는 길이 5 m , 폭 1.8 m , 수심 0.9 m 이다. 실험점(관측부의 종방향 중심위치)의 수평방향과 수직방향에서 측정된 유속분포를 Fig.
데이터처리
- MP에 작용하는 양력에 미치는 FP의 영향을 파악하기 위해 FP는 분리가 가능하도록 제작하였다. 그리고 실험결과를 다음 식으로 표시되는 Whicker/Fehlner 식과 비교하였다(Whicker and Fehlner 1958).
이론/모형
- 아울러 모형실험 결과와 Sohn et al.(2006)이 제안한 이론추정법에 의해 수학모델에서 필요로 하는 유체력미계수를 구하였으며 시뮬레이션기법을 이용하여 MUUTV의 조종운동 특성을 검토하였다.
- 2006). 감쇠유체력미계수의 일부는 3.2절의 정적시험을 통하여 구하였고, 실험에 의해 구하지 못한 감쇠유체력미계수는 Lewis(1989)의 방법에 따라 동체의 경우에는 세장체이론(slender body theory)을 적용하였고 부가물의 경우에는 Whicker/Fehlner 식(Whicker and Fehlner1958)을 이용하여 구하였다. 세장체이론을 적용할때 effective trailing edge의 위치는 3.
- 단, 부가질량계수 형태의 표현(Newman 1978)이 아니고 유체력미계수 형태로 나타낸다. 그리고 감쇠유체력에서 정적운동 모드의 경우에는 실험결과(Fig. 6, Fig. 7)로부터 직접 수학모델을 구하였으며, 동적운동 모드의 경우에는 Feldman(1979)의 잠수함 표준 수학모델을 참고하였다. 특히, 각속도 관련 유체력미계수의 고차항은 Feldman(1979)과 Sen(2000)의 연구결과에 따라 무시하기로 한다.
- 1969). 그리고 추력감소계수 t 와 반류계수(wake fraction)는 각각 수상선박에 대한 추정식으로부터 구하였다(Lewis 1989).Table 2에 유체력미계수 등의 값을 나타낸다.
- 2절의 제어판의 양력 측정 실험결과로부터 구하였다. 또한 프로펠러의 추력계수 KP는 van Lammeren B-Screw Series의 프로펠러 특성으로부터 구하였다(van Lammeren et al. 1969). 그리고 추력감소계수 t 와 반류계수(wake fraction)는 각각 수상선박에 대한 추정식으로부터 구하였다(Lewis 1989).
- 2 m 아래(실선 기준)에 있는 것으로 가정하였다. 부가질량과 부가관성모멘트는 strip이론을 적용하여 구하였다(Sohn et al. 2006). 감쇠유체력미계수의 일부는 3.
- )와 Euler 각(Φ , θ , Ψ )을 구하는 수순으로 수치 시뮬레이션이 수행된다. 여기서 수치적분법은 Runge-Kutta-Gill 방법을 이용하였고 계산은 0.1 sec시간간격으로 하였다. 또한 수치 시뮬레이션 시에, 다음 가정을 적용하였다.
- 질량, 질량관성모멘트 및 부심의 위치는 상용프로그램인 Catia를 이용하여 구하였다(Lee et al.2005b). 단, 무게중심은 부심보다 0.
성능/효과
- 단, 이 결과는 추후 자유항주 모형실험에 의한 검증을 필요로 한다. 그리고 본 연구에서 채택한 MUUTV 형상은 중성평형 상태에서 수직면 직선운동 안정성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
- 2005a)의 예인수조 저항실험 결과로서 모형선의 형상은 (2)와 같으나 모형선의 길이가 2 m 이다. 모형선의 크기가 1.2 m , 2 m 로서 상이하지만 동일한 모형선의 저항실험 결과가 회류수조에서 측정된 값과 예인수조에서 측정된 값에 상당한 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 일반적으로 회류수조에서 측정된 저항계수는 몇 가지 수정과정을 거쳐야 한다(Tamashima et al.
후속연구
- 이를 토대로 수치 시뮬레이션 기법을 적용하여 MUUTV의 조종운동 특성을 규명하였다. 단, 이 결과는 추후 자유항주 모형실험에 의한 검증을 필요로 한다. 그리고 본 연구에서 채택한 MUUTV 형상은 중성평형 상태에서 수직면 직선운동 안정성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
- 앞으로 MUUTV의 조종운동 특성 중 hovering스러스터의 사용과 함께 대각도 극한운동(extreme motion)의 조종특성에 관한 연구가 추가되어져야 할 것으로 생각된다.
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