[논문]OKPO 300 진동 특성에 대한 실험적 연구

황아롬

doi:10.5574/ksoe.2016.30.5.400

OKPO 300 진동 특성에 대한 실험적 연구
Experimental Study of Vibration Characteristics of OKPO 300 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.30 no.5, 2016년, pp.400 - 404

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This paper presents experimental results for the vibration characteristics of the small unmanned underwater vehicle (UUV) OPKO 300, which was designed and manufactured by Daewoo ship and Marine Engineering Ltd. The autonomy of UUVs has led to an increase in their use in scientific, military, and commercial areas because their autonomy makes it possible for UUVs to be utilized instead of humans in hazardous missions such as mine countermeasure missions (MCM). Since it is impossible to use devices based on electromagnetic waves to gather information in an underwater environment, only sonar systems, which use sound waves, can be used in underwater environments, and their performance can strongly affect the autonomy of a UUV. Since a thruster system, which combines a motor and propeller in a single structure, is widely used as the propulsion system of a UUV and is mounted on the outside of a UUV’s stern, it can generate vibration, which can be transferred throughout the shell of the UUV from its stern to its bow. The transferred vibration can affect the performance of various sonar systems such as side-scan sonar or forward-looking sonar. Therefore, it is necessary to estimate the effect of the transferred vibration of the UUV on the sonar systems. Even if various numerical methods were used to analyze the vibration problem of a UUV, it would be hard to predict the vibration phenomena of a UUV at the initial design stage. In this work, an experimental study using OKPO 300 and an impact hammer was carried out to analyze the vibration feature of a small real UUV in the air. The frequency response function of the vibration based on the experimental results is presented.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

소나 장비는 소음과 진동에 의하여 성능에 큰 영향을 받을 수 있기 때문에 설계 초기부터 무인잠수정 자제 발생 진동과 소음을 고려하여야 한다. 본 논문에서는 무인잠수정에서 발생하는 자체 소음의 주된 원인인 추진 장치에 대한 진동이 무인잠수정 전체에 대하여 끼치는 영향을 파악하기 위하여 개발 완료된 무인잠수정 OKPO 300에 대해서 임팩트 해머를 이용한 공기 중 진동 특성 파악 실험을 수행하였고 그 실험 결과를 제시하였다.
무인잠수정에 대한 연구는 대부분 제어 기법 및 항법 시스템에 집중되어 있어 실제 자율 운항 성능에 큰 영향을 줄 수 있는 소나에 대한 진동 영향에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 이에 본 논문에서는 이미 개발 완료된 소형 무인잠수정인 OKPO 300의 진동 전달 특성을 파악하기 위하여 임팩트 해머를 이용한 실험을 수행하였으며, 이에 대한 실험 결과를 제시하였다. 또한 실험 결과를 이용하여 OKPO 300의 고유 진동 주파수를 산출하였으며 이를 제시하였다.

가설 설정

H1(s) 주파수 응답 함수는 시스템에서 발생하는 결과 값에 잡음이 많이 발생할 수 있는 경우에 주로 사용하며, H2(s) 주파수 응답 함수는 시스템에 대한 입력값에 잡음이 많이 발생할 수 있는 경우에 주로 사용한다. 본 논문에서 수행하고자 하는 실험은 임팩트 해머를 이용하기에 입력값보다는 출력값에 잡음이 발생할 가능성이 높기에 H1(s) 주파수 응답함수를 적용하였다. 식 (4)은 H1(s) 주파수 응답함수를 나타내고 있다.

제안 방법

이에 본 논문에서는 이미 개발 완료된 소형 무인잠수정인 OKPO 300의 진동 전달 특성을 파악하기 위하여 임팩트 해머를 이용한 실험을 수행하였으며, 이에 대한 실험 결과를 제시하였다. 또한 실험 결과를 이용하여 OKPO 300의 고유 진동 주파수를 산출하였으며 이를 제시하였다.
무인잠수정의 진동 전달 특성을 파악하기 위하여 각 가진점에 대해서 10 차례 임팩트 해머를 이용한 가진 실험을 수행하였다
이러한 이유에서 무인잠수정과 같은 수중 몰수체에 있어서는 진동 특성을 파악하기 위한 실험을 수행하는 경우가 많다. 원통형 실린더를 이용한 수중 몰수체에 대한 유체 탄성학적인 특성 파악하기 위한 실험을 수행하였으며, 이를 통하여 동일 원통형 실린더의 가진 주파수를 수중과 공기 중을 비교하였을 때, 수중에서 더 큰 가진 주파수를 가지고 있음을 확인하였다(Min et al., 2011).

대상 데이터

Fig. 1은 실험에 사용된 무인잠수정을 보여주고 있으며, 표 1에는 OKPO 300의 제원이 정리되어 제시되어 있다. 실험은 지지대로 발생하는 진동 전달 현상 왜곡을 피하기 위하여 Fig.
가속도 센서로는 DYTRAN 3148을 사용하였으며, 가진력 발생 장치인 임팩트 해머는 PCB 086C02를 사용하였다. 실험 자료 획득 장치로는 Bensone fieldpaq II을 사용하였다.
무인 잠수정 진동 특성을 파악하기 위한 실험은 개발 및 제작이 완료된 소형 무인잠수정(OKPO 300)에 대해서 임팩트 해머를 이용하여 수행되었다. Fig.
가속도 센서로는 DYTRAN 3148을 사용하였으며, 가진력 발생 장치인 임팩트 해머는 PCB 086C02를 사용하였다. 실험 자료 획득 장치로는 Bensone fieldpaq II을 사용하였다. 실험 장비에 대한 구성은 Fig.

데이터처리

각 가진 실험에서 임팩트 해머에서 측정한 가진력과 선수 노즈에 설치한 가속도 센서에서 측정한 가속도에 대하여 주파수 응답 특성을 계산하였으며 동일 가진 지점에서 계산한 진동 전달 주파수 응답 특성에 대해서 평균을 구하였다
동일 실험에서 발생한 2개의 큰 주파수 응답 특성에서 OKPO 300의 가진 주파수를 확인하기 위해 첫 번째 가진 지점 실험 결과에 대하여 추가 분석을 수행하였다.

성능/효과

실험 결과로부터 OKPO 300의 고유 주파수가 200Hz 부근에서 발생한다는 사실을 확인할 수 있었으며, OKPO 300 고유주파수 대역이 무인잠수정에서 많이 사용하고 있는 수동 소나의 저주파 대역과 근접하고 있다는 사실로부터 초기 설계 단계에서 진동 소음에 대한 고려가 필요하다는 사실을 확인할 수 있었다.

후속연구

향후 과제로는 공기 중 실험을 통하여 확인한 무인잠수정 OKPO 300의 진동 특성에 대한 실제 운영 환경에서의 적용성을 확인하기 위하여 수조 환경에서 실제 추진기를 활용한 실험을 수행하고 수중 환경에서의 진동 특성을 파악 및 분석이 필요하다.

참고문헌 (8)

It is noted that this paper is revised edition based on spring proceedings of KUUV 2016 in Pusan.

상세보기
Chen, X., Wu, Y., Cui, W., Tang, X., 2003. Nonlinear Hydroelastic Analysis of a Moored Floating Body. Ocean Engineering, 30, 965-1003.

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Halevi, Y., Wagner-Nachshoni, C., 2006. Transfer Function Modeling of Multi-link Flexible Structures. Journal of Sound and Vibration, 296, 73-90.

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Jefferys, E.R., Broome, D.R., Patel, M.H., 1984. A Transfer Function Method of Modeling Systems with Frequency Dependent Coefficients. Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 7(4), 490-495.

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Min, C.H., Park, H.I., Jung, H.G., Yoo, J.H., 2011. An Experimental Study on High-Frequency Vibration Analysis of a circular Cylindrical Shell in Contact with Water. Proceedings of the Twenty-first ISOPE Conference, Hawaii, USA, 322-326.
Ohkusu, M., Namba, Y., 2004. Hydroelastic Analysis of a Large Floating Structure. Journal of Fluids and Structures, 19, 543-555.

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Sigrist, J.F., Garreau, S.., 2007. Dynamic Analysis of Fluid-Structure Interaction Problems with Modal Methods using Pressure-based Fluid Finite Elements. Finite Elements in Analysis and Design, 43, 287-300.

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Ugurlu, B., Ergin, A., 2008. A Hydroelastic Investigation of Circular Cylindrical Shells-containing Flowing Fluid with Different end conditions. Journal of Sound and Vibration 318(4), 1291-1312.

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DOI : 10.5574/KSOE.2016.30.5.400 [무료]
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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