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제안 방법
- 본 연구는 24차 International Ocean and Polar Engineering Conference 에서 발표한 Kim, et al. (2014)의 논문을 수정·보완한 것으로, 예인수조에서 스테레오 입자영상유속계(Stereo Particle Image Velocimetry, SPIV)를 이용하여, 선수 규칙 파 중 만재상태의 KVLCC2 모형선의 프로펠러 면 상에서 공칭반류를 계측하고, 비정상 유동 특성을 분석하였다. 아울러, 파랑 중 선미부 프로펠러 면으로 유입되는 유동 해석에 관한 연구는 프로펠러 설계 시 고려해야 할 중요한 요인이며, 프로펠러의 하중 변동에 관한 문제, 추진효율 향상, 선박의 연료절감장치(energy saving device) 설계에 기초 자료로 활용할 수 있을 것이라 생각된다.
- – 각 위상 별로 프로펠러 면에서 유동을 계측하였다. λ/Lpp=0.
- – 저항시험 시 전후 동요(surge) 운동에 의한 SPIV 계측면이 이동하는 것을 최소한으로 조정하였고, 마커 플레이트와 레이저 센서로 구성된 위상동기장치를 이용하여 새로운 계측 기법을 제안하였다.
- 5에 보인 마커 플레이트(marker plate)와 레이저 센서로 구성된 위상동기장치에서, SPIV 시스템으로 전송되는 TTL(Transistor Transistor Logic) 신호는 SPIV 계측용 트리거로 사용되며, SPIV 시스템에 데이터 기록용으로 전송된다. 광원으로 사용된 레이저의 발광 간격은 150μs 이며, 더블 펄스 YAG 레이저를 사용하여 레이저 시트 광을 프로펠러 면에 조사하고, 예인전차에 설치되어 있는 트래버스 (Traverse system)를 이용하여 파랑 중 각 위상에 대한 프로펠러면 상의 유동장을 계측하였다.
- 본 논문에서는 예인수조에서 SPIV 시스템을 이용하여, 파랑 중에 항주하는 저속 비대선의 위상평균 반류 계측을 수행하였다. 이로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 2와 같이 외력(external force, F0)을 가하였다. 이로 인하여 모형선이 파도와 만나 파 강제력을 받았을 때, 그 충격이 완화되어 전후동요(surge)의 변동 값이 비교적 작게 나타나는 구간에서 공칭반류 계측을 수행하였다. 전후동요 운동으로 인한 계측 단면의 이탈을 막기 위해, 외력은 파랑 중 저항 값의 평균값에 맞춰지도록 조정하였다.
- 실험 수행 시 예인전차의 운행시간 간격은, 한 번의 주행마다 잔류파가 충분히 소멸될 수 있도록 30분 동안 정지 후 다시 운행하였다. 정면으로 입사하는 파에 대하여 파장이 λ/Lpp=0.6, 1.1, 1.6인 세 가지 조건에 대해서 계측을 수행하였으며, 입사 파고는 h=0.06 m 로 설정하고, 서보식 파고계와 용량식 파고계를 이용하여 정밀하게 계측하였다. 적재 하중 조건은 만재 상태이며, Fn=0.
대상 데이터
- 본 실험은 일본 오사카대학교 예인수조에서 수행되었다. 오사카대학교 예인수조는 길이 100 m, 폭 7.
- 5 m의 파를 생성 할 수 있으며, 수조의 양 측면과 후방부에는 소파기가 설치되어 있어서, 모형선 예인 후 효과적인 소파가 가능하다. 실험은 전 세계적으로 수치해석 및 실험 계측 결과가 공개되고 있는 KVLCC2 선형의 모형선을 사용하였다. 모형선의 정면도 및 실험에 사용된 좌표계를 Fig.
- 4의 그래프에서 보이는 실선은 예인전차에 대한 전후동요의 운동 속도이다. 예인전차에 고정된 SPIV 시스템을 사용하였고 계측된 유속을 선체와의 상대 속도로 변환하기 위해서는, 상하동요(heave), 종동요(pitch), 전후동요(surge)에 의한 수정이 필요하다. Fig.
- 본 실험은 일본 오사카대학교 예인수조에서 수행되었다. 오사카대학교 예인수조는 길이 100 m, 폭 7.8 m, 깊이 4.35 m이고, 예인전차는 0.01~3.5 m/s의 속도로 모형선의 예인이 가능하다. 플런저 형(plunger type)의 조파기가 설치되어 있어서 파고 0.
이론/모형
- 이하에 보이는 결과에서 좌표 값은 선체길이 Lpp, 속도는 예인 속도 U, 와도는 Lpp 와 U로 무차원화 하였으며, 해석 알고리즘은 상호상관법을 이용하여 최종적으로 32×32 pixel을 검사 영역으로 설정하였다. 정수 중에서는 순간 속도 분포 해석 결과를 1000장 평균하였고, 탐사 영역은 인접하는 계측 구간에서 50%의 오버랩이 적용되었다.
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