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In the present works, the High-speed Cavitation Tunnel (HCT) has been designed and manufactured to have the large test section to conduct various supercavitation experiments. The large amount of air ventilated behind a cavitator produces lots of tiny bubbles, which prevent clear observation of super...

주제어

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문제 정의

  • 16의 ■ 심볼로 표시된 자료와 같이 정상적이지 못한 결과를 얻게 된다. 따라서 본 연구에서는 diaphragm 방식이 아니라 beam 방식의 항력 센서를 개발하여 캐비테이터의 항력을 계측하고자 하였다. Beam 방식의 경우 diaphragm 방식과 같은 원판형 센서가 아니라 십자형의 센서이므로 센서를 경계로 내외부의 압력 평형을 쉽게 얻을 수 있다.
  • 물론 이 추정값들이 참값이라고 확신할 수 없는 σ∞ 로부터 얻어진 것이므로 근사적으로 비교하는 것을 목적으로 하였다.
  • 본 연구에서 살펴 보고자 하는 것들 중 하나는 초공동 형상과 항력 계수 사이의 관련성을 조사하는 것이다. 초공동 형상은 항력 계수 및 (9), (10) 식과 같이 이미 알려진 Garabedian의 점근식들을 이용하여 추정할 수 있다.
  • 환기 초공동 실험을 위해서는 고속 유동의 실현뿐 만 아니라 기포들을 효율적으로 포집하는 것이 매우 중요하므로 기포 포집부의 설계와 검증 작업이 필요하다. 본 연구에서는 실제 공기 포집부의 공기 제거 성능을 확인하기 위하여 시험부에서 공기 기포들을 가시화하여 검토하였다. 또한 제작된 고속터널에서 이루어진 환기 초공동 시험 결과의 신뢰성을 얻기 위하여 초공동 검증 시험을 수행하였다.
  • 여기서 X Dmax 는 캐비테이터의 뒷면 중심에 원점이 존재할 경우 초공동의 최대 직경이 형성된 곳까지의 수평방향 거리이다. 본 연구에서는 초공동의 길이 L을 XDmax 의 2배로 정의하여 기술하였다. 초공동이 C g = 0.
  • 또, 공동 형상 및 캐비테이터 항력 계측 결과들을 이용하여 잘 알려진 경험식 결과와 비교하였다. 본 연구에서는 환기 초공동 관련 연구에 필수적인 공동 형상 추출 기법과 항력 계측 기법을 마련하였으며 이를 토대로 최대 공동 직경, 공동 길이, 항력 계수 등의 관계를 고찰하였다.
  • 본 연구에서는 환기형 초공동 실험을 위해 선박해양플랜트연 구소 내에 신조된 고속 캐비테이션 터널에 대해서 소개하였으며 신뢰성 있는 초공동 실험을 위해 수행된 기초 실험들에 대하여 기술하였다. 제작된 고속 캐비테이션 터널의 성능을 검증 하기 위하여 구동부 작동 시 시험부 내에서 균일하게 설계 유 속이 형성되는 지 살펴 보았고 기포 포집부 작동에 의한 시험부 내 기포 포집 성능을 조사하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수중운동체가 초고속 주행을 할 수 있는 이유는 무엇인가 수중운동체의 캐비테이터(cavitator)에서 발생하는 초공동 (supercavitation)이 수중운동체 전체를 덮게 되면 유체 마찰저 항을 획기적으로 줄임으로써 수중에서의 초고속 주행을 가능하게 할 수 있다. 초공동 수중운동체의 항력 및 운동 성능을 실제 척도에서 검증하는 것은 쉽지 않기 때문에 초기 설계 단계에서 축소 모형에 대한 초공동 시험을 수행하여 그 성능을 확인하거나 설계 안을 개선하는 작업이 바람직하다.
초공동 유도제어에 대한 기초 연구에서 적절한 기포 포집부를 필수적으로 구비해야 하는 이유는 무엇인가 그러나 국내에는 SAFL 과 대등한 규모의 고속 캐비테이션 터널이 없어 다양한 설계 또는 검증 실험을 수행하기 어려웠다. 또한 초공동 실험을 원활 하게 수행하기 위해서 터널의 시험부에 설치된 수중체로 고속의 유동이 유입되어야 하고 캐비테이터 후방에서 분사된 공기 기포들이 시험부로 재유입되는 영향을 최소화해야 하므로 적절한 기포 포집부를 필수적으로 구비해야 한다.
초공동 유도제어에 대한 기초 연구를 위해 필요한 것은 무엇인가 국내에서도 모형 실험을 이용한 초공동 캐비테 이터 설계뿐 만 아니라 유도제어를 위한 기초 기술의 개발을 계획하고 있다. 초공동 유도제어에 대한 기초 연구를 위해서는 비교적 큰 수중운동체 모형에 대한 환기형(분사형) 초공동의 형상 변화, 초공동 막힘비에 따른 효과, 초공동 형상에 대한 중력 효과 등을 자세히 조사할 필요가 있다. 그러나 국내에는 SAFL 과 대등한 규모의 고속 캐비테이션 터널이 없어 다양한 설계 또는 검증 실험을 수행하기 어려웠다.
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참고문헌 (14)

  1. Brennen, C., 1969. A numerical solution of axisymmetric cavity flows. Journal of Fluid Mechanics, 37, pp. 671-688. 

  2. Escobar, E., Balas, G. & Arndt, R.E.A., 2014. Planing avoidance control for supercavitating vehicles. American Control Conference, Portland, OR, USA, 4-6 June 2014. 

  3. Garabedian, P.R., 1956. Calculation of axially symmetric cavities and jets, Pacific Journal of Mathmatics, 6, pp.611-684. 

  4. Jeong, S.W. & Ahn, B.K., 2016. An Experimental study on wake cavity flow characteristics of two-dimensional wedge shaped control fins. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 53(3), pp. 180-187. 

  5. Karlikov, V.P. & Sholomovich, G.I., 1966. Method of approximate account for the wall effect in cavitation flow around bodies in water tunnels. Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza. Izdatel'stvo Nauka, 1(4), pp. 89-93. 

  6. Kawakami, E. & Arndt, R.E.A., 2011. Investigation of the behavior of ventilated supercavities. Journal of Fluids Engineering, 133(9), 091305 

  7. Kim, B.J., Choi, J.G. & Kim, H.T., 2015. An experimental study on ventilated supercavitation of the disk cavitator. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 52(3), pp. 236-247. 

  8. Kim, J.H., Jeong, S.W., Ahn, B. K. & Jeon, Y.H., 2016. A study on natural supercavitation and drag characteristics of axisymmetric cavitators. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 53(6), pp. 465-472. 

  9. Knapp, R.T., Daily, J.W. & Hammit, F.G., 1970. Cavitation. University of Iowa, Iowa Institute of Hydraulic Research, IOWA : Institute of Hydraulic Research. 

  10. Lee, S.J., Kawakami, E. & Arndt, R.E.A., 2013. Investigation of the behaviour of ventilated supercavities in a periodic gust flow. Journal of Fluids Engineering, 135, 081301-1. 

  11. May, A., 1975. Water entry and the cavity - running behavior of missiles. Naval Surface Weapons Center, Silver Spring, Maryland, Technical Report 75-2. 

  12. Paik, B.G., Park, I.R., Kim, K.S. and Lee, K., Kim, M.J. & Kim, K.Y., 2016. Study on bubble collecting section of cavitation tunnel for ventilated supercavitation experiments. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 53(4), pp.309-315. 

  13. Reichardt, H., 1946. The laws of cavitation bubbles at axially symmetrical bdies in a flow. Ministry of Aircraft Production, MAP-VC Reports and Translations 766 ONR, 1946. 

  14. Shao, S., Karn, A., Ahn, B. K., Arndt, R.E.A. & Hong, J., 2017. A comparative study of natural and ventilated supercavitation across two closed-wall water tunnel facilities. Experimental Thermal and Fluid Science, 88, pp. 519-529. 

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