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문제 정의
- 본 논문에서는 자연발생 기포 모델과 수상함 항적 모델에 대하여 간단히 설명한 후, 환경 변수, 수상함 크기 및 기동 변수에 기인하는 간단한 수치예제를 수록하여 제안 모델이 군사적 목적의 전장 환경 시뮬레이터 구성모델로의 탑재 가능성을 타진하고자 한다.
- 본 연구에서는 수상함의 크기에 따른 항적의 기하학적인 이론식을 바탕으로, 임의의 해상 환경, 임의의 수상함 크기 및 기동 조건에서의 항적 분포량 및 기포 분율 분포를 추정하고자 시도하였다. 선박의 기하학적인 형상에 따른 항적 분포 모델을 제시한 Yeuhui and Wei(2015)의 접근 방법[6]을 확장하여, 시간에 따른 항적 분포 모델을 구현하고 수상함의 기동 조건에 따른 3차원 항적 분포 모델을 구현하였다.
가설 설정
- 수상함에 의한 항적의 기포 크기에 따른 분포량은 기포 생성 후 성숙 단계의 특성을 대표하는 Novarini의 γ-plume 모델을 가정하였는데, Fig. 4는 심도에 따른 기포 크기별 γ-plume 분포량을 비교해서 보여주고 있다.
- 시간에 따른 선박의 항적 분포 및 기포분율 모델을 계산하기 위하여 Yeuhui and Wei(2015)의 접근 방법과 유사하게 기포의 분포량 은 식 (4)와 같이 가정하였다.
- 9는 독자들의 이해를 높이기 위하여자연발생 기포 군의 유무에 따른 단위부피 당 기포의개수와 기포분율을 2차원 단면으로 잘라 비교하는 그림을 각각 수록하였다. 여기서 계산의 편의를 위하여수상함 기포 크기가 10 μm부터 500 μm 범위에 존재한다고 가정하여 계산을 수행하였다. Fig.
- 즉, 분포량 은 스케일 상수 × 와 시간에 대한 감쇠항 , 선박의 궤적과 법선방향의 감쇠항 , 심도 방향 감쇠항 , 그리고 기포 분포특성항 간의 곱으로 기포 분포량을 가정하였는데, 수상함의 프로펠러가 중앙축에 1개 위치한다고 가정하여 선박의 중심축으로부터 각 축 방향으로 멀어질수록 기포 분포량이 지수적으로 감소하도록 모사하였다. 전술한 기하학적 항적 형상 모델, 기포 상승 속도 모델은 각 축 방향의 감쇠항 계산에 사용하였다.
- 형상 모델로 전개하였다. 즉, 임의의 지점에서 수상함이 지나가는 시점을 기준으로 시간 가 지난 후의 항적의 폭 와 깊이 는 다음 식과 같이 각각 가정하였다.
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