[국가R&D연구보고서]해양공학수조를 활용한 모형시험 기법 개발;음향파 거동해석기법을 이용한 수중초음파 시스템 시험기법 개발 Development of Model Test Techniques in KRISO
보고서 정보
주관연구기관
한국해양연구원 Korea Ocean Research & development Institute
보고서유형
최종보고서
발행국가
대한민국
언어
한국어
발행년월
1999-12
주관부처
국무조정실 The Office for Government Policy Coordination
과제관리전문기관
한국해양연구원 Korea Ocean Research & development Institute
등록번호
TRKO200200047840
DB 구축일자
2013-04-18
초록▼
I. 제목 음향파 거동해석기법을 이용한 수중초음파 시스템 시험기법 개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 최근 들어 상업적 및 군사적으로 수중 음향기술의 응용에 대한 필요성이 급격히 증대되고 있어 수중 음향기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 고성능 수중음향 시스템이 개발되면서 수중 음향의 응용분야가 넓어지게 되었고, 이에 따라 시스템의 성능을 검증할 수 있는 시험시설이 필요하게 되었다. 상업적 또는 군사적으로 다중경로 내에서의 전달로 수중 음향 시스템 개발에 대한 어려움을 해결하기 위해 수중 음향 시스템에
I. 제목 음향파 거동해석기법을 이용한 수중초음파 시스템 시험기법 개발 II. 연구개발의 목적 및 필요성 최근 들어 상업적 및 군사적으로 수중 음향기술의 응용에 대한 필요성이 급격히 증대되고 있어 수중 음향기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한, 고성능 수중음향 시스템이 개발되면서 수중 음향의 응용분야가 넓어지게 되었고, 이에 따라 시스템의 성능을 검증할 수 있는 시험시설이 필요하게 되었다. 상업적 또는 군사적으로 다중경로 내에서의 전달로 수중 음향 시스템 개발에 대한 어려움을 해결하기 위해 수중 음향 시스템에 대한 광범위한 연구가 진행되고 있으며, 이 시스템 개발에 필요한 수중 음향센서의 시험 및 보정을 위한 시설 확보는 매우 중요하다. 본 연구는 수중 음향센서의 적절한 파라미터를 추정하고 평가하는데 필요한 수중 음향센서의 시험 및 보정을 위한 시설인 수중 음향수조의 핵심기술 개발을 목표로 하고 있다. 당해연도에는 수중 음향수조의 수학적 모델링과 시뮬레이션, 흡음물질의 물리적 특성 검토 및 수중 음향판의 수학적 모델링 및 시뮬레이션을 수행하였다. III. 연구개발의 내용 및 범위 (1) 수중 초음파 특성 분석 - 수중 음향특성과 SONAR 등식 검토 - 수조 내에서의 음향 거동해석에 대한 수학적 모델링과 시뮬레이션 (2) 흡음물질의 선정 - 재생용 고무의 흡음계수 검토 - 다공성 신축소재의 흡음계수 검토 - 다공성 알루미늄폼의 흠음계수 검토 (3) 흡음판 설계와 치구설계 - 3층 다공판과 쐐기형 흡음판 설계 및 반사성능 시뮬레이션 - 흡음판 치구설계 Ⅳ. 연구개발의 결과 및 활용에 대한 건의 (1) 수중 음향에 대한 특성을 살펴보기 위해 수중에서의 거리에 따른 주파수 특성, 수심에 대한 온도변화, 수조 내에서의 초음파 신호 전송에 제약을 주는 요인에 대하여 살펴보았다. (2) 제작될 음향수조 내에서의 반사에 의한 다중경로를 해석하기 위하여 수조에 대한 수학적 모델링을 하였으며, 이 모델에 대한 다중경로의 영향을 해석하였다. 이 결과를 이용하여 음향수조 내에 설치되는 트랜스듀서, 하이드로폰의 설치위치를 결정하였다. (3) 흡음판 제작을 위한 흡음판의 재질을 선정하기 위하여 일반적으로 흡음성능이 우수한 재생용 고무, 우레탄 폼, 알루미늄 폼에 대하여 자료조사를 수행하였으며, 격자크기, 다공성, 샘플 두께 등에 따른 흡음성능을 검토하였다. 또한, 각 재질에 대한 특성을 고려하여 최적의 흡음효과를 얻기 위한 방안을 검토하였다. (4) 수중 음향수조내에 설치될 흡음판의 형상에 대한 흡음성능을 고려하기 위해, 3층 타공판 구조, 쐐기형 흡음판 구조에 대하여 수치 시뮬레이션을 수행하였다. (5) 특히, 타공판 구조에서는 직립형 타공판에 의한 반사율을 계산하는 프로그램을 개발하였고, 이 프로그램을 사용하여 타공판에 대한 반사율을 계산하였다. 타공판의 간격을 일정하게 유지하면서 타공판의 숫자를 증가시키면 반사율은 줄어들고, 파의 진행반향으로 공극율 계수가 점차 감소하도록 판들을 설치하여 우수한 흡음성능을 갖는 결과를 얻었다. (6) 쐐기형 흡음판 구조는 쐐기각도가 15도 미만에서 쐐기내 반사횟수가 최대로 나타났으며, 최대 6번의 반사를 통해 -20dB의 감쇄를 얻기 위해서는 쐐기의 재질이 한번의 반사가 발생할 때마다 32% 이상의 에너지를 흡수할 수 있어야 함을 의미하므로, 주된 관심을 갖는 주파수인 3KHz의 음향파가 이러한 비율 이상으로 흡수될 수 있는 특성을 가진 재질로 선정한다. (7) 수중 음향수조에 대한 치구설계를 수행하였다. 본 연구에서 개발된 수중 음향수조는 수중 초음파 시스템 분야에서의 기초적인 진보를 가져올 상업적 또는 군사적 분야를 포함한 많은 응용분야에 실질적으로 사용할 수 있으며, 다양하고 새로운 수중 초음파 응용연구를 가능하게 해줄 것이다.
Abstract▼
I. Subject Development of Underwater Ultrasonic System Test Techniques Using Acoustic Wave Analysis II. Objective and significance of the project In recent years, underwater acoustic technologies received much attention following their various applications to the rapidly growing needs for commerc
I. Subject Development of Underwater Ultrasonic System Test Techniques Using Acoustic Wave Analysis II. Objective and significance of the project In recent years, underwater acoustic technologies received much attention following their various applications to the rapidly growing needs for commercial and military fields. As high performance acoustic-based equipment systems are being developed, the scope of their applications continues to grow, and so do the requirement on the system performance and its test facilities. The test and calibration facilities for an acoustic sensors are prominent. Current research focuses on the development of acoustic-based equipment systems, which accompanied extensive research to solve the difficulties due to the multipath propagation in both fields. In what follows, the project aims at developing the key technologies of test and calibration for an underwater acoustic sensors whose techniques are necessary for the estimation and evaluation of the relevant parameters of acoustic sensors. To achieve the well established acoustic calibration facilities, in this year the numerical modeling, numerical simulation, reviews of physical characteristics for anechoic coating materials and underwater acoustic reflection characteristics were carried out. III. Contents and Scopes of the project. (1) Analyzing the underwater acoustic characteristics - Reviews of underwater acoustic characteristics and SONAR Equation - Numerical modeling and simulation of acoustic behaviors in shallow water tank. (2) Selection of anechoic coating materials - Reviews of absorption coefficient for recycled rubber - Reviews of absorption coefficient for porous elastic materials - Reviews of absorption coefficient for porous foamed aluminum (3) Design of anechoic coating lining and it is outfitting - Design and simulations for a reflecting performance : 3-layered porous plate : wedge type anechoic coating - Design of fabrication of related outfitting Ⅳ. Results and suggestion for the practical use. (1) Reviews and numerical simulation for an underwater acoustic behaviors in shallow water tank for a limited frequency, temperature and other environmental parameters. (2) Numerical modeling and simulation for a multipath channel in shallow water tank. Determine the standard hydrophone receiver sensor position through the simulation results. (3) Reviews of the physical properties such as absorption coefficient of the porous recycled rubber, porous elastic material and porous foamed aluminum for various size, thickness, particle size through the existing empirical data. (4) Numerical simulation for an anechoic coating line to be installed in the anechoic tank for 3-layered porous plate and for wedge type anechoic coating plate. (5) Development of a computer program to estimate the underwater acoustic absorption coefficient, reflecting coefficient Underwater acoustic coefficient decreases the reflecting coefficient by increasing the porosity and increases the reflecting coefficient by installing layered plate in the direction of acoustic wave. (6) Through the acoustic reflecting simulation of the wedge type anechoic plate with center frequency of 3 KHz, materials and shapes of the anechoic plate are determined. It has 15 degree of wedge angle with 32% energy absorption materials, which results 20dB acoustic attenuation by 6-time reflections between wedge of the anechoic coating plate. (7) The design and fabrication of outfittings to install the anechoic coating lining is also carried out. The results developed in this project will be put into practical use for various applications in both commercial and military fields. It will give fundamental advances in the field of acoustic-based equipment system development and open many new possibilities for the intensive research of acoustic-based applications.
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