초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종목표는 Weis-Fogh형 선박추진기구를 실용화 시키는 것이다. 본 연구는 이 새로운 추진기구를 실용화 시키기 위해 다음 세 종류의 소과제로 연구를 수행하였다. 하나는 입자영상유속계(PIV) 이용한 유동장 가시화 실험을 통하여 본 추진기구 주위의 유동장 특성을 파악하는 것이다. 따른 하나는 탄성날개를 이용하여 본 추진기구의 성능을 개선하는 것이다. 또 다른 하나는 해상에서 탄성날개를 장착한 모형선 주행 및 진동시험을 통하여 새 추진기구의 실용화에 대한 문제점들을 해결하는 것이다.
연구결

연구의 목적 및 내용
본 연구의 최종목표는 Weis-Fogh형 선박추진기구를 실용화 시키는 것이다. 본 연구는 이 새로운 추진기구를 실용화 시키기 위해 다음 세 종류의 소과제로 연구를 수행하였다. 하나는 입자영상유속계(PIV) 이용한 유동장 가시화 실험을 통하여 본 추진기구 주위의 유동장 특성을 파악하는 것이다. 따른 하나는 탄성날개를 이용하여 본 추진기구의 성능을 개선하는 것이다. 또 다른 하나는 해상에서 탄성날개를 장착한 모형선 주행 및 진동시험을 통하여 새 추진기구의 실용화에 대한 문제점들을 해결하는 것이다.
연구결과
1. PIV에 의한 유동장의 가시화 실험(1차년도) : 날개와 벽 사이에 유체는 열리는 과정에서는 흡입되었지만, 닫히는 과정에서는 분출되었다. 병진운동의 과정에서 날개는 체널 내의 유체를 가속시켰다.
2. 탄성날개에 이용한 성능개선(2차년도)
1) 고무형 탄성날개에 의한 성능개선 : 비교적 성능개선의 효과가 큰 열림각 α=15° 및 고무의 비율 Rs=50%인 탄성날개는 같은 조건에서의 Rs=0%인 딱딱한 날개에 비해, 평균적으로 추력계수는 30%, 항력감소는 21%, 추진효율은 17% 증가를 보였다.
2) 스프링형 탄성날개에 의한 성능개선: 큰 추력을 발생시킬 수 있는 속도비가 1.5이상 의 범위에서는, 스프링형의 경우, 기존형에 비해 2배 이상의 추진효율 상승을 보였다.
3. 탄성날개를 부착한 모형선의 주행실험(3차년도)
1) 모형선의 주행 및 진동 특성: 추력 및 선속은 스프링형 날개가 가장 컸으며, 모형선의 최대 진동진폭 및 RMS 값은 열림각 α=30°일 때가 가장 작게 나타났다.
2) 추진모델에 따른 모형선의 주행 및 진동 특성: 열림각α=30°, 위상차ΔT=0° 직렬2단 추진모델의 추력이 컸고, 진동의 진폭이 비교적 작았다.
연구결과의 활용계획
-. 본 추진기구는 추진효율이 높아 실용화되면 선박운항경비의 대부분을 차지하고 있는 추진기관의 유류비를 대폭 절감할 수 있다.
-. 본 연구에서 개발된 스프링형 탄성날개는 성능이 우수하며, 날개를 기본요소로 하는 각종 터빈, 펌프, 수차, 송풍기, 압축기 등에도 적용할 수 있어 이들 기계의 성능향상에도 기여할 수 있다.
-. 활용방안은 연구결과를 국내, 외 유명학술지에 발표하여 유체공학 발전에 이바지하고, 나아가 국내 조선소와 산${\cdot}$학 협동으로 본 추진기구를 실용화시킬 계획이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
The final aim of this study is to make the practical use of ship's propulsion mechanism of Weis-Fogh type. This study was performed three ways to make the practical use of this new propulsion mechanism. One was to investigate the characteristics of the flow field around the propu

Purpose&contents
The final aim of this study is to make the practical use of ship's propulsion mechanism of Weis-Fogh type. This study was performed three ways to make the practical use of this new propulsion mechanism. One was to investigate the characteristics of the flow field around the propulsion mechanism through the flow visualization by PIV. Another was to improve the performance of the propulsion mechanism by using the elastic wing. The other was to settle problems on the realization of this new propulsion mechanism by the sailing and vibration tests of the model ship with the elastic wing in the pool.
Result
1. Flow visualization by PIV(1st year): the fluid between wing and wall was inhaled in the opening stage and was jet in the closing stage. The wing in the translating stage accelerated the fluid in the channel.
2. Performance improvement using elastic wing(2nd year)
1) Performance improvement by rubber type elastic wing: The elastic wing with opening angle α=15° and rubber rate Rs=50% which relatively had greatest performance improvement, thrust coefficient was increased by 30%, drag coefficient was decreased by 21%, and propulsive efficiency was increased by 17% in average compared to the rigid wing with Rs=0%.
2) Performance improvement by spring type elastic wing: In the range over 1.5 in velocity ratio where big thrust can be generated, spring type had more than twice of propulsive efficiency increase compared to the prototype.
3. The sailing performance tests of model ships(3rd year)
1) The sailing and vibration characteristics of model ship: The thrust and the speed of model ship were the highest for the spring-type wing, the maximum amplitude and RMS values of the model ship were the lowest for the wing having the opening angle of 30°.
2) The sailing and vibration characteristics of model ship with propulsion models: The thrust of propulsion model Ⅲ with opening angle α=30°, phase Δ T=0° was large, but the amplitude of vibration was small relatively.
Expected Contribution
-. Because of its high propulsive efficiency, If the propulsion mechanism is put to practical use, the oil expense which accounts for the most part of the voyage expenses of ship can be cut down by a large margin. practical use, the oil expense which accounts for the most part of the voyage expenses of ship can be cut down by a large margin.
-. The spring type wing developed through this study has high performance, and it can be used for turbine, pump, blower and compressor of which wings are main components. So it can contribute to improve the performance of these fluid machineries.
-. This study will be presented to domestic and foreign academic journal and it will help the development of fluid mechanics. Futhermore, we make the propulsion mechanism fit for practical use through industry-university cooperation with domestic shipyard.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 42
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 44
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 44
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 45
• 8. 참고문헌 ... 45
• 9. 연구성과 ... 47
• 10. 기타사항 ... 49
• 대표연구성과 ... 50