고속 활주선 선미 인터셉터 선저 압력 계측 모형시험

Abstract

고속 활주선은 운용속도가 높아서 임무 수행 능력이 뛰어나기 때문에 국내외에서 군사적 목적으로 많이 채택되는 선형이다. 활주선형은 속도에 따라 선저 압력 분포와 항주자세의 변화가 크고 이에 따라 선형의 유체성능 변화가 크다. 선형의 유체성능을 일정하게 유지하기 위하여 활주선의 항주자세 제어가 필요하고, 이를 위하여 선미 인터셉터를 많이 사용하고 있다. 그러나 선미 인터셉터의 실제 작용 원리에 대하여 유체역학적 이해에 바탕 한 개발 및 활용 사례는 적다. 따라서 선미 인터셉터의 작용 원리에 대한 이해를 넓히기 위해 속도에 따른 선저 압력 계측이 필요하다. 현재까지 이루어진 고속 활주선 압력 계측에 관한 연구는 선미 부가물이 부착되지 않은 경우에 대하여 국한되어 있으며, 선미 부가물에 대한 압력 계측에 관한 연구는 Destroyer 선형과 선미 트림탭에 대한 연구만이 이루어져있다. 즉, 선미 인터셉터가 고속 활주선의 대표적인 선미 부가물임에도 불구하고 압력 계측 시험 결과가 없다. 본 연구에서는 고속 활주선과 선미 인터셉터에 대하여 압력 계측 시험을 수행하고 선미 인터셉터 조건에 따른 저항 및 항주자세를 계측하였다. 또한 고속 활주선 트랜섬 선미에서 선미 인터셉터 장착 유무에 따른 국부 압력에 대한 고찰과 압력 변화에 대한 추이를 분석을 수행하였다. 선미 인터셉터가 장착되지 않은 경우 고속 활주선의 선미에서 대기압보다 낮은 압력이 발생하였다. 선미 유동은 자유수면과 만나기 때문에 대기압과 같다고 알려져 있지만, 고속 활주선의 트랜섬 선미 형상의 급격한 곡률 변화로 인하여 유동이 박리되어 나가기 때문에 대기압보다 낮은 압력이 발생한다. 선미 인터셉터가 장착된 경우 선미에서 압력이 증가하는 것을 확인하였다. 압력이 증가하는 이유는 선미 인터셉터의 영향으로 선미에서 정체 와동이 발생하기 때문으로 알려져있다. 또한 선미 인터셉터의 노출길이와 모형선의 예인속도가 증가함에 따라 선미 인터셉터로 인한 압력의 증가분이 커졌다. 항주자세의 경우 선미 인터셉터를 장착함에 따라 트림과 부상량 모두 감소하였다. 또한 선미 인터셉터의 노출길이가 증가할수록 트림 감소량이 증가하였다. 이는 압력 계측 결과와 비교하였을 때 선미 인터셉터의 노출길이가 증가함에 따라 선미에서 압력의 증가분이 커지고, 따라서 선미에서 발생하는 모멘트가 커지기 때문임을 알 수 있다. 고속 활주선과 선미 인터셉터에 대한 압력 계측 시험을 수행함으로써 고속 활주선의 선미 압력의 특성을 확인하였고 선미 인터셉터로 인한 압력 변화를 계측하였다. 또한 이를 통하여 고속 활주선과 선미 인터셉터의 작용 원리를 밝혔다.

주요어: 고속 활주선, 선미 인터셉터, 항주자세, 압력 계측 시험 학 번: 2016-21134