상반회전 프로펠러 성능 해석 연구

Abstract

본 논문은 상반회전 프로펠러의 성능 해석을 수행하고 그 결과를 통해 무인 반잠수정의 추진기에 의한 토오크 최소화에 기여하는 바를 확인하여 이를 추진기 기초설계 자료로써 활용할 수 있도록 하는 것을 목표로 하였다. 먼저 단일 프로펠러의 형상과 실험 데이터를 이용하여 프로펠러 성능해석 프로그램의 수렴성과 수치계산 결과의 타당성을 확인하였다. 전방 프로펠러와 후방 프로펠러의 유입속도는 선체반류 속도성분 중 원주방향의 원주방향 평균속도와 속도 포텐셜이 유기하는 속도를 더한 값을 사용하였다. 계산 과정에서 전방 및 후방 프로펠러의 크기가 고려될 수 있도록 하였고, 유기속도 계산 과정에서 계산점과 특이점의 거리가 매우 가까울 경우 Singular behavior가 발생할 수 있기 때문에 후류의 위치좌표를 고려하여 계산점의 위치를 선정하였다. 코오드방향 패널수와 반경방향 패널수를 바꾸어가며 수렴성 테스트를 수행하고, 전진비를 변화시켜 가면서 실험값과 계산값이 일치하는지 확인하였다. 그리고 운동량 이론에 따른 계산값과 수치계산의 결과를 비교하여 최종적으로 수치계산의 결과가 타당한 값이라는 것을 확인하였다. 상반회전 프로펠러의 성능해석은 먼저 전방 프로펠러 해석을 통해 KT, KQ값을 계산하고 후방 프로펠러의 위치에서 유기속도를 계산하여 다시 후방 프로펠러 해석을 통해 KT, KQ값을 계산하는 과정을 반복하여 결과값이 수렴하면 그 값을 확인하였다. 상반회전 프로펠러의 수치계산 시 계산결과의 타당성을 검증하기 위해 실험값이 있는 상반회전 프로펠러를 선정하였다. 선정된 프로펠러는 Chen and Reed(1990)가 실험을 수행한 DTRC CRP, Miller(1976)가 실험을 수행한 4 x 4 CRP, 4 x 5 CRP이다. 전진비를 변화시켜가며 실험값과 수치계산 결과를 비교한 결과 전체적인 범위에서 어느정도 실험값과 유사한 결과를 확인할 수 있었고, 이를 바탕으로 실제 운용 중인 캐나다 ISE社의 무인 반잠수정 Dorado의 형상정보를 참고하여 상반회전 프로펠러와 단일 프로펠러가 선체 기울기에 미치는 영향을 비교하였다. 단일 프로펠러와 비교할 때 상반회전 프로펠러의 경우 토오크가 매우 작은 값을 나타내어 선체 경사각에 미치는 영향이 매우 작음을 알 수 있었으며, 이에 따라 무인 반잠수정에 설치할 추진기로써 단일 프로펠러보다 상반회전 프로펠러가 토오크 최소화에 유리함을 확인할 수 있었다.