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선체-부가물 영향을 고려한 수중 추진기 소음 해석에 관한 연구 : Numerical analysis on underwater propeller noise with hull-appendage effect
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- Authors
- Advisor
- 이수갑
- Major
- 공과대학 기계항공공학부
- Issue Date
- 2019-02
- Publisher
- 서울대학교 대학원
- Description
- 학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 공과대학 기계항공공학부, 2019. 2. 이수갑.
- Abstract
- 주로 군사적인 목적에서 함정의 생존성 및 작전수행 능력과 직결되는 문제로 중요하게 여겨지는 수중 추진기 소음은 최근 해양 오염 문제의 측면에서 민간 산업계에서도 주목을 받고 있다. 이에 따라 추진기 소음에 대한 많은 연구가 진행되고 있지만 선체의 난류 경계층과 부가물 후류에 의한 매우 복잡한 비정상 비균일 유입류(unsteady non-uniform inflow)를 소음해석에 고려한 연구는 거의 없는 실정이다.
본 논문에서는 선체-부가물-추진기의 유동 상호작용을 유동 해석 단계에서 고려하여 선체와 추진기 모두를 포함하는 선박 전체 영역에 대한 비공동/공동 상태의 CFD 해석을 수행하고, 이를 토대로 불연속 주파수 소음을 해석하였다.
유동 해석은 상용 유동 해석 프로그램인 STAR-CCM+를 이용하여 비공동 유동의 경우 비정산 RANS(unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes) 해석을 수행하였고, 공동유동의 경우 VOF(Volume of Fraction) 방법에 Schnerr-Sauer 캐비테이션 모델을 적용하여 해석하였다. 소음 해석은 Ffowcs Williams-Hawkings 방정식 기반의 시간 영역 음향상사법을 이용하여 비공동/공동 추진기에 대하여 이루어졌다. 유동 해석과 소음 해석 결과는 선박해양플랜트연구소의 대형 캐비테이션 터널(Large Cavitation Tunnel, LCT)에서 실시된 모형 시험 결과와 비교되었으며, 소음 해석 결과는 저주파 대역에서 높은 정확도를 보였다.
본 연구의 결과는 수중 추진기의 전체 소음 수준과 저주파 대역의 소음 특성을 높은 정확도로 예측할 수 있는 기법을 정립함으로써, 이를 활용하면 추진기 설계 단계에서 소음을 고려하여 저소음 추진기의 개발에 도움이 될 수 있다.
The underwater propeller noise, which is considered to be important for the survival and operational performance of the warship mainly for military purposes, has recently been attracting attention from the industry in terms of marine pollution problem. As a result, many researches have been conducted on the noise of the propeller.
In this paper, the CFD analysis of the non-cavitating/cavitating condition for the entire vessel domain is performed with considering the flow interaction of the hull-appendages-propeller in the flow analysis stage. And the discrete frequency tonal noise is analyzed based on the CFD analysis. The flow analysis was performed using STAR-CCM +, a commercial flow analysis program. And noise analysis was performed on the non-cavitating/cavitating propeller using Ffowcs Williams-Hawkings equation based time-domain acoustic analogy.
The results of flow analysis and noise analysis were compared with the model test results in the large cavitation tunnels of the KRISO. Noise analysis results showed high accuracy in the low frequency band.
Through this, it is possible to predict the total noise level of the underwater propeller and the noise characteristics of the low frequency band with high accuracy, and it can help to the low noise propeller design.
- Language
- kor
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