프로펠러 캐비테이션 관찰 기법 연구

Abstract

최근 조선 기술이 발전함에 따라 선박의 대형화, 고속화가 나타나고 있으며, 이에 따른 소음 문제에 대한 관심도 높아지고 있다. 선속이 증가할수록 프로펠러 캐비테이션 현상이 나타날 확률은 높아지며, 캐비티 증가에 비례하여 자연스럽게 수중방사소음도 커진다. 따라서 수중방사소음 측면에서 캐비테이션 초기 발생(Cavitation Inception)이 중요한 이슈로 대두되고 있다. 본 연구에서는 실선 프로펠러 캐비테이션 관찰 기법을 연구하고, 스트로보스코프(Stroboscope), 보아스코프(Borescope) 등을 이용한 프로펠러 캐비테이션 관찰 시스템을 구축하여 캐비테이션 터널에서 모형 프로펠러(P4382)를 대상으로 캐비테이션 관찰 실험을 수행하였다. 실험은 전진비, 유속, 프로펠러 회전수 등을 변화시키면서 캐비테이션 터널 관측부를 통해 캐비테이션을 관찰하는 방법으로 진행하였다. 특히 스트로보스코프 조명법 관찰 결과 펄스조절장치를 통해 원하는 프로펠러 위치에서의 캐비테이션 관찰이 가능하였으며, 육안으로 식별되는 다양한 캐비테이션 현상을 촬영할 수 있었다. 보아스코프 사용법으로는 고속카메라와 연동하여 동영상 촬영을 수행하였다. 프로펠러 캐비테이션 초생 관찰을 위하여 캐비테이션 터널내의 감압을 통해서 날개끝 볼텍스 캐비테이션이 발생되는 순간을 확인하고, 그 때의 압력을 확인하여 캐비테이션 수(σ) 값을 구하였다. 또한 추가적으로 각 반경별 초생 캐비테이션 수를 구하였다. 이와 같이 계산된 캐비테이션 수는 기존 실험결과(DTNSRDC, 1971)와 비교하여 본 실험의 타당성을 검증하였다.

As the shipbuilding technology is being developed, ships become larger and faster. Recently, for this reason, they pay attention to ship's noise problem. As the ship speed increases, the propeller cavitation can be induced easily and it produces louder underwater radiated noise in proportion to the cavity. Therefore, the cavitation inception becomes an important issue in terms of underwater radiated noise. In this paper, the techniques for observing the ship propeller cavitation were studied. Also the observation system for the model propeller cavitation at model-scale was constructed and some experiments were conducted with the model propeller P4382. The stroboscope, the stroboscope pulse controller and the borescope were used. The experiment was performed with varying the advance ratio, flow velocity and propeller RPM in the test section of cavitation tunnel. In particular, the propeller cavitation was observed at the position where we wanted by using the stroboscope controller. And the various cavitation phenomena could be identified with the naked eye. The video was recorded with the use of the borescope in conjunction with high-speed camera. Through decompressing in the cavitation tunnel, the moment that occurs the tip-vortex cavitation was confirmed for the observation of the propeller cavitation inception. And the cavitation number(σ) was calculated by using measured pressure. Also, the cavitation inception number was calculated for each radius. The validity of the experiment was verified by comparing the calculated cavitation number with the existing experimental results(DTNSRDC, 1971).