추진기 날개 표면의 국부 소음원 분포 해석에 관한 연구

Abstract

현재 각국의 대형화, 고속화 잠수함 개발 추세에 따라 잠수함 추진기 방사소음의 소음수준은 증가하고 있다. 이러한 추진기 방사소음의 증가는 함의 작전수행 능력 및 생존성에 있어 치명적일 수 있기 때문에, 추진기 설계 단계에서 소음성능의 고려가 필요하다. 추진기 방사소음은 공동 발생 유무에 따라 공동 소음과 비공동 소음으로 나눌 수 있다. 공동 소음의 경우 비공동 소음보다 상대적으로 높은 소음수준을 보이지만, 일반적인 잠수함의 운용은 공동 발생을 피할 수 있는 작전심도와 운용조건에서 이루어지므로, 비공동 소음이 주로 발생하게 된다. 추진기 비공동 소음의 전체 소음 수준은 날개통과주파수 (Blade Passing Frequency, BPF)의 정수배에서 발생하는 불연속 톤 소음인 날개통과주파수 소음이 지배적으로 작용한다. 날개통과주파수 소음의 지배적인 소음원은 주로 날개 표면에 작용하는 하중에 의해 발생하는 하중소음으로, 비균일 유입류 하에서 작동하는 잠수함 추진기 특성상 운용조건에 따라 추진기 날개 요소 별 하중소음 발생에 대한 기여도가 다르므로 저소음 추진기 설계에 있어 이에 대한 고려가 필요하다. 이에 본 연구는 비공동 상태의 추진기에 대한 날개통과주파수 소음의 수치적 해석을 수행하고, 이를 바탕으로 추진기 표면 요소에 의해 발생한 음향 파워를 분석하여 국부 소음원 분포를 해석하였다. 소음해석은 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 통한 유동해석과 FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings) 음향상사법 Farrasat 1A 식을 통한 하이브리드 방법을 이용하였다[1]. 소음해석은 그림 1.의 고스큐 추진기에 대해 수행되었으며, 대형 캐비테이션 터널(Large Cavitation Tunnel, LCT)에서의