수중익의 공동 광대역소음 예측 연구

Abstract

유체 내에서 물체가 빠른 속도로 운동하면 베르누이 법칙에 의해 주변 유체의 압력이 감소하게 되며 수중에선 캐비테이션이 발생하게 된다. 캐비테이션은 유체 내에 존재하는 캐비테이션 핵이 증기압보다 낮은 감압 영역을 통과하여 그 크기가 팽창함으로써발생한다. 추진기의 경우 캐비테이션이 발생한 시점부터 소음 및 진동이 큰 폭으로 증가하기 때문에 이에 대한 사전 예측 및 저감 설계가 필요하다. 기존의 캐비테이션 소음 연구는 주로 모형시험을 통한 계측이 많이 활용되고 있다. 하지만 모형시험의 경우추진기 소음 및 캐비테이션 초생 속도(Cavitation Inception Sped, CIS) 예측의 정확도에 한계가 있어 수치해석을 통한 예측이 필요한 실정이다. 본 연구에선 buble dynamics 이론 및 캐비테이션 핵 밀도 함수를 활용하여 캐비테이션의 거동 및 소음 예측의해석절차를 정립하고, 타원형 날개(NACA 16-020)에 대하여 실험과 비교하였다. 캐비테이션 해석절차는 Fig. 1과 같다. 먼저, CFD 해석을 수행하여 타원형 날개 형상 주위 유동장 정보를 도출하였다. 캐비테이션 핵 밀도 함수로부터 핵의 초기 반경 별 개수를도출하여, 날개 끝에 랜덤하게 배치함으로써 초기설정 을 하였다. 이후 각각의 핵에 대하여 buble dynamics 해석을 통해 캐비테이션의 거동을 계산하였으며 반경 변화 결과를 활용하여 소음해석을 수행하였다. 캐비테이션 소음원은 단극자(monopole)로 가정하였다. 캐비테이션 소음 예측결과는 Fig. 2와 같이 광대역의 특성을 가지는 것을 확인하였으며, 최종적으로 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 대형캐비테이션터널(Large Cavitation Tunel, LCT)에서 수행된 실험 계측결과와의 비교를 통해 검증함으로써 해석절