추력편향방식 AUV의 직진안정성 개선을 위한 선미 고정핀 설계

Abstract

선박해양플랜트연구소에서 주관하는 과학기술정보통신부 연구사업 ‘무인수상선-수중자율이동체 복합체계 임무 및 운용기술 개발(2020.06.~2027.05.)’에서 수중자율이동체를 개발 중이며, 동 연구소의 주요사업 ‘극지 빙하 탐사와 원격 모니터링을 위한 수중로봇 ICT 원천기술 개발(2019.03.~2023.12.)’에서 동일 플랫폼의 동역학 모델 식별 연구를 병행하고 있다. 대상 수중자율이동체(AUV; Autonomous Underwater Vehicle)의 선체 길이는 약 4.5m로 축대칭 실린더 형상이고, 선미부 상단에는 종횡비가 큰 직사각형 형태의 안테나가 있다. 제어판은 없으며, 추력편향방식 추진기로 추진 및 조타가 가능하다. AUV의 동특성을 파악하기 위하여 설계 실선과 동일 스케일 모형을 대상으로 선박해양플랜트연구소 선형예인수조에서 VPMM(Vertical Planar Motion Mechanism) 시험을 수행하였다. 주 운용 속도인 3.0 노트 부근에서 수직면 구속시험을 위주로 하였으며, 안테나의 영향을 확인하기 위한 일부의 수평면 시험을 추가하였다. 시험에서 도출된 유체력 미계수로 직진안정성을 판별한 결과 대상체는 수직면, 수평면 상에서 다소 직진 불안정하였다. 일반 잠수함 설계 권고 수준으로 직진안정성을 개선하기 위하여 대상 AUV의 선미부에 가로, 세로 고정핀 각 1쌍을 설계하였다. 우선 기존의 안테나를 일종의 핀으로 간주할 때 안테나의 영향이 기존의 이론적 수치에 가깝게 추출되는가 확인하였다. 그리고 이를 응용하여 직진안정성 여유지수를 적절히 개선하기 위한 고정핀의 면적 및 종횡비를 결정하였다. 고정핀을 장착함으로써 직진안정성은 목표 수준으로 개선되며, 고정핀의 유무에 따른 직진성능 차이를 시뮬레이션으로 비교하였다.