수중 원통형 쉘 구조물의 고주파 진동 전달특성에 대한 실험적 연구

정현기(Hyun-Gi Jung),민천홍(Cheon-Hong Min),박한일(Han-Il Park) 대한조선학회 2011 대한조선학회 학술대회자료집 Vol.2011 No.6

Underwater vehicles such as a UUV(Unmanned Underwater Vehicle) and a ROV(Remotely Operated Vehicle) use the sonar in order to detect underwater environment or other underwater vehicles. The underwater vehicles designed recently have a high rotation and power electric propulsion system. This system can generate high frequency vibrations above 10kHz and these vibrations have bad effects on the performance of the sonar. In many previous investigations, numerical analyses for high frequency vibration problem have been used. In this study, an experimental analysis is carried out and a circular cylindrical shell is considered as a hull structure of underwater vehicle. Frequency transfer functions for the circular cylindrical shell are identified by experimental vibration analysis in the air and in fully-submerged condition. We compare frequency transfer functions in the air and water to obtain hydro-elastic effects. It is found that dynamic characteristics of the circular cylindrical shell are changed by the variation of response position.

VPMM 시험을 통한 선수부에 프로펠러를 갖는 수중운동체의 조종성능 추정

신명섭,김동휘,김야긴,황종현,백형민,김성재,박상준,최영명,박홍래,김은수 한국항해항만학회 2022 한국항해항만학회지 Vol.46 No.3

본 연구에서는 선수부에 프로펠러를 갖는 수중운동체의 연직면 조종성능을 추정하기 위해 저항시험, 연직면 사항시험, VPMM 시험을 부산대학교 예인수조에서 수행하였다. 연직면 사항시험은 대각도에서 발생하는 횡교차력 성분을 고려하기 위해 –40도에서 40도 범위 내에서 수행하였다. 프로펠러의 회전 상태는 특정 rpm으로 회전하는 경우와 예인속도에 맞춰 자연스럽게 프로펠러가 회전하는 경우로 나눠 시험을 수행하였다. 구속모형 시험을 통해 수중운동체의 연직면 조종 유체력 미계수를 추정하였으며 최종적으로 동유체력 미계수를 기반으로 연직면 동적 안정성지수를 산정하고 프로펠러 회전 상태가 동적 안정성에 미치는 영향을 분석하였다. 본 시험 결과는 전방에 프로펠러를 갖는 수중운동체의 조종시험 참고자료로서 활용될 것으로 기대된다. In this study, the resistance test, the vertical static angle of the attack test and VPMM test will be conducted to estimate the maneuverability of underwater vehicles with ahead propeller. The vertical static test will be conducted within the range of –40deg to 40deg, to investigate the cross-flow drag at high incidence angles. The tests will be conducted by dividing the propeller rotation into a case in which the propeller rotates at a specific rpm, and a case in which the propeller rotates naturally, according to the towing speed. Hydrodynamic coefficients of vertical direction will be estimated by the captive model tests. Additionally, the vertical dynamic stability index based on estimated hydrodynamic coefficients will be calculated and the impact of the propeller revolution state on the index will be investigated. The results are expected to be used as reference test data for underwater vehicles with ahead propeller.

전산 해석을 통한 유선 방향 미세 구조 적용 SUBOFF 모델에 나타나는 항력 효과 관찰

김승기(Seunggi Kim),장경식(Kyoungsik Chang),이상욱(Sang-Wook Lee),김민재(Minjae Kim),윤재문(Jaemoon Yoon),유재영(Jaiyoung Ryu) 대한기계학회 2024 大韓機械學會論文集B Vol.48 No.7

수중 운동체는 국방의 목적뿐만 아니라, 해저 탐사 등의 목적으로도 사용되고 있는 다목적 운동체이다. 본 연구에서는 수동적인 항력 감소 효과가 있다고 알려진 V자형 미세 구조를, SUBOFF 모델에 유선 방향으로 적용했을 때 어떠한 항력 효과가 있는지 확인해 보고자 한다. 기존의 미세 구조를 적용하지 않은 매끄러운 표면의 SUBOFF 모델과 총 여섯 가지 경우의 마이크로미터 크기 미세 구조(h = 50, 100, 200, 250, 400, 500 μm), 총 일곱 가지의 모델에 대하여 전산 해석을 진행했다. 결과적으로 h가 100 μm인 경우에서는 총 항력이 약 3% 감소했지만, 항력 효과 임계점을 지난 h가 500 μm인 경우에서는 총 항력이 약 3% 증가했다. 본 연구를 통해, 수중 운동체에 V자형 미세구조를 적용할 때 유동 특성 및 미세구조의 크기 등을 종합적으로 고려한 설계가 필요하다는 관점을 제시한다. The drag reduction techniques for underwater vehicles(UWVs) are vital for their long-term longevity in oceans. The UWVs with V-type riblet structures, recognized for passive drag reduction, were investigated in this study. This study focused on examining the effects of streamwise riblet structures on hydrodynamic drag using an UWV scaled SUBOFF model for the first time. Seven models were compared: a smooth surface and riblets with a micrometer-scale (h = 50, 100, 200, 250, 400, 500 μm) in the streamwise direction. To solve the incompressible fluid flow passing through the UWV, the Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equation coupled with an SST k-ω turbulence model was used. The total drag reduced by approximately 3% at a certain point; however, a critical point shifted the drag of the riblet UWV to a maximum of approximately 3% increase. This study establishes a procedure for analyzing submarine-wide hydrodynamics with spatially evolving flow, highlighting the riblet design impact on the UWV efficiency.

수중운동체 자율주행 알고리즘 검증을 위한 고해상도 해저지형 생성

김현승(Hyunseung Kim),현철(Chul Hyun),이성균(Sungkyun Lee),김창환(Changhwan Kim),고진용(Jinyong Go) 한국해군과학기술학회 2023 Journal of the KNST Vol.6 No.4

In this paper, we propose a technique to model high resolution seafloor topography with 1 m intervals using actual water depth data near the east coast of the Korea with 1.6 km distance intervals. Basic topography were generated by the random walk method and undersea mountains were created and added based on the number, radius, and maximum height of undersea mountains from actual water depth data. Modeled seafloor topography were compared with actual water depth data and verified, and it is expected to be used to establish a route plan to verify the autonomous driving algorithm of underwater vehicle.

수중운동체의 설계최적화를 위한 수치 해석 연구

김구(GU Kim),고성희(Seonghee Kho),기자영(Jayoung Ki),유영준(Youngjun Yu),정환호(Hwanho Jung) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5

수중운동체의 설계최적화를 위한 수치해석 기법은 실험값을 보충에 주는 중요한 요소이기 때문에 필수적으로 이에 대한 검증이 필요하다. SUBOFF bare hull에 대한 계산 값과 실험값을 비교하여 일치하는 경향을 확인하였다. DARPA SUBOFF model의 압력분포패턴과 압력계수에 대해서는 solver들간 비슷한 경향을 확인하였다. 항력계수 계산결과, OpenFOAM을 이용한 계산 값이 상용코드 계산값보다 약 10% 정도 큰 값으로 계산되었다. Numerical techniques to optimize an underwater vehicle is important to supply evaluation of experimental values, which have to be verified. The values between experimental values and calculation values are slightly same in SUBOFF bare hull benchmark test. the trends of Pressure distribution and pressure coefficient of DARPA SUBOFF model are almost same. As results of force coefficient, the difference between commercial code and openFoam is about 10%.

해상시험 결과를 활용한 수중 운동체의 롤 댐핑 계수 튜닝

현철(Chul Hyun),김현승(Hyun Seung Kim),이성균(Sungkyun Lee),이호진(Hojin Lee) 한국해군과학기술학회 2023 Journal of the KNST Vol.6 No.2

This paper describes the process of modifying the coefficients of the equation of rolling motion using the results of sea trials of a high speed small underwater vehicle. The errors of the hydrodynamic coefficients in the underwater vehicle control motion equation, which are estimated using the results of VPMM tests, are compared with the results of the sea trials and simulation of a nonlinear model to estimate a more accurate value. By modifying the control law to match the modified dynamic equation, it was possible to obtain more stable roll control performance than the existing sea trial, which had vibration problems.

수중 운동체의 저항추진시험

송재천(Song, J. C.),김재기(Kim, J. K.),신명섭(Shin, M. S.),박찬욱(Park, C. W.),안해성(Ahn, H. S.) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.10

This paper represents resistance and propulsion test results performed in order to verify the initial design(hull form, control fin, propeller, etc.) and improve performance of underwater vehicle with pre-twist angle of fin. These tests were carried out at a towing tank, KORDI and used large-scaled model with the law of dynamical similarity considering availability of VPMM equipment. Consequently, resistance and propulsion characteristics according to pre-twist angle of fin could be derived.

수중운동체의 타 장착에 따른 유동특성에 관한 수치적 연구

송재강(J.K. Song),문정원(J.W. Moon),전관수(K.S. Jeon) 한국전산유체공학회 2011 한국전산유체공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5

The objective of this study is to investigate flow characteristics of a underwater vehicle by installing pins, using CFD method with a commercial code FLUFNT version 6.3.26. To verify the reliability of the computation, the drag is compared the CFD with the experimental test. The drag is increased about 15% by installing 4 pins. At the stern of the body, the turbulent flow is generated by installing pins. Also, the results showed that the drag increase in the stern of the body, not in the pins.

수중운동체의 순수 횡동요 시험 기구 개발

김동휘(Dong-Hwi Kim),백형민(Hyung-Min Baek),이승건(Seung-Keon Lee),김은수(Eun-Soo Kim) 한국항해항만학회 2021 한국항해항만학회지 Vol.45 No.1

동유체력 미계수는 수중운동체의 조종성능을 예측하기 위해 정확히 추정되어져야 하며 추정 방법의 일환으로 다양한 모형시험이 수행되어오고 있다. 수중운동체는 횡동요 모멘트 변화에 민감하므로 관련 동유체력 미계수를 추정하는 작업은 정확히 수행되어져야 한다. 본 연구에서는 횡동요 운동과 관련한 동유체력 미계수를 간단하게 추정할 수 있는 순수 횡동요 장비를 새롭게 설계하였다. 횡동요 운동은 간단한 기계적 메커니즘을 통하여 구현하였으며, 메커니즘의 원리와 적용과정 그리고 설계한 장비의 system identification에 대해 기술하였다. 또한 순수 횡동요 시험의 해석방법을 제시하고 설계한 장비에 대해 반복시험을 거쳐 결과의 재현성을 확인하였다. Hydrodynamic coefficients should be accurately estimated to predict the maneuverability of underwater vehicles. Various captive model tests have been performed as part of estimation methods for these coefficients. Estimating hydrodynamic coefficients related to roll motion is important because underwater vehicles are sensitive to changes of roll moment. In this research, a pure roll motion equipment was newly designed to simply estimate hydrodynamic coefficients with respect to roll motion. Roll motion was implemented through a brief mechanical mechanism. The principle of operation, application process, and system identification of the equipment are described. An analysis method of the pure roll test is also suggested. Repeated tests of the newly equipment were carried out to check its reproducibility.

수중 운동체의 자세 추정을 위한 가속도계 측정치 외란 제거 기법

강철우,박찬국 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

본 논문에서는 일정한 전진 속도를 지닌 수중 운동체의 자세제어를 위한 자세 계산 알고리즘을 제안한다. 가속도계와 지자기계를 이용한 자세 계산 알고리즘은 항체의 회전에 의해 발생하는 가속도에 의해 자세오차가 발생한다. 이를 제거하기 위해 전진 방향 속도와 자이로에서 측정되는 각속도를 이용해 원심력 성분을 계산하여 외란 성분을 계산한다. 외란이 제거된 가속도 신호를 이용하여 자세 추정을 수행하면 기존의 자세 추정 방식보다 정밀한 자세 추정 결과를 얻을 수 있다. In this paper, improved attitude estimation is proposed for underwater vehicle which maneuvers with constant velocity. the attitude estimation which uses vector measurement of accelerometer and magnetometer is affected by acceleration from rotational maneuvers. To compensate the acceleration disturbance, the proposed method calculate the centrifugal acceleration using angular rate and body velocity. The attitude estimation result is improved by sing the accelerometer signal without disturbance as a measurement.