수중함 기동성능 해석을 위한 유체력계수의 이론적 추정에 관한 연구 = Prediction of hydrodynamic coefficients for maneuvering of underwater vehicles

국문 초록 (Abstract)

함정의 체계개념연구 단계에서는 국내 건조가능 함형 도출을 위해서 많은 대상 선형에 대해 전술상황 기동 성능의 신속한 예측이 요구되며, 개념설계 단계에서는 기동성 면에서 최적의 선형 도출을 위하여 선형이 자주 변경되므로 빠른 시간 내에 기동특성을 예측하기 위해서는 실험을 통하지 않고 형상 변화에 따른 자료의 입력만으로 기동 예측이 가능할 수 있도록 운동방정식에 필요한 전체 계수를 정확하게 구할 수 있는 이론적인 해석 기법이 필수적으로 요구된다
본 논문에서는 Gertler & Hagen과 Feldman의 운동방정식을 근간으로 고유의 운동방정식을 정립하고, 운동방정식에 포함된 유체력계수를 이론적으로 도출할 수 있는 모델링 기법에 대해 연구되었다. 모델링의 방법은 알몸선체와 부가물의 각각에 작용하는 유체력을 계산하고 부가물이 부착되었을 때의 상호영향에 의한 간섭힘을 고려해 줌으로써 전체적인 유체력을 추정하였다. 이런 방법은 알몸선체의 형상 변화에 따른 힘의 변화, 부가물의 위치 및 크기에 따른 영향, 선체와의 간섭힘의 크기 등을 쉽게 예측할 수 있으며 기 수행된 연구 결과를 충분히 활용할 수 있는 장점이 있다
6자유도 운동모델은 Feldman의 운동방정식에서 사용된 횡저항, 세일후류 보텍스 영향 및 비선형 롤 모멘트를 적절하게 모델링하여 과도 운동의 예측 정밀도를 높이기 위한 방법도 기술하였다.
모델링의 정확도를 검증하기 위해서 모형시험 결과들과 비교하였으며, 정립된 유체력계수를 이용하여 조종 시뮬레이션을 수행하였다.
본 연구결과로 획득된 계수의 전체적인 정밀도는 실선시험 자료와의 비교를 통해 PMM 모형시험 정도의 정밀도를 주는 것으로 추정할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론
• 1.1 연구배경
• 1.2 연구동향
• 1.3 연구목적 및 내용
• Ⅱ. 유체력 모델링 방법
• 2.1 수중함 알몸선체의 모델링
• 2.1.1 이상유체에 의한 유체력
• 2.1.2 익형이론에 의한 유체력
• 2.1.3 점성유동에 의한 유체력
• 2.2 부가물의 모델링
• 2.2.1 단독 제어판의 유체력
• 2.2.2 제어판-선체 상호작용에 의한 유체력
• 2.2.3 제어판에 대한 유체력계수
• 2.2.4 사령탑의 보텍스에 의한 유체력
• 2.3 프로펠러의 모델링
• 2.3.1 프로펠러의 축방향 힘
• 2.3.2 프로펠러와 제어판의 상호작용
• Ⅲ. 결과 및 고찰
• 3.1 유체력계수 도출 프로그램(PROCOF) 개발
• 3.2 FRM 형상에 대한 모형시험 결과를 이용한 검증
• 3.3 SUBOFF 선형과의 비교결과
• 3.4 1000톤급 임의의 수중함을 이용한 검증
• Ⅳ. 결 론
• 참 고 문 헌
• 부록 1. 수중함 운동방정식
• 부록 2. 선체-제어판 간섭계수 도출을 위한 등각사상
• 부록 3. 선미부의 간섭계수를 위한 전개식
• 부록 4. 선미부에 미치는 사령탑 보텍스의 영향