Application of a Potential-Based Panel Method for Analysis of a 2-Dimensional Cavitating Hydrofoils Advancing Beneath a Free-Surface

자유수면 아래서 유한 Froude 수로 전진하는 2차원 수중익의 부분 및 초월 공동 유동 문제 해석

A potential-based panel method is presented for the analysis of a partially or supercavitating two-dimensional hydrofoil at a finite submergence beneath a free surface, treating without approximation the effects of the finite Froude number and the hydrostatic pressure. Free surface sources and normal dipoles are distributed on the foil and cavity surfaces, their strength being determined by satisfying the kinematic and dynamic boundary conditions on the foil-cavity boundary. The cavity surface is determined iteratively as a part of the solution. Numerical results show that the wave profile is altered significantly due to the presence of the cavity. The buoyancy effect due to the hydrostatic pressure, which has usually been neglected in most of the cavitating flow analysis, is found playing an important role, especially for the supercavitating hydrofoil; the gravity field increases the cavity size in shallow submergence, but decreases it when deeply submerged, while the lift reduces at all submergence depth.

자유수면하에서 유한한 속도로 진행하는 2차원 수중익 주위에 발생하는 부분 및 초월 공동문제를 포텐셜을 기저로 하는 양력판 이론에 의해 해석하였다. 2차원 수중익 주위에 선형화된 자유표면 조건, 방사조건 및 무한수심 경계조건을 만족하는 법선 다이폴과 쏘오스를 분포함으로써 양력 및 캐비티 문제를 표현하였다. 수중익 표면에서의 역학적 경계조건은 수중익 내부의 전유동이 0이라는 조건으로 등치 되었고, 캐비티 표면에서의 역학적 경계조건인 압력이 일정 하다는 조건을 만족 시키기 위해 Bernoulli 방정식에 나타나는 정수압을 고려하였다. 계산결과로부터 공동 발생으로 인해 수중익 주위의 파형이 많이 변화함을 알 수 있었다. 또한 지금까지의 공동현상 해석문제에서 무시되었던 정수압의 영향이 자유수면 아래에서 발생하는 초월공동현상에 중요한 역할을 하고 있음이 확인되었다. 즉 수중익의 몰수깊이가 작을 때는 중력의 영향으로 캐비티의 크기가 커지게 되나 깊이 잠김에 따라 감소되고 있으며 양력은 몰수깊이가 커짐에 따라 감소하는 것 알 수 있었다.