A Study on Propulsion Performance of Underwater Ram-Jet with Optimized Nozzle Configuration

최적 노즐형상을 갖는 수중램제트의 추진성능에 관한 연구

The basic principle of underwater ram-jet as a unique marine propulsion concept showing vary high cruise speed range(e. g. 80-100 knots) is the thrust production by the transfer of the potential energy of compressed gas to the operating liquid through kinetic mixing process. This paper is aimed to investigate the propulsive efficiency of the nozzle flow in underwater ram-jet at the speed of 80 knots for the buried type vessel. The basic assumption of the theoretical analysis is that mixture of water and air can be treated as incompressible gas. For an optimized nozzle configuration obtained from the performance analysis, preliminary data for performance evaluation are obtained and effects of nozzle inner wall friction, ambient temperature, ambient pressure, water density, gas velocity, bubble radius, flow velocity, diffuser area ratio, mass flow ratio and water velocity gradient are investigated.

수중램제트(underwater ram-jet)는 램흡입부(ram intake), 혼합실(mixing chamber) 및 노즐(nozzle)로 구성되어 있으며, 램흡입부로 유입된 작동유체는 압력이 증가되며 이 증압된 작동유체에 혼합실로부터 고압공기를 분사하여 기 액이상류를 형성하여 노즐을 통과하면서 대기압까지 팽창을 하여 작동유체를 고속으로 가속시켜 노즐출구로부터 추력을 얻는 방식으로 차세대 초고속 선박추진장치이다. 본 연구에서는 80노트를 낼 수 있는 선내관통형(buried type vessel) 램제트의 최적 노즐형상데이터를 이용하여 제반변수(벽마찰계수, 가스속도, 기포반경, 대기온도, 질량유량비, 디퓨저면적비, 작동유체의 속도구배)의 변화가 추진특성에 미치는 영향을 파악하였다.