Abstract
Nonlinear flow characteristics of a hydrofoil running under the free surface are investigated based on potential flow theory using singularity distribution techniques. Following Hess & Smith's method[12], sources and vortices are distributed on the surface of the foil and Rankine sources are distributed at a distance above the undisturbed free surface to solve the nonlinear free surface waves(so called Raised Panel Method). Using the linearized Neumann-Kelvin solution, the conversed solutions which rigidly satisfy the nonlinear free surface condition is obtained through an iterative technique. It is validated that the nonlinear solutions are compared with Duncan's experimental results(NACA 0012, $\alpha=5^{\circ}$), showing good correlations with each other. At a very shallow submergence and a very high speed the converged solutions are obtained. As the speed increases higher, it is shown that the difference between the nonlinear and linear solutions are trivial. Finally, the effects of the camber and thickness on the nonlinear flow characteristics of the foil are investigated.
본 논문에서는 자유수면하에서 이동하는 2차원 수중익 주위의 비선형 유동문제를 포텐셜 이론을 바탕으로 특이점 분포법을 도입하여 해석한 결과이다. Hess & Smith[12]의 방법에 따라 수중익의 표면에 소오스와 보텍스패널을 분포하고, 비선형해를 구하기 위해서 자유수면 위 일정 거리에 랜킨소오스패널(Rankine Source Panel)을 분포하는 수치기법(Raised Panel Method)을 사용하였다. Neumann-Kelvin 선형해로부터 반복계산법을 통해 비선형 자유수면 조건을 엄밀히 만족하는 비선형해를 구하였다. 수치계산결과에서 비선형해가 Duncan[11]의 실험결과(NACA0012, 입사각$(\alpha)= 5^{\circ}$)와 비교적 잘 일치함을 보였으며 수치계산결과의 타당성을 검증할 수 있었다. 잠수깊이가 얕은 경우와 고속 영역에서도 수렴된 해를 구할 수 있었으며, 고속으로 갈수록 비선형해와 선형해의 차이는 미미함을 볼 수 있었다. 수중익의 두께 및 캠버(camber)등 기본적인 단면변화와 속도변화에 대한 수중익의 유체역학적 특징을 살펴보았다.
