Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety (해양환경안전학회지)

The Korean Society of Marine Environment and safety (해양환경안전학회)
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Research on the Design Methods of Appendages to Reduce Vortex Flows Around Underwater Vehicles

수중운동체 주위 와류유동 저감을 위한 부가물 형상 설계기법 연구

  • Sang-Jae Yeo (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Seoul National University) ;
  • Suk-Yoon Hong (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Seoul National University) ;
  • Jee-Hun Song (Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Chonnam National University)
  • 여상재 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 홍석윤 (서울대학교 조선해양공학과 ) ;
  • 송지훈 (전남대학교 조선해양공학과 )
  • Received : 2024.02.13
  • Accepted : 2024.04.26
  • Published : 2024.04.30
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Abstract

This research establishes design standards for vortex reduction devices (VRDs) aimed at minimizing underwater radiated noise by mitigating horseshoe vortex (HSV) and root vortex (RV) generated at the junction of appendages and the hull of underwater vehicles. Initial analysis replaced the influence of appendage dimensions and flow velocity with the Reynolds number by verifying the Reynolds similarity of vortex flows. The three-dimensional surfaces of VRDs were parameterized using Bezier curves. Optimal length-to-height ratios were identified by evaluating the vortex reduction performances of VRDs with various dimensions. Ultimately, non-dimensional design standards were derived for VRDs, ensuring effective vortex reduction across any appendage, thereby enhancing stealth performance.

수중운동체에는 필수적 기능을 담당하는 함교, 러더와 같은 다양한 부가물들이 장착된다. 이들 부가물과 선체의 접합부에는 유선의 박리로 인해 다양한 와류가 생성된다. 이러한 와류는 수중운동체의 추진기로 유입되어 수중방사소음의 증가와 같은 부정적 효과를 야기해 스텔스 성능의 향상을 위해서는 반드시 저감되어야 한다. 본 연구에서는 부가물과 선체의 접합부에서 생성되는 말발굽와류(HSV)와 뿌리와류(RV)를 저감하는데 효과적인 와류저감장치(VRD)에 대한 설계기준을 도출하였다. 먼저, 접합부 와류의 레이놀즈 상사특성 만족 여부를 분석함으로써 설계기준 도출에 부가물의 제원과 유속의 영향을 레이놀즈수로 대체하였다. 또한 VRD의 형상을 정의하기 위해 베지어 곡선을 활용해 VRD의 3차원 표면을 파라미터화하였다. 이후, 와류저감을 위한 VRD의 설계기준 도출을 위해 다양한 제원의 VRD의 와류저감 성능을 분석함으로써 최적의 길이 대 높이 비율이 선정되었다. 최종적으로 대상 범위의 부가물들에 대해 최적 비율을 만족하는 다양한 크기의 VRD 성능이 비교 분석되었다. 이를 종합하여 임의의 부가물에 대해서도 와류저감 성능을 나타낼 수 있는 VRD의 무차원화 설계기준이 도출되었다.

Keywords

Acknowledgement

본 연구는 전남대학교 학술연구비(과제번호: 2023-1170-01)의 지원을 받아 수행되었습니다.

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