Experimental Study on the Characteristics of Turbulent Wall Pressure Fluctuation Over Compliant Coatings

Turbulent boundary layer over an underwater vehicle is formed when it moves underwater and wall pressure fluctuation within the turbulent boundary layer generates flow-induced noise by exciting the elastic hull of the underwater vehicle. One of the methods to reduce this flow noise is to attach a compliant layer on the surface of the vehicle. In order to observe the possibility of noise reduction in the water when the compliant layer treatments are applied on the surface, three types of specimens those are a bare steel plate, a steel plate coated with neoprene and a steel plate with polyurethane coating material are tested at various flow speeds in a low noise cavitation tunnel. This paper presents the results of measurements and analysis of wall pressure fluctuations which is a main source of flow noise, within the turbulent boundary layer on three specimens. Its results could be shown that about 10dB reduction of wall fluctuation pressure at high frequencies was achieved due to the dissipation of turbulent energy by the compliant coating while it makes the turbulent boundary layer thicker and changes the behavior of turbulent flow in the layer.

유연재 코팅 평판의 난류 변동압력 특성에 관한 실험적 연구

수중운동체가 주행할 때 수중운동체의 표면에는 난류 경계층이 형성되고, 난류 경계층 내 벽면 변동압력은 탄성체인 수중운동체의 표면을 가진시켜 유동 유기 소음을 발생시킨다. 이러한 유체 소음을 감소시키기 위한 하나의 방법으로 수중운동체 표면에 유연재를 부착하여 수중운동체의 유동 유기 방사 소음을 감소시키는 방법이 제안되기도 한다. 본 논문에서는 유연재 부착에 따른 수중에서의 유체소음의 변화 특성을 살펴보기 위하여 유연재가 코팅되지 않은 강판 시편과, 고무 재질의 Neoprene 및 폴리우레탄 재질의 유연재가 부착된 강판시편을 저소음 공동수조에 설치한 후 여러 가지 유속 조건에서 유체소음의 주요 소음원인 난류 경계층 내 벽면 변동압력을 측정하고 그 결과를 비교 분석하였다. 그 결과 유연재를 코팅한 경우에는 유연재로 인하여 난류 경계층의 두께가 두꺼워지는 등 경계층 유동이 변화하지만, 유연재에서의 난류 에너지의 소산으로 인하여 고주파수 대역에서 약 10dB의 벽면 변동압력의 감소 효과를 확인할 수 있었다.