• 대한조선학회논문집
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• 제61권2호
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• pp.68-76
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• 2024

The rotor sail is one of the representative devices in eco-friendly wind-assisted propulsion systems that have been practically applied to commercial ships. The present study proposes an asymmetric vertical folding rotor sail (AFRS) designed for small ships, featuring asymmetric geometry along the vertical direction and the function of vertical folding. To evaluate the aerodynamic performance of rotor sail, the drag, lift and lift-to-drag ratio were derived using computational fluid dynamics. The aerodynamic performance of AFRS was compared with that of normal rotor sail with different aspect ratios and spin ratios. The effect of geometric parameters on the aerodynamic performance of AFRS was assessed by varying the asymmetric diameter ratio. The maximum improvement in lift-to-drag ratio for AFRS was approximately 12% in the considered case. Additionally, the resistance is decreased when AFRS is vertically folded without rotating. Throughout the present study, improved aerodynamic and resistance performances for AFRS were confirmed, which will successfully provide additional propulsion to small ships.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권4호
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• pp.648-656
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• 2022

국제해사기구(IMO)의 온실가스(GHG) 감축 전략과 같은 환경규제를 강화함에 따라 친환경 선박 및 대체 연료 등 기술 개발이 확대되고 있다. 그의 일환으로 해운사와 조선사를 중심으로 에너지 저감과 풍력 추진 기술을 활용한 선박 추진 기술이 대두되고 있다. 풍력 추진 기술의 확보와 실증 연구를 조선 및 해운 분야에 도입함으로써 친환경 기술을 활용한 고부가가치 시장을 창출할 수 있으며, 운항선박의 연료 소비율을 줄임으로써 연비를 약 6~8 % 정도 향상시켜 GHG의 감축을 기대할 수 있다. 로터 세일(Rotor Sail, RS) 기술은 원형 실린더가 일정한 속도로 회전하여 유체를 통과할 때 실린더의 수직 방향으로 유체역학적 힘을 발생시키는 기술이다. 이를 마그누스 효과(Magnus Effect)라고 하며, 본 연구에서는 선박에 설치된 풍력보조추진 시스템인 RS 주위의 난류 유동특성에 관한 수치해석적 연구를 통하여 추진효율을 높일 수 있는 방안을 제시하고자 하였다. 그래서 RS의 공기 역학적 힘에 영향을 미치는 매개변수로써 속도비(Spin Ratio, SR)와 종횡비(Aspect Ratio, AR) 변화에 따른 양력계수(C_L)와 항력계수(C_D)를 도출하였고, RS 끝단 플레이트(End Plate, EP) 적용에 따른 RS 주변 유동특성을 비교하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제29권2호
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• pp.197-206
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• 2023

최근 국제해사기구(IMO)를 비롯한 국제사회에서 선박의 대기오염 배출 규제를 강화하고 있으며, 배기가스 배출을 줄이기 위한 친환경 선박 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 그중에서도 풍력 보조 선박추진 시스템 중 하나인 로터 세일(Rotor Sail, RS)이 다시금 주목받고 있다. RS는 선박 데크에 설치되는 원통형 실린더 장치로 마그누스 효과를 사용하여 유체 동역학적 양력을 생성하는 장치이다. 이는 차세대 친환경 보조 추진 기술 중 하나이며, RS 적용 선박을 개발한 Enercon 사(社)에서는 약 30% 이상의 연료 절감이 가능하다고 발표했다. 본 연구에서는 다중 RS를 선박에 설치할 경우 RS 간격 및 배열 형태와 같은 최적의 설치 조건을 선정하고자 하였으며, RS 배열에 따른 유동특성을 확인하기 위하여 AR(Aspect Ratio) = 5.1, SR(Spin Ratio) = 1.0 및 로터세일 지름과 엔드 플레이트 지름 비(D_e/D)= 2.0 로 고정하고 자유 유속 U = 5 m/s로 풍향은 +y 축 단방향에 대한 조건만 고려하였다. 배열 조건은 횡방향 거리는 +x 축 방향으로 3D ~ 15D까지 3D 간격으로 총 5가지 조건을, 종방향 거리는 +y 축 방향으로 5D ~ 25D까지 5D 간격으로 총 5가지 조건을 설정하였으며, 사각 형태(□)와 마름모 형태(◇) 배열에 따른 양력계수(C_L), 항력계수(C_D)와 공기역학적 효율(C_L/C_D)을 비교하였다. 결과적으로 종방향 간격에 따른 RS의 영향은 크게 차이가 없었으나, 횡방향 간격에 따른 RS 유동특성의 경우 두 RS가 바람 방향에 거의 일치할 때 RS의 상호작용 효과가 가장 크게 나타났다. 배열에 따른 RS 유동특성의 경우, 전방(0°) 방향에서 바람이 불 때 마름모 형태(◇) 배열이 RS 간의 후류 영향을 가장 덜 받는 것으로 나타났다.

• 대한조선학회논문집
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• 제60권5호
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• pp.351-357
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• 2023

In this study, we devised methods to enhance the efficiency of rotor sails which have been applied as one of the energy saving devices of ships. The idea of the study originated from the notion that installing protrusions or increasing the surface roughness on the smooth surface of the rotor sail could delay the separation of the incoming wind flow and consequently increase the lift force. Five cylinder models were considered and tested in an open-type wind tunnel at Chungnam National University. A smooth surface cylinder exhibits the highest lift-to-drag ratio at a specific Reynolds number, and as the Reynolds number increases this value decreases sharply. The variation in this typical Magnus force can be significantly improved by altering the surface shape and roughness of the rotor sail. It has been observed that increasing the surface roughness improves the lift characteristics, resulting in increased efficiency. Furthermore, it revealed that the reverse Magnus effect which may occur during actual operation in the low spin ratio region can be significantly enhanced.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제2회(2013년)
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• pp.382-386
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• 2013

본 연구에서는 Main Rotor Blade Tip 형상 변화에 따른 후류해석을 통해 와류 생성 및 주변 유동을 분석하여 블레이드 팁 형상의 변화가 와류 간섭을 감소시키는지의 여부를 확인하였다. EDISON CFD를 이용하여 블레이드 Blade Tip 형상에 따라 유동이 어떻게 나타나며, Blade 후류의 압력과 점성의 변화를 분석하여 와류의 양상을 해석하였다. 비교 Blade 형상은 2세대 긴 직사각형 모형, KUH 수리온의 Blade, 유로콥터사의 'Blue Edge'로 비교적 최근에 개발된 대표적인 Blade Tip 형상 3개로 정하였다. 결과를 토대로 블레이드 뒷전의 와류흐름 양상을 확인하여 블레이드 와류 간섭현상의 감소를 확인하였다.