• 대한조선학회논문집
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• 제33권3호
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• pp.35-47
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• 1996

포텐셜을 기저로 하는 판요소법을 사용하여 자유 표면이 존재하는 유동장에서 일정 속도로 전진하는 3차원 물체의 형상을 설계하였다. 설계 방법으로는 원하는 압력 분포를 경계 조건으로 부여하고 이를 만족하는 물체 형상을 찾아내는 역해석법(inverse method)을 사용하였다. 즉, 주어진 압력으로부터 물체 표면에 분포된 법선 다이폴의 세기인 포텐셜 값을 결정하게 되며, 이는 물체 표면에 대한 Dirichlet형태의 경계 조건으로서 Green의 정리로부터 유도된 적분 방정식을 해석하게 된다. 전체 속도 포텐셜은 기본 유동인 선속에 대한 성분과 선제에 의하여 교란되는 성분으로 구성되어진다고 가정하였으며, 교란 포텐셜을 사용하여 선형화된 자유 표면 경계 조건을 적용하였다. 적분 방정식에 대한 수치 해석을 위해 물체 표면에 법선 다이폴과 Rankine 쏘오스를 분포하였으며, 자유 표면에는 Rankine 쏘오스를 분포하고 4점 유한 차분법을 사용하여 자유 표면 경계 조건이 만족되도록 하였다. 해로서 얻어지는 각 판요소에서의 Rankine 쏘오스의 세기는 가상의 유동 출입량으로서 형상 수정항으로 사용되었다. 몰수 회전 타원체의 형상 설계에 대하여 본 설계법을 적용한 결과 무한 수심에서나 조파 상태에서 $4{\sim}6$회의 반복 계산으로 충분히 수렴된 해를 얻을 수 있었다. 또한 자유 표면을 가르고 전진하는 Wigley 수학적 선형에 대한 형상 설계를 수행하여 만족스러운 결과를 얻어내었으며, 얻어진 수치해는 매우 안정적이고 빠른 수렴성을 보였다. 선형의 우열 비교를 통해 조파 저항을 감소시킬 수 있는 압력 분포의 형태를 파악하였으며, 이를 바탕으로 조파 저항의 관점에서의 5500TEU급 콘테이너 운반선의 설계를 수행하였다. 설계되어진 새로운 선형은 조파 저항의 관점에서 기존의 선형보다 계산과 실험에서 모두 우수하게 개량된 것으로 나타났다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권3호
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• pp.71-79
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• 1992

선체 표면상에 Havelock 쏘오스를 분포시켜 선체 표면상의 경계조건을 만족시키는 N-K 이론을 사용하여 선체에 작용하는 조파저항을 구하였다. 수치계산시 Havelock 쏘오스, 혹은 Green 함수는 Noblesse(1977)가 제시한 형태를 사용하였고, 국부교란항은 Newman(1987), 파도교란항은 Baar & Price(1988)를 따라 각각 수행하였다. 선체표면에 대한 수치적분은 Gauss 구적법을 사용하여 수행하였고, 쏘오스의 세기는 겹선형함수로 선체표면에 걸쳐 연속이라고 가정하였다. 또 조파저항계산은 원장에서의 자유표면을 나타내는 식을 사용하여 de Sendagorta & Grases(1988)의 방법에 따라 구하였다. Wigley선형에 대한 계산을 수행하여 선적분항에 미치는 영향을 고찰하였고, 계산치를 기존의 실험치와 비교한 결과 잘 일치하고 있음을 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권4호
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• pp.73-81
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• 1994

선박 내항성능의 3차원적 해석을 위하여 3차원 판넬 방법을 이용한 쏘오스 분포법과 쏘오스-다이폴 분포법이 널리 이용되어 왔다. 그러나, 이 방법들을 이용하는 경우에는 내부 유동에 의한 자유표면의 공진현상에 의해 특이파수(irregular frequency)라고 불리는 파주파수에서 동유체력 계산에 큰 오차가 발생하게 되며 이런 현상을 제거하는 것은 정확한 내항성능 해석에 필수적이라 할 수 있다. 본 논문에서는 전진동요하는 선박의 운동 해석을 위하여 Wu등이 유도한 전진하면서 동요하는 Green 함수를 이용하였다. Green함수의 계산을 위하여는 어뎁티브(adaptive) 적분방법과 스트레칭(stretching) 변환 및 정류위상(stationary phase) 적분 방법을 사용하였으며 선체의 표면과 선체 내부 수선면에 특이점을 분포한 적분방정식을 도출하였다. 또한 2차원 문제를 다룬 Ohmatsu의 제안에 따라 내부 수선면에서 법선속도가 0이라는 조건을 이용하여 동요하는 문제의 불규칙파수 현상을 제거할 수 있었다. 계산은 Series 60($C_B=0.7$)에 대하여 수행되었으며 부가질량 계수, 감쇠 계수 및 파랑강제력에 대하여 기존의 연구 결과 및 실험 결과와 비교하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.66-74
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• 1992

유한수심의 해역에서 운동하는 잠수체 혹은 부유체의 조파저항을 계산하기 위하여 Hess & Smith(1962)와 Dawson(1977)류의 패널법을 개발하였다. 수면상에서의 경계조건은 소위 Poisson 식을 사용하였는데, 비슷한 문제에 대해 Yasukawa(1989)는 이중물체유동을 기본유동으로 하는 Damson식을 사용한 바 있다. 수저면에서의 경계조건을 자동적으로 만족시키기 위하여 Rankine 쏘오스와 수저면에 대한 경상 쏘오스의 합을 Green 함수로 취하였으며, 따라서 특이점은 선체와 자유표면 상에만 분포시키면 되므로 필요한 패널의 수는 Yasukawa의 방법에 비해 절반이하로 감소되었다. 계산예로서는 잠수한 구와 Wigley선형을 택하였으며, 기존의 해석해 및 수치해와 비교하여 잘 일치하는 결과를 얻었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.31-41
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• 1997

본 논문에서는 물분사추진기의 성능해석을 위하여 포텐셜을 기저로 한 패널법을 정립하였다. 문제를 수치적으로 표현하기 위하여 임펠러와 고정날개의 날개표면, 그리고 허브와 덕트표변에 법선 다이폴과 쏘오스를 분포하였으며 임펠러와 고정날개에서 방출되는 후연반류면에는 법선다이폴을 분포하였다. 경계면 닫힘조건을 만족하기 위하여 덕트의 입구면과 출구면에는 다이폴과 쏘오스를 분포하였으며, 운동학적 경계조건을 만족하기 위하여 경계면에서의 법선방향의 속도가 영이라는 비침투 조건을 사용하였다. 입구면에서의 전유량이 주어지면 연속방정식을 만족하도록 출구면에서의 쏘오스의 세기가 결정된다. 물체표면을 사각형외 패널로 이산화 하였으며, 적분방정식에 경계조건을 적용함으로써 주어진 형상에 대하여 유일한 해를 구할 수 있다. 체계적인 수치시험을 통하여 본 연구에서 개발한 수치해석방법이 안정적임을 확인하였고 프로그램의 검증을 위하여 물분사 추진기와 유사한 축류송풍기의 형상에 대하여 수치검증을 하였다. 또한, 실제적인 적용을 위하여 선박해양공학센터(KRISO)에서 실험한 물분사추진장치의 실험결과와 비교, 도시 하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.58-65
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• 1992

본 논문에서는 물체표면을 겹 3차 B-Spline 방법에 의하여 표현하고, 특이점세기를 겹선형으로 근사하는 고차판요소법을 이용하여 몰수체에 대한 조파저항을 계산하였다. 여기서 Neumann-kelvin 문제는 쏘오스분포법과 법선다이폴분포법에 의하여 해석되었다. 고차 판요소법에 의하여 계산된 결과는 Hess & Smith가 사용한 최저차 판요소법 결과와 비교하였으며, 고차 판요소법의 수렴도는 보통 판요소법보다 훨씬 좋은 것으로 나타났다. 그러나, 고차 판요소법에 의하여 계산된 조파저항도 최저차 판요소법에 의한 것과 마찬가지로 낮은 Froude 수에서는 해석해와의 차이를 보이고 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제33권1호
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• pp.1-8
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• 1996

3차원 날개면이 부착된 복합지지형 고속선의 정상상태에서의 조파저항을 포텐셜 기저 판요소법으로 해석하였다. 계산에 사용된 고속선은 물 속에 잠겨있는 몸체와 몸체의 중간 및 후방에 붙어 있는 3차원 날개면과 수면을 관통하는 앞, 뒤의 스트럿트로 구성되었다. 물체 표면(몸체, 날개면 및 스트럿트)에는 쏘오스와 다이폴을, 자유표면에는 쏘오스를 분포하였고, 선형화된 자유표면 조건과 방사조건을 만족시키기 위해 4점 유한차분을 이용하였으며, 날개면의 유동해석을 위해 준압력 Kutta조건(semi-linear pressure Kutta condition)을 적용하였다. 패널사이의 틈새 문제를 개선하기 위해 비 평면성이 고려된 쌍곡면 판요소법을 적용하여 각 선체 표면에서의 수치 계산 정도를 높이고자 하였다. 수치 계산 결과는 회류수조에서 모형 시험을 수행한 결과와 비교하였으며, 이로부터 본 연구에서 개발된 수치 계산법은 고속선의 최적 선형 개발에 이용 가능한 도구가 될 수 있는 것으로 나타났다.

• 대한조선학회지
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• 제27권2호
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• pp.1-12
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• 1990

선미후류에 포함된 보오텍스 시스템과 프로펠러와의 상호작용을 이론적으로 해석하여 유효반류를 계산하는 방법을 제안하였다. 선미주위의 복잡한 유동을 Poincare의 방정식을 사용하여 수학적으로 표시하였고 임의의 점에서의 교란속도를 물체 표면에 분포되어 있는 쏘오스 및 보오텍스에 의한 유기속도의 표면적분과 유체중 위치하는 쏘오스 및 보오텍스에 의한 유기속도의 체적적분의 함으로 표시하였다. 이 식으로부터 유효속도(effective velocity)를 유체중 보오텍스에 의한 유기속도의 체적적분으로 정의하였다. 유체중의 보오텍스의 위치와 세기는 불균일한 호칭속도(nominal velocity)분포에 포함되어 있는 보오텍스로부터 프로펠러가 작동할 때의 유선변화를 고려하여 보오텍스 운동역학(vortex dynamics)을 만족하도록 결정된다. 이론을 검증하기 위한 계산예로써 축대칭 전단류(shear flow)중 원판형 추진장치가 작동할 때 프로펠러에 의한 유선변화 모형을 변화시켜 유효속도를 계산하였고 양력판 이론에 의한 값과 비교하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제34권4호
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• pp.12-20
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• 1997

자유표면상을 항주하는 고속쌍동선의 저항성능 추정을 위한 포텐설기저 패널법을 개발하였다. 물체표면에 법선 다이폴과 쏘오스를 자유표면에는 쏘오스를 분포하였고, 선형화된 자유표면조건을 고속으로 진행하는 쌍동선에 적용하였다. 쌍동선이 고속으로 진행할 때 dernihull 사이의 내부유동과 쌍동선 주위의 외부유동의 속도차이로 인해 발생하는 해의 불안정성을 해결하기 위해 선미에 Kutta 조건을 적용하였다. 수치계산결과의 검증과 화류수조에서 고속선형에 대한 저항시험 가능성을 확인하기 위한 목적으로 회류수조에서 모형시험을 수행하였다. 모형시험 및 수치계산결과는 동일한 실험을 수행한 Insel[l]의 실험결과와 비교하였다. 이를 통해 회류수조에서의 실험결과가 정성적으로 타당한 결과를 보이고 있음을 확인하였다. 수치계산결과는 Kutta 조건을 사용함으로써 고속에서도 안정된 계산결과를 얻을 수 있었다. 선형화된 사유표면조건을 고속선에 적용한 본 연구결과는 모형시험결과에 비해 작게 나타났으나, 정성적으로 티당한 결과를 주고 있어 고속쌍동선의 선형설계에 적용될 수 있음음 보였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권1호
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• pp.14-28
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• 1992

평면판 요소에 균일한 혹은 선형적인 세기를 갖는 쏘오스 또는 다이폴이 분포된 경우, Stokes 정리를 이용하여, 표면 특이점 분포방법에서 나타나는 표면 적분식을 선적분 형태로 변환할 수 있다. 더우기 판요소가 다각형인 경우, 유기 포텐시얼과 유기속도를 구하기 위한 이 선적분의 closed-forms을 유도하였다. 이들 적분식의 해석적 계산을 통해 계산시간을 단축하고 수치해의 정도를 향상시킬 수 있을 것이다. 몇개의 계산예를 통해 해석적 적분 계산이 수치적 적분보다 우수함을 알 수 있다.