• 한국항공우주학회지
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• 제40권12호
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• pp.1025-1031
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• 2012

본 연구에서는 간단한 압축성 유체이론에 기초하여 렘젯 엔진의 초음속 흡입구를 개념 설계하고 보다 넓은 범위의 운영조건에서 안정적인 성능을 내도록 블리딩 유동제어 연구를 수행하였다. 초음속 흡입구의 성능을 개선시키기 위해서는 충격파 안정성, 충격파-경계층 상호작용 및 유동 박리를 적절히 제어할 수 있어야 한다. 비점성 해석을 통해 얻어진 1차 기초설계 형상으로부터 점성을 고려하여 충격파의 강도와 경계층 및 박리의 효과가 반영된 2차 수정설계를 수행하였다. 그 결과 설계조건에서 충격파가 안정화되고 목표 흡입 유량을 만족하는 형상을 얻었다. 흡입구가 탈 설계조건 내에서도 성능이 유지되도록 하기 위해 블리딩을 적용하였다. 질량유량 경계조건을 이용하여 블리딩 효과를 모델링 하였으며 위치와 개수를 조절해가며 성능변화를 관찰하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제22권4호
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• pp.12-17
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• 2018

고체 로켓추진기관을 이용한 자연공동형 수중운동체를 수중주행 시험하였다. 수중운동체의 속도 및 주행거리를 측정하고, 수중운동체 표면에 설치한 압력센서로 초공동의 발달에 따른 표면 압력 변화를 조사하였고, 수중카메라로 수중운동체에 초공동이 발생하여 진행하는 과정을 기록하였으며, 이를 이차원 비점성 이론해석법에 근거한 CNU-SuperCT 프로그램을 사용하여 계산한 시뮬레이션 결과와 비교하였다. CNU-SuperCT 프로그램은 수중운동체의 조종면을 포함하지 않고 계산하는 것을 고려하면, 시뮬레이션 결과와 측정결과가 잘 맞는다고 판단되며, 수중촬영결과도 이와 동일한 결과를 보인다.

• 대한조선학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.29-40
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• 1993

본 연구는 정수면으로 부터 얕게 잠겨 항주하는 3차원 수중익에 의한 비선형 조파현상의 특성규명을 위한 기초연구로서 수중익이 예인수조안에서 일정속도로 항주할 때 자유표면에 발생하는 비선형 파형의 특성과 수중익에 작용하는 유체력을 계산하기 위한 수치해법의 개발을 목적으로 하였다. 수치해법으로는 변분원리에 기초한 유한요소법올 사용하였으며 수중익 근처에서는 비선형 자유표면조건을 엄밀하게 만족시켰고 수중익으로 부터 충분히 떨어진 영역에서는 종래의 선형화된 자유표면 경계조건을 만족시켰다. 수치해법의 계산효율을 높이기 위하여 비선형영역과 선형영역 사이에 인위적인 비선형-선형 완충영역을 도입하여 계산영역을 크게 줄였다. 수중익을 간단한 직사각형 보오텍스계로 표현하여 유속과 몰수길이, 보오텍스의 세기 및 분포의 변화에 따른 비선형 파형의 특성을 조사하였으며 특히 자유 보오텍스선이 비선형 파형에 미치는 영향을 파악하였다. 파동에 의하며 수중익에 유기되는 속도성분들의 크기 및 분포, 양력 및 유기항력에 대한 계산을 수행하여 자유표면의 비선형성에 의한 영향을 규명하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권3호
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• pp.80-86
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• 1994

자유수면을 항주하는 선박에 의하여 발생되는 비선형 조파현상을 해석하기 위한 수치해석법을 개발하였다. 유동은 비점성, 비압축성으로 가정하고 선체 및 자유수면 형상과 일치하는 좌표계의 생성을 위하여 타원형 편미분방정식을 수치해석하여 물체적합 좌표계를 생성하였으며 변환된 정규격자 물체적합 좌표계에 대한 Euler방정식을 유한차분법(Finite Difference Method)을 이용하여 계산하였다. 수치해석을 위하여 시간에 대한 미분항은 전진차분, 공간에 대한 미분항은 중심차분법으로 이산화하였고 대류항에는 수치계산의 안정을 위해 인위적인 소산(dissipation)항을 첨가하였다. 자유수면의 형상은 매 시간 단계마다 자유수면 경계조건들을 만족하도록 다시 계산되었고 격자점들은 자유수면형상의 변화에 적합하게 다시 생성되도록 하였으며 압력에 대한 Poisson방정식은 반복연산법에 의하여 풀고 그 결과를 이용하여 속도를 외삽하였다. 개발된 수치해석법의 검증을 위해 수식선형인 Wigley 모형에 대한 계산을 Fn=0.250-0.408에 대하여 수행하고, 그 결과를 실험 결과와 비교하여 잘 일치함을 보였다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제8권4호
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• pp.381-407
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• 2018

This paper presents a hybrid numerical approach, which combines a two-phase Navier-Stokes model (NS) and the fully nonlinear potential theory (FNPT), for modelling wave-structure interaction. The former governs the computational domain near the structure, where the viscous and turbulent effects are significant, and is solved by OpenFOAM/InterDyMFoam which utilising the finite volume method (FVM) with a Volume of Fluid (VOF) for the phase identification. The latter covers the rest of the domain, where the fluid may be considered as incompressible, inviscid and irrotational, and solved by using the Quasi Arbitrary Lagrangian-Eulerian finite element method (QALE-FEM). These two models are weakly coupled using a zonal (spatially hierarchical) approach. Considering the inconsistence of the solutions at the boundaries between two different sub-domains governed by two fundamentally different models, a relaxation (transitional) zone is introduced, where the velocity, pressure and surface elevations are taken as the weighted summation of the solutions by two models. In order to tackle the challenges associated and maximise the computational efficiency, further developments of the QALE-FEM have been made. These include the derivation of an arbitrary Lagrangian-Eulerian FNPT and application of a robust gradient calculation scheme for estimating the velocity. The present hybrid model is applied to the numerical simulation of a fixed horizontal cylinder subjected to a unidirectional wave with or without following current. The convergence property, the optimisation of the relaxation zone, the accuracy and the computational efficiency are discussed. Although the idea of the weakly coupling using the zonal approach is not new, the present hybrid model is the first one to couple the QALE-FEM with OpenFOAM solver and/or to be applied to numerical simulate the wave-structure interaction with presence of current.

• 한국추진공학회지
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• 제24권5호
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• pp.65-76
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• 2020

3차원 스크램제트 모델의 설계과정에 있어 3차원 전산해석은 2차원 해석에 비해 상대적으로 복잡한 격자 구성과 많은 해석 시간을 요구한다. 때문에 다양한 조건에서의 3차원 모델의 성능을 확인하는 것은 쉽지 않은 일이다. 따라서 본 연구에서는 2차원 스크램제트 비행체 모델의 전산해석 결과와 비점성 초음속 선형화 이론을 기반으로 2차원 모델의 비행 조건에 따른 공력계수 및 흡입구 질량 포획률 관계식을 도출하였다. 도출된 2차원 성능 관계식과 함께 최소한의 3차원 해석을 수행하여 3차원 스크램제트 모델의 공력 계수와 흡입구 질량 포획률 관계식을 이끌어내었다. 또한 추가적인 3차원 계산을 통해 확장된 3차원 관계식들의 공력 정확도를 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권6호
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• pp.449-456
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• 2021

본 연구에서는 저마하수 예조건화 기법이 적용된 기존 압축성 해석자의 해석 범위를 최소한의 수정으로 비압축성 유동해석이 가능하도록 확장하는 전략을 제시하였다. 이를 위해 압축성 총 에너지 방정식과 동일한 형태의 에너지 방정식을 사용하였다. 이러한 에너지 방정식은 비압축성 지배방정식인 연속방정식, 열에너지 방정식과 역학적 에너지방정식의 선형 조합을 통해 얻어진다. 이렇듯 압축성 방정식과 동일한 형태를 갖는 비압축성 지배방정식에 시간 전진 기법을 적용하기 위해 Turkel의 가상 압축성 기법을 적용하였다. 또한 Roe 평균이 공통의 압축성/비압축성 지배방정식에서 모두 유효함을 보였다. 압축성 해석자에 위 내용을 적용하여 비압축성 해석이 가능하도록 확장하는 과정은 본래의 압축성 해석자를 이용한 압축성 해석에 아무런 영향이 없다. 확장된 해석자를 통한 비압축성 해석 검증을 위해 비점성, 층류 그리고 난류 유동에 대한 순차적 해석을 수행하였다.

• 한국해안해양공학회지
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• 제4권3호
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• pp.161-167
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• 1992

서로 다른 유한수심을 갖는 두 영역을 연결하는 해저단위로 전파하는 비분산 유한진폭장파를 고려한다. 2차원 운동을 가정하고, 파봉선이 단과 평행하며, 비점성류체에서의 비회전운동으로 본다. 유한진폭파의 변형을 기술하기 위하여 유한진폭 천해정식과, 단위의 연결부에서 Riemann 변수로 나타낸 질양보존 및 압력연속조건들을 사용한다. 식들에 의하면 Riemann 불변양이 일정한 네 조의 특성유선과 입사, 반사 및 전달파의 진폭을 관련지어 주는 2개의 비선형방정식이 정의된다. 얻어진 방정식계는 통상의 형태로는 해석하기가 어려워 지진 해일파에 실용적으로 사용할 수 있는 특수한 경우만 고려한다. 얻어진 결과들을 장파이론과 비교하였고 아주 작은 진폭의 파인 경우에도 뚜렷한 비선형 효과가 제시되었다.

• Ocean Systems Engineering
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• 제6권3호
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• pp.245-264
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• 2016

The iterative boundary element method (IBEM) developed originally before for cavitating two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) hydrofoils moving under free surface is modified and applied to the case of 2-D (two-dimensional) airfoils and 3-D (three-dimensional) wings over water. The calculation of the steady-state flow characteristics of an inviscid, incompressible fluid past 2-D airfoils and 3-D wings above free water surface is of practical importance for air-assisted marine vehicles such as some racing boats including catamarans with hydrofoils and WIG (Wing-In-Ground) effect crafts. In the present paper, the effects of free surface both on 2-D airfoils and 3-D wings moving steadily over free water surface are investigated in detail. The iterative numerical method (IBEM) based on the Green's theorem allows separating the airfoil or wing problems and the free surface problem. Both the 2-D airfoil surface (or 3-D wing surface) and the free surface are modeled with constant strength dipole and constant strength source panels. While the kinematic boundary condition is applied on the airfoil surface or on the wing surface, the linearized kinematic-dynamic combined condition is applied on the free surface. The source strengths on the free surface are expressed in terms of perturbation potential by applying the linearized free surface conditions. No radiation condition is enforced for downstream boundary in 2-D airfoil and 3-D wing cases and transverse boundaries in only 3-D wing case. The method is first applied to 2-D NACA0004 airfoil with angle of attack of four degrees to validate the method. The effects of height of 2-D airfoil from free surface and Froude number on lift and drag coefficients are investigated. The method is also applied to NACA0015 airfoil for another validation with experiments in case of ground effect. The lift coefficient with different clearance values are compared with those of experiments. The numerical method is then applied to NACA0012 airfoil with the angle of attack of five degrees and the effects of Froude number and clearance on the lift and drag coefficients are discussed. The method is lastly applied to a rectangular 3-D wing and the effects of Froude number on wing performance have been investigated. The numerical results for wing moving under free surface have also been compared with those of the same wing moving above free surface. It has been found that the free surface can affect the wing performance significantly.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제7권4호
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• pp.192-198
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• 2004

해안 근처에서는 해수보다 무거운 진흙 등으로 채워진 퇴적 침전구가 존재한다. 이러한 퇴적 침전구 내에서는 해양으로부터 들어오는 입사파에 의해 내면파 유동이 발생할 수 있다. 본 논문에서는 내면파 유동이 존재하는 퇴적 침전구 내에 위치한 물체에 발생하는 2차원 내면파 문제에 대한 수치기법을 개발하였다. 수학적 정식화 과정으로 유체 영역을 포텐셜 유동으로 가정하였으며, 자유표면에 대한 경계조건은 선형화된 자유표면 경계조건을 사용하였다. 수치 기법으로는 국소 유한 요소법을 사용하였다. 사용된 국소 유한 요소법은 기지의 함수 집합을 사용하여 방사 경계조건을 엄밀히 만족함으로써 계산 영역을 작게 줄일 수 있는 장점이 존재한다. 개발된 수치 기법의 검증을 위하여 Schwingers의 범함수법을 이용한 Lassiter의 계산 결과와 비교하였으며, 서로 잘 일치함을 확인하였다. 계산 예로서는 퇴적 침전구내에 형성된 내면파면 위에 존재하는 파이프라인이 입사파에 비해 유기 되는 힘을 계산하였다.