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수미 구
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1 대한조선학회논문집 Journal of the Society of Naval Architects of Korea pissn: , Vol. 54, No. 6, pp , December 2017 eissn: , 백부근 1, 안종우 1 설한신 1 박영하 1 김기섭 1 전호근 2 한국해양과학기술원부설선박해양플랜트연구소 1 FMS( 단텍다이너믹스 ) 2 Development of LDV(Laser Doppler Velocimetry) for Measuring Three Dimensional Hull Wake of Ship Model in Large Cavitation Tunnel Bu-Geun Paik 1, Jong-Woo Ahn 1 Han-Shin Seol 1 Young-Ha Park 1 Ki-Sup Kim 1 Ho-Geun Cheon 2 Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering 1 Fluid & Solid Mechanics Solution(Dantec Dynamics) 2 This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License( which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Large Cavitation Tunnel (LCT) of KRISO enables us to conduct cavitation tests of the propeller attached to a ship model. As the ship model tests are done at rather high Reynolds number of 107~108, flow measurement system such as pitot tube cannot be employed because of structural safety problems in its system and difficulties in installing it within the test section. Thus, KRISO has developed new 3-D LDV system used in large test section of LCT. There are several difficulties in using 3-D LDV, which did not allow efficient operation of it. The first trouble was the calibration using the conventional pin hole. To make the focus with same laser-beam waists at the wanted position, the high spatial resolution CCD is utilized in the calibration procedure for 3-D LDV. The off-axis configuration provides two velocity components in the horizontal plane and on-axis configuration gives third velocity component in the vertical plane. The horizontal velocity components are also obtained in the coincidence mode, which prevents any misleading results in the off-axis configuration. The nominal wake of Aframax tanker model is measured by the developed 3-D LDV system. The measured hull wake showed good agreement with that obtained by CFD calculation. Keywords : Hull wake( 선체반류 ), Laser Doppler velocimetry( 레이저유속계 ), Calibration technique( 보정기법 ), Cavitation tunnel ( 캐비테이션터널 ) 1. 서론 물위를운항하는선박이나물속을항행하는몰수체 (underwater body) 의유체역학적성능검증을위해서다양한경험적방법이나수치해석적인방법이사용되어왔다. 비록해양운송체의설계를위하여경험적, 이론적방법들이효과적으로이용되고는있으나아직많은부분에있어서실제와다른유체역학적인현상이발생하여실험적인자료나검증이필요한실정이다. 선박의추진기로사용되는프로펠러의설계에있어서도포텐셜이론에근거한설계가좋은결과를주고있으나선박의선미와프로펠러사이의상호작용, 특히유효반류등에대해서는아직이론적접근이쉽지않기때문에정확한프로펠러설계를위해서 는실험적인자료에근거하여현재의수치해석방법을검증하는작업을거쳐야한다. 실험적자료로써주로사용되는것이선체반류나선미와프로펠러사이의전속도 (total velocity) 자료이다 (Choi, et al., 1999; Lee & Paik, 2004). 지금까지한국해양과학기술원부설선박해양플랜트연구소 (KRISO : Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering) 에서는선박의프로펠러에서발생하는캐비테이션을관찰하고그성능 을평가하기위해서 Fig. 1 과같이대형캐비테이션터널 ( 시험부 크기 = 2.8 x 1.8 x 12.5 m 3, 최고유속 = 16.5 m/s) 을완공하고여러가지장비들을구축하여기초실험들을수행하고있다 (Kim, et al., 2013). 또한실선 (full scale) 에가깝게접근하는높은레이놀즈수 조건을만족시키기위해노력하고있다. 시험부에설치된선박 Received : 13 April 2017 Revised : 3 October 2017 Accepted : 15 November 2017 Corresponding author : Bu-Geun Paik, ppaik@kriso.re.kr

(a) Oblique view of LCT (b) Test section of LCT Fig. 1 Photos of large cavitation tunnel (LCT) 모형주위유동을정확히계측하고가시화하기위해서는유속계측장비가필수적이다. 선형수조에서는선체반류를계측하기위하여일반적으로 5공피토관을사용한다.

LDV나 PIV(Particle Image Velocimetry) 와같은유동계측장비는시험부내에장비나치구를넣지않기때문에피토관보다더유용하다.

2 (a) Oblique view of LCT (b) Test section of LCT Fig. 1 Photos of large cavitation tunnel (LCT) 모형주위유동을정확히계측하고가시화하기위해서는유속계측장비가필수적이다. 선형수조에서는선체반류를계측하기위하여일반적으로 5공피토관을사용한다. 대형캐비테이션터널에서 5공피토관을이용하여고속유동을계측하기위해서는시험부에피토관이내재된스트럿을설치해야하는데, 이스트럿은매우강한구조적보강을필요로한다. 또한피토관스트럿이선미에근접하여야하므로시험부내설치가어려우며스트럿이선체반류에교란을주어정확한선체반류계측을어렵게한다. LDV나 PIV(Particle Image Velocimetry) 와같은유동계측장비는시험부내에장비나치구를넣지않기때문에피토관보다더유용하다. 면 (field) 측정방식인 PIV의경우대형터널내많은양의추종입자 (seeding particles) 를투여해야하고필요시정확한캐비테이션관찰을위해터널용수 (tunnel water) 를필터링하고터널벽에잔재하는입자들을청소해야하므로많은시간과비용이요구되므로대형캐비테이션터널에적용하는것이수월하지않다. 또한프로펠러와선체사이유동장이나방향타 (rudder) 주위유동장을계측하기위해서는레이저평면광의조사 (illumination) 가어려운 PIV 보다는점측정 (point-wise) 방식인 LDV 가더효과적이다. 유동계측방법의장단점들을고려하여 KRISO 에서는 3차원속도계측이가능한 LDV 시스템 ( 단텍다이너믹스 ) 을대형캐비테이션터널에구축하였다 (Paik, et al., 2010). 이 3차원 LDV 시스템은공기매질에서가습기등을이용한미세물입자들의 3차원유속을 1 khz 이상의높은 Fig. 2 Tunnel s test section and conventional LDV probe configuration looking upstream 데이터율 (data rate) 과 95% 이상의유효치 (validation) 로계측하였으나터널용수 (water) 가가득차있는시험부내부의 3차원유동을계측하는데있어서는여러가지제약으로인하여효율적인활용이쉽지않았다. 본논문에서는이 3차원 LDV 시스템의효율적활용을위해실험적으로극복한내용들을기술하고자한다. 그리고최종적으로구현된 3차원 LDV 시스템을이용하여아프라막스 (Aframax) 탱커모형선의선체반류를계측하였고이결과들을 CFD 로계산한결과와비교하였다. 2. 초기 3 차원 LDV 시스템 대형캐비테이션터널에서는물속에잠기는몰수체뿐만아니라수상선에대한유동계측이수행될가능성이높다. 터널에서실험을수행하는선박모형의경우 Fig. 2와같이터널의상판덮개에가깝게위치하게되므로일반적인 5 빔 (beam) 프로브 (probe) 의배치로는터널의상판에가깝게위치하는프로펠러주위유동을계측하기어렵다. 결국 3-D LDV 프로브에서맨위에위치하는프로브의배치를달리해야정상적인 3-D LDV 계측이가능해진다. 이와같은결점을극복하고자 Fig. 3과같은새로운프로브배치를고안하여시스템을구축하였다, Table 1은초기에구축된 3차원 LDV 시스템의사양을나타낸다. Table 1 Specification of original 3-D LDV system Item Value Wave length nm (green) 488 nm (blue) nm (violet) Focal length 1600 mm Beam expander ratio 1.5 Beam spacing 320 mm Beam diameter 4.1 mm Control volume size dx = ~ mm dy = ~ mm dz = ~ mm 516 대한조선학회논문집제 54 권제 6 호 2017 년 12 월

백부근 안종우 설한신 박영하 김기섭 전호근 (a) Photo of 3-D LDV probe (b) Configuration of 3-D LDV probe (G :green, B :blue, V :violet) CW(Continuous Wave) 레이저를사용했는데이레이저의주 (main) 빔은 shift되지않은빔 3개와 shift된빔

이빔파워는각빔이 100 mm 두께의시험부아크릴창과약 1400 mm 의터널용수를지나계측체적을형성하고도플러신호를후방산란방식으로방출하기에너무약하였다.

3 백부근 안종우 설한신 박영하 김기섭 전호근 (a) Photo of 3-D LDV probe (b) Configuration of 3-D LDV probe (G :green, B :blue, V :violet) CW(Continuous Wave) 레이저를사용했는데이레이저의주 (main) 빔은 shift되지않은빔 3개와 shift된빔 3개로나누어지며빔을분리하는 transmitter, blue 와 green 빔을결합하는 combiner, 5m 길이의 optic fiber 등에서각빔의파워손실이발생하여최종빔프로브에서는 mw 정도의빔파워를보였다. 이빔파워는각빔이 100 mm 두께의시험부아크릴창과약 1400 mm 의터널용수를지나계측체적을형성하고도플러신호를후방산란방식으로방출하기에너무약하였다. 특히높이방향으로배치된 violet 빔의경우, 전체 multi-line 빔에너지 5W 에서 violet 빔이차지하는비율이 8% 정도이고 single-line 빔자체가낮은에너지를가지고있어 violet 빔의보정작업이매우힘들게된다. 따라서각프로브에서방출되는레이저빔의파워를증가시켜후방산란되는도플러신호를충분히감지하도록하는것이중요하였다. 이를위해본연구에서는 3방향의프로브에각각다른레이저를사용하도록 CW 레이저대신에 DPSS(Diode Pumped Solid State) 레이저 3대를 Fig. 4와같이배치하였다. 새로운 DPSS 레이저시스템에서는 violet 빔대신에 yellow(532 nm) 빔을사용하였다. 최종적으로 DPSS 레이저들을이용하여각프로브의빔파워가 mw 가되도록조절하였다. Fig. 3 Original design of 3-D LDV system 수평면에서의 2차원속도성분은수평프레임에배치된 green 과 blue 빔들을이용해서얻을수있으며높이방향속도성분은 violet 빔을이용해서얻을수있다. 3-D 프로브는터널밖공기중에놓이고프로브를출발한레이저빔들은 100 mm 두께의시험부아크릴창을지나물속으로조사된다. 이때빔의굴절이발생하므로보정 (calibration) 작업이필요한데, 특히 violet 빔의경우터널폭방향이동에따라가장민감하게영향을받을수있다. 보정작업을위해서많이사용되는방법이계측하고자하는위치에핀홀 (pin hole) 을설치하여 5개의빔 (2개의빔은합쳐져 1개의 main 빔으로구성됨 ) 을핀홀에통과시키는작업이필요하다. 그런데핀홀의직경은 200 μmm 로서매우작다. 육안으로핀홀을통과한빔들이측정체적위치에서초점이모두잘맞도록보정작업을수행해야하나핀홀이터널내시험부중심부에위치할경우에는빔들이핀홀을통과하였는지육안으로확인하는것이거의불가능하다. 따라서효율적인보정작업을위해서는터널외부에터널시험부와유사한환경을조성하여보정하는것이필요하였다. 이를위해서 800 x 800 x 2100 (mm 3 ) 의소형수조를제작하였고 5개빔들에대한보정작업을수행하였다. 3. 개선된 3 차원 LDV 시스템 위의 2 절에서기술한초기 3-D LDV system 은 5W Ar Fig. 4 New DPSS laser system Fig. 5 3rd configuration considering yellow beam probes (G :green, B :blue, Y :yellow) 다음으로문제가되었던부분은 yellow( 초기시스템의 violet) 빔프로브의배치이다. Fig. 2에서보는바와같이 Y 방향은높이방향이며 Z 방향은시험부아크릴창으로부터멀어지는방향이다. 높이방향으로배치되어있는 yellow 빔의경우 (Fig. 3(b)) 3-D LDV 프로브 JSNAK, Vol. 54, No. 6, December

를 Z 방향으로이동시킬경우수신되는도플러신호세기의변화가커져아크릴창에의한굴절효과에매우민감하였다. 따라서 yellow 빔의 Z 방향움직임에대한민감도를작게하기위해서는 yellow 빔프로브들을주프로브의중심을기준으로대칭되게배치하는것이바람직하다. 이러한관점에서 Fig. 5와같이빔프로브들을배치하는 configuration 을새롭게제안하였다.

그러나 yellow 빔들사이의거리가감소함에따라측정체적의형상이 z 방향으로길어지게되어 (dx, dy, dz) = (0.22, 0.22, 8.5) mm 의체적을갖게된다. 물론 z 방향으로측정체적이길어지는현상은유속계측시계측치의불확실성에영향을줄수있으나측정체적에서형성되는간섭무늬의 fringe 간격이 9.

4 를 Z 방향으로이동시킬경우수신되는도플러신호세기의변화가커져아크릴창에의한굴절효과에매우민감하였다. 따라서 yellow 빔의 Z 방향움직임에대한민감도를작게하기위해서는 yellow 빔프로브들을주프로브의중심을기준으로대칭되게배치하는것이바람직하다. 이러한관점에서 Fig. 5와같이빔프로브들을배치하는 configuration 을새롭게제안하였다. 비록 Y 방향의계측영역에서 4~5 cm 정도의손실을가져올수있으나설계흘수에대한선체반류계측에는문제가없음을확인하였다. 또한이 configuration 의장점은 yellow 프로브들에대해서복잡한보정작업을수행하지않아도되기때문에 3-D LDV 시스템의빔정렬 (alignment) 작업시간을줄일수있고 yellow 빔들에의한도플러신호의수신율을높일수있다는것이다. 그러나 yellow 빔들사이의거리가감소함에따라측정체적의형상이 z 방향으로길어지게되어 (dx, dy, dz) = (0.22, 0.22, 8.5) mm 의체적을갖게된다. 물론 z 방향으로측정체적이길어지는현상은유속계측시계측치의불확실성에영향을줄수있으나측정체적에서형성되는간섭무늬의 fringe 간격이 9.4 μm 가되어좋은 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 을갖도록도와줄수있다. 각빔의웨이스트 (waist) 위치의편차가커짐에따라 z 방향의보정작업에오차가크게발생할수있다. 아울러시험부창의왜곡현상을고려하기위해서는시험부에물을채운후보정작업을수행해야하므로핀홀대신에정교한보정작업이가능한가시화도구가추가로필요하다. 이를위해 CCD(Charge Coupled Device) 칩 (chip) 을이용한보정도구를준비하여 3차원 LDV 에대한보정작업을수행하였다. Fig. 6(a) 는고해상 CCD 칩 ( 단텍다이너믹스 ) 을이용하여터널의시험부에서 5개의빔들에대해서보정실험을하는모습을보여준다. 사진속의적색원으로표시된부분이 CCD 칩이다. CCD 칩의공간해상도는 1024 x 800 pixels 이었고각 pixel 의 pitch 는 10 μm 이었다. CCD 칩은터널상부또는하부로부터충분한길이의스트럿 (strut) 이나삼각대를이용하여정수중인시험부내에설치되며 CCD 칩에서감지된미약한빔영상은감도를증폭하여 Fig. 6(b) 와같이노트북컴퓨터등을이용하여편리하게관찰할수있다. 주프로브에서방출된기준빔을근거로하여 yellow 빔 2개를제외한 3개의빔들의웨이스트들이기준빔의웨이스트와잘중첩이되도록각프로브에부착된미세광학조절기를조작하였다. 이때 CCD 칩의손상을방지하기위하여각빔의세기를최소로조절하는작업이필요하다. 4. 선박모형의선미반류계측 (a) CCD chip in the test section (b) CCD chip image showing focused beams Fig. 6 Calibration test using CCD cell in the test section 터널시험부의아크릴창은모든테두리가터널의프레임에단단히 고정되어있고터널용수에의한수압, 유속변화에의한압력변화를 받아아크릴면이균일하게형성되기어렵다. 즉, 터널시험부창의 면이고르지못하고왜곡되어있다면앞서언급한소형수조에서의 보정작업은큰의미가없게된다. 결국터널시험부내특정계측 위치에서보정작업을다시수행하여야하나앞절에서언급한바와 같이핀홀을이용한보정작업을터널시험부에서수행하는것은 매우힘들다. 특히터널시험부창으로부터멀어지는방향 (z) 으로 먼저, 터널시험부의균일유동을계측하기위해서터널상판및상부 hatch 를덮은상태에서 3차원속도성분을취득하고자하였다. 시험부의상부를노출시키지않고시험부의유속이 7.4 m/s 일때의균일유동을계측하였다. 계측위치는시험부높이의중간이었다. 또한폭방향계측위치는폭방향중심으로서시험부관측아크릴창으로부터 1400 mm 떨어진곳이었다. 계측된 3개의속도성분들은성공적으로잘계측이되었으며각속도에대해서약 의데이터율로계측가능하였다. 이때데이터율은 LDV 시스템의감지부에서인식하는초당도플러신호의개수를의미한다. LDV 계측에있어서데이터율에만의존하는것은좋지않은데실제도플러신호가아니라잡음 (noise) 성분에대해서도데이터로인정되어표현될수있기때문이다. 따라서 FFT(Fast Fourier Transform) 를이용한신호검증알고리즘에근거하여정확히도플러신호를검출하고이를데이터율에반영하는작업이중요하다. 본 LDV 시스템에서는이러한검증알고리즘을이용하여도플러신호를잡음신호로부터구별할수있었으며유효치 (validataion) 란항목으로계측된데이터를평가하였다. 본실험에서계측된유효치값은 % 로서매우양호하였다. Fig. 7은감지된 3개방향의도플러신호를보여준다. 주어진유속에서계측한평균속도, 평균속도에대한불확실성값들을 x, y, z 방향에대해 Table 2에표시하였다. LCT 시험부의아크릴창은시험부내모형관찰을용이하게하기위해 1.0 x 1.3 m 2 의크기를갖는데구조적강도를높이기위해아크릴창의두께를 100 mm 로제작하였다. 두께가커짐에따라아크릴창전체에균일한편광 (polarization) 분포를생성시키는것은매우어렵게된다. 또한아크릴창전체에걸쳐서두께분포를동일하게제작하는것도매우어렵다. 이렇게 518 대한조선학회논문집제 54 권제 6 호 2017 년 12 월

백부근 안종우 설한신 박영하 김기섭 전호근 국소적으로다르게분포하는편광과두께로인하여레이저빔의굴절이다르게나타나거나도플러신호의왜곡등이발생하여계측데이터율을감소시키거나계측신뢰도를저감시킬수있다. 본연구에서는비교적균일한분포의아크릴창을시험부에설치하여실험을수행하였다. 수축되는경향이나타난다고하였다. 따라서본연구에서는수치해석을이용하여얻은이상적인공칭반류계산결과를이용하여 Fig.

해석을위한전체격자수는약 200만개이며수치경계조건은시험이이루어진 KRISO 터널의형상을고려하여설정하였다. 계산된모형선의공칭반류를 Fig. 10(b) 에나타내었다. Fig. 10 을살펴보면방향속도분포뿐만아니라프로펠러면을따라거동하는속도벡터들도유사한형태를보여주어 3차원레이저유속계를이용하여공칭반류를적절히계측하였음을알수있다. Fig. 7 Doppler signals detected by 3-D LDV system Table 2 Uncertainty of measured values Mean(m/s) Uncertainty(%) in mean U(X) 7.

선박모형으로유입되는자유흐름속도 U 0 는 7.4 m/s 이었고레이저유속계로계측된값들을 U 0 로무차원화하여 Fig. 10(a) 와같이속도벡터와함께속도분포 contour 를나타내었다. Fig. 10(a) 의선미반류계측결과를보면대칭적으로나타나는빌지보오텍스를확인할수있으며선체를따라발달한경계층의영향으로 0도근처에서 0.3U 0 의매우낮은속도분포가나타남을알수있다.

5 백부근 안종우 설한신 박영하 김기섭 전호근 국소적으로다르게분포하는편광과두께로인하여레이저빔의굴절이다르게나타나거나도플러신호의왜곡등이발생하여계측데이터율을감소시키거나계측신뢰도를저감시킬수있다. 본연구에서는비교적균일한분포의아크릴창을시험부에설치하여실험을수행하였다. 수축되는경향이나타난다고하였다. 따라서본연구에서는수치해석을이용하여얻은이상적인공칭반류계산결과를이용하여 Fig. 10(a) 와비교하고자하였다. 선체수치유동해석은상용유동해석소프트웨어인 ANSYS FLUENT 를이용하여계산을수행하였다. 모형선의추진기회전면에서의반류를계산하기위하여 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 방정식을사용하였고난류모델은 Reynolds Stress Model 을적용하였다. 해석을위한전체격자수는약 200만개이며수치경계조건은시험이이루어진 KRISO 터널의형상을고려하여설정하였다. 계산된모형선의공칭반류를 Fig. 10(b) 에나타내었다. Fig. 10 을살펴보면방향속도분포뿐만아니라프로펠러면을따라거동하는속도벡터들도유사한형태를보여주어 3차원레이저유속계를이용하여공칭반류를적절히계측하였음을알수있다. Fig. 7 Doppler signals detected by 3-D LDV system Table 2 Uncertainty of measured values Mean(m/s) Uncertainty(%) in mean U(X) V(Y) W(Z) 다음으로는개발된 3차원레이저유속계를이용하여아프라막스급선형에대한공칭반류를계측하였다. 대상모형선은 Fig. 8에나타내었고해당선박에대한기본자료는 Table 3에나타내었다. Fig. 9는 1/38.4 의축척으로제작한대상모형선의공칭반류를계측하고있는모습을보여준다. 선박모형으로유입되는자유흐름속도 U 0 는 7.4 m/s 이었고레이저유속계로계측된값들을 U 0 로무차원화하여 Fig. 10(a) 와같이속도벡터와함께속도분포 contour 를나타내었다. Fig. 10(a) 의선미반류계측결과를보면대칭적으로나타나는빌지보오텍스를확인할수있으며선체를따라발달한경계층의영향으로 0도근처에서 0.3U 0 의매우낮은속도분포가나타남을알수있다. 비록 Fig. 10(a) 의결과가탱커선형의전형적인공칭반류의모습과유사하나그결과에대한신뢰성을얻기위하여해당선박에대해다른방법으로얻은공칭반류와비교하는작업이필요하다. 선형수조에서 5공피토관을이용하여얻은결과와비교하는것이일반적이나본연구에서는실험일정의한계로인해해당선형에대해피토관계측을하지못하였다. 또한선형수조에서는 2 m/s 내외의유속에서반류계측을수행하기때문에대형캐비테이션터널의높은유속에서계측한반류와그형태가다르다고알려져있다. Kim, et al. (2013) 이보고한바에의하면대형캐비테이션터널의고속유동에서계측한선미반류는선형수조에서계측한선미반류에비해폭이좁아지고반류의중심을향해반류가 Fig. 8 Ship model installed in the test section of LCT Fig. 9 Photo of velocity measurements using 3-D LDV Table 3 Principal particulars of Aframax class ship hull Length BP 239.0m Length WL 243.5m Draught 13.6m Breadth 44.0m JSNAK, Vol. 54, No. 6, December

310 300 290 280 270 260 250 240 330 320 350 355 0 5 10 340 20 5 5 5 5 30 230 220 140 210 150 200 160 190 185 180 175 170 Radii : 000 000 000 000 1.0000 1.

6 Radii : (a) 3-D LDV Looking Upstream U_O U X /U r/r = 0.3, LDV 0.2 r/r = 0.3, CFD r/r =, LDV 0.1 r/r =, CFD 0.1 r/r =, LDV r/r =, CFD 0 0 r/r =, LDV r/r =, CFD -0.1 r/r = 1.1, LDV -0.1 r/r = 1.1, CFD (a) Axial velocity component r/r = 0.3, LDV r/r = 0.3, CFD r/r =, LDV 0.2 r/r =, CFD 0.2 r/r =, LDV r/r =, CFD r/r =, LDV r/r =, CFD r/r = 1.1, LDV 0.1 r/r = 1.1, CFD 0.1 U R /U (b) CFD Fig. 10 Hull wakes obtained by 3-D LDV and Fluent 마지막으로계측된 3 차원속도성분들을합성또는분해하여 축방향속도 (U X ), 반지름방향 속도 (U R ), 회전방향속도 (U T ) 를 추출하였고자유흐름속도 U 0 로무차원화하였다. 이계측된 3 차원속도성분들을 CFD 로계산하여얻은 3 차원속도성분들 과비교하여 Fig. 11 과같이나타내었다. 축방향속도성분의경 우약 3% 의속도크기차이를보여주지만전체적인속도분포 의형상은매우유사하다. 반지름방향속도성분의경우실험 계측치와계산결과와의차이가더욱줄어들어 r/r = 0.3 에서 의비교결과를제외하면서로유사한속도분포를나타내었다. 모형선박의공칭반류에서가장관심있는속도성분이회전 방향속도성분인데 Fig. 12(c) 를보면 LDV 로계측하여얻은 회전속도성분과 CFD 계산을통해얻은회전속도성분분포 가매우유사함을볼수있다. 따라서본연구에서개발한 3 차 원 LDV 시스템이효율적이며신뢰도있는 3 차원속도계측을 가능하게함을알수있다. U T /U (b) Radial velocity component r/r = 0.3, LDV r/r = 0.3, CFD r/r =, LDV r/r =, CFD 0.2 r/r =, LDV 0.2 r/r =, CFD r/r =, LDV r/r =, CFD r/r = 1.1, LDV 0.1 r/r = 1.1, CFD (c) Tangential velocity component Fig D velocity component comparison between LDV and CFD results 5. 결론 본연구에서는대형캐비테이션터널의시험부에위치한선박모형의 3차원반류를계측하기위하여시험부외부에 3차원 520 대한조선학회논문집제 54 권제 6 호 2017 년 12 월

백부근 안종우 설한신 박영하 김기섭 전호근 레이저유속계를설치하고그성능을검증하였다. 3차원레이저유속계의성능에영향을주는것은유속계프로브들의 configuration 뿐만아니라레이저파워, 시험부창, 보정작업, 계측 mode 등다양한요소들이있으므로이러한항목들에대한자세한연구를통해현재시스템의특성을잘파악하는것이중요하다.

data for two container carriers. 12th PRADS (International Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures), Changwon, Republic of Korea, 24-27 October 2013. Lee, S. J.

Park, Y.H. Kim, K.S. & Kim, G.D., 2010. LDV system employed in large cavitation tunnel of MOERI to measure the flows around ship model.

후기 본연구는 선박용 CPP 캐비테이션초생선속및최적설계기술개발 (PNS2780) 과 추진기소음저감기술을응용한추진기침식모형시험법개발과추진기소음저감기술고도화 (PES8910) 과제의지원으로수행되었으며이에감사드립니다. References Choi, J. E. Seo, H. W. & Min, K. S. 1999.

7 백부근 안종우 설한신 박영하 김기섭 전호근 레이저유속계를설치하고그성능을검증하였다. 3차원레이저유속계의성능에영향을주는것은유속계프로브들의 configuration 뿐만아니라레이저파워, 시험부창, 보정작업, 계측 mode 등다양한요소들이있으므로이러한항목들에대한자세한연구를통해현재시스템의특성을잘파악하는것이중요하다. 본연구에서는이러한항목들에대한특성을파악하여적절한레이저유속계시스템을구성하였고시험부내에위치한모형선의공칭반류를성공적으로계측하였다. 또한실험조건과같은조건으로 CFD 계산을수행하여 3차원 LDV 로계측한유속분포가 CFD 계산결과와매우유사함을보임으로써본연구에서개발된 3차원 LDV 시스템의신뢰도를확보할수있었다. data for two container carriers. 12th PRADS (International Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures), Changwon, Republic of Korea, October Lee, S. J. & Paik, B. G., PIV velocity field analysis of inflow ahead of a rotating marine propeller. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 41(4), pp Paik, B.G. Ahn, J.W. Park, Y.H. Kim, K.S. & Kim, G.D., LDV system employed in large cavitation tunnel of MOERI to measure the flows around ship model. Proceeding of KSV(Korea Society of Visualization) Autumn Conference, Andong National University, 12 November, pp 후기 본연구는 선박용 CPP 캐비테이션초생선속및최적설계기술개발 (PNS2780) 과 추진기소음저감기술을응용한추진기침식모형시험법개발과추진기소음저감기술고도화 (PES8910) 과제의지원으로수행되었으며이에감사드립니다. References Choi, J. E. Seo, H. W. & Min, K. S Flow measurements on the propeller plane using fiber optics LDV at towing tank. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 36(3), pp Kim, K. S. Ahn, J. W. Park, Y.H. Kim, G. D. Kim, S. P. Yu, Y. W. & Lee, C. S., Correlation study on pressure fluctuation measurement at large cavitation tunnel with full-scale 백부근안종우설한신박영하 김기섭전호근김기섭이건철 JSNAK, Vol. 54, No. 6, December

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00-CD.. 2012 년도한국해양과학기술협의회공동학술대회 5 월 31 일 ( 목 )~6 월 1 일 ( 금 ) 대구 EXCO Vortex Generator(35K LPG 선 ) 에의한선체반류및프로펠러캐비테이션특성연구 김기섭 1, 김건도 1, 안종우 1, 박영하 1, 김성표 2 한국해양연구원 1, 대우조선해양 ( 주 ) 2 요약 본논문에서는프로펠러기진력감소용으로선체반류개선에사용되는보오텍스생성기의설치각도변화에대하여대형캐비테이션터널에서체계적인반류계측시험을수행하여프로펠러면반류분포,