함정 추진체계 동적 시뮬레이션을 위한 가변추진기 수학 모델 개발
Controllable pitch propellers for the simulation of naval ship propulsion system dynamics
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초록
본 연구에서는 함정 설계 단계에서 시뮬레이션을 통해 함정의 성능을 예측할 수 있는 함정 추진체계 동적 시뮬레이션 소프트웨어의 일부인 가변추진기 수학 모델의 개발을 목표로 하고 있다. 본 연구의 개발 모델은 현재까지 개발되어진 가변추진기 수학모델과 달리 캐비테이션 판정 내용을 포함하고 있다. 캐비테이션 판정은 Burrill's cavitation diagram 를 활용하였으며, 본 연구의 개발 모델은 모든 운용 상황에서의 캐비테이션 발생을 예측할 수 있는 기능을 담고 있다. 본 연구에서는 가변추진기의 동적 특성을 고려하기 위해 동적 프로펠러 단독시험을 진행하였으나 정적시험과 동적시험에 큰 차이가 없는 것을 확인하였으며 이에 따라 가변추진기의 동적 특성을 무시해도 된다고 판단하였다. 본 연구에서개발한 가변추진기 수학모델의 성능 검증을 위해 계산 처리 시간 검증 시험, 외부 변수 계산 기능, 캐비테이션 판정 시험을 진행하였다. 그 중 핵심이 되는 외부 변수 계산 기능 시험은 시뮬레이션의 신뢰성과 관련된 시험으로써 검증용 데이터와의 차이가 5% 미만인 경우를 합격 기준으로 설정하였다. 각 운용 상황에서 가변추진기의 핵심 특성인 추력, 토크를 비교하였으며 최대 오차율이 약 3%로 모든 상황에서 합격 기준을 만족하는 것을 확인하였다.
Abstract
This paper presents the development of a numerical model of a controllable pitch propeller for the simulation of naval ship propulsion system dynamics. Unlike other previous models, this numerical model can determine the occurrence of cavitation using Burrill's cavitation diagram, especially the curve for warship propellers with special sections. Furthermore, a dynamic POW test was conducted to analyze how the characteristics of the controllable pitch propeller (especially thrust and torque) were affected when the advanced ratio changed considerably. However, the results of the test were not significantly different when compared with the static POW test; therefore, the dynamic characteristics of the controllable pitch propeller were ignored. To verify the performance of the numerical model, three verification tests were conducted, namely, computational processing time, external variable calculation function, and cavitation calculation function. Among these tests, the acceptance criteria of the external variable calculation function test, which is related to the reliability of the simulation results, were set to pass when the differences between the simulation results and verification data were < 5%. Thrust and torque, which are significant characteristics of a controllable pitch propeller, were compared under all operational conditions. Finally, the maximum error rate was confirmed to be 3%.
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