전기구동 림 추진기의 덕트 형상 최적화 연구
A study on optimization of duct shape of electric hubless rim-driven propeller
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초록
본 연구에서는 수중 로봇에 사용되는 Hubless Rim-Driven Propeller(RDP)의 덕트 특성을 분석하였다. 선행연구에서는 전진비를 0.2-1로 하여 유동가시화 실험을 하였다. 덕트 전면의 와류는 전진비가 감소할수록 그 크기는 유지하면서 강도는 증가하였다. 따라서 덕트 형상의 최적화에 대한 연구가 필요하다. 기존의 프로펠러 추진기는 효율을 높이기 위해 가속/감속 덕트를 사용한다. 그러나 기존의 프로펠러와 달리 RDP 구조상 에어포일 형태의 가감속 덕트 적용이 불가능하다. 본 연구에서는 RDP의 덕트 형상에 따른 덕트 후류 특성, 추력 및 효율을 수치해석 기법을 이용하여 분석하였다. 6개의 덕트 모양이 설계하였다. 그 결과 덕트 후류 특성, 추력, 효율 등을 고려하여 최적화된 덕트 형상을 설계하였다. RDP 출구 폭을 덕트 끝단까지 일정하게 유지한 형상이 더 높은 추력과 효율을 보였다.
Abstract
This study analyzed the duct characteristics of hubless rim-driven propeller (RDP) used in underwater robots. In the previous study, flow visualization experiments were performed with an advancing ratio of 0.2 to 1. The vortex at the front of the duct increased in strength while maintaining its size as the advancing ratio decreased. Therefore, it is necessary to study the optimization of the duct shape. Conventional propeller thrusters use acceleration/deceleration ducts to increase their efficiency. However, unlike conventional propellers, it is impossible to apply to airfoil acceleration/deceleration ducts due to the RDP structure. In this study, duct wake flow characteristics, thrust force, and efficiency according to the duct shape of RDP were analyzed using numerical analysis techniques. Duct design is limited and six duct shapes were designed. As a result, an optimized duct shape was designed considering duct wake flow characteristics, thrust force, and efficiency. The shape that the outlet width of the RDP was kept constant until the end of the duct showed higher thrust force and efficiency.
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