PIV를 이용한 수중로봇용 림 추진기 후류 특성에 관한 연구
A study on the wake characteristics of rim-driven propeller for underwater robot using the PIV
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초록
본 연구는 수중 로봇용 림 추진기의 기초연구이다. 림 추진기는 림의 회전운동 등으로 인해 프로펠러 추진 기와는 다른 유동특성을 가진다. 따라서, 림 추진기의 고유 유동 특성을 반영하여 설계할 필요가 있다. 본 연구 에서는 단면이 대칭인 NAC 0012를 기반으로 날개를 설계하였고, PIV를 이용하여 후류 특성을 파악하였다. 낮은 전진비에서는 model 2가 더 높은 속도를 보였으나, 높은 전진비에서는 model 1이 높은 속도를 보였다. 축방 향 속도는 model 1의 경우 전진비 전체에 걸쳐 대칭인 형태를 보였으나, model 2는 낮은 전진비(0.2, 0.4)에서 비대칭으로 나타났다. 이것은 자유 수면과 바닥의 영향이 후류 구조에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 림 추진 기 내부에서는 덕트와 가까운 영역에서 와도가 높았으 나, 덕트의 영향으로 인해 후류 방향의 와도가 상당히 소멸되었다. 그러나 덕트 형상은 최적화 될 필요가 있다. 본 연구를 통해 소형 수중 로봇에 사용되는 림 추진기의 설계에 필요한 후류 특성의 정보를 제공하였다. 각 부하 조건에서 후류 특성을 통해 수중로봇이 효율적, 안정적 으로 구동될 수 있는 조건을 확인하였다. 향후 설계조건 과 운영조건을 다양화하여 연구를 진행하고자 한다.
Abstract
This study analyzed the wake characteristics of the rim-driven propeller (RDP) used in an underwater robot. For underwater robots to perform specific missions, not only propulsion characteristics but also wake characteristics must be considered. In this study, a blade was designed based on NAC 0012 with a symmetrical cross-section. The RDP was hubless with three or four blades. The influence of both the free water surface and the bottom was considered, and the wake was measured using a particle image velocimetry in the advance ratio of 0.2 to 1. Model 1 showed symmetrical wakes in the entire advance ratio section. Model 2 showed asymmetric wakes due to the influence of the free water surface and the bottom at low advance ratio.
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