KR101157381B1 - 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 날개형 몸체 및; 상기 날개형 몸체의 일 끝단에 장착되며, 유동장에 노출된 상태에서 유동장 내 소음을 계측하는 청음기;를 포함하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치의 청음기 자체에 의한 유동 교란 및 경계층 유동 소음 증가 현상을 억제하여 대형 캐비테이션 터널의 유동장 내 소음을 보다 정확하게 계측할 수 있다. 또한, 모형선에 설치되는 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치의 경우는 모형선이 바뀔 때마다 청음기를 설치하여야 하는 번거로움이 있었지만 본 발명에 따르면 모형선 및 추진기, 기타 다른 시스템의 변경 없이 대형 캐비테이션 터널에 독립적으로 설치되어 실험 준비 시간을 줄일 수 있으며 기타 다른 시험에 영향을 주지 않아 실험 시간을 많이 단축할 수 있다.

Description

날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치{wing type inner flow field noise measuring device}

본 발명은 대형 캐비테이션 터널의 유동장 내 소음을 계측하기 위한 소음 계측 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치의 청음기 자체에 의한 유동 교란 및 경계층 유동 소음 증가 현상을 억제하여 대형 캐비테이션 터널의 유동장 내 소음을 보다 정확하게 계측할 수 있도록 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치에 관한 것이다.

대형 캐비테이션 터널의 주요한 시험 항목 중 하나가 소음 계측 실험이다. 추진기 및 추진기 캐비테이션과 같은 소음을 계측하기 위해서는 소음 계측 장치가 필요하다. 계측하고자 하는 소음원에 의한 소음을 계측하기 위하여 청음기를 적절한 위치에 장착하여 소음을 계측한다. 그러므로 소음원의 특성 및 실험 조건에 따라서 다양한 형태의 소음 계측 장치가 존재한다.

대형 캐비테이션 터널의 소음 계측 장치는 크게 유동장 내부형 소음 계측 장치와 유동장 외부형 소음 계측 장치로 나눌 수 있다.

유동장 내부형 소음 계측 장치는 유동장 내부에 직접 청음기를 설치하는 방식으로 소음원과 동일한 매질에 청음기를 설치할 수 있어 매질의 변화에 따른 음파의 왜곡(굴절, 반사 등) 현상을 피할 수 있고 소음원에서 방사된 소음을 손실 없이 계측할 수 있는 장점이 있는 반면에 유동장 내부에 청음기가 설치되기 때문에 청음기 자체에 의한 유동 교란 및 경계층 유동 소음 증가가 발생하는 단점이 있다. 이러한 교란에 의해 발생한 유동소음은 청음기 자체 소음(self noise)에 해당하며 신호 대 잡음비(Signal-to-noise ratio, SNR)를 낮추는 원인이 된다.

한편, 유동장 외부형 소음 계측 장치는 청음기를 유동장 외부에 설치하여 청음기에 의한 유동 교란 및 계측 장치에 의한 소음 증가 없이 소음을 계측할 수 있는 장점이 있는 반면에 소음원에서 방사된 소음이 매질이 다른, 즉 음향 임피던스가 다른 터널 관측창을 통과해야 하며 청음기가 설치된 공간면에서 난반사에 의한 음향 신호 왜곡이 발생할 수 있는 단점이 있다.

이하에서는 기존의 소음 계측 장치의 문제점에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

유동장 외부형 소음 계측 장치는 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 유동장 외부에 돔(dome) 또는 상자(box)를 추가적으로 장착하고 그 내부에 물을 채우고 청음기를 설치하는 방식이 많이 사용되고 있다. 기존에 사용되고 있는 유동장 외부형 소음 계측 장치는 아래의 몇 가지 요인으로 인하여 소음신호의 왜곡이 많이 발생한다.

첫째, 관측창에 의한 소음신호 왜곡이 발생한다(도 2). 즉, 대형 캐비테이션 터널의 경우 관측창의 두께가 100mm로 매우 두꺼워 터널 내부에 존재하는 소음원에서 방사된 신호가 음향 임피던스가 다른 관측창을 통과하면서 소음신호의 손실과 왜곡이 발생한다.

둘째, 돔 또는 상자 벽면의 난반사에 의한 소음신호 왜곡이 발생한다(도 1 및 도 2). 즉, 청음기가 들어 있는 돔 또는 상자의 크기가 작고 벽면에 흡음처리가 되어 있지 않는 경우가 많아 돔 또는 상자 벽면의 난반사에 의한 소음신호 왜곡이 발생한다.

셋째, 돔 또는 상자의 진동에 의한 소음신호 왜곡이 발생한다(도 2). 즉, 대형 캐비테이션 터널에서 청음기가 들어 있는 돔 또는 상자가 완전히 고정되도록 설치되지 않을 경우 소음 계측 시에 터널 내부 유동 및 캐비테이션 현상에 의한 돔 또는 상자의 진동이 발생하게 되어 계측하고자 하는 소음신호 외에 돔 또는 상자의 진동에 의한 잡음이 계측되는 단점이 있다.

한편, 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치는 도 3에 나타난 바와 같은데 청음기에 의한 자체 소음이 증가하는 단점이 있다. 즉, 유동장 내부에 청음기가 설치되기 때문에 청음기 자체에 의한 유동 교란 및 경계층 유동 소음이 증가하여 계측하고자 하는 소음원에 의한 소음을 명확히 계측하지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치의 청음기 자체에 의한 유동 교란 및 경계층 유동 소음 증가 현상을 억제하여 대형 캐비테이션 터널의 유동장 내 소음을 보다 정확하게 계측할 수 있도록 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

날개형 몸체 및;

상기 날개형 몸체의 일 끝단에 장착되며, 유동장에 노출된 상태에서 유동장 내 소음을 계측하는 청음기;

를 포함하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치를 제시한다.

본 발명에 따르면 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치의 청음기 자체에 의한 유동 교란 및 경계층 유동 소음 증가 현상을 억제하여 대형 캐비테이션 터널의 유동장 내 소음을 보다 정확하게 계측할 수 있다.

또한, 모형선에 설치되는 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치의 경우는 모형선이 바뀔 때마다 청음기를 설치하여야 하는 번거로움이 있었지만 본 발명에 따르면 모형선 및 추진기, 기타 다른 시스템의 변경 없이 대형 캐비테이션 터널에 독립적으로 설치되어 실험 준비 시간을 줄일 수 있으며 기타 다른 시험에 영향을 주지 않아 실험 시간을 많이 단축할 수 있다.

도 1은 기존의 유동장 외부형 소음 계측 장치(dome형).
도 2는 기존의 유동장 외부형 소음 계측 장치(box형).
도 3은 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 부착판 및 회전축.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치의 대형 캐비테이션 터널 내 설치 위치.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 대형 캐비테이션 터널의 유동장 내 소음을 계측하기 위한 소음 계측 장치로서, 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치의 청음기 자체에 의한 유동 교란 및 경계층 유동 소음 증가 현상을 억제하여 대형 캐비테이션 터널의 유동장 내 소음을 보다 정확하게 계측할 수 있도록 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치의 주된 특징은 대형 캐비테이션 터널 내 유동의 영향을 최소화하고 청음기 자체에 의한 유동 교란 및 경계층 유동 소음 증가 현상을 억제하는 날개형 몸체와 이러한 날개형 몸체에 부착되어 유동장에 직접적으로 접한 상태에서 유동 방향과 수평을 이루면서 유동장 내 소음을 계측하는 청음기의 결합구조에 있는바, 이러한 본 발명은 날개형 몸체(1) 및 청음기(3)를 포함하여 이루어진다.

날개형 몸체(1)는 도 4 및 도 6에 나타난 바와 같이 비행기의 날개처럼 유동장 내에서 길게 뻗은 형상을 하고 있으며, 도 6에 나타난 바와 같이 유동과 평행한 방향으로 설치된다. 이 경우 날개형 몸체(1)는 그 길이(도 4의 L)가 최소 100mm 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 날개형 몸체(1)는 대형 캐비테이션 터널 내 유동 방향에 대하여 유선형 단면을 갖는다. 한편, 본 발명의 실시 예에서는 날개형 몸체(1)를 알루미늄 재질로 제작하고 부식 방지를 위하여 표면을 산화처리(anodizing) 하여 유지 보수가 편리하도록 하였다.

후술하는 바와 같은 청음기(3)는 도 4에 나타난 바와 같이 날개형 몸체(1)의 일 끝단에 장착되어 유동장에 노출된 상태에서 유동장 내 소음을 계측하게 되는데, 이러한 청음기(3)는 유동장에 직접적으로 접하게 되어 소음원에서 발생한 소음을 매질의 변화에 따른 소음의 왜곡(굴절, 반사 등) 현상 없이 계측할 수 있다.

이 경우 날개형 몸체(1)는 상술한 바와 같이 그 길이가 최소 100mm 이상이 되므로 청음기(3)는 대형 캐비테이션 터널의 벽면(17)으로부터 100mm 이상 떨어지게 되어 벽면(17)에서 발생하는 난류 소음의 영향을 거의 받지 않게 된다. 또한 날개형 몸체(1)가 유동에 대하여 유선형 단면을 가지므로 유동이 하류로 매끄럽게 빠져나가면서 국부적인 캐비테이션 및 진동이 발생하지도 않는다.

한편, 본 발명에서는 날개형 몸체(1)의 일 끝단에 유선형의 포드(2)를 장착하고 이때 청음기(3)는 포드(2)의 전단에 장착하는 것이 보다 바람직하다(도 4). 포드(2)에 의하여 날개형 몸체(1)의 일 끝단에는 유동에 의한 날개 끝 보오텍스 및 진동이 발생하지 않는다. 청음기(3)를 포드(2)의 전단에 장착하는 것은 만약 청음기(3)를 포드(2)의 중간이나 후단에 장착하게 되면 후류에 의한 소음이 계측될 수 있기 때문에 이를 피하기 위함이다.

이 경우 포드(2)의 전단은 날개형 몸체(1)의 전단보다 더욱 돌출하도록 장착하는 것이 바람직하다(도 4). 이는 날개형 몸체(1)에서 발생하는 난류 소음이 계측되는 것을 최소화하기 위함이다.

한편, 도 4에서 도면부호 11로 표기된 것은 청음기(3)의 신호선(11)이며, 청음기(3)는 이러한 신호선(11)을 통하여 자신이 계측한 유동장의 소음신호를 외부로 전달한다.

본 발명에 따른 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치는 대형 캐비테이션 터널 내에 고정된 상태에서 유동의 소음을 계측하는 것이 바람직한바, 이를 위하여 본 발명은 도 4에서 보는 바와 같은 부착판(14)을 더욱 구비한다. 부착판(14)은 날개형 몸체(1)의 타 끝단에 장착되며, 날개형 몸체(1)를 대형 캐비테이션 터널 등의 벽면(17)에 부착하는 역할을 한다. 본 발명의 실시 예에 따르면 부착판(14)은 도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이 주로 대형 캐비테이션 터널 등의 원형관측창(16)에 설치된다.

본 발명에서 청음기(3)는 유동과 평행한 방향으로 설치되므로 청음기(3) 자체에 의한 캐비테이션 및 난류 유동이 발생하여 소음이 증가하는 현상이 억제된다. 이처럼 청음기(3)가 유동과 평행한 방향으로 설치될 수 있는 이유는 날개형 몸체(1)가 도 6에서 보는 바와 같이 유동과 평행한 방향으로 설치되기 때문이다. 이때 본 발명은 날개형 몸체(1)가 유동의 상태에 따라 항상 유동과 평행한 방향을 유지할 수 있도록 하기 위하여 다음과 같은 특별한 구성을 취하고 있는바, 회전축(15)이 바로 그것이다.

즉, 본 발명에서 날개형 몸체(1)는 상술한 부착판(14)과 회전축(15)으로 연결되므로 이러한 회전축(15)의 회전을 통하여 날개형 몸체(1)는 부착판(14)에 대한 설치 각도의 조절이 가능해진다. 그리고 이처럼 날개형 몸체(1)의 설치 각도를 조절함으로써 날개형 몸체(1)는 항상 유동과 평행한 방향을 유지할 수 있게 된다. 이 경우 회전축(15)은 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 부착판(14) 외부로 돌출되게 하는 것이 바람직하다. 이로써 실험자는 도 5에서 보는 바와 같이 대형 캐비테이션 터널 외부에서 회전축(15)을 손으로 돌려 날개형 몸체(1)의 설치 각도를 조절할 수 있어 터널 가동을 유지한 채로 유동 특성에 맞게 본 발명에 따른 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치에 의한 자체 소음을 줄일 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치의 설치방법(순서)에 대하여 설명한다.

① 날개형 몸체(1)의 일 끝단에 청음기(3)를 장착한다(도 4).

② 부착판(14)을 이용하여 날개형 몸체(1)를 대형 캐비테이션 터널의 벽면(17)에 부착한다(도 6).

③ 회전축(15)을 돌려 날개형 몸체(1)를 대형 캐비테이션 터널의 유동 방향에 평행하게 조절한다(도 5).

모형선에 설치되는 기존의 유동장 내부형 소음 계측 장치의 경우는 모형선이 바뀔 때마다 청음기를 설치하여야 하는 번거로움이 있었다. 하지만 본 발명에 따른 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치는 모형선 및 추진기, 기타 다른 시스템의 변경 없이 대형 캐비테이션 터널에 독립적으로 설치되어 실험 준비 시간을 줄일 수 있으며 기타 다른 시험에 영향을 주지 않아 실험 시간을 많이 단축할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 날개형 몸체 2 : 포드
3 : 청음기 11 : 신호선
14 : 부착판 15 : 회전축
16 : 원형관측창 17 : 대형 캐비테이션 터널 벽면

Claims (10)

1. 날개형 몸체 및;
   상기 날개형 몸체의 일 끝단에 장착되며, 유동장에 노출된 상태에서 유동장 내 소음을 계측하는 청음기;
   를 포함하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개형 몸체는 유선형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개형 몸체의 일 끝단에는 유선형의 포드가 추가로 장착되는 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 청음기는 상기 포드의 전단에 장착되는 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 포드의 전단은 상기 날개형 몸체의 전단보다 더욱 돌출한 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개형 몸체의 타 끝단에 장착되며, 상기 날개형 몸체를 벽면에 부착하는 부착판;을 더욱 구비하는 하는 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 날개형 몸체는 상기 부착판과 회전축으로 연결되어 상기 부착판에 대한 설치 각도의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 회전축은 상기 부착판 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개형 몸체는 그 길이가 최소 100mm 이상이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개형 몸체는 알루미늄 재질로 제작하고 부식 방지를 위하여 표면을 산화처리 하는 것을 특징으로 하는 날개형 유동장 내부형 소음 계측 장치.

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