KR200459934Y1 - 축 보조 링의 추가 및 끝단판의 구조 개선을 통한 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 선체와 안정기 사이의 간극을 이루면서 마주보는 두 면 중 상기 안정기 내측 상부 면에 설치되며, 간극 사이에서 안정기 축을 유선형으로 감싸는 축 보조 링 및; 상기 안정기의 끝단에 부착되되, 앞날이 상기 안정기 끝단의 앞날에서 시작되고, 앞날에 부가 핀이 설치되는 끝단판;을 포함하는 축 보조 링의 추가 및 끝단판의 구조 개선을 통한 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지 장치를 제공한다.

Description

축 보조 링의 추가 및 끝단판의 구조 개선을 통한 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지 장치{Cavitation decrease and rope trip prevention device for stabilizer of ship}

본 고안은 축 보조 링의 추가 및 끝단판의 구조 개선을 통한 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지 장치에 관한 것이다.

1. 캐비테이션

(1) 개념

물이 액체의 상태에서 기체의 상태로 바뀌는 과정은 두 가지 경로가 있다. 첫째는 물이 일정한 압력에서 온도의 상승으로 끓어 수증기가 되는 현상으로 이를 '비등(Boiling)'이라고 하며, 둘째는 상온에서 주위압력이 포화증기압 이하로 강하되어 액체의 상태에서 기체의 상태로 바뀌는 현상으로 이를 '캐비테이션(공동현상, Cavitation)'이라고 한다. 캐비테이션이란 문자 그대로 이해하면 물 속에 빈 공간(공동, Cavity)이 생긴다는 뜻이다. 이렇게 부르는 것은 물과 수증기의 밀도의 비가 약 1000 : 1인 것을 감안할 때 공동의 내부는 역학적 관점에서 볼 때 상대적으로 빈 공간이라고 부를 수 있기 때문이다.

(2) 프로펠러의 캐비테이션

예를 들어, 함정 등 선박의 프로펠러 표면에서는 베르누이 방정식에 따라 속도가 증가하면 압력이 감소하게 되며, 속도가 계속 증가하면 압력이 포화증기압 이하로 내려가게 되고 캐비테이션이 발생하게 된다. 현재 대부분의 선박은 그 추진 장치로 스크류 프로펠러를 사용하고 있다. 그러나 이러한 스크류 프로펠러가 고속으로 회전할 경우 프로펠러에 캐비테이션 즉, 선박 프로펠러 날개 주위의 압력이 증기압보다 낮아져서 날개 표면에 거품이 생기는 현상이 발생하게 된다.

프로펠러에서는 날개 끝의 보오텍스(Vortex)에 의한 캐비테이션(팁 보오텍스 캐비테이션, Tip vortex cavitation)이 가장 먼저 발생하게 되며, 상기 팁 보오텍스 캐비테이션에 의해 발생한 캐비티가 후류로 이동할 경우 점차 압력이 상승하여 캐비티가 붕괴되는 현상이 발생한다. 이와 같이 캐비티가 붕괴되는 경우 높은 소음 및 진동이 수반되기 때문에 선박의 표면이 침식되고 성능이 저하되며 승선감이 떨어지는 문제가 발생한다.

(3) 2차원 수중익의 캐비테이션

한편, 2차원 수중익의 경우 캐비테이션은 날개단면의 형상과 밀접한 관계가 있으며, 또 날개요소의 어느 부분에서 캐비테이션이 발생하는가는 받음각 α의 크기 및 부호에 의해 결정된다.

도 1에서 보는 바와 같이, 받음각이 양의 값을 갖고 비교적 큰 경우(α＞0)에는 날개형상과 무관하게 뒷면(Back)의 앞날부에서 캐비테이션이 발생하며, 받음각이 0도 근처인 경우(α≒0)에는 뒷면의 날개두께가 최대인 위치에서부터 또는 뒷날 부근에서 캐비테이션이 발생하지만, 받음각이 음의 값을 갖는 경우(α＜0)에는 앞면(Face)의 앞날부에서 캐비테이션이 발생한다.

날개요소의 단면형상만으로 비교를 하면 도 2에서 보는 바와 같이, 비행날개(Airfoil) 단면의 경우는 주로 앞날 부근에서 캐비테이션이 발생하지만, 원호형 단면인 경우에는 날개 코드의 중앙 부근에서 캐비테이션이 쉽게 발생한다.

2. 안정기

함정과 같은 활주형 선박은 내파성이 좋지 않으므로 파에 의한 선체 충격이 과다하여 고속에서 불안정하고 항해 중 돌발적 운동 및 외력에 의해 주기적인 회전 왕복 운동(횡동요)이 발생한다.

이를 보완하기 위하여 도 3에서 보는 바와 같이, 중고속에서 뛰어난 횡동요 감쇄 효과를 나타내는 제어장치인 안정기(Stabilizer)(2)를 선박의 양쪽 만곡부 근처에 설치한다. 고속으로 갈수록 파도나 바람 등 외력으로 인하여 선박의 횡동요 운동은 심해지게 되는데, 이 경우 안정기(2)가 양력을 발생시켜 선박의 횡동요를 감쇄시키게 된다. 안정기(2)는 그 면적, 단면 형상, 가로-세로 비 및 위치에 따라 선박의 안정성 및 조종성의 상승효과를 다양하게 이끌어 낼 수 있다.

3. 종래의 안정기의 문제점

(1) 선체-안정기 간극 캐비테이션 발생

도 4에서 보는 바와 같이, 안정기(2)는 선체와 축(Shaft)(이하, '안정기 축'이라고 함)으로 연결되며 이러한 안정기 축(5)의 회전에 따라 그 받음각을 변화시켜 선박의 운항 상태에 맞도록 양력을 적절하게 조절한다. 그리고 이처럼 안정기(2)의 회전 구동이 가능하도록 하기 위하여 안정기는 선체와 소정의 간극(Gap)(4)을 두고 결합하게 된다.

그런데 이러한 간극(4)으로 인하여 선체(1) 및 안정기 내측 상부(3)에서 캐비테이션이 과도하게 발생하므로 문제가 된다. 이 캐비테이션은 선체와 안정기의 간극 사이를 통해 유입되어 가속되는 유동에 의해 발생하는 것으로, 안정기 축(5) 후방의 간극에 의한 영향보다는 안정기 축(5) 상방의 간극을 통해 유입되는 가속 유동에 의한 영향이 큰 것으로 판단된다. 도 5에서 보면, 간극에서 발생한 캐비테이션에 의하여 선체와 안정기의 표면 및 도장이 심하게 훼손된 것을 확인할 수 있다.

(2) 끝단판 캐비테이션 발생

도 4에서 볼 때, 선박이 고속으로 항주하게 되어 안정기로부터 양력이 발생하는 경우, 안정기의 끝단에서는 팁 보오텍스 캐비테이션이 강하게 발생하게 된다. 이러한 안정기 끝단의 캐비테이션은 안정기의 효율을 감소시킬 뿐만 아니라 안정기 끝단의 표면 및 도장을 심하게 훼손하며 나아가 과도한 소음을 유발하게 되어 특히 수중방사소음(URN : Underwater Radiated Noise)이 매우 중요한 성능으로 판단되는 함정의 경우의 경우 적에 의한 피탐 가능성을 높이는 요인으로 작용하게 되므로 문제가 된다.

이에 종래에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 6에서 보는 바와 같이 안정기의 끝단에 끝단판(End plate)(7)을 부착하였다. 그런데, 문제는 이처럼 끝단판(7)을 부착하여 운항한 실선을 조사해 본 결과, 이번에는 끝단판(7)에서 오히려 과도한 캐비테이션이 발생하였다는 것이다. 이처럼 끝단판(7)에서 발생하는 캐비테이션으로 인하여 끝단판(7)의 표면 및 도장이 도 7에서 보는 바와 같이 심하게 훼손되었으며 이 경우도 역시 과도한 소음으로 인하여 함정의 경우 적에 의한 피탐 가능성이 높아지는 문제가 여전히 존재한다.

(3) 끝단판에 로프 걸림 현상 발생

한편, 도 6에서 보는 바와 같이 안정기의 끝단에 끝단판(7)을 부착하면 다음과 같은 심각한 문제가 또한 발생하게 된다. 즉, 선박이 저수심(Shallow water) 또는 연안에서 항해하는 경우 끝단판에 어망 등의 로프가 걸려 선박의 운항효율이 떨어지거나 아니면 선박의 운항이 불가능한 상태가 발생하고 이 과정에서 도 8에서 보는 바와 같이 끝단판에 걸린 로프가 끝단판 및 안정기의 표면이나 도장을 심하게 훼손하는 문제가 발생하는 것이다.

이에 종래에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 도 9에서 보는 바와 같이 끝단판(7)의 앞날(Leading edge)과 안정기(2)의 앞날 사이에 로프가드(Rope guard)(11)를 설치하여, 로프가 로프가드(11)를 타고 흘러내림으로써 끝단판(7)에 걸리지 않도록 하였다. 그런데, 본 출원인이 이 경우(도 9)의 안정기, 즉 끝단판(7)에 로프가드(11)를 설치한 안정기에 대하여 유체성능을 해석하고 모형시험을 수행한 결과에 따르면 캐비테이션 관점에서 상당히 불리한 문제가 많이 발견되었다. 이와 관련하여서는 후술하는 부분에서 보다 상세하게 설명한다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 축 보조 링의 추가 및 끝단판의 구조 개선을 통한 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안은,

선체와 안정기 사이의 간극을 이루면서 마주보는 두 면 중 상기 안정기 내측 상부 면에 설치되며, 간극 사이에서 안정기 축을 유선형으로 감싸는 축 보조 링 및;

상기 안정기의 끝단에 부착되되, 앞날이 상기 안정기 끝단의 앞날에서 시작되고, 앞날에 부가 핀이 설치되는 끝단판;

을 포함하는 축 보조 링의 추가 및 끝단판의 구조 개선을 통한 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지 장치를 제공한다.

본 고안에 따르면, 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지의 효과를 동시에 얻을 수 있다.

도 1은 날개의 전체 형상에 따른 일반적인 캐비테이션 발생 현상.
도 2는 날개요소의 단면형상에 따른 일반적인 캐비테이션 발생 현상.
도 3은 안정기 및 안정기의 일반적인 설치 위치.
도 4는 안정기 축에 의하여 선체와 연결된 일반적인 종래의 안정기.
도 5는 도 4의 종래의 안정기의 경우 간극에서 발생한 캐비테이션에 의하여 선체와 안정기의 표면 및 도장이 심하게 훼손된 모습.
도 6은 끝단에 끝단판이 부착된 종래의 안정기.
도 7은 도 6의 종래의 안정기의 경우 끝단판에서 발생하는 캐비테이션으로 인하여 끝단판의 표면 및 도장이 심하게 훼손된 모습.
도 8은 도 6의 종래의 안정기의 경우 끝단판에 걸린 로프가 끝단판 및 안정기의 표면이나 도장을 심하게 훼손한 모습.
도 9는 끝단판의 앞날과 안정기의 앞날 사이에 로프가드를 설치한 종래의 안정기.
도 10은 본 고안의 실시 예에 따른 유체성능 해석 영역 및 경계조건.
도 11은 본 고안의 실시 예에 따른 유체성능 해석을 위한 안정기 및 선체 주위 계산 격자.
도 12는 국방규격(KDS 6605-4004) 상의 시험조건.
도 13은 본 고안에 따른 안정기의 전체적인 모습.
도 14는 종래의 안정기의 전체적인 모습.
도 15는 본 고안에 따른 안정기 중 끝단판의 구조 개선된 모습.
도 16은 종래의 안정기에서 끝단판의 앞날 부위에서 캐비테이션이 발생한 모습.
도 17은 본 고안에 따른 안정기에서 끝단판의 앞날 부위에서 캐비테이션이 약화된 모습.
도 18은 본 고안의 실시 예에 따른 모형시험을 위한 종래의 안정기의 모형.
도 19는 본 고안의 실시 예에 따른 모형시험을 위한 본 고안에 따른 안정기의 모형.
도 20은 본 고안의 실시 예에 따른 유체성능 해석 및 모형시험 결과를 분석하기 위한 캐비테이션 초생(inception) 구분 및 용어 정의를 나타낸 표와 그림.
도 21 내지 도 23은 종래의 안정기에 대한 유체성능 해석 결과.
도 24 내지 도 26은 본 고안에 따른 안정기에 대한 유체성능 해석 결과.
도 27은 본 고안의 실시 예에 따른 모형시험을 위한 시험 모형의 형상정보를 표시한 표.
도 28은 본 고안의 실시 예에 따른 모형시험에서의 캐비테이션 시험조건을 표시한 표.
도 29 내지 도 34는 종래의 안정기에 대한 모형시험 결과.
도 35 내지 도 40은 본 고안에 따른 안정기에 대한 모형시험 결과.
도 41은 본 고안의 실시 예에 따른 유체성능 해석 및 모형시험 결과를 분석한 표.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안에 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 고안을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

1. 본 고안의 구성 및 작용

도 13은 본 고안에 따른 안정기의 전체적인 모습을 보여준다. 본 고안은 축 보조 링의 추가 및 끝단판의 구조 개선을 통한 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 축 보조 링 및 끝단판의 구조 개선과 관련한 본 고안의 특징을 설명하면 다음과 같다.

(1) 축 보조 링

종래의 안정기(도 6)에서와 같이 선체(1) 및 안정기 내측 상부(3)에서 발생하는 캐비테이션은 선체(1)와 안정기(2)의 간극(4) 사이를 통해 유입되어 가속되는 유동이 안정기 축(Shaft)(5)을 지나면서 발생하는 것으로, 안정기 축(5) 후방의 간극에 의한 영향보다는 안정기 축(5) 상방의 간극을 통해 유입되는 가속 유동에 의해 발생한다.

이처럼 선체(1)와 안정기(2)의 간극(4)이 존재하는 한 안정기(2)의 내측 상부(3)와 선체(1)에 발생되는 캐비테이션을 근본적으로 피하기는 어렵다. 이에 본 고안은 안정기(2)와 선체(1) 사이의 간극(4) 및 이로 인한 캐비테이션을 개선하는 방안으로서 축 보조 링(6)을 통하여 안정기 축(5)의 형상을 보완할 수 있는 방안을 강구하였다(도 13).

축 보조 링(6)은 도 13에서 보는 바와 같이 선체(1)와 안정기(2) 사이의 간극(4)을 이루면서 마주보는 두 면 중 상기 안정기 내측 상부(3) 면에 설치되며, 설치 후 간극(4) 사이에서 안정기 축(5)을 유선형으로 감싸는 역할을 한다. 즉, 축 보조 링(6)은 원형의 단면 형상을 갖는 기존의 안정기 축(5) 단면 형상을 유선형의 날개 형상을 갖도록 변화시키는 것이다. 이 경우 안정기(2)의 받음각이 변하면 간극(4)으로 유입되는 유동방향이 변화되어 캐비테이션이 발생한다는 단점이 있으나, 모형시험 결과 종래의 안정기와 비교하여 볼 때 전체적인 간극 캐비테이션이 현저하게 약화되는 것을 확인할 수 있었다(후술함).

본 고안에서 축 보조 링(6)은 안정기(2)와 선체(1) 사이의 공간을 차지함으로써 실질적으로는 간극(4)이 소멸되는 효과가 있을 뿐만 아니라 축 보조 링(6)이 안정기 축(5)을 유선형으로 감싸기 때문에 이로 인하여 안정기 축(5) 상방에서 유입되는 가속 유동의 흐름이 축 보조 링(6)을 따라 흐르면서 보다 매끄러워져 결과적으로 캐비테이션이 상당히 감소하는 효과가 있다.

(2) 끝단판의 구조 개선

본 고안은 종래 끝단판의 로프 걸림 문제 해결을 최우선의 목표로 하는바, 본 고안에서의 끝단판 구조 개선은 기본적으로 이를 실현하기 위함이다. 본 고안의 경우 끝단판(7)은 안정기(2)의 끝단에 부착되되, 끝단판(7)의 앞날(8)이 도 15에서 보는 바와 같이 안정기 끝단의 앞날(9)에서 시작된다. 즉, 본 고안의 경우 끝단판(7)은 종래의 안정기(도 6)와는 달리 끝단판(7)의 앞날(8)이 안정기 끝단의 앞날(9)에서 전방으로 돌출하지 않는 것이다. 따라서 안정기(2)의 앞날에 로프가 걸리더라도 이 로프가 끝단판(7)에 걸리지 않고 그대로 흘러내려 빠져나가게 되며, 이로써 종래에 문제되었던 끝단판의 로프 걸림 문제는 해결되었다.

다만, 상술한 바와 끝단판(7)의 앞날(8)이 안정기 끝단의 앞날(9)에서 시작되도록 할 경우 끝단판(7)의 앞날(8) 부위에서는 캐비테이션이 발생하게 된다(도 16 - 유체성능 해석 및 모형시험 결과). 또한 이 경우 받음각 상태의 고속 운항 시 끝단판(7)의 앞날(8) 부분에서는 낮은 압력이 발생하며 이로 인한 강한 와류가 생성되어 성장하게 된다.

이러한 현상을 개선하기 위해 본 고안은 도 15에서 보는 바와 같이 끝단판(7)의 앞날(8) 부위에 부가 핀(Fin)(10)을 설치하였다. 부가 핀(10)은 일종의 돌기이다. 이 경우 본 고안에서는 설치되는 부가 핀(10)의 개수에 대해서는 특별한 제한을 두지 않는바, 도 15의 실시 예에서는 3개의 부가 핀(10)을 설치하였다. 모형시험 결과 부가 핀(10)에 의하여 끝단판(7) 앞날(8) 부위에서의 캐비테이션 발생 현상이 상당히 약화되는 것을 확인하였다(도 17 - 유체성능 해석 및 모형시험 결과, 후술함).

2. 유체성능 해석 및 모형시험

이하에서는 본 고안의 효과를 증명하기 위한 유체성능 해석 및 모형시험 결과에 대하여 상세히 설명한다. 본 고안의 실시 예에서는 본 고안에 따른 안정기와 종래 끝단판에 로프가드를 설치한 안정기(이하 '종래의 안정기'라고 함)를 비교하는 방식의 유체성능 해석 및 모형시험을 수행하였다.

(1) 시험조건

유체성능 해석 및 모형시험은 국방규격(KDS 6605-4004) 상의 시험조건 중 도 12의 표에 명시된 조건에 대한 것이다. 이 조건에는 최대 받음각 상태인 15knots 26.0°인 경우와 최고 속력 상태인 40knots 2.0°인 경우가 포함되어 있다.

(2) 유체성능 해석의 수행

안정기가 선체 중심에서 빌지 부근에 선체와 45°로 접합되도록 하였으며, 수치해석을 위하여 접합부 필릿(Fillet)은 무시하였고 선체와 접합되는 안정기 축은 그대로 모델링 하였다.

이 경우, 수치해석을 위한 기본좌표계는 직교좌표계이며, 선체 중심과 선저면 그리고 중앙면(Midship)이 만나는 점을 중심으로 하여, 선체 길이방향(주 유동 방향)을 양을 x축, 우현을 양의 y축, 연상상방을 양의 z축으로 사용하였다. 그리고 격자계의 유입경계는 안정기의 최대 코드길이(C)를 기준으로 선체 중앙으로부터 5C, 외부경계는 5C, 유출경계는 6C만큼 떨어져 있다. 경계조건은 유입경계 및 외부경계에서 유입속도 조건을 주었으며, 유출경계에서 유동유출조건(Flow rate weighting = 1)을 적용하였다. 선체 중앙면 및 선측 상부 경계면에서는 대칭조건(Symmetry)을 주었다(도 10).

안정기 주위 3차원 공간격자는 O-H형 정렬격자계를 갖도록 구성하였으며, 안정기와 선체 사이, 로프가드 부근에서 별도의 블록으로 하는 다중블록격자계로 구성하였다. 이 경우, 안정기와 선체사이에 연결된 축 주위 유동해석과 끝단판 주위의 상세한 유동해석을 위해 비교적 많은 격자를 사용, 전체 격자수는 약 600만개로 생성하였다. 벽함수 사용을 위한 y1+는 안정기의 레이놀즈수가 약 107임을 감안하여 전 표면에 걸쳐 300을 유지하도록 생성하였다(도 11).

유동해석을 위한 지배방정식은 3차원 비압축성 정상 난류유동에 대하여 연속방정식과 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)방정식이다. 난류모형은 Realizable k-e모델을 사용하였으며, 자유수면의 영향을 무시한 이중모형에 대해 해석을 수행하였다. 그리고 유동해석을 위해 지배방정식의 확산항은 2차 중심차분, 대류항은 QUICK 방법을 사용하여 이산화 하였고, 속도-압력 연성은 SIMPLEC방법을 사용하였으며, 표준 벽함수(Standard wall function)를 사용하였다. 또한 코드는 상용코드인 FLUENT V6.3을 사용하였다.

(3) 모형시험의 수행

모형시험은 한국해양연구원의 대형 캐비테이션터널(LCT)에서 수행하였다. 이 경우 종래의 안정기는 도 18에서 보는 바와 같은 모형을 사용하여 시험을 수행하였으며, 본 고안에 따른 안정기는 도 19에서 보는 바와 같은 모형을 사용하여 시험을 수행하였다. 이 경우, 시험 모형의 형상정보는 도 27의 표에 표시된 바와 같으며, 캐비테이션 시험조건은 도 28의 표에 표시된 바와 같다.

(4) 결과의 분석

① 유체성능 해석의 결과

종래의 안정기에 대한 유체성능 해석 결과(Pressure distributions 및 Vorticity distributions)는 도 21 내지 도 23에 나타나 있다. 이 중 도 21은 15knots 26.0°인 경우에 관한 것이며, 도 22는 20knots 14.2°인 경우에 관한 것이며, 도 23은 40knots 2.0°인 경우에 관한 것이다.

한편, 본 고안에 따른 안정기에 대한 유체성능 해석 결과(Pressure distributions 및 Vorticity distributions)는 도 24 내지 도 26에 나타나 있다. 이 중 도 24는 15knots 26.0°인 경우에 관한 것이며, 도 25는 20knots 14.2°인 경우에 관한 것이며, 도 26은 40knots 2.0°인 경우에 관한 것이다.

② 모형시험의 결과

종래의 안정기에 대한 모형시험 결과는 도 29 내지 도 34에 나타나 있다. 이 중 도 29는 10knots 26.0°인 경우에 관한 것이며, 도 30은 15knots 26.0°인 경우에 관한 것이며, 도 31은 20knots 14.2°인 경우에 관한 것이며, 도 32는 25knots 9.0°인 경우에 관한 것이며, 도 33은 30knots 2.0°인 경우에 관한 것이며, 도 34는 40knots 2.0°인 경우에 관한 것이다.

한편, 본 고안에 따른 안정기에 대한 모형시험 결과는 도 35 내지 도 40에 나타나 있다. 이 중 도 35는 10knots 26.0°인 경우에 관한 것이며, 도 36은 15knots 26.0°인 경우에 관한 것이며, 도 37은 20knots 14.2°인 경우에 관한 것이며, 도 38은 25knots 9.0°인 경우에 관한 것이며, 도 39는 30knots 2.0°인 경우에 관한 것이며, 도 40은 40knots 2.0°인 경우에 관한 것이다.

③ 결과의 분석

상기 유체성능 해석 및 모형시험 결과를 분석한 표가 도 41에 나타나 있다. 한편, 본 고안의 실시 예에서는 유체성능 해석 및 모형시험 결과를 분석하기에 앞서, 설명의 편의를 위하여 캐비테이션 초생(inception) 구분 및 용어 정의를 도 20과 같이 한다.

도 20에서 보는 바와 같이, SC-PT는 Sheet Cavity on the Plate-Top을, SC-PB는 Sheet Cavity on the Plate-Bottom을, TVC-L은 Tip-Vortex Cavity at the Leading edge를, TVC_T는 Tip-Vortex Cavity at the Trailing edge를, GC-L은 Gap Cavity on the Leading edge top을, GC-S는 Gap Cavity on the Shaft을, SC-S는 Sheet Cavity on the Sole을, SC-B는 Sheet Cavity on the Body를 의미한다. 이에 기초하여 도 41의 결과를 분석하면 다음과 같다.

국방규격(KDS 6605-4004)에 따르면, 15knots의 받음각 26.0° 이내에서는 캐비테이션이 발생하지 않아야 하나, 종래의 안정기에서 보면, 16.5°에서 SC-PB와 SC-B가, 20.0°에서 TVC-L이 발생하였다. 하지만 본 고안에 따른 안정기에서 보면, SC-PB는 발생하지 않았으며 SC-B 또한 시험 한계조건인 26.0°가 되어서야 발생하였다.

또한, 전술한 국방규격(KDS 6605-4004)에 따르면, 20knots의 받음각 14.2° 이내에서는 캐비테이션이 발생하지 않아야 하나, 종래의 안정기에서 보면, 8.0°에서 SC-PT가, 14.0°에서 TVC-L이 발생하였다. 하지만 본 고안에 따른 안정기에서 보면, SC-PT는 발생하지 않았다.

또한, 전술한 국방규격(KDS 6605-4004)에 따르면, 25knots의 받음각 9.0° 이내에서는 캐비테이션이 발생하지 않아야 하나, 종래의 안정기에서 보면, 5.0°에서 SC-PT가 발생하였다. 하지만 본 고안에 따른 안정기에서 보면, SC-PT는 발생하지 않았다. 다만, 8.5°에서 GC-S가 발생하는 점이 이채로웠다.

또한, 전술한 국방규격(KDS 6605-4004)에 따르면, 30knots의 받음각 2.0° 이내에서는 캐비테이션이 발생하지 않아야 하나, 종래의 안정기에서 보면, 0.0°에서 GC-L과 GC-S가 발생하였다. 하지만 본 고안에 따른 안정기에서 보면, GC-L과 GC-S는 발생하지 않았다.

마지막으로, 전술한 국방규격(KDS 6605-4004)에 따르면, 40knots의 받음각 2.0° 이내에서는 캐비테이션이 발생하지 않아야 하나, 종래의 안정기에서 보면, 0.0°에서 GC-L, GC-S 및 SC-S가, 2.0°에서 SC-B가 발생하였다. 하지만 본 고안에 따른 안정기에서 보면, GC-L과 SC-B는 발생하지 않았으며, SC-S도 종래의 안정기에서는 캐비테이션 수가 0.65인 지점에서 발생하였으나 본 고안에 따른 안정기에서는 캐비테이션 수가 0.89인 지점에 가서야 비로소 발생하였다.

따라서 이러한 유체성능 해석 및 모형시험 결과를 분석해 보면, 본 고안에 따른 안정기가 종래의 안정기와 비교하여 볼 때 선체-안정기 간극 캐비테이션과 끝단판 앞날 부위에서의 캐비테이션이 상당히 약화되는 것을 확인할 수 있다.

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

1 : 선체 2 : 안정기
3 : 안정기 내측 상부 4 : 간극
5 : 안정기 축 6 : 축 보조 링
7 : 끝단판 8 : 끝단판의 앞날
9 : 안정기 끝단의 앞날 10 : 부가 핀
11 : 로프가드

Claims (1)

1. 선체와 안정기 사이의 간극을 이루면서 마주보는 두 면 중 상기 안정기 내측 상부 면에 설치되며, 간극 사이에서 안정기 축을 유선형으로 감싸는 축 보조 링 및;
   상기 안정기의 끝단에 부착되되, 앞날이 상기 안정기 끝단의 앞날에서 시작되고, 앞날에 부가 핀이 설치되는 끝단판;
   을 포함하는 축 보조 링의 추가 및 끝단판의 구조 개선을 통한 함정용 안정기의 캐비테이션 저감 및 로프 걸림 방지 장치.

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