KR20230153798A - Compound propulsor open-water test method in large cavitation tunnel - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법은, 대형캐비테이션터널 내부의 수류 방향에 대하여 역방향으로 경사류동력계를 설치하는 동력계 설치단계, 경사류동력계의 회전축 외부 케이싱에 페어워터바디를 설치하는 페어워터바디 설치단계, 회전축의 단부에 복합추진기인 펌프젯을 결합하는 펌프젯 설치단계, 페어워터바디와 펌프젯 사이에서 추력 및 토오크를 계측하기 위한 센서를 설치하는 센서 설치단계 및 사전에 설정된 레이놀즈수에 따라 대형캐비테이션터널 내부에 수류를 일으켜 시험을 수행하는 시험 수행단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 대형캐비테이션터널에서 펌프젯 등 덕트를 포함하는 복합추진기를, 높은 레이놀즈 수에서 단독으로 시험할 수 있는 방법을 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.The method of independent testing of a composite thruster in a large cavitation tunnel according to a preferred embodiment of the present invention includes the dynamometer installation step of installing the inclined flow dynamometer in the opposite direction to the direction of water flow inside the large cavitation tunnel, and the rotation axis of the inclined flow dynamometer on the external casing. Fairwater body installation step of installing the fairwater body, pumpjet installation step of combining the pump jet, which is a composite propulsion, to the end of the rotation shaft, sensor installation of installing a sensor to measure thrust and torque between the fairwater body and the pump jet. It is characterized by including a test performance step of performing the test by generating a water flow inside the large cavitation tunnel according to the stage and the preset Reynolds number. According to the present invention having the above configuration, there is an effect of providing a method for independently testing a complex thruster including a duct such as a pump jet in a large cavitation tunnel at a high Reynolds number.
Description
본 발명은 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 예인수조에서 시험하기 어려운 펌프젯 등 높은 레이놀즈수에서 단독시험을 수행하여야 하는 덕트를 포함하는 복합추진기 등에 대한 시험 시 기존 경사류프로펠러동력계(H41)를 활용하여 대형캐비테이션터널에서 단독시험을 수행 가능하게 하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for independent testing of a composite thruster in a large cavitation tunnel. Specifically, when testing a composite thruster including a duct that requires independent testing at a high Reynolds number, such as a pump jet, which is difficult to test in a towing tank, etc. This relates to a method of enabling independent testing in a large cavitation tunnel using the existing inclined propeller dynamometer (H41).
최근 고성능 추진장치로서 복합추진기인 펌프젯(Pumpjet)의 개발이 요구되고 있다. Pumpjet은 Duct, Stator 및 Rotor로 구성되며 일반 프로펠러보다 추진 효율, 캐비테이션 및 소음 성능이 향상된다고 알려져 있다. 그러나, 이러한 성능 향상도 펌프젯이 최적으로 설계되었을 때 가능하며, 최적 설계를 위해서는 모형시험을 통한 성능 평가가 정도 높게 수행되어야 한다. 펌프젯은 앞서 언급한 3가지 장치로 구성된 바 장치간에 상호 작용도 매우 크게 나타난다, 각각의 장치별 성능을 파악할 수 있는 모형시험이 수행되어야 하지만, 아직까지 적합한 시험 장치 및 기 Recently, there has been a demand for the development of a pumpjet, a combined propulsion device, as a high-performance propulsion device. Pumpjet is composed of Duct, Stator and Rotor and is known to have improved propulsion efficiency, cavitation and noise performance compared to regular propellers. However, such performance improvement is possible when the pump jet is optimally designed, and for optimal design, performance evaluation through model testing must be performed to a high degree. The pumpjet is composed of the three devices mentioned above, and the interaction between the devices is very large. Model tests must be performed to determine the performance of each device, but appropriate test devices and techniques are not yet available.
법이 개발되지 않은 상황이다. 일반적으로 추진장치의 성능 평가를 위해서는 추진장치 자체의 단독시험(POW: Propulsor Open-Water test)과 모형선에 추진장치를 설치하여 시험하는 자항성능시험이 수행되어야 한다. 프로펠러 추진 모형 선박은 예인수조에서 수행되는 성능 시험기법이 정립되어 있지만 덕트가 포함된 복합추진기의 시험법은 거의 정립되어 있지 않은 상황이다. The law is not yet developed. In general, in order to evaluate the performance of a propulsion device, a stand-alone test of the propulsion device itself (POW: Propulsor Open-Water test) and a self-propelled performance test that tests the propulsion device installed on a model ship must be performed. Performance testing techniques for propeller-propelled model ships in a towing tank have been established, but testing methods for composite propulsion devices including ducts are almost entirely unestablished.
복합추진기 단독성능 시험법을 개발하기 위하여 대형캐비테이션터널에서 보유하고 있는 H41 동력계를 이용하였다. H41 동력계를 이용한 프로펠러 단독 성능시험 장치 및 성능시험 기법은 이미 개발된 바 있다(특허 제 10-1402452호, 특허 제 10-1402498호).In order to develop a test method for the independent performance of a composite thruster, the H41 dynamometer owned by a large cavitation tunnel was used. A propeller-only performance test device and performance test technique using the H41 dynamometer have already been developed (Patent No. 10-1402452, Patent No. 10-1402498).
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 한 가지 목적은, 대형캐비테이션터널에서 펌프젯 등 덕트를 포함하는 복합추진기를 단독으로 시험할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.The present invention was invented to improve the above-mentioned problems, and one purpose of the present invention is to provide a method for independently testing a complex thruster including a duct such as a pump jet in a large cavitation tunnel.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 다른 목적은, 대형캐비테이션터널에서 펌프젯 등 덕트를 포함하는 복합추진기에 대하여 높은 레이놀즈 수에서 단독 시험할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.The present invention was invented to improve the above-described problems, and another object of the present invention is to provide a method for independently testing a complex propeller including ducts such as a pump jet in a large cavitation tunnel at a high Reynolds number. .
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
상기 과제를 달성하기 위하여 안출된, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법은, 대형캐비테이션터널 내부의 수류 방향에 대하여 역방향으로 경사류동력계를 설치하는 동력계 설치단계, 경사류동력계의 회전축 외부 케이싱에 페어워터바디를 설치하는 페어워터바디 설치단계, 회전축의 단부에 복합추진기인 펌프젯을 결합하는 펌프젯 설치단계, 페어워터바디와 펌프젯 사이에서 추력 및 토오크를 계측하기 위한 센서를 설치하는 센서 설치단계 및 사전에 설정된 레이놀즈수에 따라 대형캐비테이션터널 내부에 수류를 일으켜 시험을 수행하는 시험 수행단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The single test method of a composite thruster in a large cavitation tunnel according to a preferred embodiment of the present invention, which was devised to achieve the above problem, includes the dynamometer installation step of installing an inclined flow dynamometer in the opposite direction to the direction of water flow inside the large cavitation tunnel. , the fairwater body installation step of installing the fairwater body on the outer casing of the rotation axis of the inclined flow dynamometer, the pumpjet installation step of combining the pumpjet, which is a composite propulsion, to the end of the rotation shaft, and the thrust and torque between the fairwater body and the pumpjet. It is characterized by including a sensor installation step of installing a sensor for measurement and a test performance step of performing a test by generating a water flow inside a large cavitation tunnel according to a preset Reynolds number.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법의 펌프젯은, 복수의 스테이터 날개를 포함하고 회전축에 결합되는 스테이터, 스테이터 날개에 비하여 소형의 로터 날개가 복수개 형성되고 스테이터와 인접하여 회전축에 결합되는 로터 및 로터 날개가 회전될 때 그리는 외측 궤적과 일정 간격 이격되어 외측 궤적을 둘러싸는 덕트를 포함하고, 센서는, 페어워터바디와 스테이터의 허브 사이에 설치되어 덕트와 스테이터의 추력 및 토오크를 계측하는 것을 특징으로 한다. In addition, the pumpjet of the combined propulsion test method in a large cavitation tunnel according to a preferred embodiment of the present invention includes a plurality of stator blades and is coupled to a rotating shaft, and a plurality of smaller rotor blades are formed than the stator blades. It includes a rotor adjacent to the stator and coupled to the rotation axis, and a duct surrounding the outer trace at a certain distance from the outer trace drawn when the rotor blade rotates, and the sensor is installed between the fairwater body and the hub of the stator to detect the duct. It is characterized by measuring the thrust and torque of the stator.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법의 시험 수행단계 이후에, 센서를 분리하여 센서의 성능 검증을 위하여 캘리브레이션을 행하는 캘리브레이션 단계를 포함하고, 캘리브레이션은 추력(항력) 및 토오크로 나누어 수행되는 것을 특징으로 한다. In addition, after the test performance step of the single test method for a combined thruster in a large cavitation tunnel according to a preferred embodiment of the present invention, a calibration step is included in which the sensor is separated and calibrated to verify the performance of the sensor, and the calibration is performed on the thrust It is characterized by being divided into (drag) and torque.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기인 펌프젯 단독시험 방법의 시험 수행단계를 시작하기 이전에, 시험 수행 중 적용할 레이놀즈수를 설정하는 레이놀즈수 설정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, before starting the test performance step of the single test method of the pump jet, which is a complex propulsor in a large cavitation tunnel according to a preferred embodiment of the present invention, it includes a Reynolds number setting step of setting the Reynolds number to be applied during test performance. It is characterized by:
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대형캐비테이션터널에서 펌프젯 등 덕트를 포함하는 복합추진기를 단독으로 시험할 수 있는 방법을 제공할 수 있게 된다. According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for independently testing a complex thruster including a duct such as a pump jet in a large cavitation tunnel.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 대형캐비테이션터널에서 펌프젯 등 덕트를 포함하는 복합추진기에 대하여 높은 레이놀즈 수에서 단독 시험할 수 있는 방법을 제공할 수 있게 된다. According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a method for independently testing a complex propeller including a duct such as a pump jet in a large cavitation tunnel at a high Reynolds number.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 대형 캐비테이션 터널에 복합추진기 단독시험이 세팅된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, H41 동력계 상에 복합추진기 가 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 적용되는, 덕트/스테이터의 스러스트(thrust) 및 토크(torque)를 측정하기 위한 센서에 관한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 적용되는, 덕트/스테이터 센서의 측단면도와 정면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 적용되는, 덕트/스테이터 센서의 캘리브레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 대형캐비테이션터널에 순방향(Normal)과 역방향(Reverse)으로 설치된 일반 프로펠러를 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 대형캐비테이션터널에 펌프젯과 같은 복합추진기를 설치하여 단독시험을 수행하는 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 복합추진기인 펌프잿이 설치된 단독시험 셋업을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 로터만 설치된 단독시험 셋업을 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 전진계수(J) 0.6에서 수행된 복합추진기의 레이놀즈수(Rn) 변화에 대한 영향 평가 결과 그래프이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 펌프젯 추진장치에 포함된 로터(PJ-Rotor)와 로터만 설치된 상태(Rotor-only)의 단독시험 결과 비교 그래프이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 복합추진기 단독시험 상태에서 도출된 덕트 및 스테이터의 추력 및 토오크 그래프이다. Figure 1 is a side view schematically showing a state in which a single test of a combined thruster is set up in a large cavitation tunnel, according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is a side cross-sectional view schematically showing a state in which a composite propulsion device is installed on an H41 dynamometer, according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic diagram of a sensor for measuring thrust and torque of a duct/stator, applied to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 4 is a side cross-sectional view and a front view of a duct/stator sensor applied to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 5 is a graph showing the calibration results of a duct/stator sensor applied to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram showing a general propeller installed in a large cavitation tunnel in the normal and reverse directions.
Figure 7 is a flowchart of a method of performing a stand-alone test by installing a complex thruster such as a pump jet in a large cavitation tunnel, according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 8 is a schematic diagram showing a stand-alone test setup in which a pump seat, a combined propulsion device, is installed, according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 9 is a schematic diagram showing a stand-alone test setup with only the rotor installed, according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 10 is a graph showing the results of an evaluation of the impact of changes in the Reynolds number (Rn) of the combined thruster performed at a forward coefficient (J) of 0.6, according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 11 is a graph comparing the results of a single test of a rotor included in a pumpjet propulsion device (PJ-Rotor) and a rotor-only state, according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 12 is a graph of the thrust and torque of the duct and stator derived from a single test state of a composite thruster according to a preferred embodiment of the present invention.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily practice the present invention.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.In describing the embodiments, descriptions of technical content that is well known in the technical field to which the present invention belongs and that are not directly related to the present invention will be omitted. This is to convey the gist of the present invention more clearly without obscuring it by omitting unnecessary explanation.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically shown in the accompanying drawings. Additionally, the size of each component does not entirely reflect its actual size. In each drawing, identical or corresponding components are assigned the same reference numbers.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 대형 캐비테이션 터널에 복합추진기 단독시험이 세팅된 상태를 개략적으로 나타낸 측면도이다. Figure 1 is a side view schematically showing a state in which a single test of a combined thruster is set up in a large cavitation tunnel, according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 장치는, 대형캐비테이션터널, 대형캐비테이션터널 내부의 유수 방향에 대하여 역방향으로 설치되는 경사류 동력계(20), 경사류 동력계(20)의 회전축 외부 케이싱에 설치되는 페어워터바디(3), 회전축의 단부에 결합되는 복합추진기인 펌프젯(PJ) 및 페어워터바디(3)와 펌프젯(PJ) 사이에 설치되어 추력 및 토오크를 계측하는 센서(10)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the single test device for a complex thruster in a large cavitation tunnel of the present invention includes a large cavitation tunnel, an inclined flow dynamometer (20) installed in the opposite direction to the direction of water flow inside the large cavitation tunnel, and an inclined flow dynamometer (20). )'s fairwater body (3) installed on the outer casing of the rotating shaft, the pumpjet (PJ), which is a composite propulsion device coupled to the end of the rotating shaft, and installed between the fairwater body (3) and the pumpjet (PJ) to provide thrust and torque. It includes a
복합추진기 단독성능(POW) 시험을 위하여, 대형캐비테이션터널에 H41 경사류 동력계(20)를 역방향으로 설치하였다. 도 2는 H41 동력계(20)의 단부에 설치된 복합추진기인 펌프젯(PJ)을 보여준다. 스테이터 허브의 크기에 따라 원활한 유동장을 형성하기 위한 페어워터바디(3)(Fair-water body)가 펌프젯(PJ)의 상류측 H41 동력계(20)의 회전축 외부 케이싱에 설치된다. 페어워터바디(3)와 스테이터 허브 사이에 덕트 및 스테이터의 추력과 토오크를 계측하기 위한 센서(10)가 설치된다. For the combined propulsion standalone performance (POW) test, the H41 inclined flow dynamometer (20) was installed in the reverse direction in a large cavitation tunnel. Figure 2 shows the pumpjet (PJ), a combined propulsion device, installed at the end of the H41 dynamometer (20). A fair-water body (3) to form a smooth flow field according to the size of the stator hub is installed on the outer casing of the rotation axis of the H41 dynamometer (20) on the upstream side of the pump jet (PJ). A
덕트는 스테이터에 나사로 고정되므로 스테이터 부분의 덕트는 알루미늄으로 제작하였으며, 로터 부분의 덕트는 캐비테이션 관찰을 위하여 투명 아크릴로 제작된다. 두 재질로 제작된 덕트의 조립은 나사산을 만들어 조립된다. 프로펠러 직경이 덕트 끝단(T.E.)보다 더 크므로 조립을 위한 조치가 필요했는데 덕트를 이중 구조로 만들면서 해결이 되었다.Since the duct is fixed to the stator with screws, the duct in the stator part is made of aluminum, and the duct in the rotor part is made of transparent acrylic for cavitation observation. Ducts made of two materials are assembled by threading them. Since the propeller diameter was larger than the end of the duct (T.E.), assembly measures were needed, which was solved by making the duct a double structure.
덕트 및 스테이터 센서(10)의 용량 및 계측 용량은 기존 프로펠러 자항시험 계측 결과를 기반으로 결정되었다. The capacity and measurement capacity of the duct and stator sensor (10) were determined based on the measurement results of the existing propeller self-support test.
센서(10)의 형상은 도 3에 나타나 있으며, 내부 구조도는 도 4에 나타나 있다. 안쪽 나사부는 페어워터바디(3)와 연결되고, 바깥쪽 나사부는 스테이터 허브와 연결된다. 추력 및 토오크 계측을 위한 스트레인게이지(7)는 나사부들 사이에 위치한 4개의 기둥에 설치된다. The shape of the
덕트 및 스테이터 센서의 성능 검증을 위하여 캘리브레이션을 수행하였으며, 캘리브레이션은 추력(항력) 및 토오크로 나누어 수행된다. Calibration was performed to verify the performance of the duct and stator sensors, and the calibration was divided into thrust (drag) and torque.
도 5(a)는 추력(TH) 캘리브레이션 결과를 보여주고 있다. 하중에 대한 계측신호의 선형성(linearity), 반복성(repeatability) 등이 매우 좋은 것으로 나타났다. 또한 추력 캘리브레이션시 토오크에 반응신호가 거의 없어 추력 및 토오크 간에 간섭은 거의 없는 것으로 나타났다. Figure 5(a) shows the thrust (TH) calibration results. The linearity and repeatability of the measurement signal for load were found to be very good. In addition, there was almost no response signal to torque during thrust calibration, so there appeared to be little interference between thrust and torque.
도 5(b)는 토오크(TQ) 캘리브레이션 결과를 보여주고 있다. 추력과 같이 계측신호의 선형성(linearity), 반복성(repeatability) 등이 매우 좋으며, 추력에 반응신호가 거의 없는 것으로 나타났다. 덕트 및 스테이터 센서(10)의 우수한 계측 특성을 확인한 후 복합추진기 단독시험 장치를 조립하였다.Figure 5(b) shows the torque (TQ) calibration results. Like the thrust, the linearity and repeatability of the measured signal were very good, and there was almost no response signal to the thrust. After confirming the excellent measurement characteristics of the duct and stator sensor (10), a stand-alone test device for the combined thruster was assembled.
대형캐비테이션터널(LCT)에서 H41 동력계(20)를 이용한 단독시험의 타당성 검증을 위하여 기존에 예인수조에서 POW 시험을 수행했던 프로펠러를 대상으로 H41 동력계(20)에서 POW 시험을 수행하였다. To verify the feasibility of a single test using the H41 dynamometer (20) in a large cavitation tunnel (LCT), a POW test was performed on the H41 dynamometer (20) for a propeller that had previously performed a POW test in a towing tank.
도 6은 대형캐비테이션터널에 순방향(Normal)과 역방향(Reverse)으로 설치된 일반 프로펠러(P)를 보여준다. 각각의 설치에 대하여 단독시험을 수행하였다. Figure 6 shows a normal propeller (P) installed in a large cavitation tunnel in the normal and reverse directions. A separate test was performed for each installation.
순방향으로 수행된 예인수조 단독시험 결과는 대형캐비테이션터널 순방향 시험 결과와 일치된다. The results of the towing tank standalone test conducted in the forward direction are consistent with the results of the large cavitation tunnel forward test.
역방향 시험결과는 예인수조시험 결과와 비교해서 추력계수에서 약간의 차이를 보여준다. 토오크계수는 거의 일치하고 있어 추력계수의 감소로 인하여 단독효율이 감소되는 현상이 나타난다. 일반 프로펠러의 경우 역방향으로 단독시험을 수행할 필요는 없다. The reverse test results show a slight difference in thrust coefficient compared to the towing tank test results. Since the torque coefficient is almost identical, the independent efficiency decreases due to the decrease in thrust coefficient. For general propellers, there is no need to perform a single test in the reverse direction.
다만 순방향 실험이 어려운 펌프젯과 같은 복합추진기 성능시험 시에는 역방향 단독시험은 약간의 오차를 감안하더라도 추진 성능 해석을 위한 중요한 정보를 제공할 수 있다.However, when testing the performance of a complex propulsion device such as a pumpjet, where forward testing is difficult, a reverse stand-alone test can provide important information for propulsion performance analysis even if some errors are taken into account.
도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법은, 대형캐비테이션터널 내부의 수류 방향에 대하여 역방향으로 경사류동력계를 설치하는 동력계 설치단계(S1), 경사류동력계의 회전축 외부 케이싱에 페어워터바디를 설치하는 페어워터바디 설치단계(S2), 회전축의 단부에 복합추진기인 펌프젯을 결합하는 펌프젯 설치단계(S3), 페어워터바디와 Referring to FIG. 7, the single test method of a composite thruster in a large cavitation tunnel according to a preferred embodiment of the present invention includes a dynamometer installation step (S1) of installing an inclined flow dynamometer in the opposite direction to the direction of water flow inside the large cavitation tunnel. , a fairwater body installation step (S2) in which the fairwater body is installed on the outer casing of the rotation axis of the inclined flow dynamometer, a pumpjet installation step (S3) in which the pumpjet, which is a complex propulsion, is coupled to the end of the rotation shaft, the fairwater body and
펌프젯 사이에서 추력 및 토오크를 계측하기 위한 센서를 설치하는 센서 설치단계(S4) 및 사전 설정된 레이놀즈수에 따라 대형캐비테이션터널 내부에 수류를 일으켜 시험을 수행하는 시험 수행단계(S5)를 포함하는 것을 특징으로 한다. It includes a sensor installation step (S4) of installing sensors to measure thrust and torque between pump jets, and a test performance step (S5) of performing a test by generating a water flow inside a large cavitation tunnel according to a preset Reynolds number. It is characterized by
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법의 시험 수행단계(S5) 이후에, 센서(10)를 분리하여 센서(10)의 성능 검증을 위하여 캘리브레이션을 행하는 캘리브레이션 단계를 포함하고, 캘리브레이션은 추력(항력) 및 토오크로 나누어 수행되는 것을 특징으로 한다. In addition, after the test performance step (S5) of the composite thruster single test method in a large cavitation tunnel according to a preferred embodiment of the present invention, the
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법의 시험 수행단계(S5)를 시작하기 이전에, 시험 수행 중 적용할 레이놀즈수를 설정하는 레이놀즈수 설정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, before starting the test performance step (S5) of the composite thruster single test method in a large cavitation tunnel according to a preferred embodiment of the present invention, it includes a Reynolds number setting step of setting the Reynolds number to be applied during test performance. It is characterized by:
복합추진기인 펌프젯(PJ) 단독시험은 비교를 위하여 도 8과 같은 펌프젯(PJ) 자체 설치 상태와 도 9의 로터(R) 만(Rotor-only)을 설치한 상태 2가지가 수행된다. 2가지 방법으로 수행된 이유는 펌프젯(PJ)의 덕트(D) 및 스테이터(S)를 선체에 포함시킬 것인지 아니면 추진기로 고려해서 해석해야 하는지를 검토하기 위함이다. For comparison, the pump jet (PJ) single test, which is a complex propulsion device, is performed in two states: a state in which the pump jet (PJ) itself is installed as shown in FIG. 8, and a state in which only the rotor (R) is installed (Rotor-only) in FIG. 9. The reason why it was performed in two ways was to review whether the duct (D) and stator (S) of the pump jet (PJ) should be included in the hull or whether they should be analyzed considering them as a propeller.
단독성능 시험에 앞서 레이놀즈수(Rn) 변화에 대한 영향을 검증하였다. Prior to the stand-alone performance test, the effect of changes in Reynolds number (Rn) was verified.
일반적인 프로펠러(P)의 경우 예인수조에서 Rn≥5×105 의 영역에서 시험을 수행하면 안정된 계측치를 보여준다고 언급된 바 있다. 이전에 ITTC는 레이놀즈수(Rn) 2×105 이상에서 시험을 수행하는 것을 권고하기도 하였다. In the case of a general propeller (P), it has been mentioned that stable measured values are shown when testing is performed in the area of Rn≥5×10 5 in the towing tank. Previously, ITTC recommended testing at Reynolds number (Rn) 2×10 5 or higher.
펌프젯(PJ)의 경우 덕트(D) 내부에서 로터(R)가 작동되며, 평균피치비도 1.0 이상이므로 레이놀즈수(Rn)의 영향이 클 것으로 사료된다. In the case of a pump jet (PJ), the rotor (R) operates inside the duct (D), and the average pitch ratio is more than 1.0, so the influence of Reynolds number (Rn) is expected to be significant.
도 10은 전진계수(J) 0.6에서 수행된 복합추진기(펌프젯)의 레이놀즈수(Rn) 변화에 대한 영향을 평가한 결과를 보여준다. 로터 추력계수는 레이놀즈 수의 변화에 따라 거의 차이가 없는 결과를 보여준다. 로터 토오크 계수는 Rn
덕트 및 스테이터 추력계수는 로터 추력계수와 마찬가지로 레이놀즈 수 변화에 따라 거의 차이가 없는 결과를 보여준다. 단독시험은 Rn
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 펌프젯 추진장치에 포함된 로터(PJ-Rotor)와 로터만 설치된 상태(Rotor-only)의 단독시험 결과 비교를 보여준다. PJ-Rotor의 경우 덕트 및 스테이터와의 상호 작용으로 추력 및 토오크가 Rotor-only보다 매우 증가하였음을 알 수 있다. 단독 효율(ηo)도 매우 증가하여 전진계수 1,0에서 0.97이상이며, 그 이상의 전진계수에서는 1,0 이상으로 나타나 물리적으로 타당하지 않은 결과를 도출한다. 이는 덕트 및 스테이터와의 상호 작용으로 나타난 현상이다. 따라서, 덕트 및 스테이터 추력(항력) 및 토오크도 증가하게 되는데, 펌프젯 단독시험 상태에서 도출된 덕트 및 스테이터 추력 및 토오크는 도 12에서 보여진다.Figure 11 shows a comparison of the results of a single test of a rotor included in a pumpjet propulsion device (PJ-Rotor) and a rotor-only state, according to a preferred embodiment of the present invention. In the case of PJ-Rotor, it can be seen that the thrust and torque are greatly increased compared to Rotor-only due to the interaction with the duct and stator. The stand-alone efficiency (ηo) also increases significantly, reaching more than 0.97 at an advance coefficient of 1,0, and above 1,0 at higher advance coefficients, resulting in a physically implausible result. This is a phenomenon that appears due to interaction with the duct and stator. Accordingly, the duct and stator thrust (drag) and torque also increase, and the duct and stator thrust and torque derived from the pumpjet standalone test state are shown in FIG. 12.
도 12는 덕트 및 스테이터의 추력 및 토오크 계측 결과를 보여준다. 덕트 및 스테이터는 전진계수 0.4 미만에서 약간의 추력이 발생하지만 0.4 이상에서는 항력(Drag)이 발생하면서 전진계수 증가와 함께 점차 증가한다. 토오크는 로터와 반대 방향으로 작용하는 것으로 나타났으며 전진계수 증가와 함께 증가한다. 덕트 및 스테이터의 토오크를 계측한 이유는 로터 토오크와의 토오크 균형(Torque Balance)을 조사하기 위함이다. Figure 12 shows the thrust and torque measurement results of the duct and stator. Ducts and stators generate some thrust when the advance coefficient is less than 0.4, but when the advance coefficient is higher than 0.4, drag occurs and gradually increases with the increase in the advance coefficient. The torque appears to act in the opposite direction to the rotor and increases with increasing advance coefficient. The reason for measuring the torque of the duct and stator is to investigate the torque balance with the rotor torque.
펌프젯(PJ) 추진장치에 포함된 로터(PJ-Rotor)의 경우 덕트 및 스테이터와의 상호 작용으로 추력 및 토오크가 로터만 설치된 상태(Rotor-only)의 경우보다 매우 증가하게 된다. 단독 효율(ηo)도 매우 증가하여 전진계수 1.0에서 0.97이상이며, 그 이상의 전진계수에서는 1.0 이상으로 나타나 물리적으로 타당하지 않은 결과를 도출한다. 이는 덕트 및 스테이터와의 상호 작용으로 나타난 현상이다. 강력한 상호 작용으로 덕트 및 스테이터를 선체의 일부로 포함해서 해석하는 것은 매우 어려움을 알 수 있다. 펌프젯 자체를 추진기로 보면 로터, 덕트 및 스테이터에서 발생된 추력 및 항력을 모두 합산한 추력이 실제로 선체를 추진할 것으로 사료된다. 펌프젯 단독 성능 해석시 추력의 경우 로터, 덕트 및 스테이터에서 발생된 추력 및 항력을 모두 합산한 값을 사용하고, 토오크의 경우는 로터 토오크를 그대로 사용하는 것이 타당하리라 사료된다. 엔진 출력에 영향을 주는 토오크는 로터에서 발생하는 토오크이고, 덕트 및 스테이터에서 발생하는 토오크는 직접적인 영향을 주지는 않는다. In the case of the rotor (PJ-Rotor) included in the pumpjet (PJ) propulsion device, the thrust and torque increase significantly compared to the rotor-only case due to interaction with the duct and stator. The stand-alone efficiency (ηo) also increases significantly, reaching more than 0.97 at an advance coefficient of 1.0, and over 1.0 at higher advance coefficients, resulting in a physically implausible result. This is a phenomenon that appears due to interaction with the duct and stator. Due to the strong interaction, it can be very difficult to analyze ducts and stators as part of the hull. If we consider the pumpjet itself as a propulsion device, it is believed that the combined thrust and drag generated from the rotor, duct, and stator will actually propel the hull. When analyzing the performance of a pumpjet alone, it is considered appropriate to use the sum of the thrust and drag generated from the rotor, duct, and stator for thrust, and to use the rotor torque as is for torque. The torque that affects engine output is the torque generated from the rotor, and the torque generated from the duct and stator does not have a direct effect.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.Meanwhile, the specification and drawings disclose preferred embodiments of the present invention, and although specific terms are used, they are used in a general sense to easily explain the technical content of the present invention and aid understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope of the invention. It is obvious to those skilled in the art that in addition to the embodiments disclosed herein, other modifications based on the technical idea of the present invention can be implemented.
3 : 페어워터바디
7 : 스트레인게이지
10 : 센서
20 : 동력계
C : 캡
D : 덕트
P : 프로펠러
PJ : 펌프젯
R : 로터
S : 스테이터
S1 : 동력계 설치단계
S2 : 페어워터바디 설치단계
S3 : 펌프젯 설치단계
S4 : 센서 설치단계
S5 : 시험 수행단계
3: Fairwater body
7: Strain gauge
10: sensor
20: Dynamometer
C: cap
D: duct
P: propeller
PJ: Pumpjet
R: rotor
S: Stator
S1: Dynamometer installation stage
S2: Fairwater body installation stage
S3: Pumpjet installation step
S4: Sensor installation step
S5: Test performance stage
Claims (4)
상기 경사류동력계의 회전축 외부 케이싱에 페어워터바디를 설치하는 페어워터바디 설치단계;
상기 회전축의 단부에 복합추진기인 펌프젯을 결합하는 펌프젯 설치단계;
상기 페어워터바디와 상기 펌프젯 사이에서 추력 및 토오크를 계측하기 위한 센서를 설치하는 센서 설치단계; 및
사전에 설정된 레이놀즈수에 따라 상기 대형캐비테이션터널 내부에 수류를 일으켜 시험을 수행하는 시험 수행단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법.
A dynamometer installation step of installing an inclined flow dynamometer in the opposite direction to the direction of water flow inside a large cavitation tunnel;
A pair water body installation step of installing a pair water body to the outer casing of the rotation axis of the inclined flow dynamometer;
A pump jet installation step of coupling a pump jet, which is a complex propulsion device, to the end of the rotating shaft;
A sensor installation step of installing a sensor for measuring thrust and torque between the fairwater body and the pump jet; and
A test performance step of performing a test by generating a water flow inside the large cavitation tunnel according to a preset Reynolds number.
상기 복합추진기는,
복수의 스테이터 날개를 포함하고 상기 회전축에 결합되는 스테이터;
상기 스테이터 날개에 비하여 소형의 로터 날개가 복수개 형성되고 상기 스테이터와 인접하여 상기 회전축에 결합되는 로터; 및
상기 로터 날개가 회전될 때 그리는 외측 궤적과 일정 간격 이격되어 상기 외측 궤적을 둘러싸는 덕트를 포함하고,
상기 센서는,
상기 페어워터바디와 상기 스테이터의 허브 사이에 설치되어 상기 덕트와 상기 스테이터의 추력 및 토오크를 계측하는 것을 특징으로 하는 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법.
According to clause 1,
The composite propeller,
A stator including a plurality of stator wings and coupled to the rotation shaft;
a rotor having a plurality of rotor blades smaller than the stator blades and coupled to the rotation shaft adjacent to the stator; and
It includes an outer trace drawn when the rotor blade rotates and a duct surrounding the outer trace at a predetermined interval,
The sensor is,
A single test method for a composite thruster in a large cavitation tunnel, characterized in that it is installed between the fairwater body and the hub of the stator to measure the thrust and torque of the duct and the stator.
상기 시험 수행단계 이후에,
상기 센서를 분리하여 상기 센서의 성능 검증을 위하여 캘리브레이션을 행하는 캘리브레이션 단계;를 포함하고,
상기 캘리브레이션은 추력(항력) 및 토오크로 나누어 수행되는 것을 특징으로 하는 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법.
According to clause 1,
After the above test performance step,
A calibration step of separating the sensor and performing calibration to verify the performance of the sensor,
The calibration is a single test method for a composite thruster in a large cavitation tunnel, characterized in that the calibration is performed by dividing it into thrust (drag) and torque.
상기 시험 수행단계를 시작하기 이전에,
시험 수행 중 적용할 레이놀즈수를 설정하는 레이놀즈수 설정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대형캐비테이션터널에서의 복합추진기 단독시험 방법.According to any one of claims 1 to 3,
Before starting the test performance step,
A single test method for a composite thruster in a large cavitation tunnel, comprising a Reynolds number setting step of setting the Reynolds number to be applied during test performance.
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