위치 지정 및 작동 매개변수가 표면 성능에 미치는 영향에 대한 실험적 평가

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18566(2022) 이 기사 인용

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오늘날 표면 관통 프로펠러는 더 빠른 속도에 적합한 선택으로 인식되었습니다. 그러나 이러한 설계 알고리즘의 개발은 성능에 영향을 미치는 매개변수에 대한 지식이 부족하여 어려움을 겪었습니다. 이러한 이유로 실험 데이터를 개발하고 다양한 매개변수가 성능에 미치는 영향을 연구하는 것이 중요합니다. 이러한 프로펠러에 대한 실험적 지식을 개발하는 것을 목표로 본 연구에서는 맞춤 설계된 프로펠러의 모델 테스트 결과에 대한 위치 매개변수와 Froude Number의 영향을 조사합니다. 더욱이, 다양한 Froude 수에서의 환기 후류 발달이 연구되었습니다. 실험 결과는 잠김 비율 증가가 프로펠러 추력에 유리한 영향을 미치고, 경사각을 6° 증가시키는 것이 전진 방향의 추력 및 효율을 높이는데 긍정적인 영향을 미치며, 요각이 최대 10°까지 높아지면 추력이 약간 증가하는 것으로 나타났습니다. °. 프로펠러의 거동을 파악하고 필요한 샤프트와 지지대를 설계하기 위해 다양한 위치와 작동 조건에서 프로펠러의 횡력도 추출되었습니다. 마지막으로 실험결과를 통해 설계단계에서 사용된 유체역학적 계수를 투영하기 위한 회귀식을 비교 검증하였다. 결과는 프로펠러에 영향을 미치는 유체 역학 계수를 추정하기 위한 이 모델의 정밀도가 충분하지 않음을 나타냅니다.

표면 구동 시스템과 표면 관통 프로펠러(SPP)를 사용하는 개념은 얕은 흘수 보트 추진을 위해 처음 시작되었습니다1. 기존 프로펠러의 속도 증가 과정은 프로펠러 성능에 두 가지 해로운 요소를 초래하기 때문입니다. (1) 캐비테이션 광범위하게 불리하며, 고속에서는 무시할 수 없기 때문에 블레이드 흡입면의 슈퍼캐비테이션 현상이 고려됩니다. 이 솔루션은 미세 기포의 부정적인 영향을 방지하는 동시에 블레이드 뒤의 압력을 캐비테이션 증기압으로 제한하여 프로펠러 효율을 감소시켰습니다. (2) 고속에서는 프로펠러 보호 구조와 샤프트의 유체 역학적 항력이 증가하여 시스템 효율이 저하됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고속 보트 설계자는 샤프트 라인이 선박의 흘수 라인과 정렬되는 방식으로 프로펠러의 설치 위치를 변경했습니다. 여기서 각 블레이드는 물과 공기의 경계면에서 회전하여 블레이드 뒷면의 환기 현상을 제공하여 캐비테이션을 방지합니다. 이 추진 시스템에서 프로펠러의 일부는 물과 접촉하는 유일한 구성 요소이므로 시스템 부품의 저항이 크게 감소합니다2. 이러한 방식으로 최종 속도와 효율은 증가하는 동시에 연료 소비는 감소합니다. 표면 관통 프로펠러 사용의 또 다른 장점으로는 동력 장치당 더 높은 캐리지 용량, 선미로부터의 거리로 인해 프로펠러 직경을 늘릴 수 있는 가능성, 양력과 측면 힘을 제어하여 더 나은 기동성을 제공하는 유연한 샤프트 각도 등이 있습니다.

이러한 추진 시스템의 언급된 장점에도 불구하고 연구자들은 다양한 매개변수가 성능에 미치는 영향을 완전히 이해하고 표준 방법을 고안하는 데 프로펠러 주변의 복잡한 물리학 및 다상 흐름으로 인해 방해를 받았습니다. 기존 프로펠러용으로 개발됨)은 의도된 성능에 맞게 형상을 설계합니다. 이러한 지식 부족으로 인해 추가 비용이 발생할 수 있습니다. 표면 관통 프로펠러에 대해 게시된 정보에는 제한된 형상만 포함되어 있으며 제한된 적용 분야로 인해 정보에 완전히 접근할 수 없습니다. 이러한 프로펠러를 설계하려는 모든 노력에는 시행착오 과정이 수반되거나 지금까지 수행된 실험 연구를 따랐습니다3.