팁 와류 및 러더/하이드로포일 공동(캐비테이션) 발생 예측·개선

Prediction and Improvement of Cavitation Inception in Tip Vortex and Rudder/Hydrofoil Flows

연구 내용

팁 와류 공동의 발생 개시를 CFD로 예측하고 스케일링·형상 개선을 통해 저속/고속 공동 성능을 향상하는 연구

하이드로포일 및 러더 주변 유동에서 공동 발생 개시를 RANS 기반 공동 모델과 난류 해석을 통해 예측합니다. 특히 팁 영역에서의 난류 모델 선택과 격자 해상도가 압력·속도장 및 와류 구조에 미치는 영향을 비교하고, 실험 데이터와의 상관성을 높이는 방향으로 해석 조건을 확정합니다. 또한 Reynolds number에 따른 스케일링 지배를 고려한 변수 지수 스케일링 개념을 제안하여 다양한 조건에서 공동 개시 지표를 일관되게 산정하도록 설계했습니다. 러더의 트위스트 및 팁 형상 변경으로 공동 양과 모멘트를 동시 개선하는 접근도 수행합니다.

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연구 흐름

초기에는 타원 평면 하이드로포일에서 팁 와류 공동의 개시를 수치모사로 예측하고, 공동 개시 지표에 대한 스케일링 개념을 Reynolds number에 연동해 제안하는 연구를 수행했습니다. 이후 트위스티드 러더에 대해 유입각 보정 단계를 포함한 RANS 해석과 실험을 병행하여 공동 발생량, 항력·양력, 모멘트를 비교하는 방향으로 확장했습니다. 최근에는 저속 공동 개시 특성을 개선하기 위해 팁 형상 수정을 설계하고 수치해석으로 공동 개시 각을 개선함을 확인하는 흐름으로 이어졌습니다.

활용 가능성

활용 가능성은 알앤디써클 특화 AI 에이전트가 생성한 내용으로, 실제 연구 가능 여부는 연구실과의 논의가 필요합니다.

공동 개시 예측도 향상
팁 와류 억제 설계
러더 형상 최적화
하이드로포일 캐비테이션 스크리닝
스케일링 기반 조건 확장
공동량·모멘트 동시 저감
고속/저속 성능 분리 설계
RANS-CFD 검증 절차 정립
재료 손상 위험 평가
성능 시험 계획 지원