Vortex Shedding Frequency for a 2D Hydrofoil with a Truncated Trailing Edge

프로펠러 날개 뒷날에서 발생하는 명음(singing) 현상에 대한 연구는 선박유체 분야에서 오랜 시간 동안 다루어지고 있는 연구 주제 중의 하나이다. 프로펠러 명음 현상은 날개 뒷날에서 박리 되는 와도 흘림(vortex shedding)과 밀접한 관계가 있다. 명음 현 상은 와도 박리의 발생 주파수와 날개 고유 주파수가 서로 일치 하는 경우에 공진 현상에 의해 발생한다. 일반적으로 진동계는 외부 가진에 의해 진동이 발생하지만, 외부 가진 없이 진동이 유 발되기도 하며 이러한 진동을 자려 진동(self-excited vibration) 이라 한다. 대표적인 예는 전선이나 해저 송유관 등에서 발생하 는 갤러핑(galloping) 현상이며 명음 현상 역시 자려 진동에 해당 된다. 와도 흘림 현상에 의한 자려 진동은 일정한 유입속도 영역 에서 특정 주파수 특성을 가지는 구속(lock-in) 현상이 발생함이 보고되고 있다 (Ausoni, 2009; Ahn, et al., 2009). 명음을 방지하기 위해서는 날개의 고유 진동수가 와류 발생 주파수와 불일치되도록 하여야 한다. 최근 수중익 선박이나 프로 펠러 추진 선박의 경우 특정 운용속도 영역에서 이러한 명음이 발생하는 사례가 보고되고 있다. 명음 발생은 날개의 국부 공진 현상으로 기계적으로 동일하게 가공된 프로펠러 날개일지라도 특정 날개에서만 발생하기도 한다. 명음의 발생 조건은 아직 명 확히 밝혀지지 않아 설계단계에서 이를 방지할 수 있는 대책이 반영되지 못하고 있다 (Ahn, et al., 2009). 명음이 발생하였을 때는 경험적으로 연삭하거나 재가공하여 박리 와류의 특성을 바 꾸어 문제를 해결하고 있다 (Kim & Chung, 1994). 본 논문에서는 명음 현상의 발생 메커니즘을 이해하기 위한 연 구의 일환으로 2차원 날개 뒷날 근처에서의 와류 유동을 수치적 으로 모사하고 이를 통해 와도 흘림 주파수에 대한 특성을 파악하 고자 한다. 유동 모사에 사용된 수치해석 방법은 라그랑지안 보텍 스 방법(Lagrangian vortex method)을 기반으로 한 하이브리드 입자-격자법(hybrid particle-mesh method)를 사용한다. 보텍스 방법은 와도를 기본변수로 사용하기 때문에 강한 와류 유동 해석 에 있어서 유리한 점이 있으며, 무한 원방 조건이 자동으로 만족 pISSN:1225-1143, Vol. 51, No. 6, pp. 480-488, December 2014