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pp.114-119
본 연구는 EO/IR 마스트가 장착된 수중운동체에 작용하는 유체역학적 하중을 정수 및 파랑 환경에서 규명하는 것을 목적으로 한다. 수치해석은 Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Volume of Fluid(VoF) 기법을 적용하여 수행하였으며, 마스트 및 선체에 작용하는 항력을 계산하였다. 계산 결과는 Morison 방정식과 Stokes 점성모델을 기반으로 한 이론 해석과 비교·검증되었다. 수치해석 결과 는 이론식과 비교하여 평균 상대 오차 5% 이내, 최대 오차 10% 미만의 범위에서 일치하였으며, 상관계수는 0.95 이상으로 나타나 정량적 으로 높은 정합성을 확인하였다. 파랑에 의한 힘의 변동은 파랑 고도 변화에 따른 정수압 분포의 변화가 지배적인 요인으로 분석되었으 며, 동수압 성분은 전체 파력 대비 10% 미만으로 제한적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 마스트 설계 시 파랑 영향 고 려의 필요성을 강조하며, 구조적 안정성 확보와 구동기 및 지지부의 과부하 방지를 위한 설계 지침을 제시한다. 본 연구는 향후 불규칙 파랑 조건 및 유체–구조 연성 해석으로 확장될 수 있는 기초자료로 활용될 수 있으며, 수중운동체 마스트 시스템의 신뢰성과 안전성 향 상에 기여할 것으로 기대된다.
This study investigated the hydrodynamic loads acting on an underwater vehicle equipped with an Electro-Optical/Infra-Red (EO/IR) mast under calm water and regular wave conditions. To evaluate the drag forces acting on the mast and vehicle body, numerical simulations were conducted using the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations coupled with the Volume of Fluid (VoF) method. The numerical results were quantitatively validated against theoretical predictions based on Morison’s equation and the Stokes viscous model. The comparison demonstrated a high level of consistency, with mean relative errors within 5%, maximum deviations below 10%, and correlation coefficients exceeding 0.95. Analysis of wave-induced force fluctuations revealed that hydrostatic pressure variations associated with wave elevation constitute the dominant contribution, while dynamic pressure effects account for less than 10% of the total wave force. These results highlight the necessity for incorporating wave-induced hydrostatic loading in mast design to ensure structural integrity and to mitigate excessive loads on actuators and support structures. The present study provides validated baseline data that can be extended to irregular wave conditions and fluid-structure interaction analyses, contributing to enhanced reliability and safety of underwater vehicle mast systems.
Abstract
1. 서 론
2. 해석 이론 및 수치 모델링
2.1 해양파 이론
2.2 수치 시뮬레이션
3. 시뮬레이션 결과
3.1 Flat Wave Condition
3.2 Sinusoidal Wave Condition
4. 결 론
후 기
References
