판요소법을 이용한 선수 형상 설계에 관한 연구

목차

차 례


1. 서 론
2. 조파 저항의 해석
2.1. 문제의 정식화
2.2. 수치 해법
2.3. 수치 해석 결과 및 고찰
2.3.1. 계산 영역 및 판요소수의 결정
2.3.2. 몰수 회전 타원체의 조파 저항 계산
2.3.3. 선박의 조파 저항 계산
3. 형상의 설계
3.1. 문제의 정식화
3.2. 수치 해법
3.3. 3차원 형상의 설계
3.3.1. 무한 수심에서의 단순 형상의 설계
3.3.2. 조파 상태에서의 단순 형상의 설계
3.3.3. 5500TEU급 콘테이너 운반선의 설계
4. 결 론
References
Figures
부록 A 조파 해석을 위한 적분방정식의 유도
부록 B 자유 표면 경계 조건의 이산화에 대한 차분 계수 결정 부록 C 하류 방향에 대한 방사 조건의 만족
부록 D 설계를 위한 적분 방정식에 대한 해의 유일성

본문내용

어지기 위해서는,
-int (phi-phi^* )(vecV - {vecV}^* ) cdot {vecn}_1 dA_1 + (C-C^* )(m-m^* ) = 0~
(d-4)
의 조건이 충족되어야 함을 알 수 있다. 여기서
C, C^*
는 각각
phi, phi^*
의 무한 원방에서의 값이고,
m, m^*
는 각각에 해당되는 물체 영역에서의 유동 출입량이다. 식 (d-4)는 Green의 항등식을 이용한 문제 해석에 있어서 유일해가 존재하기 위한 필요 충분 조건이다. 단순 해석의 경우에는
vecn cdot vecV~
가 유일한 값으로서 경계 조건으로 주어지고, 유동 출입량
m
역시 그에 따라 유일한 값으로 존재하게 되어 문제의 해는 유일한 값으로 구해지게 된다. 하지만 식 (24)와 같이 유도된 적분 방정식을 설계를 위해 사용하는 경우는
vecn cdot vecV ~
의 값이 해로서 구해지는 미지수이므로 식(d-4)을 만족시키기 위해서는 물체 표면에서 유일한 값을 가지는
phi_o
를 정의하고 유동 출입량
m
에 대한 조건을 부과하여야 한다. 즉, 식 (25)와 같은 포텐셜에 대한 새로운 정의와 설계면 마감 조건 (23)은 적분 방정식 (28)의 해가 유일하도록 보장하게 되고, Green항등식을 이용한 적분 방정식이 설계 문제에 적용될 수 있도록 하여 된다.
A Study on the Design of Ship's Bow Form
using Surface Panel Method
Jaehoon Yoo
Abstract
A surface panel method treating a boundary-value problem of the Dirichlet type is presented to design a three dimensional body with free surface corresponding to a prescribed pressure distribution. An integral equation is derived from Green's theorem, giving a relation between total potential of known strength and the unknown local flux. Upon discretization, a system of linear simultaneous equations is formed including free surface boundary condition and is solved for an assumed geometry. The pseudo local flux, present due to the incorrect positioning of the assumed geometry, plays a role of the geometry corrector, with which the new geometry is computed for the next iteration. Sample designs for submerged spheroids and Wigley hull are carried out to demonstrate the stable convergence, the effectiveness and the robustness of the method.
For the calculation of the wave resistance, normal dipoles and Rankine sources are distributed on the body surface and Rankine sources on the free surface. The free surface boundary condition is linearized with respect to the oncoming flow. Four-points upwind finite difference scheme is used to compute the free surface boundary condition. A hyperboloidal panel is adopted to represent the hull surface, which can compensate the defects of the low-order panel method. Computed wave resistance and the flow phenomena show good agreements with the experimental data, and give the satisfactory guideline for distinguishing the better ship with a view of wave resistance.
The design of a 5500TEU container is performed with respect to reduction of the wave resistance. To reduce the wave resistance, calculated pressure on the hull surface is modified to have the lower fluctuation, and is applied as a Dirichlet type dynamic boundary condition on the hull surface. The designed hull form is verified to have the lower wave resistance than the initial one not only by computation but by experiment.
【key words】inverse method, potential-based panel method, Laplace equation,
Green theorem, Rankine source, normal dipole, wave resistance,
Dirichlet type boundary condition, free surface boundary condition,
hyperboloidal panel, four-point upwind finite difference scheme,
pseudo flux, geometry corrector

키워드

판요소법,   조파저항,   몰수회전 타원체