파수 영역 기법을 이용한 무한길이 접수 띠 평판의 진동 및 소음 특성 해석

Abstract

해양환경에 대한 규제 강화로 인해 선박에도 수중방사소음 기준이 도입되고 있다. 함정의 경우, 수중방사소음은 피탐 성능 및 생존성과 직결되므로 신뢰성 있는 수중방사 소음 예측이 요구된다. 선박이나 함정의 진동 및 소음 현상을 해석하기 위해서는 접수된 평판의 진동 특성을 이해하는 것이 필요하다. 하지만 모드방법을 이용한 사각 접수보강평판의 진동 및 수중방사소음 해석 시 모드의 개수가 많은 고주파수 대역에서는 연산에 많은 시간이 소요되는 어려움이 있다. 고주파수 대역 해석을 위한 통계에너지해석법이 접수보강평판의 방사효율 계산에 적용되고 있으나 접수보강평판의 방사효율에 대한 정확한 이론적 해석이 필요하다. 모드방법을 이용한 사각 접수평판의 진동 및 수중방사소음 해석을 위해서는 4중적분 연산이 필요하다. 그러나 모드의 개수가 많은 고주파수 대역에서는 4중적분 연산에 많은 시간이 소요되어 모드 방법을 적용하는데 어려움이 있다. 이러한 점을 개선하고자 본 연구에서는 파수 영역 기법(평판을 도파관 구조물로 단순화시켜 다루는 방법)을 이용하여 접수 단순 띠 평판의 진동 특성에 대해 이론적으로 해석해본다. 고주파수 대역에서는 보강재의 영향으로 인해 사각 평판을 띠 평판으로 가정할 수 있으며, 띠 평판 모델링을 이용하면 4중적분을 2중적으로 단순화할 수 있어 고주파수 대역 해석이 용이하다. 유체와 연성된 띠 평판에 대한 정식화를 수행하고 이를 통해 접수 띠 평판의 진동 및 소음 특성을 이론적으로 해석한다. 선박 또는 함정의 수중방사소음 해석을 위해 필요한 접수평판의 진동에 대한 이론적 해석모델을 구축하고 이를 통한 해석 신뢰도 향상을 목표로 한다. 본 논문의 2장에서는 단순 사각평판의 방사 특성에 대한 기존 연구 내용을 검토하고 요약한다. 모드방법을 이용하여 구한 사각평판의 방사효율을 통해 평판의 방사특성을 이해하고, Maidanik의 근사식을 살펴본다. 3장에서는 접수 사각 평판에 대한 문헌 자료를 검토하고 결과 재현을 통해 진동 및 방사소음 특성 파악하고 고주파수 대역 해석을 위해 시도된 선행 연구들과 그 한계에 대해 알아본다. 4장에서는 단순지지 띠 평판의 이론해석에 대해 수행된 선행 연구를 요약하였다. 파수 영역 기법을 이용해 무한길이 띠 평판의 진동 및 소음 특성을 살펴본다. 5장에서는 접수 사각평판에 파수 영역 기법을 적용하여 접수 띠 평판에 대한 정식화를 수행하고 이를 통해 접수 띠 평판의 진동 및 소음 특성을 확인하였다. 접수 띠 평판을 선 배열 음원의 조합으로 보고, 방사 음압을 계산하여 접수 띠 평판의 소음 특성을 얻었으며, 이를 통해 접수 띠 평판의 분산선도 획득 및 강제진동 해석을 통한 진동 및 소음 특성을 도출하였다. 이를 공기 중의 진동 및 소음 특성과 비교하여 접수 효과를 검토하였다. 또한, 크로스 모드 항을 무시하고 대각선 항만을 고려한 결과와 모든 항을 고려한 결과를 고려하여 크로스 모드 항의 기여도를 확인하였다. 진동 특성에서는 크로스 모드의 기여를 무시할 수 있었지만, 소음 특성에서는 크로스 모드 항의 기여를 무시할 수 없음을 확인하였다. 또한, Xie의 근사식에 물의 물성을 넣어 계산하는 것은 신뢰성 있는 결과가 아님을 확인하였으며, 이에 접수 띠 평판의 방사효율을 정확히 표현할 수 있는 새로운 근사식의 정립이 요구됨을 확인하였다.