림 구동 추진기 단독성능 평가를 위한 예인수조 모형시험 설계 = Experimental investigation of a model-scale rim-driven thruster open water performance estimation

국문 초록 (Abstract)

림 구동 추진기(Rim Driven Thruster, RDT)는 덕트–림 - 날개 일체 구조를 기반으로 소형화·저소음화에 유리한 전동화 추진 장치로 알려져 있으나, 덕트를 포함한 비추진 요소들이 유동과 직접 상호작용하는 특성 때문에 기존 축계 추진기의 단독성능 시험 절차를 그대로 적용하기 어렵다.
위와 같은 사유로 RDT에 대한 기존 연구는 대부분 전산 유체 역학(Computational Fluid Dynamics, CFD) 분석에 집중되어 있어서, 일반 프로펠러와 달리 성능 평가를 위한 표준화된 정량적 실험 방법론이 부재하다는 한계가 존재한다.
본 연구는 이러한 방법론적 공백을 해소하고자 모형 크기의 허브리스(Hubless-type) RDT의 단독성능을 체계적으로 평가하기 위한 실험 방법론을 확립하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 예인수조 환경에서 다양한 회전 속도 및 예인 속도 조건 하에 시험을 수행하였다.
특히, 지지 구조물과 추진기 외부 덕트 등 비추진 요소들의 항력을 순수한 추진 성능으로부터 분리하기 위한 방법을 적용하였다. 측정된 전체 추력()에서 기존 추진기의 날개 대신, 날개를 제거한 더미 림(dummy rim)을 사용하여 계측한 추력()을 차감하여 순 추력()을 산출하였다. 이 과정은 날개에서 발생한 순수 추력을 획득하는데 필수적이다.
이 연구를 통해 날개를 통한 순 추력을 기반으로 한 RDT의 추력 계수() 데이터를 확보하는 방법을 구체화하였으며, 복잡한 구조를 가진 모형 크기의 RDT 성능을 예인수조 시험을 통해 평가하는 방법을 제시하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A rim-driven thruster (RDT) is an electrified propulsion device that integrates the duct, rim, and blades in a single structure, offering advantages in compactness and low noise. However, because non-propulsive components such as the duct and surrounding structures interact directly with the flow, conventional open-water test procedures for shaft-driven propulsors cannot be applied without modification. For this reason, prior studies on RDTs have mainly relied on computational fluid dynamics (CFD), and a standardized quantitative experimental methodology for performance evaluation remains limited compared with that for conventional propellers.
This study aims to establish an experimental methodology for the systematic open-water performance evaluation of a model-scale hubless RDT. Experiments were conducted in a towing tank under various combinations of rotational speed and towing speed. To separate the drag contributions of non-propulsive components—such as the supporting structures and the external duct—from the pure propulsive performance, a thrust decomposition procedure was introduced. The net thrust was obtained by subtracting the thrust measured with a blade-removed dummy rim from the total measured thrust. This procedure is essential for isolating the thrust generated by the blades.
Based on the net thrust attributable to the blades, a practical method for obtaining thrust coefficient data for the RDT is presented. The proposed approach provides a structured procedure for evaluating the performance of a model-scale RDT with a complex integrated geometry through towing tank testing.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.2. 연구 목표 3
• 1.3. 연구 내용 및 절차 4
• 1.4. 선행연구 5
• 1.4.1. CFD 기반 성능 예측 연구 5
• 1.4.2. 모형시험 연구 동향 7
• 1.4.3. 표준 절차 및 성분 분리 개념 8
• 제 2 장 예비시험 및 요구조건 도출 10
• 2.1. 예비시험 개요 10
• 2.2. 전원 정격 및 회전수 저하 분석 10
• 2.3. 회전수 검증 11
• 2.4. 장착 안정성 검토 12
• 2.5. 침수 조건 검토 12
• 2.6. 더미 림 제작 13
• 제 3 장 모형시험 방법 설계 14
• 3.1. 시험 설비 및 계측 14
• 3.1.1. 예인수조 14
• 3.1.2. 예인전차 15
• 3.1.3. 구동 시스템 16
• 3.1.4. 계측 및 데이터 취득 17
• 3.2. 시험 대상 18
• 3.3. 장착 구성 20
• 3.3.1. 좌표계 및 부호 20
• 3.3.2. 지지 구조물 21
• 3.4. 시험 조건 22
• 3.4.1. 운용 조건 22
• 3.4.2. 침수 조건 23
• 3.4.3. 반복 측정 23
• 3.5. 시험 기법 24
• 3.5.1. 총 추력 시험 24
• 3.5.2. 더미 림 시험 24
• 3.5.3. 성분 분리 25
• 제 4 장 시험 결과 26
• 4.1. 본 시험 수행 및 정리 방식 26
• 4.2. 성분 분리 결과 26
• 4.3. 추력 계수 곡선 검토 29
• 4.4. 토크 계측 결과 29
• 제 5 장 결론 32
• 참고문헌 35
• Abstract 37