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영어

Vibration of ship propellers can cause damage to blades and propeller noise, in order to design low-noise propellers the vibration characteristics of propellers must be estimated to a high degree of accuracy and reflected in the design. In this study, in order to estimate the propeller vibration characteristics with high degree of accuracy, a propeller finite element model was created that included the hub and all blades of the propeller and increased the number of finite elements of the blades by about 2.2 times compared to previous studies. The free vibration analysis of the blade finite element model which was a method of previous studies, and the free vibration analysis of the propeller finite element model with fixed or unfixed upper and lower surfaces of the hub were performed. Natural frequencies and mode shapes, which are vibration characteristics of the propeller, were estimated through free vibration analysis, and the effect of the propeller hub on blade vibration was confirmed by analyzing the estimation results. In addition, an impact test was performed, and the accuracy of the estimation of the vibration characteristics was analyzed by comparing the test results with the estimation results of the vibration characteristics. As a result, the propeller have modes with similar natural frequencies and blade mode shapes, this phenomenon occurs because of the coupling effects in which the vibration of a blade affects the vibration of another blade through a hub. The propeller hub affects the blade vibration by the coupling effects and the hub vibration and when the upper and lower surfaces of the hub are fixed, the hub vibration does not affect the blade vibration. In order to estimate the vibration characteristics of the propeller with high degree of accuracy, it was derived that vibration analysis should be performed for the propeller, not just the propeller blade.

한국어

선박 프로펠러의 진동은 날개의 손상 및 소음을 유발할 수 있으며 저소음 프로펠러를 설계하기 위해서는 프로펠러의 진동 특성을 정확도 높게 추정하여 설계에 반영하여야 한다. 본 연구에서는 프로펠러의 진동특성을 정확도 높게 추정하기 위해 날 개들과 허브가 전부 포함되고 날개의 요소 수가 기존 연구에 비해 약 2.2배 증가된 프로펠러 유한요소모델을 제작하였다. 기 존 연구의 방법인 날개 유한요소모델에 대한 고유진동해석, 허브 상･하면이 고정 또는 고정되지 않은 프로펠러 유한요소모델 에 대한 고유진동해석을 수행하였다. 고유진동해석을 통해 프로펠러의 진동특성인 고유진동수 및 모드형상을 추정하였으며 추정 결과를 분석하여 프로펠러 허브가 날개 진동에 미치는 영향을 확인하였다. 또한 Impact test(충격가진시험)를 수행하였 고 결과를 진동특성 추정 결과와 비교하여 진동특성 추정의 정확도를 분석하였다. 그 결과, 프로펠러에는 고유진동수와 날개 모드형상이 서로 유사한 모드들이 존재했는데, 이러한 현상은 날개 진동이 허브를 통해 다른 날개의 진동에 영향을 미치는 연성효과 때문에 발생하였다. 또한 프로펠러 허브는 연성효과와 허브 진동에 의해 날개 진동에 영향을 미치며 허브 상･하면 이 고정되면 허브 진동은 날개 진동에 영향을 미치지 않았다. 이로부터 프로펠러의 진동특성을 정확도 높게 추정하기 위해서 는 프로펠러 날개만이 아닌 프로펠러 전체에 대한 진동해석을 수행해야 함을 도출하였다.