Present experimental study examines ventilated supercavity formation in an unbounded or free-surface bounded environment where the body is in motion and the fluid is at rest. The experiments were conducted in an open water tank where a high-speed towing system (max. 10m/s) is adopted to move an underwater axisymmetric ellipsoidal body with a certain speed. The body has a disk-type cavitator on its nose and compressed air is ventilated radially between the nose and the cavitator. Various steady-state supercavity formations are observed according to relevant Froude numbers, the air entrainment coefficients, and the cavitation numbers; twin-vortex supercavity (TV), reentrant-jet supercavity (RJ), partial supercavity with foamy cavity downstream (PSF), partial supercavity with shedding of continuous vortex rings downstream (PSV), double-layer supercavity (RJ inside & TV outside, TV inside & TV outside, RJ inside & RJ outside). Connected with this behavioral observation, the body-frontal-area based drag coefficient for a moving ellipsoidal body with a supercavity is measured to be on the order of 0.1 while that for a cavitator-free moving body without supercavity is on the order of 0.4. There have been few experimental studies on the ventilated supercavitation in an unbounded or open environment like the present experimental setting. We believe that our experimental study can provide both new and complimentary results which may be overlooked in many existing experimental studies in cavitation tunnels where the body is at rest and the fluid is in motion in a bounded or closed environment.
초공동과 관련된 기존의 실험 모든 실험 연구는 물체가 고정되어 있고 유체가 흐르는 제한된 환경이나 폐쇄된 환경에서의 연구였다. 본 연구에서는 축대칭 타원형 물체를 정지된 유체 속에서 이동시키며 자유표면이 존재하는 환경에서의 초공동 현상을 실험적으로 연구하였다. 본 초공동 관련 연구는 최대 속도 10 m/s의 예인장치를 갖춘 긴 수조에서 환기장치를 사용하여 환기 초공동 현상에 대해 연구를 진행하였다. 타원형 물체는 이동하는 방향 앞부분에 디스크 형태의 캐비테이터를 장착하였으며, 압축공기는 물체와 캐비테이터 사이에서 방사형으로 환기된다. 프루드 수, 공기 유입 계수, 캐비테이션 수의 변화에 따라 다음과 같은 다양한 상태의 초공동 현상을 관찰하였다; twin-vortex supercavity (TV), reentrant-jet supercavity (RJ), partial supercavity with foamy cavity downstream (PSF), partial supercavity with shedding of continuous vortex rings downstream (PSV), double-layer supercavity (RJ inside & TV outside, TV inside & TV outside, RJ inside & RJ outside). 또한 캐비테이터가 없는 타원형 수중 운동체의 항력계수는 0.4로 측정되었으며, 초공동 타원형 수중 운동체의 항력계수는 0.1 전후로 초공동으로 인해 감소하는 항력을 정량적으로 측정하였다. 본 실험 연구에서와 같이 유체가 고정되어 있고 물체가 이동하는 개방된 환경에서의 환기 초공동에 대한 연구는 기존까지는 거의 없었다. 본 연구의 결과는 기존의 폐쇄된 환경에서의 초공동 관련 연구에서 간과될 수 있는 부분에 대해 새롭고 보완적인 결과를 제시할 수 있다.
