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선박추진 wake에 대하여 설명하고 nomal wake 와 Effective wake비교설명, CRP · CPP· Ducted Propeller 특성 및 장단점 올립니다

선박추진 [wake에 대하여 설명하고 nomal wake 와 Effective wake비교설명, CRP · CPP· Ducted Propeller 특성 및 장단점]

1. wake에 대하여 설명하고 nomal wake 와 Effective wake

비교설명

◆wake(반류)의 정의

선미 주위의 물은 배와 같은 방향으로 앞쪽으로 움직이며, 이와 같이 앞으로 이동하는 물을 반류(Wake)라 부른다.

또한, 배의 속도 와 프로펠러의 전진 속도 와의 차이를 반류 속도(Wake Speed)라 할 때 Froude는 이 반류 속도를 전진 속도 에 대한 비로 나타내었고, 그 비율을

과 같이 반류비 (Wake Fraction) 로 정의하였다.

◆반류의 발생 원인

①선체의 마찰 항력 때문에 물이 선체를 뒤따르게 되며, 선미에서는 주위의 물에 대하여 앞쪽으로 움직이는 반류가 된다.

②선체 옆을 지난 유선들은 선미 근처에서 오물어들기 때문에 그 곳에서의 압력이 상승한다. 물의 상대 속도가 선미 근처에서는 배의 속도보다 낮아지게 됨으로 인하여 반류 현상이 나타난다.

③배는 물의 표면에 파형을 일으키는데, 이 때 물의 입자들은 ...1. wake에 대하여 설명하고 nomal wake 와 Effective wake

비교설명

◆wake(반류)의 정의

선미 주위의 물은 배와 같은 방향으로 앞쪽으로 움직이며, 이와 같이 앞으로 이동하는 물을 반류(Wake)라 부른다.

또한, 배의 속도 와 프로펠러의 전진 속도 와의 차이를 반류 속도(Wake Speed)라 할 때 Froude는 이 반류 속도를 전진 속도 에 대한 비로 나타내었고, 그 비율을

과 같이 반류비 (Wake Fraction) 로 정의하였다.

◆반류의 발생 원인

①선체의 마찰 항력 때문에 물이 선체를 뒤따르게 되며, 선미에서는 주위의 물에 대하여 앞쪽으로 움직이는 반류가 된다.

②선체 옆을 지난 유선들은 선미 근처에서 오물어들기 때문에 그 곳에서의 압력이 상승한다. 물의 상대 속도가 선미 근처에서는 배의 속도보다 낮아지게 됨으로 인하여 반류 현상이 나타난다.

③배는 물의 표면에 파형을 일으키는데, 이 때 물의 입자들은 각각 궤도 위를 회전하게 되므로, 파정에서는 앞쪽으로 움직이고 파저에서는 뒤쪽으로 움직일 것이다. 그러므로 프로펠러 근처에 그 파형의 파정이나 파저에 따라서 물의 입자들의 운동이 양(+)의 반류 성분이 될 수도 음(-)의 반류가 성분이 될 수도 있다.

◆nomal wake 와 Effective wake 비교설명

쌍 추진기선에서는 프로펠러 원판에 걸친 평균 반류가 일반적으로 같은 형태의 단 추진기선에서보다 약한데, 그것은 프로펠러의 위치가 다르기 때문이다. 그러나 보싱(Bossing) 끝의 바로 뒤에, 또는 축이 노출된 경우에는 스트럿(strut)의 뒤에 상당한 반류 집중이 나타난다.

이러한 방법으로 측정된 반류는 프로펠러가 없을떄 존재하는 물의 흐름을 나타내며, 흔히 호칭반류(nomal wake)라 부른다.

이것들은 프로펠러가 추력을 발생할 때에는 달라지며, 선체의 뒤에서와 단독 상태에서의 프로펠러의 성능을 알면, 그 프로펠러에 작용하는 유효 반류(effective wake)를 나타내는 반류 계수를 도출 할 수 있다.

2. CRP / CPP / Ducted Propeller 특성 및 장단점

◆CRP(contra-rotating propeller) - 이중반전 프로펠러

상반회전 프로펠러는 2개의 프로펠러를 동심축의 앞뒤에 설치하여 서로 반대방향으로 회전하도록 함으로써, 주위 유체에 작용하는 회전방향 가속도를 서로 상쇄하도록 하여 궁극적으로 전체 프로펠러 시스템의 하류에 쏟아넣는 회전운동에너지를 최소화 하도록 고안한 추진기이다.

CRP는 한쪽 방향으로 유체를 회전함으로써 반작용으로 축계에 유기되는 토크를 서로 상쇄시켜주는 장점도 갖고 있다. 이러한 CRP 추진방식은 동심축 위에 서로 반대방향으로 회전하는 축계를 설치해야 하므로 신뢰성 있는 기어의 설계, 제작이 가장 큰 문제가 되므로 큰 동력이 필요한 대형선박에의 응용은 아주 희귀하고, 어뢰와 같이 적은 동력이 소요되고 토크 균형이 중요한 경우에만 널이 쓰여 진다.

◆CPP(controllable pitch propeller)- 가변 피치 프로펠러

프로펠러에 부가물을 붙이는 것은 아니고 Blade의 피치를 바꾸어주는 장치이다. 프로펠러는 같은 방향으로 돌아도 피치변화에 의하여 추진력을 앞쪽이나 뒤쪽으로 바꿀 수 있다.

전?후진을 능률적으로 하기 위하여 TUG Boat에 많이 쓰며, 프로펠러 두 개를 붙일 경우에 한 개는 앞쪽으로 추진, 다른 하나는 뒤쪽으로 추진하면 선회도 이루어진다.

프로펠러 Shaft를 중공축으로 만들고 Blade의 각도를 돌려 피치를 바꾸어 주는 Rod를 관통시키고, Rod의 전?후진 운동이 Blade 각도를 움직여 주도록 하는 고안이다. 엔진의 회전력을 전달하면서 Rod를 움직여 주어야

하므로 복잡한 CPP Unit가 필요하다.

◆Ducted Propeller - 덕트 프로펠러

프로펠러 주위에 덕트를 설치하여 덕트와 프로펠러의 상호작용에 의해 높은 추력을 내고, 효율을 향상시키기 위한 추진장치로서 특히 tug boat 등에 많이 사용된다.

아래그림에서 보는 것과 같이 프로펠러는 덕트의 코드길이의 중간쯤에 오는 것이 가장 추진효율을 좋게 하는 것으로 알려져 있다. 그러나 프로펠러 날개끝과 덕트 사이의 간격을 좁게 유지하는 것이 효율 향상에 좋은 반면, 프로펠러 날개끝의 하중을 증가시켜야 하기 때문에 날개 끝에 공동현상이 쉽게 발생하는 단점이 있다.

[문서정보]

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