선박 추진기의 표면에 발생하는 캐비테이션 현상에 대하여 설명하시오.

추진기, 즉 프로펠러가 고속으로 회전하면 유체의 점성에 의해 프로펠러 주변 물의 속도도 빨라진다.

유체의 속도가 빨라지면 압력이 감소한다는 베르누이 법칙에 따라 프로펠러 주변 물의 압력이 증기압보다 낮아지게 되면, 물이 수증기로 변하며 공기방울이 생기는 것을 캐비테이션이라고 한다.

 

이 공기방울이 터지면서 충격파가 발생하며 프로펠러 침식 같은 심각한 손상을 줄 수 있다.

 

Cavity 발생 위치에 따른 캐비테이션

 

1. 날개끝(Tip)

날개끝 Vortex의 관련 여부로 2가지 종류로 구분

- Tip Cavity : 날개끝 근방에서 발생하는 공동

- Tip Vortex Cavity : 날개끝 Vortex 중심의 낮은 압력으로 발생하는 공동

 

2. Root Fillet

날개 뿌리 부근의 하중 증가로 인한 공동

특히 축이 경사진 고속정 프로펠러의 날개뿌리침식의 주원인

CPP에서도 통상 관찰됨

 

3. Hub

프로펠러 허브에 집중되는 허브 Vortex에 의해 압력이 강하되어 발생하는 공동

 

4. Mid-chord

프로펠러 날개의 두께가 두껍고 받음각이 적을 때 날개 코드 중앙에 발생하는 공동

 

5. 앞날(leading edge)

날개의 앞날에서 주로 발생하는 얇은 층 공동(sheet cavitation)

 

6. 뒤날(trailing edge)

후연 Vortex와 관련된 공동으로 주로 허브, 날개끝의 뒷날에 발생하는 공동

 

7. 흡입면(suction side)

날개의 뒷면에 발생하는 공동으로 정상적인 고속추진상태에서 발생

 

8. 압력면(pressure side)

날개의 앞면에 발생하는 공동으로 국부적으로 음의 받음각을 받음

 

9. 프로펠러-선체

프로펠러 날개끝 Vortex 공동이 간헐적으로 선체까지 도달

발생원인 : 낮은 전진계수, 낮은 tip clearance, Flat hull surface

 

공동의 구조에 따른 현상

 

1. 얇은층 공동(sheet cavitation)

두께가 얇고 표면이 매끈하고 투명함

통상 안정적이나 선미반류중이나 경사류에서 불안정하기도 함

 

2. 국소공동(spot cavitation)

표면거칠기나 표면의 불량 등에 기인하여 국소적으로 발생

 

3. 줄꼴 공동(streak cavitation)

주로 날개 앞날의 불량때문에 코드방향으로 길게 뻗어나가는 국소 캐비테이션의 일종임

 

4. 구름꼴 공동(cloud cavitation)

불안정한 sheet cavitation의 뒷꼬리 부근에 발생하는 구름 모양의 공동으로 날개 침식에 큰 영향

 

5. 기포성 공동(bubble cavitation)

주로 단독으로 나타나며 이동하는 특성

기포성공동 붕괴시 소음, 부식을 유발하여 안좋은 영향을 끼침

 

6. vortex cavitation

vortex core의 낮은 압력 영역에서 발생