프로펠러 단독 시험을 수행하는 이유와 방법을 설명하시오.

: 프로펠러는 선미의 불균일한 반류 속에서 작동하지만 설계는 균일한 유동 속에서 작동하는 것으로 설계한다. 따라서, 선각과 프로펠러의 상호작용의 해석을 위해서는 균일 유장에서 작동하는 프로펠러 단독의 추진 성능을 알 필요가 있다. 프로펠러 단독의 성능을 이론적으로 계산하기에는 아직 그 정도가 신뢰 할 수 있는 수준에 다다르지 못하였으므로, 대부분 예인수조에서 프로펠러 단독시험(propeller open water test)으로 확인한다.

예인 수조에 설치된 단독시험용 동력계의 축에 모형프로펠러를 부착한 후, 전진속도를 변화시켜 가며 프로펠러에 걸리는 추력(T(N))과 토크(Q(N.m))를 계측한다.

 

선박의 속도를 추정하기 위해서는 저항시험을 통해서 얻은 EHP을 준추진효율 ηD 로 나누어 DHP를 계산하고 DHP를 전달효율 ηT(통상 0.985~0.995 적용)로 나누어 최종 요구마력인 BHP를 추정한다.

준추진 효율인 ηD는 아래의 방법으로 찾을 수 있으며, 이를 위해 필요한 ηO(프로펠러 단독효율)를 구하기 위해서 프로펠러 단독 시험이 필요하다

ηD (준추진효율) = ηH x ηO x ηR

 

프로펠러 설계 시 ηO(프로펠러 단독효율)는 수치해석 방법으로 추정하여 사용하며, 최종적으로 모형시험을 통해서 그 값을 확인한다.

 

선박의 프로펠러는 선미에 위치하기 때문에 선체의 의해 교란된 불균일 유동장 내에서 작동하며, 이로 인해 비정상(unsteady) 추력이 발생한다. 프로펠러에 유입되는 유동은 선체의 형상에 따라 민감하게 변화하므로, 동일한 프로펠러라 하더라도 선형이 달라지면 추력의 크기도 달라진다. 따라서 프로펠러만의 특성을 정확히 파악하기 위해서는 선체의 영향이 없는 균일한 유동 내에서 프로펠러의 기본성능을 얻어야 한다.

교란되지 않는 균일한 유동 내에서 프로펠러의 성능을 파악하는 시험을 프로펠러 단독시험(propeller open water test이라고 하며, 시험을 통해서 얻어진 성능을 프로펠러 단독성능이라고 한다. 프로펠러 단독시험 결과는 보통 전진계수의 변화에 따른 추력계수와 토크계수로 정리된다.

수행방법으로는 예인 수조에 설치된 단독시험용 동력계의 축에 모형프로펠러를 부착한 후, 전진속도를 변화시켜 가며 프로펠러에 걸리는 추력(T(N))과 토크(Q(N.m))를 계측한다.