프로펠러 설계변수의 종류와 각각의 정의를 설명하시오.

프로펠러는 통상 여러 개의 날개를 가지며, 각 날개는 축방향 원통과 만나는 곡면이 비행기의 날개단면과 같은 형상을 가지도록 설계, 제작된다.

 

프로펠러 설계시 주요 요구 사항으로는 높은 효율, 캐비테이션에 의한 침식 위험성 방지, 낮은 기진력, 구조 안전성, 저렴한 제작비, 제작용이성 등이 있다.

 

먼저 프로펠러 설계시 가장 중요한 것은 날개수, 직경(D), 확장면적비를 들수있다.

날개수는 선체 특히 거주구, 축계와의 공진 여부를 고려하여 결정된다.

직경은 선박의 경하상태(Ballast condition)에서 프로펠러가 수면 밖으로 나오지 않도록 최대 직경으로 정하여 엔진회전수와의 조합으로 결정이 된다.

확장면적비는 프로펠러 확장윤곽도형의 면적과 프로펠러원판의 면적의 비로, 프로펠러의 추진력, 캐비테이션 특성, 날개표면의 점성저항의 크기를 지배하는 중요인자이다. 효율관점에서 확장면적비가 작을수록 유리하나 너무 작으면 캐비테이션 발생 가능성이 커지기에 효율과 캐비테이션를 고려하여 정한다. 예전에는 대략 0.5~0.6 사이에서 확장면적비를 정했으나 요즘은 메인엔진의 long stroke 및 저RPM화에 따라 0.4~0.5가 추세로 효율도 좋아지고 있다.

 

이외에도 다음의 변수들을 고려해야한다.

 

피치(pitch) : 프로펠러가 1회전 했을 때 각 반경위치에서의 날개 단면이 축방향으로 전진하는 거리.

 

레이크(rake) : 각 반경위치에서프로펠러 기준선으로부터 제작기준선까지의 축방향 직선거리

 

스큐(skew) : 날대단면 기준점이 프로펠러 기준선과 프로펠러 축심으로 이루어지는 평면과 이루는 각.

 

코드길이(chord length) : 날개의 앞날과 뒷날사이의 직선거리.

 

캠버(camber) : 날개의 코-꼬리선으로부터 날개 두께의 중점(평균점)까지의 거리

 

두께(thickness) : 캠버가 영인 날개 단면의 코-꼬리선에 수직한 날개 앞면, 뒷면사이의 거리.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

프로펠러 슬립 propeller slip

물이 나사홀처럼 고정되어 있지않고 프로펠러에 의해서 밀려 버리므로 실제로 프로펠러가 지나간 거리는 이상적인 피치보다 작게됨

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Angle of attack

프로펠러 face면과 슬립에 의해서 실제 물이 들어오는 각도와의 차이

 

추력계수 thruster coefficient

 

 

 

토크계수 torque coefficient

 

 

 

전진계수 advanced coefficient

 

즉 슬립이 없다면 전진계수는 피치 직경비

반대로 전진계수가 0이면 슬립이 1

 

 

 

Open water test coefficient