덕트프로펠러설계기법연구

Abstract

초 록 오늘날 프로펠러 설계는 여러 전문기관에서 쌓인 실적선 자료와 설계자의 경험을 바탕으로 이루어진다. 본 연구에서는, 자료나 경험을 배제하고, 이론적이고 수치적으로 프로펠러를 설계하는 한가지 방법을 제시하였다. 실제 한국 연근해에서 운항중인 공선호에 부착될 어선용 덕트프로펠러의 임펠러 설계를 진행하였다. 설계조건으로 요구선속, 엔진 rpm, 마력 등이 주어졌다. 이 밖에도 선미 형상에 따른 직경 제약조건이 설계에 포함되어야 하며, 덕트프로펠러의 경우, 일반 프로펠러와는 달리 덕트의 공간이 필요하므로, 그에 따른 추가적인 제약조건 역시 포함된다. 설계에는 KPA14 라는 덕트프로펠러 비정상 운동 해석프로그램이 사용되었으며, 본 연구에서는 정상 상태에서의 해석값을 사용하였다. 또한 KPA14 프로그램은 패널방법을 기반으로 만들어진 해석프로그램이다. 프로펠러를 설계함에 있어, 고려해야 할 점은 매우 많다. 소음, 강도, 효율, 캐비테이션 등 설계관점에 따라 매우 다양한 프로펠러 설계법이 존재할 수 있다. 본 연구에서는 그 중에서 가장 많이 고려되는 부분이라고 할 수 있는 효율을 높이면서 캐비테이션을 고려할 수 있는 설계 procedure 를 연구하였다. 우선 기본설계단계에서 최소 EAR 을 선정하여 캐비테이션을 고려하였다. 상세설계 단계에서는 Newtons method 를 사용하여 설계제약조건을 만족하면서 효율을 최적화하는 방법을 사용하였다. 그 결과 효율 향상의 의미 있는 결과를 얻을 수 있었다. 또한 최적화 단계에서 Cp 곡선을 조절할 수 있도록 함으로써 추가적으로 캐비테이션에 유리한 설계를 할 수 있도록 하였다.