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Tank Test

3rd Nov. 2014

동력전달론

목포해양대학교 기관공학부

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Tank Test

Tank Test 목적 축소된 모형으로 1. 선박의 추진저항 및 속도 성능 2. 선체 주위 유동 계측 및 관측 3. 선박 운동 및 가속도 성능 4. 선박 조종성능 5. 프로펠러 성능 6. 파랑(wave) 하중 계측 7. 선박의 유체역학적 성능을 평가

--- 실선의 성능 추정과 설계를 위한 시설

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Tank Test

주요 장비 1. 예인수조 및 예인전차 : 모형선을 예인하는 장비.

선박 저항, 추진기 및 자항 시험.

2. 다방향 조파기 : 파를 생성시켜 실제 해상 상태를 구현하는장비. 해양파 시험과 선박의 파랑 중 운동 및 하중, 조종 시험.

3. 소파기 : 예인수조의 한쪽 끝에 설치되어 조파기와 모형선에 생성된 파를 즉각적으로 소멸시키는 장치.

4. - 수중카메라 : 수중체 및 추진기 주위의 유동 현상 관측 및 가시화 장비.

5. 프로펠러단독 시험기 : 프로펠러만의 단독 성능 평가 장비.

프로펠러 전진속도에 따른 추력, 토오크 및 회전수 계측

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A Towing Carriage

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내 용

1. 선박성능과 선형 A. 저항,추진,운동 성능

2. 선형설계 A. 선형의 개념과 설계요목

B. 선형 설계 과정 및 방법

C. 형상 설계 방법

D. 선형 계산 및 모형시험

3. 추진기 설계 A. 프로펠러 형상 및 설계 변수

B. 프로펠러 설계 과정

C. 프로펠러의 CAVITATION

4. 타의 설계 A. 타의 종류 및 특성

B. 타 설계 및 CAVITATION

기타

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선박의 성능과 선형

저항 성능 추진 성능 조종 성능

유체항력

• 조파조항

• 점성저항

프로펠러 추력

캐비테이션

(공동현상)

보침성 (직진성)

변침성 (항로변경)

선회성 (방향전환)

긴급 정지 성능

내항 성능

파랑 중

선박 안정성

선박은 운항지역에서 제한된 동력과 목표 속도로 안정적으로 운항 할 수 있어야 함

성능을 만족하는

선형 설계

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엔진 출력 결정 위한 중요 인자

선속 : Vs

저항 : RT

• 선박의 일정한 전진 속도에 대한 반발력

선박의 저항·추진 성능 SHIP RESISTANCE & PROPULSION

PE = RT x VS

유효마력=저항 x 선속

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선박의 동력

선박은 추진장치로부터 충분한 추력을 받아 저항을 극복하고, 그 나머지의 힘으로 전진

동력의 정의

추진기 : 추력을 발생시키는 장치 동력 : 추력을 발생시키는 힘

도시마력 제동마력 축마력 전달마력 추진마력 유효마력

도시마력(IHP)

제동마력(BHP)

축마력(SHP)

전달마력(DHP)

추진마력(THP)

유효마력(EHP) = 저항 x 선속

엔 진

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선박의 조정성능 SHIP MANEUVERING

SURGE

SWAY

YAW

조정 성능 관련 운동 요소

IMO RESOLUTION

•보침성(Course Keeping Quality)

직선 항로 유지 성능

•변침성(Yaw Checking Quality)

신속히 항로를 바꿀 수 있는 성능

•선회성(Turning Ability)

선회 성능

•긴급정지성능(Crash Astern Ability)

긴급상황 시 신속히 정지할 수 있는 성능

Maneuverability의 종류

조종성능

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선박의 내항 성능 SHIP SEAKEEPING

내항성능 관련 운동요소

SWAY

HEAVE

ROLL PITCH

YAW

SLAMMING, GREEN WATER

SHIP SEAKEEPING

내항 성능

큰 파도에 의한 ROLL, PITCH 운동 전복 위험

파에 의한 선박의 동요 발생 승선감 저하

파도에 의한 반복 하중 작용 선체 변형및 선박 피로-파괴 발생

• 파랑중 선박이 안정성과

침로를 유지 할 수 있는 능력

• 파도에 의한 선박의 영향

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• 선주 요구로부터 최대한 경제적인 선형 도출

• 선박성능에 절대적 영향

• 선박 무게, 주기 마력, 건조비용 최소화

• LBP, B, T, CB의 조합

• 설계조건 의 결정

• 결정된 DWT에서 실적 Data를 이용해 만재배수량 추정

• 만재배수량을 만족하는 LBP, B, T, CB의 조합을 다양하게 검토

고려 사항

1. 화물의 종류

2. 재화중량

3. 항로 및 항구

4. 항해 거리

5. 계획 속력

6. 경하중량

7. 선박 건조비용

8. 주기마력

주요치수의 변화에 따른 영향

• 길이 : 건조비, 동력, 전장 강도, 조정성능

• 폭 : 정적 안정성, 추진성능, 조정성능

• 깊이 : 전장 강도, 선박 안정성, 내부 최적

• 흘수 : 건현

Length

BEAM

Depth

주요 요목 결정은…..

주요목의 영향과 설계 고려 사항

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선형/추진기 개발 FLOW CHART

계약 선형 설계 완료

선주와 계약 협상

선박 계약 확정

설계목표검토

속도성능, 조정성, 내항성

시험결과분석 및

속도성능달성여부 판단 선형 확정 통보

시험결과분석 및

추진성능 달성여부 판단

속도성능 분석 계약조건(주요목, 선종)

모형시험의뢰 • 유사선형 검토 • 모선선정 • 선형개념설계 (전산유체역학적용) • Rudder설계 • 프로펠러 Clearance 검토

모형시험 일정확정

• 1차선형 확정 • LINES PLAN 작성

모형선 제작 및

재고프로펠러 선정 모형시험의뢰

• 프로펠러 설계 • 프로펠러 강도검토 • 프로펠러 도면출도 (모형시험기관)

모형프로펠러제작

모형시험수행

• 자항시험

• POW

• CAVITATION시험

• 실선용 프로펠러 설계 • 프로펠러 강도검토 • 프로펠러 도면출도 (MAKER, 관련부서)

프로펠러 메이커

설계진행

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선박의 초기 속도 추정

Mother ship 선정

L , B, T L/B B/T

F n , C B

호선 DB

유사선 검토

주요목 : LBP, B, T d , T s , C B , LCB

엔진 : MCR, NCR, SEAMARGIN 사양 검토

선박 속도 추정

유사선

? 모형선 속도 ? 실선 속도

관계에서 Correction factor 찾기

계산 방식 선정

Holtrop/Sasazima

Correction Factor X

예상 속도 도출

Mother ship 선정

속도 추정 의뢰 or 속도 추정 대상선 선정

속도 추정 의뢰 or 속도 추정 대상선 선정

L , B, T L/B B/T

F n , C B

호선 DB

L , B, T L/B B/T

F n , C B

호선 DB

유사선 검토

주요목 : LBP, B, T d , T s , C B , LCB

엔진 : MCR, NCR, SEAMARGIN 사양 검토

주요목 : LBP, B, T d , T s , C B , LCB

엔진 : MCR, NCR, SEAMARGIN 사양 검토

선박 속도 추정

유사선

추정속도 모형선 속도 실선속도 관계에서 Correction factor 찾기

계산 방식 선정

Holtrop/Sasazima

계산 방식 선정

Holtrop/Sasazima

Correction Factor X

예상 속도 도출

SHIP SPEED

PO

WE

R

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5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000

Design (11.50 / 11.50)Ballast (9.80 / 9.80)

38,600 PS

31,900 PS

21% Sea Margin

GURANTEE SPEED19.50 kts

19

.50

kts

20

.50

kts

(PS)

(knots)

19

.50

kts

170K CBM LNGC

선박의 성능 중 가장 중요한 것

정해진 엔진 마력으로 목표 속도를 실현

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모형 시험(Model Test)

모형 시험이란?

실선과 형상 같고 크기 다른 모형 수조실험 후 차원해석으로 실선에 확장

모형시험 종류

저항 시험 반류 측정

조파 측정 자항 시험

프로펠러 공동 시험

PMM 시험

풍동 시험

내항 성능 시험

ICE 모형시험 (쇄빙-내빙선, 추진기)

유동 가시화 시험

프로펠러 단독 성능 시험

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추진기 설계

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FIXED PITCH PROPELLER

POD PROPELLER CONTROLLABLE

PITCH PROPELLER

추진기의 종류

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• Pitch 조절 통해 프로펠러 추력 및 방향 조절

• 전-후진 방향 전환 많은 빙해선에 적용량 증가

• 허브 커지고 기계장치 복잡해지는 단점이 있음

Pitch 각

프로펠러 회전으로 전진하는 거리

Pitch 각 조절

날개 각도 조절용 유압 장치

Controllable pitch propellers

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Propeller diameter D

Boss (or Hub) diameter d

Propeller blade number Z

Propeller pitch P

A

B B’

A’

Pitch : P

Disc area

Projected area

Expand blade area

Skew

Rake

Propeller’s Parameters

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Rake

▪ 프로펠러 평면으로 부터 날개의 제작 기준선까지 축방향의 거리

Skew

▪ 프로펠러 기준선으로 부터 프로펠러의 역회전 방향으로

그 선까지 동일 원호상에서 측정한 변위

Propeller’s Parameters

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Thank You So Much !!!