선박의 선체(hull)및 각종 유체가 가지는 저항에 대한 자료

소개글

유체가 가지는 저항에 대하여 선박의 선체(hull)에 관련해 접목한

자료입니다.

저항의 종류에 대하여 알아보고 프루드수(Fn)와 레이놀즈수(Rn)에 대한 고찰과

선박의 저항을 줄이기 위한 실사례를 들어놓았습니다.

목차

선체저항(hull resistance)

■ 저항의 종류
■ 전체저항(total hull resistancce)
■ 잉여저항(residuary resistance)

상사법칙(Similarity Law)
■ William Froude 비교법칙
■ 조파저항 해석

레이놀드법칙(Reynolds Law)
■ Reynolds 수
■ Frictional Resistance (마찰저항)

선박의 저항을 줄이기 위한 연구 및 실례(實例)

■ 선체표면 및 도막관련 기술 - 마찰 저항 저감기술
1) 탄성피막법(compliant wall)
2) 공기주입법(air injection)
3) Riblet
4) 초발수재로 선체의 마찰저항을 50%감소 - 일본 미쓰이 조선사
5) 자연원리를 모방한 친환경 선체방오도료(Anti-Fouling Paint)

■ 구조관련 저항 감소 사례
1) 대우조선해양 전류고정날개(PSS : Pre-Swirl Stator)
2) 현대중공업 추력날개(Thrust Fin)
3) 구성선수와 조파저항

- 용어 정리
층류(Laminar Flow)
난류(Turbulent Flow)
박리현상 (Flow Separation)
경계층 (Boundary layer)
반류 (Wake)
소용돌이 (Vortex)

본문내용

선체저항 (Hull Resistance)

■ 저항의 종류

① 마찰저항: 선박이 운항하면서 물과 선체의 표면이 접촉하게 되므로써 인해 발생하는 저항성분을 말한다. 실험에 따르면 새로 건조된 매끄러운 표면의 저속선인 경우에는 마찰저항이 전체저항의 80∼85%에 달하며 고속선박의 경우는 50%에 달하는 것이 그동안의 연구결과로 확인된 바 있다.

② 조파저항: 선박이 진행함에 따라 수면상에 형성된 파계가 유지되도록 선박에 지속적으로 공급되어야 하는 에너지로 인한 저항을 말한다.

③ 와류저항: 선체나 선체부가물의 형상이 유선형으로 되어 있지 않거나 흐름을 거슬리지 않도록 놓여지지 못했을 때나 선체의 형상이 급격히 변하는 경우 물이 선체 표면을 따라 흐르지 못하게 되어 형성되는 소용돌이와 같은 유동에 의한 저항을 말한다.

④ 공기저항: 수면상에 노출된 주 선체와 선루가 공기 중에서 움직이게 됨으로 인하여 발생하는 저항을 말한다.



■ 구조관련 저항 감소 사례
1) 대우조선해양 전류고정날개(PSS : Pre-Swirl Stator)
2007년 대우조선해양이 개발한 기술로, 선미 프로펠러 앞부분에 전류고정 날개를 설치하여 연료를 절감하는 기술로 이 설비는 프로펠러의 바로 앞부분에 4개의 고정날개를 부착해 선미부분에서 프로펠러로 유입되는 유체의 흐름을 균일하게 해주는 역할을 한다. 이를 통해 기존 선박에 비해 약 3~5% 가량의 연료 절감 효과를 내며, 같은 연료를 사용할 경우 약 0.24노트 정도의 속도 증가 효과가 있는 것으로 나타났다. 특히 대형 엔진이 설치되는 컨네이너선의 경우 엔진 배기가스가 온도가 높고 배출량도 많으므로 에너지 절감 효과는 소형 엔진이 설치되는 선박에 비해 더욱 효과적이다.
2) 현대중공업 추력날개(Thrust Fin)
선박은 뒷부분 아래쪽에 달린 프로펠러가 돌며 만들어낸 양력이 물살에 작용해 앞으로 전진한다. 특히 프로펠러는 양력과 함께 항력(저항력)과 회전류도 발생시키는데 이 버려지는 회전류를 이용해 또다른 양력을 만들어 내는 것이 바로 ‘추력날개(Thrust Fin)’다.
현대중공업 민계식 부회장의 아이디어로 개발된 이 추력날개는 새의 날개와 같은 구조물을 배의 뒷부분에 장착하면 연료 효율을 한층 높일 수 있다는 것으로 비교적 간단한 장치지만 배에 적용하기 위해선 고도의 계산이 필요하다. 저마다 크기와 모양이 다른 선박들이 만들어내는 후류(프로펠러를 지나 흘러나오는 물)에 따라 날개의 모양도 바뀌어야 하기 때문이다.

참고 자료

네이버 백과사전 층류 - http://100.naver.com/100.nhn?docid=149170
난류 - http://100.naver.com/100.nhn?docid=34871
경계층 - http://100.naver.com/100.nhn?docid=9862
반류 - http://100.naver.com/100.nhn?docid=70432
소용돌이 - http://100.naver.com/100.nhn?docid=94379
네이버 블로그 박리현상 - 『Aussie Wine Centre - Kang InT』 http://blog.naver.com/stephen14/70044315880
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