고속 활주선의 활주 상관 인자 및 추진 시스템

최초 등록일
2018.11.30
최종 저작일
2018.08
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소개글

고속선은 20세기에 들어와서 제1차 세계대전(1914~1918)과 제2차 세계대전(1939~1945)을 거치면서 초계어뢰정(PT, patrol torpedo boat)과 고속 공격정(fast attack craft )등과 같은 고속 함정과 경주용 보트와 유람선과 같은 민간 레저용 모터보트에 의해 급격하게 발전하였다. 상업용 고속선은 1950년대 이후에 여객선의 고속화 및 대형화 추세에 따라 발전하게 된다.
고속선을 개발하기 위해서는 선체 저항을 줄이고 자세를 안정시킬 수 있는 선형과 자세제어 장치, 효율적인 내연기관과 추진장치, 선체 구조 경량화 등을 비롯한 관련 기술이 함께 개발이 되어야 한다. 또한 고속에서 속도와 안정성, 속력과 구조 강도, 속력과 경제성 등 서로 상충되는 문제들을 최적화하는 기술이 필요하다.
일반적으로 선박은 선박의 중량과 같은 크기의 부력에 의해 균형을 이뤄 물 위에 뜨게 된다. 선체를 수면 위로 부양시키는 경우는 양력이나 압력을 이용한다. 유체정역학적으로 지지되는 배수(Displacement hulls)선박은 물을 밀어내면서 (Displacement)전진하므로 마찰저항에 유리한 둥근 바닥(Round bottom)의 선체 형상을 채택하고 활주정(Planning Crafts)은 부력보다는 대부분 양력에 의해 선체가 수면위로 부상하여 미끄러지듯이 달리므로 조파저항에 유리한 V형의 Hard Chine선형을 채택한다.
기술이란 천재 발명가의 개별적인 행동을 통해서가 아니라 누적된 관찰과 시행착오를 통하여 발전한다고 한다. 라이트 형제가 만든 유인 동력 비행기도 그보다 앞선 오토 릴리엔탈의 유인 무 동력 글라이더와 새무얼 랭글리의 무인 동력 비행기가 있었다. 혁신의 본질은 창의성이고, 창의성은 기존의 좋은 것들을 결합해 새로운 좋은 것을 만들어 내느냐에 달려있다고 한다. 고속 활주정이 높은 파도 속을 달릴 때 발생하는 포오포이징과 슬래밍의 문제점을 개선할 수 있는 새롭고 효율적인 선형 개발에 참고가 되길 바랍니다.

목차

6. 스프레이 레일 (Spray Rails)
6.1 개요
6.2 스프레이 레일과 리프팅 스트레이크 차이
6.3 스프레이 레일 설계

7. 활주 상관 인자들
7.1 보트 폭
7.2 선저경사
7.3 LCG
7.4 버텍선(buttock line)
7.5 트림 각도와 저항
7.6 트림 조절 (Trim Control)
7.7 고속 활주선의 SAVITSKY 성능 예측

8. 활주 선체의 한계

9. 스텝 선체
9.1 스텝 선체 역사
9.2 스텝 선체 역학
9.3 차인 통풍 (Chine Venting)
9.4 스텝 선체 단점
9.5 스텝 선체의 추진기
9.6 스텝 설계
9.7 스텝 적용 활주정 리뷰
9.8 스텝 선체 한계

10. 추진(드라이브) 시스템
10.1 직접 구동(Direct Drive)
10.2 Vee Drive
10.3 스턴 드라이브
10.4 스피스 드라이브
10.5 워터제트 (Water jet) 추진
10.6 추진기 별 효율

11. Speed Boat 발전
11.1 블루 버드
11.2 Miss Canada IV
11.3 Slo-Mo-Shun IV
11.4 Gold Cup Race
11.5  Spirit of Australia

본문내용

6. 스프레이 레일 (Spray Rails)

6. 1 개요

선박의 고속 성능은 엔진 마력을 증가시키는 것만으로는 효율에 한계가 있으며, 선형과의 조화가 요구된다. 활주선은 동적압력에 의한 수직 성분을 더 높이기 위해 일반적으로 선저와 선측판이 만나는 위치에 차인(chine)을 두거나 선저에 일정한 간격으로 리프팅 스트레이크를 부착한다. 또 선체와 물이 접촉하는 면적을 더욱 더 줄이기 위해 선저에 1~2개의 단(step) 주기도 한다. 일반적으로 저항성분으로는 수중과 수면에서의 점성저항과 조파저항으로 크게 생각할 수 있으나 활주형선에서 활주 시 나타날 수 있는 스프레이(water spray)저항이 있다. 선속이 증가하게 되면 선저에 양력이 발생하여 선체가 부상하게 되고 선수파에 기인하는 조파저항은 스프레이를 형성하는 스프레이 저항으로 변화하게 된다. 전 속력으로 달리는 활주선을 보면 보트 앞쪽의 물은 선수로부터 후방으로 좀 떨어진 선저에 부딪친다. 따라서 스프레이 레일의 부착은 활주선이 고속으로 운항 시 현측에 부딪히는 물을 방향을 바꾸게 하여 선측 밖으로 날려보내 마찰저항을 감소시켜 속도를 증가시킨다. 활주선은 대부분이 V선형이다. 선체 양현에 삼각형 모양의 Spray rail을 부착하면 유체 흐름의 분리 현상을 유도하여 선수 선측의 수선면 주위의 스프레이를 선체 로부터 떨어져 밖으로 빗겨 나가도록 하여 물과 접하는 선체의 면적을 감소시켜 마찰저항을 감소시키는 역할을 한다. 스프레이 레일은 선저(바닥)를 따라 설치한다. 이 레일들은 선저에 길이 방향으로 종통재(Stringers)을 설치(혹은 몰드에서 성형)하는 것이다. 이론상으로 스프레이 레일은 오직 정체선(stagnation line) 주변에만 필요하지만 이 위치는 쉽게 찾아 낼 수도 없고 보트 속도의 변화에 따라 위치가 이동한다. 일반적으로 스프레이레일은 선수로부터 활주형선의 길이의 2/3정도에서 끝나게 하는데, 이는 활주형선의 선미는 매우 높은 속력을 제외하고는 물속에 있기 때문이다. 또 선미 부근에 스프레이 레일을 두지 않는 것은 프로펠러에 교란된 물이 유입되는 것을 피하기 위함이다.

참고 자료

Norman Nudelman, High Speed Power Boats , Westlawn Institute of Marine Technology, 1990.
Daniel Savitsky, Hydrodynamic Design of Planing Hulls, Marine Technology 1, 1964
Daniel Savitsky, Seakeeping considerations in design and operation of hard chine planing hulls.
Nav. Architect, March 1979.
Daniel Savitsky, Planing Craft , Naval Engineers Journal, February, 1985.
Odd M. Faltinsen, Hydrodynamics of High-Speed Marine Vehicles, Cambridge University Press. 2005.
Joanne A. Fishman, The Guide to High Performance Powerboating, Hearst Marine Books, 1989.
John Teale, High Speed Motor Boats , Nautical Publishing Company, 1969.
Roger Marshall, All about Powerboats , International Marine/McGraw-Hill, 2002
Morley S. Smith, Speed Boat Developments from the Past Into the Future, Freeville, NY,2010
Michael Peters, Peters On (Fast) Powerboats-Part 1, Professional BoatBuilder, August/September 2010
Michael Peters, Peters On (Fast) Powerboats-Part 2, Professional BoatBuilder, October/November 2010

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