전개면적비 (Blade area ratio)
한 줄 정의: 프로펠러 날개를 펼친 전체 면적을 원판 면적으로 나눈 값입니다.
쉽게 풀면
프로펠러가 회전하면서 쓸고 지나가는 원의 넓이를 원판 면적이라고 합니다. 날개들을 평평하게 펼쳐 놓았을 때의 넓이를 이 원판 면적으로 나눈 값이 전개면적비입니다. 날개가 넓을수록 같은 추력을 더 넓은 면적에 나누어 발생시키므로 국부 압력이 덜 떨어져 캐비테이션이 잘 생기지 않습니다. 대신 날개 면적이 넓어지면 마찰 손실이 늘어 효율은 조금 떨어집니다.
왜 중요한가
캐비테이션을 피하면서 효율을 확보하는 문제는 사실상 전개면적비를 얼마로 할지 정하는 문제로 귀결됩니다. 선급과 설계 지침은 추력과 침수 깊이로부터 최소 전개면적비를 계산하는 경험식을 제시하며, 이 값은 프로펠러 설계 보고서의 핵심 제원으로 보고됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"캐비테이션 여유를 확보하기 위해 전개면적비를 0.55에서 0.65로 상향한 결과, 추진효율은 1.1% 감소하였으나 침식 위험 구간이 사라졌다."
조금 더 깊게 보면
전개면적 외에 투영면적이나 확장면적을 기준으로 한 정의도 있어, 자료를 비교할 때는 어떤 면적 정의를 썼는지 확인해야 합니다. 프로펠러 계열 시험 자료는 보통 날개 수, 전개면적비, 피치비의 조합으로 정리되어 있어 설계자는 이 표에서 출발해 세부 형상을 다듬습니다. 날개 수가 많아지면 같은 전개면적비라도 날개 한 장이 좁아져 진동 특성이 달라지므로, 선체 고유진동수를 피하는 목적으로 날개 수를 함께 조정합니다.
주의할 점
전개면적비가 높으면 캐비테이션에 유리하다는 일반 경향은 맞지만, 하중 분포가 나쁘면 면적을 넓혀도 국부 캐비테이션은 남습니다. 날개의 물리적 크기를 뜻하는 직경과 달리, 이 값은 면적의 상대적 비율이라는 무차원 값이라는 점이 다릅니다.