프루드수 (Froude Number)
쉽게 풀면
배의 속도와 크기를 비교해서 물결이 얼마나 크게 생기는지를 나타내는 숫자이다.
왜 중요한가
프루드수는 크기가 다른 모형과 실선이 같은 파계를 만들도록 맞추는 상사 조건이므로, 예인수조시험의 시험 속력은 실선 속력이 아니라 프루드수를 같게 하는 속력으로 정합니다. 실무에서는 선형 비교와 조파저항 곡선을 항상 프루드수 기준으로 그리며, 프루드수 범위에 따라 배수량형과 활주형 선형의 설계 원리가 갈립니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
모형선과 실선이 동일한 프루드수를 갖도록 모형시험 속도를 설정하여 조파저항 특성의 상사성을 확보한다.
이 문장은 프루드수가 단순한 무차원 수치가 아니라 선박이 겪는 조파저항의 크기를 예측하고 선형을 설계하는 실질적 기준으로 쓰인다는 점을 설명한다.
조금 더 깊게 보면
프루드수를 맞추면 레이놀즈수는 맞출 수 없으므로 모형시험은 두 상사 조건을 동시에 만족하지 못하며, 이 모순을 마찰저항을 따로 계산해 보정하는 방식으로 우회합니다. 또한 프루드수의 기준 길이를 수선장으로 잡는 것이 관행이지만, 체적 기준 프루드수나 수심 기준 프루드수도 쓰이며 특히 천수역에서는 수심 프루드수가 1에 가까워질 때 저항이 급증하므로 어떤 정의를 썼는지 확인해야 합니다. 프루드수가 약 0.4를 넘어서면 조파저항이 급격히 증가하는 이른바 저항의 장벽 구간에 들어서며, 이 때문에 배수량형 선박은 대부분 이 값 이하에서 설계되고 그 이상은 활주형이나 반활주형 선형이 담당한다. 프루드수를 맞추면 레이놀즈수는 동시에 맞출 수 없으므로 모형시험은 두 상사 조건을 함께 만족하지 못하며, 이 모순은 마찰저항을 따로 계산해 보정하는 방식으로 우회한다.
주의할 점
프루드 상사법칙은 조파현상에는 적합하지만 점성 현상(레이놀즈수 상사)과는 동시에 만족시킬 수 없어 별도의 보정이 필요하다. 프루드 상사법칙은 조파현상에는 적합하지만 점성 현상(레이놀즈수 상사)과는 동시에 만족시킬 수 없어 별도의 보정이 필요하다. 프루드수의 기준 길이는 통상 수선장이지만 체적 기준이나 수심 기준 프루드수도 쓰이므로, 문헌 값을 비교할 때는 어떤 정의를 썼는지 반드시 확인해야 한다.