프로펠러기진력 (Propeller Excitation Force)
쉽게 풀면
프로펠러가 돌면서 배에 규칙적으로 전달하는 떨림의 원인이 되는 힘이다.
왜 중요한가
프로펠러기진력은 불균일한 선미 유동 속에서 회전하는 날개가 만드는 주기적 힘과 압력 변동으로, 선미 구조와 거주구 진동의 가장 큰 원인이므로 선미 형상·프로펠러 설계·진동해석이 모두 이 값을 줄이는 방향으로 조율됩니다. 모형시험에서 기진력을 계측해 설계 승인 조건으로 삼는 것이 대형 선박의 관행입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
캐비테이션 터널 시험을 통해 프로펠러 표면가진력을 측정하여 선미부 국부진동 해석의 입력 하중으로 사용한다.
이 문장은 프로펠러 기진력의 주파수 성분을 사전에 파악하는 것이 선체 진동 설계에서 중요한 이유를 설명한다.
조금 더 깊게 보면
기진력에는 축을 통해 전달되는 베어링 힘과 선체 표면에 직접 작용하는 압력 변동이 있으며, 캐비테이션이 발생하면 표면 압력 변동이 수 배로 커지므로 캐비테이션 제어가 곧 진동 대책입니다. 날개 수를 늘리면 기진 주파수가 높아지고 진폭이 줄지만 효율이 다소 떨어지는 교환 관계가 있습니다. 반류 분포가 기진력을 지배하므로 프로펠러만 바꿔서는 한계가 있고 선미 선형 개선이 근본 대책입니다. 베어링가진력은 프로펠러 날개가 만드는 추력·토크의 변동 성분이 축을 통해 선체로 전달되는 것이고, 표면가진력은 프로펠러 회전에 따른 압력장이 선체 외판에 직접 작용하는 것으로, 두 경로는 서로 독립적으로 계측하고 저감 대책도 다르게 세운다. 날개 수를 늘리면 기진 주파수가 높아지고 진폭이 줄지만 효율이 다소 떨어지는 교환 관계가 있다.
주의할 점
프로펠러기진력은 반류의 불균일도와 캐비테이션 발생 정도에 따라 크게 달라지므로 설계 단계의 예측치와 실선 계측치가 다를 수 있다. 프로펠러기진력은 반류의 불균일도와 캐비테이션 발생 정도에 따라 크게 달라지므로 설계 단계의 예측치와 실선 계측치가 다를 수 있다. 반류 분포가 기진력을 지배하므로 프로펠러만 바꿔서는 한계가 있고 선미 선형 개선이 근본 대책이 된다.