자항시험 (Self-propulsion test)
한 줄 정의: 모형선에 프로펠러를 달아 스스로 나아가게 하며 추진 성능을 측정하는 시험입니다.
쉽게 풀면
저항시험이 프로펠러 없이 모형선을 끌면서 저항만 재는 것이라면, 자항시험은 모형선에 실제로 모형 프로펠러를 달고 회전시켜 스스로 달리게 하는 시험입니다. 이때 프로펠러의 회전수, 추력, 토크와 모형선의 속도를 함께 측정하면 선체와 프로펠러가 서로 어떤 영향을 주고받는지를 수치로 끌어낼 수 있습니다.
왜 중요한가
실선의 소요 마력을 예측하려면 저항만으로는 부족하고, 선체 뒤의 느려진 물속에서 프로펠러가 실제로 얼마나 일하는지를 알아야 합니다. 자항시험은 반류계수, 추력감소율, 상대회전효율을 얻는 유일한 표준 경로이며, 이 값들이 모여 준추진효율을 구성합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"자항시험으로부터 산출된 반류계수는 0.31, 추력감소율은 0.18이었으며, 이를 이용한 실선 마력 추정치는 시운전 결과와 2% 이내로 일치하였다."
조금 더 깊게 보면
모형은 실선보다 마찰저항 비중이 상대적으로 크기 때문에, 그 차이만큼 예인줄로 모형을 살짝 밀어 주는 마찰수정력을 가해 실선과 같은 하중 상태를 만듭니다. 측정 결과는 프로펠러단독시험 곡선과 대조해 추력 또는 토크 기준으로 프로펠러 작동점을 역산하며, 어느 쪽을 기준으로 하느냐에 따라 값이 조금 달라집니다. 최근에는 같은 시험을 전산유체역학 해석으로 대체하거나 보완하는 연구가 활발하지만, 검증 기준은 여전히 수조 시험 자료입니다.
주의할 점
모형 축척이 작으면 프로펠러 레이놀즈수가 너무 낮아져 날개 성능이 왜곡되므로, 최소 축척 기준을 지켜야 합니다. 저항만 측정하는 저항시험과 달리 이 시험은 선체·프로펠러 상호작용 자체가 측정 대상이라는 점이 다릅니다.