수조시험 (Towing Tank Test)
쉽게 풀면
작은 모형 배를 물탱크에서 끌어보며 성능을 재는 실험이다.
왜 중요한가
예인수조시험은 신조선의 속력 성능을 계약 전에 검증하는 표준 절차이므로, 조선소와 선주 사이의 성능 보증과 주기관 선정은 이 시험의 실선 환산 결과를 근거로 이루어집니다. 실무에서는 저항시험, 자항시험, 프로펠러 단독시험을 한 세트로 수행하며, 선형 개선 연구에서도 전산유체역학 결과의 검증 기준으로 수조 결과가 쓰입니다. 수조시험으로 추정한 실선 속력-마력 관계는 계약속력과 주기관 선정의 근거가 되므로, 초기 선형 설계 단계에서 선형 수정 여부를 결정하는 실질적 관문 역할을 합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
신조선 개발 초기 단계에서 저항시험을 통해 선형 후보안들의 저항성능을 비교하여 최적 선형을 선정한다.
모형시험 결과를 상사법칙에 따라 환산하면 실선의 성능을 상당히 정확하게 예측할 수 있음을 보여줍니다.
조금 더 깊게 보면
수조시험은 프루드수 상사만 만족하므로 결과를 실선으로 옮기려면 마찰저항 외삽과 상관계수 적용이라는 해석 단계를 거쳐야 하고, 이 단계의 가정에 따라 같은 시험 데이터에서 다른 실선 예측이 나올 수 있습니다. 또한 모형 표면의 층류를 강제로 난류로 바꾸는 난류촉진 장치의 유무, 수조 벽의 영향, 모형 크기 같은 시험 조건이 정확도를 좌우하므로 시험 기관 간 결과 차이는 드물지 않으며, 해상시운전과의 비교로 최종 확인됩니다. 자항시험은 저항시험과 달리 모형 프로펠러를 실제로 회전시켜 추력과 토크를 함께 계측하므로, 선체와 프로펠러 사이의 상호작용을 나타내는 반류계수와 추력감소계수를 구하는 유일한 실험 단계입니다. 프로펠러 단독시험은 프로펠러만 따로 예인하며 특성곡선을 얻어 자항시험 해석의 기준값으로 사용됩니다.
주의할 점
수조시험 결과를 실선으로 환산할 때는 축척효과를 고려한 상관식(ITTC 절차)을 적용해야 정확한 실선 성능을 예측할 수 있다.
수조시험이 CFD보다 항상 정확하다고 오해하기 쉬우나, 실제로는 축척효과와 계측오차를 동시에 지니는 물리실험으로서 CFD와 서로의 한계를 보완하는 관계에 가깝다.