조파저항 (Wave-Making Resistance)
쉽게 풀면
배가 지나가면서 파도를 만들어내는 데 쓰이는 힘이다.
왜 중요한가
조파저항은 선속이 오를수록 급격히 늘어 고속 컨테이너선과 여객선에서 동력 요구를 지배하므로, 구상선수 설계와 선수미 형상 최적화는 사실상 조파저항을 줄이는 작업입니다. 실무에서는 프루드수에 따라 조파저항이 파동적으로 변하는 험프와 홀로 구간을 피해 설계 속력을 정하며, 모형시험에서 잉여저항으로 측정된 값의 대부분이 조파저항입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
수치해석(포텐셜유동 패널법)을 이용해 다양한 선수 형상에 대한 조파저항계수를 비교하여 최적 형상을 선정한다.
배가 빨리 달릴수록, 물결을 만드는 데 쓰이는 에너지가 전체 저항 가운데 차지하는 비중이 크게 늘어난다는 것을 확인했다는 설명입니다.
조금 더 깊게 보면
조파저항은 선체가 만드는 선수파와 선미파, 그리고 어깨파가 서로 간섭한 결과이므로, 배수량을 늘려도 파의 위상이 잘 맞으면 저항이 줄 수 있고 반대로 형상을 매끄럽게 해도 간섭이 나쁘면 늘어날 수 있습니다. 선형 이론으로 경향은 잡을 수 있지만 쇄파와 점성 효과가 섞인 실제 파계는 비선형이라 정량 예측에는 실험이나 자유표면 전산유체역학이 필요합니다. 저속에서는 조파저항이 거의 없다고 보아도 되므로 감속 운항의 절감 효과가 큰 이유가 여기에 있습니다. 설계 프루드수 부근에서 조파저항이 국소적으로 줄어드는 골(hollow) 구간과 늘어나는 험프 구간이 교대로 나타나는 것은 선수파와 선미파의 위상 간섭 때문이며, 설계자는 이 골 구간에 설계속력을 맞추는 것을 목표로 한다. 저속에서는 조파저항이 거의 없다고 보아도 될 만큼 작아지므로, 최근 확산된 감속 운항이 연료 절감 효과가 큰 이유도 여기에 있다.
주의할 점
조파저항은 프루드수에 매우 민감하므로 설계속도가 조파저항이 급증하는 구간(허프변화점)에 놓이지 않도록 주의해야 한다.
조파저항은 프루드수에 매우 민감하므로 설계속도가 조파저항이 급증하는 구간(험프 구간)에 놓이지 않도록 주의해야 한다. 선형 이론으로 대략적 경향은 잡을 수 있지만 쇄파와 점성 효과가 섞인 실제 파계는 비선형적이라 정량적인 예측에는 모형시험이나 자유표면 전산유체역학이 필요하다.