1.5 해양 분야 (2)

2023.03.10 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 1.5 해양 분야

1.5.3 엔진 부하 특성

선박 엔진은 기존의 프로펠러 또는 기어박스를 통해 워터젯을 구동합니다. 후자는 뒤쪽으로 물줄기를 보내는 밀폐형 펌프로 구성됩니다. 두 장치 모두 비압축성 물을 펌핑하기 때문에 동력 대 축 속도는 세제곱 법칙을 따릅니다. 프로펠러의 경우 선박 속도가 샤프트 속도를 결정합니다. 프로펠러의 블레이드 미끄러짐이 없는 경우, 이들은 특수하게 관련됩니다. 구동하는 엔진의 수가 변경됨에 따라 엔진 작동은 서로 다른 가능한 세제곱 법칙 사이를 이동하며, 더 적은 수의 프로펠러 구동과 유사한 미끄러짐이 발생할 수 있습니다. 엔진 개념 설계 단계에서 세제곱 법칙은 합리적인 가정일 수 있지만, 가능한 한 이른 시일 내에 프로펠러 또는 워터젯에 대한 실질적인 법칙을 제조업체로부터 얻어야 합니다. 주로 최저 속도 특성에 영향을 미치는 가변 피치 프로펠러가 자주 적용됩니다. 차트 1.7은 일반적인 변위 선체 선박에 필요한 동력 대 선박 속도를 나타냅니다. 하나 또는 두 개의 엔진이 구동되는 트윈 엔진, 트윈 프로펠러 선박에 대한 그래프가 표시되어 있습니다. 사용하지 않는 프로펠러의 항력으로 인해 하나의 샤프트를 구동할 때, 일정한 선박 속도를 유지하는 데 필요한 동력은 두 개의 샤프트일 때 보다 약 20% 더 높습니다. 워터젯의 경우, 차단문(blocker door)이 일반적으로 미사용 장치에 대해 닫혀 있기 때문에 이 같은 경우에는 적용되지 않습니다. 차트 1.7은 또한 엔진 출력 대 엔진 출력 회전수를 보여줍니다. 이것 또한 대략 세제곱 법칙을 따르며, 하나 또는 두 개의 엔진 구동에 대해 별도의 그래프를 보여줍니다. 또한, 결과적으로 엔진 속도 대 선박 속도의 특성이 표시되어 있습니다. 동력 대 선박 속도 및 동력 대 엔진 출력 속도에 대한 세제곱 법칙이 결합하여 엔진 출력 속도가 선박 속도에 정비례하게 됩니다. 그러나 하나의 엔진을 구동할 때 엔진 출력 속도는 주어진 선박 속도, 즉 프로펠러 속도를 얻기 위해서 적재된 프로펠러의 미끄러짐으로 인해 두 개보다 거의 20% 더 높습니다. 다중 엔진 선박용 가스 터빈을 설계할 때 이러한 다중 부하 특성을 고려해야 합니다.

 

 

1.5.4 CODAG, CODOG, COGAG 및 CODLAG 추진 시스템

그림 1.11은 위 시스템의 개략도를 나타냅니다.

 

. CODAG(COmbined Diesel And Gas turbine) 시스템에서 디젤 엔진은 저속 선박 속도에서 추진력을 제공하지만, 고속에서는 가스 터빈이 점화되어 세제곱 법칙에 따라 비교적 큰 추가 동력 요구 사항을 제공합니다.

. CODOG(COmbined Diesel Or Gas turbine) 시스템에서는 디젤 또는 가스 터빈만이 주어진 시간에 프로펠러 또는 워터 제트를 구동할 수 있도록 기어가 배열된 구성입니다.

. COGAG(COmbined Gas turbine And Gas turbine) 및 COGOG 시스템은 저속 선박에서는 소형 가스 터빈을 사용하고 고속 선박에서는 대형 엔진을 사용합니다.

. CODLAG(COmbined Diesel eLectric And Gas turbine) 시스템은 저속에서 전기 모터와 디젤 발전기를 사용합니다. 중요한 특징은 대잠수함 임무를 위해 저소음이라는 점입니다.

. IED(Integrated Electric Drive) 또는 FEP(Full Electric Propulsion)는 대형 해군 함정에 대한 중대한 연구 대상입니다. 해당 구성에서 가스 터빈은 발전기를 구동하면서 추진, 선박 서비스 또는 결정적으로 미래 무기 시스템에 전력을 제공합니다. 3600rpm의 일정한 출력 속도가 가능하지만, 기어박스 또는 새로운 고출력 주파수 변환기를 사용할 수도 있습니다. 이와 같은 전기 추진 장치는 오랫동안 상선에 사용되어 왔지만, 현재까지 가스 터빈 군함에는 적용되지 않았습니다.

 

 

1.5.5 호버크래프트 (식별자 1 및 2)

호버크래프트는 팬을 사용하여 사이드 스커트 아래에 압력을 유지하여 수면 위를 호버링하고 공기 프로펠러를 사용하여 추진력을 제공합니다. 추진에 필요한 동력 대비 제자리비행에 필요한 동력의 비율은 5:1에서 10:1 사이입니다. 차트 1.6에 나와 있는 것처럼 이러한 선박은 고속용으로 설계되었습니다. 호버크래프트는 일반적으로 대부분의 시간을 최대 속도로 운용되는 상업용 여객선 또는 상륙정과 같은 분야에 사용됩니다. 중요도에 따른 동력원에 대한 주요 기준은 다음과 같습니다.

 

(1) 저중량

(2) 좋은 고출력 SFC

(3) 좋은 부분 출력 SFC

 

출력은 10MW 이하로 디젤엔진이 실용적입니다. 디젤 엔진은 최고의 고출력 SFC를 가지고 있지만 가스 터빈은 가장 가벼운 무게를 가지고 있습니다. 결과적으로 두 동력 장치 유형이 모두 사용됩니다. 가스 터빈 구성은 자유 동력 터빈을 사용하여 무게를 최소화하기 위한 간단한 사이클의 형태로 구성됩니다. 통상적으로 1250K의 SOT 수준은 약 7:1의 압력 비율로 사용되며, 이와 같은 낮은 값은 부분적으로 현재 응용 분야에서 구형 엔진 설계 우세로 반영되고 있습니다.

 

1.5.6 단선체선(Monohull)형 순찰선 및 호화 요트(식별자 3 및 4)

해당 유형의 선박은 대부분의 시간을 저속으로 순항합니다. 출력 동력과 선박 속도의 세제곱 법칙 관계로 인해 대부분의 작동 시간은 출력 동력 비율이 매우 낮으며, 심지어 트윈 엔진 선박이 하나의 엔진으로만 순항하는 경우도 포함됩니다. 핵심 요구 사항은 우수한 부분 부하 SFC입니다. 이러한 특성과 작은 크기가 주어지게 된다면 디젤 엔진이 우세하게 됩니다.

 

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