A Propeller Design Method with a New Blade Section : Applied to Container Ships

새로운 날개단면을 이용한 프로펠러 설계법 - 콘테이너선에 응용 -

A Propeller design method using the newly developed blade section(KH18), which behaves better cavitation characteristics, is presented. Experimental results for two-dimensional foil sections show that the lift-drag curve and the cavitation-free bucket diagram of the new blade section are wider comparing to those of the existion NACA sections. This characteristic of the new section is particularly important for marine propeller applications since angle of attack variation of the propeller blade operating behind a non-uniform ship's wake is relatively large. A lifting surface theory is used for the design of a propeller with the developed section for a 2700 TEU container ship. Since the most suitable chordwise loading shape is not known a priori, chordwise loading shape is chosen as a design parameter. Five propellers with different chordwise loading shapes and different foil sections are designed and tested in the towing tank and cavitation tunnel at KRISO. It is observed by a series of extensive model tsets that the propeller(KP197) having the chordwise loading shape, which has less leading edge loading at the inner radii and more leading edge loading at the outer radii of 0.7 radius, has higher propulsive efficiency and better cavitation characteristics. The KP197 propeller shows 1% higher efficiency, 30% cavitation volume reduction and 9% reduction of fluctuating pressure level comparing to the propeller with an NACA section. More appreciable efficiency gain for the new blade section propeller would be expected by reduction of expanded blade area considering the better cavitation characteristics of the new blade section.

캐비테이션 특성이 우수하고 추진효율이 높은 콘테이너선용 프로펠러를 설계하기 위하여 새로운 날개단면(KH18)을 이용한 프로펠러 설계법을 제안하였다. KH18 단면은 캐비테이션 초생곡선(Cavitation-free bucket diagram) 및 양력-항력곡선(Lift-drag curve)에서 폭이 넓어 불균일한 선미후류에서 작동되는 선박용 프로펠러의 날개 단면으로 적당하리라 판단되었다. 새로운 날개 단면을 이용한 콘테이너선의 프로펠러 설계를 위하여 양력면이론을 사용하였다. 프로펠러 설계시 코오드 방향 부하분포를 설계변수로 선택하여 5개의 프로펠러를 설계하였고, 단면 변화의 영향을 비교하기 위하여 NACA형 단면을 갖는 프로펠를 설계하여 예인수조 및 캐비테이션 터널에서 모형시험을 수행하였다. 모형시험 결과 코오드 방향 부하분포가 프로펠러 반경의 70% 내부에서는 날개 앞날의 부하가 적고 그 외부에서는 날개 앞날부하가 상대적으로 큰 코오드방향 부하분포를 갖는 프로펠러(KP197)가 NACA 단면을 갖는 프로펠러에 비하여 추진효율은 1% 향상되었고 캐비테이션 발생양은 30% 감소하였으며 선체변동압력은 9%감소하였다. 새로운 날개단면을 갖는 프로펠러의 캐비테이션 특성이 우수함을 고려하여 낱개 전개면적비를 감소시킨다면 더 많은 추진효율 증가를 기대할 수 있으리라 판단된다.