[2009][04] innovative ship design - seoul national...
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2009 Spring, Innovative ship design
SDAL@Advanced Ship Design Automation Lab.http://asdal.snu.ac.krSeoul NationalUniv.
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al A
rchi
tect
ure
& O
cean
Eng
inee
ring
SDAL@Advanced Ship Design Automation Lab.http://asdal.snu.ac.krSeoul NationalUniv.
Innovative Ship Design-Main engine selection-
March 2009Prof. Kyu-Yeul Lee
Department of Naval Architecture and Ocean Engineering,Seoul National University of College of Engineering
학부4학년 교과목“창의적 선박설계(Innovative ship design)”강의 교재
[2009][04]
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Selection of Main Engine(주기관 선정)
2009.03.01서울대학교 조선해양공학과
이규열
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선박 개념 설계의 순서
선주 요구 조건(owner’s requirements)
유사 실적선 자료 조사
관련 rules & regulation 검토
주요 치수 선정- 배수량 추정 -
경하 중량(lightweight) 추정
저항 및 마력 추정/주기관 선정- 저항 성능 추정, 프로펠러 주요 치수 선정 -
초기 복원 성능(stability) 추정 개략 일반 배치(Sketch G/A 작성)
개략 선형 및 선박 제 계산
견적 물량 및 견적가 산정
Technical documents 작성
화물창 용적(cargo capacity) 추정
건현(freeboard) 계산
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(Review) 주기관 마력 추정
프로펠러
프로펠러 축
디젤엔진
배의 저항 (RT(v))
배의 속력 (v)
BHP
DHP
vvREHP T ⋅= )(
( : 추진효율)Dη
( : 축전달 효율)Tη
D
EHPDHPη
=
T
DHPBHPη
=
① EHP (Effective Horse Power)
② DHP (Delivered Horse Power)
③ BHP (Brake Horse Power)
④ NCR (Normal Continuous Rating)
⑤ DMCR (Derated Maximum Continuous
Rating)
)100Margine Sea1( += BHPNCR
Engine MarginNCRDMCR =
(In Calm Water)
⑥ NMCR (Nominal Maximum Continuous
Rating)
Derating rateDMCRNMCR =
L3
L4
L1
L2
MCR
DHP
Engine margin S = 90% of M
Sea margin 15% of P
70% 75% 80% 85% 90% 95% 100%105%110%40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%Power, % of L1
Engine speed, % of L1
( NMCR)
derated
NMCR-> MCR : Derated MCR
NCR
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프로펠러 주요치수 결정- Given & Find(1)
말 1마리로짐을실은마차를최대속력으로이끌기위한마차바퀴의설계
•말 1마리 = 주어진주기관
•바퀴의마찰력 = 선박의저항
•바퀴의설계 = 프로펠러의설계
•최대속력 = 선박의최대속력
•바퀴의직경 = 프로펠러주요치수
Given Find
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프로펠러 단독 성능 곡선(Propeller Open Water Curve – POW curve)
TP
KDn
T=
⋅⋅ 42ρ QPK
DnQ
=⋅⋅ 52ρ
TP
KDn
T=
⋅⋅ 42ρ
QP
KDn
Q=
⋅⋅ 52ρ
기하학적으로 상사
모형의 프로펠러실선의 프로펠러
( )JKK QT ,,
동역학적 상사
->동일한 무차원 계수P
A
DnvJ⋅
=
)1( wvvA −⋅=
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프로펠러 단독 성능 곡선(Propeller Open Water Curve – POW curve)
J
어느 면적비와 날개 수에서 모형 프로펠러의
여러 피치비 (Pi/DP)에 대한
2A T
oQ
T V KJDHP K
ηπ
⋅= = ⋅
TP
KDn
T=
⋅⋅ 42ρ
① 추력 계수 :
QP
KDn
Q=
⋅⋅ 52ρ
② 토오크 계수 :
④ 프로펠러 단독 효율
P
A
DnvJ⋅
=
③프로펠러 전진비 :
vwTQ
nPDiP
: 배의 속력 [m/s]
: 반류 계수
: 프로펠러가 내는 Thrust[kN]
: 프로펠러가 엔진으로부터흡수한 Torque [kN·m]
: 디젤엔진 회전수 [1/s]
: 프로펠러 직경 [m]
: 프로펠러 피치 [m]
)1( wvvA −⋅=
0, ,T QK K η
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프로펠러단독성능곡선의회귀해석식
s(J)
t(Pi /DP)
u v(z)
s(J)
t(Pi /DP)
u v(z)
+0.00880496-0.204554+0.166351+0.158114-0.147581-0.481497
010020
001201
000011
000000
+0.00379368+0.00886523
-0.032241+0.00344778-0.0408811-0.108009
021001
001211
000011
000000
)/( oE AA
TK QK
vutsC ,,, )/( oE AA
vutsC ,,,
해석 결과를 수식으로 표현
(전진비, 피치비, 전개 면적비, 날개수의 함수)
, , , ( ) ( / ) ( / )s t u v
T Q s t u v i P E OK and K C J P D A A z=∑
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저항추진 성능, 프로펠러 주요치수 결정, 주기관 선정 과정 요약
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저항추진 성능, 프로펠러 주요치수 결정, 주기관 선정 과정 요약-목적: 설계선 주기관의 마력(BHP)과 회전수를 결정
설계선(design ship) 요구 조건
주요 치수, Cb, Lcb, Cm, Vs(Fn) 선정
경험적 방법(예, Holtrop & Mennen)에 의한저항, 자항 요소 추정
(Cw, k, w, t, ηR)
Correction factor를 적용하여최종 저항, 자항 요소 추정 모형 시험 결과와 경험적 방법에 의한
결과로부터 correction factor 계산
기준선(parent ship)
설계선과 동일한 Fn을 갖는 기준선에 대해주요 치수, Cb, Lcb, Cm, Vs(Fn) 선정
모형 시험(model test)으로부터저항, 자항 요소(Cw, k, w, t, ηR) 계산
경험적 방법(예, Holtrop & Mennen)에 의한저항, 자항 요소 추정
주기관(M/E) 가정
프로펠러 Diameter(Dp) 추정
주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산(for maximum η0 at J)
Stage1
설계선의 주기관 Derating Point 확정
프로펠러주요치수결정문제 (최적화문제)
Given Dp[m], AE/Ao , z; v[m/s]; RT(v)[kN]
Find P[kW], n[1/s], Pi[m]
주기관 변경
NoYes프로펠러주요치수결정문제 (최적화문제)
Given z; P[kW],n[1/s]; RT(v)[kN],Find Dp[m], Pi[m], AE/Ao; v[m/s]
주어진프로펠러에서속력-마력-회전수결정Stage3
설계선의 Derating Point가 결정되었으므로설계선 프로펠러의 최적 주요치수를 결정
Stage2
속력-마력-회전수결정 (비선형방정식)Given Dp[m], Pi[m], AE/Ao, z; v[m/s]; RT(v)[kN]Find P[kW], n[1/s] 10/55
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프로펠러 Diameter 추정
MCRP
MCRn
L1: NMCR(Nominal Maximum Continuous Rating)
기준선 디젤엔진의 MCR(PMCR) 및이 때의 rpm(nMCR)을 프로펠러Dp 추정을 위한 입력값으로 사용
0.2
13
1
15.4
1 for 5 blades, 1.05 for 4 blades
MCRp
MCR parent ship
PD cn
c
= × ×
=
프로펠러 Dp 추정식
1차로 기준선의 값을 사용한다.
기준선의 값이 주어지지 않은
경우에는 다음과 같이 추정한다.
기준선 마력 곡선
프로펠러가 흡수하는 마력 :
디젤엔진이 내는 마력 :
nP ED ∝..
3. nPprop ∝
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산- for maximum η0 at J
Given
P [kW] : 디젤엔진이 프로펠러에 전달하는 마력
n [1/s] : 프로펠러 회전수
RT(v) [kN] : 선박의 속력에 따른 저항
z : 프로펠러 날개수
Find
DP [m] : 프로펠러 직경 (기준선)
Pi [m] : 프로펠러 피치
AE/AO : 프로펠러 전개 면적비
v [m/s] : 배의 속력
주기관(M/E) 가정
프로펠러 Diameter(Dp) 추정
주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산(for maximum η0 at J)
Stage1
설계선의 주기관 Derating Point 확정
주기관 변경
NoYes
주어진프로펠러에서속력-마력-회전수결정Stage3
설계선의 Derating Point가 결정되었으므로설계선 프로펠러의 최적 주요치수를 결정
Stage2
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산
조건식1 : 디젤엔진이 전달한 Torque를 프로펠러가 흡수하는 조건
2 5 (1)2 P Q
P n D Kn
ρπ
= ⋅ ⋅ ⋅
디젤엔진이
전달한 Torque
프로펠러가
흡수하는 Torque=
Find
DP [m],
Pi [m] ;
AE/AO, v [m/s];Given
P [kW] , n [1/s]
RT(v) [kN]z ;
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산
조건식2 : 배가 어떤 속력에서 요구하는 추력을 프로펠러가 내야 하는 조건
배가 어떤 속력을
내기 위해
필요한 추력
프로펠러가
내야 하는 추력=
2 4 (2)1
TP T
R n D Kt
ρ= ⋅ ⋅ ⋅−
14/55
Find
DP [m],
Pi [m] ;
AE/AO, v [m/s];Given
P [kW] , n [1/s]
RT(v) [kN]z ;
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산- for maximum η0 at J
조건식1 : 디젤엔진이 전달한 토오크를
프로펠러가 흡수하는 조건
QP KDnnP
⋅⋅⋅= 522
ρπ
조건식2 : 배가 어떤 속력에서 필요로 하는 추력을
프로펠러가 내야 하는 조건
3개의 미지수
2개의 등식
비선형 최적화 문제
목적 함수 : Find Maximum η0
2A T
oQ
T V KJDHP K
ηπ
⋅= = ⋅
비선형 최적화 문제를 풀어 설계선의
주기관 마력(P) 및 회전수(n)를 계산할 수 있다.P
n
MCRparent ship
기준선 마력 곡선
DHP
설계선 마력 곡선
이때 계산한 마력은 프로펠러에 전달된 마력, 즉 DHP이다.
TPT KDnt
R⋅⋅⋅=
−42
1ρ
최적화방법
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Find
DP [m],
Pi [m] ;
AE/AO, v [m/s];Given
P [kW] , n [1/s]
RT(v) [kN]z ;
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Maximize
Subject to
Q
TO K
KJ⋅=
πη
2
Find
, / ; ;P E O TD A A v R
Where,
미지수 3개, 등호 제약 조건 2개인 최적화 문제
Given
(1 )
( , / )
( , / )
A
P
AT i P
P
AQ i P
P
T v v wJDHP n D
vK f J P DnDvK f J P D
nD
⋅ −= =
⋅
= =
= =
P[kw]: 프로펠러전달마력n[1/s]: 프로펠러회전수DP[m]: 프로펠러직경Pi[m]: 프로펠러피치AE/AO: 프로펠러날개면적비v[m/s]: 선속ηO: 프로펠러효율
; ,iP n P
[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정
QP KDnnP
⋅⋅⋅= 522
ρπ : 주기관이전달한토오크를프로펠러가흡수하는조건
최적화방법
TPT KDnt
R⋅⋅⋅=
−42
1ρ
:배가어떤속력에서필요로하는추력을프로펠러가내야하는조건
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정
0( , ) (c)2T
iQ
KJF P nK
ηπ
= = ⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅
: 주기관 전달마력을 프로펠러가흡수하는 조건
프로펠러단독 효율( )은0η
목적함수 F는 와 n의 함수이며 따라서식 (a),(b)를만족하면서단독 효율이최대가 되는프로펠러피치비( )와전진비(J), 그리고 P를구하는 최적화문제가 됨
2 5 2 P Q
P n D Kn
ρπ
= ⋅ ⋅ ⋅
iPPi DP /
최적화방법
2 4
1T
P TR n D K
tρ= ⋅ ⋅ ⋅
−: 배가어떤속력에서필요로하는추력을프로펠러가내야하는조건
2 51( , , ) =0 (a)2i P Q
PG P n P n D Kn
ρπ
= − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
2 42 ( , ) 0 ( )1
Ti P T
RG P n n D K bt
ρ= − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅⋅ ⋅−
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정
1 1 2 2( , , ) ( , ) ( , , ) ( , ) (d )i i i iH P n P F P n G P n P G P nλ λ= + ⋅ + ⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅함수 H가 최소가 되는의 상점을구하기 위해 을 구하면다음과 같다.
2 5 2 41 22
{( ) ( ) }( ) ( ) (e)
2
QTQ T
Qi i TP P
i Q i i
KK K K KP P KH J n D n DP K P P
λ ρ λ ρπ
∂∂⋅ − ⋅
∂∂ ∂ ∂∂= ⋅ + ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
∂ ∂ ∂
2 5
1
0 (h)2 P Q
H P n D Kn
ρλ π∂
= − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅⋅ ⋅∂
최적화방법
11 0 (g)
2HP n
λπ
∂= ⋅ = ⋅⋅⋅⋅ ⋅
∂ ⋅ ⋅ 식 5개 ((e),(f),(g),(h),(i)), 미지수 5개( )의연립 비선형방정식
1 2, , , ,iP n P λ λ
0( , ) (c)2T
iQ
KJF P nK
ηπ
= = ⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅
2 51( , , ) (a)2i P Q
PG P n P n D Kn
ρπ
= − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
2 42 ( , ) ( )1
Ti P T
RG P n n D K bt
ρ= − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅−
5 2 512 2
4 2 52
{( ) ( ) }1 ( 2 )2 2 2
( 2 ) 0 (f)
QTQ T
QTP Q P
Q Q
TP T P
KK K K KKH J J Pn n n D K n Dn n K K n n
Kn D K n Dn
λ ρ ρπ π π
λ ρ ρ
∂∂⋅ − ⋅ ∂∂ ∂ ∂ ∂= ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ − − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅
∂ ∂ ⋅ ⋅ ∂
∂+ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅
∂
2 4
2
0 (i)1
TP T
RH n D Kt
ρλ∂
= − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅⋅ ⋅∂ −
Lagrange function을 구성하기 위해 λ1, λ2를 도입하면, (a), (b), (c) 로 부터
( )1 2, , , , 0iH P n P λ λ∇ =
=> 수치적방법으로해를구할수있다
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산- for maximum η0 at J
조건식1 : 디젤엔진이 전달한 토오크를
프로펠러가 흡수하는 조건
2 5 (1)2 P Q
P n D Kn
ρπ
= ⋅ ⋅ ⋅ 조건식2 : 배가 어떤 속력에서 필요로 하는 추력을
프로펠러가 내야 하는 조건
3개의 미지수
2개의 등식
비선형 부정방정식
목적 함수 : Find Maximum η0
Q
To K
KJ⋅=
πη
2초기값을 가정한 뒤, 반복계산을 통해 조건을 만족하고
목적함수를 최소로 하는 주기관 마력(P) 및 회전수(n)를
계산할 수 있다.
P
n
MCRparent ship
기준선 마력 곡선
DHP
설계선 마력 곡선
2 4 (2)1
TP T
R n D Kt
ρ= ⋅ ⋅ ⋅−
수계산방법
이때 계산한 마력은 프로펠러에 전달된 마력, 즉 DHP이다.
19/55
Find
DP [m],
Pi [m] ;
AE/AO, v [m/s];Given
P [kW] , n [1/s]
RT(v) [kN]z ;
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산- for maximum η0 at J
2 5 (1)2 P Q
P n D Kn
ρπ
= ⋅ ⋅ ⋅ 2 4 (2)1
TP T
R n D Kt
ρ= ⋅ ⋅ ⋅−
수계산방법
Pi를 어떤 값으로 가정해 보자.
식 (1)과 (2)는 미지수가 P와 n 이므로 풀 수 있는 문제 이다.
P
A
DnvJ⋅
= AP
vnJ D
=⋅
이므로, 로 바꾸어 표현하면 (2)식을 J에 대한 함수로 표현할 수 있다.
22
222
2
424 )1()1(1
)1(JCJ
vDtR
vDJ
DtR
nDtRK
AP
T
A
P
P
T
P
TT =−
=
⋅⋅
−=⋅
−=
ρρρ
문제를 좀 더 깔끔하게 풀기 위해 다음과 같이 식을 바꿔서 표현 해보자.
모두 주어진 값 이므로 상수로 표현
22TK C
J=즉,
20/55
Find
DP [m],
Pi [m] ;
AE/AO, v [m/s];Given
P [kW] , n [1/s]
RT(v) [kN]z ;
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 – 수계산 방법- for maximum η0 at J
1 속력 v 가 주어짐
2 조건식2를 의 형태로 표현21JCKT =
조건식2 2 4 ,1
TP T
R n D Kt
ρ= ⋅ ⋅ ⋅− P
A
DnvJ⋅
=
22 2
24 2 4 2 2
1 ,(1 ) (1 ) (1 )
T T P TT
P P A P A
R R J D RK J C Jt D n t D v t D vρ ρ ρ
⋅= ⋅ = ⋅ = = − − −
A
P
vnJ D
⇒ =⋅
2 2 2(1 )T
P A
RCt D vρ
=−
수계산방법
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 – 수계산 방법- for maximum η0 at J
3 프로펠러 단독성능 곡선을 이용하여 어떤 피치비 (Pi/Dp)1 에서KT 곡선의 교점(J1,KT1)을 구하고, 그때의 J1에 대하여 KQ1와 η01 을 구한다.
피치비를 바꿔 가면서 위의 과정을 반복한다.
1TK
Oη
22 JcKT ⋅=
1J
.1Oη
J
OTK η,
수계산방법
1QK
at (Pi/Dp)1
1QK
1TK
Pi /DP J η0 KT KQ(Pi /DP)1 J1 η01 KT1 KQ1
(Pi /DP)2 J2 η02 KT2 KQ2
(Pi /DP)3 J3 η03 KT3 KQ3
J
KT
22/55
J1
ηO1
KT3 at (Pi/Dp)3
KT2 at (Pi/Dp)2KT1 at (Pi/Dp)1
J2
ηO2
J3
ηO3
22TK c J= ⋅
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 – 수계산 방법- for maximum η0 at J
3 피치비를 바꿔 가면서 구한 KT, KQ, η0중에서
최대 효율(η0,max)을 내는 Jx와 그 때의 피치비 (Pi/Dp)x 를 구함.
수계산방법
23/55
Pi /DP J η0 KT KQ
(Pi /DP)1 J1 η01 KT1 KQ1
(Pi /DP)x Jx η0x KTx KQx
(Pi /DP)2 J2 η02 KT2 KQ2
(Pi /DP)3 J3 η03 KT3 KQ3
J
KT
J1
ηO1
KT3
KT2 KT1
at (Pi/Dp)xKT.x
KQ.x at (Pi/Dp)x
at (Pi/Dp)1
J2
ηO2
JX J3
ηO32
2 JcKT ⋅=
ηO,max
at (Pi/Dp)2
at (Pi/Dp)3
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 – 수계산 방법- for maximum η0 at J
Ax
P x
vnD J
=⋅
4 단계 3에서 구한 Jx를 이용해 nx을 구함
P
A
DnvJ⋅
=
5 조건식 1과 단계 3에서 구한 를 이용해 Px를 구함
3 5.2x P Q xP n D Kπ ρ= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
수계산방법
QP KDnnP
⋅⋅⋅= 522
ρπ
.Q xK
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[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산- for maximum η0 at J
P
n
T
DHPBHPη
=
)100/.1( MSBHPNCR +=
MENCRMCR ./=
3
3cNCRnNCR =
3
3cMCRnMCR =
MCRparent ship
NCRMCR
기준선 마력 곡선
설계선 마력 곡선Tη : 프로펠러축효율
Engine Margine
보통 10%
NCRn MCRn3
3P c n= ⋅
프로펠러 측면에서 요구하는 P, n을 이용하여 설계선의 NCR, MCR을
계산하고 NCR과 MCR이 디젤 엔진의 작동범위 내에 있는지 판단할 수 있다.
DHP
디젤 엔진의 작동 범위 안에 있지 않으면,
주기관을 다시 선정한다.
최적화 결과로서 DHP가 결정됨.
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프로펠러의 설계점이 G1이 되어야 하는 이유
: Sea Margin을 고려
[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산-디젤엔진의 부하범위와 프로펠러와의 Matching M : Maximum continuous rating (DMCR 또는 MCR)S : Normal continuous rating (NCR)
G1, G2 : Propeller design point곡선 : 신조시 선박의 저항을 기준으로 한 프로펠러의 마력-회전수곡선(light running)곡선 : Sea margin을 고려한 선박 저항 증가시 프로펠러의 마력-회전수 곡선(heavy running), 회전수의 3승에 비례직선 : 연소시 풍부한 공기 공급이 가능하고 최대 토오크/회전수에대한 한계를 나타내는 직선, 회전수의 2승에 비례직선 : 연속 작동이 허용되는 최대 평균 유효 압력 직선, 회전수의 1승에 비례직선 : 연속 작동에 대한 최대 마력 직선직선 : 연속 작동에 대한 최대 회전수 직선
L3
L4
L1
L2
70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% 105% 110%40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
Power, % of L1
Engine speed, % of L1
5% L1
5% M3.3% M
M
S
G1
Heavy running
Light running
Engine margin S = 90% of M
mep
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
64%
MCR
NCR
디젤 기관의 연속 작동 범위MCR이 결정되면 작동 범위가 결정된다.
nNCR nMCR
G2
Sea margin of G2
③
프로펠러가 흡수하는 마력 :
디젤엔진이 내는 마력 :
nP ED ∝..
3. nPprop ∝
만일 점 S에서 프로펠러를 설계하면, 신조시 직선② 위에서 프로펠러가 동작 한다.
그러나 시간이 지나 선박의 저항이 증가하면직선③ 위에서 프로펠러가 동작하며, 이는 NCR에 해당하는 마력을 프로펠러가 흡수하는 점 S’이디젤기관의 연속 동작 범위에서 벗어남을 의미한다.
S’
33
53
max,
2 ncKDnVsRP QPRHO
T ⋅=⋅⋅⋅⋅=⋅⋅
⋅= ρπ
ηηη
점 G1에서 프로펠러를 설계하면,신조시 직선① 위에서 프로펠러가 동작 한다.
시간이 지나 선박의 저항이 증가하면직선② 위에서 프로펠러가 동작하며, 이는 NCR에 해당하는 마력을 프로펠러가 흡수하는 점 S가디젤기관의 연속 동작 범위 내에 있음을 의미한다.
프로펠러의 설계점(G1)
NCRED PP =.
MCRnn =
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[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정- for maximumη0 at J
Given
P [kW] : 디젤엔진이 프로펠러에 전달하는 마력(NCR)
n [1/s] : 프로펠러 회전수 (MCR에서의 회전수)
RT(v) [kN] : 선박의 속력에 따른 저항
z : 프로펠러 날개수
FindDP [m] : 프로펠러 직경
Pi [m] : 프로펠러 피치
AE/AO : 프로펠러 전개 면적비
v [m/s] : 배의 속력
프로펠러의 설계점
주기관(M/E) 가정
프로펠러 Diameter(Dp) 추정
주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산(for maximum η0 at J)
Stage1
설계선의 주기관 Derating Point 확정
주기관 변경
NoYes
주어진프로펠러에서속력-마력-회전수결정Stage3
설계선의 Derating Point가 결정되었으므로설계선 프로펠러의 최적 주요치수를 결정
Stage2
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[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정- 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우
조건식3 : Cavitation (공동현상)이 발생하지 않는 최소 면적비 조건은 다음 두 가지 조건식 중
하나를 선택하여 구할 수 있다.
( )( )vPOE pghpD
TzKAA−+⋅⋅+
+≥*
02
3.03.1/ρ
① Keller의 최소면적비 경험식
또는 ② Burrill의 최소면적비 경험식 을 사용한다.
)]/229.0067.1(})/1(826.41/[{))/1/((/ 220 DPJJFAA iOE ⋅−⋅+⋅≥ η
625.0
25.12
)18.10(4.287 hvBF APR+⋅⋅
=η
5.25.0 / AP vPnB ⋅= )1( wvvA −⋅=
P0-Pv = 99.047 kN/m2 at 15℃ Sea water
h* : 축 침수 깊이
K : 단추진 = 0.2, 쌍추진 = 0~0.1
h : Shaft Center height (height form base line)
∇*h
h흘수
Find
PNCR[kW],
Pi [m], AE/AO ; v [m/s]
Given
Dp [m] ,
nMCR [1/s]; RT(v) [kN]z ;
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[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정 - for maximum η0 at J
조건식1 : 디젤엔진이 전달한 토오크를
프로펠러가 흡수하는 조건
QP KDnnP
⋅⋅⋅= 522
ρπ
조건식2 : 배가 어떤 속력에서 필요로 하는 추력을
프로펠러가 내야 하는 조건
TPT KDnt
R⋅⋅⋅=
−42
1ρ
Find
PNCR[kW],
Pi [m], AE/AO ; v [m/s]
Given
Dp [m] ,
nMCR [1/s]; RT(v) [kN]z ;4개의 미지수
비선형 최적화 문제
목적 함수 : Find Maximum η0
Q
To K
KJ⋅=
πη
2 조건식3 : Cavitation (공동현상)이 발생하지 않는최소 면적비 조건
( )( )vPOE pghpD
TzKAA−+⋅⋅+
+≥*
02
3.03.1/ρ
2개의 등식과
1개의 부등호 제약조건
비선형 최적화 문제를 풀어
프로펠러의 직경(Dp) 및 피치비(Pi), 전개면적비(AE/AO)를
계산할 수 있다.
최적화방법
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Maximize
Q
TO K
KJ⋅=
πη
2
Find , ;P iD P v
Where,
미지수 3개, 등호 제약 조건 2개인 최적화 문제
Given / , ; , ; ( )E O TA A z P n R v
[Stage 2] 프로펠러의 최적 주요 치수 결정- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정
최적화방법
Subject toQP KDnn
P⋅⋅⋅= 52
2ρ
π : 주기관이전달한토오크를프로펠러가흡수하는조건
TPT KDnt
R⋅⋅⋅=
−42
1ρ
:배가어떤속력에서필요로하는추력을프로펠러가내야하는조건
(1 )
( , / )
( , / )
P
AT i P
P
AQ i P
P
v wJn D
vK f J P DnDvK f J P D
nD
−=
⋅
= =
= =
P[kw]: 프로펠러전달마력n[1/s]: 프로펠러회전수DP[m]: 프로펠러직경Pi[m]: 프로펠러피치AE/AO: 프로펠러날개면적비v[m/s]: 선속ηO: 프로펠러효율
문제를간단히하기위하여전개면적비가주어졌다고가정
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[Stage 2] 프로펠러의 최적 주요 치수 결정- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정
0( , , ) (c)2T
P iQ
KJF D P vK
ηπ
= = ⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅
: 주기관 전달마력을 프로펠러가흡수하는 조건
프로펠러단독 효율( )은0η
목적함수 F는 와 v, DP의함수이며 따라서식 (a),(b) 를만족하면서 단독효율이 최대가되는프로펠러피치( )와 직경 (DP), 그리고 속도(v)를구하는 최적화문제가 됨
2 5 2 P Q
P n D Kn
ρπ
= ⋅ ⋅ ⋅
iP
최적화방법
2 4
1T
P TR n D K
tρ= ⋅ ⋅ ⋅
−: 배가어떤속력에서필요로하는추력을프로펠러가내야하는조건
2 51( , , ) (a)2P i P Q
PG D P v n D Kn
ρπ
= − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
2 42 ( , , ) ( )1
TP i P T
RG D P v n D K bt
ρ= − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅−
iP
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[Stage 2] 프로펠러의 최적 주요 치수 결정- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정
1 1 2 2( , , ) ( , , ) ( , , ) ( , , ) (d )P i P i P i P iH D P v F D P v G D P v G D P vλ λ= + ⋅ + ⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅함수 H가 최소가 되는의 상점을구하기 위해 을 구하면다음과 같다.
2 5 2 41 22
{( ) ( ) }( ) ( ) (e)
2
QTQ T
Qi i TP P
i Q i i
KK K K KP P KH J n D n DP K P P
λ ρ λ ρπ
∂∂⋅ − ⋅
∂∂ ∂ ∂∂= ⋅ + ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
∂ ∂ ∂
최적화방법
2 4 2 512
3 2 42
{( ) ( ) }1 ( 5 )
2 2
( 4 ) 0 (f)
QTQ T
p p QTP Q P
p p Q Q p
TP T P
P
KK K KD D KKH J J n D K n D
D D K K DKn D K n DD
λ ρ ρπ π
λ ρ ρ
∂∂⋅ − ⋅
∂ ∂ ∂∂ ∂= ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅
∂ ∂ ∂
∂+ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅
∂
Lagrange function을 구성하기 위해 λ1, λ1, u를 도입하면, (a), (b), (c) 로 부터
( )1 2, , , , 0P iH D P v λ λ∇ =
2 512
2 42
{( ) ( ) }1 ( )2 2
( ) 0 (g)
QTQ T
QTP
Q Q
TP
KK K K KKH J J v v n Dv v K K v
Kn Dv
λ ρπ π
λ ρ
∂∂⋅ − ⋅ ∂∂ ∂ ∂ ∂= ⋅ ⋅ + ⋅ + ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅
∂ ∂ ∂
∂+ ⋅ − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅⋅ ⋅
∂32/55
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[Stage 2] 프로펠러의 최적 주요 치수 결정- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정
1 1 2 2( , , ) ( , , ) ( , , ) ( , , ) (d )P i P i P i P iH D P v F D P v G D P v G D P vλ λ= + ⋅ + ⋅ ⋅⋅⋅ ⋅ ⋅함수 H가 최소가 되는의 상점을구하기 위해 을 구하면다음과 같다.
2 5
1
0 (h)2 P Q
H P n D Kn
ρλ π∂
= − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅⋅ ⋅∂
최적화방법
식 5개 ((e),(f),(g),(h),(i)), 미지수 5개( )의연립 비선형방정식
1 2, , , ,iP n P λ λ
2 4
2
0 (i)1
TP T
RH n D Kt
ρλ∂
= − ⋅ ⋅ ⋅ = ⋅⋅⋅⋅ ⋅∂ −
Lagrange function을 구성하기 위해 λ1, λ1, u를 도입하면, (a), (b), (c) 로 부터
( )1 2, , , , 0P iH D P v λ λ∇ =
=> 수치적방법으로해를구할수있다
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[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정
조건식1 : 디젤엔진이 전달한 토오크를
프로펠러가 흡수하는 조건
QP KDnnP
⋅⋅⋅= 522
ρπ
조건식2 : 배가 어떤 속력에서 필요로 하는 추력을
프로펠러가 내야 하는 조건
TPT KDnt
R⋅⋅⋅=
−42
1ρ
4개의 미지수
비선형 부정방정식 문제
목적 함수 : Find Maximum η0
Q
To K
KJ⋅=
πη
2 조건식3 : Cavitation (공동현상)이 발생하지 않는최소 면적비 조건
( )( )vPOE pghpD
TzKAA−+⋅⋅+
+≥*
02
3.03.1/ρ
2개의 등식과
1개의 부등호 제약조건
반복 계산을 통해 목적함수를 최대화 하는
프로펠러의 직경(Dp) 및 피치비(Pi), 전개면적비(AE/AO)를
계산할 수 있다. (수계산 방법)
수계산방법
Find
PNCR[kW],
Pi [m], AE/AO ; v [m/s]
Given
Dp [m] ,
nMCR [1/s]; RT(v) [kN]z ;
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[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정
2 5 (1)2 P Q
P n D Kn
ρπ
= ⋅ ⋅ ⋅ 2 4 (2)1
TP T
R n D Kt
ρ= ⋅ ⋅ ⋅−
수계산방법
AE/Ao와 v를 어떤 값으로 가정해 보자.
식 (1)과 (2)는 미지수가 DP와 Pi 이므로 풀리는 문제 이다.
P
A
DnvJ⋅
= 이므로, 로 바꾸어 표현하면 (1)식을 J에 대한 함수로 표현할 수 있다.
문제를 좀 더 깔끔하게 풀기 위해 다음과 같이 식을 바꿔서 표현 해보자.
모두 주어진 값 이므로 상수로 표현
즉,
Find
PNCR[kW],
Pi [m], AE/AO ; v [m/s]
Given
Dp [m] ,
nMCR [1/s]; RT(v) [kN]z ;
1
A P
nJv D
=
51
55
25
353 221
2JCJ
vnP
vnJ
nP
DnPK
AAPQ =
⋅=
⋅=⋅=
ρπρπρπ 15QK C
J=
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[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정- 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우
1 전개 면적비 가정)/( oE AA
2 속력 v 가정
3 조건식1을 의 형태로 표현51JCKQ =
E
O
AA : 원판의 면적(πDP2/4)
: 프로펠러의 전개 면적
조건식1 2 5 ,2 P Q
P n D Kn
ρπ
= ⋅ ⋅ ⋅P
A
DnvJ⋅
=
5 25 5
13 5 3 5
1 ,2 2 2Q P A A
P P nJ P nK J C Jn D n v vπ ρ π ρ π ρ
⋅= ⋅ = ⋅ = =
1
A P
nJv D
⇒ =
2
1 52 A
P nCvπ ρ
⋅=
수계산방법
설계선의 전개면적비는 기준선의 전개면적비와 같다고 가정한다.
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[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정- 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우
4 프로펠러 단독성능 곡선을 이용하여 어떤 피치비 (Pi/Dp)1 에서KQ 곡선의 교점(J1,KQ1)을 구하고, 그때의 J1에 대하여 KT1와 η01 을 구한다.
피치비를 바꿔 가면서 위의 과정을 반복한다.
1TK
Oη
51QK c J= ⋅
1J
.1Oη
J
,Q OK η
수계산방법
1QK at (Pi/Dp)11QK
1TK
J
KQ
J1
ηO1
KQ3 at (Pi/Dp)3
KQ2 at (Pi/Dp)2KQ1 at (Pi/Dp)1
J2
ηO2
J3
ηO3
51QK c J= ⋅
37/55
Pi /DP J η0 KT KQ
(Pi /DP)1 J1 η01 KT1 KQ1
(Pi /DP)2 J2 η02 KT2 KQ2
(Pi /DP)3 J3 η03 KT3 KQ3
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[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정- 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우
4 피치비를 바꿔 가면서 구한 KT, KQ, η0중에서
최대 효율(η0,max)을 내는 Jx와 그 때의 피치비 (Pi/Dp)x 를 구함.
수계산방법
38/55
Pi /DP J η0 KT KQ
(Pi /DP)1 J1 η01 KT1 KQ1
(Pi /DP)x Jx η0x KTx KQx
(Pi /DP)2 J2 η02 KT2 KQ2
(Pi /DP)3 J3 η03 KT3 KQ3
J
KTKQηO
J1
ηO1
Jx
KQ3
KQ2
KQ1
at (Pi/Dp)xKQ.x
KTx at (Pi/Dp)x
at (Pi/Dp)1KT.x
KQ.x
J3
ηO3 51QK c J= ⋅
ηO,max
at (Pi/Dp)2
ηO,max
at (Pi/Dp)3
J2
ηO2
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[Stage 2] 프로펠러 최적 주요치수 결정 방법
.A
P xx
vDn J
=⋅
7 구한 DPx와 가 조건식2를 만족하는가?.T xK
8 전개 면적비 가 요구 전개면적비를 만족하는가?)/( oE AA
조건식2: 2 4. .1T
P x T xR n D K
tρ= ⋅ ⋅ ⋅
−에 대입하여 만족여부 확인
Yes!!
No!!
Go to
2 다른속력 v 가정
Yes!!
조건식3:( )( )2 *01.3 0.3
/E OP v
z TA A K
D p gh pρ+ ⋅
≥ +⋅ + −
에 대입하여 만족여부 확인
STOP
No!!
Go to
1 다른전개면적비 가정)/( oE AA5 단계 4에서 구한 Jx를 이용해 DP.x를 구함
P
A
DnvJ⋅
=
수계산방법
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1 전개 면적비 가정)/( oE AA
[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정(요약)
2 속력 v 가정
3 조건식1을 의 형태로 표현5
1JCKQ =
4 프로펠러 단독성능 곡선을 이용하여 여러 피치비에서
최대 효율(η0)을 내는 Jx와 그 때의 KTx, KQx 를 구함
5 단계 4에서 구한 Jx를 이용해 DPx를 구함,
.
Ax
P x
vJn D
=⋅
6 구한 DPX와 KTx 가 조건식2를 만족하는가?
7 전개 면적비 가 요구 전개면적비를 만족하는가?)/( oE AA
1st Loop
2nd Loop
3rd Loop
조건식2:
2 4. .1
TP x T x
R n D Kt
ρ= ⋅ ⋅ ⋅−
QP KDnnP
⋅⋅⋅= 522
ρπ
조건식1:
수계산을이용하여프로펠러주요치수를결정할때
사용하는방법(주요치수계산 절차를이해하기쉬움)
수계산방법
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제- 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우
(Question) DWT 7,400 ton/400TEU 급 세미 컨테이너선의 프로펠러 주요 치수를 결정하시오.
Given Data
- MCR = 4,500PS , at 220rpm : 연속최대출력
- NCR = 85%MCR , at 208rpm : 상용출력
- 프로펠러 회전수 : 220rpm
- 날개 수(z) : 4
Model Test
Ship SpeedV [kts]
정수중
EHP [PS]T [kN] R [kN] w t ηR
12.5 1686 248 192.5 0.381 0.224 1.018 1.254
13.0 1965 278 216.0 0.380 0.223 1.022 1.253
13.5 2240 304 236.8 0.379 0.221 1.024 1.254
14.0 2536 331 258.5 0.377 0.219 1.026 1.253
wt
H −−
=11η
- h (Shaft Center Height) : 2.35 [m]- h* (축 침수 깊이) : 4.15 [m]- 흘수 : 6.5 [m]
- Sea Margin = 15%
디젤엔진 마력과 회전수 기타
∇*h
h흘수
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제
Propeller 설계점 : NCR의마력, MCR의 회전수NCR = 3825 [PS]
NMCR = 220/60 [1/s]
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제
1 전개 면적비 가정)/( oE AA
55.0)/( =oE AA 로 가정
2 속력 v 가정
]/[945.65144.05.13][5.13 smktsv =×==
][5.13 ktsv = 로 가정
Ship SpeedV [kts]
정수중
EHP [PS]T [kN] R [kN] w t ηR
13.5 2240 304 236.8 0.379 0.221 1.024 1.254
wt
H −−
=11η
※속력이바뀔경우나머지계수는선형보간으로구함
]kW[758.2024.198.0736.0025.1825,3736.0
025.1.).(
=×××=×××== RTWSNCRDHPP ηη
※ 단독 프로펠러를 기준으로 만든 곡선이므로 선미에서 전달되는 마력을
단독적으로 작동하는 마력으로 변환하기 위하여 ηR을 고려해야 함 43/55
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제
( ) 9551.3313.40.1260/220758,2
2 52
5
2
1 =×××
=⋅
=πρπ Av
nPC 551 9551.3 JJCKQ ==∴
4 프로펠러 단독성능 곡선을 이용하여 여러 피치비에서
최대 효율(η0)을 내는 J와 그 때의 를 구함TK
51JCKQ =
313.4)379.01(945.6)1( =−×=−= wvvA
3 조건식1을 의 형태로 표현51JCKQ =
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제-
5JCKQ ⋅=
( ) ( ) vuOEtPisvutsQ zAADPJCK ⋅⋅⋅⋅= ∑ //,,,
그래프의교점
결정J
가최대가되는
선정
0η
DPJ i / ,프로펠러 모형시험 자료 KQ
4 ,55.0/),/(313.4 ,220 ),(2758
=====
zAAsmvnKWP
OE
A
Pi /DP J η0 KT0.50 0.3105 0.4542 0.1049
0.60 0.3323 0.4711 0.1428
0.70 0.3535 0.4684 0.1818
0.80 0.3737 0.4570 0.2215
0.90 0.3927 0.4418 0.2610
1.00 0.4105 0.4252 0.2999
1.10 0.4271 0.4086 0.3378
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제
( ) ][5396.33323.060/220313.4 m
JnvD AP =×
=⋅
=
6 구한 DP와 가 조건식2를 만족하는가?TK
선박이요구하는추력(TS) = ][304221.018.236
1kN
tRT =
−=
−프로펠러가낼수있는추력(TP)
][8956.3081428.05396.3)60/220(025.1 4242 kNKDn TP =×××=⋅⋅⋅= ρ
(선박이 요구하는 추력) < (프로펠러가 낼 수 있는 추력)
즉, 더 큰 속력을 낼 수 있음 -> 가정한 것 보다 더 큰 속력으로 가정하고 3~6의 과정 반복함
5 단계 4에서 구한 J를 이용해 DP를 구함
P
A
DnvJ⋅
=
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제- 속력 v 결정을 위한 “추력 동일” 비선형 방정식(TS = TP)의 해를 그래프를 이용하여 구하는개념
V
T
V(1) V(3)V(2) V1
TP(1)TP(3)
TP(2)
TS(1) TS(3)TS(2)
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제
AE/AO 0.55
v (Knots) 13.57w 0.3788
vA (Knots) 8.4289J 0.3339
ηO 0.4727
DP (m) 3.5416
Pi/DP 0.60
TP (kN) 308.1892
TS (kN) 307.6054
(TP - TS) 오차 = 0.5838
전개 면적비 가 0.55일 때, 프로펠러 주요 요목)/( oE AA
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제
7 전개 면적비 가 요구 전개면적비를 만족하는가?)/( oE AA
( )( )
6363.015.481.9025.1047.99(5416.3
1892.308)43.03.1(2.0
3.03.1/
2
*0
2
=××+×
⋅×++=
−+⋅⋅+
+≥vP
OE pghpDTzKAA
ρ
새로운 전개 면적비를 가정하여 2~7의 과정을 반복함
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프로펠러 최적 주요치수 결정 예제- 최소 전개 면적비(AE/AO)의 검토
0.4 0.55 0.7J* AE/AO
D η0(AE/AO)min
AE/AO
P/D
D
η0
P/D
AE /A
O
0.4
0.55
0.7AE/AO 0.65
v (Knots) 13.48w 0.3791
vA (Knots) 8.3696J 0.3329
ηO 0.4650
DP (m) 3.5278
Pi/DP 0.65
KT 0.1411
KQ 0.0161
TP (kN) 301.1685
TS (kN) 302.9741
(TP - TS) -1.8056
AE/AO (Keller) 0.6401
Result
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[Stage 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (1)- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제
Given
P [kW] : 디젤엔진이 프로펠러에 전달하는 마력
n [1/s] : 프로펠러 회전수
RT(v) [kN] : 선박의 속력에 따른 저항
z : 프로펠러 날개수
Find
DP [m] : 프로펠러 직경
Pi [m] : 프로펠러 피치
AE/AO : 프로펠러 전개 면적비
v [m/s] : 배의 속력
주기관(M/E) 가정
프로펠러 Diameter(Dp) 추정
주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산(for maximum η0 at J)
Stage1
설계선의 주기관 Derating Point 확정
주기관 변경
NoYes
주어진프로펠러에서속력-마력-회전수결정Stage3
설계선의 Derating Point가 결정되었으므로설계선 프로펠러의 최적 주요치수를 결정
Stage2
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[Step 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (2)- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제
조건식1 : 디젤엔진이 전달한 토오크를
프로펠러가 흡수하는 조건
2 5 (1)2 P Q
P n D Kn
ρπ
= ⋅ ⋅ ⋅
조건식2 : 배가 어떤 속력에서 필요로 하는 추력을
프로펠러가 내야 하는 조건
2 4 (2)1
TP T
R n D Kt
ρ= ⋅ ⋅ ⋅−
Find
DP , Pi, AE/AO; v [m/s];Given
P [kW] , n [1/s]
RT(v) [kN]z, 2개의 미지수
2개의 등식
비선형 방정식 문제
⇒최적화 문제가 아님
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1 조건식2를 의 형태로 표현22JCKT =
조건식2 2 4 ,1
TP T
R n D Kt
ρ= ⋅ ⋅ ⋅− P
A
DnvJ⋅
=
22 2
24 2 4 2 2
1 ,(1 ) (1 ) (1 )
T T P TT
P P A P A
R R J D RK J C Jt D n t D v t D vρ ρ ρ
⋅= ⋅ = ⋅ = = − − −
A
P
vnJ D
⇒ =⋅
2 2 2(1 )T
P A
RCt D vρ
=−
[Step 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (3)- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제
수계산문제
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[Step 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (4)- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제
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프로펠러 단독 성능 곡선
P/D = 0.67
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
KT,ηO
0.35 0.40 0.450.30 0.50
ηO0.463
KT
J = 0.351
KT/J2
1.435
KT / J2
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
J
프로펠러주요치수가결정된후,주어진속력을내기위한프로펠러전달마력및회전수구하기
2 2 2(1 )T
P A
RCt D vρ
=−
22 ,TK C
J=
수계산문제
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240
15% S.M
NCR
14.512.5 13.0 13.5 14.0
2,000
3,000
4,000
5,000
BHP(PS)
200
210
220
230
13.48kts
nMCR
rpm
1
MCR
12.95kts
1′2′
2
Vs(knots)
설계 속도
NCR Power
15% derating
rpm at MCR
설계 프로펠러의 속력-마력-회전수
① 정수 중
② Sea margin 고려
[Step 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (5)- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제
수계산문제
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Slide Number 1Selection of Main Engine� (주기관 선정) 선박 개념 설계의 순서(Review) 주기관 마력 추정프로펠러 주요치수 결정 �- Given & Find(1)프로펠러 단독 성능 곡선�(Propeller Open Water Curve – POW curve)프로펠러 단독 성능 곡선�(Propeller Open Water Curve – POW curve)프로펠러 단독 성능 곡선의 회귀해석식저항추진 성능, 프로펠러 주요치수 결정, 주기관 선정 과정 요약저항추진 성능, 프로펠러 주요치수 결정, 주기관 선정 과정 요약- �목적: 설계선 주기관의 마력(BHP)과 회전수를 결정프로펠러 Diameter 추정[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 [Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 [Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 �- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 �- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 �- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 – 수계산 방법�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 – 수계산 방법�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 – 수계산 방법�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 – 수계산 방법�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산�- for maximum 0 at J[Stage 1] 주기관 마력(P) 및 회전수(n) 계산 �-디젤엔진의 부하범위와 프로펠러와의 Matching[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정- for maximum� 0 at J[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정 �- 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정 - for maximum 0 at J [Stage 2] 프로펠러의 최적 주요 치수 결정�- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정 [Stage 2] 프로펠러의 최적 주요 치수 결정�- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정 [Stage 2] 프로펠러의 최적 주요 치수 결정�- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정 [Stage 2] 프로펠러의 최적 주요 치수 결정�- K-T 필요 조건을 이용한 최적 주요치수 결정[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정 � - 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정 � - 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정 � - 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우[Stage 2] 프로펠러 최적 주요치수 결정 방법[Stage 2] 프로펠러 주요치수 결정(요약)프로펠러 최적 주요치수 결정 예제� - 주기관 마력과 프로펠러 회전수가 주어진 경우 �프로펠러 최적 주요치수 결정 예제프로펠러 최적 주요치수 결정 예제프로펠러 최적 주요치수 결정 예제프로펠러 최적 주요치수 결정 예제 �-프로펠러 최적 주요치수 결정 예제프로펠러 최적 주요치수 결정 예제 �- 속력 v 결정을 위한 “추력 동일” 비선형 방정식(TS = TP)의 해를 그래프를 이용하여 구하는 개념프로펠러 최적 주요치수 결정 예제프로펠러 최적 주요치수 결정 예제프로펠러 최적 주요치수 결정 예제 � - 최소 전개 면적비(AE/AO)의 검토[Stage 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (1)�- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제�[Step 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (2)�- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제��[Step 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (3)�- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제��[Step 3] 주어진 프로펠러에서 속력-마력-회전수 결정 (4)�- 프로펠러 주요치수가 결정된 후, 주어진 속력을 내기 위한 프로펠러 회전수 및 그 때의 소요 마력 결정 문제�Slide Number 55