추진장치는 수상 또는 수중에 떠 있는 선박 또는 잠수체를 어떤 속도로 운항할 때 대상체를 밀어주는 추진력을 발생하는 장치이다. 오늘날 선박용 추진장치는 선박의 특성과 사용목적에 따라 여러가지 형태로 사용되고 있다.
고정 피치 프로펠러
선박의 추진장치에는 여러가지 종류가 있는데 그 중에 스크류 프로펠러(screw propeller)가 가장 보편적으로 많이 사용되고 있다. 이것은 가장 일반적인 추진장치로 바다, 강 또는 호수에서 운항하는 선박에서 쉽게 볼 수 있다. 일반적으로 추진효율도 다른 종류의 추진장치보다 비교적 높은 편이다. 선박의 특성과 목적에 따라 다른 종류의 추진기를 사용하기도 하지만, 일반적으로 스크류 프로펠러 추진장치는 소형 어선에서부터 고속 함정, 초대형 컨테이너선 또는 초대형 유조선 등 선박의 크기와 종류에 거의 무관하게 사용될 수 있다. 또한 구조적으로도 비교적 간단하고 제작비 측면에서도 다른 종류의 추진기보다는 유리하다. 이 추진기는 회전축과 연결되는 허브(hub) 부분에 날개(blade)들이 일체로 고정되어 있어서 고정피치 프로펠러(fixed pitch propeller)라고 한다. 따라서 축이 회전하면 허브와 날개들이 일체가 되어 동시에 회전한다. 이때 회전하는 날개들의 주위유동으로 날개표면에서 압력변화 즉, 배에서 보이는 날개면(흡입면, suction side)에서는 압력이 낮아지고, 다른 면(압력면, pressure side)에서는 압력이 높아져 배의 전진 방향으로 추력이 발생한다. 배의 속도는 프로펠러 회전수를 조절하여 연속적으로 변화시킬 수 있다.
가변피치 프로펠러(controllable pitch propeller)는 고정피치 프로펠러와 유사하게 추진축에 1개의 프로펠러가 장착된다. 고정피치 프로펠러는 날개가 허브에 고정되어 있는 반면 가변피치 프로펠러의 날개는 선박의 운항속도에 따라 날개들이 각각의 날개축을 중심으로 회전시켜 날개자체의 피치각을 조정할 수 있다. 따라서 cpp 허브에 연결된 축계 내부가 비교적 복잡하게 구성되고 유압장치로 날개 각도를 조절할 수 있다. 따라서 축에 연결된 엔진의 회전수를 일정하게 한 상태에서 프로펠러 날개의 피치 각도를 조절하여 추력과 선속을 조절할 수 있다. 이 추진장치의 장점은 엔진 등의 추진관련 기계장치를 가속과 감속을 하지 않고도 추력을 미세하게 조정할 수 있기 때문에 선박의 조종성능(manoeuvrability)과 위치제어 성능을 우수하게 한다. 최근에는 유도선, 산적화물선, 컨테이너선, 중대형 어선 등에도 많이 사용되고 있다. 특히 여객선(passenger vessel), 페리선(ferry), 예인선(tug) 및 해양작업선(offshore vessel) 등에는 대부분 cpp를 사용한다. 앞에서 말한 바와 같이 축계의 구조가 복잡하며 초기비용이 높은 편이다
상호반전 프로펠러(counter- rotating propeller)는 동일축 상에 회전방향이 상호반대인 2개의 프로펠러가 장착되는 형태이다. 프로펠러 축은 동일축 상에 있으면서 안쪽에서 회전하는 것과 바깥쪽에서 회전하는 것으로 구성된다. 1개의 프로펠러의 경우에는 프로펠러를 통과한 물이 회전하기 때문에 물의 회전운동에너지를 바다에 버리게 되어 에너지 손실이 발생한다. 그러나 crp 추진장치는 전방 프로펠러와 후방 프로펠러의 유체역학적인 상호작용을 이용하여 프로펠러에 유입되는 물이 2개의 프로펠러를 지나고 난 후에 회전운동에너지를 최소화 할 수 있다. 따라서 바다에 버리게 되는 에너지를 회수하므로써 일반 상선에 적용 시에는 추진효율을 약 6∼7% 정도 향상시킬 수 있다. 그리고 crp는 더 작은 직경으로도 고정피치 스크류 프로펠러와 동일한 추진력을 얻을 수 있으므로 프로펠러와 선체와의 간격을 크게 할 수 있다. 이런 상호 간격의 증가는 프로펠러 캐비테이션으로 발생하는 변동 압력이 선체에 미치는 영향을 감소시키므로 선체의 진동을 줄일 수 있다. 또 다른 장점은 2개의 프로펠러가 서로 반대방향으로 회전하여 토오크 균형(torque balance)을 잡을 수 있기 때문에 직진성 요구되는 어뢰의 추진장치로 많이 사용되어 왔으며, 최근에는 산적화물선 및 대형 유조선과 같은 대형선박에도 활용되고 있다. 그러나 앞서 설명한 바와 같이 이중구조로 되어있는 회전축 시스템의 복잡성과 초기 투자비가 크기 때문에 활용에 제한이 있어서 주로 특수한 목적을 갖는 선박의 추진장치에 국한되어 활용되고 있다. 이러한 단점들이 보완되면 향후 대형 초대형 선박에 많이 활용될 것이다.
앞서 서술한 프로펠러형 추진장치가 선체 외부에 돌출 되어있는 반면에 물제트 추진장치(waterjet propulsion)는 선체내부에 장착이 된다. 따라서 비교적 얕은 물에서 운항하는 선박에도 사용이 가능하고 어장과 같이 그물이 설치되어 있는 곳에서도 추진기가 그물에 걸리지 않고 선박의 운항이 가능하다. 물제트 추진장치는 고속으로 운항할수록 추진효율이 증가할 뿐 아니라 임펠러가 유도관 내부에서 회전하므로 고속선에서 사용되는 일반 프로펠러에서 문제가 되는 캐비테이션 제어 관점에서도 매우 유리한 추진장치이다. 따라서 선체의 진동과 소음을 감소할 수 있어서 여객선, 고속함정, 어선, 소형 고속선(high speed craft), 수륙양용 장갑차 등에 매우 다양하게 활용되고 있다. 최근에는 대형 선박 및 초고속선의 추진장치로 활용이 급속히 증가하고 있다. 물제트 추진장치의 구성은 그림에서 보는 바와 같이 흡입구(배 바닥면에 물을 빨아들이는 부분), 유도관(흡입구에서 펌프위치까지 이르는 관로), 펌프(축에 연결되어 회전하는 임펠러와 정지한 채로 물의 흐름을 좋게하는 스테이터로 구성), 노즐(물을 배의 뒤쪽으로 분사하는 부분), 조향장치(노즐에서 분사되는 제트유동의 방향을 바꾸어 배의 진행방향을 조절하는 장치) 그리고 이를 제어하는 각종 유압 제어장치로 구성된다.
출처 (파쏘)