점점 더 복잡하고 혼잡해지는 항만 환경에서 선박의 기동 능력은 운영 효율성과 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 기존 예인선 지원 방식은 시간과 비용 측면에서 제한 사항이 있습니다. 방위각 추진기 기술의 출현은 선박에 더 큰 자율성과 유연성을 부여하여 특정 시나리오에서 특수 작업을 수행하고 제한적인 "자율 항법" 기능을 달성할 수 있게 했습니다. 이 분석에서는 해양 설계, 운영 및 관리 의사 결정을 알리기 위해 다양한 방위각 추진기의 기술적 특성, 응용 분야 및 미래 동향을 살펴봅니다.

방위각 추진기의 유형 및 작동 원리

이름에서 알 수 있듯이 방위각 추진기는 수평 방향으로 추력을 생성할 수 있는 추진 장치입니다. 구조와 작동 메커니즘에 따라 세 가지 주요 유형으로 분류할 수 있습니다.

1. 터널 추진기

가장 일반적인 방위각 추진 시스템 중 하나인 터널 추진기는 선체 전체의 횡방향 터널 내에 장착된 프로펠러로 구성됩니다. 전기 또는 유압 모터로 구동되는 이 프로펠러는 터널의 한쪽에서 물을 끌어와 반대쪽에서 배출하여 선체에 수직인 측면 추력을 생성합니다. 일반적으로 선수(선수 추진기) 또는 때로는 선미(선미 추진기)에 설치되어 저속 기동성을 향상시킵니다.

• 작동 원리:운동량 보존 법칙에 따라 작동하는 터널 추진기는 물의 흐름을 가속하여 반작용력을 생성합니다. 효율성은 터널 내의 물의 속도와 프로펠러의 효율성에 따라 달라집니다.
• 장점:단순한 구조, 비용 효율성, 설치/유지 보수의 용이성. 좁은 수역에서 정밀한 기동을 위한 상당한 측면 추력을 제공합니다.
• 단점:터널 구조로 인한 선체 저항 증가로 인해 고속에서 효율성이 감소합니다. 상당한 소음 및 진동 수준.
• 응용 분야:빈번한 도킹 작업이 필요한 여객 페리, 작업선 및 항만 예인선에 널리 구현됩니다.

2. 워터제트 추진 시스템

워터제트 시스템은 고압 펌프를 사용하여 해수를 끌어와 방향성 노즐을 통해 배출합니다. 터널 추진기와 달리 노출된 프로펠러가 없으며 내부 물 가속을 통해 추력이 완전히 생성됩니다. 회전 가능한 노즐은 360° 추력 벡터링을 가능하게 합니다.

• 작동 원리:방향성 추력은 노즐 관절을 통해 달성되며, 유사한 운동량 보존 원리가 적용됩니다.
• 장점:선체 돌출부를 최소화하는 컴팩트한 설계로 유체 역학적 항력을 줄입니다. 기존 시스템에 비해 소음/진동 프로파일이 낮습니다.
• 단점:저속에서 효율성이 감소합니다. 복잡한 펌핑 시스템으로 인해 유지 보수 요구 사항이 더 높습니다.
• 응용 분야:높은 기동성과 음향적 재량을 요구하는 기뢰 제거함, 순찰정 및 고급 요트에 선호됩니다.

3. 방위각 포드 추진

가장 진보된 방위각 기술을 나타내는 포드 드라이브는 추진 및 조향 기능을 단일 360° 회전 장치 내에 통합합니다. 이러한 시스템은 추진 기계와 방위각 기능을 결합하여 종종 성능 향상을 위해 가변 피치 프로펠러를 통합합니다.

• 작동 원리:추력 벡터링은 일반적으로 유압 또는 전기적으로 작동하는 포드 회전을 통해 발생합니다. 고급 장치는 정밀 제어 시스템을 갖추고 있습니다.
• 장점:전방향 추력 기능은 뛰어난 기동성을 제공합니다. 속도 범위에서 높은 효율성. 공간 효율적인 설치 옵션.
• 단점:더 높은 자본 비용과 시스템 복잡성. 까다로운 제어 시스템 요구 사항.
• 응용 분야:엄격한 기동성 요구 사항이 있는 해상 지원 선박, 시추 플랫폼, 쇄빙선 및 대형 크루즈선에 필수적입니다.

특수 방위각 추진기 변형

현대 방위각 시스템은 특수 구성으로 발전했습니다.

• 기존 방위각 추진기:기계적 단순성을 통해 신뢰성을 제공하는 직접 구동 시스템.
• 반대 회전 프로펠러(CRP) 시스템:이중 반대 회전 프로펠러는 토크 효과를 제거하는 동시에 효율성과 소음 감소를 개선합니다.
• 포드 드라이브:통합 모터 포드 설계는 기존 샤프트를 제거하여 유지 보수 접근성을 희생하면서 효율성을 극대화합니다.
• 개폐식 시스템:순항 항력을 최소화하기 위해 선체 내에 보관할 수 있는 구성.
• 경사축 추진기:각진 프로펠러 샤프트는 선체 형태와의 유체 역학적 상호 작용을 최적화합니다.

운영상의 장점

방위각 추진 시스템은 해양 운영 전반에 걸쳐 측정 가능한 이점을 제공합니다.

향상된 기동성

전방향 추력 기능은 도킹, 정박 및 측면 이동을 포함하여 좁은 수로에서 정밀한 움직임을 가능하게 하여 예인선 의존도와 관련 비용을 줄입니다.

향상된 추진 효율

CRP 시스템 및 포드 드라이브와 같은 고급 설계는 추력 출력을 유지하면서 연료 소비를 최적화합니다. 선체 저항 감소는 효율성을 더욱 향상시킵니다.

안전 마진 증가

방위각 시스템은 주요 시스템 고장 시 보조 추진 역할을 합니다. 향상된 위치 정확도는 어려운 조건에서 좌초 및 충돌 위험을 완화합니다.

음향 성능

선택적 구성은 소음 및 진동 전달을 크게 줄여 승객의 편안함과 승무원 작업 환경을 개선합니다.

선택 기준 및 구성 전략

최적의 추진기 선택에는 선박 매개변수에 대한 전체적인 평가가 필요합니다.

• 선수 추진기:빈번한 항만 기동이 필요한 선박(페리, 보급선)에 이상적
• 선미 추진기:제한된 수로에서 좁은 회전을 용이하게 합니다(항만 예인선, 내륙선)
• 주요 방위각 추진:해상 건설 선박 및 쇄빙선에 중요
• 보조 시스템:대형 RoPax 및 크루즈선의 기동 보조 제공

추가 선택 요소에는 선박 배기량에 맞는 추력 요구 사항, 효율성 프로파일, 음향 성능 및 수명 주기 유지 보수 비용이 포함됩니다.

새로운 기술 동향

방위각 추진 부문은 몇 가지 주요 개발을 통해 계속 발전하고 있습니다.

• 효율성 최적화:고급 전산 유체 역학(CFD)은 차세대 프로펠러 설계를 알립니다.
• 소음 완화:혁신적인 댐핑 재료 및 유체 역학적 개선은 음향 특성을 줄입니다.
• 디지털 통합:AI 지원 제어 시스템은 예측 기동 및 자동 정박을 가능하게 합니다.
• 전기화:하이브리드 및 완전 전기 방위각 시스템은 탈탄소화 이니셔티브를 지원합니다.
• 모듈식 아키텍처:표준화된 구성 요소는 유지 보수 및 업그레이드 프로세스를 간소화합니다.

산업 전망

방위각 추진 기술은 지속적인 혁신을 통해 해양 산업의 과제를 해결할 준비가 되어 있습니다. 수소 동력 추진기 및 자율 제어 통합을 포함한 새로운 솔루션은 환경 지속 가능성 목표를 지원하면서 선박 기동성 표준을 재정의할 것을 약속합니다.