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선박이 해수면 위를 일정한 속도로 전진할 때 선박은 운동장의 축구공의 경우처럼 진행하는 반대 방향으로 항력을 받게 되며 이 항력을 이길 수 있는 전진력을 제공받지 않게 된다면 결국 선박은 정지하게 될 것이다.![]() 이 때 선박에 작용하는 항력을 선박의 저항(抵抗, Resistance)이라 정의하며 이 저항을 극복하고 일정한 속도로 운항할 수 있도록 제공되는 전진력을 선박의 추진력(推進力, Thrust)이라 정의한다. 실제로 운항중인 선박의 동력 공급을 중단하면 그 배는 자신의 길이의 대략 50배의 거리를 지나서 정지하게 된다. 즉 그 배는 해수에 의해 그만큼의 저항을 받는다는 의미이며, 계속해서 전진하기 위해서는 그 만큼의 추진력을 공급받아야만 한다. 저항이 없는 선박은 존재할 수 없으므로 선박이 일정한 속도로 지속해서 운항하기 위해서는 추진력 제공을 위한 동력원의 존재가 필수 불가결하다고 할 수 있다. 동력기관이 발명되기 이전의 시절에는 풍력, 인력과 같은 자연력이 동력원이 되어왔으나 현대의 대형 선박을 운항하기 위해서는 그 크기가 3∼4층 건물과 맞먹을 정도의 크기의 엔진기관이 사용되고 있으며 이러한 엔진기관에서 생성된 동력은 프로펠러와 같은 추진장치를 통하여 선박에 추진력을 공급하게 된다. 선박의 저항은 선박의 형상과 밀접한 관련이 있으며 우수한 선박은 낮은 저항 값과 높은 추진효율을 갖도록 최상의 결합을 이루어야 하며 일반적으로 이러한 최상의 결합은 선체와 프로펠러가 적절하게 조화를 이룰 때 얻어지게 된다. |
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1680년에 영국의 Hooke는 스크류 프로펠러를 추진장치로 사용할 것을 최초로 제안한 바 있으며, 1804년에는 뉴욕에서 Stevens 대령이 처음으로 한 증기선에 사용했었다고 알려져 있다. 1828년에는 Ressel에 의해 설계된 스크류 프로펠러를 장비한 길이 60피트의 배가 트리에스테(Trieste)에서 6knots의 속력을 내는데 성공하였고 최초의 실질적 응용은 1836년에 미국의 Ericsson과 영국의 Pettit Smith에 의하여 이루어졌다. |
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![]() 1910년경까지는 선박추진분야에서 실린더가 2개, 3개 또는 4개인 증기왕복동기관이 주종을 이루어 왔다. 그 이후에는 중간 출력으로부터 고출력의 범위에서는 증기 터빈으로, 중간출력과 작은 출력범위에서는 디젤기관으로 대부분 대체되었다. 증기왕복동기관은 모든 부하상태에서 우수한 운전성을 가지며 선박운항에서 중요하게 생각되는 역회전이 가능하고 무엇보다도 효율이 높은 분당회전수(RPM)의 범위가 나선 추진기의 회전과 맞아 떨어진다는 장점이있다. 다른 한편으로는 전체 기계장치가 상대적으로 무겁고 장소를 많이 차지하며 실린더당의 출력이 제한된다는 단점이 있다. 또한 증기는 현대식 복수장치에서 얻어지는 낮은 압력까지 효과적으로 팽창되지 못하기 때문에 연료소비율이 높아져서 3단팽창식 기관에서 과열증기를 사용할 때 1kw·hr를 내는데 700g 정도의 연료를 소모한다. ![]() 최초의 선박용 터빈은 Charles Parsons 경에 의하여 1894년에 어뢰정 Turbinia 호에 설치된 것으로서 이 배는 34knots까지 속력을 낼 수 있었다. 그 이후 터빈은 급속히 발전되어 1906년에는 신기원을 이룩하였다고 불리워지는 전함 HMS Dreadnought 호와 대서양 정기선 Mauretania 호의 주기관으로 채택되었다. 터빈은 균일한 회전동력을 얻을 수 있으며 높은 출력을 얻는데 아주 적합하며 넓은 출력범위에 걸쳐 높은 압력의 입구증기를 매우 낮은 배기압력으로 배출시킬 수 있다. 열효율은 그 때문에 상당히 높아지고 대형터빈에서의 연료유소모율은 1kw·hr를 내는데 300g에 불과하다. 과부하상태에서 터빈은 스로틀을 조정하여준 상태에서 거의 일정한 출력을 내게 된다. 반면에 증기터빈은 역회전이 되지 않으며 터빈의 가장 경제적 회전속도는 보편적인 프로펠러의 최상의 효율을 내는 회전수보다 훨씬 높다. 이와 같은 결점으로 인하여 별도의 역전 터빈을 설치해야 하고 터빈과 프로펠러 축사이에 감속기를 두어서 터빈의 회전수를 프로펠러에 적합한 회전수로 감속시켜 주어야 한다. |
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![]() 기계적인 감속기어장치가 현재까지 가장 널리 쓰여지고 있다. 감속기를 사용하면 동력장치와 프로펠러를 가장 경제적인 회전수로 각각 운전할 수 있으며 기어장치에서의 동력손실은 단지 2∼4%에 지나지 않는다. 그러나 이때에도 후진용터빈은 계속 필요하게 되고 그 때문에 비용, 복잡성, 동력손실 등이 늘어나게 된다. |
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