In this paper, we propose a new magnetohydrodynamic (MHD) thruster configuration for ship propulsion. The first prototype of a MHD-driven surface ship, Yamato-1, was built in 1991\cite{Takezawa1995}; it employed inner duct-type MHD thrusters. In terms of propulsion efficiency, Yamato-1 was not competitive with conventional screw propeller ships. To achieve higher competitiveness, the use of an external field-type MHD propulsion system is proposed. Although the external field-type system has drawbacks of weak magnetic fields and complex shielding configurations, they are potentially outweighed by the flexibility of installation afforded by the design , the improved flow field, and the possibility of a higher wake gain. The proposed concept was investigated by computational and experimental methods.
스크류 프로펠러(screw propeller)는 유체 중에서의 회전 운동을 추진력으로 변환시키는 장치로서 선박의 추진에 있어서는 다른 어떠한 추진 방식보다 널리 사용되고 있다. 하지만 기계적 소음과 진동, 공동현상(cavitation)등과 같은 프로펠러의 근본적 단점을 극복하고 동력 효율을 높이기 위한 연구가 계속되어 왔으며 이미 1960년 대에 전자기력으로부터 발생하는 Lorentz`s force를 이용하여 해수를 밀어내는 방식으로 추진력을 얻는 magnetohydrodynamic(MHD) 기반의 새로운 형태의 추진 장치가 제안된 바 있다. 실제 일본에서는 1990년 초반 MHD 추진기를 적용한 실험선 Yamato-1을 건조하여 실 해역 시험을 수행하기도 했으나 낮은 동력 효율로 인해 실용화 되지는 못하였다.
비록 효율은 낮으나 MHD 추진장치는 프로펠러와 달리 회전하거나 움직이는 기계장치 없이 전자기력만으로 추진력을 발생시키기 때문에 진동과 소음이 거의 없으며 전류와 자기장의 세기를 변화시켜 속도 뿐만 아니라 선박의 진행방향을 결정할 수 있어 타 없이도 조향이 가능한 장점을 지닌다. 현재 실용화에 가장 큰 걸림돌이 되고 있는 효율 측면의 한계는 초전도 기술의 발전에 따라 극복이 가능할 것임을 감안하면 미래에는 MHD 추진장치가 현재 사용되는 추진시스템의 효과적 대안이 될 가능성이 있다고 하겠다.
본 연구에서는 이러한 가능성에 주목하여 선박 추진을 위해 외부장형(external field type) MHD 추진기의 사용을 제안하고 전자기장 해석, 수치 시뮬레이션을 통한 성능 해석 연구를 수행하였다. 아울러 제안되는 MHD 추진 장치의 구현 가능성을 확인하고자 제안된 외부장형 MHD 추진기 모델을 제작하고 기초적인 실험을 수행하였다.
