사진은 지멘스 쇼텔사에서 제작한 트윈프로펠러 추진기. # [1]
1. 개요
아지무스 트러스터(Azimuth Thruster)는 어떤 수직 방향으로 회전 시킬 수 있는 포드에 위치한 선박의 프로펠러의 구성으로 이것이 있으면 러더(키)가 불필요하며 고정 프로펠러와 러더를 쓰는 시스템 보다 훨씬 선박으로의 조정이 수월해진다. 흔히 한국어로는 전방위 추진기로 칭한다.2. 아지무스 트러스터의 유형
모터 위치에 따라 크게 두가지로 나뉜다.- 기계적 변속기 : 선박의 내부에 모터가 있으며 기어에 의해 포드로 연결된다. 모터는 디젤이나 디젤 전기. 기계 방위각 트러스트에 샤프트 위치배열에 따라 L-드라이브와 Z-드라이브로 구분한다. L-드라이브 트러스터는 하나의 직각 기어에 수직 입력 샤프트와 수평 출력 샤프트가 있다. Z-드라이브 트러스터는 수평 입력 샤프트와 수직 샤프트가 회전 기둥에 있으며 2 직각 기어에 수평 출력 샤프트가 있다. 1950년 독일의 요제프 베커에 의해 발명되었다.
- 전기 변속기 : 포드 자체에 전기 모터가 있으며 기어 없이 프로펠러에 직접 연결된다. 주로 디젤이나 가스터빈과 같은 온보드 엔진에서 전기가 생성된다. 이 방식은 1955년 프리드리히 W. 플로거(Friedrich W. Pleuger)와 프리드리히 버스맨 (Friedrich Busmann)이 발명하였으며 이 기술을 응용해 최초로 개발되어 널리 쓰인 제품이 ABB에서 개발한 아지포드다.
기계적 방위각 트러스터를 고정 형식으로 설치하며 해체 가능한 것과 수중 탑재용이 있다. 이 트러스터에는 고정 피치 프로펠러 (FPP)또는 제어 가능한 피치 프로펠거 (CPP)가 있다. 고정적으로 설치하는 트러스터는 tug, 페리, 공급보트에 사용된다. 해체 가능한 트러스터는 동적 위치(DP) 선박용이며 군함의 동력 추진장치에 사용된다. 수중 탑재형 트러스터는 반 잠수식 해저 석유 굴착 장치와 굴착 선박고 같은 초대형 선박용 장치이다.
3. 특성
3.1. 장점
- 연료 소비를 낮출 수 있다.[2]
- 선박 속도가 낮은 지역에서 가장 작은 선회 반경으로 정박할 수 있다.
- 드라이브의 모든 구성 요소는 한 제조업체에서 제공하고 조선사에서는 주문만 해서 설치하면 되므로 선박에 통합하는 작업이 좀더 간략해진다.[3]
- 트러스터가 회전만 하고 엔진을 역추진시킬 필요가 없기에 배를 정박하는 시간과 거리가 단축된다.
- 구동축으로 인해 발생할 수 있는 프로펠러의 진동을 방지한다.
주된 이점들은 전기 효율성이고 선박의 공간을 더 잘 활용하는 것이며 더 낮은 유지 보수 비용이다. 특히나 스크류 프로펠러와 키가 일체화되어 있어 스크류와 키를 따로 다는 수고가 줄어들며 일반적인 시스템에 비해 조종면에서도 좀 더 탁월하다. 이 시스템이 장착되면 모든 크기의 선박으로도 360도 회전이 가능하며 부두에 정박할 때도 이전 시스템보다 쉽게 할 수 있다. 비록 아지무스 트러스터를 장착한 선박들이 여전히 좁은 부두에서 조종하는데는 예인선들이 필요하지만, 부두가로 가는 대부분의 움직임에서는 예인선이 필요하지 않다. 그 외에도 연료효율이 8~10% 이상 좋으며 진동을 최소화하고 안정성도 증가된다. 과거에는 예인선이나 연락선 등 활동이 많은 중소형 선박에 많이 쓰였으나, 2000년대 이후 ABB사의 아지포드를 필두로 크기와 출력이 다양해져서 크루즈 여객선, 페리선, 화물선, 유조선, 쇄빙선 등의 대형선에도 자주 쓰이고 있다. 이는 전술한 장점 덕이다.
3.2. 단점
- 에너지 전력 변환 중 손실이 어느 정도 발생하기에, 같은 엔진으로 돌리는 프로펠러 샤프트 모터 시스템에 비해 추진력이 살짝 떨어진다.
- 사용 가능한 최대 프로펠러 직경이 기존 추진 시스템보다 작으며, 설계면의 한정으로 인해 트랜섬식 선미를 써야 한다.
- 유닛의 무게와 비용이 기존 시스템보다 훨씬 높다.
여러 모로 훌륭한 유닛이지만 단점도 존재한다. 일반적으로 스크류 프로펠러를 장착하는 것보다 초기구매비용이 비싸지고, 최대 프로펠러 직경이 제한되기에 일반 스크류 시스템과 비교할 때 조금 좁은 프로펠러를 써야 한다. 애초에 돌아가는 방향을 직각으로 꺾어야 해서 설계면에서 어려울 수 밖에 없는데다가 물이라도 새어들어서 부식되면 고치기가 어려워 애초에 방수재도 고급을 써야 하는 점이 가격상승의 원인. 선미 선형도 트랜섬식으로만 쓸 수 밖에 없다는 점으로 인해 다른 디자인으로 짓기도 힘들다. 또한 실현 가능한 추진력이 기존 스크류 추진 시스템보다 살짝 부족하다는 평가가 있다. 이러한 단점으로 인해 각 제조업체들이 개선안을 연구 중이다. 실제로도 롤스로이스 중공업의 머메이드 포드는 간간히 고장을 일으켜 이 스러스터를 장착한 크루즈 선사들이 롤스로이스를 상대로 소송을 벌인 적도 있었다.[4]
4. 역사
Z-드라이브 송신을 이용한 아지무스 트러스터는 1950년 독일의 쇼텔중공업 창업자 요제프 베커에 의해 발명되었다. 첫번째 유닛은 1960년 쇼텔 브랜드명으로 출시 되었으며 그 이후 러더프로펠러로 상표명을 등록했다. 요제프 베커는 이 발명으로 인해 전세계 운송에 기여한 공로로 엘머 A. 스페리 상을 수상하였으며 이는 쇼텔사가 지멘스에 통합된 후에도 주력으로 개발중이다.그 외에도 1955년 독일의 프리드리히 W. 플로거(Friedrich W. Pleuger)와 프리드리히 버스맨 (Friedrich Busmann)이 전기로 조정하는 방식의 아지무스 트러스터를 개발하였고 특허까지 받았다. 이후, ABB의 핀란드 자회사는 이 설계를 응용하여 포드 자체에 모터를 설치한 아지포드 트러스터를 개발하였고 아지무스 트러스터가 크고 작은 여러 선박에서 널리 쓰이는 계기가 된다.
5. 제조사
- ABB 중공업 아지포드 시스템 ABB Azipord
- 지멘스 산업 쇼텔 러더프로펠러 시스템 Schottel Rudderpropeller
- 콩스버그 산업 아지풀 시스템 (전 롤스로이스 중공업 머메이드 시스템) Kongsberg Marine thrusters (Rolls-Royce)
- 보이츠 산업 방사형 프로펠러 Voith Turbo Marine
- 바르질라 중공업 Wartsila Marine
- 베르그 중공업 BERG Marine
- ZF 프리드리히스하펜 AG 크핌펜의 트러스터 (전 HRP 트러스터 장치) ZF marine
- 오션마린 공업 Oceanmarine Oysthruster, Oceanmarine Youtube
- 텍사스공업 트러스트마스터 Azimuth Thrusters Types and Configurations
- 스티어프롭공업 방위각 추진 장치 Steerprop
- 플로서버공업 플로거 트러스터 Flowserve, FlowserveYoutube