KR101491669B1

KR101491669B1 - 선박

Info

Publication number: KR101491669B1
Application number: KR20130078856A
Authority: KR
Inventors: 박경령; 김희정; 김수형; 손혜종
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-02-09
Also published as: KR20150005229A

Abstract

선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 선수(船首)로부터 선미(船尾)로 흐르는 수류(水流)에 부딪혀 회전류가 발생하도록 마련되는 선체; 선체에 결합되되, 엔진의 회전축에 연결되어 추력을 발생시키는 프로펠러; 및 프로펠러의 전방에서 선체에 결합되며, 선체에 의해 발생되는 회전류에 부딪혀 추력이 생성되도록 마련되는 추력생성유닛을 포함한다.

Description

선박{SHIP}

본 발명은, 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 선체에서 발생되는 회전류를 이용하여 추력을 발생시킬 수 있는 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 추진장치는 선박 운항을 위해 추력(thrust)을 발생시키는 장치로 통상 프로펠러를 사용한다.

즉, 선박은 프로펠러가 회전하면서 발생되는 추력을 이용하여 운항하게 되는데, 프로펠러가 회전하게 되면, 그 전후의 압력의 차이로 인해, 프로펠러 주변의 해수를 밀어냄으로써, 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시키게 된다.

여기서, 프로펠러가 회전하면 프로펠러 블레이드의 단면은 받음각을 가지게 되고, 이 때, 프로펠러 블레이드의 전후에서 발생되는 압력 차이에 의해 양력과 항력이 발생된다.

이러한 프로펠러 블레이드 단면의 양력과 항력의 합력이 프로펠러의 추력과 토오크로 작용하게 되므로, 프로펠러 블레이드의 단면 형상 및 그에 따른 유체 역학적 특성은 프로펠러의 추진 효율과 관련된 주요한 인자로 작용하게 된다.

따라서 이를 바탕으로 프로펠러의 추진 효율을 향상시키기 위해 다양한 형태의 연구가 꾸준히 이루어져 왔다.

그러나, 프로펠러가 포함된 추진장치는 수류(水流)의 회전에너지를 추력으로 이용할 수 없기 때문에 에너지 손실이 크다는 문제점이 있었으며, 이를 해결하기 위해 손실되는 회전에너지를 추력으로 회수할 수 있는 이중반전 추진장치(CRP; Counter Rotating Propeller)가 개발되었다.

즉, 이중반전 추진장치는 동일축선 상에 설치된 2개의 프로펠러가 상호 반대로 회전하도록 배치되므로, 전방프로펠러를 거친 유체의 회전에너지가 역방향으로 회전하는 후방프로펠러의 추력으로 회수될 수 있다.

따라서, 하나의 프로펠러를 갖춘 추진장치에 비하여 높은 추진성능을 발휘하게 된다.

여기서, 이중반전 추진장치는 선체 내부의 엔진과 연결된 내축과, 내축 후단부에 결합된 후방프로펠러와, 내축의 외면에 회전하도록 설치된 중공의 외축과, 외축 후단부에 결합된 전방프로펠러를 구비한다.

또한, 내축의 회전을 외축으로 반전시켜 전달하기 위해 선체의 내부에 설치된 반전회전장치를 포함한다.

하지만, 이중반전 추진장치는 선박에 장착할 때 내축과 외축의 중심을 정렬하여 설치하는 작업이 어려워 생산성이 좋지 않다는 문제점이 있었다.

그리고, 이중반전 추진장치뿐만 아니라 종래의 추진장치는 선체와 수류가 부딪혀 발생되는 회전류를 이용할 수 없다는 문제점이 있었다.

대한민국공개특허 공개번호:제10-2010-0128928호(공개일자:2010년12월08일)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선체에서 발생되는 회전류를 이용하여 추력을 발생시키며, 이를 통해, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선수(船首)로부터 선미(船尾)로 흐르는 수류(水流)에 부딪혀 회전류가 발생하도록 마련되는 선체; 상기 선체에 결합되되, 엔진의 회전축에 연결되어 추력을 발생시키는 프로펠러; 및 상기 프로펠러의 전방에서 상기 선체에 결합되며, 상기 선체에 의해 발생되는 상기 회전류에 부딪혀 추력이 생성되도록 마련되는 추력생성유닛을 포함하는 선박이 제공될 수 있다.

또한, 상기 추력생성유닛은, 상하방향으로 배치되며, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록 선수(船首)와 선미(船尾)를 연결하는 가상의 라인에 대해 기울어져 상기 선체에 결합되는 제1수직날개; 및 상기 제1수직날개로부터 이격되어 상하방향으로 배치되며, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록 상기 선수와 상기 선미를 연결하는 상기 가상의 라인에 대해 기울어져 상기 선체에 결합되는 제2수직날개를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 선미로부터 상기 선수로 갈수록, 상기 제1수직날개와 상기 제2수직날개는 상호 멀어지는 방향으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 추력생성유닛은, 상기 제1수직날개와 상기 제2수직날개를 각각 연결하며, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록, 상기 선수와 상기 선미를 연결하는 상기 가상의 라인을 기준으로 전방이 상측을 향해 기울어지게 마련되는 수평중심날개를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 수평중심날개는 상기 제1수직날개와 상기 제2수직날개에 각각 교차하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 추력생성유닛은, 상기 수평중심날개의 일측 단부와 상기 제1수직날개를 연결하는 제1연결부재; 및 상기 수평중심날개의 타측 단부와 상기 제2수직날개를 연결하는 제2연결부재를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 추력생성유닛은, 상기 수평중심날개에 나란하게 배치되어 상기 제1연결부재에 연결되는 제1수평사이드날개; 및 상기 수평중심날개에 나란하게 배치되어 상기 제2연결부재에 연결되는 제2수평사이드날개를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1수평사이드날개 및 상기 제2수평사이드날개 중 적어도 하나는, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록, 상기 선수와 상기 선미를 연결하는 상기 가상의 라인을 기준으로 전방이 하측을 향해 기울어지게 마련될 수 있다.

그리고, 상기 추력생성유닛은, 상기 제1연결부재의 하측에 상하방향으로 배치되는 제3수직날개; 및 상기 제2연결부재의 하측에 상하방향으로 배치되는 제4수직날개를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제3수직날개는, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록 상기 제1수직날개와 대향되는 방향으로 기울어지게 마련되며, 상기 제4수직날개는, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록 상기 제2수직날개와 대향되는 방향으로 기울어지게 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 선체에서 발생되는 회전류가 프로펠러 전방에 배치된 추력생성유닛에 부딪혀 추력을 발생시키며, 이를 통해, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 개략적인 측면 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서 추력생성유닛이 선체에 결합된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서 추력생성유닛이 선체에 결합된 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서 선미로부터 선수 방향으로 바라본 추력생성유닛의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서 선수로부터 선미 방향으로 바라본 추력생성유닛의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 선미측에 발생되는 회전류를 선미로부터 선수 방향으로 바라볼 때의 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 제1수직날개 및 제2수직날개를 상부에서 바라본 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 제3수직날개 및 제4수직날개를 상부에서 바라본 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 제1수평사이드날개를 측면에서 바라본 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 수평중심날개를 측면에서 바라본 단면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 개략적인 측면 구조도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서 추력생성유닛이 선체에 결합된 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서 추력생성유닛이 선체에 결합된 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서 선미로부터 선수 방향으로 바라본 추력생성유닛의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서 선수로부터 선미 방향으로 바라본 추력생성유닛의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 선미측에 발생되는 회전류를 선미로부터 선수 방향으로 바라볼 때의 모습을 도시한 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 제1수직날개 및 제2수직날개를 상부에서 바라본 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 제3수직날개 및 제4수직날개를 상부에서 바라본 단면도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 제1수평사이드날개를 측면에서 바라본 단면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 중 수평중심날개를 측면에서 바라본 단면도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은, 상선, 군함, 어선, 운반선, 드릴쉽 및 특수 작업선 등과 같이 자항능력을 가지고 사람이나 화물을 이송시키는 선박(100)을 모두 포함하며, 또한, 부유식 생산저장설비(FPSO : Floating Production Storage Offloading), 부유식 원유 저장 설비(FSU : Floating Storage Unit) 등 화물을 저장 및 하역하는 부유식 해상 구조물을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 선박(100)은, 구조적으로, 선체(200)와, 선체(200)에 결합되어 추력을 발생시키는 프로펠러(300)와, 추력생성유닛(400)과, 러더(600)를 포함할 수 있다.

여기서, 선체(200)는 선체(200) 길이방향을 따라 선수부, 중앙평행부, 선미부로 구분될 수 있으며, 선체(200)에는 화물이 적재될 수 있고, 또한, 작업자 등의 주거 및 사용 공간이 형성될 수 있다.

그리고, 프로펠러(300)는, 프로펠러 블레이드(310)와, 프로펠러 블레이드(310)의 중앙 영역에 마련되는 허브(320)와, 허브(320)의 후단부에 결합되는 보스 캡(330)을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 프로펠러(300)는 선체(200)에 결합되어 추력을 발생시킨다. 즉, 프로펠러 블레이드(310)는 선박(100)의 추진시 필요한 추력을 발생시키는데, 프로펠러 블레이드(310)가 회전하게 되면, 그 전후의 압력 차이로 인해, 프로펠러 블레이드(310) 주변의 해수를 밀어냄으로써, 선박(100)을 추진하는데 필요한 추력을 발생시키게 된다.

그리고, 회전축(미도시)의 일측은 허브(320)에 연결되고, 회전축(미도시)의 타측은 기어를 통해 선체(200) 내부의 엔진(미도시)에 연결되어 엔진의 회전력을 프로펠러 블레이드(310)에 전달하게 된다.

또한, 러더(600)는 선체(200)의 후미에서 프로펠러(300)에 인접되게 배치되어 선박(100)의 진행 방향을 조정하는 역할을 한다.

한편, 도 3 및 도 6을 참조하면, 선체(200)는 선수(船首)로부터 선미(船尾)로 흐르는 수류(水流)에 부딪혀 회전류(500)가 발생하도록 마련된다. 즉, 선수로부터 선미로 흐르는 수류가 선체(200)에 부딪히며 도 6에 도시된 바와 같은 회전류(500)를 형성하게 된다.

그리고, 선미측의 회전류(500)가 발생되는 부분에, 회전류(500)에 대해 받음각을 가질 수 있는 추력생성유닛(400)을 설치하게 되면, 회전류(500)로부터 추력이 생성될 수 있다. 여기서, 받음각은 추력생성유닛(400)으로 흐르는 수류와 추력생성유닛(400)의 중앙선 사이의 각도를 의미한다.

여기서, 추력생성유닛(400)은 선미측, 특히, 프로펠러(300)의 전방에서 선체에 결합되어 선체(200)에 의해 발생되는 회전류(500)에 부딪혀 추력이 생성되도록 마련되며, 이를 통해, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 추력생성유닛(400)은 제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)를 포함할 수 있다. 제1수직날개(410)는 상하방향으로 배치되며, 회전류(500)에 대해 받음각을 가지도록 선체(200)에 결합된다.

여기서, 도 4를 참조하면, 제1수직날개(410)는 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)에 대해 기울어지도록 배치되는데, 선미측(T)에서 선수측(S)으로 갈수록, 제1수직날개(410)가 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)으로부터 멀어지게 마련된다.

그리고, 제2수직날개(420)는 제1수직날개(410)로부터 소정 간격으로 이격되어 상하방향으로 배치되며, 제1수직날개(410)와 마찬가지로 회전류(500)에 대해 받음각을 가지도록 선체(200)에 결합된다.

여기서, 도 4를 참조하면, 제2수직날개(420)는 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)에 대해 기울어지도록 배치되는데, 선미측(T)에서 선수측(S)으로 갈수록, 제2수직날개(420)가 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)으로부터 멀어지게 마련된다.

즉, 도 4, 도 5 및 도 7을 참조하면, 선미측(T)에서 선수측(S)으로 갈수록 제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)는 상호 멀어지는 방향으로 배치될 수 있다.

여기서, 제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)가 회전류(500)에 부딪혀 추력이 발생되는 작용에 대해 상세히 설명한다.

제1수직날개(410) 및 제2수직날개(420)를 상부에서 바라본 단면도인 도 7을 참조하여 우선 제1수직날개(410)를 살펴보면, 제1수직날개(410)에서 회전류(500a)는 도 7을 기준으로 제1수직날개(410)의 좌측에서 회전하며 θ1의 각도를 이루면서 제1수직날개(410)에 부딪히게 된다.

그리고, 제1수직날개(410)의 좌측(Y1)을 통해 흐르는 수류의 경우, 베르누이의 원리에 의해, 상대적으로 유속은 느리지만 압력이 높은 상태가 형성되고, 제1수직날개(410)의 우측(X1)을 통해 흐르는 수류의 경우, 상대적으로 유속은 빠르지만 압력이 낮은 상태가 형성된다.

즉, 제1수직날개(410)의 좌측(Y1)으로부터 제1수직날개(410)의 우측(X1)을 향해 제1수직날개(410)에 수직한 방향으로 힘이 작용하는데(화살표 A1 참조), 이러한 힘은 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B1 참조)과 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C1 참조)으로 벡터분해가 가능하다.

다음, 제2수직날개(420)를 살펴보면, 제2수직날개(420)에서 회전류(500b)는 도 7을 기준으로 제2수직날개(420)의 우측에서 회전하며 θ2의 각도를 이루면서 제2수직날개(420)에 부딪히게 된다.

그리고, 제2수직날개(420)의 우측(Y2)을 통해 흐르는 수류의 경우, 베르누이의 원리에 의해, 상대적으로 유속은 느리지만 압력이 높은 상태가 형성되고, 제2수직날개(420)의 좌측(X2)을 통해 흐르는 수류의 경우, 상대적으로 유속은 빠르지만 압력이 낮은 상태가 형성된다.

즉, 제2수직날개(420)의 우측(Y2)으로부터 제2수직날개(420)의 좌측(X2)을 향해 제2수직날개(420)에 수직한 방향으로 힘이 작용하는데(화살표 A2 참조), 이러한 힘은 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B2 참조)과 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C2 참조)으로 벡터분해가 가능하다.

여기서, 제1수직날개(410)에서 발생되는 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C1 참조)과, 제2수직날개(420)에서 발생되는 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C2 참조)은 방향이 반대이므로, 서로 상쇄된다.

그리고, 제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)에서 발생되는 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B1 및 B2 참조)이 선체(200)에 대해 추력으로 작용하게 된다.

도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 추력생성유닛(400)은 수평중심날개(430)를 포함할 수 있다.

여기서, 수평중심날개(430)는 제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)에 각각 교차하도록 배치되어 제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)에 연결될 수 있다.

그리고, 도 4 및 도 5를 참조하면, 수평중심날개(430)는 회전류(500)에 대해 받음각을 가지도록, 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)을 기준으로 전방, 즉, 선수측(S)이 상측을 향해 기울어지게 마련될 수 있다.

여기서, 수평중심날개(430)가 회전류(500)에 부딪혀 추력이 발생되는 작용에 대해 상세히 설명한다.

수평중심날개(430)를 측면에서 바라본 단면도인 도 10을 참조하면, 수평중심날개(430)에서 회전류(500f)는 수평중심날개(430)의 상측에서 회전하며 θ6의 각도를 이루면서 수평중심날개(430)에 부딪히게 된다.

그리고, 수평중심날개(430)의 상측(X6)을 통해 흐르는 수류의 경우, 베르누이의 원리에 의해, 상대적으로 유속은 느리지만 압력이 높은 상태가 형성되고, 수평중심날개(430)의 하측(Y6)을 통해 흐르는 수류의 경우, 상대적으로 유속은 빠르지만 압력이 낮은 상태가 형성된다.

즉, 수평중심날개(430)의 상측(X6)으로부터 수평중심날개(430)의 하측(Y6)을 향해 수평중심날개(430)에 수직한 방향으로 힘이 작용하는데(화살표 A6 참조), 이러한 힘은 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B6 참조)과 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C6 참조)으로 벡터분해가 가능하다.

그리고, 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B6 참조)은 선체(200)에 대해 추력으로 작용하게 된다. 그리고, 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C6 참조)은 제1수평사이드날개(460)와 제2수평사이드날개(470)로부터 발생되는 힘과 상쇄되는 데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 추력생성유닛(400)은 제1연결부재(440) 및 제2연결부재(450)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1연결부재(440)는 수평중심날개(430)의 일측 단부와 제1수직날개(410)를 연결하도록 마련될 수 있고, 제2연결부재(450)는 수평중심날개(430)의 타측 단부와 제2수직날개(420)를 연결하도록 마련될 수 있다.

즉, 제1수직날개(410)는 상측이 선체(200)에 연결되고 하측이 제1연결부재(440)에 연결되어 지지될 수 있으며, 제2수직날개(420)는 상측이 선체(200)에 연결되고 하측이 제2연결부재(450)에 연결되어 지지되도록 마련될 수 있다.

도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 추력생성유닛(400)은 제1수평사이드날개(460)와 제2수평사이드날개(470)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1수평사이드날개(460)는 수평중심날개(430)에 나란하게 배치되어 제1연결부재(440)에 연결되고, 제2수평사이드날개(470)는 수평중심날개(430)에 나란하게 배치되어 제2연결부재(450)에 연결되도록 마련될 수 있다.

즉, 도 4를 기준으로, 제1연결부재(440)의 상측으로 제1수직날개(410)가 연결되고, 제1연결부재(440)의 좌측으로 제1수평사이드날개(460)가 연결되며, 제2연결부재(450)의 상측으로 제2수직날개(420)가 연결되고, 제2연결부재(450)의 우측으로 제2수평사이드날개(470)가 연결되며, 제1연결부재(440)와 제2연결부재(450)의 사이에 수평중심날개(430)가 배치되어 제1연결부재(440)의 우측과 제2연결부재(450)의 좌측이 수평중심날개(430)에 각각 연결되도록 마련될 수 있다.

여기서, 제1수평사이드날개(460)는 회전류(500)에 받음각을 가지도록 기울어져 배치될 수 있고, 제2수평사이드날개(470) 역시 회전류(500)에 받음각을 가지도록 기울어져 배치될 수 있다.

즉, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1수평사이드날개(460)와 제2수평사이드날개(470)는 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)을 기준으로 전방, 즉, 선수측(S)이 하측을 향해 기울어지게 마련될 수 있다.

여기서, 제1수평사이드날개(460)와 제2수평사이드날개(470)가 회전류(500)에 부딪혀 추력이 발생되는 작용에 대해 상세히 설명한다.

제1수평사이드날개(460)를 측면에서 바라본 단면도인 도 9를 참조하면, 제1수평사이드날개(460)에서 회전류(500e)는 도 9를 기준으로 제1수평사이드날개(460)의 하측에서 회전하며 θ5의 각도를 이루면서 제1수평사이드날개(460)에 부딪히게 된다.

그리고, 제1수평사이드날개(460)의 하측(Y5)을 통해 흐르는 수류의 경우, 베르누이의 원리에 의해, 상대적으로 유속은 느리지만 압력이 높은 상태가 형성되고, 제1수평사이드날개(460)의 상측(X5)을 통해 흐르는 수류의 경우, 상대적으로 유속은 빠르지만 압력이 낮은 상태가 형성된다.

즉, 제1수평사이드날개(460)의 하측(Y5)으로부터 제1수평사이드날개(460)의 상측(X5)을 향해 제1수평사이드날개(460)에 수직한 방향으로 힘이 작용하는데(화살표 A5 참조), 이러한 힘은 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B5 참조)과 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C5 참조)으로 벡터분해가 가능하다.

그리고, 제2수평사이드날개(470)는 제1수평사이드날개(460)와 동일하게, 회전류(500e)가 제2수평사이드날개(470)의 하측에서 회전하며 θ5의 각도를 이루면서 제2수평사이드날개(470)에 부딪히므로, 추력이 발생되는 작용은 제1수평사이드날개(460)와 공통된다.

따라서, 제2수평사이드날개(470)에서 추력이 발생되는 작용은 전술한 제1수평사이드날개(460)에서 추력이 발생되는 작용의 설명으로 대체하기로 한다.

그리고, 전술한 수평중심날개(430)로부터 발생되는 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(도 10의 화살표 C6 참조)은 제1수평사이드날개(460) 및 제2수평사이드날개(470)에서 발생되는 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C5 참조)과 방향이 반대이므로, 서로 상쇄된다.

그리고, 제1수평사이드날개(460)와 제2수평사이드날개(470)에서 발생되는 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B5 참조)이 선체(200)에 대해 추력으로 작용하게 된다.

도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 추력생성유닛(400)은 제3수직날개(480)와 제4수직날개(490)를 포함할 수 있다.

여기서, 제3수직날개(480)는 제1연결부재(440)의 하측에 상하방향으로 배치될 수 있는데, 제3수직날개(480)는 회전류(500)에 대해 받음각을 가지도록 제1수직날개(410)와 대향되는 방향으로 기울어지게 마련될 수 있다.

즉, 도 5를 참조하면, 제3수직날개(480)는 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)에 대해 기울어지도록 배치되는데, 선미측(T)에서 선수측(S)으로 갈수록, 제3수직날개(480)가 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)측으로 가까워지게 마련된다.

그리고, 제4수직날개(490)는 제2연결부재(450)의 하측에 상하방향으로 배치될 수 있는데, 제4수직날개(490)는 회전류(500)에 대해 받음각을 가지도록 제2수직날개(420)와 대향되는 방향으로 기울어지게 마련될 수 있다.

즉, 도 5를 참조하면, 제4수직날개(490)는 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)에 대해 기울어지도록 배치되는데, 선미측(T)에서 선수측(S)으로 갈수록, 제4수직날개(490)가 선수와 선미를 연결하는 가상의 라인(H)측으로 가까워지게 마련된다.

즉, 도 4, 도 5 및 도 8을 참조하면, 선미측(T)에서 선수측(S)으로 갈수록 제3수직날개(480)와 제4수직날개(490)는 상호 가까워지는 방향으로 배치될 수 있다.

여기서, 제3수직날개(480)와 제4수직날개(490)가 회전류(500)에 부딪혀 추력이 발생되는 작용에 대해 상세히 설명한다.

제3수직날개(480) 및 제4수직날개(490)를 상부에서 바라본 단면도인 도 8을 참조하여 우선 제3수직날개(480)를 살펴보면, 제3수직날개(480)에서 회전류(500c)는 도 8을 기준으로 제3수직날개(480)의 우측에서 회전하며 θ3의 각도를 이루면서 제3수직날개(480)에 부딪히게 된다.

그리고, 제3수직날개(480)의 우측(X3)을 통해 흐르는 수류의 경우, 베르누이의 원리에 의해, 상대적으로 유속은 느리지만 압력이 높은 상태가 형성되고, 제3수직날개(480)의 좌측(Y3)을 통해 흐르는 수류의 경우, 상대적으로 유속은 빠르지만 압력이 낮은 상태가 형성된다.

즉, 제3수직날개(480)의 우측(X3)으로부터 제3수직날개(480)의 좌측(Y3)을 향해 제3수직날개(480)에 수직한 방향으로 힘이 작용하는데(화살표 A3 참조), 이러한 힘은 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B3 참조)과 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C3 참조)으로 벡터분해가 가능하다.

다음, 제4수직날개(490)를 살펴보면, 제4수직날개(490)에서 회전류(500d)는 도 8을 기준으로 제4수직날개(490)의 좌측에서 회전하며 θ4의 각도를 이루면서 제4수직날개(490)에 부딪히게 된다.

그리고, 제4수직날개(490)의 좌측(X4)을 통해 흐르는 수류의 경우, 베르누이의 원리에 의해, 상대적으로 유속은 느리지만 압력이 높은 상태가 형성되고, 제4수직날개(490)의 우측(Y4)을 통해 흐르는 수류의 경우, 상대적으로 유속은 빠르지만 압력이 낮은 상태가 형성된다.

즉, 제4수직날개(490)의 좌측(X4)으로부터 제4수직날개(490)의 우측(Y4)을 향해 제4수직날개(490)에 수직한 방향으로 힘이 작용하는데(화살표 A4 참조), 이러한 힘은 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B4 참조)과 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C4 참조)으로 벡터분해가 가능하다.

여기서, 제3수직날개(480)에서 발생되는 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C3 참조)과, 제4수직날개(490)에서 발생되는 선체(200)의 진행방향에 대해 직교하는 방향으로의 힘(화살표 C4 참조)은 방향이 반대이므로, 서로 상쇄된다.

그리고, 제3수직날개(480)와 제4수직날개(490)에서 발생되는 선체(200)의 진행방향으로의 힘(화살표 B3 및 B4 참조)이 선체(200)에 대해 추력으로 작용하게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(100)에서 회전류(500)가 추력생성유닛(400)에 부딪혀 추력이 생성되는 작용 및 효과에 대해 설명한다.

도 1을 참조하면, 프로펠러(300)의 전방에는 추력생성유닛(400)이 배치되며, 추력생성유닛(400)은 선체(200)에 의해 발생되는 회전류(500)에 부딪혀 추력이 생성되도록 마련된다.

제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)는 상하방향으로 배치되되, 선미측(T)에서 선수측(S)으로 갈수록 상호 멀어지는 방향으로 선체(200)에 결합될 수 있다. 그리고, 수평중심날개(430)는 제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)에 각각 교차하도록 제1수직날개(410)와 제2수직날개(420)에 연결될 수 있다.

또한, 제1수평사이드날개(460)는, 수평중심날개(430)의 일측 단부와 제1수직날개(410)를 연결하는 제1연결부재(440)에 연결되고, 제2수평사이드날개(470)는, 수평중심날개(430)의 타측 단부와 제2수직날개(420)를 연결하는 제2연결부재(450)에 연결될 수 있다.

그리고, 제3수직날개(480)는 제1연결부재(440)의 하측에 상하방향으로 연결되고, 제4수직날개(490)는 제2연결부재(450)의 하측에 상하방향으로 연결되되, 제3수직날개(480)와 제4수직날개(490)는 선미측(T)에서 선수측(S)으로 갈수록 상호 가까워지는 방향으로 배치될 수 있다.

여기서, 도 6을 참조하면, 선체(200)의 의해 발생되는 회전류(500)는 선미의 각 부분마다 다르게 형성되므로, 각 부분에서의 회전류(500)에 대해 받음각을 가질 수 있게 경사가 형성되는 날개가 배치되어 각각의 날개로부터 추력이 생성될 수 있으며, 이를 통해, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 선박 200 : 선체
300 : 프로펠러 400 : 추력생성유닛
410 : 제1수직날개 420 : 제2수직날개
430 : 수평중심날개 440 : 제1연결부재
450 : 제2연결부재 460 : 제1수평사이드날개
470 : 제2수평사이드날개 480 : 제3수직날개
490 : 제4수직날개 500 : 회전류

Claims

선수(船首)로부터 선미(船尾)로 흐르는 수류(水流)에 부딪혀 회전류가 발생하도록 마련되는 선체;
상기 선체에 결합되되, 엔진의 회전축에 연결되어 추력을 발생시키는 프로펠러; 및
상기 프로펠러의 전방에서 상기 선체에 결합되며, 상기 선체에 의해 발생되는 상기 회전류에 부딪혀 추력이 생성되도록 마련되는 추력생성유닛을 포함하며,
상기 추력생성유닛은,
상하방향으로 배치되며, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록 상기 선수와 상기 선미를 연결하는 가상의 라인에 대해 기울어져 상기 선체에 결합되는 제1수직날개; 및
상기 제1수직날개로부터 이격되어 상하방향으로 배치되며, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록 상기 선수와 상기 선미를 연결하는 상기 가상의 라인에 대해 기울어져 상기 선체에 결합되는 제2수직날개를 포함하되,
상기 추력생성유닛은,
상기 제1수직날개의 하측에 상하방향으로 배치되는 제3수직날개; 및
상기 제2수직날개의 하측에 상하방향으로 배치되는 제4수직날개를 더 포함하고,
상기 제3수직날개는, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록 상기 제1수직날개와 대향되는 방향으로 기울어지게 마련되며,
상기 제4수직날개는, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록 상기 제2수직날개와 대향되는 방향으로 기울어지게 마련되는 선박.
삭제
제1항에 있어서,
상기 선미로부터 상기 선수로 갈수록, 상기 제1수직날개와 상기 제2수직날개는 상호 멀어지는 방향으로 배치되는 선박.
제3항에 있어서,
상기 추력생성유닛은,
상기 제1수직날개와 상기 제2수직날개를 각각 연결하며, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록, 상기 선수와 상기 선미를 연결하는 상기 가상의 라인을 기준으로 전방이 상측을 향해 기울어지게 마련되는 수평중심날개를 더 포함하는 선박.
제4항에 있어서,
상기 수평중심날개는 상기 제1수직날개와 상기 제2수직날개에 각각 교차하도록 배치되는 선박.
제4항에 있어서,
상기 추력생성유닛은,
상기 수평중심날개의 일측 단부와 상기 제1수직날개를 연결하는 제1연결부재; 및
상기 수평중심날개의 타측 단부와 상기 제2수직날개를 연결하는 제2연결부재를 더 포함하는 선박.
제6항에 있어서,
상기 추력생성유닛은,
상기 수평중심날개에 나란하게 배치되어 상기 제1연결부재에 연결되는 제1수평사이드날개; 및
상기 수평중심날개에 나란하게 배치되어 상기 제2연결부재에 연결되는 제2수평사이드날개를 더 포함하는 선박.
제7항에 있어서,
상기 제1수평사이드날개 및 상기 제2수평사이드날개 중 적어도 하나는, 상기 회전류에 대해 받음각을 가지도록, 상기 선수와 상기 선미를 연결하는 상기 가상의 라인을 기준으로 전방이 하측을 향해 기울어지게 마련되는 선박.
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