KR101580403B1

KR101580403B1 - 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박

Info

Publication number: KR101580403B1
Application number: KR1020140099909A
Authority: KR
Inventors: 손영이; 장봉준
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2015-12-24

Abstract

본 발명은 선박용 러더에 관한 것으로서, 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 선박용 러더에 있어서, 일측으로 편향된 리딩엣지를 가지는 러더 상부; 평단면이 좌우 대칭이 되도록하는 리딩엣지를 가지는 러더 하부; 및 상기 러더 상부의 리딩엣지 하단과 상기 러더 하부의 리딩엣지 상단을 곡선으로 이어지도록 연속적으로 형성되는 러더 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 선박용 러더를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 복수 개의 프로펠러; 및 상기 프로펠러의 후방에 각각 위치하는 복수 개의 선박용 러더를 포함하며 상기 선박용 러더는, 일측으로 편향된 리딩엣지를 가지는 러더 상부; 평단면이 좌우 대칭이 되도록하는 리딩엣지를 가지는 러더 하부; 및 상기 러더 상부의 리딩엣지 하단과 상기 러더 하부의 리딩엣지 상단을 곡선으로 이어지도록 연속적으로 형성되는 러더 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박은, 하부 단면이 좌우 대칭으로 형성되고, 상부 단면은 좌우 비대칭으로 형성되며, 중앙부는 상부와 하부를 부드럽게 이어지도록 연속적으로 형성되거나, 벌브 또는 핀을 구비하도록 형성되는 러더를 구비하여, 러더가 쌍축선의 후류 유동에 최적화될 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 쌍축선의 추력을 극대화할 수 있고, 추진효율이 증대되며, 에너지 소모량을 최소화할 수 있다.

Description

선박용 러더 및 이를 포함하는 선박{A rudder for ship and ship thereof}

본 발명은 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 한국산업기술평가관리원의 산업융합원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.[과제고유번호: 10040060, 과제명: 저항추진성능 향상 선종별 에너지절감 부가장치 개발 및 실선 적용]

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 오일이 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 2010년에 선박 운항시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.

이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 니즈에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.

연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감 부가 장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.

또한, 최근에는 선박에 에너지 절감 부가 장치(ESD)를 부가하는 것 외에도, 선체나 러더, 스케그 등의 형상을 최적화하는 것에 대해 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있는 실정이다.

국내실용신안등록공보 제20-0395385호 국내특허등록공보 제10-1281977호 국내특허공개공보 제10-2013-0090027호

본 발명의 목적은, 프로펠러의 후방에 위치하는 러더의 형상을 상부 단면은 좌우 비대칭으로 구성하고, 하부 단면은 좌우 대칭형으로 구성하고, 러더 중앙부는 부드럽게 이어지도록 연속적으로 형성하거나, 벌브 또는 핀을 구비하도록 구성함으로써, 선박의 직진성을 향상시키고 선박의 추진력이 증대되며 선박의 연료소모량을 줄이도록 하기 위한 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 쌍축선에 러더 하부 단면이 좌우 대칭형으로 구성되는 러더의 형상을 구성하도록 하여, 쌍축선에서의 후류 유동에 최적화시킬 수 있어 쌍축선의 추력을 대폭 향상시키고, 선박의 에너지 효율을 극대화하기 위한 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더는, 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 선박용 러더에 있어서, 일측으로 편향된 리딩엣지를 가지는 러더 상부; 평단면이 좌우 대칭이 되도록하는 리딩엣지를 가지는 러더 하부; 및 상기 러더 상부의 리딩엣지 하단과 상기 러더 하부의 리딩엣지 상단을 곡선으로 이어지도록 연속적으로 형성되는 러더 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 러더 상부의 리딩엣지는, 상하 연직으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 러더 하부의 리딩엣지는, 상하 연직으로 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 러더 상부의 리딩엣지는, 하단에서 상단으로 갈수록 좌현 또는 우현으로 기울어진 형태를 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 러더 상부의 리딩 엣지는, 상기 프로펠러 상부의 회전방향과 반대 방향으로 편향될 수 있다.

구체적으로, 상기 러더 상부는, 평단면이 좌우 비대칭으로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더를 포함하는 선박은, 복수 개의 프로펠러; 및 상기 프로펠러의 후방에 각각 위치하는 복수 개의 선박용 러더를 포함하며 상기 선박용 러더는, 일측으로 편향된 리딩엣지를 가지는 러더 상부; 평단면이 좌우 대칭이 되도록하는 리딩엣지를 가지는 러더 하부; 및 상기 러더 상부의 리딩엣지 하단과 상기 러더 하부의 리딩엣지 상단을 곡선으로 이어지도록 연속적으로 형성되는 러더 중앙부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 러더 상부의 리딩엣지는, 상기 선박의 종단면을 기준으로 좌우 대칭일 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박은, 하부 단면이 좌우 대칭으로 형성되고, 상부 단면은 좌우 비대칭으로 형성되며, 중앙부는 상부와 하부를 부드럽게 이어지도록 연속적으로 형성하거나, 벌브 또는 핀을 구비하도록 형성되는 러더를 구비함으로써, 러더가 쌍축선의 후류 유동에 최적화될 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 쌍축선의 추력을 극대화할 수 있고, 추진효율이 증대되며, 에너지 소모량을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 배면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 우측면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측면도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 배면도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 우측면도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 저면도이다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도이다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측면도이다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 배면도이다.
도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 우측면도이다.
도 18은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 저면도이다.
도 19는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도이다.
도 20은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측면도이다.
도 21은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도이다.
도 22는 프로펠러를 장착하지 않은 단축선에서 실험한 우현측 공칭반류의 계측도이다.
도 23a는 프로펠러를 장착한 단축선에서 실험한 프로펠러 후류의 축방향 속도분포도이고, 23b는 프로펠러를 장착한 단축선에서 실험한 프로펠러 후류의 회전방향 속도분포도이다.
도 24a는 프로펠러를 장착하지 않은 쌍축선에서 실험한 공칭반류의 축방향 속도분포도이고, 도 24b는 프로펠러를 장착하지 않은 쌍축선에서 실험한 공칭반류의 회전방향 속도분포도이다.
도 25a는 프로펠러를 장착한 쌍축선에서 실험한 프로펠러 후류의 축방향 속도분포도이고, 도 25b는 프로펠러를 장착한 쌍축선에서 실험한 프로펠러 후류의 회전방향 속도분포도이다.
도 26은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더를 장착한 쌍축선의 후면 사시도이다.
도 27은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더를 장착한 쌍축선의 후면 사시도이다.
도 28은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더를 장착한 쌍축선의 후면 사시도이다.
도 29는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박용 스케그의 사시도이다.
도 30은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박용 스케그의 사시도이다.
도 31은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 선박용 스케그의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 배면도, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 우측면도, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 저면도, 도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도, 도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측면도, 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도, 도 26은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더를 장착한 쌍축선의 후면 사시도이다.

도 1 내지 도 7 및 도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더(10a) 및 이를 포함하는 선박(1)은, 선박용 러더(10a), 러더 벌브(200), 프로펠러(400) 및 선체(500)를 포함한다.

선박용 러더(10a)는, 프로펠러(400)의 후방에 설치되어 선박(1)의 항해 방향을 조종한다. 이러한 선박용 러더(10a)는, 러더 상부(101), 러더 하부(102) 및 러더 중앙부(103)로 구성될 수 있다. 이하에서 선박(1)은 쌍축선일 수 있다.

러더 상부(101)와 러더 하부(102)에 대해 설명하기에 앞서, 이하에서는 본 발명의 구성요소들로 인해 도출되는 효과를 효과적으로 설명하기 위해, 우선적으로 도 22 내지 도 25를 참조하여 도시된 실험자료들에 대해서 상세히 설명하도록 하겠다.

도 22는 프로펠러를 장착하지 않은 단축선에서 실험한 우현측 공칭반류의 계측도, 도 23a는 프로펠러를 장착한 단축선에서 실험한 프로펠러 후류의 축방향 속도분포도, 도 23b는 프로펠러를 장착한 단축선에서 실험한 프로펠러 후류의 회전방향 속도분포도, 도 24a는 프로펠러를 장착하지 않은 쌍축선에서 실험한 공칭반류의 축방향 속도분포도, 도 24b는 프로펠러를 장착하지 않은 쌍축선에서 실험한 공칭반류의 회전방향 속도분포도, 도 25a는 프로펠러를 장착한 쌍축선에서 실험한 프로펠러 후류의 축방향 속도분포도, 도 25b는 프로펠러를 장착한 쌍축선에서 실험한 프로펠러 후류의 회전방향 속도분포도이다.

이하에서 회전방향의 기준은, 선체의 후미(501)에서 선체(500)의 선수(도시하지 않음)를 바라보는 것을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향을 지정하는 것으로 하며, 선체(500)의 좌현은 도면에서 좌측, 선체(500)의 우현은 도면에서 우측이다.

도 22 내지 도 25의 도면에서 Y는 선체(500)를 기준으로 수평선을 나타내는 좌표축이며, Z는 선체(500)를 기준으로 수직선을 나타내는 좌표축이고, 도 22의 r/R은 무차원변수(R은 프로펠러(400) 반지름, r은 프로펠러(400)의 축 중심으로부터 임의의 지점 까지의 길이)이며, 도 22는 선체(500)의 우현측만을 나타낸 결과값이다.

도 22, 도 23a, 도 25a는 유체의 축방향 속도(선체(500)의 진행방향에 반대방향으로의 속도)를 등속선별로 색깔을 지정하여 나타낸 속도값으로, 선체(500) 주변에 흐르는 유체의 축방향 속도를 나타낸 도면이며(도 24a에서는 축방향 속도를 색깔이 아닌 등속선만으로 표시), 도 22, 도 23b, 도 24b, 도 25b는 유체의 회전방향을 다수의 화살표로 나타낸 속도값(화살표의 방향은 회전방향을, 화살표의 길이는 회전속도를 나타냄)으로 선체(500)의 주변에 흐르는 유체의 회전 방향 및 회전 속도를 나타낸 도면이다.

도 22 및 도 23(a,b)는, 단축선(도시하지 않음)에서의 실험결과를 나타내는 것으로, 도 22는 프로펠러(400)가 설치되지 않았을 때의 유동을, 도 23(a,b)는 프로펠러(400)가 설치되었을 때의 프로펠러(400)의 후류유동을 나타내는 것이다.

도 22를 검토해보면, 프로펠러(400)의 축(도시하지 않음)에서 가까워질수록 유체의 축방향 속도가 감소하며, 유체가 반시계방향으로 하측에서 상측으로 회전하며 프로펠러(400)의 축을 향하여 유입되는 것을 알 수 있다.

도 23a를 검토해보면, 프로펠러(400)의 축에서 우현측의 임의의 지점에서 가장 빠른 유체의 축방향속도가 존재하며 도 23b를 참조해보면, 유체가 시계방향으로 프로펠러(400)의 축을 향하여 유입되며, 프로펠러(400) 축에 가까울수록 회전속도가 강해지는 것을 알 수 있다.

즉, 도 22와 도 23(a,b)를 종합적으로 검토해보면, 프로펠러(400)의 축을 기준으로 상측부는 좌현에서 우현으로, 하측부는 우현에서 좌현으로의 횡방향속도가 매우 빠른 것을 알 수 있으며, 이로 보아 프로펠러(400)의 후류 유동은 상하 대칭성이 매우 큰 것을 알 수 있다.

이를 통해 단축선에서는, 프로펠러(400)의 후류 유동에 최적의 형상을 가지는 선박용 러더를 제작하기 위해, 러더의 상부와 하부가 모두 좌우 비대칭 단면을 가지도록 하고, 러더의 상부와 하부의 리딩엣지가 서로 좌우반대로 편향되도록 제작한다.

도 24(a,b) 및 도 25(a,b)는, 쌍축선(1)에서의 실험결과를 나타내는 것으로, 도 24(a,b)는 프로펠러(400)가 설치되지 않았을 때의 유동을, 도 25(a,b)는 프로펠러(400)가 설치되었을 때의 프로펠러(400)의 후류유동을 나타내는 것이다.

도 24a를 참조해보면, 상측부에서 하측부로 갈수록 유체의 축방향속도가 증가하며, 도 24b를 참조해보면, 유체가 내측 상단으로 유입되며, 국부적으로는 프로펠러(400)의 축 근처에서 프로펠러(400)의 축의 내측 임의의 부분을 향하여 회전하며 유입되는 것을 알 수 있다.

도 25a를 참조해보면, 프로펠러(400)의 축에서 대체적으로 하측부의 축방향속도가 상측부의 축방향속도보다 빠르며, 내측 및 외측의 축방향 속도가 프로펠러(400) 축을 기준으로 좌우 대칭성이 미약하고, 내측의 임의의 지점에서 가장 빠른 유체의 축방향속도가 존재한다.

도 25b를 참조해보면, 국부적으로 프로펠러(400)의 축 근처에서 반시계방향으로 회전하며 프로펠러(400)의 축을 향해 유입되고 있는 것으로 보인다.

구체적으로는, 상측부는 외측에서 내측으로의 횡방향 속도가 크며, 하측부는 횡방향 속도가 거의 존재하지 않고 상승류가 존재한다. 외측은 하측부에서 상측부로의 종방향 속도가 매우 크게 나타나고 있으며, 최상측부에서는 외측에서 내측으로의 횡방향 속도가 존재하는 것을 알 수 있다.

이를 통해 본 발명의 실시예에서는, 프로펠러(400)의 후류유동 중 상측부의 유동이 외측에서 내측으로 빠르게 흐른다는(횡방향속도가 크다) 실험결과를 이용하여 러더 상부(101)는 단면이 좌우 비대칭이 되도록 하고, 프로펠러(400)의 후류유동 중 하측부 유동이 횡방향 속도 성분이 없다는 실험결과를 이용하여 러더 하부(102)는 단면이 좌우 대칭이 되도록 한다.

이를 통해, 본 발명의 실시예에서는, 선박용 러더(10a)가 쌍축선(1)의 후류 유동에 최적화될 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 쌍축선(1)의 추력을 극대화할 수 있고, 추진효율이 증대되며, 에너지 소모량을 최소화할 수 있다.

러더 상부(101)는, 일측으로 편향된 러더 상부 리딩엣지(1001a)를 가진다. 러더 상부(101)는, 러더 상부 리딩엣지(1001a)가 러더 상부(101)의 하단에서 상단으로 갈수록 좌현 또는 우현으로 기울어진 형태를 가지도록 구성될 수 있다.

러더 상부(101)는, 러더 상부(101)의 최하단에서의 단면(도시하지 않음)과 러더 윗면(104)이 동일하지 않을 수 있으며, 러더 좌면(106)의 넓이가 러더 우면(107)의 넓이보다 넓을 수 있다.

러더 상부(101)는, 러더 상부 리딩엣지(1001a)가 상하 연직으로 형성될 수 있다. 러더 상부(101)는, 러더 상부(101)의 최하단에서의 단면(도시하지 않음)과 러더 윗면(104)이 동일할 수 있으며, 러더 좌면(106)의 넓이가 러더 우면(107)의 넓이보다 넓을 수 있다.

또한, 러더 상부(101)는, 평단면이 좌우 비대칭으로 구성될 수 있고, 프로펠러(400) 상부(부호 도시하지 않음)의 회전방향과 반대방향으로 편향될 수도 있다.

이와 같이 러더 상부(101)의 형태를 일측으로 편향되도록 구성함으로써, 프로펠러(400)의 후류 유동 중 상측부의 횡방향 유동에 적합하도록 할 수 있다. 따라서, 쌍축선(1)의 추진력이 증가되고, 에너지 효율이 상승할 수 있으며, 쌍축선(1)의 직진성이 극대화될 수 있다.

러더 하부(102)는, 평단면이 좌우 대칭이 되도록 하는 러더 하부 리딩엣지(1001b)를 가진다. 러더 하부(102)는, 러더 하부 리딩엣지(1001b)가 상하연직으로 형성될 수 있다. 즉, 러더 하부(102)의 최상단에서의 단면(도시하지 않음)과 러더 밑면(105)이 동일하며, 러더 좌면(106)의 넓이와 러더 우면(107)의 넓이가 동일할 수 있다.

이와 같이 러더 하부(102)는, 러더 하부(102)의 평단면이 좌우 대칭이 되도록 하는 리딩엣지(1001b)를 구성함으로써, 프로펠러(400)의 후류 유동 중 하측부의 유동에 적합하도록 할 수 있다.

프로펠러(400)의 후류 유동 중 하측부는, 유체의 유동이 횡방향 속도가 거의 존재하지 않으므로, 러더 하부 리딩엣지(1001b)를 일측으로 편향되도록 구성할 필요가 없다. 오히려 러더 하부 리딩엣지(1001b)를 일측으로 편향되도록 구성하는 경우, 프로펠러(400)의 후류 유동에 대한 저항이 상승하여 쌍축선(1)의 추진력이 감소되고, 쌍축선(1)의 직진성이 저하될 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에서는, 러더 하부(102)의 단면을 대칭이 되도록 구성하여 쌍축선(1)의 추진력이 증가되고, 에너지 효율이 상승할 수 있으며, 쌍축선(1)의 직진성이 극대화될 수 있다.

러더 중앙부(103)는, 러더 상부(101)와 러더 하부(102)를 연결할 수 있다. 러더 중앙부(103)는, 후술할 러더 벌브(200)를 전면에 돌출되도록 구비할 수 있다.

러더 상부(101)는 단면이 비대칭이며, 러더 하부(102)는 단면이 대칭이므로, 러더 상부(101)와 러더 하부(102)를 연결하는 경우, 불연속면(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 이러한 불연속면은 선박(1)에 큰 저항을 일으키고, 에너지 효율 측면상 매우 좋지 않은 효과를 일으킨다.

따라서, 러더 중앙부(103)의 전면에는, 불연속면으로 인한 선박(1)에 대한 저항을 줄이기 위해서 러더 벌브(200)를 구비할 수 있다. 이러한 러더 벌브(200)는, 프로펠러(400)의 축을 기준으로 상방으로 편심되도록 구성될 수 있으며, 프로펠러(400)의 축과 동일축 상에 형성될 수 있다. 이로 인해 선박(1)의 추진력을 항샹시키고, 직진성을 극대화시키며, 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.

도 26을 참고해 보면, 본 발명의 실시예에서는, 후술할 프로펠러(400)와 선박용 러더(10a)를 복수 개 포함할 수 있다. 여기서 선박용 러더(10a)는, 제 1 선박용 러더(11)와 제 2 선박용 러더(12)를 포함할 수 있다.

선박용 러더(10a)는, 제 1 선박용 러더(11)와 제 2 선박용 러더(12)를 쌍축선(1)의 종단면을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 구성할 수 있고, 거울 대칭이 되도록 구성할 수도 있다.

구체적으로, 선박용 러더(10a)의 러더 상부 리딩엣지(1001a)는, 쌍축선(1)의 종단면을 기준으로 좌우 대칭일 수 있으며, 쌍축선(1)의 종단면을 기준으로 거울 대칭일 수도 있고, 후술할 러더 벌브(200)도 제 1 러더 벌브(200a)와 제 2 러더 벌브(200b)를 포함하여, 쌍축선(1)의 종단면을 기준으로 좌우 대칭 또는 거울 대칭이 되도록 구성될 수 있다.

프로펠러(400)는, 선체(500)의 후미(501)에 구비되며 선박(1)의 추진력을 발생시키고 복수 개 구비될 수도 있다(예를 들어, 쌍축선에서의 프로펠러는 2 개). 본 실시예가 포함하고 있는 프로펠러(400)는 일반적으로 널리 사용되는 스크류 프로펠러와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

선체(500)는, 선박(1)의 몸체로써, 선체의 선수(도시하지 않음) 및 선체의 후미(501)를 포함할 수 있고, 선박용 러더(10a) 및 프로펠러(400) 등이 설치될 수 있으며 프로펠러(400)가 다수 개 설치되는 다축선(예를 들어 쌍축선)일 수도 있다.

본 실시예에서 포함하고 있는 선체(500)는, 일반적인 선박의 선체와 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 배면도, 도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 우측면도, 도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 저면도, 도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도, 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측면도, 도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도, 도 27은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더를 장착한 쌍축선의 후면 사시도이다.

도 8 내지 도 14 및 도 27에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박용 러더(10b) 및 이를 포함하는 선박(2)은, 선박용 러더(10b), 프로펠러(400) 및 선체(500)를 포함한다. 본 발명의 제 2 실시예에서 프로펠러(400) 및 선체(500)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더(10a) 및 이를 포함하는 선박(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

선박용 러더(10b)는, 프로펠러(400)의 후방에 설치되어 선박(2)의 항해 방향을 조종한다. 이러한 선박용 러더(10b)는, 러더 상부(101), 러더 하부(102) 및 러더 중앙부(103)로 구성될 수 있다. 이하에서 선박(2)은 쌍축선일 수 있다.

러더 상부(101) 및 러더 하부(102)의 구성 및 효과는 본 발명의 제 1 실시예에서와 동일하므로, 이에 대한 설명은 본 발명의 제 1 실시예에서 설명한 것으로 갈음하도록 한다.

러더 중앙부(103)는, 러더 상부 리딩엣지(1001a)의 하단과 러더 하부 리딩엣지(1001b)의 상단을 곡선으로 이어지도록 연속적으로 형성된다. 이때, 러더 중앙부(103)는, 러더 상부 리딩엣지(1001a)와 러더 하부 리딩엣지(1001b)를 이어주는 곡선의 러더 중앙부 리딩엣지(1001c)를 포함할 수 있으며, 러더 중앙부 리딩엣지(1001c)는, 직선의 형태를 가질 수도 있다.

러더 중앙부(103)는, 러더 상부(101)의 평단면 중 최하부의 평단면과 러더 하부(102)의 평단면 중 최상부의 평단면이 이어지도록 연속적으로 부드럽게 형성될 수 있으며, 단면형성 비율이 임의의 비율로 증가 또는 감소하며 이어질 수 있다.

러더 중앙부(103)는, 러더 상부(101)와 러더 하부(102)를 부드럽게 이어줌으로써, 러더 상부(101)와 러더 하부(102)를 연결하면서 발생되는 불연속면(도시하지 않음)을 제거해준다. 이로 인해서, 선박(2)의 추진력이 강화되는 효과가 있으며, 선박(2)의 직진성이 향상되고, 선박(2)의 에너지 효율이 증대되는 효과가 있다.

도 27을 참고해 보면, 본 발명의 제 2 실시예에서도 선박(2)은, 프로펠러(400)와 선박용 러더(10b)를 복수 개 포함할 수 있으며, 여기서 선박용 러더(10b)는, 제 3 선박용 러더(13)와 제 4 선박용 러더(14)를 포함할 수 있다.

선박용 러더(10b)는, 제 3 선박용 러더(13)와 제 4 선박용 러더(14)를 쌍축선(2)의 종단면을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 구성할 수 있고, 거울 대칭이 되도록 구성할 수도 있다.

구체적으로, 선박용 러더(10b)의 러더 상부 리딩엣지(1001a)는, 쌍축선(2)의 종단면을 기준으로 좌우 대칭일 수 있으며, 쌍축선(2)의 종단면을 기준으로 거울 대칭이 되도록 구성될 수 있다. 물론 러더 중앙부 리딩엣지(1001c) 또한, 쌍축선(2)의 종단면을 기준으로 좌우 대칭 또는 거울 대칭일 수 있다.

도 15는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 배면도, 도 16은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도, 도 17은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 우측면도 도 18은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 저면도, 도 19는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도, 도 20은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측면도, 도 21은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도, 도 28은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더를 장착한 쌍축선의 후면 사시도이다.

도 15 내지 도 21 및 도 28에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박용 러더(10c) 및 이를 포함하는 선박(3)은, 선박용 러더(10c), 러더 벌브(200), 핀(300), 프로펠러(400) 및 선체(500)를 포함한다. 본 발명의 제 3 실시예에서 러더 벌브(200), 프로펠러(400) 및 선체(500)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박용 러더(10a) 및 이를 포함하는 선박(1)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

선박용 러더(10c)는, 프로펠러(400)의 후방에 설치되어 선박(3)의 항해 방향을 조종한다. 이하에서 선박(3)은 쌍축선일 수 있다.

이러한 선박용 러더(10c)는, 러더 몸체(100)와 후술할 핀(300)을 구비할 수 있으며, 핀(300)은, 러더 몸체(100)의 일 측에만 구비되고, 프로펠러(400)의 후류 중 상승류가 발생하는 측에 구비된다.

러더 몸체(100)는, 러더 상부(101), 러더 하부(102) 및 러더 중앙부(103)로 구성될 수 있다. 러더 상부(101), 러더 하부(102) 및 러더 중앙부(103)의 구성 및 효과는 본 발명의 제 1 실시예에서와 동일하므로 이에 대한 설명은 본 발명의 제 1 실시예에서 설명한 것으로 갈음하도록 한다.

도 28을 참고해 보면, 본 발명의 제 3 실시예에서도 선박(3)은, 프로펠러(400)와 선박용 러더(10c)를 복수 개 포함할 수 있으며, 여기서 선박용 러더(10c)는, 제 5 선박용 러더(15)와 제 6 선박용 러더(16)를 포함할 수 있다.

선박용 러더(10c)는, 제 5 선박용 러더(15)와 제 6 선박용 러더(16)를 쌍축선(3)의 종단면을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 구성할 수 있고, 거울 대칭이 되도록 구성할 수도 있다.

구체적으로, 선박용 러더(10c)의 러더 상부 리딩엣지(1001a)는, 쌍축선(3)의 종단면을 기준으로 좌우 대칭일 수 있으며, 쌍축선(3)의 종단면을 기준으로 거울 대칭일 수도 있다.

러더 벌브(200)는, 제 1 러더 벌브(200a)와 제 2 러더 벌브(200b)를, 핀(300)은, 제 1 핀(부호 도시하지 않음)과 제 2 핀(부호 도시하지 않음)을 포함하며, 러더 벌브(200) 및 핀(300)은, 쌍축선(3)의 종단면을 기준으로 좌우대칭 또는 거울대칭이 되도록 구성될 수 있다.

핀(300)은, 러더 몸체(100)의 일 측에만 구비되며, 프로펠러(400)의 후류 중 상승류가 발생하는 측에 구비된다. 구체적으로, 핀(300)은, 종단면이 에어 포일 형상일 수 있으며, 러더 벌브(200)의 일 측에만 구비될 수 있다.

핀(300)은, 러더 몸체(100)에 부착된 일단은 전면 고정될 수 있으며, 일단에서 타단으로 갈수록 상방 또는 하방으로 휘어진 형태일 수 있다. 이로 인해 핀(300)은, 프로펠러(400)에 의해 발생하는 후류의 압력을 적절히 이용하여 프로펠러(400)의 후류를 정류함으로써, 선박(3)의 추진 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 핀(300)은, 선체(500)로부터 멀어질수록 전후 폭이 동일하거나 또는 가변하는 형태를 가질 수 있으며, 리딩엣지(부호 도시하지않음)의 받음 각이 프로펠러(400)의 후류 유동에 적합하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에서 도 22 내지 도 25에 도시한 실험결과를 설명한 바와 같이, 프로펠러(400)의 후류 유동에서, 외측은 하측부에서 상측부로의 종방향 속도가 매우 크게 나타나고 있다.

따라서, 본 발명의 제 3 실시예에서는, 상기와 같은 실험결과를 이용하여 핀(300)을 추가로 구비함으로써, 날개 효과를 추가로 얻을 수 있다.

즉, 핀(300)은, 프로펠러(400)의 후류 유동을 이용하여, 이로 인해 발생하는 양력(lifting force)과 항력(drag force)의 반작용에 대한 분력으로, 선체(500)의 직진성을 극대화하고 선체(500)의 추진력을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 선박용 러더(10a,10b,10c) 및 이를 포함하는 선박(1,2,3)은, 러더 하부(102) 단면이 좌우 대칭으로 형성되고, 러더 상부(101) 단면은 좌우 비대칭으로 형성되며, 러더 중앙부(103)는 러더 상부(101)와 러더 하부(102)를 부드럽게 이어지도록 연속적으로 형성되거나, 러더 벌브(200) 또는 핀(300)을 구비하도록 형성되는 선박용 러더(10a,10b,10c)를 구비하여, 선박용 러더(10a,10b,10c)가 쌍축선(1,2,3)의 후류 유동에 최적화될 수 있는 효과가 있으며, 이로 인해 쌍축선(1,2,3)의 추력을 극대화할 수 있고, 추진효율이 증대되며, 에너지 소모량을 최소화할 수 있다.

도 29는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박용 스케그의 사시도, 도 30은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박용 스케그의 사시도, 도 31은 본 발명의 제 6 실시예에 따른 선박용 스케그의 사시도이다.

도 29 내지 도 31에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 4 내지 제 6 실시예에 따른 선박용 스케그(600a,600b,600c)는, 프로펠러(400)의 후방에 설치되며, 스케그 몸체(610), 선박용 러더(10a,10b,10c)를 포함한다. 이하에서 선박용 러더(10a,10b,10c)는 러더로 기재하도록 한다.

본 발명의 제 4 내지 제 6 실시예에서 선박용 러더(10a,10b,10c), 러더 벌브(200), 핀(300), 프로펠러(400) 및 선체(500)는 본 발명의 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 선박용 러더(10a,10b,10c) 및 이를 포함하는 선박(1,2,3)에서의 각 구성과 편의상 동일한 도면 부호를 사용하나, 반드시 동일한 구성을 지칭하는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 제 4 실시예에서의 선박용 스케그(600a)는, 본 발명의 제 1 실시예에서의 선박용 러더(10a)를, 본 발명의 제 5 실시예에서의 선박용 스케그(600b)는, 본 발명의 제 2 실시예에서의 선박용 러더(10b)를, 본 발명의 제 6 실시예에서의 선박용 스케그(600c)는, 본 발명의 제 3 실시예에서의 선박용 러더(10c)를 각각 포함한다.

스케그 몸체(610)는, 프로펠러(400)의 후방과 러더(10a,10b,10c)의 윗면(104) 사이에 구비되고, 스케그 좌면(613) 및 스케그 우면(614)을 포함한다. 또한, 스케그 몸체(610)는, 스케그 리딩엣지(611)와 스케그 트레일링엣지(612)를 포함한다.

즉, 스케그 몸체(610)는, 스케그 좌면(613)과 스케그 우면(614)을 포함하는 기하면체로 구성되며, 스케그 좌면(613)과 스케그 우면(614)이 서로 접하는 부분에 구비되는 스케그 리딩엣지(611)와 스케그 트레일링엣지(612)를 포함할 수 있다.

스케그 몸체(610)는 선체의 후미(501)에 돌출되어 선체(500)와 일체형으로 형성될 수 있으며, 선체의 후미(501)와 러더(10a,10b,10c) 사이에 구비되어 러더(10a,10b,10c)를 선체(500)에 직,간접적으로 고정시키는 역할을 한다.

스케그 몸체(610)는 선체의 후미(501)에 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며 바람직하게는 하나(단축선) 또는 두 개(쌍축선) 설치되어 선박(1,2,3)의 직진성을 확보하는데 도움을 주는 역할을 할 수 있다.

스케그 몸체(610)는, 러더 축(도시하지 않음)이 삽입되어 러더(10a,10b,10c)와 연결될 수 있으며, 단면은 전단이 곡면이며 후단이 뾰족한 형태이다. 다만, 스케그 몸체(610)의 단면은 러더(10a,10b,10c)의 단면과 동일 또는 유사하게 형성될 수 있다.

스케그 리딩엣지(611)는, 스케그 좌면(613)과 스케그 우면(614)이 접하는 선으로, 스케그 몸체(610)의 전방에 위치하고 러더의 리딩엣지(1001)와 연속적으로 연결된다.

스케그 리딩엣지(611)는, 스케그 몸체(610)와 유체가 처음 만나는 부분으로 선체(500)의 전진시 스케그 몸체(610)로 유체가 유입되는 부분일 수 있다. 스케그 리딩엣지(611)는, 러더 리딩엣지(1001)가 형성하는 선과 동일 선상에 위치할 수 있어, 스케그 몸체(610)의 단면 형상과 러더(10a,10b,10c)의 단면 형상이 선체(500)로부터 중력방향으로 연속적인 구조를 이룰 수 있도록 할 수 있다.

스케그 트레일링엣지(612)는, 스케그 좌면(613)과 스케그 우면(614)이 접하는 선으로 스케그 몸체(610)의 후방에 위치한다. 스케그 트레일링엣지(612)는, 선박용 스케그(600a,600b,600c)로 유입된 유체가 스케그 리딩엣지(611)로부터 스케그 좌면(613)과 스케그 우면(614)으로 각각 갈라진 후 다시 만나게 되는 부분으로 선박용 스케그(600a,600b,600c)로부터 유체가 유출되는 부분일 수 있다.

선박용 스케그(600a,600b,600c)는 러더 윗면(104)에 구비되므로, 스케그 몸체(610)로 유입되는 유체의 흐름은 러더(10a,10b,10c)로 유입되는 유체의 흐름과 유사하게 유입될 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 제 1 실시예에서 도 22 내지 도 25에 도시한 실험결과를 설명한 바와 같이, 프로펠러(400)의 후류 유동에서, 최상측부에서는 좌현에서 우현으로 또는 외측에서 내측으로의 횡방향 속도가 상측부에서와 같이 존재하는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 제 4 내지 제 6 실시예에서는, 상기와 같은 실험결과를 이용하여, 스케그 몸체(610)의 단면 형상이 러더의 리딩엣지(1001)의 단면 형상과 동일 또는 유사하게 형성됨으로써, 스케그 몸체(610)로 유입되는 유체의 저항을 줄이는데 큰 효과를 줄 수 있다.

또한, 선박용 스케그(600a,600b,600c)는 러더(10a,10b,10c)와 선체(500) 사이에 구비되어 러더(10a,10b,10c)를 간접적으로 연결하는 역할을 하는데, 종래에는 러더와 선박용 스케그 사이에 불연속면이 존재하게 된다. 따라서, 러더와 선박용 스케그 사이에 형성되는 불연속면은 선체(500)의 전진을 방해하는 저항을 발생시키고 선체(500)의 추진력을 약화시키는 역할을 하게 된다.

그러나, 본 발명의 제 4 내지 제 6 실시예에서는, 스케그 리딩엣지(611)의 단면 형상과 러더 리딩엣지(1001)의 단면 형상이 연속적으로 형성됨으로써, 러더(10a,10b,10c)와 선박용 스케그(600a,600b,600c) 사이의 불연속 면을 제거할 수 있다. 이로써, 본 발명의 제 4 내지 제 6 실시예에 따른 선박용 스케그(600a,600b,600c)는, 불연속 면의 제거로 인해 선체(500)의 전진을 방해하는 저항을 약화시켜 선체(500)의 추진력을 극대화하는데 도움을 줄 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제 4 내지 제 6 실시예에 따른 선박용 스케그(600a,600b,600c)는, 스케그 몸체(610)의 형상과 러더 몸체(100)의 형상을 연속적으로 일치되도록 형성하여 스케그 몸체(610)와 러더 몸체(100)의 불연속 면을 부드럽게 연결시켜주어 불연속면에 의한 저항을 감소시켜주는 효과가 있다.

또한, 스케그 몸체(610)의 스케그 리딩엣지(614) 형상과 러더 몸체(100)의 리딩엣지(1001) 형상이 연속적으로 형성되도록 하여 스케그 몸체(610)가 받는 저항을 최소화하여 선체(500)의 직진성을 극대화함으로써, 선박(1,2,3)의 추진성능이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1,2,3: 선박 10a: 제 1 실시예에 따른 선박용 러더
10b: 제 2 실시예에 따른 선박용 러더 10c: 제 3 실시예에 따른 선박용 러더
11: 제 1 선박용 러더 12: 제 2 선박용 러더
13: 제 3 선박용 러더 14: 제 4 선박용 러더
15: 제 5 선박용 러더 16: 제 6 선박용 러더
100: 러더 몸체 1001: 리딩엣지
1001a: 러더 상부 리딩엣지 1001b: 러더 하부 리딩엣지
1001c: 러더 중앙부 리딩엣지 1002: 트레일링엣지
101: 러더 상부 102: 러더 하부
103: 러더 중앙부 104: 러더 윗면
105: 러더 밑면 106: 러더 좌면
107: 러더 우면 200: 러더 벌브
200a: 제 1 러더 벌브 200b:제 2 러더 벌브
300: 핀(fin) 400: 프로펠러
500: 선체 501:선체의 후미
600a: 제 4 실시예에 따른 선박용 스케그
600b: 제 5 실시예에 따른 선박용 스케그
600c: 제 6 실시예에 따른 선박용 스케그
610: 스케그 몸체 611: 스케그 리딩엣지
612: 스케그 트레일링 엣지 613: 스케그 좌면
614: 스케그 우면

Claims

쌍축선의 프로펠러의 각각의 후방에 설치되어 상기 쌍축선의 항해 방향을 조종하는 선박용 러더에 있어서,
일측으로 편향된 리딩엣지를 가지는 러더 상부;
평단면이 좌우 대칭이 되도록하는 리딩엣지를 가지는 러더 하부; 및
상기 러더 상부의 리딩엣지 하단과 상기 러더 하부의 리딩엣지 상단을 곡선으로 이어지도록 연속적으로 형성되는 러더 중앙부를 포함하고,
각각의 상기 선박용 러더는,
상기 쌍축선의 프로펠러 후류간의 간섭으로 인한 후류 유동에 최적화되기 위해 해수면에 수직인 선을 기준으로 서로 대칭으로 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
제 1 항에 있어서, 상기 러더 상부의 리딩엣지는,
상하 연직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
제 1 항에 있어서, 상기 러더 하부의 리딩엣지는,
상하 연직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
제 1 항에 있어서, 상기 러더 상부의 리딩엣지는,
하단에서 상단으로 갈수록 좌현 또는 우현으로 기울어진 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
제 1 항에 있어서, 상기 러더 상부의 리딩 엣지는,
상기 프로펠러 상부의 회전방향과 반대 방향으로 편향되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
제 1 항에 있어서, 상기 러더 상부는,
평단면이 좌우 비대칭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
쌍축선의 프로펠러의 각각의 후방에 설치되어 상기 쌍축선의 항해 방향을 조종하는 선박용 러더를 포함하며,
상기 선박용 러더는,
일측으로 편향된 리딩엣지를 가지는 러더 상부;
평단면이 좌우 대칭이 되도록하는 리딩엣지를 가지는 러더 하부; 및
상기 러더 상부의 리딩엣지 하단과 상기 러더 하부의 리딩엣지 상단을 곡선으로 이어지도록 연속적으로 형성되는 러더 중앙부를 포함하고,
각각의 상기 선박용 러더는,
상기 쌍축선의 프로펠러 후류간의 간섭으로 인한 후류 유동에 최적화되기 위해 해수면에 수직인 선을 기준으로 서로 대칭으로 설치되는 것을 특징으로 하는 선박.
제 7 항에 있어서, 상기 러더 상부의 리딩엣지는,
상기 쌍축선의 종단면을 기준으로 좌우 대칭인 것을 특징으로 하는 선박.
제 7 항에 있어서, 상기 러더 상부의 리딩엣지는,
하단에서 상단으로 갈수록 좌현 또는 우현으로 기울어진 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 선박.
제 7 항에 있어서, 상기 러더 상부의 리딩엣지는,
상하 연직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박.
제 7 항에 있어서, 상기 러더 하부의 리딩엣지는,
상하 연직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박.
제 7 항에 있어서, 상기 러더 상부의 리딩 엣지는,
상기 프로펠러 상부의 회전방향과 반대 방향으로 편향되는 것을 특징으로 하는 선박.
제 7 항에 있어서, 상기 러더 상부는,
평단면이 좌우 비대칭으로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박.