KR102055382B1 - 복합소재를 갖는 러더의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 군함의 건조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 프로펠러 축이 선미 방향으로 갈수록 아래쪽으로 경사져 있는 선형을 가지는 군함의 선미에 러더를 장착하여 상기 군함을 건조하는 방법에 있어서, 상기 러더의 수직 중심선이 프로펠러의 회전축 중심선에 대하여 좌현 또는 우현 방향으로 벗어나게 배치하고, 상기 프로펠러가 러더의 하부로부터 일정 높이까지만 커버하는 것을 특징으로 하여, 고속(高速)을 필요로 하는 군함의 특성상 프로펠러의 높은 추력과 빠른 유속으로 인한 압력차로 인해서 발생하는 캐비테이션에 의한 러더 침식을 효과적으로 감소할 수 있고, 양력 손실과 저항을 줄임과 아울러, 러더의 조향 성능 및 추진 성능을 향상시킬 수 있는 군함의 건조방법에 관한 것이다.

Description

복합소재를 갖는 러더의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF RUDDER HAVING COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 군함의 건조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특히 고속(高速)을 필요로 하는 군함의 특성상 프로펠러의 높은 추력과 프로펠러의 고속회전으로 인해 증가된 후류의 영각(angle of attack)으로 발생하는 러더 캐비테이션 침식을 효과적으로 감소할 수 있고, 양력 손실과 저항을 줄임과 아울러, 러더의 조향 성능 및 추진 성능을 향상시킬 수 있는 군함의 건조방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 사용 목적, 화물 상태, 적재 방식에 따라 구분할 수 있다.

선박은 사용 목적에 따라 상선, 특수작업선, 군함, 어선 등으로 나눠질 수 있다. 특히, 군함은 전투용함과 지원함, 수송함, 경비함, 항공모함, 잠수함 등으로 나누며, 전투용 함은 전함, 순양함, 구축함, 호송함, 초계함이 있고, 배수량이 작은 군함은 함이 아닌 정으로 불리며 고속정, 어뢰정으로 불린다. 특수 작전용 함으로 기뢰함(또는 기뢰정), 지원함, 고속 수송함, 상륙함, 전차 양륙함 등이 있으며, 항공모함은 항공기 이송, 격납 및 이착륙을 위한 함이다.

군함은 일부 수송선을 제외하고는 흘수가 낮은데, 이유는 속도를 빠르게 내야 하기 때문으로 초계함 기준으로 흘수가 2미터 정도로 낮으며 항공모함이 아닌 경우 10미터의 흘수를 가지는 경우는 드물다.

군함은 최고 속도가 30~40노트까지도 설계되는 데, 고속(高速)을 필요로 하는 군함의 특성상, 다른 선박에 비해서 선체 뒤의 반류속에서 프로펠러의 높은 추력과 빠른 회전 속도로 인해 더욱 큰 캐비테이션이 발생하고, 이 캐비테이션은 소음, 진동, 프로펠러 및 러더의 침식을 유발하여 군함운용에 심각한 문제를 야기할 수 있다.

러더(rudder; 방향타, 방향키)는 선박의 조향에 사용되는 장치로써, 선박의 후미에 회전 가능하게 장착되어, 프로펠러에 의해서 얻어진 추진력의 방향을 조향하므로 선박의 조종 성능에 대한 주요 기능을 담당한다.

러더는 스페이드형 러더(Spade type rudder)와 러더 혼을 갖는 세미 스페이형 러더(Semi-Spade type rudder)가 있으며, 스페이드 러더는 풀 스페이드 형(Full-Spade type), 트위스트 리딩 에지 풀 스페이드 형(Twisted Leading Edge Full-Spade type) 등 이 있다.

러더는 선체에서 캐비테이션에 의한 침식을 가장 많이 받는 구성품 중의 하나이다. 러더 캐비테이션은 러더 표면에 침식 및 부식을 유발하고, 지속될 경우 러더가 파손되어 선박의 조종이 불가능해질 수 있다.

또한, 선박은 러더의 회전에 대한 즉각적인 선회가 어려울 수 있다. 이러한 점은 특히, 항로를 신속하고 정밀하게 변경이 필요한 군함, 소형선박 등의 특수선에 불리하게 작용될 수 있다.

또한, 러더는 고속을 필요로 하는 군함의 특성상 러더의 회전 시 큰 저항이 발생될 수 있다. 따라서, 종래의 러더는 구조적인 강성을 확보하기 위하여 내부에 다수의 보강재를 구비함으로써 러더의 자중이 무거워지게 되고 이는 선회력 저하뿐만 아니라 선박의 연료 소비효율을 저하시키게 된다.

최근에는 선박의 조종성능을 향상시키기 위한 방법으로서 고양력(high-lift) 러더를 적용하고 있으며, 대표적으로 플랩 러더(flap rudder)가 있다.

플랩 러더는 풀 스페이드 러더의 한 종류로서, 러더의 선미방향에 별도의 플랩(flap)을 갖고, 그 플랩이 플랩 앞쪽의 러더보다 더 큰 각도로 회전하여 일반적인 풀 스페이드 러더 대비 더 높은 양력(lift)을 발생시킬 수 있다.

그러나, 종래의 플랩 러더의 경우 플랩을 작동시키기 위한 별도의 구동장치를 필요로 하였으며 그 구조가 상당히 복잡할 뿐만 아니라, 설치 및 유지관리에 있어서 상당한 비용이 발생하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-1523729호

본 발명은 프로펠러 축이 선미 방향으로 갈수록 아래쪽으로 경사져 있는 선형을 가지는 군함의 선미에 러더를 장착하여 상기 군함을 건조하는 방법에 있어서, 상기 러더의 수직 중심선이 프로펠러의 회전축 중심선에 대하여 좌현 또는 우현 방향으로 벗어나게 배치하고, 상기 프로펠러가 러더의 하부로부터 일정 높이까지만 커버하는 것을 특징으로 하여, 고속(高速)을 필요로 하는 군함의 특성상 프로펠러의 높은 추력과 빠른 유속으로 인한 압력차로 인해서 발생하는 캐비테이션에 의한 러더 침식을 효과적으로 감소할 수 있고, 양력 손실과 저항을 줄임과 아울러, 러더의 조향 성능 및 추진 성능을 향상시킬 수 있는 군함의 건조방법을 제공한다.

본 발명은 프로펠러 축이 선미 방향으로 갈수록 아래쪽으로 경사져 있는 선형을 가지는 군함의 선미에 러더를 장착하여 상기 군함을 건조하는 방법에 있어서, 상기 러더의 수직 중심선을 프로펠러의 회전축 중심선에 대하여 좌현 또는 우현 방향으로 벗어나게 배치하고, 상기 프로펠러가 러더의 하부로부터 일정 높이까지만 커버하는 것을 특징으로 하는 군함의 건조방법을 제공한다.

상기 러더의 횡단면 형상은 유체의 저항을 최소한으로 하기 위하여 앞부분이 곡선으로 형성되고, 후단으로 갈수록 뾰족하게 되는 유선형으로서, 상기 러더는 상기 프로펠러의 후방에서 상기 선미에 구비되는 스케그(skeg)에 회전 가능하게 설치되는 러더 블레이드(rudder blade)와, 상기 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합되는 러더 스톡(rudder stock)과, 상기 러더 스톡을 일부 감싸도록 상기 스케그에 결합되는 러더 트렁크(rudder trunk)를 포함할 수 있다.

상기 러더는 러더 블레이드에 회동 가능하게 연결되는 러더 플랩을 포함하는 플랩 러더로서, 상기 러더 블레이드가 회전함에 따라 상기 러더 플랩이 회전 가능하도록 하기 위한 플랩 틸러를 더 포함하고, 상기 플랩 틸러의 일단부는 고정된 위치에서 회전 가능하게 마련되고 타단부는 상기 러더 플랩에 슬라이드 이동될 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 프로펠러의 후방에서 선미의 스케그에 회전 가능하게 설치되는 러더 블레이드와, 상기 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합되는 러더 스톡을 포함하는 러더로서, 상기 러더 스톡을 일부 감싸도록 상기 스케그에 결합되는 러더 트렁크; 상기 러더 블레이드의 후단부에 힌지결합되는 러더 플랩; 상기 러더 블레이드가 회전함에 따라 상기 러더 플랩이 회전 가능하도록 일측부는 상기 러더 트렁크에 연결되고 타측부는 상기 러더 플랩에 연결되는 플랩 연동부; 및 상기 러더 블레이드에 대한 상기 러더 플랩의 회전 각도 범위를 조절하는 각도조절부를 포함하는 러더를 제공한다.

상기 플랩 연동부는 플랩 틸러; 상기 러더 트렁크의 하부 일측에서 선미방향으로 연장되고 연결핀에 의해 상기 플랩 틸러의 일단부가 회전 가능하게 연결되는 제1 링크부; 및 상기 러더 플랩의 상단부에 마련되어 상기 플랩 틸러의 타단부가 슬라이드 이동 가능하게 연결되는 제2 링크부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 각도조절부는 상기 제1 링크부에 마련되어 상기 연결핀의 이동을 가이드하는 가이드홈; 및 상기 제1 링크부의 선미측 단부에서 상기 가이드홈에 삽입되어 상기 연결핀과 결합되는 위치조절부재를 포함하고, 상기 위치조절부재는 상기 가이드홈 내에서 상기 연결핀에 수직으로 관통될 수 있다.

또한, 상기 위치조절부재는 그 외주면이 수나사부를 갖는 볼트(bolt) 형상으로 마련되고, 상기 연결핀은 상기 위치조절부재가 결합되는 부위에 상기 위치조절부재의 수나사부에 대응되는 암나사부가 마련되어, 상기 연결핀은 상기 가이드홈 내에서 상기 위치조절부재의 회전에 의해 직선 이동이 가능하되, 상기 위치조절부재는 상기 스케그에 의해 지지되어 위치 고정될 수 있다.

또한, 상기 스케그와 상기 러더 플랩 사이의 빈 공간에는 캐비테이션을 방지하기 위한 캐비테이션 방지부재가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따르면, 프로펠러의 후방에서 선미의 스케그에 회전 가능하게 설치되는 러더 블레이드와, 상기 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합되는 러더 스톡을 포함하는 러더의 제조방법으로서, 러더 몸체부를 형성하는 단계; 상기 러더 몸체부에 상기 러더 스톡을 고정하는 단계; 및 상기 러더 몸체부의 적어도 내부에 발포 성형체를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 러더 몸체부는 다수개의 홀이 형성되는 러더의 제조방법을 제공한다.

상기 발포 성형체를 성형하는 단계 이전에는 상기 러더 스톡이 고정된 상기 러더 몸체부의 표면에 외피를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 발포 성형체를 형성하는 단계에는 상기 러더 몸체부의 표면에 상기 외피가 형성된 상태에서 상기 러더 몸체부의 일측에 상기 발포 성형체를 주입하기 위한 주입구를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발포 성형체를 형성하는 단계에는 상기 러더 몸체부를 상기 러더 블레이드의 형상을 갖는 틀 내에 고정한 상태에서, 상기 러더 몸체부와 상기 틀 사이 공간에 레진을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 프로펠러의 후방에서 선미의 스케그에 회전 가능하게 설치되는 러더 블레이드와, 상기 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합되는 러더 스톡을 포함하는 러더로서, 상기 러더 블레이드는 내부에 허브유닛이 구비되어 상기 러더 스톡이 결합되는 러더 몸체부; 상기 러더 몸체부의 표면에 형성되는 외피부재; 및 상기 러더 몸체부의 내부에 형성되는 발포 성형체를 포함하고, 상기 발포 성형체는 상기 외피부재가 상기 러더 몸체부의 표면에 적층된 상태에서 상기 러더 몸체부의 내부에 주입되는 러더를 제공한다.

상기 러더 몸체부는 상하방향 및 전후방향으로 서로 이격되게 마련되는 복수의 수평부재와 수직부재; 및 상기 복수의 수평부재와 수직부재의 측면을 둘러싸도록 마련되는 외판부재를 더 포함하고, 상기 복수의 수평부재와 수직부재 및 상기 외판부재에는 다수개의 홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 러더 몸체부는 상기 러더 블레이드의 외형치수보다 작게 마련될 수 있다.

본 발명은 프로펠러 축이 선미 방향으로 갈수록 아래쪽으로 경사져 있는 선형을 가지는 군함의 선미에 러더를 장착하여 상기 군함을 건조하는 방법에 있어서, 상기 러더의 수직 중심선이 프로펠러의 회전축 중심선에 대하여 좌현 또는 우현 방향으로 벗어나게 배치하고, 상기 프로펠러가 러더의 하부로부터 일정 높이까지만 커버하는 것을 특징으로 하여, 고속(高速)을 필요로 하는 군함의 특성상 프로펠러의 높은 추력과 빠른 유속으로 인한 압력차로 인해서 발생하는 캐비테이션에 의한 러더 침식을 효과적으로 감소할 수 있고, 양력 손실과 저항을 줄임과 아울러, 러더의 조향 성능 및 추진 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 군함의 건조방법에 있어서, 러더와 프로펠러의 배치구조를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 러더와 프로펠러의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 군함의 건조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 일반적인 러더의 부분별 명칭을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 건조방법에 의해 제조된 플랩 러더의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플랩 러더를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에서 A-A선을 따라 절취된 단면을 확대하여 도시한 도면이다.
도 8은 러더 블레이드 회전 각도에 따른 러더 플랩의 회전 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 러더 블레이드의 회전 각도에 대한 러더 플랩의 회전 각도를 그래프로 나타낸 도면이다.
도 10은 도 6에 도시된 스케그와 러더 플랩 사이의 빈 공간에 캐비테이션을 방지하기 위한 구성요소를 추가적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더의 러더 몸체부 구조 및 러더 스톡과의 결합을 설명하기 위한 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 러더 몸체부의 측면도이다.
도 13은 도 11에 도시된 러더 몸체부의 표면에 외피가 형성되고, 일측에 발포 성형체를 주입하기 위한 주입구가 형성된 모습을 각각 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 측면에 따른 복합소재를 갖는 비대칭 횡단면 러더의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 군함의 건조방법에 있어서, 러더와 프로펠러의 배치구조를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 러더와 프로펠러의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 군함의 건조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 군함의 건조방법은, 프로펠러(20) 축이 선미방향으로 갈수록 아래쪽으로 경사져 있는 선형을 가지는 군함의 선미(1)에 러더(100)를 장착하여 군함을 건조하는 방법으로서, 프로펠러(20)의 후방에서 선미의 스케그(2)에 회전 가능하게 설치되는 러더 블레이드(rudder blade)와, 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합되는 러더 스톡(rudder stock)과, 러더 스톡을 일부 감싸도록 스케그(2)에 결합되는 러더 트렁크(rudder trunk)를 포함하는 러더(100)를 제조하는 단계(S10)와, 제조한 러더(100)를 프로펠러(20)의 후방에 배치하되 프로펠러(20)의 회전축 중심선(CL1)에 대하여 러더(100)의 수직 중심선(CL2)은 좌현 또는 우현 방향으로 벗어나게 배치하는 단계(S20)를 포함한다.

다시 말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 군함의 건조방법은, 러더(100)의 횡단면 형상은 유체의 저항을 최소한으로 하기 위하여 앞부분이 곡선으로 형성되고, 후단으로 갈수록 뾰족하게 되는 유선형으로 제작하고, 러더(100)의 수직 중심선(CL2)을 프로펠러(20)의 회전축 중심선(CL1)에 대하여 좌현 또는 우현 방향으로 벗어나게 배치하여, 프로펠러(20)가 러더(100)의 하부로부터 일정 높이까지만 커버할 수 있도록 한다.

본 실시예에서는 프로펠러(20) 축이 선미 방향으로 갈수록 아래쪽으로 경사져 있는 선형을 가지는 선박이라면, 군함 외에도 소형선박 등의 특수선에 적용이 가능할 수 있다.

프로펠러(20)의 회전 시 프로펠러(20) 중심에 있는 프로펠러 캡(미부호)에서 와류가 발생하게 되는데, 이러한 와류가 러더(100)와 부딪히게 되면 러더(100)에 캐비테이션(cavitation)이 발생하게 된다.

본 실시예에서는 상기와 같이 군함, 소형선박 등을 포함하는 특수선의 러더(100)를 프로펠러(20)의 중심에서 좌우방향으로 벗어나게 함으로써 프로펠러 캡에서 발생되는 와류를 피할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 군함의 제조방법에 있어서, 러더(100)의 수직 중심선(CL2)을 프로펠러(20)의 회전축 중심선(CL1)에 대하여 좌현 또는 우현 방향으로 벗어나게 배치하여, 프로펠러(20)가 러더(100)의 하부로부터 일정 높이까지만 커버하도록 함으로써, 고속(高速)을 필요로 하는 군함의 특성상 프로펠러의 높은 추력과 빠른 유속으로 인한 압력차로 인해서 발생하는 캐비테이션에 의한 러더 침식을 효과적으로 감소할 수 있고, 양력 손실과 저항을 줄임과 아울러, 러더의 조향 성능 및 추진 성능을 향상시킬 수 있다.

도 4는 일반적인 러더의 부분별 명칭을 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 일반적인 러더는 러더 블레이드(rudder blade)와, 그 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합된 축인 러더 스톡(rudder stock)을 구비한다.

여기에서, 러더의 높이를 스팬(span), 횡단면 전체길이를 코드(chord)라 하며, 앞날 부분을 전연부(전단부 또는 리딩 엣지, leading edge)라 하고, 뒷날 부분을 후연부(후단부 또는 트레일링 엣지, trailing edge)라 한다.

최근에는 선박의 조종성능을 향상시키기 위한 방법으로서 고양력(high lift) 러더를 적용하거나 러더의 표면적을 늘리는 방법이 있으며, 대표적인 고양력 러더로는 플랩 러더(flap rudder)가 있다.

플랩 러더(flap rudder)는 풀 스페이드 러더(Full-Spade rudder)의 한 종류로서, 러더의 선미방향에 별도의 플랩(flap)을 갖고, 그 플랩이 플랩 앞쪽의 러더보다 더 큰 각도로 회전하여 일반적인 풀 스페이드 러더 대비 더 높은 양력을 발생시키는 고양력 러더(high lift rudder)이다.

도 5는 본 발명의 건조방법에 의해 제조된 플랩 러더의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 플랩 러더(100)는 러더 블레이드(110)와, 러더 스톡(rudder stock)(120)과, 러더 스톡(120)을 일부 감싸도록 스케그(102)에 결합되는 러더 트렁크(rudder trunk)(130)와, 러더 블레이드(110)에 회동 가능하게 연결되는 러더 플랩(140)을 포함한다.

본 실시예의 플랩 러더(100)는 러더 블레이드(110)가 회전함에 따라 러더 플랩(140)이 회전 가능하도록 일측부는 러더 트렁크(130)에 연결되고 타측부는 러더 플랩(140)에 연결되는 플랩 연동부(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 플랩 연동부(150)는 러더 블레이드(110)의 회전에 따라 러더 플랩(140)을 회전시키기 위한 방법으로서 플랩 틸러(151)를 포함한다.

플랩 틸러(151)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 바(bar) 형태를 가질 수 있으며, 일단부가 연결핀(152)에 의해 고정된 위치에서 회전 가능하게 마련되고 타단부는 러더 플랩(140)의 상단에서 슬라이드 이동될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 러더 블레이드(110)의 회전 시 러더 블레이드(110)의 회전방향으로 러더 플랩(140)이 추가적으로 회전됨으로써, 러더 블레이드(110)와 러더 플랩(140)에 의한 높은 양력(high lift)이 발생될 수 있으며, 이로 인해 선박의 조종 성능이 향상될 수 있다.

또한, 이러한 러더 플랩(140)을 작동시키기 위한 별도의 구동장치를 필요로 하지 않을뿐만 아니라, 그 구조가 간단하여 설치 및 유지관리가 용이할 수 있다.

한편, 본 실시예의 플랩 러더(100)는 높은 양력(high lift)으로 인해 선박의 방향 전환을 보다 신속히 할 수 있다는 장점이 있으나, 대양항해와 같은 일반운항 중에는 러더를 제한된 각도로만 사용하기 때문에 항로유지에 불리하게 작용할 수 있다.

선박의 프로펠러(20)는 한쪽 방향으로 회전하기 때문에 러더가 선체(1)의 길이방향 중심축에 나란하게 위치하는 경우 선박은 직선으로 이동하는 것이 아니라 회전모멘트에 의해 큰 반경으로 회전하게 된다.

이때, 기존 항로로의 복원을 위해 러더를 주기적으로 작은 각도로 작동시켜 선박의 방향을 회전된 방향의 반대로 돌릴 수 있다.

다시 말해, 선박은 정해진 목적지로 운항 시, 직선이 아닌 S자 파형으로 항해하게 된다.

여기에서, 플랩 러더와 같은 고양력 러더는 작은 러더 각도에서도 일반 러더에 비해 높은 양력이 발생하기 때문에, 기존 항로로의 복원 시 선박의 방향을 불필요하게 크게 돌려 S자 파형의 진폭이 커질 수 있다.

이는 곧, 선박의 전체 항해거리의 증가를 의미하여, 항해기간과 연료소모 증가 등의 단점이 발생할 수 있다.

이하, 후술하게 되는 실시예에서 플랩 러더에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플랩 러더를 도시한 도면이고, 도 7은 도 6에서 A-A선을 따라 절취된 부분을 확대하여 도시한 도면이며, 도 8은 러더 블레이드 회전 각도에 따른 러더 플랩의 회전 각도를 설명하기 위한 도면이다.

또한, 도 9는 러더 블레이드 회전 각도에 따른 러더 플랩의 회전 각도를 그래프로 나타낸 도면이고, 도 10은 도 6에 도시된 스케그와 러더 플랩 사이의 빈 공간에 캐비테이션을 방지하기 위한 구성요소를 추가적으로 도시한 도면이다.

도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 플랩 러더(200)는 러더 블레이드(210), 러더 스톡(220), 러더 트렁크(230), 러더 플랩(240), 플랩 연동부(250), 및 각도조절부(260)를 포함한다.

러더 블레이드(210)는 프로펠러(20)의 후방에서 선미의 스케그(202)에 회전 가능하게 설치되며, 후단부에는 후술하는 러더 플랩(240)이 결합된다.

러더 스톡(220)은 러더 블레이드(210)에 회전 동력을 전달하기 위한 것으로, 일단부는 스티어링 기어(미표시)에 연결되고 타단부는 러더 블레이드(210)에 연결된다.

러더 트렁크(230)는 러더 스톡(220)을 일부 감싸도록 스케그(202)에 결합된다. 러더 트렁크(230)는 선체(1) 후미에 설치되는 스케그(202)에 용접 등의 방식으로 결합될 수 있다.

러더 플랩(240)은 러더 블레이드(210)의 후단부에 힌지 결합되는 것으로서, 적어도 하나의 힌지핀(241)에 의해 러더 블레이드(210)에 연결된다.

러더 플랩(240)은 러더 블레이드(210)의 회전 시 후술하는 플랩 연동부(250)에 의해 회전됨으로써, 러더 블레이드(210)의 회전 시 러더 블레이드(210)의 회전방향으로 러더 플랩(240)이 추가적으로 회전되어 일반적인 러더에 비해 더 높은 양력을 제공할 수 있다.

플랩 연동부(250)는 러더 블레이드(210)의 회전에 따라 러더 플랩(240)이 회전하도록 하기 위한 것으로, 플랩 틸러(251)와, 제1 링크부(253), 및 제2 링크부(255)를 포함한다.

플랩 틸러(251)는 후술하게 되는 제1 링크부(253)와 제2 링크부(255)를 연결하기 위한 것으로 바(bar) 형태를 가질 수 있다. 본 실시예에서 플랩 틸러(251)의 일단부는 제1 링크부(253)에 연결되고, 타단부는 제2 링크부에 연결된다.

제1 링크부(253)는 러더 트렁크(230)의 하부 일측에서 선미 방향으로 연장되고 연결핀(252)에 의해 플랩 틸러(251)의 일단부가 회전 가능하게 연결될 수 있다.

제1 링크부(253)는 러더 트렁크(230)의 하부에서 선미 방향으로 연장되되 러더 트렁크(230)에 수직되도록 러더 트렁크(230)와 일체로 형성될 수 있다.

제 1 링크부(253)는 스케그(202)의 내부 또는 스케그(202)의 하면에 결합될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 링크부(253)는 연결핀(252)의 상단부를 지지하기 위한 상부 링크부재(253a)와, 연결핀(252)의 하단부를 지지하기 위한 하부 링크부재(253b)를 포함할 수 있다.

즉, 제1 링크부(253)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 연결핀(252)의 상하 단부 모두를 지지할 수 있도록 그 측면이 상하 이중으로 구성되고, 그 사이에는 플랩 틸러(251)의 일단부가 수용될 수 있는 공간이 형성될 수 있다.

이때, 상부 링크부재(253a)와 하부 링크부재(253b) 중 적어도 하나는 스케그(202)의 내부 또는 스케그(202)의 하면에 결합될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 제1 링크부(253)는 러더 트렁크(230)에 일체로 마련될 수 있다.

제2 링크부(255)는 플랩 틸러(251)의 타단부가 슬라이드 이동 가능하도록 하기 위한 것으로, 러더 플랩(240)의 상단부에 고정된다.

본 실시예에 있어서, 제2 링크부(255)는 중공의 원기둥 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 바(bar) 형상을 갖는 플랩 틸러(251)의 단부 형상에 따라 원기둥 형상 외에도 사각기둥 또는 다각기둥 등 다양한 형상으로 마련될 수 있다.

제2 링크부(255)는 플랩 틸러(251)의 슬라이드 이동으로 인한 마모를 방지하기 위해 그 내주면에 부시 또는 베어링 등이 추가적으로 마련될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 플랩 러더(200)는, 플랩 틸러(251)의 일단부는 연결핀(252)에 의해 제1 링크부(253)에 연결하고, 타단부는 러더 플랩(240) 상단부에 마련되는 제2 링크부(255)에 슬라이드 이동 가능하도록 연결함으로써, 러더 블레이드(210)의 회전 시 러더 블레이드(210)의 회전방향으로 러더 플랩(240)이 추가적으로 회전됨으로써, 러더 블레이드(210)와 러더 플랩(240)에 더 큰 양력(lift)이 발생될 수 있으며, 그로 인한 선박의 조종 성능이 향상될 수 있다.

또한, 제1 링크부(253)는 연결핀(252) 상하 단부 모두를 지지하도록 그 측면이 상하 이중으로 구성되고, 그 사이에는 플랩 틸러(251)의 일단부가 수용됨으로써, 러더 블레이드(210)의 회전에 따른 러더 플랩(240)의 회전이 보다 안정적으로 이루어질 수 있다.

또한, 제1 링크부(253)는 스케그(202)의 내부 또는 스케그(202)의 하면에 결합되고, 제2 링크부(255)는 러더 플랩(240)의 상단부에 고정됨으로써, 러더 플랩(240)과 스케그(202) 사이의 빈 공간을 활용함과 아울러 빈 공간으로 인한 캐비테이션 발생을 감소시키는 유리한 효과를 가질 수 있다.

각도조절부(260)는 러더 블레이드(210)에 대한 러더 플랩(240)의 회전 각도 범위를 조절하기 위한 것으로, 제1 링크부(253)에 마련되어 연결핀(252)의 이동을 가이드하는 가이드홈(261)과, 제1 링크부(253)의 선미측 단부에서 가이드홈(261)에 삽입되어 연결핀(252)과 결합되는 위치조절부재(263)를 포함한다.

가이드홈(261)은 연결핀(252)을 수용하되 후술하는 위치조절부재(263)로 인한 연결핀(252)의 이동을 가이드하기 위한 것으로 제1 링크부(253)에 마련될 수 있다.

위치조절부재(263)는 가이드홈(261) 내에서 연결핀(252)에 수직으로 관통되게 삽입될 수 있다. 위치조절부재(263)는 그 외주면이 수나사부(263a)를 갖는 볼트(bolt) 형상으로 마련될 수 있다.

이때, 연결핀(252)은 위치조절부재(263)가 결합되는 부위의 내주면에 위치조절부재(263)의 수나사부(263a)에 대응되는 암나사부(252a)가 형성될 수 있다.

즉, 연결핀(252)은 각도조절부(260)의 가이드홈(261) 내에서 볼트 형상을 갖는 위치조절부재(263)의 회전에 의해 직선 이동이 가능할 수 있다.

위치조절부재(263)는 자동 또는 수동으로 회전 가능하도록 마련되어 연결핀(252)을 가이드홈(261) 내에서 직선 이동시킬 수 있다.

이때, 위치조절부재(263)의 일측은 스케그(202)에 의해 지지되어 위치 고정되는 것이 바람직하다.

즉, 위치조절부재(263)는 고정된 위치에서 회전하게 되고, 위치조절부재(263)의 회전에 의해 연결핀(252)은 가이드홈(261) 내에서 직선 이동될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 각도조절부(260)는 위치조절부재(263)의 일측과 스케그(202)의 사이에서 위치조절부재(263)를 지지하기 위한 지지부(265)를 더 구비할 수 있다.

각도조절부(260)는 러더(200)의 양력이 지나치게 크거나 또는 반대로 작을 경우 위치조절부재(263)를 회전시키고 연결핀(252)의 위치를 이동시킴으로써, 러더 블레이드(210)의 회전에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도범위를 변경하고 운항 조건에 따른 최적의 양력(lift)을 발생시키도록 할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 러더 블레이드(210) 회전 각도에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도는 연결핀(252)의 위치에 따라 달라질 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 스케그(202)의 중심축을 지나는 선(SL)을 기준으로 러더 블레이드(210)의 회전 각도를 ‘α’, 러더 플랩(240)의 회전 각도를 ‘β’라고 하면, 러더 블레이드(210)의 회전 각도(α)에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도(β)는 하기의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.

이때, 러더 플랩의 회전 각도 ‘β’는 스케그(202)의 중심축을 지나는 선 (SL)을 기준으로 한 러더 플랩(240)의 각도이다. 즉, 러더 블레이드(210)의 회전 각도 ‘α’에 러더 블레이드(210)의 회전에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도를 더한 각도를 의미한다.

상기 [수학식 1]에서, ‘L1’는 러더 스톡(220)에 의한 러더 블레이드(210)의 회전축 중심(C1)과 플랩 연동부(250)의 회전축 중심(C3) 사이의 거리이며, ‘L2’는 러더 블레이드(210)의 회전축 중심(C1)과 러더 플랩(240)의 회전축 중심(C2) 사이의 거리이다.

여기에서, 플랩 연동부(250)의 회전축 중심(C3)이란, 제1 링크부(253)와 제2 링크부(255)를 연결하는 플랩 틸러(251)가 제1 링크부(253)에 회전 가능하게 고정되기 위한 연결핀(252)의 중심을 의미한다.

상기의 [수학식 1]과 같이, 러더 플랩(240)의 회전 각도(β)는 ‘L1’과 ‘L2’의 영향을 받게 된다.

이때, ‘L2’의 길이는 항상 일정하므로, 러더 플랩(240)의 회전 각도(β)는 연결핀(252)의 위치 ‘L1’에 따라 달라지게 된다.

일 예로써, ‘L2’가 750mm인 플랩 러더(200)에서 ‘L1’이 500mm인 경우의 러더 블레이드(210) 회전 각도(α)에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도(β1)와, ‘L1’이 650mm인 경우의 러더 블레이드(210) 회전 각도(α)에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도(β2)를 비교해보면 하기의 [표 1]과 같다.

러더 블레이드 회전 각도 (α)	러더 플랩 회전 각도 (β1) (if, L1=500mm)	러더 플랩 회전 각도 (β2) (if, L1=650mm)
0	0	0
5	14.8	33.9
10	28.6	55.8
15	40.9	69.0
20	51.4	77.9
25	60.4	84.6
30	68.3	90.1
35	75.1	94.7
40	81.2	98.9
45	86.7	102.7

도 9는, 상기 [표 1]을 참조하여, 러더 스톡(220)에 의한 러더 블레이드(210)의 회전축 중심(C1)과 플랩 연동부(250)의 회전축 중심(C3) 사이의 거리(L1)가 각각 500mm, 650mm인 경우, 러더 블레이드(210) 회전 각도(α)에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도(β1, β2)를 그래프로 나타낸 도면이다. 여기에서, 가로축은 러더 블레이드(210)의 회전 각도(α)를 의미하며, 세로축은 러더 플랩(240)의 회전 각도(β)를 의미한다.상기 [표 1] 및 상기 [표 1]을 그래프로 나타낸 도 9를 참조하면, 동일 면적을 갖는 플랩 러더일지라도 그 플랩 연동부(250)의 연결핀(252)의 위치가 변하면 러더 플랩(240)의 회전 각도도 변하는 것을 알 수 있다.

본 실시예에 있어서, 플랩 러더(200)의 양력이 지나치게 크거나 또는 반대로 작을 경우 연결핀(252)의 위치를 이동시켜 러더 블레이드(210)의 회전에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도범위를 변경함으로써, 최적의 양력(lift)을 발생시키도록 할 수 있다.

다시 말해, 선박의 대양 항해와 같은 일반 운항 시 위치조절부재(263)를 회전 시켜 연결핀(252)이 선수 방향으로 이동되게 함으로써, 러더 블레이드(210)의 회전에 따른 러더 플랩(240)이 회전되는 각도가 작아지도록 할 수 있고, 저속 또는 선회가 필요한 경우 위치조절부재(263)를 이전과 반대방향으로 회전시켜 연결핀(252)이 선미 방향으로 이동되게 되어 러더 플랩(240)이 큰 회전 각도를 가짐과 아울러 선박의 조종 성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 6을 참조하면, 스케그(202)와 러더 플랩(240) 사이에는 빈 공간이 존재하게 되는데, 프로펠러(20)의 회전에 의해 발생되는 유동의 흐름은 스케그(202)와 러더 플랩(240) 사이의 빈공간을 통해 러더의 전연부에서 후연부로 유입 및 유출되게 되고, 이러한 유동의 흐름으로 인해 캐비테이션(cavitation)이 발생할 수 있다.

이러한 캐비테이션은 러더의 표면 및 플랩 연동부 등을 침식 또는 변형시켜 러더의 수명을 감소시킴과 아울러 선박의 추력 성능을 저하시킬 수 있다.

나아가, 이러한 빈 공간에 이물질이 쌓이게 되면, 심한 경우 러더 블레이드(210)에 대한 러더 플랩(240)의 회전이 불가능해짐으로써 선박의 조종이 불가능해질 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 러더(200)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 스케그(202)와 러더 플랩(140) 사이의 빈 공간에 캐비테이션 방지부재(270)가 더 구비될 수 있다.

캐비테이션 방지부재(270)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 그 측면이 납작한 바(flat bar) 형상을 가지도록 마련되며 스틸, 스테인리스 스틸 또는 복합소재 등의 재질을 가질 수 있다.

캐비테이션 방지부재(270)는 스케그(202)의 하면에 용접 등의 방식으로 결합되어, 러더 플랩(240) 상부의 제2 링크부(255)와 스케그(202) 사이의 빈 공간을 최소화함으로써 빈 공간으로의 이물질의 유입 및 빈 공간으로 인한 캐비테이션의 발생을 방지할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 복잡한 장치의 추가 없이 간단한 구성만으로 연결핀(252)의 위치를 조정함으로써, 러더 블레이드(210)의 회전 각도에 따른 러더 플랩(240)의 회전 각도 범위의 조절이 가능하고, 운항 조건에 따른 최적의 양력(lift)을 발생시키도록 할 수 있다.

한편, 러더는 일반적으로 강판(steel plate)을 유선형의 형상으로 성형가공하고, 내부에는 복수의 보강재가 격자 형태로 배치되어 용접된다.

즉, 러더는 선박의 추진 시 높은 수압과 외부 충격이 발생하므로 이를 극복하기 위해서 일정한 수준이상의 강도가 요구되고, 이러한 강도를 만족하기 위하여 스틸 재질과 같은 금속재를 사용하게 된다.

그러나, 이러한 금속재로만 이루어진 러더의 경우 러더 몸체의 자중으로 인한 무게가 많이 나가고, 이로 인해 조작에 많은 힘이 소요됨은 물론, 용접 불량에 따른 파손의 위험성과 함께 쉽게 산화 부식될 수 있다.

게다가, 이러한 금속재 러더는 그 무게가 무겁기 때문에 제조 및 유지비용이 많이 들고, 프로펠러에서 발생되는 캐비테이션에 의한 소음 및 진동 발생이 심하다는 문제점이 있었다.

이러한 문제를 해결하고자 종래에는 저중량, 고강도 및 산화, 부식의 위험성이 없는 섬유강화 플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Platics) 재질로 제작된 선박용 러더가 제안되었다.

그러나. 섬유강화 플라스틱(FRP)으로만 제작된 선박용 러더의 경우 저중량, 고강도 및 산화, 부식의 위험성은 해소될 수 있으나, 외부 충격이나 높은 수압하에서 회전 시 충격흡수가 제대로 되지 못해 소음 및 진동이 발생되고 섬유재의 결을 따라 뒤틀림 변형이 발생하는 등의 문제로 파손의 위험성이 여전히 존재하였다.

이러한 충격을 흡수하기 위하여 러더 몸체 내부의 빈 공간에 폴리우레탄폼 등의 충격흡수부재를 러더의 외형에 맞게 유선형으로 사출성형하여 뼈대와 조립하고, 외부는 복합소재를 갖는 섬유재를 레진으로 다층 접착시켜 경화시킴으로써, 충격으로 인한 변형 등의 문제를 해결하고자 하였다.

다만, 종래의 복합소재를 갖는 러더의 제작 방법은 뼈대와 조립되는 폴리우레탄폼의 사출성형 과정으로 인해 제작비용 및 제작기간이 증가하는 문제가 여전히 남아 있다.

이하에서는 도 11 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더 및 그 러더의 제조 방법에 대해여 설명한다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더를 설명하기 위한 러더 몸체부 구조 및 러더 스톡과의 결합을 설명하기 위한 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시된 러더 몸체부의 측면도이고, 도 13은 도 11에 도시된 러더 몸체부의 표면에 외피가 형성되고, 일측에 발포 성형체를 주입하기 위한 주입구가 형성된 모습을 각각 나타낸 도면이며, 도 14는 본 발명의 일 측면에 따른 복합소재를 갖는 비대칭 횡단면 러더의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예에 따른 러더(300)는 프로펠러의 후방에서 선미의 스케그에 회전 가능하게 설치되는 러더 블레이드와, 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 러더 스톡(320)을 포함하는 러더로서, 러더 블레이드는 내부에 허브유닛(331)이 구비되어 러더 스톡(320)이 결합되는 러더 몸체부(310)와, 러더 몸체부(310)의 표면에 형성되는 외피부재(340) 및 러더 몸체부(310)의 내부에 형성되는 발포 성형체(미부호)를 포함할 수 있다.

즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더(300)는 러더 몸체부(310), 러더 스톡(320), 스톡 연결부(330), 외피부재(340) 및 발포 성형체를 포함한다.

이하, 각 구성에 대해여 상세히 설명하도록 한다.

러더 몸체부(310)는 러더 블레이드의 뼈대 역할을 하기 위한 것으로, 러더 몸체부(310)는 상하방향 및 전후방향으로 서로 이격되게 마련되는 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313), 그리고 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)의 측면을 둘러싸도록 마련되는 외판부재(315)를 포함할 수 있다.

복수의 수평부재(311) 각각은 앞부분이 곡선으로 형성되고 후단으로 갈수록 뾰족하게 되는 유선형으로 마련된다. 즉, 복수의 수평부재(311)는 러더의 횡단면 형상을 갖고 상하방향으로 서로 이격되게 마련될 수 있다.

복수의 수직부재(313)는 복수의 수평부재(311)에 수직되게 설치되며 전후방향으로 서로 이격되게 마련될 수 있다.

다시 말해, 러더 몸체부(310)는 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)가 서로 교차되도록 마련되되, 각 수평부재(311) 및 각 수직부재(313)는 서로 이격되도록 마련되어 러더 몸체부(310)의 내부에는 다수의 격벽이 형성될 수 있다.

이때, 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)에는 다수개의 홀(311a, 313a)이 각각 형성될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313) 각각에 복수의 홀(311a, 313a)이 형성됨으로써 종래에 비해 러더의 중량이 감소될 수 있다.

또한, 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)가 서로 교차되어 형성된 격벽 각각은 다수의 홀(311a, 313a)에 의해 연통됨으로써, 러더 몸체부(310) 내부로 후술하는 발포 성형체의 주입이 보다 용이해질 수 있다.

외판부재(315)는 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)의 측면을 둘러싸도록 마련될 수 있으며, 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)와 유사하게 다수개의 홀(315a)이 형성될 수 있다.

도 11 내지 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 외판부재(315)는 각 격벽마다 하나의 홀(315a)이 비교적 크게 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 이러한 홀의 크기를 줄이고 각 격벽마다 복수개의 홀이 형성되는 것도 가능할 수 있다.

또한, 외판부재(315)로서 복수개의 홀이 형성된 타공판을 사용하여 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)의 측면을 둘러싸도록 마련하는 것도 가능할 수 있다.

다수개의 홀(311a, 313a, 315a) 각각은 그 직경이 상이하도록 마련될 수도 있고, 동일한 직경을 갖도록 마련될 수도 있다.

본 실시예에 따르면, 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)뿐만 아니라, 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313), 그리고 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313)의 측면을 둘러싸도록 마련되는 외판부재(315)에도 다수개의 홀(311a, 313a, 315a)이 형성됨으로써 종래 대비 러더의 중량이 대폭 감소될 수 있다.

다시 말해, 러더 몸체부(310)를 형성하는 복수의 수평부재(311)와 수직부재(313), 그리고 외판부재(315)는 종래와 동일하게 스틸(steel) 재질로 마련하되, 각 부재에 다수개의 홀(311a, 313a, 315a)이 형성됨으로써 종래 대비 러더의 중량을 감소시킴과 아울러 러더 몸체부(310)의 구조적 강성을 유지할 수 있다.

특히, 본 발명은 러더 몸체부(310)를 형성하는 각 부재가 스틸 재질로 마련되는 것에 한정되지 않으며, 경량화가 가능함과 아울러 구조적 강성을 확보할 수 있다면 섬유강화 플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics) 또는 하이브리드 스틸 등과 같이 다양한 재질로 마련될 수 있다.

러더 스톡(320)은 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하기 위한 것으로, 일단부는 후술하게 되는 스톡 연결부(330)에 연결된다.

본 실시예에 있어서, 스톡 연결부(330)에 결합되는 러더 스톡(320)의 단부는 하방으로 갈수록 직경이 점차 작아지도록 마련되는 것이 바람직할 수 있다.

스톡 연결부(330)는 러더 스톡(320)을 러더 몸체부(310)에 결합하기 위한 것으로서, 러더 몸체부(310)의 내면 상측에 마련될 수 있다.

이러한 스톡 연결부(330)는 러더 스톡(320)의 하단 외주면을 감싸도록 마련되는 허브유닛(331)과, 허브유닛(331)의 하부에서 러더 스톡(320)을 고정하기 위한 고정유닛(333)으로 구성된다.

본 실시예에 있어서, 허브유닛(331)은 중공의 파이프 형태를 갖고 그 내주면에 러더 스톡(320)의 단부가 끼움결합 될 수 있다.

이때, 허브유닛(331)은, 도 11 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 러더 몸체부(310)의 내면 상측으로부터 하부로 갈수록 직경이 작아지도록 마련되어 그 측면이 테이퍼진 콘(cone) 형상을 가질 수 있다.

허브유닛(331)은 스틸(steel) 재질로 마련되어 러더 몸체부(310)의 일측에 일체로 형성될 수 있다.

고정유닛(333)은 허브유닛(331)에 결합된 러더 스톡(320)을 고정하기 위한 것으로, 허브유닛(331)의 하부에서 러더 스톡(320)과 결합될 수 있다.

고정유닛(333)은 허브유닛(331)으로부터 러더 스톡(320)의 이탈을 방지함과 아울러, 러더 스톡(320)으로부터의 회전 동력이 러더 몸체부(310)에 전달되도록 러더 몸체부(310)에 러더 스톡(320)과 허브유닛(331)을 보다 견고하게 고정할 수 있다.

본 실시예에서는 러더 스톡(320)을 고정하기 위한 고정유닛(333)으로서 유압너트(hydraulic nut)가 사용될 수 있다. 이때, 러더 스톡(320)의 하부에는 나사산(미부호)이 형성되어 러더 스톡(320)과 고정유닛(333)은 나사결합될 수 있다.

러더 스톡(320)과 고정유닛(333)의 결합 및 분리작업을 위하여 외판 부재(315)에는 별도의 개구부(미도시)가 형성될 수 있다. 이때, 개구부는 러더 몸체부(310)를 기준으로 러더 몸체부(310)의 상측 내면의 허브유닛(331)에 러더 스톡(320)의 하단부가 끼움 결합된 상태에서 고정유닛(333)이 결합되는 부위 좌우측에 각각 마련될 수 있다.

따라서, 러더 스톡(320) 또는 러더 몸체부(310) 등에 결함 또는 파손이 발생한 경우, 개구부를 통해 러더 스톡(320)으로부터 러더 몸체부(310)만을 분리함으로써 유지보수에 용이해질 수 있다.

또한, 개구부를 막기 위해 커버 플레이트(미도시)를 더 구비할 수 있으며, 커버 플레이트는 외판부재(315)에 볼트로 고정될 수 있다.

이때, 러더 몸체부(310)의 외면에서 볼트로 고정된 부위에는 레진으로 마감함으로써, 볼트가 노출됨으로 인한 부식 등의 문제를 방지하는 것이 바람직할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 러더 스톡(320) 및 러더 스톡(320)이 끼움 결합되는 허브유닛(331)의 길이를 종래보다 줄이더라도 스틸 재질로 마련되는 허브유닛(331) 및 허브유닛(331) 하부의 고정유닛(333)으로 인해 러더 몸체부(310)에 대한 러더 스톡(320)의 결합이 안정적으로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 허브유닛(331)은 러더 스톡(320) 직경의 2배 미만의 길이를 갖는 것이 바람직할 수 있다.

이때, 직경이 점차 작이지도록 마련되는 러더 스톡(320)의 단부, 즉, 허브유닛(331)의 내주면에 삽입되는 러더 스톡(320)의 하단부의 길이 또한 러더 스톡(320) 직경의 2배 미만인 것이 바람직할 수 있다.

외피부재(340)는 본 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더의 표면을 형성하기 위한 것으로, 섬유강화 플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastics) 등이 적층되어 형성될 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 러더(300)는, 그 표면을 섬유강화 플라스틱(FRP)으로 형성되는 외피부재(340)를 적층하여 형성함으로써, 표면에 부식이 발생되거나 캐비테이션 현상으로 인한 표면이 파손되는 것을 최소화할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 외피부재(340)는 패브릭과 레진으로 이루어지는 섬유강화 플라스틱을 러더 몸체부(310)에 복수회 감아 적층되도록 형성된다.

이때, 섬유강화 플라스틱을 감는 방향을 한 방향이 아닌 사선 방향 또는 대각선 방향 등으로 교차해서 번갈아 감도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

섬유강화 플라스틱을 사선 방향 또는 대각선 방향 등으로 교차해서 번갈아 감음으로써, 섬유재의 결을 따라 뒤틀림 변형이 발생하는 종래의 문제를 미연에 방지할 수 있다.

발포 성형체는 러더 몸체부(310)의 내부에 주입되는 것으로, 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 등이 사용될 수 있다.

본 실시예에 있어서, 러더 몸체부(310)의 내부에 형성되는 발포 성형체는 외피부재(340)가 러더 몸체부(310)의 표면에 적층된 상태에서 러더 몸체부(310)의 내부에 주입될 수 있다.

이는 폴리우레탄 폼 등과 같은 발포 성형체를 러더 몸체부(310)와 먼저 조립하는 경우, 발포 성형체를 러더의 외형에 맞게 사출성형해야 함으로 인한 러더의 제작시간 및 비용이 증가하는 것을 방지하기 위함이다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더는 상기와 같은 구성요소를 가짐으로써, 종래의 금속재 러더에 비해 가벼울 뿐만 아니라 제작에 드는 비용을 낮출 수 있으며 무엇보다도 설치 및 유지보수 작업을 종래보다 용이하게 수행할 수 있다.

이하, 본 발명의 제3 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더의 제조방법에 대해 설명한다.

본 실시예에 있어서, 복합소재를 갖는 러더(300)의 제조방법은 프로펠러의 후방에서 선미의 스케그에 회전 가능하게 설치되는 러더 러더 블레이드와, 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합되는 러더 스톡(320)을 포함하는 러더의 제조방법으로서, 먼저, 복수의 수평부재(311)와 수직부재(313)를 서로 이격되도록 배치하고, 그 측면을 둘러싸도록 외판부재(315)를 설치하여 러더 몸체부(310)를 형성한다. 이때, 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313) 및 외판부재(315)에는 다수개의 홀(311a, 313a, 315a)을 형성한다. 즉, 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313), 그리고 외판부재(315)에 다수개의 홀(311a, 313a, 315a)이 형성됨으로써 종래 대비 러더의 중량이 대폭 감소될 수 있다.

다음으로, 러더 몸체부(310)에 러더 스톡(320)을 고정한다. 즉, 러더 몸체부(310)의 상측 내면에 구비되는 허브유닛(331)에 러더 스톡(320)의 하단부를 끼움결합하고, 허브유닛(331)의 하부에서 결합되는 고정유닛(333)에 의해 허브유닛(331)으로부터 러더 스톡(320)이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

특히, 고정유닛(333)으로서 유압너트가 사용되는 경우, 러더 스톡(320)의 하단부는 나사부가 형성되어 고정유닛(333)과 나사결합됨으로써, 러더 몸체부(310)에 대한 허브유닛(330)과 러더 스톡(320)의 결합이 안정적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

다음으로, 러더 몸체부(310)의 표면에 외피를 형성한다. 즉, 패브릭과 레진으로 이루어지는 섬유강화 플라스틱을 러더 몸체부(310)에 복수회 감아 외피부재(340)를 형성한다. 이때, 섬유강화 플라스틱을 감는 방향을 한 방향이 아닌 사선 방향 또는 대각선 방향 등으로 교차해서 번갈아 감도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

러더 몸체부(310)의 표면에 외피가 형성된 상태에서 러더 몸체부(310) 내부에 발포 성형체를 주입한다. 즉, 러더 몸체부(310)의 일측에 발포 성형체를 주입하기 위한 주입구(317)를 형성하고, 주입구에 폴리우레탄 폼 재질의 발포 성형체를 주입할 수 있다.

도 13은 도 11에 도시된 러더 몸체부의 표면에 외피가 형성되고, 일측에 발포 성형체를 주입하기 위한 주입구가 형성된 모습을 각각 나타낸 도면이다.

즉, 도 13(a)는 러더 몸체부(310)의 표면에 외피부재(340)가 형성된 모습을 나타낸 도면이고, 도 13(b)는 러더 몸체부(310)의 일측에 발포 성형체를 주입하기 위한 주입구(317)가 형성된 모습을 나타낸 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 다른 주입구(317)는 러더 몸체부(310)의 상단에 한 쌍이 마련되어 있는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 러더 몸체부(310)의 내부에 다수의 격벽이 복수의 수평부재(311)와 복수의 수직부재(313) 각각에 마련되는 다수개의 홀(311a, 313a)에 의해 연통되는 구조이므로, 주입구(317)의 개수 및 형성 위치는 이에 한정되지 않으며 편의에 따라 변경이 가능하며 러더 몸체부(310)의 일측 어디라도 형성이 가능할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 러더 몸체부(310)의 내부에 형성되는 발포 성형체는 외피부재(330)가 러더 몸체부(310)의 표면에 적층된 상태에서 러더 몸체부(310)의 내부에 주입됨으로써, 발포 성형체를 러더의 외형에 맞게 사출성형해야 함으로 인한 러더의 제작시간 및 비용이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

나아가, 본 실시예에 따르면, 신규로 제작되는 러더에만 적용이 가능한 것이 아닌 기존의 스틸로 제작된 금속재 러더를 본 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더로 제작이 가능할 수 있다.

즉, 종래의 금속재 러더의 외판 또는 외판과 내부 수평부재 및 수직부재에 다수개의 홀만 추가적으로 시공하게되면 본 실시예의 러더 몸체부로서 사용이 가능할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 복합소재를 갖는 러더의 제조방법은 기존의 금속재 러더의 재사용이 가능하여 제작비용이 감소되는 유리한 효과를 가질 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 러더의 제조방법은, 복합소재를 갖는 비대칭 횡단면 러더의 제조에도 적용이 가능할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 러더는 외판부재(315)를 포함하고 있기 때문에 외판을 벤딩처리하여 외형을 비대칭으로 만들고 표면에 섬유강화 플라스틱을 적층하여 복합소재를 갖는 비대칭 횡단면 러더의 제작이 가능할 수 있다.

또한, 러더의 형상이 너무 복잡하여 외판부재의 벤딩만으로 제작이 불가능한 경우 비대칭 러더의 형상을 갖는 틀(400)을 이용한 사출성형 방법에 의해 제작이 가능할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 측면에 따른 복합소재를 갖는 비대칭 횡단면 러더의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로서, 도 14(a)는 비대칭 횡단면 러더의 좌우측 형상의 성형공간을 갖는 상부 틀(410)과 하부 틀(420)로 이루어지는 사출성형 틀(400)을 도시한 도면이고, 도 14(b)는 상부 틀(410)과 하부 틀(420)이 서로 마주보도록 결합하되, 내부에 러더 몸체부(310)가 고정된 상태를 도시한 도면이다.

일 예로써, 도 14에 도시된 바와 같이, 비대칭 횡단면 러더의 좌우측 형상을 갖는 상부 틀(410)과 하부 틀(420)을 준비하고, 상부 틀(410)과 하부 틀(420)이 서로 마주보도록 결합하여 내부가 비대칭 횡단면 러더의 형상을 갖는 틀(400)을 형성하되, 러더 몸체부(310)를 상부 틀(410)과 하부 틀(420) 사이에 고정하고, 틀(400) 내부로 레진을 주입하여 러더 몸체부(310)의 내부와 외면에 레진층이 형성되도록 함으로써 비대칭 횡단면 형상으로 마련되는 복합소재를 갖는 러더의 제작이 가능할 수 있다. 이때, 필요에 따라 레진층이 형성된 외면에 섬유강화 플라스틱을 추가로 적층할 수도 있다.

또한, 러더 몸체부(310)를 먼저 섬유강화 플라스틱으로 적층하고 내부에 폴리우레탄폼을 충전한 뒤, 러더 몸체부(310)를 틀(400) 내부에 고정하고 틀(400) 내부로 레진을 주입하여, 틀(400)과 러더 몸체부(310) 사이에 레진층이 형성되도록 할 수도 있다. 이 경우에도, 레진층이 형성된 러더 몸체부(310)의 외면에 섬유강화 플라스틱을 재차 적층하도록 할수도 있다.

본 실시예에 있어서, 러더 몸체부(310)는 제작하고자 하는 러더 블레이드의 외형치수보다 작게 마련되어 틀과 러더 몸체부(310) 사이에는 빈 공간이 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 선체
2: 스케그(skeg)
20: 프로펠러
22: 프로펠러 전장 (직경)
*100: 러더

Claims (8)

1. 프로펠러의 후방에서 선미의 스케그에 회전 가능하게 설치되는 러더 블레이드와, 상기 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합되는 러더 스톡을 포함하는 러더의 제조방법으로서,
   스틸 재질의 복수의 수평부재와 복수의 수직부재가 서로 교차되되, 상기 복수의 수평부재 및 상기 복수의 수직부재 각각은 상하방향 또는 전후방향으로 이격되도록 배치하고, 상기 복수의 수평부재와 상기 복수의 수직부재의 측면을 둘러싸도록 스틸 재질의 외판부재를 설치하여 러더 몸체부를 형성하는 단계;
   상기 러더 몸체부의 내부에서 상기 러더 스톡의 외주면 일부를 감싸도록 허브유닛의 내주면에 상기 러더 스톡을 끼움결합하고, 상기 허브유닛의 하부에서 상기 러더 스톡의 단부를 고정유닛과 결합시켜, 상기 러더 몸체부에 상기 러더 스톡을 고정하는 단계; 및
   상기 러더 몸체부의 적어도 내부에 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 재질의 발포 성형체를 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 러더 몸체부를 형성하는 단계에는,
   상기 복수의 수평부재, 상기 복수의 수직부재, 및 상기 외판부재에 다수개의 홀을 형성하는 단계를 포함하는 복합소재를 갖는 러더의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 발포 성형체를 형성하는 단계 이전에는,
   상기 러더 스톡이 고정된 상기 러더 몸체부의 표면에 외피를 형성하는 단계를 더 포함하고,
   상기 외피를 형성하는 단계에는,
   섬유강화 플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Plastics) 재질의 외피부재가 상기 러더 몸체부의 표면에 사선방향 또는 대각선 방향으로 교차되어 적층되는 복합소재를 갖는 러더의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 발포 성형체를 형성하는 단계에는,
   상기 러더 몸체부의 표면에 상기 외피부재가 적층된 상태에서 상기 러더 몸체부의 일측에 상기 발포 성형체를 주입하기 위한 주입구를 형성하는 단계를 포함하는 복합소재를 갖는 러더의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 발포 성형체를 형성하는 단계에는,
   상기 러더 몸체부를 상기 러더 블레이드의 형상을 갖는 틀 내에 고정한 상태에서, 상기 러더 몸체부와 상기 틀 사이 공간에 레진을 주입하는 단계를 포함하고,
   상기 레진을 주입하는 단계에서,
   상기 틀은 비대칭 횡단면 러더의 좌우측 형상의 성형공간을 갖는 상부 틀과 하부 틀로 이루어지고,
   상기 상부 틀과 상기 하부 틀이 서로 마주보도록 결합하여 내부가 상기 성형공간을 갖되, 상기 러더 몸체부는 상기 상부 틀과 상기 하부 틀 사이에 고정되는 복합소재를 갖는 러더의 제조방법.
5. 프로펠러의 후방에서 선미의 스케그에 회전 가능하게 설치되는 러더 블레이드와, 상기 러더 블레이드에 회전 동력을 전달하도록 결합되는 러더 스톡을 포함하는 러더로서,
   상기 러더 블레이드는,
   내부에 스톡 연결부가 구비되어 상기 러더 스톡이 결합되는 러더 몸체부;
   상기 러더 몸체부의 표면에 형성되는 섬유강화 플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Plastics) 재질의 외피부재; 및
   상기 러더 몸체부의 내부에 형성되는 폴리우레탄 폼(polyurethane foam) 재질의 발포 성형체를 포함하고,
   상기 스톡 연결부는,
   상기 러더 스톡의 외주면 일부를 감싸도록 상기 러더 몸체부의 내부에 배치되고, 상기 러더 스톡이 끼움결합되는 허브유닛; 및
   상기 허브유닛의 하부에서 상기 러더 스톡과 결합되어, 상기 러더 몸체부에 상기 러더 스톡을 고정하기 위한 고정유닛을 포함하고,
   상기 러더 몸체부는,
   상하방향 또는 전후방향으로 서로 이격되게 배치되는 스틸 재질의 복수의 수평부재와 복수의 수직부재; 및
   상기 복수의 수평부재와 상기 복수의 수직부재의 측면을 둘러싸도록 설치되는 스틸 재질의 외판부재를 더 포함하고,
   상기 복수의 수평부재, 상기 복수의 수직부재, 및 상기 외판부재에는 다수개의 홀이 형성되는 복합소재를 갖는 러더.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 외피부재는,
   상기 러더 몸체부의 표면에 사선방향 또는 대각선방향으로 교차되어 적층되는 복합소재를 갖는 러더.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 러더 몸체부의 표면에 상기 외피부재가 적층된 상태에서 상기 러더 몸체부의 일측에는 상기 발포 성형체를 주입하기 위한 주입구가 형성되는 복합소재를 갖는 러더.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 러더 몸체부는 상기 러더 블레이드의 외형치수보다 작게 마련되는 복합소재를 갖는 러더.

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