KR102209085B1 - 선박용 추진 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 선체에 설치되는 전방 프로펠러; 및 상기 전방 프로펠러의 후방에 배치되는 후방 프로펠러와, 상기 선체에 회전 가능하게 지지되며 전방에 상기 후방 프로펠러가 연결되는 몸체부를 갖는 포드를 포함하며, 상기 포드는, 상기 몸체부가 상기 후방 프로펠러와 독립적으로 좌우 회전되도록 하여, 상기 후방 프로펠러가 상기 전방 프로펠러와 정면으로 마주하는 상태를 유지하면서 상기 몸체부를 좌우로 회전시키는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 추진 장치{Propulsion apparatus for ship}
본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것이다.
일반적으로 상반회전 프로펠러(Contra rotating propeller)는 두 개의 프로펠러가 동축선 상에 배치된 상태에서 상호 반대 방향으로 회전 운동하면서 추진력을 발생시키는 것으로, 주로 선박이나 비행기의 추진기에 사용되고 있다.
이러한 상반회전 프로펠러는 두 개의 프로펠러가 반대 방향으로 회전 운동하는 것으로, 전방에 배치된 프로펠러에서 발생되는 회전 에너지를 후방에 배치된 프로펠러가 회수하여 상쇄시키게 된다.
따라서, 상반회전 프로펠러는 한 개의 프로펠러를 사용하여 추진력을 발생시키는 단일 프로펠러에 비해 높은 추진력을 발생시키고, 직진성도 우수한 장점을 가지므로, 추진 효율을 크게 향상시키고 회전에너지 상쇄에 의한 기진력 감소로 진동도 크게 저감시킨다.
선박에 적용되는 상반회전 프로펠러는 하나의 축에 두 기의 프로펠러를 장착하는 방식과, 러더 대신 포드형(Pod) 추진기를 배치하는 방식이 있다. 이때, 포드형 추진기를 배치하는 방식은 러더를 배치하는 방식에 비하여 선박의 최소 회전반경이 작아 선박의 조정 능력을 향상시킨다.
하지만, 선박의 진로를 변경하기 위하여 포드의 몸체부의 각도를 변경하는 경우, 특정 각도 이상에서 전방 프로펠러에서 발생하는 허브 및 날개 끝 볼텍스가 후방 프로펠러로 유입된다. 이에 의해 포드의 몸체부로 유입되는 유동이 불균일해짐에 따라 추진력이 감소되고, 캐비테이션이 증가될 뿐만 아니라 진동 및 소음이 크게 발생되어, 추진 장치의 성능이 크게 저하된다는 문제점이 있다. 본 발명의 배경이 되는 기술은 공개특허공보 제10-2012-0138518호 및 공고특허 제1997-0010830호에 기재되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 후방 프로펠러가 전방 프로펠러와 정면으로 마주하는 상태를 유지하면서 포드에서 몸체부가 후방 프로펠러와 독립적으로 좌우 회전되도록 함에 의해 전방 프로펠러와의 간섭을 회피할 수 있는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전방 프로펠러에서 발생되는 허브 볼텍스(Hub vortex) 및 날개 끝 볼텍스(Tip vortex)가 후방 프로펠러로 유입되는 것이 방지됨에 의해 몸체부로 유입되는 유동이 보다 균일해질 수 있는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치는, 선체에 설치되는 전방 프로펠러; 및 상기 전방 프로펠러의 후방에 배치되는 후방 프로펠러와, 상기 선체에 회전 가능하게 지지되며 전방에 상기 후방 프로펠러가 연결되는 몸체부를 갖는 포드를 포함하며, 상기 포드는, 상기 몸체부가 상기 후방 프로펠러와 독립적으로 좌우 회전되도록 하여, 상기 후방 프로펠러가 상기 전방 프로펠러와 정면으로 마주하는 상태를 유지하면서 상기 몸체부를 좌우로 회전시키는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 몸체부는, 좌우로 회전될 때 상기 후방 프로펠러와 일정 각도 경사지게 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 후방 프로펠러 또는 몸체부 중 적어도 어느 하나에는 연결부재가 돌출 구비되고, 상기 연결부재와 대응되는 상기 후방 프로펠러 또는 몸체부 중 어느 하나에는 수용홈이 구비되어, 상기 수용홈에 상기 연결부재가 삽입 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 수용홈 및 상기 연결부재는, 반구형의 형태로 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 연결부재의 중심을 기준으로 상기 몸체부가 좌우로 회전되는 경우, 상기 전방 프로펠러 및 상기 후방 프로펠러의 회전축은 상기 몸체부가 회전되기 이전과 동일하게 유지될 수 있다.
구체적으로, 상기 몸체부의 중심을 기준으로 상기 몸체부가 좌우로 회전되는 경우, 상기 전방 프로펠러 및 상기 후방 프로펠러의 회전축은 상기 몸체부가 회전되기 이전과 상이하되, 상기 회전축의 방향은 동일하게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 후방 프로펠러가 전방 프로펠러와 정면으로 마주하는 상태를 유지하면서 포드에서 몸체부가 후방 프로펠러와 독립적으로 좌우 회전되도록 함에 의해 전방 프로펠러와의 간섭을 회피할 수 있음으로써, 추진 효율이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 전방 프로펠러에서 발생되는 허브 볼텍스 및 날개 끝 볼텍스가 후방 프로펠러로 유입되는 것이 방지됨에 의해 몸체부로 유입되는 유동이 보다 균일해질 수 있음으로써, 추진 성능이 향상되고, 캐비테이션이 감소되며, 진동 및 소음 등이 줄어들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 몸체부와 후방 프로펠러가 연결되는 부분을 나타내는 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치에서 연결부재의 중심을 기준으로 몸체부가 좌우 회전되는 상태를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3에서 몸체부가 좌우 회전되는 경우에 전방 및 후방 프로펠러의 회전축을 나타내는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치에서 몸체부의 중심을 기준으로 몸체부가 좌우 회전되는 상태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 도 5에서 몸체부가 좌우 회전되는 경우에 전방 및 후방 프로펠러의 회전축을 나타내는 측면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 참고로 이하에서 설명하는 선박은, 화물을 출발지에서 목적지까지 수송하는 상선 외에도 해상의 일정 지점에 부유하여 특정한 작업을 수행하는 해양구조물을 포괄하는 개념임을 알려둔다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 몸체부와 후방 프로펠러가 연결되는 부분을 나타내는 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(100)는 전방 프로펠러(121), 후방 프로펠러(122)와 몸체부(112)를 포함하는 포드(110)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(100)는 전방 프로펠러(121)와 후방 프로펠러(122)로 이루어지는 두 기의 프로펠러(120)가 구비됨에 의해 추진 성능이 향상될 수 있다.
먼저, 전방 프로펠러(121)는 선체의 일 영역에 설치될 수 있으며, 전방 프로펠러(121)의 일측에는 포드(110)가 배치될 수 있다. 이러한 포드(110)는, 전방 프로펠러(121)의 후방에 배치되는 후방 프로펠러(122)와, 후방 프로펠러(122)가 연결되는 몸체부(112)를 포함할 수 있다.
이때, 포드(110)는 선체에 회전 가능하게 지지되며, 보다 바람직하게 몸체부(112) 상부에 구비된 스트럿에 의하여 몸체부(112)가 선체에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 그리고, 전방 프로펠러(121)와 후방 프로펠러(122)는 동심축을 기준으로 회전 가능하게 배치될 수 있다.
또한, 포드(110)는 몸체부(112)가 후방 프로펠러(122)와 독립적으로 좌우 회전되도록 구비될 수 있다. 이때, 후방 프로펠러(122)가 전방 프로펠러(121)와 정면으로 마주하는 상태를 유지하면서 몸체부(112)를 좌우로 회전시킬 수 있다.
즉, 선박의 진로 변경을 위하여 몸체부(112)가 좌우로 회전되어 각도가 변경되더라도 후방 프로펠러(122) 및 전방 프로펠러(121)는 최초의 각도를 그대로 유지할 수 있다. 이에 의해 포드(110)에서 몸체부(112)의 각도 변경과 상관 없이 프로펠러(120)의 각도는 변경되지 않으므로, 선박용 추진 장치(100)의 성능이 유지될 수 있다.
이와 같이, 몸체부(112)와 후방 프로펠러(122)가 독립적으로 좌우 회전되도록 하기 위하여, 포드(110)에서 몸체부(112)와 후방 프로펠러(122)가 연결되는 영역인 가동부(130)는 연결부재(123) 및 연결부재(123)가 삽입되는 수용홈(111)을 포함할 수 있다.
이때, 가동부(130)의 연결부재(123)는 후방 프로펠러(122) 또는 몸체부(112) 중 적어도 어느 하나로부터 돌출 구비될 수 있으며, 수용홈(111)은 연결부재(123)와 대응되는 후방 프로펠러(122) 또는 몸체부(112) 중 적어도 어느 하나에 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 후방 프로펠러(122)에 연결부재(123)가 돌출되어 구비되며, 몸체부(112)에 연결부재(123)와 대응하는 형상의 수용홈(111)이 구비되어, 연결부재(123)가 수용홈(111)에 삽입됨에 의해 후방 프로펠러(122)와 몸체부(112)가 상호 연결될 수 있다.
여기서, 연결부재(123)는 반구형의 형태로 구비될 수 있으며, 수용홈(111) 역시 연결부재(123)가 삽입되어 회전 가능하도록 반구형의 형태로 구비될 수 있다. 이에 의해 몸체부(112)가 후방 프로펠러(122)에 대하여 독립적으로 좌우 회전될 수 있으며, 몸체부(112)가 좌우로 회전될 때, 후방 프로펠러(122)와 일정 각도 경사지게 배치될 수 있다.
그리고, 몸체부(112)가 후방 프로펠러(122)에 대하여 좌우로 회전될 때 연결부재(123)가 수용홈(111)의 외부로 이탈되지 않고, 수용홈(111)의 내측에서 좌우 회전되어야 한다. 도면에는 도시되지 않았지만, 수용홈(111)의 끝단 측에서 중앙 영역이 연결부재(123)와 연결된 하나의 축이 구비되어, 그 축에 의하여 몸체부(112)가 회전 가능하게 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 연결부재(123)가 후방 프로펠러(122)로부터 돌출되어 구비되고, 몸체부(112)에 연결부재(123)가 삽입되는 수용홈(111)이 구비되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 반대로, 연결부재(123)가 몸체부(112)로부터 돌출되어 구비되고, 후방 프로펠러(122)에 연결부재(123)가 삽입되는 수용홈(111)이 구비될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 연결부재(123) 및 수용홈(111)이 반구형의 형태로 구비되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 몸체부(112)가 후방 프로펠러(122)에 대하여 독립적으로 회전 가능하도록 연결부재(123) 및 수용홈(111)이 다양한 형상으로 구비될 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 몸체부(112)가 후방 프로펠러(122) 및 전방 프로펠러(121)에 대하여 독립적으로 좌우 회전 가능하게 구비됨으로써, 전방 프로펠러(121)에서 발생되는 허브 볼텍스 및 날개 끝 볼텍스가 후방 프로펠러(122)로 유입되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 몸체부(112)로 유입되는 유동이 균일해짐에 따라 선박용 추진 장치(100)의 성능이 기존보다 향상될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치에서 연결부재의 중심을 기준으로 몸체부가 좌우 회전되는 상태를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3에서 몸체부가 좌우 회전되는 경우에 전방 및 후방 프로펠러의 회전축을 나타내는 측면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 몸체부(112)가 연결부재(123)의 중심(R1)을 기준으로 좌우로 회전되는 경우, 후방 프로펠러(122) 및 전방 프로펠러(121)의 회전축은 몸체부(112)가 회전되기 이전과 동일하게 유지될 수 있다.
이때, 몸체부(112)가 연결부재(123)의 중심(R1)을 기준으로 회전되므로, 전방 프로펠러(121) 및 후방 프로펠러(122)는 회전축의 위치 및 방향이 변경되지 않으며, 몸체부(112)에서 수용홈(111)과 대향되는 끝단 측이 좌우로 회전될 수 있다. 그리고, 전방 프로펠러(121) 및 후방 프로펠러(122)는 동심축에 의해 상반 회전되므로, 선박의 추진력을 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치에서 몸체부의 중심을 기준으로 몸체부가 좌우 회전되는 상태를 나타내는 평면도이고, 도 6은 도 5에서 몸체부가 좌우 회전되는 경우에 전방 및 후방 프로펠러의 회전축을 나타내는 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 몸체부(112)가 몸체부(112)의 중심(R2)을 기준으로 좌우로 회전되는 경우, 전방 프로펠러(121) 및 후방 프로펠러(122)의 회전축은 몸체부(112)가 회전되기 이전과 상이하지만, 회전축의 방향은 변경되지 않고 동일하게 유지될 수 있다.
이때, 몸체부(112)가 몸체부(112)의 중심(R2)을 기준으로 회전되므로, 몸체부(112)에서 수용홈(111)이 구비된 일측 및 수용홈(111)과 대향되는 타측은 각각 서로 반대 방향을 향하여 회전될 수 있다. 이에 의해 수용홈(111)에 삽입된 연결부재(123)의 위치 역시 수용홈(111)이 이동된 방향을 따라 이동될 수 있다.
여기서, 전방 프로펠러(121) 및 후방 프로펠러(122)는 몸체부(112)가 회전된 만큼 연결부재(123)가 반대 방향으로 회전하므로, 회전축의 위치는 좌우로 이동될 수 있지만, 회전축의 방향은 변하지 않을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치는, 후방 프로펠러(122)와 몸체부(112)를 연결하는 가동부(130)가 반구형의 연결부재(123) 및 연결부재(123)가 회전 가능하게 삽입되는 수용홈(111)으로 구비됨에 의해 포드(110)의 몸체부(112)가 후방 프로펠러(122)로부터 독립적으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
이에 따라, 전방 프로펠러(121)와의 간섭 회피를 통하여 추진 성능이 유지될 수 있으며, 전방 프로펠러(121)의 허브 볼텍스 및 날개 끝 볼텍스가 후방 프로펠러(122)로 흡입되는 현상이 방지될 수 있다. 후방 프로펠러(122)에 대하여 몸체부(112)가 좌우로 회전되는 경우, 기존 대비 추진 성능이 2~3% 정도 상승되었으며, 캐비테이션이 5% 정도 감소되었다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 선박용 추진 장치 110 : 포드
111 : 수용홈 112 : 몸체부
120 : 프로펠러 121 : 전방 프로펠러
122 : 후방 프로펠러 123 : 연결부재
130 : 가동부

Claims (6)

  1. 선체에 설치되는 전방 프로펠러; 및
    상기 전방 프로펠러의 후방에 배치되는 후방 프로펠러와, 상기 선체에 회전 가능하게 지지되며 전방에 상기 후방 프로펠러가 연결되는 몸체부를 갖는 포드를 포함하며,
    상기 포드는,
    상기 몸체부가 상기 후방 프로펠러와 독립적으로 좌우 회전되도록 하여, 상기 후방 프로펠러가 상기 전방 프로펠러와 정면으로 마주하는 상태를 유지하면서 상기 몸체부를 좌우로 회전시키고,
    상기 몸체부는,
    좌우로 회전될 때 상기 후방 프로펠러와 일정 각도 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 후방 프로펠러 또는 몸체부 중 적어도 어느 하나에는 연결부재가 돌출 구비되고, 상기 연결부재와 대응되는 상기 후방 프로펠러 또는 몸체부 중 어느 하나에는 수용홈이 구비되어, 상기 수용홈에 상기 연결부재가 삽입 연결되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 수용홈 및 상기 연결부재는,
    반구형의 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연결부재의 중심을 기준으로 상기 몸체부가 좌우로 회전되는 경우, 상기 전방 프로펠러 및 상기 후방 프로펠러의 회전축은 상기 몸체부가 회전되기 이전과 동일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 몸체부의 중심을 기준으로 상기 몸체부가 좌우로 회전되는 경우, 상기 전방 프로펠러 및 상기 후방 프로펠러의 회전축은 상기 몸체부가 회전되기 이전과 상이하되, 상기 회전축의 방향은 동일하게 유지되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
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