KR200299172Y1 - 축형식 자항검력장치 및 추진시스템 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 축형식 자항검력장치 및 추진시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러의 추력 및 토크를 정확하게 측정하는 자항검력장치와 추진시스템에 관한 것이다.

이 축형식 자항검력장치 및 추진시스템은 선박의 선미선저부에 내부로 연통되도록 설치되는 중공축과, 상기 중공축의 단부에 고정되어있는 베어링과, 상기 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 회전축과, 상기 회전축에 회전력을 부여하는 구동장치및; 상기 회전축의 외측단부에 고정되어 회전축과 연동하는 프로펠러를 포함하는 선박에 있어서, 상기 구동장치의 회전력을 회전축으로 전달시키는 동력전달장치와; 상기 회전축과 일체로 형성되며, 베어링과 프로펠러 사이에 배치되어 프로펠러의 추력과 토크를 측정하는 자항검력계 및; 상기 회전축의 내측단부에 설치되어 상기 자항검력계의 측정신호를 외부로 전달하는 접촉자를 포함하여 이루어진다.

본 고안은 자항검력계를 프로펠러의 바로 뒤에 설치하여 추력 및 토크를 측정함으로써, 구동메카니즘에 의한 영향을 받지 않고 순수한 프로펠러의 추력과 토크만을 측정할 수 있는 것이다.

Description

축형식 자항검력장치 및 추진시스템 {Axis form self-propulsion testing device and propulsion system}

본 고안은 축형식 자항검력장치 및 추진시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 선박의 저항추진능력이나 운동조정성능 등에 관한 데이터를얻기 위하여 예인수조에서 모형 선박을 이용한 시험을 할 때, 모형 선박의 선저부에서 구동되는 프로펠러의 추력 및 토크를 정확하게 측정하는 자항검력장치와 추진시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 수면 위에서 가장 안정한 상태로 유체의 저항을 가장 적게 받으면서 고속의 속도를 구현할 수 있도록 설계 되는 것이 가장 바람직한 바, 이러한 조건을 갖춘 선박을 시행착오없이 제작하기 위해, 실선박의 제작하기에 앞서 모형선박을 미리 제작한 후 예인수조 안에서 선박의 형상에 따른 물의 저항 및 프로펠러의 곡면형상에 따른 추진력 등과 같이, 선박의 저항추진성능 및 운동조종성능 등에 관한 다양한 측정을 시험할 수 있는 모형선박 시험용 예인수조가 개발되어 사용되고 있다.

모형선박 시험용 예인장치는, 실해역과 같은 효과를 나타낼 수 있는 길이 및 폭, 깊이 등을 갖춘 예인수조안에 시험하고자 하는 모형선박을 띄워놓음과 동시에예인전차에 모형선박을 조립한 후 예인전차로 예인함으로써, 모형선박이 물위를 실제의 해역에서 달리는 것과 같이 고속 또는 저속으로 선회 주행되도록 하여, 예인전차와 모형선박에 장착된 각종 계측장비에 의해 각종 시험 데이터 값을 구하여 최적의 조건을 갖춘 선박을 구현할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 예인수조에서 수행되는 시험중의 하나는 선체의 자항 즉, 추진감소계수, 반류비 및 상대회전효율 등을 측정하며, 이 경우 프로펠러를 구동하는 동력장치의 추력과 토크에 관한 데이터가 필요하므로 시험용의 모형선에는 축계에 자항 검력계가 설치된다.

도 1에서 도시하는 바와 같이, 종래에는 예인수조의 자항시험(self-propulsion test)을 위하여 고정식 추력센서(1)와 회전식 토크센서(2)는 모형선(3)의 내부에 설치되고 프로펠라 방향으로 유니버샬조인트(4)에 의하여 장축의 축(5)을 연결하며, 중공축(6) 끝단에 축을 지지할 수 있는 베어링(7)을 설치하고 프로펠라(8)를 연결한다. 따라서 유니버샬조인트(4)의 유격, 축(5)의 떨림 및 베어링(7)에 의해서 발생하는 추력 및 토크가 추력센서(1)와 토크센서(2)에 전달되어, 실제 계측되어야 할 프로펠러만의 추력 및 토크 이외의 다른 값이 계측됨에 따라 시험의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

본 고안은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 자항검력계가 프로펠러의 후방에 밀접하게 설치되어 프로펠러의 추력과 토크를 측정하게 함으로써, 프로펠러만의 순수한 추력과 토크를 측정하고, 구동장치의 회전력을 타이밍벨트로 회전축에 전달하여 자항검력계가 구동 메커니즘에 의한 영향을 받지 않게 함으로써 시험의 정밀도를 높인 축형식 자항검력장치 및 추진 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래 자항시험용 계측구조를 개략적으로 도시한 개략도,

도 2는 본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개략도,

도 3은 본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템의 자항검력계의 사시도,

도 4a는 본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템의 추력검출부의 확대단면도,

도 4b는 본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템의 토크검출부의 확대단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호설명

10:선박 12:중공축

14:베어링 16:회전축

18:구동장치 19:프로펠러

20:동력전달장치 22:구동풀리

24:종동풀리 26:타이밍벨트

30:자항검력계 31:추력검출부

32:토크검출부 33:제 1홈부

34:제 2홈부 35:중앙부

36:기둥 40:접촉자

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템은 선박의 선미선저부에 내부로 연통되도록 설치되는 중공축과, 상기 중공축에 고정되어있는 베어링과, 상기 베어링에 의해 회전가능하게 지지되는 회전축과, 상기 회전축에 회전력을 부여하는 구동장치및; 상기 회전축의 외측단부에 고정되어 회전축과 연동하는 프로펠러를 포함하는 선박에 있어서, 상기 구동장치의 회전력을 회전축으로 전달시키는 동력전달장치와; 상기 회전축과 일체로 형성되며, 베어링과 프로펠러 사이에 배치되어 프로펠러의 추력과 토크를 측정하는 자항검력계 및; 상기 회전축의 내측단부에 설치되어 상기 자항검력계의 측정신호를 외부로 전달하는 접촉자를 포함하는 것이 바람직하다.

본고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템은 상기 동력전달장치는 상기 구동장치의 회전력을 상기 회전축에 전달하는 것으로 상기 구동장치에 설치되는 구동풀리와 상기 회전축에 설치되는 종동풀리 및 구동풀리와 종동풀리에 맞물려 회전되는 타이밍벨트로 이루어지는것이 바람직하다.

본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템은 상기 자항검력계는, 미세간격의 제 1홈부가 상부로부터 형성되고 소정간격 이격된 위치에 미세간격의 제 2홈부가 하부로부터 형성되며, 제 1홈부와 제 2홈부 사이에 단면이 판형을 이루는 중앙부가 형성되어있는 추력검출부와; 상기 추력검출부의 후방에 4개의 기둥으로 형성되어 있는 토크검출부로 이루어지며; 상기 추력검출부에는 추력센서가, 상기 토크검출부에는 토크센서가 각각 부착되어 이루어지는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

첨부도면 도 2는 본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이고, 도 3은 본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템의 자항검력계의 사시도이고, 도 4a는 도 3의 A-A선 확대단면도이며, 도 4b는 도 3의 B-B선 확대단면도이다.

상기 도면에서 도시하는 바와 같이, 본 고안 축형식 자항측정장치 및 추진시스템은 동력전달장치(20)와 자항검력계(30) 및 접촉자(40)를 포함하여 이루어진다.

상기 동력전달장치(20)는 구동장치(18)와 함께 연동하는 구동축(18a)의 회전력을 회전축(16)으로 전달하는 것으로, 구동축(18a)에 설치되는 구동풀리(22)와 회전축(16)에 설치되는 종동풀리(24) 및 상기 구동풀리(22)와 종동풀리(24)에 맞물려 회전하는 타이밍벨트(26)로 이루어진다.

상기 자항검력계(30)는 미세간격의 제 1홈부(32)가 상부로부터 형성되고 소정간격 이격된 위치에 미세간격의 제 2홈부(33)가 하부로부터 형성되며, 제 1홈부(32)와 제 2홈부(33) 사이에 단면이 판형을 이루는 중앙부(34)가 형성되어있는 추력검출부(31)와; 상기 추력검출부(31)의 후방에 4개의 기둥(36)으로 형성되어 있는 토크검출부(32)로 이루어진다.

상기 추력검출부(31)에는 스트레인게이지로 이루어지는 추력센서(a)가 중앙부(35) 양측에 각각 부착되어 제 1홈부(32)와 제 2홈부(33)의 미세간격의 변위량을 측정하고, 상기 토크검출부(32)에는 스트레인게이지로 이루어지는 토크센서(b)가 각 기둥(36)마다 4개씩 부착되어 회전축(16)의 회전력에 의한 기둥(36)의 처짐을 측정한다.

상기 접촉자(40)는 회전하는 회전축(16)의 자항검력계(30)에서 계측되는 전기적신호를 외부로 전송하는 것으로 상기 회전축(16)의 내측단부에 회전축(16)과 연동하도록 설치된다.

이하, 본 고안 축형식 자항검력장치 및 추진시스템의 작용을 설명하고자 한다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 선박(10)의 구동장치(18)에서 발생하는 회전력에 의해 구동축(18a)이 회전하면, 상기 구동축(18a)에 고정된 구동풀리(22)는 구동축(18a)과 연동하면서 타이밍벨트(26)를 회전시킨다. 상기 구동풀리(22)의 회전력을 타이밍벨트(26)로 전달받은 종동풀리(24)는 회전축(16)을 회전시켜 회전축(16)의 외측단부에 고정된 프로펠러(19)를 회전시킴으로써 추력을 발생시키게 되는 것이다. 이와같은 선박의 추진시스템에 있어서, 선박(10)의 형상에 따른 물의 저항 및 프로펠러(19)의 곡면형상에 따른 추진력 등과 같이, 선박(10)의 저항추진성능 및 운동조종성능 등에 관한 다양한 측정을 하기 위하여 자항검력계(30)를 설치하는 것이다.

이러한 자항검력계(30)는 하나의 작용점에 걸리는 축방향 추력과 토크를 동시에 계측하는 정밀한 기기이므로, 자항검력계(30) 설계시 다른 성분과의 간섭이 가능한 작게 나타나도록 제작되어야 한다. 따라서, 회전축(16)을 지지하는 베어링(14)과 프로펠러(19) 사이에 축형식 자항검력계(30)를 설치하여 프로펠러(19)의 추력 및 토크를 직접 측정하게 하는 것이다.

자항검력계(30)는 프로펠러(19)에서 축방향으로 발생하는 추력과, 회전축(16)의 토크를 추력센서(a)와 토크센서(b)로 각각 검출하는 것으로, 상기 추력센서(a)와 토크센서(b)로는 외부로부터의 가해지는 힘의 영향을 메카니즘을 통해 전기적인 신호로 변환시켜주는 스트레인게이지가 사용된다.

상기 추력센서(a)는 도 4a에서 도시하는 바와 같이, 양측에 홈이 굴설되어 중앙이 판형을 이루는 중앙부(35) 양측에 각각 스트레인게이지를 설치하여 축방향 압축력에 의한 제 1홈부(32)와 제 2홈부(33)의 미세간격의 변위량을 측정한다.

상기 토크센서(b)는 도 4b에서 도시하는 바와 같이, 추력센서의 전방에 형성된 4개의 기둥(36) 각각에 4개씩 스트레인게이지를 설치하여 회전축(16)의 회전력에 의한 기둥(36)의 처짐을 계측하여 토크값을 측정한다.

추력센서(a)와 토크센서(b)에서 얻어진 전기신호는 회전축(16)의 내측단부에 설치된 접촉자(40)에 전달되어진다. 상기 접촉자(40)로는 스립링등이 사용될 수 있으며, 접촉자(40)에서 전달되는 전기신호는 따로 설치되는 앰프(미도시)에서 증폭된후 A/D컨버터(미도시)에서 디지털신호로 변환되어 저장 또는 출력된다.

이와 같이, 본 고안 축형식 자항측정기 및 추진 시스템은 자항검력계가 프로펠러의 후방에 밀접하게 설치되어 프로펠러의 추력과 토크를 측정하게 함으로써,프로펠러만의 순수한 추력과 토크를 측정하고, 구동장치의 회전력을 타이밍벨트로 회전축에 전달하여 자항검력계가 구동 메커니즘에 의한 영향을 받지 않게 함으로써 시험의 정밀도를 높이는 효과가 있다.

본 고안의 기술요지 및 상기 실시예에 근거하여 다수의 변형된 실시예들을 당업자라면 용이하게 구현할 수 있음이 자명하므로, 언급하지 아니한 변형 실시예들에 대한 상세한 설명을 생략한다.

상술한 바와 같이, 본 고안 축형식 자항측정기 및 추진 시스템은 자항검력계가 프로펠러의 후방에 밀접하게 설치되어 프로펠러의 추력과 토크를 측정하게 함으로써, 프로펠러만의 순수한 추력과 토크를 측정하고, 구동장치의 회전력을 타이밍벨트로 회전축에 전달하여 자항검력계가 구동 메커니즘에 의한 영향을 받지 않게 함으로써 시험의 정밀도를 높이는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 선박(10)의 선미선저부에 내부로 연통되도록 설치되는 중공축(12)과, 상기 중공축(12)에 고정되어있는 베어링(14)과, 상기 베어링(14)에 의해 회전가능하게 지지되는 회전축(16)과, 상기 회전축(16)에 회전력을 부여하는 구동장치(18)및; 상기 회전축(16)의 외측단부에 고정되어 회전축(16)과 연동하는 프로펠러(19)를 포함하는 선박에 있어서,

   상기 구동장치(18)의 회전력을 회전축(16)으로 전달시키는 동력전달장치(20);

   상기 회전축(16)과 일체로 형성되며, 베어링(14)과 프로펠러(19) 사이에 배치되어 프로펠러(19)의 추력과 토크를 측정하는 자항검력계(30) 및;

   상기 회전축(16)의 내측단부에 설치되어 상기 자항검력계(30)의 측정신호를 외부로 전달하는 접촉자(40)를 포함하는 축형식 자항검력장치 및 추진시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 동력전달장치(20)는 상기 구동장치(18)의 회전력을 상기 회전축(16)에 전달하는 것으로 상기 구동장치(18)에 설치되는 구동풀리(22)와 상기 회전축(16)에 설치되는 종동풀리(24) 및 구동풀리(22)와 종동풀리(24)에 맞물려 회전되는 타이밍벨트(26)로 이루어지는것을 특징으로 하는 축형식 자항측정장치 및 추진시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 자항검력계(30)는,

   미세간격의 제 1홈부(33)가 상부로부터 형성되고 소정간격 이격된 위치에 미세간격의 제 2홈부(34)가 하부로부터 형성되며, 제 1홈부(33)와 제 2홈부(34) 사이에 단면이 판형을 이루는 중앙부(35)가 형성되어있는 추력검출부(31)와;

   상기 추력검출부(31)의 후방에 4개의 기둥(36)으로 형성되어 있는 토크검출부(32)로 이루어지며;

   상기 추력검출부(31)에는 추력센서(a)가, 상기 토크검출부(32)에는 토크센서(b)가 각각 부착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 축형식 자항측정장치 및 추진시스템.