KR20120110232A

KR20120110232A - 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체

Info

Publication number: KR20120110232A
Application number: KR1020110027966A
Authority: KR
Inventors: 최길환
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-10

Abstract

본 발명은 선박의 프로펠러 후류에서 발생하는 회전에너지를 회수하여 선박의 추력으로 변화시켜서 추진효율이 증대되도록 한 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체가 개시된다.
본 발명은 선박을 추진시키는 프로펠러와 간격을 두고 선미방향으로 설치되는 방향타의 적어도 어느 한쪽면에 설치되면서 덕트와, 이 덕트의 내부에 형성되는 고정날개로 구성되는 추진효율 증대 구조체로서, 상기 덕트는 곡선형을 이루면서 방향타에 한쪽 단부가 고정되고, 다른쪽 단부는 고정날개와 결합되어 고정되며, 상기 고정날개는 상기 덕트의 안쪽면에 형성되면서 방향타의 고정부와 덕트 사이를 연결하여 지지되도록 덕트의 안쪽면 길이를 따라 간격을 두고 복수,형성되는 구조를 가진다.

Description

선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체{Structure for Improving Propulsion Efficency in Rudder of Ship}

본 발명은 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박의 프로펠러 후류에서 발생하는 회전에너지를 회수하여 선박의 추력으로 변화시켜서 추진효율이 증대되도록 한 것이다.

일반적으로, 선박의 프로펠러에서 발생되는 추력은 엔진으로부터 발생된 토오크 성분을 프로펠러 날개의 양력을 이용하여 추력으로 변환시켜서 발생된다. 이때, 프로펠러가 한쪽 방향으로 회전하므로 프로펠러 후류에 회전에너지 성분이 발생되고, 프로펠러의 팁 및 허브 부분에 회전성분의 보오텍스(vortex)도 발생된다.

통상적으로 60% 정도의 추진효율을 가지는 프로펠러의 경우에, 후류의 회전성분은 7%, 그리고 팁 보오텍스 및 허브 보오텍스 성분은 각각 3% 정도로 발생되어 후류에 버려지게된다.

이러한 종래의 선박용 프로펠러에 대하여 도면에 의거 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 선박의 선체 후미에 프로펠러(10)가 결합되고, 이 프로펠러(10)와 간격을 두고 선체에 고정되는 방향타(20)가 설치된다. 도 1에 있어서, 방향타(20)는 선체(1)에 고정되는 고정부(21)와, 이 고정부(21)와 회전가능하게 결합되는 회전부(22)로 구성된 것이다.

상기 종래의 프로펠러(10)는 보스(10a)와, 이 보스(10a)의 둘레면을 따라 형성되는 블레이드(10b)로 구성된다.

상기 프로펠러(10)는 선박의 주 엔진으로 구동되어 선수 방향으로 보았을 때, 오른쪽으로 회전하여 추력을 발생시키며, 유체인 물을 가속시켜서 방향타(20)쪽으로 밀어낸다. 이때 축방향으로 물을 가속시키면서 손실되는 에너지는 프로펠러 추력의 39% 정도이다. 또한, 프로펠러 날개의 마찰저항에 의한 손실 에너지는 프로펠러 추력의 11% 정도를 차지한다. 이것은 선박의 추진을 위해서 불가피하게 발생하는 성분이다.

또한, 후류의 회전에너지(E1)은 프로펠러(10) 회전에 의해 발생되는 에너지로서, 프로펠러 추력의 7% 정도의 에너지를 가진다.

또한, 프로펠러 팁 보오텍스(V1)와 허브 보오텍스(V2)도 회전 에너지 성분으로 프로펠러 추력의 3% 정도를 가진다.

위에서 설명한 후류의 회전 에너지와 팁 보오텍스, 허브 보오텍스는 프로펠러의 후류에 버려지는 성분으로서, 이 회전 에너지를 회수하기 위하여 선미 부분에 추력 날개, 고정날개 등을 마련한 프로펠러가 있었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 회전 에너지 회수장치는 프로펠러 후류에 불필요한 회전에너지를 남겨놓아 선박의 추진효율을 저하시키고, 소모되는 연료의 양이 많아져서 선박의 운항시 환경 오염의 증가와 함께 경제적으로 손실을 유발시키며, 이러한 회전 에너지를 선박의 추력성분으로 효과적으로 변환시키기에는 부족한 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 선박의 프로펠러 후류에 버려지는 회전 에너지 성분을 선박의 추진을 위한 추력으로 변환하여 고효율의 선박이 될 수 있도록 함으로써, 에너지를 절감하고, 환경오염 방지가 가능하도록 한 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 수단은, 선박을 추진시키는 프로펠러와 간격을 두고 선미방향으로 설치되는 방향타의 적어도 어느 한쪽면에 설치되면서 덕트와, 이 덕트의 내부에 형성되는 고정날개로 구성되는 추진효율 증대 구조체로서, 상기 덕트는 곡선형을 이루면서 방향타에 한쪽 단부가 고정되고, 다른쪽 단부는 고정날개와 결합되어 고정되며, 상기 고정날개는 상기 덕트의 안쪽면에 형성되면서 방향타의 고정부와 덕트 사이를 연결하여 지지되도록 덕트의 안쪽면 길이를 따라 간격을 두고 복수,형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타에 구비되는 것이다.

상기 방향타에 고정되는 고정날개의 고정점이 프로펠러의 축 중심선에 위치하도록 배치되는 것이다.

또한, 상기 덕트와 고정날개는 횡단면상 날개단면 형상인 유선형으로 이루어진 것이다.

또한, 상기 덕트는 90도 보다 크고 180도 보다 작은 호를 가지도록 형성되는 것이다.

또한, 상기 덕트 및 고정날개는 방향타의 양쪽면에 대칭 또는 비대칭으로 형성되는 것이다.

또한, 상기 덕트는 프로펠러의 블레이드 끝단부에서 발생되는 팁 보오텍스의 경계면에서의 팁 보오텍스 수축면과 0도 ~ 10도의 경사각을 가지도록 구비되는 것이다.

이와 같이, 본 발명은 방향타의 어느 한쪽면 또는 양쪽면에 곡선형의 덕트와 고정날개로 이루어진 추진효율 증대 구조체를 설치하여 프로펠러의 블레이드 끝단부에서 발생하는 팁 보오텍스를 저감시키면서 추력으로 변환되도록 함으로써, 프로펠러 자체의 추진력에 더해져서 추진효율이 증대될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 일반적인 프로펠러 및 방향타의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체가 방향타에 설치된 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체가 도 3과 다른 구조의 방향타에 설치된 모습을 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체를 선수에서 선미 방향으로 본 상태에서 좌현과 우현에 모두 형성된 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체를 구성하는 덕트가 회전에너지를 추력으로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체가 방향타에 설치된 모습을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 정면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체(100)는 선박의 방향타(20)의 적어도 어느 한쪽면에 설치되면서, 덕트(110)와, 이 덕트(110)의 내부에 형성되는 고정날개(120)로 구성된다.

상기 덕트(110)는 곡선형을 이루면서 방향타(20)의 고정부(21)에 한쪽 단부가 고정되고, 다른쪽 단부는 고정날개(120)와 결합되어 고정된 구조를 가진다.

또한, 상기 고정날개(120)는 상기 덕트(110)의 안쪽면에 형성되는데, 방향타(20)의 고정부(21)와 덕트(110) 사이를 연결하여 지지되도록 덕트(110)의 안쪽면 길이를 따라 간격을 두고 복수,형성되는 구조를 가진다.

상기 고정날개(120)는 방향타(20)의 고정부(21)와의 고정점(121)이 프로펠러(10)의 축 중심선(11)에 위치하도록 배치한다.

또한, 상기 덕트(110)와 고정날개(120)의 횡단면은 날개단면 형상인 유선형으로 이루어진 구조이다.

더욱이, 덕트(110)의 형성범위는 방향타(20)의 고정부(21)로부터 축중심선(11)을 지나서 형성되므로, 90도 보다 크면서 180도 보다 작은 호(弧)를 가지게 된다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 방향타(20)와는 다른 구조의 방향타(30)에 추진효율 증대구조체(100)를 구비할 수 있다.

상기 방향타(30)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 방향타(20)와는 달리 하나의 부재로 이루어져서 전가동되는 구조이다.

도 4에 도시된 방향타(30)의 적어도 어느 한쪽면에 추진효율 증대 구조체(100)를 구비하는 경우, 방향타(30)의 측면에 벌브형의 돌기부(31)를 형성하고, 이 벌브형의 돌기부(31)상에 상기 추진효율 증대 구조체(100)를 구비한다.

더욱 구체적으로 설명하면, 돌기부(31)는 프로펠러(10)의 축중심선(11)상에 위치하도록 형성하고, 이러한 돌기부(31)상에 고정날개(120)가 고정되며, 이 고정날개(120)의 다른쪽은 곡선형의 덕트(110)가 형성된다.

상기 덕트(110)는 곡선형을 이루면서 한쪽 단부는 방향타(30)의 측면에 고정되고, 다른쪽 단부는 고정날개(120)에 결합되어 고정된 구조를 가진다.

본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체(100)는 방향타(20)(30)의 적어도 어느 한쪽면에 설치되는데, 바람직하게는 방향타(20)(30)의 양쪽면에 설치되는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체(100)가 방향타(20)의 양쪽면에 설치된 모습을 도시한 도면으로서, 도면에 도시된 바와 같이, 방향타(20)의 양쪽면에 각각 덕트(110)와 고정날개(120)가 구비된 것이다.

이때, 방향타(20)의 양쪽 측면으로부터 연장되는 고정날개(120)의 길이(R1)(R2)는 동일하게 구성할 수 있다. 다시 말해서, 방향타(20)를 기준으로 양쪽이 대칭되게 설치된 구조이다. 그러나, 방향타(20)를 기준으로 비대칭적으로 구성할 수 있다.

도 6은 전가동식의 방향타(30)를 기준으로 비대칭적으로 설치가능한 예를 도시한 도면으로서, 고정날개(120)의 길이(R1)(R2)가 서로 다르게 설치된 구조이다.

도 6에 있어서, 방향타(30)의 왼쪽에 형성된 고정날개(120)의 길이(R1)가 도면상 방향타(30)의 우측에 형성된 길이(R2)보다 짧게 형성된 구조이다.

그러나, 고정날개(120)의 길이(R1)는 방향타(30)를 두고 마주보는 다른 고정날개(120)의 길이(R2)보다 길게 형성할 수도 있다. 물론, 방향타(30)의 양쪽면에 대칭적으로 구성할 수 도 있다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 추진효율 증대 구조체에 의해 회전 에너지를 추력으로 변환하는 과정을 설명하기 위한 도면으로서, 프로펠러(10)의 블레이드(10b) 끝단부에서 발생되는 팁 보오텍스(V1)는 후류쪽으로 향하여 수축되면서 진행되는데, 후류쪽에 곡선형의 덕트(110)가 횡단면상 날개단면 형상인 유선형으로 형성되어 팁 보오텍스(V1)의 경계면에서의 팁 보오텍스 수축면과 0도 ~ 10도의 경사각(α)을 가지도록 구비된다.

따라서, 팁 보오텍스(V1)의 수축면과 직각인 방향성분(A1)으로 힘이 발생하게 되고, 이 힘의 프로펠러 축방향 성분(A2)이 프로펠러 팁 보오텍스(V1)의 회전에너지가 프로펠러 추력으로 변환되는 성분이 되는 것이다.

또한, 본 발명은 덕트(110)의 안쪽면을 따라 방사형으로 고정날개(120)가 구비된 구조를 가지기때문에, 프로펠러 후류의 회전에너지를 추력으로 변환할 수 있다.

그에따라 선박의 프로펠러(10)가 가지는 추력에, 덕트(110) 및 고정날개(120)에 의한 추력이 더해져서 선박의 추진효율이 증대될 수 있는 것이다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 방향타(20)(30)는 그 구조를 달리하여 고정부(21)와 회전부(22)를 가지는 방향타(20)에서는 추진효율 증대구조체(100)가 고정된 상태를 유지하고, 전가동식의 방향타(30)에서는 방향타(30)와 함께 연동되도록 설치되어 있지만, 바다를 항해하는 선박에서 방향타(20)(30)의 회전동작은 거의 없고, 목적지에 근접해서 약간의 회전동작이 있는 경우가 대부분이므로, 각 방향타(20)(30)에 설치된 추진효율 증대구조체(100)의 작용효과 측면에서는 실질적으로 차이가 없다고 할 수 있다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.

E1 : 회전에너지
R1,R2 : 길이
V1 : 팁 보오텍스(tip vortex)
V2 : 허브 보오텍스(hub vortex)
10 : 프로펠러
10a : 보스부
10b : 블레이드
20 : 방향타
21 : 고정부
22 : 회전부
30 : 방향타
31 : 돌기부
100 : 추진효율 증대구조체
110 : 덕트
120 : 고정날개
121 : 고정점

Claims

선박을 추진시키는 프로펠러와 간격을 두고 선미방향으로 설치되는 방향타의 적어도 어느 한쪽면에 설치되면서 덕트와, 이 덕트의 내부에 형성되는 고정날개로 구성되는 추진효율 증대 구조체로서,
상기 덕트는 곡선형을 이루면서 방향타에 한쪽 단부가 고정되고, 다른쪽 단부는 고정날개와 결합되어 고정되며,
상기 고정날개는 상기 덕트의 안쪽면에 형성되면서 방향타의 고정부와 덕트 사이를 연결하여 지지되도록 덕트의 안쪽면 길이를 따라 간격을 두고 복수,형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 방향타에 고정되는 고정날개의 고정점이 프로펠러의 축 중심선에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 덕트와 고정날개는 횡단면상 날개단면 형상인 유선형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 덕트는 90도 보다 크고 180도 보다 작은 호를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 덕트 및 고정날개는 방향타의 양쪽면에 대칭 또는 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체.
청구항 1에 있어서,
상기 덕트는 프로펠러의 블레이드 끝단부에서 발생되는 팁 보오텍스의 경계면에서의 팁 보오텍스 수축면과 0도 ~ 10도의 경사각을 가지도록 구비되는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타에 구비되는 추진효율 증대 구조체.