KR20130055993A - 선박의 에너지 절감형 조향장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로펠러 후방의 유체흐름을 개선시키기 위해 유선형 모양의 벌브를 러더에 설치하고 상기 벌브에 좌우현 비대칭의 부착물을 추가적으로 설치하여 에너지 손실의 최소화와 추진효율의 상승 및 조향성의 증가가 동시에 이루어질 수 있도록 한 선박의 에너지 절감형 조향장치를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 선박의 후미에 배치되는 샤프트; 상기 사프트에 회전 가능하게 결합되는 프로펠러; 상기 프로펠러의 후부에 부착되는 러더; 상기 프로펠러의 후류를 개선하기 위하여 러더에 설치되는 유선형 모양의 벌브 및; 상기 프로펠러에서 발생한 후류로부터 에너지의 회수율을 증가시켜 추진효율을 증가시키기 위하여 상기 벌브의 좌우에 비대칭적으로 설치되는 반원 또는 포물선 모양의 부착물;을 포함하는 선박의 에너지 절감형 조향장치를 제공한다.

Description

선박의 에너지 절감형 조향장치{energy saving device for steering system}

본 발명은 선박의 에너지 절감형 조향장치, 보다 구체적으로는 프로펠러 후방의 유체흐름을 개선시키기 위해 유선형 모양의 벌브를 러더에 설치하고 상기 벌브에 좌우현 비대칭의 부착물을 추가적으로 설치하여 에너지 손실의 최소화와 추진효율의 상승 및 조향성의 증가가 동시에 이루어질 수 있도록 한 선박의 에너지 절감형 조향장치를 제공한다.

최초의 선박에 적용된 러더(rudder)는 단순히 판 형상의 러더를 선미에 장착하는 것으로 구성되어 있었다. 이는 후면에서의 유체 박리 및 작은 실속각과 타의 저항이 매우 크다는 문제점을 갖고 있다.

따라서 러더의 성능 개선은 상기 기술한 문제점을 보완하는 방향으로 발전하여 왔으며, 대략적으로 살펴보면 다음과 같다.

추진효율을 향상시키기 위한 러더로는 프로펠러 후류의 받음각을 이용하여 저항을 감소시키고 추력을 발생시키도록 하는 형상을 가지는 리액션 러더(reaction rudder : 반동타), 프로펠러 후방의 유체흐름을 정류시켜 추진효율을 향상시키기 위해 프로펠러 보스의 후부에 대응하는 위치에 벌브를 설치한 코스타 벌브 러더(costa bulb rudder)(도 5) 등이 있다.

또한, 러더의 양력을 증대시키기 위하여 러더의 가동부와 고정부 사이의 틈새를 통과하는 가속된 유체가 타의 후면의 유속을 증가시켜 조향성을 증가시키는 하이드로 갭 러더(hydro gap rudder), 러더 후방의 일부를 가동 가능하게 구성하여 사용상태에 따라 러더의 단면 캠버를 변형시킴으로써 양력을 증가시키는 베카 러더(beca rudder), 러더에 프로펠러를 장착한 것으로 저속에서도 타력을 발생시키는 능동 러더(active rudder)(도 6), 러더의 항력 감소와 추진 효율 증가를 위해 부착되는 스테이터핀(도 7) 등이 있다.

하지만 이러한 종래의 조향시스템을 장착한 선박의 경우 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 종래의 경우 양력을 발생시키는 러더의 면적이 프로펠러 후류의 개선을 위하여 부착한 벌브 및 부착물 때문에 그 가용면적이 줄어들어 조향성능이 감소한다. 참고로 종래의 벌브 면적은 러더 면적의 약 20%를 차지한다. 또한, 스테이터핀 등과 같은 부착물의 크기가 대형으로 이루어져 있기 때문에 장착 시 러더의 구조적 강도가 취약해진다.

둘째, 러더에 배치되어 있는 부착물들이 프로펠러의 샤프트를 중심으로 대칭을 이루고 있으나, 이 경우 러더 주변으로 유입되는 속도벡터가 러더의 좌현과 우현이 서로 상이해지면서 의도했던 효율과 정류효과가 크게 나타나지 않는다. 즉, 종래에 일반적으로 벌브에 배치되는 부착물들은 반류에 적합하도록 개별적으로 설계되지 않고 평균적으로 제작되기 때문에 그 효과를 크게 기대하기 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 프로펠러 후방의 유체흐름을 개선시키기 위해 유선형 모양의 벌브를 러더에 설치하고 상기 벌브에 좌우현 비대칭의 부착물을 추가적으로 설치하여 에너지 손실의 최소화와 추진효율의 상승 및 조향성의 증가가 동시에 이루어질 수 있도록 한 선박의 에너지 절감형 조향장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

선박의 후미에 배치되는 샤프트;

상기 사프트에 회전 가능하게 결합되는 프로펠러;

상기 프로펠러의 후부에 부착되는 러더;

상기 프로펠러의 후류를 개선하기 위하여 러더에 설치되는 유선형 모양의 벌브 및;

상기 프로펠러에서 발생한 후류로부터 에너지의 회수율을 증가시켜 추진효율을 증가시키기 위하여 상기 벌브의 좌우에 비대칭적으로 설치되는 반원 또는 포물선 모양의 부착물;

을 포함하는 선박의 에너지 절감형 조향장치를 제공한다.

본 발명에 따르면, 프로펠러 후방의 유체흐름이 개선되어 에너지 손실이 최소화되고 추진효율의 상승 및 조향성의 증가가 동시에 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박의 에너지 절감형 조향장치의 전체적인 구성(측면도).
도 2는 본 발명에 따른 선박의 에너지 절감형 조향장치의 전체적인 구성(평면도).
도 3은 본 발명에 따른 선박의 에너지 절감형 조향장치의 좌우현에 비대칭적으로 설치된 부착물(평면도).
도 4는 선박에서 프로펠러 후방의 유체흐름을 보여주는 모식도.
도 5는 기존의 코스타 벌브 러더.
도 6은 기존의 능동 러더.
도 7은 기존의 스테이터핀이 부착된 러더.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 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.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 선박의 에너지 절감형 조향장치의 전체적인 구성을 보여주는 측면도 및 평면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 선박의 에너지 절감형 조향장치의 좌우현에 비대칭적으로 설치되는 부착물(평면도)을 보여준다.

도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명은 샤프트(1), 프로펠러(2), 러더(3), 벌브(4) 및 부착물(5)을 포함하여 이루어진다.

본 발명은 러더(3)에 설치되는 벌브(4)의 면적을 종래의 것보다 작게 하고 벌브(4)에 설치되는 부착물(5)의 모양을 종래의 것보다 에너지 회수율이 증가하도록 설계함에 따라, 벌브(4)의 종래 대비 면적 감소에 따른 효과 감소를 상쇄하는 한편 벌브(4)의 좌우에 설치되는 부착물(5)이 비대칭적인 배치와 크기를 갖도록 하여 성능의 향상을 도모할 수 있도록 한 선박의 에너지 절감형 조향장치를 제공한다.

본 발명에서 샤프트(1)는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 선박의 후미에 배치되며, 프로펠러(2)는 샤프트(1)에 회전 가능하게 결합되며, 러더(3)는 프로펠러(2)의 후부에 부착된다.

벌브(4)는 프로펠러(2)의 후류를 개선하기 위하여 러더(3)에 설치되는 유선형 모양의 구조물이다. 이 경우 벌브(4)의 면적은 도 1에서 보는 바와 같이 러더(3)의 면적의 5 내지 10%의 범주인 것을 특징으로 한다. 또한 벌브(4)는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 프로펠러(2)의 중심축, 즉 샤프트(1)의 연장선상에 설치된다.

이처럼 본 발명은 프로펠러(2) 후방의 유체흐름을 개선시키기 위해 유선형 모양의 벌브(4)를 러더(3)에 설치하되, 벌브(4)의 면적을 일정수준 이하로 제한하여 종래 대비 러더(3)의 양력 발생량의 상대적 증가를 도모하였으며 러더(3)가 벌브(4)의 대형화로 인한 구조적 취약 상태에 빠지지 않도록 하였다.

일반적으로 러더의 조향성능은 러더의 가동면적에 비례하여 증가 또는 감소하기 때문에 러더의 가동면적의 확보가 러더의 조향성능을 좌우한다. 따라서 본 발명에서는 러더(3)의 가동면적을 최대화하기 위하여 벌브(4)가 러더(3)에서 차지하는 면적의 비율을 종래의 경우보다 상대적으로 작아지도록 한 것이다(종래 20% → 본 발명 5 내지 10%).

부착물(5)은 프로펠러(2)에서 발생한 후류로부터 에너지의 회수율을 증가시켜 추진효율을 증가시키기 위하여 벌브(4)의 좌우에 비대칭적으로 설치되는 반원 또는 포물선 모양의 구조물이다. 이 경우 상기 부착물(5) 중 좌현에 설치되는 부착물(5a)은 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 우현에 설치되는 부착물(5b)에 비하여 그 크기가 0.3 내지 0.5의 무차원 단위 범주 내에서 더욱 큰 것을 특징으로 한다.

이처럼 본 발명은 프로펠러(2)에서 발생한 복합와류를 고려하여 러더(3)의 좌현과 우현에 설치되는 부착물(5)의 형상 및 크기를 각각 달리 함으로써, 이러한 부착물(5)이 프로펠러(2) 후류에서 발생하는 복잡한 유체흐름을 정제하고 회전방향 유기속도에 의한 운동에너지를 회수하는 데 효과적으로 작용하도록 하였다. 그리고 이를 통하여 본 발명은 에너지 회수율의 증가 및 추진효율의 증가 효과를 동시에 이룰 수 있다. 이에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 4에서 보는 바와 같이 선박을 후방에서 바라볼 때에 프로펠러(2)가 우측으로 정회전 하는 경우 프로펠러(2)의 회전 방향과 동일 방향으로 회전류가 발생하므로, 우현 측의 빌지 와류는 이와 반대 방향으로 회전하는 회전류에 의해 약해지며 좌현 측의 빌지 와류는 이와 동일 방향으로 회전하는 회전류에 의해 강해진다.

이 경우 러더(3)는 프로펠러(2)의 샤프트(1) 정 중앙에 위치하도록 배치되기 때문에 러더(3)의 후방유동에 있어 빌지 와류와 회전류의 복합회전류가 비대칭 상태로 존재하게 된다. 이에 본 발명에서는 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 벌브(4)에 반원 또는 포물선 모양의 부착물(5)을 좌우현의 와류 강도에 따라 서로 비대칭적으로 설치함으로써 벌브(4)의 저항 감소 및 이에 따른 연료저감 효과가 극대화 될 수 있도록 한 것이다.

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 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 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 : 샤프트
2 : 프로펠러
3 : 러더
4 : 벌브
5 : 부착물

Claims (4)

1. 선박의 후미에 배치되는 샤프트;
   상기 사프트에 회전 가능하게 결합되는 프로펠러;
   상기 프로펠러의 후부에 부착되는 러더;
   상기 프로펠러의 후류를 개선하기 위하여 러더에 설치되는 유선형 모양의 벌브 및;
   상기 프로펠러에서 발생한 후류로부터 에너지의 회수율을 증가시켜 추진효율을 증가시키기 위하여 상기 벌브의 좌우에 비대칭적으로 설치되는 반원 또는 포물선 모양의 부착물;
   을 포함하는 선박의 에너지 절감형 조향장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 벌브의 면적은 상기 러더의 면적의 5 내지 10%의 범주인 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 절감형 조향장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 벌브는 상기 샤프트의 연장선상에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 절감형 조향장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 부착물 중 좌현에 설치되는 부착물은 우현에 설치되는 부착물에 비하여 그 크기가 0.3 내지 0.5의 무차원 단위 범주 내에서 더욱 큰 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 절감형 조향장치.

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