KR20170047034A - 러더 및 그러한 러더를 갖는 선박의 운항 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 러더 및 그러한 러더를 갖는 선박의 운항 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 운항 속도에 따라 최적화된 조향성을 갖도록 하는 러더 및 그러한 러더를 갖는 선박의 운항 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에 따른 러더에는 개폐 가능한 홀이 구비된다.

Description

러더 및 그러한 러더를 갖는 선박의 운항 방법{Rudder and method for sailing of ship having the rudder}

본 발명은 러더 및 그러한 러더를 갖는 선박의 운항 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 운항 속도에 따라 최적화된 조향성을 갖도록 하는 러더 및 그러한 러더를 갖는 선박의 운항 방법에 관한 것이다.

해상을 이동하는 선박의 경우, 선박이 이동하기 위해서는 추진력을 생산하는 수단으로서 블레이드를 포함하는 프로펠러 및 선박의 이동 방향을 조절하기 위한 러더(rudder)가 구비되는 것이 일반적이다.

즉, 프로펠러에서는 해수를 밀어냄으로써 선박이 추진하기 위한 추진력을 생산하고, 러더에서는 프로펠러에서 밀려난 해수의 유동을 조절함으로써 선박의 이동 방향을 조절하게 된다. 이때, 러더는 러더 스톡(rudder stock)으로부터 회전력을 공급받아 회전함으로써 해수와의 받음각을 조절함으로써 선박의 이동 방향이 조절된다.

한편, 선박의 이동 방향을 조절하기 위해서는 러더와 프로펠러에 의해 밀려난 해수가 만나서 발생하는 양력이 필요한데, 이러한 양력은 프로펠러에 의해 밀려난 해수의 속도의 제곱에 비례한다. 따라서, 선박이 저속 운항을 하는 경우 프로펠러에 의해 밀려나는 해수의 속도가 감소하게 되므로 러더에 발생하는 양력이 급감하게 된다. 따라서, 저속 운항을 주로 하는 선박의 경우 면적이 큰 러더를 사용한다.

그런데 면적이 큰 러더를 사용하는 경우 해수에 의한 저항이 커지고 러더에 걸리는 토크가 증가하기 때문에 러더에 회전력을 전달하는 러더 스톡의 크기 역시 커지는 문제가 생긴다.

또한, 선박의 역할에 따라 고속 운항과 저속 운항을 병행하는 경우가 있다. 예를 들어, 대양과 운하(canal)를 주기적으로 항해하는 선박의 경우가 그러한데, 이러한 선박에 구비되는 러더의 면적을 크게 하면 상기와 같은 문제점이 발생하고, 반대로 러더의 면적을 작게 하면 저속에서 조향성이 떨어지게 되는 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 개폐 가능한 홀을 구비함으로써 선박의 속도에 따라 적절한 면적을 확보할 수 있는 러더를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 추진력을 얻기 위한 프로펠러가 구비되는 선박에 구비되는 러더(rudder)에 있어서, 상기 러더를 관통하도록 형성되며 상기 러더가 유체와 접촉하는 면적의 크기를 조절할 수 있도록 개폐 가능하게 형성되는 홀; 을 포함하는 러더가 제공된다.

상기 홀은 상기 러더 중 상기 프로펠러와 떨어져 있는 비인접부에 형성될 수 있다.

상기 프로펠러는 상기 선박의 선미 측에 구비되고, 상기 러더는 상기 프로펠러보다 상기 선박의 선미 측에 구비되고, 상기 홀은 상기 러더 중 후단부에 구비될 수 있다.

상기 홀을 개폐하기 위한 러더 캡; 을 더 포함할 수 있다.

상기 캡이 상기 홀을 개폐할 수 있도록 상기 캡이 이동하는 경로를 제공하는 슬라이딩 장치; 를 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 추진력을 얻기 위한 프로펠러 및 러더를 구비한 선박의 운항 방법에 있어서, 상기 러더는 상기 러더를 관통하도록 형성되며 상기 러더가 유체와 접촉하는 면적의 크기를 조절할 수 있도록 개폐 가능하게 형성되는 홀; 을 포함하며, 상기 선박이 제1 속도로 항해할 때는 상기 홀을 폐쇄하여 상기 러더가 유체와 접촉하는 면적을 크게 하고, 상기 선박이 제2 속도로 항해할 때는 상기 홀을 개방하여 상기 러더가 유체와 접촉하는 면적을 작게 하며, 상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 큰 선박의 운항 방법이 제공된다.

상기 홀은 상기 러더 중 상기 프로펠러와 떨어져 있는 비인접부에 형성될 수 있다.

상기 프로펠러는 상기 선박의 선미 측에 구비되고, 상기 러더는 상기 프로펠러보다 상기 선박의 선미 측에 구비되고, 상기 홀은 상기 러더 중 후단부에 구비될 수 있다.

상기 홀은 상기 홀을 개폐하기 위한 러더 캡에 의해 개폐가 제어될 수 있다.

상기 캡은 상기 러더 상을 슬라이딩함으로써 상기 홀의 개폐를 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면 개폐 가능한 홀을 구비함으로써 선박의 속도에 따라 적절한 면적을 확보할 수 있는 러더를 제작할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 러더의 구조를 도시한 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명될 것이나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1을 참조하면 선박(미도시)에는 프로펠러(1)가 구비된다. 프로펠러(1)는 선박이 추진하기 위한 추진력을 생산하는 구성으로서, 프로펠러(1)에 구비된 블레이드를 회전시켜 유체를 밀어냄으로써 추진력을 생산한다. 프로펠러(1)는 선박의 선미 측 하부에 구비될 수 있다.

또한, 선박에는 러더(rudder)(10)가 구비된다. 러더(10)는 선박의 이동방향을 제어하는 구성이다. 즉, 러더(10)를 회전시킴으로써 프로펠러(1)의 블레이드의 회전에 의해 밀려난 유체와 충돌하는 받음각(angle of attack)을 조절함으로써 선박의 이동 방향을 제어하게 된다. 러더(10)는 프로펠러(1)와 인접하도록 구비될 수 있는데, 프로펠러(1)의 회전에 의해 밀려나는 유체가 유동하는 경로 상에 구비될 수 있다. 프로펠러(1)가 선박의 선미 측에 구비되는 경우 러더(10)는 프로펠러(1)보다 선박의 선미 측에 구비될 수 있다. 이는, 선박이 추진력을 얻기 위해서는 프로펠러(1)에 의해 유체가 선박의 선미 방향으로 밀려나야 하기 때문이다.

한편, 러더(10)는 프로펠러(1)와의 거리에 따라 프로펠러(1)와 인접한 인접부(12) 및 프로펠러(1)와 인접하지 않고 비교적 멀리 떨어져 있는 비인접부(14)로 구성될 수 있다. 이때, 프로펠러(1)가 선박의 선미 측에 구비되는 경우 인접부(12)는 러더(10)의 전단부(12)가 되고, 비인접부(14)는 러더의 후단부(14)가 된다.

러더(10)가 받음각 조절을 하기 위해선 회전력을 제공받아야 하는데 이러한 러더(10)에 회전력을 전달하기 위해 러더 스톡(2)이 구비된다. 즉, 러더 스톡(2)으로부터 회전력을 공급받은 러더(10)가 회전함으로써 러더(10)와 프로펠러(1)로부터 밀려난 유체와의 받음각이 변화하게 되고 이에 따라 선박의 이동 방향이 제어된다. 도 1에 도시된 바와 같이 러더 스톡(2)은 러더(10) 중 프로펠러(1)에 가까운 인접부(12)의 상부에 구비될 수 있으며, 프로펠러(1)가 선박의 선미 측에 구비된 경우 러더 스톡(2)은 러더(10)의 전단부(10)의 상부에 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 러더(10)에는 러더(10)를 관통하는 홀(20)이 형성된다. 홀(20)은 개폐가 가능한 구성으로서 러더(10)가 유체와 접촉하는 면적의 크기를 제어한다. 즉, 홀(20)이 개방되는 경우 러더(10)가 유체와 접촉하는 면적의 크기는 작아지고, 홀(20)이 폐쇄되는 경우 러더(10)가 유체와 접촉하는 면적의 크기는 커지게 된다. 도 1에서는 홀(20)이 4개인 경우를 도시하고 있으나, 이에 제한되지 않고 다양한 개수의 홀(20)을 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 홀(20)은 러더(10)의 비인접부(14)에 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프로펠러(1)가 선박의 선미 측에 구비되는 동시에 러더 스톡(2)이 러더(10)의 인접부(12)의 상부에 구비되는 경우 홀(20)은 러더(10) 중 프로펠러(1)와 멀리 떨어져 있는 부분에 형성될 수 있다. 즉, 프로펠러(1)가 선박의 선미 측에 구비된 경우 홀(20)은 러더(10)의 후단부(14)에 구비될 수 있다. 홀(20)이 러더(10)의 후단부(14)에 형성되는 이유는 다음과 같다.

선박의 항해 도중에 러더(10)는 프로펠러(1)에 의해 밀려난 유체와 충돌하게 되므로 러더(10)에는 유체에 의한 토크가 작용하게 된다. 그러나, 러더(10)가 유체에 대해 일정한 받음각을 유지하기 위해서는 유체에 의한 토크와 크기는 같으면 방향은 반대 방향인 토크가 러더(10)에 작용해야 하는데 이러한 역할을 러더 스톡(2)이 수행한다. 즉, 러더(10)는 유체에 의해 발생하는 토크와 러더 스톡(2)이 러더(10)에 작용하는 토크의 평형에 의해 일정한 받음각을 유지할 수 있게 된다. 따라서, 선박의 조향성에 영향을 주지 않는 범위에서는 유체가 러더(10)에 작용하는 토크가 작을수록 유리하다. 왜냐하면 유체가 러더(10)에 작용하는 토크가 클수록 러더 스톡(2)이 러더(10)에 작용해야 하는 토크가 커져야 되고, 이는 선박의 설계 과정에서 설치되는 러더 스톡(2)의 크기 및 비용이 커져야 함을 의미하기 때문이다.

한편, 토크는 힘 뿐만 아니라 물체의 회전 중심으로부터의 거리에도 비례하게 된다. 따라서, 유체에 의한 토크를 줄이기 위해서는 러더(10) 중 러더 스톡(2)으로부터 멀리 떨어져 있는 후단부(14)에 홀(20)이 형성되는 것이 유리하다.

선박의 항해 조건에 따라 홀(20)이 개방 또는 폐쇄되기 위해서는 홀(20)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하기 위한 구성이 필요한데 이를 위해 본 발명 의 일 실시예에 따른 러더(10)에는 러더 캡(30)이 구비될 수 있다.

러더 캡(30)은 선박의 항해 조건에 따라 홀(20)을 개방 또는 폐쇄하기 위한 구성으로서 도 1에 도시된 바와 같이 러더(10)의 측면 상을 이동하면서 홀(20)을 개방 또는 폐쇄할 수 있다. 이때, 홀(20)의 효과적인 폐쇄를 위해 러더 캡(30)은 최소한 각각의 홀(20)의 크기보다는 클 수 있다. 또한, 러더 캡(30)은 홀(20)을 완전히 개방하거나 완전히 폐쇄하는 것 뿐만 아니라, 선박의 항해 조건에 따라 홀(20)을 부분적으로 개방 또는 부분적으로 폐쇄할 수 있도록 러더(10)의 측면 상을 이동할 수도 있다.

전술한 바와 같이 러더 캡(30)은 러더(10)의 측면 상을 이동하면서 홀(20)을 개방 또는 폐쇄하게 되는데, 러더 캡(30)이 홀(20)을 개방 또는 폐쇄하기 위해 이동할 수 있도록 러더(10)의 측면 상에서 경로를 제공하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 러더(10)에는 슬라이딩 장치(40)가 구비될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 슬라이딩 장치(40)는 러더(10)의 내부에 설치될 수 있으며, 슬라이딩 장치(40)는 홀(20) 및 홀(20)의 주위에 걸쳐 구비될 수 있다. 슬라이딩 장치(40) 상에서 러더 캡(30)은 동일한 경로를 이동하면서 홀(20)을 반복적으로 개방 또는 폐쇄할 수 있게 된다. 이하, 전술한 내용을 바탕으로 본 발명의 일 실시예에 따른 러더를 구비한 선박의 운항 방법에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 러더는 고속 또는 저속 상태를 번갈아가면서 운항하는 선박에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 '고속'은 선박이 대양(Ocean)을 이동하는 경우를 의미하는 것일 수 있으며, '저속'은 선박이 운하(Canal)를 이동하는 경우를 의미하는 것일 수 있다. 이는, 대양에 비해 운하에서는 선박이 지나는 경로가 좁아 안전성 등을 이유로 상대적으로 낮은 속도로 운항하는 경우가 많기 때문이다. 먼저, 선박이 저속으로 이동하는 경우의 운항 방법을 살펴보면 다음과 같다.

전술한 바와 같이 선박의 이동 방향 제어를 위해 필요한 러더의 양력은 프로펠러에 의해 밀려나는 유체의 속도의 제곱에 비례한다. 따라서, 선박이 저속으로 항해하는 경우 러더의 양력이 급감하기 때문에 선박의 이동 방향 제어에 문제가 생길 수 있다. 이러한 경우에는, 러더의 양력을 증가시키기 위해 러더가 유체와 접촉하는 면적을 증가시킬 필요가 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 러더를 구비한 선박이 저속으로 운항하는 경우 러더의 홀이 폐쇄된다. 홀이 폐쇄됨으로써 러더가 유체와 접촉하는 면적이 증가하게 된다. 따라서, 선박이 저속으로 운항하는 경우에도 선박의 이동 방향 제어가 충분히 가능할 정도의 러더의 양력을 확보할 수 있어. 선박의 이동 방향 제어가 충분히 가능하게 된다. 반면, 선박이 저속으로 이동하는 경우의 운항 방법을 살펴보면 다음과 같다.

선박이 고속인 경우에는 상대적으로 러더의 양력이 충분히 확보되기 때문에 선박의 이동 방향 제어는 크게 문제가 되지 않는다. 오히려, 선박이 고속인 경우에는 프로펠러에 의해 밀려나는 유체의 속도가 크기 때문에 유체와 러더가 충돌하면서 러더에 작용하는 토크를 이겨내기 위해 러더 스톡에 요구되는 토크가 커진다.

따라서, 이러한 경우에는 본 발명의 일 실시예에 따른 러더를 구비한 선박이 고속으로 운항하는 경우 러더의 홀이 개방된다. 러더의 홀이 개방됨으로써 러더가 유체와 접촉하는 면적이 감소하게 되므로 러더 스톡에 요구되는 토크가 감소하게 된다.

이외에도 선박의 운항 조건에 따라 러더의 홀의 일부 영역만 개방되거나 일부 영역만 폐쇄될 수 있으며, 러더의 홀이 복수인 경우 러더의 홀 중 일부만 개방되거나 일부만 폐쇄될 수 있다. 따라서, 본 발명에 의할 경우 운항 조건이 다양한 선박의 경우 상황에 맞는 러더의 상태로 제어함으로써 선박의 운항 중의 효율과 안전성 향상 및 선박의 건조 비용을 감축을 도모할 수 있다.

1 - 프로펠러
2 - 러더 스톡
10 - 러더
12 - 인접부, 전단부
14 - 비인접부, 후단부
20 - 홀
30 - 러더 캡
40 - 슬라이딩 장치

Claims (10)

1. 추진력을 얻기 위한 프로펠러가 구비되는 선박에 구비되는 러더(rudder)에 있어서,
   상기 러더를 관통하도록 형성되며 상기 러더가 유체와 접촉하는 면적의 크기를 조절할 수 있도록 개폐 가능하게 형성되는 홀; 을 포함하는,
   러더.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 홀은,
   상기 러더 중 상기 프로펠러와 떨어져 있는 비인접부에 형성되는,
   러더.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 프로펠러는 상기 선박의 선미 측에 구비되고,
   상기 러더는 상기 프로펠러보다 상기 선박의 선미 측에 구비되고,
   상기 홀은 상기 러더 중 후단부에 구비되는,
   러더.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 홀을 개폐하기 위한 러더 캡; 을 더 포함하는,
   러더.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 캡이 상기 홀을 개폐할 수 있도록 상기 캡이 이동하는 경로를 제공하는 슬라이딩 장치; 를 더 포함하는,
   러더.
6. 추진력을 얻기 위한 프로펠러 및 러더를 구비한 선박의 운항 방법에 있어서,
   상기 러더는 상기 러더를 관통하도록 형성되며 상기 러더가 유체와 접촉하는 면적의 크기를 조절할 수 있도록 개폐 가능하게 형성되는 홀; 을 포함하며,
   상기 선박이 제1 속도로 항해할 때는 상기 홀을 폐쇄하여 상기 러더가 유체와 접촉하는 면적을 크게 하고,
   상기 선박이 제2 속도로 항해할 때는 상기 홀을 개방하여 상기 러더가 유체와 접촉하는 면적을 작게 하며,
   상기 제2 속도는 상기 제1 속도보다 큰,
   선박의 운항 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 홀은,
   상기 러더 중 상기 프로펠러와 떨어져 있는 비인접부에 형성되는,
   선박의 운항 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 프로펠러는 상기 선박의 선미 측에 구비되고,
   상기 러더는 상기 프로펠러보다 상기 선박의 선미 측에 구비되고,
   상기 홀은 상기 러더 중 후단부에 구비되는,
   선박의 운항 방법.
9. 청구항 6에 있어서,
   상기 홀은 상기 홀을 개폐하기 위한 러더 캡에 의해 개폐가 제어되는,
   선박의 운항 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 캡은 상기 러더 상을 슬라이딩함으로써 상기 홀의 개폐를 제어하는,
    선박의 운항 방법.

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