KR20210032724A - 전류고정날개 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전류고정날개는 스턴 보스(100)의 원주면에 방사로 연결되어 있는 복수의 전류고정날개(200)를 포함하고, 전류고정날개(200)는 3차원 곡면을 가지는 벌브(22), 벌브(22)를 관통하여 삽입되는 날개 본체(20)를 포함한다.

Description

전류고정날개{PRESWIRL STATOR}

본 발명은 전류고정날개에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 선박의 에너지 소비를 감소시키는 전류고정날개에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 프로펠러는 회전하면서 추진력이 발생되기 때문에 프로펠러의 후류에서 프로펠러의 회전 방향에 대한 접선 방향의 속도성분(tangential velocity)이 불가피하게 생성되고, 이러한 접선방향의 속도성분은 선체의 좌현(port)과 우현(starboard)에서 각각 상부를 향하게 된다. 이 결과, 프로펠러의 회전 방향에 대한 접선방향의 속도 성분은 선박의 추진 효율을 떨어뜨리는 원인으로 작용하게 된다.

이에 따라, 프로펠러의 후류에서 소실되는 프로펠러의 운동 에너지를 회수하기 위한 다양한 형태의 개선 방안이 제시되었으며, 그 중에서 프로펠러의 전방에서 프로펠러의 축 방향 중심선에 대해 방사상으로 전류고정날개(preswirl stator)를 설치하는 방안이 제시되었다.

전류고정날개는 주로 저속 비대선에 적용되어 선박의 속도 성능을 향상시키고자 적용하는데, 프로펠러에 의해 유기되는 접선방향의 속도와 반대되는 방향의 접선방향 속도를 주기 위하여 프로펠러의 전방에서 고정날개의 형태로 설치됨으로써, 프로펠러의 후류에서 회전방향 운동에너지의 손실을 최소화하고, 이를 통해 선박의 추진 효율을 향상시킬 수 있다.

최근 환경 문제가 심각해지면서 이에 따른 기준이 더욱 엄격해지고 있어, 이러한 기준을 만족시키기 위해서 선박의 에너지 소비를 줄이고자 하는 연구가 진행되고 있다.

따라서, 본 발명은 전류고정날개의 효율을 최소화하여 선박의 에너지 소비를 최소화하여, 더욱 엄격해지는 환경 기준에 대응할 수 있는 전류고정날개를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스턴 보스(100)의 원주면에 방사로 연결되어 있는 복수의 전류고정날개(200)에 있어서, 전류고정날개(200)는 3차원 곡면을 가지는 벌브(22), 벌브(22)를 관통하여 삽입되는 날개 본체(20)를 포함한다.

상기 벌브(22)는 전류고정날개(200)의 길이를 이등분하는 중심과 전류고정날개(200)의 끝단 사이에 위치할 수 있다.

상기 날개 본체(20)의 폭방향으로 절단한 벌브(22)는 단면은 원형 또는 타원형일 수 있다.

상기 전류고정날개(200)는 스턴 보스(100)를 지나는 가상의 기준선을 중심으로 양분되는 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 중 어느 하나의 영역에 위치할 수 있다.

상기 전류고정날개(200)는 제1 전류고정날개(11)와 제2 전류고정날개(12)를 포함하고, 제1 전류고정날개(11)와 제2 전류고정날개(12) 사이의 각도가 60 를 이루도록 배치될 수 있다.

상기 제1 전류고정날개(11)는 7시 방향에 위치하고, 제2 전류고정날개(12)는 9시 방향에 위치할 수 있다.

상기 전류고정날개(200)는 스턴 보스(100)를 지나는 가상의 기준선을 중심으로 양분되는 제1 영역(A)과 제2 영역(B)에 서로 다른 개수로 설치될 수 있다.

상기 제1 영역(A)에는 2개 또는 3개의 상기 전류고정날개(200)가 설치되고, 상기 제2 영역(B)에는 1개의 상기 전류고정날개(200)가 설치될 수 있다.

상기 제1 영역(A) 또는 상기 제2 영역(B)에 설치되는 전류고정날개(200) 중 적어도 하나의 전류고정날개(201)는 벌브를 포함하지 않을 수 있다.

상기 벌브(22)를 포함하지 않는 전류고정날개(201)는 제1 영역(A)의 11시 방향과 제2 영역(B)의 3시 방향에 위치할 수 있다.

본 발명에 따른 전류고정날개를 설치하면, 에너지 손실을 최소화하여 선박을 구동하기 위한 연료 소비를 줄임으로써 친환경 운행을 진행할 수 있다.

본 발명에서는 전류고정날개로 발생한 선체저항은 벌브를 추가함으로써, 선체 후류를 직진방향으로 균일하게 만들어 전류고정날개로 인한 선체저항 증가를 감소시킬 수 있다.

따라서, 프로펠러 회전 방향 운도 에너지 손실을 최소화하여 선박 추진 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선미에 전류고정날개가 설치된 도면이다.
도 3은 도 1 및 도 2의 전류고정날개의 배치도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류고정날개의 도면이다.
도 7은 종래 기술과 본 발명에 따른 전류고정날개 부근의 반류 분포를 CFD(computational fluid dynamics) 해석을 통해서 나타낸 도면이다.
도 8은 종래 기술과 본 발명에 따른 선체저항과 공칭반류를 CFD 해석을 통해서 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선미에 전류고정날개가 설치된 도면이고, 도 3은 도 1 및 도 2의 전류고정날개의 배치도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류고정날개의 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류고정날개(200)는 복수로 설치될 수 있으며, 선미의 스턴 보스(100)의 원주를 따라서 방사형으로 설치될 수 있다.

전류고정날개(200)는 스턴 보스(100)를 지나는 가상의 기준선(S)을 중심으로 양분되는 영역을 각각 제1 영역(A)과 제2 영역(B)이라 할 때 어느 한 영역에만 복수로 배치될 수 있다. 가상의 기준선(S)이 12시와 6시를 지난다고 할 때, 전류고정날개(200)는 제1 영역(A)에 위치할 수 있다. 예를 들어, 2개의 전류고정날개(200)가 설치될 경우, 제1 전류고정날개(11)는 7시 방향(또는 12시를 0라 할 때 210)에 위치하고, 제2 전류고정날개(12)는 9시 방향(또는 12시를 0라 할 때 270)에 각각 위치할 수 있으며, 제1 전류고정날개(11)와 제2 전류고정날개(12) 사이의 간격은 60일 수 있다.

이상의 설명에는 전류고정날개(200)가 2개인 것을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 선박의 크기나 선형에 따라 추가로 설치될 수 있다. 이때 제1 영역(A)과 제2 영역(B)에 서로 다른 개수로 배치되어, 가상의 기준선(S)을 중심으로 비대칭으로 배치될 수 있다.

예를 들어, 기준선(S)을 중심으로 제1 영역(A)에는 2개의 전류고정날개(200)가 설치되고, 제2 영역(B)에는 1개의 전류고정날개(200)가 설치되거나, 도 4에서와 같이 제1 영역(A)에 3개의 전류고정날개(200)가 설치되고, 제2 영역(A)에 1개의 전류고정날개(200)가 설치될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류고정날개(200)는 날개 본체(20)와 날개 본체(20)가 삽입된 벌브(bulb)(22)를 포함한다.

벌브(22)는 전류고정날개(200)의 길이 방향을 이등분하는 위치에 설치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전류고정날개(200)의 길이 방향 중간으로부터 전류고정날개(200)의 끝단 사이에 위치할 수 있다. 즉, 스턴 보스(100)보다 전류고정날개(200)의 끝단에 인접하게 위치할 수 있다.

벌브(22)는 날개 본체(20)를 감싸는 형태로, 3차원 곡면으로 이루어질 수 있다. 벌브(22)는 전류고정날개(200)의 회전시 유체의 저항을 줄이기 위해서 유선형일 수 있으며, 날개 본체(20)의 폭 방향으로 절단할 때, 단면이 원인 구형 또는 도 5에서와 같이 타원형일 수도 있다.

한편, 스턴 보스(100)에는 전류고정날개는 벌브(22)를 포함하는 전류고정날개와 벌브(22)를 포함하지 않는 전류고정날개가 함께 설치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 스턴 보스(100)에 설치되는 전류고정날개는 벌브(22)를 포함하는 전류고정날개(200)로 구성되는 제1 그룹(G1)과 벌브(22)를 포함하지 않는 전류고정날개(201)로 구성되는 제2 그룹(G2)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 4개의 전류고정날개가 설치될 경우 제1 그룹(G1)은 2개의 전류고정날개(200)를 포함하고, 제2 그룹(G2)이 2개의 전류고정날개(201)를 포함할 수 있다.

이때, 제1 그룹(G1)의 전류고정날개(200)는 제1 영역(A)의 7시 방향 및 9시 방향에 배치될 수 있고, 제2 그룹(G2)의 제2 전류고정날개(201)는 제1 영역(A)의 11시 방향(또는 12시를 0라 할 때 330) 및 제2 영역(B)의 3시 방향(또는 12시를 0라 할 때 90)에 배치될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에서와 같이 벌브(22)를 포함하도록 전류고정날개(200)를 형성하면, 선박의 에너지를 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 전류고정날개(200)는 벌브(22) 주위의 후류를 프로펠러 회전 방향의 역류를 발생시켜 프로펠러 회전 방향 운동 에너지 손실을 극대화하여 추진 효율을 향상시킬 수 있다.

더불어, 전류고정날개(200)로 발생한 선체저항을 벌브(22)를 추가 함으로써, 선체 후류를 직진방향으로 균일하게 만들어 전류고정날개(200)로 인한 선체저항 증가를 감소시킬 수 있다.

도 7은 종래 기술과 본 발명에 따른 전류고정날개 부근의 반류 분포를 CFD(computational fluid dynamics) 해석을 통해서 나타낸 도면이고, 도 8은 종래 기술과 본 발명에 따른 선체저항(CR)과 공칭반류(nominal wake)를 CFD 해석을 통해서 나타낸 그래프이다.

도 7 및 도 8에서, 실시예는 본 발명에 따른 벌브를 가지는 전류고정날개를 2개 설치한 경우이고, 비교예 1은 전류고정날개를 설치하지 않은 경우이고, 비교예2는 종래 기술에 따른 전류고정날개를 2개 설치한 경우이다. 도 7에서 벌브는 흰색원으로 표시하였으며 반류를 확인하는 지점은 점선 원으로 표시하였다.

도 7을 참조하면, 실시예의 벌브 주위 반류가 종래 기술에 따른 비교예 1 및 2보다 프로펠러가 회전하는 방향의 반대로 움직이는 현상이 나타나는 것을 확인할 수 있다.

도 8을 참조하면, 선체 저항을 나태는 계수인 CR는 전류고정날개가 설치되지 않는 비교예 1 과 비교하여 비교예 2 및 실시예에서 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 실시예에서의 CR의 증가폭은 비교예 2에 비해서 증가폭이 완화됨을 알 수 있다.

또한, 프로펠러가 없을 때 작동하는 위치의 단면에서 계측된 반류 값인 공칭반류(nominal wake)는 선체형상 및 운항조건(흘수, 속도)에 따라 달라지는데, 비교예 2보다 실시예에서 증가폭이 큰 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

11: 제1 전류고정날개
12: 제2 전류고정날개
20: 날개 본체
22: 벌브
100: 스턴 보스
200, 201: 전류고정날개

Claims (10)

1. 스턴 보스(100)의 원주면에 방사로 연결되어 있는 복수의 전류고정날개(200)에 있어서,
   상기 전류고정날개(200)는 3차원 곡면을 가지는 벌브(22); 및
   상기 벌브(22)를 관통하여 삽입되는 날개 본체(20)
   를 포함하는, 전류고정날개.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 벌브(22)는 상기 전류고정날개(200)의 길이를 이등분하는 중심과 상기 전류고정날개(200)의 끝단 사이에 위치하는, 전류고정날개.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 날개 본체(20)의 폭방향으로 절단한 상기 벌브(22)는 단면은 원형 또는 타원형인, 전류고정날개.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 전류고정날개(200)는 상기 스턴 보스(100)를 지나는 가상의 기준선을 중심으로 양분되는 제1 영역(A)과 제2 영역(B) 중 어느 하나의 영역에 위치하는, 전류고정날개.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 전류고정날개(200)는 제1 전류고정날개(11)와 제2 전류고정날개(12)를 포함하고,
   상기 제1 전류고정날개(11)와 상기 제2 전류고정날개(12) 사이의 각도가 60 를 이루도록 배치되어 있는, 전류고정날개.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 전류고정날개(11)는 7시 방향에 위치하고,
   상기 제2 전류고정날개(12)는 9시 방향에 위치하는, 전류고정날개.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 전류고정날개(200)는 상기 스턴 보스(100)를 지나는 가상의 기준선을 중심으로 양분되는 제1 영역(A)과 제2 영역(B)에 서로 다른 개수로 설치되어 있는, 전류고정날개.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제1 영역(A)에는 2개 또는 3개의 상기 전류고정날개(200)가 설치되고, 상기 제2 영역(B)에는 1개의 상기 전류고정날개(200)가 설치되어 있는, 전류고정날개.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제1 영역(A) 또는 상기 제2 영역(B)에 설치되는 상기 전류고정날개(200)중 적어도 하나의 전류고정날개(201)는 벌브를 포함하지 않는, 전류고정날개.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 벌브(22)를 포함하지 않는 전류고정날개(201)는 상기 제1 영역(A)의 11시 방향과 상기 제2 영역(B)의 3시 방향에 위치하는, 전류고정날개.

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