JP2008536760A - 船舶用推力羽根 - Google Patents

Abstract

本発明は、プロペラ後方の回転流によるエネルギー損失を回収して推力に変換させる船舶用推力羽根に関するもので、その目的は簡単な形状を有することによって推進効率を大いに向上させ、設置が便利で実際に船舶に適用することが容易で推力羽根により推進力を最大化できる船舶用推力羽根を提供する。船舶の推進効率を向上させるために方向舵に取り付けられる推力羽根において、推力羽根は左右の羽根が非対称で、左右一体型に形成され船舶の方向舵の前方に取り付けられ、上下取り付け位置は方向舵の形状と流体力学的特性を考慮し任意の最適の位置を選定する。

Description

本発明は、プロペラ後方の回転流によるエネルギー損失を回収して推力に変換させる船舶用推力羽根（ｔｈｒｕｓｔ ｆｉｎ）に関するものである。

周知のように、プロペラは、回転により推力が発生されるが、図１のようにプロペラの回転によりプロペラの後方では回転流が発生する。しかし、この回転流は推力発生とは何ら関係がなく、エネルギーが損失されるので、プロペラ後方で発生する回転流によるエネルギー損失のうち相当量を回収することによって推進効率を著しく向上させることができるが、推力羽根はそのための装置の一つである。

船舶用推力羽根は、飛行機の羽根のような揚力を船舶の進行方向に発生させ、船舶の推進効率を向上させる装置で、プロペラにより軸方向の流速が加速されると同時に、回転流が発生するプロペラの後流で大きな揚力、即ち、大きな推力を発生できる。よって、推力羽根はプロペラ後方に位置する船舶の方向舵に設置することが好ましい。

しかし、この領域は、他の領域に比べてプロペラ回転による複雑な流動特性を有しているので羽根と流体の流れの間の角度、即ち、仰角（ａｎｇｌｅ ｏｆ ａｔｔａｃｋ）を最適化することが非常に難しい。

船舶推進のために回転するプロペラは、周囲の流体を加速させる。この加速要素のうち、軸方向の要素は推進力を発生させるが、回転方向の要素は推進力の発生に何ら影響を与えずエネルギーの損失をもたらす。

従って、回転方向の加速要素のエネルギー損失を回収するために、様々な形状の船尾付加物（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｄｅｖｉｃｅ）が開発されているが、大概の付加物が特定の船舶及び運航条件下においてのみ効率が改善される。その上、複雑な形状などで設置コストが増加して実際に船舶に適用できる可能性が低い状況である。

本発明による船舶の方向舵に設置される船舶用の推力羽根は、簡単な形状でも推進効率を大いに向上でき、設置が便利で実際の船舶に適用しやすい。本発明者は、推力羽根により推進力を最大化できる仰角の最適化方法を出願してある。（特許文献１）。

一般的に推力羽根は、プロペラにより流体が加速されたプロペラの後流で大きな推力が発生するので、図２のように、船舶の方向舵に、左右に別々の羽根を設ける。尚、プロペラ後流は、船体の影響により非対称の流動特性があり、非対称流動特性に合わせて羽根の左右形状を非対称に設計することによって発生推力を増大させることができる。
大韓民国特許出願第１０−１９８８−００１８０４１号

本発明は、前記の問題点を解消するためのもので、その目的は、簡単な形状を有し、これにより推進効率を向上させ、設置が便利で実際の船舶に適用しやすく、よって推力羽根により推進力を最大化できる船舶用推力羽根を提供する。

図３は、本発明による推力羽根の形状を示す例示図である。図４は、本発明による推力羽根の構造強度の分析例示図である。図５は、本発明による推力羽根の模型形状及び数値分析モデリングである。図６は、本発明による推力羽根を取り付けた模型船の自航試験を示す例示図である。図７は、本発明の推力羽根による推進効率の変化例示図であって、本発明は、船舶の推進効率を向上させるために方向舵に取り付ける推力羽根において、左右羽根は非対称で、左右一体型で製作され船舶の方向舵前方に取り付けられ、上下取り付け位置は方向舵の形状と流体力学的特性を考慮し任意の最適の位置を選定する。

本発明は、実際に船舶に適用するために、様々な実験と研究を通じて得られた結果であり、推進効率を著しく向上させるとともに、製作及び設置を容易にし、構造的強度の安定性確保が容易な船舶用推力羽根の形状と取り付け位置に関するものである。

プロペラ（３０）の回転によりプロペラ後方で発生する回転流（４０）は、図１のようにプロペラの中心を通る水平面からみて相互反対になり、船体による流動特性の影響により方向舵左右における流動特性は非対称になる。よって、推力羽根がより大きな推力を発生できるように推力羽根も左右非対称を有する。図３は、このように非対称特性を有し、方向舵に取り付けられ推力を発生する本発明による推力羽根（２０）の形状である。

一般的に羽根が左右に夫々分離して取り付けられる場合、カンチレバー理論（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ ｔｈｅｏｒｙ）のように、方向舵（１０）との接合部で最も大きな応力が発生されるため、取り付け位置の付近にたくさんの補強を必要とする。従って、本発明では、羽根を一体型に製作することによって、製作を容易にし構造強度を向上させ、図４のように構造的強度に関する数値分析を通じて安定性を確認した。

推力羽根は、プロペラの後流において大きな推力が発生できるように、方向舵の前方に位置し、船舶の方向舵に備えられた所定溝に挿入設置することによって、初期設置のみならず、予想外の事故による羽根の破損時にも交換しやすく設計できる。

本発明による船舶用推力羽根は、製作及び設置が容易で、船舶の推進効率を向上させるので、船舶の運航経済性を大いに向上させる効果を奏する。

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

図５は、実施例により設計された推力羽根が方向舵に取り付けられており、図６は推力羽根による効率向上を確認するための模型船の自航試験を示している。

長さ（プロペラ対比）左：右＝約０．５Ｒ_ｐ：０．４Ｒ_ｐ（Ｒ_ｐ：プロペラ半径）
最大幅（プロペラ対比）：０．１５Ｒ_ｐを有する推力羽根を船舶の方向舵に適用し（図５を参照）、垂直方向の羽根の取り付け位置による推進効率の向上率を実験した。（図６を参照）
本発明による推力羽根は、図７のように、中心軸に取り付けられる時、約６％、中心軸から上方向に０．１５Ｒ_ｐの位置に取り付けられる時、約４％、そして中心軸から上方向に０．３Ｒ_ｐの位置に取り付けられる時、約３％の推進効率を向上できることを確認した。

本発明は本明細書に開示された実施例に限定されるものではなく、その発明の技術思想範囲内で当業者により多様に変形可能であることはいうまでもない。

時計回り方向で回転するプロペラの逆流領域の回転流分布図である。 従来技術による推力羽根の例示図である。 本発明による推力羽根の形状を示す例示図である。 本発明による推力羽根の構造強度の分析例示図である。 本発明による推力羽根の模型形状及び数値分析モデリングである。 本発明による推力羽根を取り付けた模型船の自航試験を示す例示図である。 本発明の推力羽根による推進効率の変化例示図である。

Claims (2)

1. 船舶の推進効率を向上させるために方向舵に取り付ける推力羽根において、
   前記推力羽根は左右の羽根が非対称であり、左右一体型で形成され船舶の方向舵の前方に取り付けられることを特徴とする船舶用推力羽根。
2. 前記推力羽根の上下取り付け位置は方向舵の形状と流体力学的特性を考慮し任意の最適の位置を選定することを特徴とする請求項１に記載の船舶用推力羽根。