KR100352700B1 - 예인수조 시험용 자항 검력계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 예인수조 시험용 자항 검력계에 관한 것으로, 프로펠러축(104)에 축계정렬된 중간축(103)이 회전 가능하게 내부로 종통하는 본체(101)와, 이 본체(101) 내부에서 중간축(103)에 일체로 결합되어 연동 회전하며 프로펠러축(104)에 의한 스러스트 및 토크를 감지하는 센서부(107)와, 본체(101) 내부에서 센서부(107)에 일체로 결합되어 연동 회전하며 본체(101) 외부로 회전 가능하게 종통하는 기관축(108)과, 본체(101) 내부에서 기관축(108)의 외주연에 부착되어 센서부(107)에서 출력된 미소 전압을 외부로 끌어내는 슬립 링 및 브러시(110)로 구성되어, 스러스트 센서가 회전형으로 축계선상에 설치되므로 고정형으로 축계 외부에 설치되는 종래 기술과 비교하면 프로펠러축의 스러스트가 다른 방향으로 분산되지 않고 센서에 직접 전달되므로 스러스트 센서의 측정능 및 자항 검력계의 전체 측정능이 향상되는 이점이 있다.

Description

예인수조 시험용 자항 검력계{A self propulsion dynamometer for towing tank test}
본 발명은 예인수조 시험용 자항 검력계에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스러스트 센서 및 토크 센서가 본체 내부에서 중간축에 일체로 결합되어 연동 회전하며 프로펠러축에 의한 스러스트 및 토크를 감지하도록 한 예인수조 시험용 자항 검력계에 관한 것이다.
선박에 있어서 선주의 주된 관심사는 충분한 안전성을 전제로 할 때에 그 재화능력과 속도 및 연료소비율에 집중되는 바, 선박설계시에는 수면 위에서 가장 안정한 상태로 물의 저항을 가장 적게 받으면서 고속의 속도를 구현할 수 있도록 설계된다.
아울러, 이러한 조건을 갖춘 선박을 시행착오 없이 제작하기 위하여 실제의 선박이 아닌 모형선박을 미리 제작한 후 예인수조 내에서 선박의 형상에 따른 물의 저항 및 프로펠러의 곡면형상에 따른 추진력 등과 같은 다양한 측정 시험을 선행하고 있다.
예인수조는 계측 거리가 길수록 또한 속도가 빠를수록 연구 가능 범위가 넓고 시험 데이터의 정확성에 대해 신뢰할 수 있지만 효율 측면에서 수조의 폭과 깊이는 주로 모형선의 길이에 따라 설계되고 수조의 길이는 예인전차의 최고속도 및 계측시간에 따라 설계된다.
이러한 예인수조에서 수행되는 시험 중의 하나는 선체의 자항, 즉 추진감소계수, 반류비 및 상대회전효율 등을 측정하는 것이며, 이 경우 프로펠러를 구동하는 동력장치의 추력(스러스트)과 토크에 관한 데이터가 필요하므로 시험용의 모형선에는 축계에 자항 검력계가 설치된다.
이러한 예인수조 시험용 자항 검력계의 중요한 구성요소로는 축방향으로 스러스트를 감지하는 스러스트 센서, 축이 회전하려는 모멘트인 토크를 감지하는 토크 센서 등이 있으며, 이 두 센서의 감도에 따라서 자항 검력계의 측정능이 변화되는 것은 물론이고 미소 신호를 감지하는 특징에 의해 그 설치위치에 따라서도 자항 검력계의 측정능이 변화되는 것으로 알려져 있다.
통상적으로 스러스트 센서는 고정식으로 축계선상에 설치되며, 토크 센서는 회전식으로 설치된다.
전술한 바와 같이 예인수조 시험용 자항 검력계는 우수한 선박의 설계를 위해서는 필수적으로 정립되어야 할 기술이며, 현재 그 측정능을 향상시키기 위한 연구 노력이 지속적으로 진행되고 있다.
본 발명은 이와 같은 연구 노력의 한 결과물로서, 검력계 본체 내부에서 중간축에 일체로 결합되어 연동 회전하며 프로펠러축에 의한 스러스트 및 토크를 감지하는 센서부를 구비한 예인수조 시험용 자항 검력계를 제공한다.
이러한 본 발명의 목적은 스러스트 센서를 회전형으로 축계선상에 설치하여프로펠러축의 스러스트가 다른 방향으로 분산되지 않고 센서에 직접 전달되게 하여 스러스트 센서의 측정능 및 자항 검력계의 전체 측정능을 향상시키는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예인수조 시험용 자항 검력계의 구조도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
101 : 본체 102 : 저널 베어링
103 : 중간축 104 : 프로펠러축
105 : 유니버설 조인트 106 : 연결구
107 : 센서부 107a : 판스프링
107b : 스러스트 센서 107c : 토크 센서107d : 추력전달 핀 108 : 기관축109a,109b : 베어링 110 : 슬립 링 및 브러시
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 예인수조 시험용 자항 검력계는, 프로펠러축에 축계정렬된 중간축이 회전 가능하게 내부로 종통하는 본체와,
상기 본체 내부에서 상기 중간축의 후단에 일체로 결합되어 연동 회전하며 상기 프로펠러축에 의한 스러스트 및 토크를 감지하는 센서부와,
상기 본체 내부에서 상기 센서부의 후단에 일체로 결합되어 연동 회전하며 상기 본체 외부로 회전 가능하게 종통하는 기관축과,
상기 본체 내부에서 상기 기관축의 외주연에 부착되어 상기 센서부에서 출력된 미소 전압을 외부로 끌어내는 접촉자 및 브러시를 포함한다.
바람직하기로, 상기 센서부는 상기 프로펠러축으로부터 전달되는 인장 또는 압축력에 의해 축방향 변위가 발생되는 판스프링과,상기 판스프링의 중앙에 막대형상으로 형성되어 축방향의 변위에 따라 유동되어 판 스프링의 변위에 따른 유동량의 변형이 발생되는 추력전달용 핀과,상기 추력전달용 핀의 외측에 원기둥의 형태를 가지면서 연결되어 추력전달용 핀의 유동에 따른 변형량을 전달받아 전기적인 신호 변화량을 발생하여 압력 변화를 감지하는 스러스트 센서와,상기 스러스트 센서에 일체로 되어 추력전달 핀에 변형량을 전달받아 상기 프로펠러축의 토크를 감지하는 토크 센서를 포함한다.
본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 예인수조 시험용 자항 검력계의 구조도이다.
이에 나타낸 바와 같은 본 발명의 자항 검력계는, 본체(101) 내부로 저널 베어링(102)을 통해 회전 가능하게 종통하는 중간축(103)이 프로펠러축(104)과 유니버설 조인트(105)로 연결되며, 프로펠러축(104)과 중간축(103)은 본체(101)에 고정된 연결구(106)에 의해 축계정렬된다.
프로펠러축(104)에 의한 스러스트 및 토크를 감지하는 센서부(107)가 본체(101) 내부에서 중간축(103)에 일체로 결합되어 연동 회전되며, 기관축(108)이 센서부(107)에 일체로 결합되어 본체(101) 외부로 회전 가능하게 종통하면서 센서부(107)의 회전에 연동하여 회전된다. 기관축(108)은 본체(101)를 종통하면서 베어링(109a,109b)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
센서부(107) 내에서는 프로펠러축(104)으로부터 전달되는 인장 또는 압축력에 의해 판스프링(107a)의 축방향 변위가 발생되어 판스프링(107a)의 중앙에 막대형상으로 형성된 추력전달 핀(107d)을 형성하여 축방향에 판스프링(107a)의 변위가 발생하면 추력전달 핀(107d)을 밀어서 추력전달 핀(107d)의 외측에 원기둥 형상으로 형성하여 연결된 스러스트 센서(107b)와 일체로 형성된 토크 센서(107c)에 판스프링(107a)의 변위를 전달하는 변형을 줌으로써 전기적인 신호 변화량이 발생되게 되며 이를 물리량으로 환산하여 추력 및 토크를 감지하게 된다.여기서, 상기 판스프링(107a)은 축의 중심에 추력이 작용하지 않더라도 추력을 감지할 수 있는 역할을 하며 추력전달 핀(107d)은 토오크와 연성이 되지 않는 역할을 수행한다.
스러스트 센서(107b) 및 토크 센서(107c)에서 출력된 미소 전압은 기관축(108)의 외주연에 부착된 접촉자, 즉 슬립 링 및 브러시(110)를 통해 외부의증폭기 및 스트레인 게이지로 출력된다.
상술한 바와 같이 본 발명은, 스러스트 센서가 회전형으로 축계선상에 설치되므로 고정형으로 축계 외부에 설치되는 종래 기술과 비교하면 프로펠러축의 스러스트가 다른 방향으로 분산되지 않고 센서에 직접 전달되므로 스러스트 센서의 측정능이 향상된다. 스러스트 센서 및 토크 센서가 미소 신호를 감지하는 것을 감안하면 스러스트의 직접적인 전달에 의해 측정능이 향상되는 스러스트 센서에 의해 자항 검력계의 전체적인 측정능 또한 향상되는 것은 자명한 사실이다.

Claims (2)

  1. 프로펠러축에 축계정렬된 중간축이 회전 가능하게 내부로 종통하는 본체와,
    상기 본체 내부에서 상기 중간축에 일체로 결합되어 연동 회전하며 상기 프로펠러축에 의한 스러스트 및 토크를 감지하는 센서부와,
    상기 본체 내부에서 상기 센서부에 일체로 결합되어 연동 회전하며 상기 본체 외부로 회전 가능하게 종통하는 기관축과,
    상기 본체 내부에서 상기 기관축의 외주연에 부착되어 상기 센서부에서 출력된 미소 전압을 외부로 끌어내는 접촉자 및 브러시를 포함하여 된 예인수조 시험용 자항 검력계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는 상기 프로펠러축으로부터 전달되는 인장 또는 압축력에 의해 축방향 변위가 발생되는 판스프링과,
    상기 판스프링의 중앙에 막대형상으로 형성되어 축방향의 변위에 따라 유동되어 판 스프링의 변위에 따른 유동량의 변형이 발생되는 추력전달용 핀과,
    상기 추력전달용 핀의 외측에 원기둥의 형태를 가지면서 연결되어 추력전달용 핀의 유동에 따른 변형량을 전달받아 전기적인 신호 변화량을 발생하여 압력 변화를 감지하는 스러스트 센서와,
    상기 스러스트 센서에 일체로 되어 추력전달 핀에 변형량을 전달받아 상기 프로펠러축의 토크를 감지하는 토크 센서를 포함하여 된 예인수조 시험용 자항 검력계.
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