KR100433598B1 - 저속 비대선용 연직형 전류고정날개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저속비대선용 연직형 전류고정날개에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선미 프로펠러 전방의 선체 선미부에 설치되는 전류고정날개에 있어서, 상기 전류고정날개는 상부 날개와 하부 날개로 각각 구분되고, 상기 상ㆍ하부 날개는 선체 좌ㆍ우현 방향 영각을 구비하여 연직으로 고착되고, 상기 상ㆍ하부 날개와 프로펠러 간격은 프로펠러 반경의 20% ~ 60%의 범위의 값을 갖고, 상기 상부 날개의 외주연에는 후미하향으로 경사지게 상부 스트레이크가 돌출설치되고, 상기 하부 날개의 외주연에는 후미상향으로 경사지게 돌출설치된 하부 스트레이크를 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명은 프로펠러 유입류에 프로펠러 회전 방향과는 반대방향으로 회전성분을 생성하여 프로펠러 반류의 회전방향 운동에너지 성분의 손실을 감소시킴으로써 추진효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

저속비대선용 연직형 전류고정날개{APPARATUS OF A VERTICAL PRE-SWIRL FOR LOW-SPEED FULL SHIPS}

본 발명은 저속비대선용 연직형 전류고정날개에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러 유입류에 반대 방향의 회전성분을 생성하여 상기 프로펠러 후류의 회전방향 운동에너지 성분의 손실을 감소시킴으로써 추진효율을 향상시킬 수 있도록 한 저속비대선용 연직형 전류고정날개 추진장치에 관한 것이다.

프로펠러의 전방 혹은 후방에 고정날개를 설치하여, 프로펠러의 회전방향의 운동에너지를 회수시키려는 시도는 일찍 시작되어, 20세기 초 구미에서는 미합중국 특허 제803,671호 및 독일 특허 제267,899호에 제시된 바와같이, 비슷한 개념의 고정날개에 의한 추진효율의 향상이 시도된 바 있다.

그러나, 일반상선에는 적용되지 못하였으나 근래에 선박의 연료비가 상승하여 연료추진장치에 대한 인식이 높아지자 일본특개소 62-26197호에 제시된 바와 같이, 전류고정날개의 개념을 일반상선에 적용시켜 사용되고 있다.

화물선 중에서도 저속비대선은 수송 코스트를 낮추기 위해 저속인 경제속력으로 항행하며 대형화된 전용선으로, 선박의 길이와 폭의 비(L/B)는 대체적으로 작은 값을 갖고 방형비척계수(BLOCK COEFFICIENT)는 다른 선형에 비해 상대적으로 커서 매우 비대하다.

하지만 상기 저속비대선은 화물의 운송을 극대화시키는 선형적 특징을 갖는 대신 추진성능향상이라는 관점에서는 어려움이 수반된다.

도 1은 종래 기술에 따른 전류고정날개가 부착된 개략도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 저속비대선 뒤에서 본 전류고정날개의 후면도이다.

도 1 내지 도 2에 따르면, 전류고정날개(4)를 구성하는 날개(18-1, 18-2, 18-3, 18-1', 18-2', 18-3')에 의해 유체의 흐름이 프로펠러(3)의 회전방향과 역방향으로 불규칙한 운동을 하면서 프로펠러(3)로 흡입되기 때문에 선체(1)의 추진효율은 향상되지만, 선미부에 부착된 상기 날개(18-1, 18-2, 18-3, 18-1', 18-2', 18-3')에 의해서 상기 유체의 불규칙한 운동에 에너지를 전달하기 위해서는 그에 상응하는 만큼의 상기 날개(18-1, 18-2, 18-3, 18-1', 18-2', 18-3')에 부가물 저항성분도 증가하게 되어, 궁극적으로 종합적인 저항추진 성능을 저하시키는 요소로도 작용할 수 있다.

종래 전류고정날개(4)의 날개(18-1, 18-2, 18-3, 18-1', 18-2', 18-3')의 수가 보통 6개 또는 그 이상인 경우가 대부분이기 때문에 제작비가 많이 소요되는 단점이 있다.

또한, 상기 선체(1)의 선저하면을 따른 유체의 흐름은 빌지(BILGE)에서 발생된 빌지볼텍스에 의해 감아올려져 상기 프로펠러(3)로 향하게 되어 상기 프로펠러(3)의 날개가 상승하는 쪽의 현측에서는 날개(18-1', 18-2', 18-3')의 영각이 커지게 설치되며, 이때 날개(18-1, 18-2, 18-3, 18-1', 18-2', 18-3') 자체의 저항이 현저히 증가하여 상기 선체(1)의 추진성능이 충분히 향상되지 않는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 전류고정날개에 의하여 선체저항의 증가를 최소로 하고 선박의 추진효율을 향상시켜 그에 상응하는 최적화된 프로펠러를 설계하기 위한 기초적인 정보를 제공할 수 있도록 한 저속비대선용 연직형 전류고정날개를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 상술한 목적은 선미 프로펠러 전방의 선체 선미부에 설치되는 전류고정날개에 있어서, 상기 전류고정날개는 상부 날개와 하부 날개로 각각 구분되고, 상기 상ㆍ하부 날개는 선체 좌ㆍ우현 방향 영각을 구비하여 연직으로 고착되고, 상기 상ㆍ하부 날개와 프로펠러 간격은 프로펠러 반경의 20% ~ 60%의 범위의 값을 갖고, 상기 상부 날개의 외주연에는 후미하향으로 경사지게 상부 스트레이크가 돌출설치되고, 상기 하부 날개의 외주연에는 후미상향으로 경사지게 돌출설치된 하부 스트레이크를 포함하여 구성함에 의해 달성된다.

도 1은 종래 기술에 따른 전류고정날개가 부착된 개략도,

도 2는 종래 기술에 따른 저속비대선 뒤에서 본 전류고정날개의 후면도,

도 3은 본 발명에 따른 저속비대선용 연직형 전류고정날개의 측면도,

도 4는 도 3의 AA'부 확대단면도,

도 5는 도 3의 BB'부 절단면에서 본 저속비대선용 연직형 전류고정날개의 후면도,

도 6은 본 발명에 따른 저속비대선용 연직형 전류고정날개의 하부 날개 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 선체 2: 러더

3: 프로펠러 4: 전류고정날개

4-1: 상부 날개 4-2: 하부 날개

5: 선체 상측방향 6: 선체 우측방향

7: 선체 하측방향 8: 선체 좌측방향

9: 프로펠러 반경 9': 프로펠러 직경

10: 전류고정날개 길이 11: 전류고정날개허브

12: 프로펠러허브 13: 프로펠러와 고정날개의 간격

20: 상부 스트레이크 20': 하부 스트레이크

21: 프로펠러 축방향 중심선

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 저속비대선용 연직형 전류고정날개의 측면도이고, 도4는 도 3의 AA'부 확대단면도이며, 도 5는 도 3의 BB'부 절단면에서 본 저속비대선용 연직형 전류고정날개의 후면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 저속비대선용 연직형 전류고정날개의 하부 날개 사시도이다.

도 3 내지 도 6에 따르면, 선체(1)의 선미부 프로펠러(3) 축을 회전지지 하며 끝단으로 갈수록 좁아지는 주상체 형상의 전류고정날개허브(11)의 외주연에 상기 전류고정날개(4)가 움직이지 않게 단면이 에어포일 형상인 상부 날개(4-1)와 하부 날개(4-2)가 연직방향으로 서로 180°의 각을 이루어 대칭되게 고착된다.

상기 상부 날개(4-1) 표면에는 상기 프로펠러(3) 밖으로 유동이 미끄러져 나가는 것을 방지하기 위해 상부 스트레이크(20)가 선수측은 상측에 선미측은 하측에 돌출고착되어 5°~ 15°의 경사도가 유지되게 돌출형성되며, 상기 하부 날개(4-2) 표면에는 하부 스트레이크(20')가 선수측은 하측에 선미측은 상측에 고착되어 -5°~ -10°의 경사도가 유지되게 돌출형성되고 상기 하부 날개(4-2)는 상기 프로펠러(3) 역회전방향의 와류를 생성하여, 상기 프로펠러(3) 후류의 회전에너지 손실을 회수시킴으로 추진효율을 향상시키게 된다.

효율이 높은 저속비대선용 전류고정날개(4) 추진장치가 되기 위해서는 선박의 프로펠러(3)를 고려한 전류고정날개(4)의 적절한 형상결정이 중요하다.

또한 상기 전류고정날개(4)와 프로펠러(3)의 간격은 선체(1)의 선미형상의 제약을 고려할 때, 프로펠러반경(9)의 20% ~ 60%의 범위의 값을 가지며 이때 상기 전류고정날개(4)의 길이는 상기 프로펠러반경(9)의 80% ~ 90%일 때 효율이 최적이었다.

선미부분의 상기 전류고정날개허브(11)에는 상ㆍ하부 날개(4-1, 4-2)가 부착되므로, 프로펠러허브(12)에 비해 일반적으로 직경이 크지만, 상기 프로펠러(3) 후류의 회전에너지 회수측면에서 상기 전류고정날개허브(11)는 상기 프로펠러허브(12) 보다 너무 크지 않게 형성된다.

전류고정날개허브(11) 직경 / 프로펠러허브(12) 직경의 비는 1.4 이하로 한다.

균일흐름속에서 전류고정날개(4)의 상부 날개(4-1)는 프로펠러 축방향 중심선(21) 선수방향의 우측으로 8°~ 16°의 영각(α)을 형성하고 하부 날개(4-2)는 프로펠러 축방향 중심선(21) 선수방향의 좌측으로 8°~ 16°의 영각(α)을 형성하였을 때, 최대효율임을 확인할 수 있었다.

상기 전류고정날개(4)의 단면은 항력은 작으면서, 큰 양력을 생성할 수 있도록 에어로포일 형상으로 된 특징을 가지고 있다.

상기한 특징을 지닌, 일실시예의 저속비대선용 전류고정날개(4) 추진장치는 기존의 프로펠러(3) 추진방식에 비해 상당한 정도의 효율향상을 가져왔다.

저속비대선의 설계 프로펠러(3)의 효율과, 전류고정날개(4)를 부착한 후의 효율을 같은 설계조건 상태에서 비교한 결과, 다음과 같은 결과를 얻었다.

저속비대선의 추진방식에 따른 효율비교표

추진방식	효율	증가량
프로펠러 추진	0.749	-
전류고정날개-프로펠러 복합추진	0.800	6.8%

아울러, 도면중 미설명부호 5,6,7,8은 선체의 상측, 우측, 하측, 좌측방향을 각각 나타내고, 10은 전류고정날개의 길이를 나타내며, 13은 프로펠러와 전류고정날개의 간격을 나타낸다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 프로펠러 유입류에 프로펠러 회전 방향과는 반대방향으로 회전성분을 생성하여 프로펠러 반류의 회전방향 운동에너지 성분의 손실을 감소시킴으로써 추진효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 선미 프로펠러(3) 전방의 선체 선미부에 설치되는 전류고정날개(4)에 있어서,

   상기 전류고정날개(4)는 상부 날개(4-1)와 하부 날개(4-2)로 각각 구분되고, 상기 상ㆍ하부 날개(4-1, 4-2)는 선체 좌ㆍ우현 방향 영각(α)을 구비하여 연직으로 고착되고, 상기 상ㆍ하부 날개(4-1, 4-2)와 프로펠러 간격(13)은 프로펠러 반경(9)의 20% ~ 60%의 범위의 값을 갖고, 상기 상부 날개(4-1)의 외주연에는 후미하향으로 경사지게 상부 스트레이크(20)가 돌출설치되고, 상기 하부 날개(4-2)의 외주연에는 후미상향으로 경사지게 돌출설치된 하부 스트레이크(20')를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저속비대선용 연직형 전류고정날개.
2. 제1항에 있어서, 상기 상부 날개(4-1)는 프로펠러 축방향 중심선(21) 선수방향의 우측으로 8°~ 16°의 영각(α)을 형성하고, 상기 하부 날개(4-2)는 프로펠러 축방향 중심선(21) 선수방향의 좌측으로 8°~ 16°의 영각(α)을 형성하고, 전류고정날개의 길이(10)는 프로펠러 직경(9')의 80% ~ 90%인 것을 특징으로 하는 저속비대선용 연직형 전류고정날개.
3. 제1항에 있어서, 상기 상ㆍ하부 스트레이크(20, 20')는 각각 5°~ 15°씩 상하 경사지게 다수 형성된 것을 특징으로 하는 저속비대선용 연직형 전류고정날개.