KR100658910B1 - 복합 추진 고속선 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오늘날의 속도영역을 뛰어넘는 차세대 대형 고속선에 관한 것이다.
물분사 추진장치 역시 설치가 간편하고 신뢰성이 높다는 실용적인 장점이 있으며 30놋트 이하의 저속에서는 추진효율이 낮은 편이나 속도가 증가할수록 추진효율이 증가하여 약 50~60놋트 근방에서 추진효율이 최대가 되고 그 이상의 속도에서는 다시 추진효율이 감소하게 된다. 일반적으로 프로펠러 추진방식의 적용선속은 30놋트 이내, 물분사 추진방식의 적용선속은 30~80놋트 정도로 보고 있다.
본 발명에서는 요구되는 선속을 달성하기 위하여 필요한 추력(thrust)을 프로펠러와 물분사 추진기가 분담함으로써 프로펠러가 발생해야 하는 추력을 감소시켜 프로펠러가 분담추력을 발생하면서도 날개 주위의 공동현상을 방지하도록 하였으며 프로펠러와 물분사 추진기가 발생하여야 하는 분담추력의 비율은 선박의 크기와 선속에 따라 조종하도록 하였다.
또한 프로펠러에 의한 추진은 프로펠러 수가 증가할수록 효율이 감소되므로 될수록 소형 프로펠러 여러개 보다는 대형 프로펠러 1개를 장치하는 것이 유리하나 물분사 추진기는 반대로 대형 물분사 추진기 1기 보다는 소형 물분사 추진기 여러개에 의한 추력발생이 더 효율이 높다는 장점이 있으므로 융통성있게 설치를 할 수 있다.
또한 제 4 도에서 볼 수 있는 바와 같이 물분사 추진기에는 회전분사구 (rotating nozzle)를 설치하여 물분사 방향을 360ㅀ자유자재로 조절할 수 있으므로 선박의 조종(maneuvering)을 위한 방향타(rudder)를 제거할 수 있다.
더구나 방향타에 의한 조종은 선박이 항진하여야 가능하나 물분사 추진기의 분사구에 의한 조종은 방향타보다 훨씬 효율이 높고 선박이 정지시에도 자유자재로 방향을 바꿀 수 있으므로 훨씬 더 안전하게 운항할 수 있다는 장점이 있다.
스크루 프로펠러 추진선, 프로펠러-물분사 추진기, 물분사 추진장치, 회전분사구, 복합 추진장치
Description
제 1 도는 스크루 프로펠러 추진선의 개념도
제 2 도는 스크루 프로펠러-물분사 추진기 복합추진선의 개념도(중앙 프로펠러와 좌·우현에 물분사 추진기 1기씩 배치)
제 3 도는 스크루 프로펠러-물분사 추진기 복합추진선의 개념도(중앙 프로펠러와 좌·우현에 물분사 추진기 여러개씩 배치)
제 4 도는 물분사 추진기의 회전 분사구
제 5 도는 중형 복합추진 고속 콘테이너 운반선
제 6 도는 대형 복합추진 고속 콘테이너 운반선
본 발명은 오늘날의 속도영역을 뛰어넘는 차세대 대형 고속선에 관한 것이다.
오늘날 세계교역을 위한 상선들을 보면 크게 두가지 부류(group)로 구분된다. 한가지는 살물선(bulk carrier), 유조선(crude oil tanker)과 같이 길이-폭비(length-beam ratio)가 대략 4.5~6.5 정도 되고 선속이 14놋트 정도 되는 뚱뚱하고 저속인 저속비대선(full slow-speed ship) 부류이다. 다른 한가지는 콘테이너 운반선, 자동차 운반선, 냉동선과 같이 길이-폭비가 대략 7.0 이상되고 선속도 20놋트 이상되는 비교적 날씬하고 고속인 고속세장선(fine higher-speed ship) 부류이다. 구축함, 순양함, 항공모함 같은 함정도 고속세장선 부류에 속한다.
오늘날 대형선박의 추진방식으로는 거의 모든 경우에 있어서 프로펠러(screw propeller) 추진시스템이 사용되고 있으며 프로펠러 추진방식은 비교적 장치가 간단하고 추진효율과 신뢰성이 높다는 실용적인 장점을 가지고 있다. 그러나 세계의 물동량이 증가함에 따라 비교적 고급화물을 신속히 운송하는 콘테이너 운반선과 같은 화물선의 경우 점차 대형화, 고속화 되어가고 있으나 프로펠러 추진방식으로는 선속에 한계가 있어 오늘날의 선속증가 요구에 부응할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
프로펠러로 추진되는 대형선박, 특히 콘테이너 운반선의 경우 두가지 추진상의 이유로 인하여 순항속도 25놋트 이상의 고속운항이 극히 어려우며 또한 경제성이 크게 저하되기도 한다. 첫 번째 이유는 콘테이너 운반선은 수심에 제한이 있다는 것이다.
즉 일반적으로 최대 흘수 12.5m이며 특수한 경우 14.0m이내 이기 때문에 프로펠러 크기, 즉 프로펠러 직경에 제한이 있어 아무리 엔진출력을 증대시켜도 프로 펠러가 발생할 수 있는 추력에 한계가 있다.
두 번째 이유는 오늘날 일반적으로 프로펠러(screw propeller)로 추진되는 대형선박의 한계속도를 35놋트 정도로 보고 있으며 실제적으로는 30놋트 정도가 된다. 왜냐하면 더 이상의 고속에서는 심한 공동현상(cavitation phenomenon)이 발생하여 침식(erosion)으로 인하여 프로펠러가 쉽게 파손되기 때문이다. 따라서 오늘날 고속세장선으로 분류되는 선박 중에서 상선으로서는 가장 고속인 콘테이너 운반선의 선속은 일반적으로 25놋트 정도이며 구축함과 같은 고속함정의 경우에도 최대속도 30놋트 정도가 된다.
그러나 오늘날의 해상운송은 항공기와의 경쟁이나 고급화물의 긴급수송의 필요성 등으로 인하여 더욱 고속을 요구하고 있으나 기존의 프로펠러 추진방식으로는 더 이상의 고속을 기대하기가 극히 어려운 형편이다.
따라서 본 발명자는 오늘날의 요구에 부응하기 위하여 복합추진방식을 채택함으로써 선속을 대폭 증가시킨 고속 대형선박을 발명하였다.
본 발명의 개념을 요약하면 다음과 같다.
제 1 도는 기존의 프로펠러 추진선을 보여주고 있다. 이미 언급한 바와 같이 대형 프로펠러 추진선박의 실제적인 한계속도는 약 30놋트, 경제적인 순항속도는 25놋트 정도 된다. 이러한 속도상의 제약은 프로펠러 날개주위의 공동현상으로 인하여 프로펠러가 어느 정도 이상의 추력을 발생할 수 없기 때문이다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명자는 제 2 도에서 볼 수 있는 바와 같이 기존의 프로펠러 추진기와 물분사 추진기(water-jet propulsor)를 복합 추진장치로 도입하여 선속 40놋트를 달성하는 초고속 대형선박을 발명하였다.
물분사 추진장치 역시 설치가 간편하고 신뢰성이 높다는 실용적인 장점이 있으며 30놋트 이하의 저속에서는 추진효율이 낮은 편이나 속도가 증가할수록 추진효율이 증가하여 약 50~60놋트 근방에서 추진효율이 최대가 되고 그 이상의 속도에서는 다시 추진효율이 감소하게 된다. 일반적으로 프로펠러 추진방식의 적용선속은 30놋트 이내, 물분사 추진방식의 적용선속은 30~80놋트 정도로 보고 있다.
본 발명에서는 요구되는 선속을 달성하기 위하여 필요한 추력(thrust)을 프로펠러와 물분사 추진기가 분담함으로써 프로펠러가 발생해야 하는 추력을 감소시켜 프로펠러가 분담추력을 발생하면서도 날개 주위의 공동현상을 방지하도록 하였으며 프로펠러와 물분사 추진기가 발생하여야 하는 분담추력의 비율은 선박의 크기와 선속에 따라 조종하도록 하였다.
또한 프로펠러에 의한 추진은 프로펠러 수가 증가할수록 효율이 감소되므로 될수록 소형 프로펠러 여러개 보다는 대형 프로펠러 1개를 장치하는 것이 유리하나 물분사 추진기는 반대로 대형 물분사 추진기 1기 보다는 소형 물분사 추진기 여러개에 의한 추력발생이 더 효율이 높다는 장점이 있으므로 융통성 있게 설치를 할 수 있다.
제 2 도는 중앙 프로펠러와 좌·우현에 각각 물분사 추진기를 1개씩을 설치한 추진시스템을 보여주고 있으며 제 3 도는 중앙 프로펠러와 좌·우현에 물분사 추진기를 수개씩 설치한 추진시스템을 보여주고 있다.
또한 제 4 도에서 볼 수 있는 바와 같이 물분사 추진기에는 회전분사구(rotating nozzle)를 설치하여 물분사 방향을 360°자유자재로 조절할 수 있으므로 선박의 조종(maneuvering)을 위한 방향타(rudder)를 제거할 수 있다.
더구나 방향타에 의한 조종은 선박이 항진하여야 가능하나 물분사 추진기의 분사구에 의한 조종은 방향타보다 훨씬 효율이 높고 선박이 정지 시에도 자유자재로 방향을 바꿀 수 있으므로 훨씬 더 안전하게 운항할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명자는 발명자가 도입한 복합추진 시스템에 의한 적정선속을 35~40놋트로 추정한다. 제 5 도와 제 6 도는 본 발명자가 실제로 광범위한 모형시험을 통하여 성능을 확인하고 설계 완성한 2,000 TEU, 40놋트 콘테이너 운반선과 5,600 TEU, 40놋트 콘테이너 운반선의 추진장치와 일반배치(General Arrangement)를 보여주고 있다.
또한 프로펠러에 의한 추진은 프로펠러 수가 증가할수록 효율이 감소되므로 될수록 소형 프로펠러 여러개 보다는 대형 프로펠러 1개를 장치하는 것이 유리하나 물분사 추진기는 반대로 대형 물분사 추진기 1기 보다는 소형 물분사 추진기 여러개에 의한 추력발생이 더 효율이 높다는 장점이 있으므로 융통성있게 설치를 할 수 있다.
더구나 방향타에 의한 조종은 선박이 항진하여야 가능하나 물분사 추진기의 분사구에 의한 조종은 방향타보다 훨씬 효율이 높고 선박이 정지시에도 자유자재로 방향을 바꿀 수 있으므로 훨씬 더 안전하게 운항할 수 있다는 장점이 있다.
Claims (1)
- 스크루 프로펠러(screw propeller) 추진기가 설치되어 있는 선박에 있어서, 배의 후미부의 흘수선의 상부에 적어도 한개 이상의 물분사(water-jet) 추진기를 설치하여 복합추진장치(combined propulsion system)로 사용함으로써 요구되는 추력을 추력을 분담함하여 공동 현상 등 문제점을 해결하고, 고속항진을 가능하게 하되, 물분사 추진기는 회전분사구(rotating nozzle)를 설치하여 물분사 방향을 360° 자유롭게 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 복합 추진 고속선.
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| KR1020040096247A KR100658910B1 (ko) | 2004-11-23 | 2004-11-23 | 복합 추진 고속선 |
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Publications (2)
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| JP2001071993A (ja) | 1999-09-07 | 2001-03-21 | Ishigaki Co Ltd | 潜水艇 |
| WO2003101820A1 (de) | 2002-05-29 | 2003-12-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Antriebssystem für ein schnelles seegehendes schiff, insbesondere ein marine-(navy) schiff |
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2004
- 2004-11-23 KR KR1020040096247A patent/KR100658910B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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| JP2001071993A (ja) | 1999-09-07 | 2001-03-21 | Ishigaki Co Ltd | 潜水艇 |
| WO2003101820A1 (de) | 2002-05-29 | 2003-12-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Antriebssystem für ein schnelles seegehendes schiff, insbesondere ein marine-(navy) schiff |
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| KR20060057175A (ko) | 2006-05-26 |
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