KR100903066B1 - 러더벌브를 구비한 선박의 비대칭 전가동러더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 러더벌브를 구비한 선박의 비대칭 전가동러더에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 컨테이너선, 가스운반선 등의 러더 캐비테이션에 의한 러더의 축심 주위의 영향을 미치는 프로펠러 허브 보오텍스의 영향을 완화시켜 러더 표면의 침식을 최소화할 수 있는 선박의 비대칭 전가동러더에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 선박의 후미에 러더(10)가 설치되는 비대칭 전가동러더에 있어서, 상기 러더(10)의 프로펠러 축심 높이 주위에 불연속면을 감싸는 러더벌브(20)가 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 전가동러더를 제시한다.

비대칭, 전가동러더, 러더, 러더벌브

Description

러더벌브를 구비한 선박의 비대칭 전가동러더{Full spade rudder with twisted leading edge having a small rudder bulb}

본 발명은 러더벌브를 구비한 선박의 비대칭 전가동러더에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 컨테이너선, 가스운반선 등의 러더 캐비테이션에 의한 러더의 축심 주위의 영향을 미치는 프로펠러 허브 보오텍스의 영향을 완화시켜 러더 표면의 침식을 최소화할 수 있는 선박의 비대칭 전가동러더에 관한 것이다.

일반적으로, 각종 선박에는 그 진행방향을 조정하기 위한 수단의 하나로서 러더(rudder)가 사용되고 있으며, 이 러더는 물의 흐름 속에 놓여진 상태에서 받음각을 가질 때 여기에 작용하는 양력의 수직성분을 회두력으로 이용하여 선박의 진행방향을 조정하는 원리로 작동된다

이러한 러더에 요구되는 성능 중에는 큰 양력을 발생시킬 수 있을 것, 받음각을 크게 하더라도 실속(失速)이 잘 안될 것, 받음각을 크게 변화시키더라도 양력의 착력점의 위치변화가 작을 것 등이 중요한 것으로 알려져 있다.

최근 선박의 조종 성능에 대한 관심이 증대되면서 조종 성능을 고려한 최적 타(rudder) 설계에 대한 관심이 점차 커지고 있다. 또한 이와 함께 캐비테이션에 의한 타의 침식발생을 최소화할 수 있는 방안에 대한 관심도 증가되고 있는 추세이다.

일반적으로 타에 발생하는 손상은 프로펠러에 의해 발생되는 팁 보오텍스(tip vortex) 캐비테이션과 허브 보오텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 영향과 입사류의 유속증가 또는 입사각의 증가에 의해 타에서 발생하는 타 자체 캐비테이션의 영향 등으로 구분할 수 있다. 타의 상부는 주로 프로펠러로부터 발생하는 팁 보오텍스(tip vortex) 캐비테이션에 의해 손상되며, 타의 중간 부분은 주로 허브 보오텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의해 손상이 되고 있다. 또한 특별한 경우 타 자체 캐비테이션 등에 의한 타의 하부손상 및 소울(sole) 캐비테이션에 의한 하부 끝 단 부분에서 손상이 발생하기도 한다.

이와 같이 캐비테이션에 의한 손상은 캐비테이션 발생원과 형태에 따라 변화되므로 각각의 캐비테이션 거동에 대한 규명과 함께 발생 메커니즘에 대한 연구가 선행되어야 한다.

최근의 연구를 보면 캐비테이션 거동에 대한 기초연구가 다각도에서 수행되어지고 신뢰할 만한 정도의 결과를 제공하고 있지만 캐비테이션 발생 영역이나 크기에 국한된 것이어서 프로펠러 후방에 위치한 타와 같이 복잡한 유동 조건 하에서 거동을 정확히 예측하기는 매우 힘든 상황이며 잘 알려진 대형 캐비테이션 터널에서 모형시험을 통하여 캐비테이션 성능을 예측 및 검증하고 있다.

기존 비대칭 전가동러더의 경우 프로펠러 축심 높이의 전단판(scissors plate)을 중심으로 단면이 불연속적으로 변하도록 설계하게 되는 데, 프로펠러 허브에서 발생된 보오텍스가 러더 전단판의 불연속면 주위 표면에 침식을 초래하게 되었다.

또한, 기존 선박의 추진 효율을 향상시키기 위하여 러더벌브를 설치한 경우 프로펠러 쪽으로 상당히 돌출되고 크기도 상당히 큰 벌브가 설치되어야 하는 단점이 있었다.

이와 관련된 종래 기술로서 한국특허 출원번호 제10-2004-0086554호(선박용 키)와 일본실용신안 출원번호 제1985-122626호(병렬 반동(反動) 러더)가 공지되어 있다.

상기 한국특허 제10-2004-0086554호는 키 날개(100)와, 키와 관련되고 구동가능한 프로펠러 회전축(225)에 위치된 프로펠러(220)를 포함하는 선박용 키에 있어서, 상기 키 날개(100)는 두 개의 포개어 놓인 키 날개부(10, 20)를 구비하고, 한 노즈 스트립(11)은 좌현(BB) 측으로 또는 우현(SB) 측으로 향하게 되어 있고 다른 노즈 스트립(21)은 우현(SB) 측으로 또는 좌현(BB) 측으로 중심에서 벗어나 있는 방식으로 프로펠러(220) 쪽으로 향하는 전방 노즈 스트립(11, 21)이 서로에 대하여 중심에서 벗어나 있어서, 키 날개(100)의 양 측벽면은 프로펠러(220)로부터 멀리 떨어진 쪽으로 향하는 단부 스트립(30)에 수렴하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 일본실용신안 제1985-122626호는 프로펠러의 후방에 배치된 키의 전단 가장자리 및 후단 가장자리의 각 능선을 어느 것이나 상하 방향으로 직선이 되도록 형성함과 동시에, 상기 각 능선 내 적어도 한쪽의 능선을 프로펠러 중심부에서 상 하로 나누고, 이 분할된 능선이 수평방향으로 어긋나 배치되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기의 공지 기술들은 선박의 추진 효율을 향상시키기 위하여 러더벌브를 설치한 경우 프로펠러 쪽으로 상당히 돌출되고 크기도 상당히 큰 벌브가 설치되어야 하는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명은 러더의 축심 주위의 영향을 미치는 프로펠러 허브 보오텍스의 영향을 완화시킴으로써 러더 표면의 침식을 최소화할 수 있는 비교적 작은 크기의 러더벌브를 구비한 비대칭 전가동러더를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 의하면, 선박의 후미에 러더(10)가 설치되는 비대칭 전가동러더에 있어서, 상기 러더(10)의 프로펠러 축심 높이 주위에 불연속면을 감싸는 러더벌브(20)가 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 전가동러더를 제시한다.

이때, 상기 러더벌브(20)는 불연속면의 비대칭 단면 변화폭만을 감쌀 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하며, 상기 비대칭 단면 변화폭은 축심상부 단면(21)과 축심하부 단면(22) 간의 두께인 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 러더의 축심 주위의 영향을 미치는 프로펠러 허브 보오텍스의 영향을 완화시킴으로써 기존의 단순 전단판을 가진 비대칭 전가동러더에 비하여 프로펠러 허브 보오텍스에 의한 러더 침식현상을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 컨테이너선, 가스운반선 등 러더 캐비테이션에 의한 러더표면의 침식이 우려되는 선박에 용이하게 적용할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 러더벌브를 구비한 비대칭 전가동러더의 측면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 러더벌브의 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원의 비대칭 전가동러더를 나타낸 사시도이다.

도 1을 살펴보면, 본 발명은 선박의 후미에 설치되는 러더(10)의 축심 높이 주위에 불연속면을 감싸는 벌브 형상의 러더벌브(20)를 설치한다.

이때, 상기 러더벌브(20)는 도 3에서와 같이 3차원의 표면 모델로 형성할 수 있으며, 선박의 프로펠러 허브에서 발생된 보오텍스가 러더 전단판의 불연속면 주 위 표면에 침식을 최소화하기 위해 형성한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 비대칭 전가동러더 단면이 변하는 프로펠러의 축심 높이에서 단면(축심상부 단면(21)과 축심하부 단면(22)간의 두께)의 변화만을 감쌀 수 있는 러더벌브(20)를 형성하고, 이를 선박의 길이방향 축을 중심으로 회전시켜 만든 회전체를 비대칭 전가동러더에 장착한다.

이때, 본 발명의 러더벌브(20)는 불연속면의 비대칭 단면 변화폭만을 감쌀 정도의 크기로 최소화한다.

따라서, 본 발명은 선박의 추진 효율을 향상시키기 위하여 러더벌브(20)를 설치한 경우 기존의 단순 전단판을 가진 비대칭 전가동러더에 비하여 프로펠러 허브 보오텍스에 의한 러더 침식현상을 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예로서 러더벌브를 구비한 비대칭 전가동러더에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 러더벌브를 구비한 비대칭 전가동러더의 측면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 러더벌브의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 3차원의 비대칭 전가동러더를 나타낸 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10: 러더 20: 러더벌브

21: 축심 높이에서의 상부단면 22: 축심 높이에서의 하부단면

Claims (3)

1. 선박의 후미에 러더(10)가 설치되는 비대칭 전가동러더에 있어서,

   상기 전가동러더는 상부 러더와 하부 러더로 구성되고, 상기 상부 및 하부 러더의 노즈 스트립은 전방에서 보았을 때 직선상이고, 상기 러더(10)의 프로펠러 축심 높이 주위에 불연속면을 감싸는 러더벌브(20)가 형성되고, 상기 러더벌브의 형상은 좌우 비대칭인 것을 특징으로 하는 비대칭 전가동러더.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 러더벌브(20)는 불연속면의 비대칭 단면 변화폭만을 감쌀 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 전가동러더.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 상부 러더의 노즈 스트립은 좌현(BB) 측으로 또는 우현(SB) 측으로 향하게 되어 있고 상기 하부 러더의 노즈 스트립은 상기 상부 러더의 노즈 스트립과 다른 측으로 향하여 중심에서 벗어나 있어 상기 러더(10)의 프로펠러 축심 높이 주위에 불연속면을 형성하고, 상기 불연속면에는 이를 감싸는 러더벌브(20)가 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 전가동러더.

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