KR100958998B1

KR100958998B1 - 선박용 덕트 및 선박용 덕트의 제조 방법과, 선박용 덕트부착 선박

Info

Publication number: KR100958998B1
Application number: KR1020070108087A
Authority: KR
Inventors: 사토시 마스다; 고지 마키노; 가즈요시 히로타
Original assignee: 유니버설 조센 가부시키가이샤
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2010-05-20
Also published as: CN101200215A; CN101200215B; HK1119134A1; KR20080055614A; JP2008143489A

Abstract

에너지 절약 장치(device)로서의 성능을 유지한 채, 간소하게 제조할 수 있는 선박용 덕트, 선박용 덕트의 제조 방법, 및 그 선박용 덕트가 설치된 선박용 덕트 부착 선박을 제공하려는 것이다.

선박용 덕트(4)는, 선수측(船首側)이 선미측(船尾側)보다도 지름이 크고, 위쪽이 아래쪽보다도 긴 원추(圓錐)의 일부인 덕트 외판(10)과, 덕트 외판(10)의 내부에 수용되며, 위쪽이 아래쪽보다 긴 통모양의 선미측 내판(20)과, 덕트 외판(10)의 내부에 수용된 선수측 내판(30)을 가지고 있다.

덕트 외판(10)의 선미측 연부(緣部)(12)와 선미측 내판(20)의 선미측 연부(22)가 접속되고, 덕트 외판(10)의 선수측 연부(11)와 선수측 내판(30)의 선수측 연부(31)가 접속되며, 또한, 선수측 내판(30)의 선미측 연부(32)와 선미측 내판(20)의 선수측 연부(21)가 접속되어 있다.

Description

선박용 덕트 및 선박용 덕트의 제조 방법과, 선박용 덕트 부착 선박 {DUCT FOR USE IN SHIP, MANUFACTURING METHOD OF THE SAME AND SHIP EQUIPPED WITH THE SAME}

본 발명은, 선박의 선미에 설치되는 선박용 덕트 및 선박용 덕트의 제조 방법과, 선박용 덕트가 설치된 선박용 덕트 부착 선박에 관한 것이다.

선박에서, 선체가 전진하는 경우에 손실되는 에너지를 회수하여, 에너지 절약 효과를 얻고자 하는 에너지 절약 장치(device)의 일종으로서, 프로펠러 전방에 설치되는 통 형상(筒型狀)의 장치(덕트 또는 노즐로 호칭됨)가 있다(예를 들면, 일본 특허 문헌 1, 2 참조).

[특허 문헌 1] 일본 실용신안등록 공보 제2555130호 공보(2페이지, 도 1)

[특허 문헌 2] 일본 특허공개 평11-278383호 공보(2 ~ 3페이지, 도 2)

그러나, 특허 문헌 1에 나타나 있는 고안은, 선체의 선미와 프로펠러와의 사이에, 규정된 형상의 링 모양 노즐(선박용 덕트와 같음, 이하,「선박용 덕트」)을 설치함으로써, 선각(船殼) 효율 및 추진 효율을 향상시킬 수 있는데, 그 선박용 덕트의 축심(軸心)을 포함한 단면에서의 형상(이하,「단면 형상」)이, 날개형(翼型)으로 대표되는 유체역학적(流體力學的)으로 유선형(流線型)의 형상인 것에서부터, 3차원적인 복잡한 곡면으로 되어 있다.

특히, 덕트의 전연부(前緣部)(선수측 연부)가, 축심을 포함한 단면에서 곡률이 큰(곡률 반경이 작은 것과 같음) 구부린 부분이 존재하는 동시에, 축심에 수직인 단면에서도 원호 모양(圓弧狀)으로 구부러져 있다. 이 때문에,

(가) 비교적 가공 공정이 간단한 프레스 가공은, 국소적으로 곡률이 큰 가공에 이용하는 것이 곤란하고, 선박용 덕트 전연부의 제조에 이용할 수 없다는 문제가 있었다.

(나) 주물(鑄物)은 작은 패치(patch) 모양의 면을 많이 제작하여 덧붙일 필요가 있기 때문에, 대폭적인 공수(工數)의 증가로 인한 재료비 상승의 문제가 있었다.

(다) 열을 가하면서 구부림 가공을 실행하는 「선상 가열(線狀加熱)」은, 숙련된 가공 기능이 필요하며, 프레스 가공에 비해 가공 공수가 크게 증대한다는 문제가 있는 동시에, 숙련된 가공 기능을 가진 기술자가 감소하고 있기 때문에, 장래의 가공 방법이 될 수 없을 우려가 있다고 하는 문제가 있었다.

또한, 특허 문헌 2에 나타낸 발명은, 매우 두꺼운 판 강판을 프레스 가공에 의해 둥근 고리 모양(圓環狀)으로 성형하고, 기계 가공에 의해 그 단면 형상을 날개형으로 성형하는 것이다. 이 때문에,

(라) 기계 가공의 비용이 높게 되어, 제조 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다.

(마) 또한, 이러한 기계 가공을 가능하게 하는 기계가 특정한 기계로 한정되기 때문에, 제조 가능한 공장이 한정되고, 운반 비용의 증가나, 가공 대기에 의한 공사 기간의 연장이라는 문제가 있었다.

본 발명은 상기의 문제점들을 감안하여 이루어진 것으로서, 에너지 절약 장치로서의 성능을 유지한 채, 간소하게 제조할 수 있는 선박용 덕트, 선박용 덕트의 제조 방법, 및 그 선박용 덕트가 설치된 선박용 덕트 부착 선박을 제공하려는 것이다.

(1) 본 발명에 관한 선박용 덕트는, 선수측이 선미측보다도 지름이 큰 원추의 일부인 덕트 외판과, 상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판 선미측 연부(緣部)에 접속된 통의 일부인 선미측 내판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선수측 연부와 상기 선미측 내판의 선수측 연부를 매끄럽게 연결하는 선수측 내판을 포함한다.

(2) 상기 (1)에 있어서, 상기 덕트 외판의 위쪽이 아래쪽보다도 길고, 또한, 상기 선미측 내판의 위쪽이 아래쪽보다도 긴 것을 특징으로 한다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 선미측 내판이 원통(圓筒)의 일부인 것을 특징으로 한다.

(4) 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 있어서, 상기 덕트의 축심을 포함하는 단면에서의 상기 선수측 내판의 형상이, 단일 원호 또는 연속하는 복수 원호로 이루어진 것을 특징으로 한다.

(5) 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 있어서, 상기 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관재(管材) 또는 봉재(棒材)가 설치되고, 상기 관재 또는 봉재에, 상기 선수측 내판의 선수측 연부가 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

(6) 또한, 본 발명에 관한 선박용 덕트 부착 선박은, 선체와, 상기 선체의 선미에 돌출하여 설치된 프로펠러와,

상기 선체의 선미에 설치된 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재한 선박용 덕트를 포함한다.

(7) 나아가, 본 발명에 관한 선박용 덕트의 제조 방법은, 선수측이 선미측보다도 지름이 크고, 위쪽이 아래쪽보다도 긴 원추의 일부인 덕트 외판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선미측 연부에 접속되고, 위쪽이 아래쪽보다도 긴 통 모양의 선미측 내판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선수측 연부와 상기 선미측 내판의 선수측 연부를 매끄럽게 연결하는 선수측 내판을 포함하는 선체의 선미부에 설치되는 선박용 덕트의 제조 방법으로서,

외주연(外周緣)과 내주연(內周緣)의 거리가 한쪽의 측연(側緣)에 가까울수록 증대하는 대략 부채 모양의 덕트 외판용 원판(原板)을, 원추의 일부를 형성하도록 성형하여 상기 덕트 외판을 제조하는 공정과,

한쪽의 빗변이 밑변에 수직이고, 다른 쪽의 빗변이 윗변에 가까울수록 증대하는 대략 사다리꼴인 선미측 내판용 원판을, 원통의 일부를 형성하도록 성형하여 선미측 내판을 제조하는 공정과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서, 상기 선미측 내판의 선미측 연부를 상기 덕트 외판의 선미측 연부에 접속하는 공정과,

외주연과 내주연의 거리가 변동하는 대략 부채 모양의 복수의 선수측 내판용 분할 원판을, 각각 단면 원호 모양으로 형성하고, 각각 측연끼리 접합하여 상기 선수측 내판을 제조하는 공정과,

상기 선수측 내판의 선수측 연부를 상기 덕트 외판의 선수측 연부에 접속하고, 상기 선수측 내판의 선미측 연부를 상기 선미측 내판의 선수측 연부에 접속하여 상기 선박용 덕트를 완성하는 공정을 포함한다.

(8) 상기 (7)에 있어서, 상기 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관체 또는 봉체를 설치하는 공정을 포함하며,

상기 덕트 외판의 선수측 연부에 상기 관체 또는 봉체를 접속하고, 상기 관체 또는 봉체에 상기 선수측 내판의 선수측 연부를 접속하는 것을 특징으로 한다.

(9) 나아가, 본 발명에 관한 선박용 덕트의 제조 방법은, 선수측이 선미측보다도 지름이 크고, 위쪽이 아래쪽보다도 긴 원추의 일부인 덕트 외판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선미측 연부에 접속되고, 위쪽이 아래쪽보다 긴 통 모양의 선미측 내판과,

외주연과 내주연의 거리가 한쪽의 측연에 가까울수록 증대하는 대략 부채 모양의 덕트 외판용 원판을, 원추의 일부를 형성하도록 성형하여 상기 덕트 외판을 제조하는 공정과,

외주연과 내주연의 거리가 변동하는 대략 부채 모양의 복수의 선수측 내판용 분할 원판을, 각각 단면 원호 모양으로 형성하는 공정과,

상기 단면 원호 모양으로 형성된 선수측 내판용 분할 원판의 선수측 연부를 상기 덕트 외판의 선수측 연부에 접속하고, 상기 선수측 내판용 분할 원판의 선미측 연부를 상기 선미측 내판의 선수측 연부에 접속하는 공정과,

상기 덕트 외판의 선수측 연부 및 상기 선미측 내판의 선수측 연부에 접속된 상기 선수측 내판용 분할 원판끼리 접합하여 상기 선박용 덕트를 완성하는 공정을 포함한다.

(10) 상기 (9)에 있어서, 상기 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관체 또는 봉체를 설치하는 공정을 포함하며,

상기 덕트 외판의 선수측 연부에 상기 관체 또는 봉체를 접속하고,

상기 관체 또는 봉체에, 상기 단면 원호 모양으로 형성된 선수측 내판용 분할 원판의 선수측 연부를 접속하는 것을 특징으로 한다.

(ⅰ) 따라서, 본 발명에 의하면, 선박용 덕트의 외측이 원추의 일부인 덕트 외판에 의해 형성되고, 선박용 덕트의 선수측의 내측이 소정의 곡면으로 이루어진 선수측 내판에 의해 형성되므로, 선박용 덕트의 선수측의 외측에 곡면이 존재하지 않는다.

이 때문에, 선박용 덕트의 선수측 부분의 제조가 용이하게 되고, 선박용 덕트 제조 비용의 저감과 공사 기간의 단축을 도모할 수 있다.

(ⅱ) 나아가, 덕트 외판 및 선미측 내판이, 측면에서 보았을 때 위쪽이 아래쪽보다도 길기 때문에, 선미 형상에 대응한 설계의 자유도가 증가하고, 에너지 절약 효과가 증대한다.

(ⅲ) 또한, 선미측 내판이 원통의 일부이므로, 판재의 2차원 구부림 가공에 의해 제조가 가능하여, 선박용 덕트의 제조 비용을 한층 더 저감하고, 또한 공사 기간도 더욱 단축할 수 있다.

(ⅳ) 또한, 상기 덕트의 축심을 포함하는 단면에서의 상기 선수측 내판의 형상이, 단일 원호 또는 연속하는 복수 원호로 이루어지기 때문에, 형성이 비교적 용이하여 제조 비용이 저감된다.

(ⅴ) 또한, 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관재 또는 봉재가 설치되고, 상기 관재 또는 봉재에 선수측 내판의 선수측 연부가 접속되므로, 선수측 내판의 선수측 연부에서의 곡률이 큰(곡률 반경이 작은 것과 같음) 구부림 가공이 불필요하여, 제조가 용이하게 되어 선박용 덕트의 제조 비용이 한층 더 저감되고, 또한 공사 기간도 더욱 단축할 수 있다.

(ⅵ) 나아가, 본 발명에 의하면, 상기 (1) 내지 (5)의 어느 하나에 기재한 선박용 덕트가 설치되어 있기 때문에, 제조 비용의 저감과 동시에, 추진 성능의 향상을 도모할 수 있다.

(ⅶ) 더욱이, 본 발명에 의하면, 덕트 외판용 원판을 원추의 일부를 형성하도록 성형하여, 덕트 외판을, 선미측 내판용 원판을 원통의 일부를 형성하도록 성형하고, 선미측 내판과 덕트 외판을 접속하는 동시에, 복수의 선수측 내판용 분할 원판을 각각 단면 원호 모양으로 형성하고 각각 측연끼리 접합하여, 이것을 덕트 외판의 선수측 연부와 선미측 내판의 선수측 연부에 접속하여 선박용 덕트를 제조하기 때문에, 주로 2차원의 구부림 가공(특히, 선수측 연부에서의 곡률이 큰(곡률 반경이 작은 것과 같음) 구부림 가공이 불필요)에 의해, 선박용 덕트의 선수측 연부를 형성할 수 있으므로, 제조가 용이하게 되어 선박용 덕트 제조 비용의 저감 및 공사 기간의 단축을 도모할 수 있다.

또한, 외주연과 내주연의 거리가 일정한 부채 모양의 덕트 외판용 원판과, 윗변과 밑변이 평행한 사다리꼴의 선미측 내판용 원판, 외주연과 내주연의 거리가 일정한 부채 모양의 복수의 선수측 내판용 분할 원판을 이용하는 것만으로, 위쪽 및 아래쪽의 길이가 같은 원추의 일부인 덕트 외판이나, 위쪽 및 아래쪽의 길이가 같은 통의 일부인 선미측 내판을 가지는 선박용 덕트를 제조할 수 있으므로, 이러한 선박용 덕트(측면에서 볼 때, 사다리꼴)의 제조 방법은 상기 선박용 덕트(측면에서 볼 때, 대변이 평행하지 않은 직사각형)의 제조 방법과 동일하다.

(ⅷ) 또한, 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관체 또는 봉체를 설치하기 때문에, 선수측 내판용 분할 원판의 선수측 연부에서의 곡률이 큰(곡률 반경이 작은 것과 같음) 구부림 가공이 불필요하여, 제조가 용이하게 되어 선박용 덕트의 제조 비용이 한층 더 저감되고, 공사 기간도 단축된다.

(ⅸ) 더욱이, 본 발명에 의하면, 상기 (ⅶ)의 효과와 동시에, 선수측 내판을 단체(單體)로 형성하지 않은 채, 단면 원호 모양으로 형성된 선수측 내판용 분할 원판을 덕트 외판 및 선미측 내판에 접속하기 때문에, 접속 작업의 자유도가 증가하고, 접속 작업이 용이하여, 선박용 덕트 제조 비용의 저감 및 공사 기간의 단축을 도모할 수 있다.

(ⅹ) 또한, 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관체 또는 봉체를 설치하기 때문에, 선수측 내판용 분할 원판의 선수측 연부에서의 곡률이 큰(곡률 반경이 작은 것과 같음) 구부림 가공이 불필요하여, 제조가 용이하게 되어 선박용 덕트의 제조 비용이 한층 더 저감되고, 공사 기간도 단축된다.

[실시 형태 1: 선박용 덕트 부착 선박]

도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 관한 선박용 덕트 부착 선박의 개요를 나타내는 부분 측면도이다.

도 1에서, 선박용 덕트 부착 선박(1)은, 선체(2)와, 선체(2)의 선미(도면 중 오른쪽)에 돌출하여 설치된 프로펠러(3)와, 선체(2)의 선미에 설치된 선박용 덕트(4)를 가지고 있다.

선박용 덕트(4)는 선체(2)의 양 선측(船側)에 설치되어, 각각 측면에서 보았을 때(선측을 보는 방향과 같음)에 대략 사다리꼴(도면 중, 위치 A - 위치 B - 위치 D - 위치 C를 잇는 선분에 의해 형성됨)이고, 정면에서 보았을 때(선미를 보는 방향과 같음)에 대략 반원(도시하지 않음)이다.

또한, 우현(右舷)에 설치된 선박용 덕트(4)와 좌현(左舷)에 설치된 선박용 덕트(4)는, 서로 면대칭으로서, 선교(船橋) 쪽(도면 중 위쪽)의 범위에서, 선체(2)로부터 떨어진 범위(도면 중 선분 SC의 범위)는 서로 연결되어 있다. 또한, 프로펠러(3)의 중심축을 일점 쇄선(3c)으로, 수면의 일례를 실선(1c)으로 나타내고 있다.

프로펠러(3)의 지름이 「P」일 때, 선박용 덕트(4)의 선미측 지름 D1(위치 C - 위치 D의 거리, 도 5 참조), 선박용 덕트(4)의 위쪽 길이 M1(선분 AC의 길이, 도 5 참조), 선박용 덕트(4)의 아래쪽 길이 N1(선분 BD의 길이, 도 5 참조) 및, 선박용 덕트(4)의 선수 방향으로 지름을 넓히는 비율 θ(도면 중, 선분 AC와 중심축(5c)이 이루는 각도, 선분 BD와 중심축(5c)이 이루는 각도, 도 5 참조)는 둘레 방향으로 일정하며, 각각 이하의 범위에 있다.

0.40 × P < D1 < 1.0 × P

O.40 × P < M1 < 1.0 × P

O.02 × P < N1 < 1.0 × P

N1 ≤ M1

5°< θ < 20°

[실시 형태 2: 선박용 덕트 ― 1]

도 2는, 본 발명의 실시 형태 2에 관한 선박용 덕트의 개요를 나타내는 측면도이다.

도 2에서, 선박용 덕트(4)는, 도 1에 나타내는 선박용 덕트 부착 선박(1)의 우현(右舷)에 설치되는 것이다.

선박용 덕트(4)는, 선수측이 선미측보다도 지름이 크고, 위쪽(선교측 또는 수면측에 상당함)이 아래쪽(선저측(船底側) 또는 해저측(海底側)에 상당함)보다도 긴 원추의 일부인 덕트 외판(10)과, 덕트 외판(10)의 내부에 수용되고, 위쪽이 아래쪽보다 긴 통 모양의 선미측 내판(20)과, 덕트 외판(10)의 내부에 수용된 선수측 내판(30)을 가지고 있다.

그리고, 덕트 외판(10)의 선미측 연부(12)(위치 C와 위치 D를 잇는 원호)와 선미측 내판(20)의 선미측 연부(22)(위치 G와 위치 H를 잇는 원호)가 접속되고, 덕트 외판(10)의 선수측 연부(11)(위치 A와 위치 B를 잇는 원호)와 선수측 내판(30)의 선수측 연부(31)(위치 J와 위치 K를 잇는 원호)가 접속되며, 또한, 선수측 내판(30)의 선미측 연부(32)(위치 L과 위치 M을 잇는 원호)와 선미측 내판(20)의 선수측 연부(21)(위치 E와 위치 F를 잇는 원호)가 접속되어 있다.

도 3은, 도 2에 나타내는 선박용 덕트의 단면 형상을 설명하는 모식도이다.

선박용 덕트(4)의 축심을 포함하는 면에서의 형상(「단면 형상」이라고 함)은, 둘레 방향에서 상사(相似)(기하학적으로 엄밀한 상사를 의미하는 것은 아님)이기 때문에, 선박용 덕트(4)는, 단면 직선 모양의 덕트 외판(10) 및 선미측 내판(20), 곡선 모양 단면의 선수측 내판(30)을 가지게 된다.

즉, 선박용 덕트(4)의 단면은, 선수측 내판(30)에만 3차원적인 곡선을 가질 뿐이므로 종래의 날개형에 비해 제조가 매우 용이하고, 제조 비용이 저렴하게 된다.

도 3에서, 둘레 방향의 소정 위치에서의 단면에 대하여, 덕트 외판(10)(원추의 일부)의 능선(13)의 길이를 「L1」, 선미측 내판(20)(원통의 일부)의 능선(23)의 길이를 「L2」, 능선(13)과 능선(23)이 이루는 각도를 「θ」로 하면,

L1 > L2 > 0.3 × L1

20° > θ > 0°

의 관계에 있다.

또한, 선수측 내판(30)의 능선(33)은 매끄럽게 3차원적으로 구부러진 것으로서, 단일 원호, 복수 원호가 매끄럽게 연속한 것, 혹은, 해석 곡선(예를 들면, 사인 커브(sine curve), 인벌류트(involute) 등)이나 자유 곡선 등이며, 한정하는 것은 아니다. 또한, 선수측 내판(30)은, 소정 형상으로 성형된 선수측 내판용 분할 원판을 서로 접속하여 제조되는 것이다(이에 대해서는 별도 상세히 설명함).

또한, 상기에서는, 선미측 내판(20)이 원통의 일부일 경우를 나타내는데, 선미측 내판(20)을 곡률이 작은 나팔꽃 모양(곡률 반경이 큼)으로 하더라도, 곡률이 큰 범위가 선수측 내판(30)에 한정되므로, 상기와 같이 제조가 매우 용이하며, 제조 비용이 저렴해진다.

또한, 덕트 외판(10)은 위쪽이 아래쪽보다도 긴 것을 나타내는데, 위쪽과 아래쪽의 길이가 같아도 좋다.

[실시 형태 3: 선박용 덕트 - 2]

도 4는, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 선박용 덕트의 개요를 나타내는 측면도이다.

도 4에서, 선박용 덕트(5)는 덕트 외판(10)의 선수측 연부(11)를 따라서 관체(40)가 설치되고, 관체(40)에 선수측 내판(30)의 선수측 연부(31)가 접합되어 있다.

즉, 관체(40)를 가지는 점(点)에서 실시 형태 2(도 2)에 나타내는 선박용 덕트(4)와 다르고, 그 밖의 점은 선박용 덕트(4)와 같다. 또한, 실시 형태 2와 같은 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 일부의 설명을 생략한다.

따라서, 선박용 덕트(5)는 선박용 덕트(4)가 나타내는 효과를 나타냄과 동시에, 덕트 외판(10)과 선수측 내판(30)의 접합이 용이하게 되어, 선수측 내판(30)의 선수측 연부(31)에서의 곡률이 큰 가공을 생략할 수 있으므로, 선수측 내판(30)의 제조가 용이하게 된다.

또한, 덕트 외판(10)과 선수측 내판(30)의 접합부에 관체(40)가 위치하기 때문에 강성이나 내구성이 향상된다. 또한, 관체(40) 대신에 봉체를 설치하더라도 같은 작용 효과를 나타낼 수 있다.

(에너지 절약 효과)

다음으로, 선박용 덕트(5)와, 선박용 덕트(5)와 같은 치수로 덕트 면(面)의 형상으로 유선형의 날개형(NACA 4415)을 이용한 경우의 종래형 선박용 덕트(덕트형 에너지 절약 장치와 같음)의 에너지 절약 효과의 비교를 나타낸다.

그 비교는, 전장 8m의 모형선(模型船)을 이용하여 길이 240m, 폭 18m, 깊이8m의 선형((船型) 시험 수조로 실시했다. 공시모형선(供試模型船)의 선형(船型)은 대형 광석 운반선이다.

도 5는, 본 발명의 에너지 절약 효과의 비교에 이용한 선박용 덕트를 설명하는 모식도로서, (a)는 선박용 덕트(5)의 측면에서 본 형상, (b)는 선박용 덕트(5)의 단면 형상, (c)는 종래형 선박용 덕트의 단면 형상이다. 또한, 실시 형태 1과 같은 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 일부의 설명을 생략한다.

비교에 이용한 선박용 덕트(5)의 제원은 다음과 같다.

P = 240mm

D1 = 0.6 × P

M1 = 0.557 × P

N1 = 0.O73 × P

L2 = 0.6 × L1 (단, M1 ≥ L ≥ N1 )

θ = 10.0°

표 1에 상기 비교 결과를 나타낸다. 즉, 만재(滿載) 상태에서의 선박용 덕트(에너지 절약 장치와 같음)를 장착하지 않은 경우의 마력을 100으로 했을 때, 종래형 선박용 덕트를 설치하면 마력은 95.4로, 본 발명의 선박용 덕트(5)를 설치하면 마력은 93.5로 감소하고 있다.

따라서, 본 발명의 선박용 덕트(5)를 설치하면 종래형 선박용 덕트를 설치한 경우에 비해, 약 1.9％정도 작아지는 것을 알 수 있다.

이로부터, 직선 모양의 능선을 가지는 본 발명의 선박용 덕트(5)는, 날개형 단면의 종래형 선박용 덕트에 비해, 같은 정도 내지 동등 이상의 에너지 절약 효과를 나타내는 것을 알 수 있다.

<표1>

	마력비교
없음	100.0
종래형의 선박용 덕트(5)	95.4
본 발명	93.5

도 6은, 본 발명의 실시 형태 3에 관한 선박용 덕트의 에너지 절약 효과를 설명하는 모식도이다.

도 6에서, 선박용 덕트(5)는, 영각(迎角: angle of attack)으로써 흘러드는 흐름을 잡고, 이로써 선박용 덕트(5)에 경사진 앞쪽으로 양력(揚力) Q가 생기며 그 앞쪽으로의 성분을 추력 R로서 회수함으로써, 마력 저감을 점차 이루어서 에너지 절약 효과를 나타내고 있다.

추력 R은 구체적으로는, 점성(粘性) 압력 저항의 저감, 추력 감소 계수의 증 대라는 형태로 나타난다.

또한, 선박용 덕트(5)가 흐름에 대해 미치는 작용은, 반류 이득(伴流利得)이라는 형태로 마력 저감에 기여한다.

따라서, 추력에 의한 기여를 크게 하기 위해서는, 양항비(揚抗比: lift drag ratio)가 큰 단면 형상을 채용할 필요가 있다. 결국 자기 자신의 저항(항력)은 작고, 양력 Q(앞쪽으로의 성분이 추력 R이 됨)가 큰 단면이 좋다는 것이다.

도 7은, 양항비를 비교하는 CFD 시뮬레이션 결과로서, 종축(縱軸)은 양항비, 횡축(橫軸)은 영각도(迎角度)이다. 즉, 실제 선박에 장착한 경우의 레이놀즈수(Reynolds number) 2.8× 10⁷으로, 종래형 선박용 덕트(NACA 4415)와 본 발명의 선박용 덕트(5)에 대하여, CFD 시뮬레이션(유한 체적법: 난류 모델 k-ωmodel)을 실시한 결과이다.

도 7로부터, 본 발명의 선박용 덕트(5)의 양항비가, 영각 5.0°이상의 대부분의 영역에서 종래형 선박용 덕트보다 큰 것을 알 수 있다. 이로써 저항 저감에 기여하는 추력 R을 크게 발생할 수 있다.

즉, 대폭적으로 직선 모양의 능선을 이용한 본 발명의 선박용 덕트(5)에서도, 우수한 에너지 절약 효과가 가능하다는 것을 나타내고 있다.

[실시 형태 4: 선박용 덕트의 제조 방법 - 1]

도 8은, 본 발명의 실시 형태 4에 관한 선박용 덕트의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 8에서, 이해를 돕기 위하여, 정면에서 보았을 때 반원(半圓)인 한 쌍의 선박용 덕트(4)를 서로 접합하여, 둥근 고리(圓環) 모양의 선박용 덕트(6)를 제조하는 경우를 나타내고 있는데, 통상은 정면에서 보았을 때 반원인 선박용 덕트(4)가 각각 선체(2)의 양현(兩舷)에 설치되고, 도중에 선체(2)의 일부를 가지는 근사적(近似的)인 둥근 고리가 형성되는 것이다.

선박용 덕트(6)의 제조 방법은,

(a) 외주연(11)과 내주연(12)의 거리가 한쪽의 측연(側緣)에 가까울수록 증대하는 대략 부채꼴 모양의 덕트 외판용 원판을, 원추의 일부를 형성하도록 성형하여 덕트 외판(10a, 10b)을 제조하고, 양자를 접합하여 둥근 고리 모양으로 하는 공정(도 8의 (a) 참조)과,

(b) 한쪽의 빗변(22)이 밑변에 수직이고, 다른 쪽의 빗변(21)이 윗변에 가까울수록 증대하는 대략 사다리꼴의 선미측 내판용 원판을, 원통의 일부를 형성하도록 성형하여 선미측 내판(20a, 20b)을 제조하고, 양자를 접합하여 둥근 고리 모양으로 하는 공정(도 8의 (b)참조)과,

(c) 외주연(31)과 내주연(32)의 거리가 변동하는 대략 부채꼴 모양의 복수의 선수측 내판용 분할 원판(301a, 302b …)을, 각각 단면 원호 모양으로 형성하고, 각각 측연끼리 접합하여 선수측 내판(30a)을 제조하며, 마찬가지로 선수측 내판(30b)을 제조하고, 양자를 접합하여 둥근 고리 모양으로 하는 공정(도 8의 (c) 참조)과,

(d) 둥근 고리 모양으로 제조된 덕트 외판(10)의 내부에 수용된 상태에서, 선미측 내판(20)의 선미측 연부(22)를 덕트 외판(10)의 선미측 연부(12)에 접속하 는 동시에, 선수측 내판(30)의 선수측 연부(31)를 덕트 외판(10)의 선수측 연부(11)에 접속하고, 선수측 내판(30)의 선미측 연부(32)를 선미측 내판(20)의 선수측 연부(21)에 접속하는 공정(도 8의 (d) 참조)을 가지고 있다.

따라서, 선박용 덕트(6)는 상기 3체(體)의 블록을 제조한 후, 이것들을 접합하여 제조하므로, 제조가 간소해져 제조 비용이 저감된다.

즉, 덕트 외판(10a, 10b)은, 소정 형상의 평판을 원추 모양으로 구부림 가공하므로, 복잡한 3차원 가공이 불필요하여 공수가 반감된다.

특히, 종래에는, 선수측 연부에 3차원적으로 곡률이 큰 곡면을 형성할 필요가 있기 때문에, 구부림 가공을 하는 경우에는 숙련공을 필요로 하여 공수의 증대를 초래한다든지, 또는 기계 가공을 하는 경우에는 특정한 설비를 필요로 하게 되어 가공 비용의 상승을 초래했었다.

또한, 선미측 내판(20a, 20b)은 원통 모양이므로, 덕트 외판(10a, 10b)과 마찬가지로, 복잡한 3차원 가공이 불필요하게 된다.

또한, 선수측 내판(30a, 30b)의 제조에서는, 종래와 마찬가지로 복잡한 3차원 가공이 필요하다. 그러나, 복잡한 3차원 가공을 필요로 하는 범위가 선수측 내판(30a, 30b)의 선수측 연부(31a, 31b)에 한정되고, 그 이외의 범위(덕트 외판(10a, 10b) 및 선미측 내판(20a, 20b))은 2차원 형상으로서, 성형이 용이하므로 제조 비용이 대폭 감소된다.

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또한, 내외면의 직선 모양의 능선을 가지는 부분은, 롤러 구부림이나 간이한 프레스 가공 등의 용이한 방법을 채용할 수 있는 부분이 늘어나므로, 그 만큼의 가공 공수도 더욱 감소하게 된다. 그리고 이러한 공수의 감소에 따라, 공사 기간의 단축이나 제조 비용의 저감이 가능하게 된다.

이상은, 각각 1장의 원판으로부터, 정면에서 보았을 때 반원 모양인 덕트 외판(10a, 10b), 선미측 내판(20a, 20b)을 제조하고 있는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 상기 원판을 복수로 분할하여 선미측 내판용 분할 원판을 이용하고, 그 선미측 내판용 분할 원판을 구부림 가공한 뒤 서로 접합하게 해도 좋다.

또한, 광폭(廣幅)의 원판을 이용하고, 그 광폭의 원판을 둥근 고리 모양으로 성형해도 좋다. 또한, 선수측 내판(30a)(선수측 내판(30b)에서도 같음)을 제조하기 위한 선수측 내판용 분할 원판(301a, 302b …)의 수량은 한정되는 것은 아니며, 각각의 크기(분할 각도)가 일정할 필요는 없다.

또한, 외주연과 내주연의 거리가 일정한 부채꼴 모양의 덕트 외판용 원판과, 윗변과 밑변이 평행한 사다리꼴의 선미측 내판용 분할 원판과, 외주연과 내주연의 거리가 일정한 부채꼴 모양의 복수의 선수측 내판용 분할 원판을 이용하는 것만으로, 위쪽 및 아래쪽의 길이가 같은 원추의 일부인 덕트 외판이나, 위쪽 및 아래쪽의 길이가 같은 통의 일부인 선미측 내판을 가지는 선박용 덕트를 제조할 수 있으므로, 이러한 선박용 덕트(측면에서 보았을 때 사다리꼴)의 제조 방법은, 본 발명의 선박용 덕트(측면에서 보았을 때 대변이 평행하지 않은 직사각형)의 제조 방법에 포함되는 것이다.

[실시 형태 5: 선박용 덕트의 제조 방법 - 2]

도 8에 나타내는 본 발명의 실시 형태 4에 관한 선박용 덕트의 제조 방법은, 선수측 내판(30a, 30b)을 제조하여 둥근 고리 모양으로 한 후, 둥근 고리 모양의 덕트 외판(10a, 10b) 등에 접합하는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고, 둥근 고리 모양의 덕트 외판(10a, 10b)에 둥근 고리 모양의 선미측 내판(20a, 20b)을 접합한 후에 각각 단면 원호 모양으로 형성된 선수측 내판용 분할 원판(301a, 302b …)을, 둥근 고리 모양의 덕트 외판(10a, 10b) 등에 접합한다. 즉, 선수측 내판(30a, 30b)을 일단 둥근 고리 모양으로 제조하는 공정을 줄인다(도시하지 않음).

[실시 형태 6: 선박용 덕트의 제조 방법 - 3]

도 9는, 본 발명의 실시 형태 6에 관한 선박용 덕트의 제조 방법을 설명하기 위한 모식도이다.

도 9에서, 선박용 덕트(7)의 제조 방법은, 분할 덕트(710, 720, 730)를 제조한 후, 이것들을 접합하여 선박용 덕트(7)를 완성하는 것이다.

(a) 덕트 외판용 분할 원판을, 원추의 일부를 형성하도록 성형하여 덕트 분할 외판(711)을 제조하고,

(b) 선미측 내판용 분할 원판을, 원통의 일부를 형성하도록 성형하여 선미측 분할 내판(712)을 제조하고,

(c) 선수측 내판용 분할 원판(713a, 713b, 713c)을, 각각 단면 원호 모양으 로 형성하고 각각 측연끼리 접합하여 선수측 분할 내판(713)을 제조하고,

(d) 덕트 분할 외판(711)과 선미측 분할 내판(712), 선수측 분할 내판(713)을, 실시 형태(4)에 준해 접합하여, 분할 덕트(710)를 완성하고,

(e) 마찬가지로 하여, 분할 덕트(720, 730)를 완성하고,

(f) 분할 덕트(710, 720, 730)를 서로 접합하여 선박용 덕트(7)를 완성한다.

또한, 선수측 분할 내판(713, 723, 733)은, 3분할된 선수측 내판용 분할 원판(713a, 713b, 713c …)으로 제조되는 것을 나타내는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니라, 각각 1장의 원판으로 제조해도 좋고, 4장 이상의 선수측 내판용 분할 원판으로 제조해도 좋다.

[실시 형태 7: 선박용 덕트의 제조 방법 - 4]

도 10은, 본 발명의 실시 형태 7에 관한 선박용 덕트의 제조 방법을 설명하기 위한 모식 단면도이다.

도 10에서, 선박용 덕트(8)의 제조 방법은, 덕트 외판(10)의 선수측 연부(11)를 따라서 관체(40)를 설치하고, 관체(40)에 선수측 내판(30)의 선수측 연부(31)를 접합하는 것이다.

따라서, 선박용 덕트(8)의 선수측 연부의 정확한 위치 결정이 용이하게 된다. 또한, 관체(40)가 정확하고 큰 곡률을 구비하므로, 선수측 내판(30)의 선수측 연부(31)를 큰 곡률로 가공할 필요가 없어져, 선수측 내판(30)의 제조가 더욱 용이하게 된다.

또한, 덕트 외판(10)의 선수측 연부(11)와 선수측 내판(30)의 선수측 연 부(31)를 직접 접합한 경우에는, 접합부에 「각(角)」이 생기고, 선수측 연부의 외면을 매끄럽게 하는 작업이 필요했었는데, 선박용 덕트(8)에서는 관체(40)를 설치함으로써 이러한 작업이 불필요하게 된다. 따라서, 공작성이 향상되고, 제조 비용이 저감된다.

또한, 관체(40)는 1개의 관체를 둥근 고리 모양 또는 반 둥근 고리 모양으로 형성한 것이어도 좋고, 복수의 분할 관체를 서로 접합하여 형성한 것이어도 좋다. 또한, 관체(40)는 실시 형태 4 ~ 6(선박용 덕트의 제조 방법 - 1 ~ 3)의 어느 하나에서도 실시할 수 있는 것이다.

예를 들면, 실시 형태 5(선박용 덕트의 제조 방법 - 2)에서 실시하는 경우에는, 둥근 고리 모양의 덕트 외판(10a, 10b)의 선수측 연부(11a, 11b)에 관체(40)를 설치하고, 덕트 외판(10a, 10b)의 선미측 연부(12a, 12b)에 둥근 고리 모양의 선미측 내판(20a, 20b)을 접합한 후에, 각각 단면 원호 모양으로 형성된 선수측 내판용 분할 원판(301a, 302b …)의 선수측 연부를 관체(40)에 접합하고, 선수측 내판용 분할 원판(301a, 302b …)의 선미측 연부를 선미측 내판(20a, 20b)의 선수측 연부(21a, 21b)에 접합하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해, 제조 비용의 저감 및 공사 기간의 단축이 가능하게 됨과 동시에, 추진 성능의 유지 또는 향상을 도모할 수 있으므로, 각종 선형 선박의 에너지 절약 장치 및 그 제조 방법으로서 널리 이용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 관한 선박용 덕트 부착 선박의 개요를 나타내는 부분 측면도.

도 2는 본 발명의 실시 형태 2에 관한 선박용 덕트의 개요를 나타내는 측면도.

도 3은 도 2에 나타내는 선박용 덕트의 단면 형상을 설명하는 모식도.

도 4는 본 발명의 실시 형태 3에 관한 선박용 덕트의 개요를 나타내는 측면도.

도 5는 본 발명의 에너지 절약 효과의 비교에 이용한 선박용 덕트를 설명하는 모식도.

도 6은 본 발명의 실시 형태 3에 관한 선박용 덕트의 에너지 절약 효과를 설명하는 모식도.

도 7은 CFD 시뮬레이션 결과를 나타내는 양항비(揚抗比)-영각도(迎角度)의 상관선도(相關線圖).

도 8은 본 발명의 실시 형태 4에 관한 선박용 덕트의 제조 방법을 설명하는 모식도.

도 9는 본 발명의 실시 형태 6에 관한 선박용 덕트의 제조 방법을 설명하는 모식도.

도 10은 본 발명의 실시 형태 7에 관한 선박용 덕트의 제조 방법을 설명하는 단면도.

[부호의 설명]

1: 선박

2: 선체

3: 프로펠러

4: 선박용 덕트(실시 형태 1)

5: 선박용 덕트(실시 형태 2)

6: 선박용 덕트(실시 형태 4)

7: 선박용 덕트(실시 형태 6)

8: 선박용 덕트(실시 형태 7)

10: 덕트 외판

11: 선수측 연부(緣部)

12: 선미측 연부

13: 능선

20: 선미측 내판

21: 선수측 연부

22: 선미측 연부

23: 능선

30: 선수측 내판

31: 선수측 연부

32: 선미측 연부

33: 능선

40: 관체

710: 분할 덕트

711: 덕트 분할 외판

712: 선미측 분할 내판

713: 선수측 분할 내판

720: 분할 덕트

Claims

선수측이 선미측보다도 지름이 큰 원추의 일부인 덕트 외판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판 선미측 연부(緣部)에 접속된 통(筒)의 일부인 선미측 내판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선수측 연부와 상기 선미측 내판의 선수측 연부를 매끄럽게 연결하는 선수측 내판을 포함하는

선체의 선미부에 설치되는 선박용 덕트.
제1항에 있어서,

상기 덕트 외판의 위쪽이 아래쪽보다도 길고, 또한, 상기 선미측 내판의 위쪽이 아래쪽보다 긴 것을 특징으로 하는

선박용 덕트.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 선미측 내판이 원통의 일부인 것을 특징으로 하는

선박용 덕트.
제1항에 있어서,

상기 덕트의 축심을 포함하는 단면에서의 상기 선수측 내판의 형상이, 단일 원호 또는 연속하는 복수 원호로 이루어진 것을 특징으로 하는

선박용 덕트.
제1항에 있어서,

상기 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관재(管材) 또는 봉재(俸材)가 설치되고,

상기 관재 또는 봉재에, 상기 선수측 내판의 선수측 연부가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는

선박용 덕트.
선체와,

상기 선체의 선미에 돌출하여 설치된 프로펠러와,

상기 선체의 선미에 설치된 제1항에 기재한 선박용 덕트를 포함하는

선박용 덕트 부착 선박.
선수측이 선미측보다도 지름이 크고, 위쪽이 아래쪽보다도 긴 원추의 일부인 덕트 외판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선미측 연부에 접속되고, 위쪽이 아래쪽보다 긴 통 모양의 선미측 내판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선수측 연부와 상기 선미측 내판의 선수측 연부를 매끄럽게 연결하는 선수측 내판을 포함하는 선체의 선미부에 설치되는 선박용 덕트의 제조 방법에 있어서,

외주연과 내주연의 거리가 한쪽의 측연에 가까울수록 증대하는 부채 모양의 덕트 외판용 원판을, 원추의 일부를 형성하도록 성형하여 상기 덕트 외판을 제조하는 공정과,

한쪽의 빗변이 밑변에 수직이고, 다른 쪽의 빗변이 윗변에 가까울수록 증대하는 사다리꼴의 선미측 내판용 원판을, 원통의 일부를 형성하도록 성형하여 선미측 내판을 제조하는 공정과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서, 상기 선미측 내판의 선미측 연부를 상기 덕트 외판의 선미측 연부에 접속하는 공정과,

외주연과 내주연의 거리가 변동하는 부채 모양의 복수의 선수측 내판용 분할 원판을 각각 단면 원호 모양으로 형성하고, 각각 측연끼리 접합하여 상기 선수측 내판을 제조하는 공정과,

상기 선수측 내판의 선수측 연부를 상기 덕트 외판의 선수측 연부에 접속하고, 상기 선수측 내판의 선미측 연부를 상기 선미측 내판의 선수측 연부에 접속하여 상기 선박용 덕트를 완성하는 공정을 포함하는

선박용 덕트의 제조 방법.
제7항에 있어서,

상기 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관체 또는 봉체를 설치하는 공정을 포함하며,

상기 덕트 외판의 선수측 연부에 상기 관체 또는 봉체를 접속하고, 상기 관체 또는 봉체에 상기 선수측 내판의 선수측 연부를 접속하는 것을 특징으로 하는

선박용 덕트의 제조 방법.
선수측이 선미측보다도 지름이 크고, 위쪽이 아래쪽보다도 긴 원추의 일부인 덕트 외판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선미측 연부에 접속되고, 위쪽이 아래쪽보다 긴 통 모양의 선미측 내판과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서 상기 덕트 외판의 선수측 연부와 상기 선미측 내판의 선수측 연부를 매끄럽게 연결하는 선수측 내판을 포함하는 선체의 선미부에 설치되는 선박용 덕트의 제조 방법에 있어서,

외주연과 내주연의 거리가 한쪽의 측연에 가까울수록 증대하는 부채 모양의 덕트 외판용 원판을, 원추의 일부를 형성하도록 성형하여 상기 덕트 외판을 제조하는 공정과,

한쪽의 빗변이 밑변에 수직이고, 다른 쪽의 빗변이 윗변에 가까울수록 증대하는 사다리꼴의 선미측 내판용 원판을, 원통의 일부를 형성하도록 성형하여 선미측 내판을 제조하는 공정과,

상기 덕트 외판의 내부에 수용된 상태에서, 상기 선미측 내판의 선미측 연부를 상기 덕트 외판의 선미측 연부에 접속하는 공정과,

외주연과 내주연의 거리가 변동하는 부채 모양의 복수의 선수측 내판용 분할 원판을 각각 단면 원호 모양으로 형성하는 공정과,

상기 단면 원호 모양으로 형성된 선수측 내판용 분할 원판의 선수측 연부를 상기 덕트 외판의 선수측 연부에 접속하고, 상기 선수측 내판용 분할 원판의 선미측 연부를 상기 선미측 내판의 선수측 연부에 접속하는 공정과,

상기 덕트 외판의 선수측 연부 및 상기 선미측 내판의 선수측 연부에 접속된 상기 선수측 내판용 분할 원판끼리 접합하여 상기 선박용 덕트를 완성하는 공정을 포함하는

선박용 덕트의 제조 방법.
제9항에 있어서,

상기 덕트 외판의 선수측 연부를 따라서 관체 또는 봉체를 설치하는 공정을 포함하며,

상기 덕트 외판의 선수측 연부에 상기 관체 또는 봉체를 접속하고,

상기 관체 또는 봉체에, 상기 단면 원호 모양으로 형성된 선수측 내판용 분할 원판의 선수측 연부를 접속하는 것을 특징으로 하는

선박용 덕트의 제조 방법.