KR101046088B1 - 선미 덕트 및 그것을 부착한 선박 - Google Patents

Abstract

선박의 추진 성능을 종래의 날개형(翼型) 선미 덕트와 비슷하게 하는 동시에, 생산 효율을 비약적으로 향상시킨 선미 덕트 및 그것을 부착한 선박을 제공하고자 하는 것이다.

선박의 프로펠러(2) 전방에 부착하는 통(筒) 모양의 선미 덕트(10a ~ 10c)는, 그 단면 형상을 사각형 모양(예를 들면, 대략 직사각형 모양이나 대략 사다리꼴 모양)이나 모든 변(邊)을 직선 형상으로 하는 1장 또는 복수장의 평판(平板)이나 판(板)으로 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

선미 덕트 및 그것을 부착한 선박 {STERN DUCT AND SHIP EQUIPPED WITH THE SAME}

본 발명은, 선박의 프로펠러 전방에 부착되는 선미 덕트 및 그것을 부착한 선박에 관한 것이다.

최근 환경 문제의 관점에서, 지구 온난화 방지나 대기 오염 방지 등이 분야를 막론하고 가장 중요한 과제가 되고 있다.

선박에 있어서도, 에너지 효율의 향상이나 온실 효과 가스(이산화탄소)의 배출 억제가 강하게 요구되고 있다.

선박의 에너지 효율, 즉 선박의 추진 효율 향상을 도모하기 위하여, 에너지 절약 추진 장치나 에너지 절약 장치(Device)라고 불리는 장치를 선체에 부착하는 경우가 증가하고 있다. 이 에너지 절약 장치는, 선박의 프로펠러 전방에 부착되는 링(ring) 모양의 노즐이나 덕트가 종래부터 존재하고 있다.

이러한 노즐이나 덕트는, 프로펠러 작동 시, 흡인(吸引) 작용에 의해 덕트 자체에 발생하는 추력(thrust)과, 전방에서의 유체의 흐름을 정류하여 프로펠러 면에 초래하는 반류(伴流) 이득에 의해 추진 효율을 향상시키는 것이다.

이러한 이유로, 노즐이나 덕트는, 그 단면 형상을 날개형 또는 유선형으로 하는 것이 일반적이다. 즉, 노즐이나 덕트의 단면 형상을 내측에 곡면을 갖는 형상으로 함으로써, 양력(揚力)이 더 크고, 정류(整流) 작용이 더 높은 것으로 할 수 있었다.

그리하여,「선체의 선미부(船尾部) 근방 양현(兩舷)에 있어서, 정면 형상이 링 모양으로, 측면 형상이 대략 역삼각형 모양의 노즐을 부착한 것을 특징으로 하는 선박」이 제안되고 있다 (예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이 노즐(덕트)은, 단면 형상이 날개형으로 되어 있고, 선박의 진행 중에 노즐에 발생하는 양력을 이용하여 추력을 얻게 되는 것이다. 즉, 추력을 분담함으로써 프로펠러 하중도(荷重度)를 저감하고, 전체의 추력 향상을 도모한다.

또한, 「선체 선미부와 프로펠러 사이에, 측면에서 본 형상이 거의 역삼각형 모양의 링 모양 노즐을 설치하고, 또한 이 노즐 후단부의 지름이 프로펠러 지름의 50% ~ 80％의 크기가 되도록 하는 동시에, 노즐 후단면과 프로펠러 외주 선단부의 수평 거리가 프로펠러 지름의 10% ~ 30％가 되도록 한 것을 특징으로 하는 선박」이 제안되고 있다 (예를 들면, 특허문헌 2 참조).

이 선박에 설치된 노즐(덕트)도, 단면 형상이 날개형으로 되어 있고, 같은 효과에 의해 추진 효율의 향상을 도모하고 있다.

또한, 「선박 선미부와 프로펠러 사이에 설치되는 덕트에 있어서, 단면 길이(코드 길이)를, 상반(上半) 부분에서는 거의 일정하게 하고, 하반(下半) 부분에서는 아래쪽을 향해 서서히 작게 형성하는 것을 특징으로 하는 선박의 추진 효율 향상용 덕트」가 제안되고 있다 (예를 들면, 특허문헌 3 참조).

이 추진 효율 향상용 덕트는, 덕트의 하단부에서 발생하는 항력(抗力)을 감소시킴과 동시에, 덕트의 상반 부분에서 추력의 향상을 도모하고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특개소 54-115892호 공보

[특허문헌 2] 일본 실개평 3-17996호 공보

[특허문헌 3] 일본 특개 2002-220089호 공보

특허문헌 1 ~ 3에 기재되어 있는 노즐 및 덕트는, 그 단면 형상이 모두 내측에 곡면을 가지는 날개형(유선형)이었다. 즉, 이들 노즐 및 덕트는, 선박의 에너지 효율에 대한 관점만을 고려하면 커다란 공헌을 다한 것이었다.

그러나 이러한 형상은, 그 곡면을 제조하는 공작상(工作上), 제조에 필요한 수고, 비용 및 시간이 너무 많이 든다는 문제가 있었다. 즉, 생산 효율이 낮은 것이다. 생산 효율을 높게 하기 위해서는, 노즐 및 덕트의 단면 형상을 간이한 형상으로 하는 것을 생각할 수 있다.

간이한 단면 형상이라면, 생산 효율을 확실하게 향상시킬 수 있다. 그러나 간단하게, 간이한 단면 형상으로 바꾸는 것만으로는, 덕트에 의한 에너지 회수 효과가 작아져 버린다. 그러면, 덕트에서의 저항이 증가하게 되고, 오히려 선박의 마력 증가를 유발하게 될지도 모른다.

따라서, 추진 효율과 생산 효율의 밸런스에 근거하여 덕트의 단면 형상을 결 정하는 것이 바람직하다. 즉, 추진 효율에 있어서는 선박의 에너지 소비를, 생산 효율에 있어서는 수고, 시간 및 비용을 각각 고려하여, 가장 적합한 덕트의 단면 형상을 결정하는 것이 바람직한 것이다.

본 발명은, 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 선박의 추진 성능을 종래의 날개형 선미 덕트와 비슷하게, 또는 그 이상으로 하는 동시에, 생산 효율을 비약적으로 향상시킨 선미 덕트 및 그것을 부착한 선박을 제공하는 것이다.

본 발명에 관한 덕트는, 선박의 프로펠러 전방에 부착하는 통(筒) 모양의 선미 덕트로서, 사각형 모양의 단면 형상을 가지는 1개 또는 복수의 평판(平板)으로 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 선미 덕트는, 선박의 프로펠러 전방에 부착하는 통 모양의 선미 덕트로서, 선미 덕트의 외측 표면의 단면이 직선 형상이고 선미 덕트의 내측 표면의 단면이 볼록부를 갖도록 설치한 판으로 형성한 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 관한 선박은, 상술한 선미 덕트를 부착한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 덕트는, 선박의 프로펠러 전방에 부착하는 통 모양의 선미 덕트로서, 사각형 모양의 단면 형상을 가지는 1개 또는 복수의 평판으로 형성하였으므로, 선미 덕트의 제조에 필요한 수고, 시간 및 비용을 크게 저감할 수 있다.

즉, 선미 덕트의 단면 형상을 대략 직사각형 모양의 평판으로 형성함으로써, 선박의 추진 효율을 극력 유지한 채, 생산 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 선박의 추진 효율 향상과 생산 효율 향상의 균형을 도모할 수 있는 것이다.

본 발명에 관한 덕트는, 선박의 프로펠러 전방에 부착하는 통 모양의 선미 덕트로서, 선미 덕트의 외측 표면의 단면이 직선 형상이고 선미 덕트의 내측 표면의 단면이 볼록부를 갖도록 설치한 판으로 형성하므로, 선미 덕트의 제조에 필요한 수고, 시간 및 비용을 크게 저감할 수 있다. 즉, 내측 표면을 형성하는 면에 볼록부를 설치한 판으로 선미 덕트를 형성하기 때문에, 종래의 날개형 단면 형상을 가지는 선미 덕트의 형상과 비슷하게 할 수 있다. 따라서, 선박의 추진 효율을 종래의 선미 덕트와 비슷하게 하는 동시에, 생산 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 선박은, 상술한 선미 덕트를 부착하였으므로, 상술한 선미 덕트가 갖는 효과를 전부 가질 수 있다. 따라서, 선박의 추진 효율 향상과 생산 효율 향상의 균형을 도모할 수 있으므로, 에너지 절약에 적합한 선박을 제공하는 것이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 근거하여 설명한다.

도 1은, 4 종류의 선미 덕트(덕트 형상의 에너지 절약 장치)를 선미에 부착한 상태를 나타내는 개략도이다. 도 1에 근거하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 선미 덕트(10a ~ 10c)의 작동 원리를 종래의 선미 덕트(100)와 비교하면서 설명한다.

또한, 도 1(a)는 선미 덕트 10a를 부착한 상태를, 도 1(b)는 선미 덕트 10b를 부착한 상태를, 도 1(c)는 선미 덕트 10c를 부착한 상태를, 도 1(d)는 종래의 선미 덕트(100)를 부착한 상태를 각각 나타내고 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 선미 덕트 10a ~ 10c 및 종래의 선미 덕트(100)는, 선체(1)의 선미로서, 프로펠러(2)의 전방(선수(船首) 쪽)에 부착할 수 있게 되어 있다. 이렇게, 선미 덕트 10a ~ 10c 및 종래의 선미 덕트(100)를 부착하는 것으로, 프로펠러(2)의 흡인 작용에 의해 선미 덕트 10a ~ 10c 및 종래의 선미 덕트(100) 자체에 발생하는 양력(揚力)(화살표 C)을 선박의 추력(화살표 D)으로 이용할 수 있게 된다.

또한, 선미 덕트 10a ~ 10c 및 종래의 선미 덕트(100)를 부착함으로써, 선체(1) 전방으로부터의 유체 흐름(화살표 A)을 정류하고 프로펠러(2)로 보내어(화살표 B), 마찰 반류(伴流)의 확산을 방지할 수 있게 된다.

즉, 선미 덕트 10a ~ 10c 및 종래의 선미 덕트(100)는, 프로펠러(2)의 작동 중에 있어서의 유체의 흡인 작용으로써 선미 덕트 10a ~ 10c 및 종래의 선미 덕트(100) 자체에 발생하는 양력을 이용해 얻은 추력과, 선체(1) 전방으로부터의 유체 흐름을 정류하여 프로펠러(2) 면에 초래하는 반류 이득에 따라 선박 전체의 추진 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

단, 프로펠러(2)의 작동 시에 추력이 발생하는 동시에 유효하게 정류 효과를 올리기 위해서는, 선미 덕트 자체에 발생하는 양력을 크게 해야 하며, 또한, 선미 덕트 자체가 갖는 저항을 매우 작게 하는 것도 고려해야 한다.

그래서, 이러한 것을 만족하기 위해, 도 1(d)에 나타내는 종래의 선미 덕트(100)는, 그 단면 형상이 날개형(유선형)이 되도록 제조되었다.

본 실시 형태에 관한 선미 덕트 10a ~ 10c도, 추진 효율을 향상시킨다고 하는 목적은 종래의 선미 덕트(100)와 마찬가지이다. 그러나 선미 덕트 10a ~ 10c는, 추진 효율을 향상시키는 목적과 더불어, 제조에 필요한 수고, 시간 및 비용의 저감을 도모하는 것도 중요한 목적으로 하고 있다.

즉, 선미 덕트 10a ~ 10c는, 종래의 선미 덕트(100)가 갖는 추진 성능을 극력 유지한 채, 생산 효율을 비약적으로 향상시키는 것을 중요한 목적으로 하고 있는 것이다.

이 목적을 실현하기 위하여, 선미 덕트 10a ~ 10c는, 그 단면 형상을 사각형 모양(예를 들면, 대략 직사각형이나 사다리꼴 모양)이나 모든 변을 직선 형상(예를 들면, 사각형 이외의 다각형 모양)으로 하고 있다.

그리고 이들 선미 덕트 자체에 발생하는 양력을 크게 하는 동시에, 선미 덕트 자체가 가지는 저항을 작게 하기 위하여, 단면의 두께와 영각(迎角/angle of attack)을 최적의 값으로 조정한다(도 5에서 상세히 설명함). 이리하여, 추진 성능을 극력 유지한 채, 생산 효율을 비약적으로 향상시키는 것을 가능하게 하는 것이다.

즉, 단면의 두께를 조정함으로써 선미 덕트 10a ~ 10c 자체의 저항을 가능한 한 작게 하여, 영각을 조정함으로써 선미 덕트 10a ~ 10c 자체에 발생하는 양력을 최대로 하는 것이다.

또한, 선미 덕트 10a ~ 10c의 단면 형상을 사각형 모양(예를 들면, 대략 직사각형이나 대략 사다리꼴 모양)이나 모든 변을 직선 형상으로 함으로써, 생산 효율을 비약적으로 향상시키게 된다.

도 2는, 선미 덕트 10a ~ 10c의 전체 형상을 나타내는 사시도이다.

또한, 도 3은, 선미 덕트 10a ~ 10c의 전체 단면 형상을 나타내는 프로파일도(profile圖)이다.

도 2 및 도 3에 근거하여, 선미 덕트 10a ~ 10c의 형상에 대해 설명한다.

또한, 도 2 및 도 3에서는, 선미 덕트 10a ~ 10c의 전연(前緣) 및 후연(後緣)의 끝점이 곡면이 있는 형상으로 형성되어 있는 경우를 예로 설명한다(끝점의 형상에 대해서는, 도 7에서 상세히 설명함).

선미 덕트 10a ~ 10c는 상술한 바와 같이, 선박의 추진 효율 향상을 도모하기 위하여, 선박 선미부로서, 선박의 프로펠러(2) 전방(선수 쪽)에 부착할 수 있게 되어 있다. 또한, 선미 덕트 10a ~ 10c는, 정면 형상이 링 모양(통 모양)으로서, 전연과 후연을 잇는 코드 라인(code line)의 길이를 아래쪽을 향해 서서히 짧게 한 것이다.

선미 덕트 10a는, 대략 직사각형 모양의 단면 형상을 가지는 평판으로 형성한 것을 특징으로 하고 있다. 이 선미 덕트 10a는, 1장의 평판을 구부려 형성해도 좋고, 주형(鑄型)을 이용하여 형성해도 좋다.

또한, 표면 형상이 대략 직사각형 모양의 평판 1장을 테이퍼형(taper型)의 통 모양으로 형성한 후, 코드 라인의 길이를 아래쪽을 향해 서서히 짧아지도록 재단하여 형성해도 좋다. 또한 선미 덕트 10a를 대략 직사각형 모양의 단면 형상을 가지는 1장의 평판으로 형성하는 것으로만 한정하는 것은 아니며, 대략 직사각형 모양의 단면 형상을 가지는 복수 장의 평판을 연결해 함께 형성해도 좋다. 또한, 선미 덕트 10a는, 테이퍼형이 아니라 각추형(角錐型)이어도 좋다.

선미 덕트 10b는, 대략 사다리꼴 모양의 단면 형상을 가지는 평판으로 형성한 것을 특징으로 하고 있다. 여기에서는, 단면 형상이 대략 사다리꼴 모양으로 되어 있는 경우를 예로 들고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니다.

즉, 단면 형상을 구성하는 상변(上邊)과 하변(下邊)이 평행하지 않도록 형성하면 좋다. 이 선미 덕트 10b는, 1장의 평판을 구부려 형성해도 좋고, 주형을 이용하여 형성해도 좋다.

또한, 표면 형상이 대략 직사각형 모양의 평판 1장을 테이퍼형의 통 모양으로 형성한 후, 코드 라인의 길이를 아래쪽을 향해 서서히 짧아지도록 재단하여 형성해도 좋다.

또한, 선미 덕트 10b를 대략 사다리꼴 모양의 단면 형상을 가지는 1장의 평판으로 형성하는 것으로만 한정하는 것은 아니며, 대략 사다리꼴 모양의 단면 형상을 가지는 복수 장의 평판을 연결해 함께 형성해도 좋다. 여기에서는, 선미 덕트 10a 및 10b의 단면 형상이 대략 직사각형 및 대략 사다리꼴 모양일 경우를 예로 설명했지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 즉, 단면 형상이 사각형 모양을 가지면 좋은 것이다. 또한, 선미 덕트 10b는, 테이퍼형이 아니라 각추형이라도 좋다.

선미 덕트 10c는, 상기 선미 덕트 10c의 외측 표면의 단면이 직선 형상이고 상기 선미 덕트 10c의 내측 표면의 단면이 볼록부(11)를 갖도록 설치한 판으로 형성한 것을 특징으로 하고 있다. 선미 덕트 10c와 같이 내측 표면에 볼록부(11)를 설치했다 하더라도, 단면 형상을 구성하는 모든 변을 대략 직선 형상으로 형성할 수 있다.

즉, 단면 형상을 날개형으로 하지 않고, 날개형과 비슷한 형상의 단면 형상으로 할 수 있는 것이다. 여기에서는, 볼록부(11)를 1개 설치한 경우를 예로 나타내고 있지만, 이것에 한정하는 것은 아니다. 예를 들면, 2개 이상의 볼록부(11)를 설치하여 다각형 모양을 형성해도 좋다.

이 선미 덕트 10c는, 1장의 판을 구부려서 형성해도 좋고, 주형을 이용하여 형성해도 좋다. 또한, 내측 표면에 볼록부(11)를 설치한 단면 형상의 1장의 판을 테이퍼형의 통 모양으로 형성한 후, 코드 라인의 길이를 아래쪽을 향해 서서히 짧아지도록 재단하여 형성해도 좋다.

또한, 선미 덕트 10c를 내측 표면에 볼록부(11)를 설치한 단면 형상을 가지는 1장의 판으로 형성하는 것으로만 한정하는 것은 아니며, 내측 표면에 볼록부(11)를 설치한 단면 형상을 가지는 복수 장의 판을 연결해 함께 형성해도 좋다. 또한, 선미 덕트 10c는, 테이퍼형이 아니라 각추형이라도 좋다.

도 4는, 각(各) 선미 덕트의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 단면도이다.

도 4(a)는 선미 덕트 10a의 단면 형상(케이스 A)을, 도 4(b)는 선미 덕트 10b의 단면 형상(케이스 B)을, 도 4(c)는 선미 덕트 10c의 단면 형상(케이스 C)를 각각 나타내고 있다.

도 4에 근거하여, 각 선미 덕트의 단면 형상에 대해 설명한다. 또한, 케이스 A ~ C에 대해서는, 각각 단면 형상의 호적(好適)한 수치의 범위를 함께 나타내고 있다.

도 4(a) ~ 도 4(c)에 나타내는 바와 같이 선미 덕트 10a ~ 10c의 단면 형상은 종래의 선미 덕트의 날개형(유선형)의 단면 형상이 아닌 것을 특징으로 하고 있다. 즉, 도 2 및 도 3에서 설명했던 바와 같이, 단면 형상을 구성하는 각 변이 직선 형상으로 되어 있는 것이다.

또한, 여기에서 나타내는 값은, 선미 덕트 10a ~ 10c를 20만 톤급의 광석 운반선(鑛石運搬船)에 적용하는 경우를 상정(想定)하여, 1/33의 모형선(模型船)을 이용해 실험한 결과와 CFD계산(시뮬레이션 계산)의 결과로부터 도출해낸 것이다.

케이스 A는, 그 전연 쪽 끝점(端點)의 두께(A1) 및 후연 쪽 끝점의 두께(A1)를 50mm부터 500mm까지의 범위(50mm < A1 < 500mm)에서 형성한 선미 덕트 10a를 예로 들고 있다.

즉, 전연 쪽에서 후연 쪽으로 걸친 단면의 두께가 동일하고, 상변과 하변이 평행하도록 설계되어 있는 것이다. 이러한 형상으로 선미 덕트 10a를 형성하므로, 생산 효율이 비약적으로 향상되게 된다. 또한 여기에서는, 선미 덕트 10a의 전연 및 후연 쪽 끝점이 곡면을 갖도록 모따기(chamfer)(R처리) 되어 있는 경우를 예로 나타내고 있다(도 7 참조).

케이스 B는, 그 전연 쪽 끝점의 두께(B1) 및 후연 쪽 끝점의 두께(B2)를 50mm부터 500mm까지의 범위(50mm < B1 < 500mm, 50mm < B2 < 500mm)에서 형성하는 동시에, B1이 B2보다도 두껍게 (B1>B2) 되도록 형성한 선미 덕트 10b를 예로 나타내고 있다. 즉, 단면 형상의 두께가 전연 쪽의 끝점(B1)에서 후연 쪽의 끝점(B2)을 향해감에 따라 얇아지도록 설계되어 있는 것이다.

이러한 형상으로 선미 덕트 10b를 형성하므로, 날개형으로 생산하는 경우에 비해 생산 효율이 비약적으로 향상하게 된다. 또한 여기에서는, 선미 덕트 10b의 전연 및 후연 쪽의 끝점이 곡면을 갖도록 모따기(R처리) 되어 있는 경우를 예로 나타내고 있다(도 7 참조).

케이스 C는, 그 전연 쪽 끝점의 두께(C1) 및 후연 쪽 끝점의 두께(C2)를 50mm부터 500mm까지의 범위(50mm < C1 < 500mm, 50mm < C2 < 500mm)에서 형성하는 동시에, 전연 쪽과 후연 쪽의 사이에 C1 및 C2보다도 두꺼운 부분 C3(C1 < C3, C2 < C3)을 설치하여 형성한 선미 덕트 10c를 예로 나타내고 있다.

즉, 전연 쪽과 후연 쪽의 사이에 C1 및 C2보다도 두꺼운 부분 C3을 설치하여, 종래의 선미 덕트(100)의 형상과 비슷하게 하는 것이다.

이 C3는, 전연 쪽 끝점의 외측에서 후연 쪽 끝점의 외측에 이르기까지 길이(C5)의 0.20배보다도 얇게 형성하는 범위(50mm < C3 < 0. 20× C5)에서 설계되어 있다.

또한, C3는, C1에서 C3의 중심선에 이르기까지의 길이(C4)를 길이(C5)로 나눈 값이 0.05로부터 0.5까지의 범위(0.05 < C4/C5 < 0.5)에서 전연 쪽과 후연 쪽 사이에 설치되게 된다. 즉, 단면 형상의 두께가 전연 쪽의 끝점에서 C3를 향해감에 따라 두꺼워지고, C3으로부터 후연 쪽의 끝점을 향해감에 따라 얇아지도록 설계되어 있는 것이다.

이러한 형상으로 선미 덕트 10c를 형성하므로, 날개형의 단면 형상을 가지는 종래의 선미 덕트(100)와 비슷한 형상을 가지게 된다.

그러나, 날개형과 같이 유선 형상을 형성하지 않고, 직선으로 형성하는 것이 가능하기 때문에, 날개형으로 생산하는 경우에 비해 생산 효율이 비약적으로 향상하게 된다.

또한, 여기에서는, 선미 덕트 10c의 전연 쪽 및 후연 쪽의 끝점이 곡면을 갖도록 모따기(R처리) 되어 있는 경우를 예로 나타내고 있다(도 7 참조).

다음으로, 마력 저감율에 대해 설명한다.

선박의 추진 효율을 향상시키기 위해서는, 마력 저감율이 높은 것이 바람직하다. 즉, 같은 형태의 선박이라면, 마력 저감율이 높은 것일수록 선박의 추진 효율이 향상되는 것이다.

종래의 선미 덕트(100)는, 마력 저감율의 향상, 즉 추진 효율의 향상을 주요한 관점으로 설계해 왔기 때문에, 단면 형상이 날개형(유선형)이 되도록 제조되었다. 따라서 마력 저감율을 향상시키기 위해서는, 선미 덕트 자체를 복잡한 구조로 해야 했다.

그러나 선미 덕트의 구조가 복잡해질수록, 그 선미 덕트를 제조하기 위해 필요한 수고, 시간 및 비용이 매우 많이 든다는 문제가 있었다.

확실히, 종래의 선미 덕트(100)는, 선박의 에너지 효율 관점만을 고려하자면 큰 공헌을 하는 것이었으나(도 6 참조), 생산 효율이 현저히 낮다는 새로운 문제가 생겨나게 되었다.

도 5는, 선미 덕트의 외형 치수를 설명하기 위한 단면도이다. 도 5에 근거하여, 구체적인 수치를 설정한 경우에 대해 설명한다.

도 5에 있어서, Dp는 프로펠러(2)의 지름을, D1은 후연 쪽 링의 지름을, D3은 전연과 후연을 잇는 최상부(最上部)에 있어서의 코드 라인의 길이를, D4는 전연과 후연을 잇는 최하부의 코드 라인의 길이를, θ1은 D3 및 D4가 수평선과 이루는 각도를 각각 나타내고 있다.

또한 도 5에 나타내는 각 수치는, 프로펠러(2)의 지름을 기준으로 하여 상대적으로 결정되게 된다. 또한, θ1은, 영각을 최적의 값으로 설정하기 위한 각도이다. 또한, 도 5에 나타내는 각 수치는, 도 4에 나타낸 범위 내에서 결정된 것이다.

이들 수치는 아래와 같이 결정하면 좋다.

예를 들면, D1은 Dp의 0.4배부터 Dp까지의 범위(0.4Dp < D1 < Dp)에서, D3은 Dp의 0.4배부터 Dp까지의 범위(0.4Dp < D3 < Dp)에서, D4는 Dp의 0.02배부터 Dp까지의 범위(0.02Dp < D4 < Dp)에서, θ1은 5°부터 20°까지의 범위(5°<θ1 < 20°)에서 각각 결정하면 좋다. 즉, 이러한 조건을 만족하는 수치를 적용하여 각 케이스의 마력 저감율을 산출해 비교 검토할 수 있다.

도 6은, 도 5의 조건을 만족하는 구체적인 수치를 각 케이스에 적용해 산출한 마력 저감율을 나타내는 설명도이다. 또한 여기서 나타내는 구체적인 수치는 일례이며, 여기에서 나타내는 수치로 한정하는 것은 아니다.

도 4(a)에 나타낸 케이스 A의 선미 덕트 10a의 치수를, 예를 들면 패턴 1로서, Dp=8000mm, A1=300mm, D1=4800mm, D3=4460mm, D4=580mm 및 θ1=12°로서 설정하면, 마력 저감율이 6.3％임을 알 수 있었다.

패턴 2로서, Dp=8000mm, A1=200mm, D1=4800mm, D3=4460mm, D4=580mm 및 θ1=12°로서 설정하면, 마력 저감율이 4.1％임을 알 수 있었다.

또한, 도 4(b)에 나타낸 케이스 B의 선미 덕트 10b의 치수를, 예를 들면 Dp=8000mm, B1=300mm, B2=100, D1=4800mm, D3=4460mm, D4=580mm 및 θ1=10°로서 설정하면, 마력 저감율이 9.6％임을 알 수 있었다.

또한, 도 4(c)에 나타낸 케이스 C의 선미 덕트 10c의 치수를, 예를 들면 Dp=8000mm, C1=173mm, C2=100mm, C3=670mm, C4=1338mm, C5=4460mm, D1=4800mm, D3=4460mm, D4=583mm 및 θ1=10°로서 설정하면, 마력 저감율이 9.1%임을 알 수 있었다.

또한, 단면 형상을 날개형으로 한 종래의 선미 덕트(100)의 마력 저감율을, 모형을 제작하여 실험한 결과, 마력 저감율이 8.3％ 정도임을 확인하였다. 즉, 마력 저감율만을 비교하면, 종래의 선미 덕트(100) 쪽이 선미 덕트 10a ~ 10c보다도 높게 되어 있다.

그러나 종래의 선미 덕트(100)는, 그 단면 형상이 날개형(유선형)이 되어 있고, 제조에 필요한 수고, 시간 및 비용이 많이 필요하게 된다는 것은 상술한 대로이다.

따라서 선미 덕트 10a ~ 10c는, 종래의 선미 덕트(100)의 마력 저감율과 비슷하고, 또는, 그 이상으로 함과 동시에, 제조에 필요한 수고, 시간 및 비용을 저감함으로써, 비용 대 효과비(cost performance)가 높아지고 있다.

또한, 마력 저감율에 관해서도, 종래의 선미 덕트(100)가 가지는 마력 저감율을 초과하는 마력 저감율을 실현할 수 있는 수치를 실험 결과 알게 되었다. 앞으로 거듭된 개량과 실험으로부터, 종래의 선미 덕트(100)와 거의 동등하거나 그 이상의 성능을 가지는 것을 제공할 수 있는 가능성이 높다.

구체적으로는, 종래의 선미 덕트(100)를 제조하는 경우와 비교해, 선미 덕트 10a ~ 10c를 제조하는 경우에는 약 20％의 비용 절감 효과가 있음을 알 수 있다. 즉, 마력 저감율을 종래의 선미 덕트(100)가 가지는 마력 저감율과 비슷하게 또는, 그 이상으로 할 수 있는 동시에, 제조에 필요한 비용을 크게 낮출 수 있는 것이다.

즉, 선미 덕트 10a ~ 10c에 따르면, 선박의 추진 성능을 종래의 선미 덕트(100)와 거의 동등하거나 그 이상으로 하는 동시에, 생산 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 것이다.

이어서, 이 실시 형태에 관한 선미 덕트 10a ~ 10c의 마력 저감율의 향상에 대해서 설명한다.

선미 덕트 10a ~ 10c 및 종래의 선미 덕트(100)는, 선미 덕트에 발생하는 추력과, 선미 덕트의 정류 작용 및 선미 덕트의 배제(排除) 두께 효과(단면 형상의 두께)로 선미 덕트의 후류부(後流部)에 흐름이 느린 영역을 발생시켜서 얻은 반류 이득으로써 마력 저감 효과(에너지 절약 효과)를 달성하게 된다.

선미 덕트 10a ~ 10c는, 단면 형상을 날개형으로 하지 않고 간이한 형상으로 구성함으로써 생산 효율을 향상시키는 동시에, 마력 저감율을 종래의 선미 덕트(100)와 비슷하게 또는, 그 이상으로 하는 것을 목적으로 하고 있다.

이 목적을 달성하기 위해서는, 선미 덕트 10a ~ 10c에 발생하는 추력과 반류 이득과의 밸런스를, 종래의 선미 덕트(100)에 발생하는 추력과 반류 이득과의 밸런스로부터 변경하면 좋은 것이다.

즉, 종래의 선미 덕트(100)와 비교한 경우의 저항 성분(더욱 상세하게는, 형상 영향 계수)과, 자항시(自航時)의 저항 증가량(더욱 상세하게는, 추력(推力) 감소 계수의 저감율)을 극력 동등하게 변경하고, 또한, 반류(伴流) 계수를 종래의 선미 덕트(100)보다 커지도록 변경함으로써, 종래의 선미 덕트(100)와 동등, 혹은 그 이상의 마력 저감 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 7은, 선미 덕트 10a ~ 10c의 끝점의 단면 형상을 나타내는 단면도이다. 도 7에 근거하여, 선미 덕트 10a ~ 10c의 끝점의 형상에 대해서 설명한다.

도 4(a) ~ 도 4(c)에서는, 선미 덕트 10a ~ 10c의 끝점이 곡면을 갖도록 R처리되어 있는 경우를 예로 들었지만, 도 7에서는, 선미 덕트 10a ~ 10c의 끝점이 곡면을 갖도록 R처리 해도 좋고, 곡면을 갖지 않도록 모따기(chamfer) 해도 좋음을 나타내고 있다.

이렇게, 선미 덕트 10a ~ 10c의 단면 형상의 끝점은, 공작성(工作性)에 따라 결정하면 좋다.

즉, 선미 덕트 10a ~ 10c가 제조되는 조건에 따라서, 선미 덕트 10a ~ 10c의 끝점을 R처리 해도 좋고, R처리 하지 않아도 좋다.

따라서, 선미 덕트 10a ~ 10c의 제조 공정에 필요한 수고, 시간 및 비용에 근거하여, 그들 단면 형상 끝점의 형상을 결정하면 좋고, 생산 효율을 거듭 향상시킬 수 있다.

도 7(a)는, 직선 형상으로 형성되어 있는 단면에 있어서의 끝점의 중심선을 향해 상변 및 하변에서 모따기하는 경우를 예로 들고 있다. 즉, 끝점의 중심선 부 분이 돌출한 것 같은 형상으로 되어 있다.

도 7(b)는, 상변보다도 하변 쪽을 길게 하도록 모따기하는 경우를 예로 들고 있다. 즉, 끝점 하변 부분이 돌출한 것 같은 형상으로 되어 있다.

도 7(c)는, 상변보다도 하변 쪽을 짧게 하도록 모따기하는 경우를 예로 들고 있다. 즉, 끝점의 상변 부분이 돌출한 것 같은 형상으로 되어 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 관한 선미 덕트 10a ~ 10c는, 그 단면 형상을 직선 형상으로 함으로써 제조에 필요한 수고, 시간 및 비용을 절감하여 생산 효율을 향상시키는 동시에, 그 단면 형상의 두께 및 영각을 최적의 값이 되도록 조정함으로써 덕트 자체의 저항을 저감하고, 덕트에 발생하는 양력이 커지도록 하고 있다.

따라서 선미 덕트 10a ~ 10c는, 선박의 추진 성능 향상 효과를 유지한 채, 생산 효율의 향상을 도모할 수 있는 것이다.

도 1은 선미 덕트를 선미에 부착한 상태를 나타내는 개략도.

도 2는 선미 덕트의 형상을 나타내는 사시도.

도 3은 선미 덕트의 전체 단면 형상을 나타내는 프로파일(profile)도.

도 4는 선미 덕트의 단면 형상을 모식적으로 나타내는 단면도.

도 5는 선미 덕트의 외형 치수를 설명하기 위한 단면도.

도 6은 선미 덕트의 마력 저감율을 설명하기 위한 설명도.

도 7은 선미 덕트 끝점의 단면 형상을 나타내는 단면도.

[부호의 설명]

1: 선체

2: 프로펠러

10a, 10b, 10c: 선미 덕트

11: 볼록부(凸部)

100: 종래의 선미 덕트

Claims (11)

1. 선박의 프로펠러 전방에 부착하는 통 모양의 선미 덕트로서,

   상기 선미 덕트는 평판으로 형성되고, 상기 선미 덕트의 단면의 외측 표면 및 내측 표면이 직선 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
2. 제1항에 있어서, 상기 평판의 단면 형상을 직사각형 모양으로 한 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
3. 제1항에 있어서, 상기 평판의 단면 형상을 사다리꼴 모양으로 한 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
4. 제1항에 있어서, 상기 선미 덕트의 단면의 두께가, 상기 선미 덕트의 전연(前緣)쪽으로부터 후연(後緣)쪽으로 향해 감에 따라 얇아지는 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
5. 선박의 프로펠러 전방에 부착하는 통 모양의 선미 덕트로서,

   상기 선미 덕트의 단면의 외측 표면은 일직선 형상으로 형성되고,

   상기 선미 덕트의 단면의 내측 표면은, 복수의 직선 형상으로 형성된 볼록부를 포함하고, 또한, 상기 선미 덕트의 전연 쪽의 끝점과 상기 볼록부의 연결 부분과, 상기 선미 덕트의 후연 쪽의 끝점과 상기 볼록부의 연결 부분이 모두 직선 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
6. 제5항에 있어서, 상기 볼록부의 두께를 C3,

   상기 선박의 전후 방향에서의 상기 선미 덕트의 외측 표면의 길이를 C5,

   상기 선박의 전후 방향에서의 전연 쪽 끝점의 외측부터 상기 C3의 중심선에 이르기까지의 길이를 C4로 한 경우에,

   50mm < C3 < 0.20 × C5이며, 또한, 0.05 < C4 / C5 < 0.5의 범위로 C3, C4 및 C5를 설정하는 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
7. 제1항에 있어서, 상기 선미 덕트의 전연 쪽 끝점의 두께 및 후연 쪽 끝점의 두께를 50mm ~ 500mm의 범위에서 설정한 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
8. 제1항에 있어서,

   프로펠러의 지름을 Dp,

   상기 선미 덕트에 있어서의 후연 쪽의 지름을 D1,

   상기 선미 덕트에서의 전연과 후연을 잇는 최상부의 코드 라인의 길이를 D3,

   상기 선미 덕트에서의 전연과 후연을 잇는 최하부의 코드 라인의 길이를 D4,

   상기 D3 및 D4가 수평선과 이루는 각도를 θ1로 한 경우에,

   0.4Dp < D1 < Dp, 0.4Dp < D3 < Dp, 0.02Dp < D4 <Dp 및 5°< θ1 < 20°의 범위에서, D1, D3, D4 및 θ1을 설정한 것을 특징으로 하는 선미 덕트
9. 제1항에 있어서,

   상기 선미 덕트의 전연 쪽 끝점 및 후연 쪽 끝점을 모따기한 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
10. 제1항에 있어서,

    상기 선미 덕트의 전연 쪽 끝점 및 후연 쪽 끝점을, 곡면을 갖도록 모따기한 것을 특징으로 하는 선미 덕트.
11. 상기 제1항 내지 제10항의 어느 항에 기재한 선미 덕트를 부착한 것을 특징으로 하는 선박.

Images