KR101052651B1 - 선박용 날개 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 추진효율 향상용 날개에 관한 것이며, 그 목적은 프로펠러의 후방 회전류의 복잡한 유동 특성에 대응하여, 회전류의 정류를 통한 손실된 회전에너지를 회수하여 선박의 추진효율을 보다 향상시킬 수 있는 방향타 부착 날개의 구조를 제공함에 있다.

본 발명은 선박의 추진효율을 향상시키기 위해 방향타에 부착되는 날개에 있어서, 상기 날개는 좌우 날개가 비대칭을 유지하며, 프로펠러의 높이방향으로 다수개가 설치 구성되고, 프로펠러의 회전축을 지나는 수평면 상에 설치되는 하나의 비대칭 날개를 중심으로 상부 또는 하부로 멀어질수록 비대칭 날개의 좌우 날개를 짧게 형성시킨 선박용 날개에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

날개, 방향타, 회전류, 비대칭, 추진효율

Description

선박용 날개{Fins for ship}

본 발명은 선박의 추진효율을 향상시키기 위한 날개(fins for ship)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러에 의해 발생된 후방 회전류의 유속 및 방향성의 불균일함을 고려하여 이러한 불균일한 회전류의 정류작용을 통하여 손실된 회전 에너지를 최대한 회수할 수 있는 선박용 날개에 관한 것이다.

선박의 추진장치인 프로펠러 후방 회전류로 인한 에너지 손실을 회수하여 추력으로 변환시키는 선박용 날개(fin)가 프로펠러의 근접한 후방(통상 방향타의 전연에 설치됨)에 배치된다.

통상적으로 프로펠러 후방에서 발생되는 회전류는 선박의 추진력과는 아무런 관련이 없고 단지 에너지 손실과 연관된다. 따라서 프로펠러 뒤에 배치되는 방향타에 날개를 부착함으로써 프로펠러 후방에서 야기되는 회전류로 인해 손실되는 에너지 중 상당량을 회수함으로써 추진효율을 현저히 향상시킬 수 있는 것이다.

상기 날개는 프로펠러 후방 회전류가 중심축(회전축) 높이에서 가장 큰 회전방향 속도 성분을 가지는 특성을 이용하여 프로펠러 중심축과 일직선상에 위치하면 서 수평으로 설치되는 것이 보편적이다.

하지만, 도 1의 프로펠러 후방 회전류의 프로펠러 반경별 유속 분포도에 나타낸 바와 같이 회전성분은 중심축 높이뿐만 아니라 중심축 위 또는 아래에도 상당량 존재하므로 날개를 프로펠러 중심축에 일직선상으로 설치하는 종래의 방법으로는 손실된 회전에너지 회수를 극대화시키기 어렵다.

또한, 다른 종래 기술로서 한국 등록실용신안공보 제0390914호에서는 이러한 선박 프로펠러의 후방 회전류의 비대칭 유동 특성을 고려한 단수개의 비대칭형 날개 구조를 제시함으로서, 회전류의 에너지 손실을 줄여 추진효율을 향상시키도록 하고 있다.

그러나 이러한 중심축을 중심으로 좌, 우 비대칭 구조를 취하는 날개는 축 중심 높이의 회전류에 국한되어 회전 에너지를 회수할 수 있었으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 선박 프로펠러 후방 회전류는 프로펠러의 중심축을 중심으로 좌, 우 비대칭 구조뿐만 아니라 프로펠러 중심축의 중심으로 상, 하 비대칭 구조를 이루는 보다 복잡한 유동 특성을 형성하게 되는 바, 전술한 좌, 우 비대칭 구조의 날개 또한 손실된 회전에너지 상당량을 회수하지 못하고 그대로 손실시키고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 프로펠러의 후방 회전류의 복잡한 유동 특성에 대응하여, 손실에너지의 정류 성능을 증대시켜 선박의 추진효율을 보다 향상시킬 수 있는 날개의 구조를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 선박의 추진효율을 향상시키기 위해 방향타에 부착되는 날개에 있어서,

상기 날개는 좌우 날개가 비대칭을 유지하며, 프로펠러의 높이방향으로 다수개가 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 비대칭 날개들은, 프로펠러의 회전축을 지나는 수평면 상에 설치되는 하나의 비대칭 날개를 중심으로 상부 또는 하부 높이방향으로 프로펠러 반경(r)의 -0.5r ~ +0.5r 높이영역 내에 다수개의 비대칭 날개를 설치 구성하게 된다.

또한, 상기 비대칭 날개들은, 프로펠러의 회전축을 지나는 수평면 상에 설치되는 날개로부터 상부 또는 하부로 멀어질수록 비대칭 날개의 좌우 날개를 짧게 형성시킨다.

상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 좌우 비대칭인 날개를 프로펠러의 높이방향으로 다수개를 구비함으로서, 프로펠러 후방 회전류의 좌우영역뿐만 아니라 상하영역에 대하여 불균일한 유속분포를 가지는 회전류에 대한 정류성능을 극대화하여, 회전류의 손실에너지를 최소화하여 선박의 추진효율을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 프로펠러 후방 회전류의 유속 분포도를, 도 2는 본 발명에 따른 날개의 구성을 보이는 측면 예시도를, 도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 날개의 구성을 보이는 정면 예시도를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 선박의 추진효율을 향상시키기 위해 방향타(1)에 부착되는 날개에 있어서, 본 발명에 따른 날개(10)(20)는 방향타(1)의 좌(좌현) 우(우현)측 날개가 서로 비대칭을 유지하며, 프로펠러(P)의 회전반경(r)내에서 그 높이방향으로 다수개가 설치 구성된다.

본 발명은 프로펠러의 회전반경(r)내 형성되는 회전류의 손실에너지를 선박의 추진력으로 최대한 변환시키기 위한 최적의 날개의 형상과 설치 구조를 만족하도록 하고 있다.

즉, 본 발명에 따른 날개(10)(20)들은 도 1에 도시된 프로펠러 후방 회전류의 프로펠러 반경별 유속 분포도와 대응하여, 비교적 큰 회전성분이 반경방향으로 지속되는 곳에 설치되는 좌측 날개(11)(21)는 길게 연장시키고, 회전성분이 반경방향으로 급격하게 감소하는 곳에 설치되는 우측 날개(12)(22)는 그 길이를 짧게 한 비대칭 구조를 유지한다. 이러한 비대칭 구조는 높이방향으로 설치되는 다수개의 추력날개(10)(20)에 모두 적용된다.

이때, 도 1에 도시된 바와 같이, 프로펠러의 회전축(C)을 지나는 수평면에서 좌우영역에서 회전류는 가장 큰 유속분포를 형성하게 되는 바, 본 발명에 의해 높이방향으로 설치되는 다수개의 날개(10)(20)들 중, 프로펠러(P)의 회전축(C)을 지나는 수평면 상에 설치되는 날개(10)의 좌우날개(11)(12) 길이를 최대치로 형성하게 되며, 이로부터 높이방향으로 멀어질수록 날개(20)들의 좌우 날개의 크기를 짧게 형성함으로서, 형성되는 회전류의 유속분포특성을 적극 반영하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 날개(10)(20)들은, 프로펠러(P)의 회전축(C)을 지나는 수평면 상에 설치되는 하나의 비대칭 날개(10)를 중심으로 상부 또는 하부(미도시) 높이방향으로 프로펠러 반경(r)의 -0.5r ~ +0.5r 높이영역 내에 다수개의 비대칭 날개들을 설치 구성하게 된다.

예컨대, 회전류의 최대 유속분포를 형성하는 즉, 프로펠러(P)의 회전축(C)을 지나는 수평면 상에 설치되는 비대칭 날개(10)의 좌측 날개(11)는, 프로펠러 반경(r)의 0.7r ~ 0.8r 까지 자유단이 연장 형성되며, 우측 날개(12)는 프로펠러 반경(r)의 0.1r ~ 0.6r 까지 자유단을 연장하여 형성하게 된다.

이러한 프로펠러(P)의 회전축(C)을 지나는 수평면을 중심으로 상부 및 하부로 이격되어 배치되는 다른 비대칭 날개(20)들의 좌우 날개(21)(22)들은, 도 1에 형성되는 회전류의 유속분포와 대응하게 회전축(C)을 지나는 날개(10)의 좌우 날개(11)(12)보다 자유단을 짧게 형성하게 된다.

도 1에 도시된 프로펠러 후방 회전류의 유속분포에 적용되는 본 발명의 실시예에서는, 유속분포 데이터를 기준으로 회전류의 회전성분이 큰 지점에 대응하여 다수개의 날개(10)(20)를 설치 구성하되, 프로펠러의 회전축(C)을 지나는 수평면 상에 하나의 비대칭 날개(10)를 설치 구성하고, 이 날개(10)로부터 상부로 이격된 다른 비대칭 날개(20)를 설치 구성하였으며, 상대적으로 작은 회전성분이 나타나고 있는 프로펠러 회전축(C)의 하부에는 날개의 구성을 배제하였다.

이때, 상기 프로펠러의 회전축(C)을 지나는 수평면 상에 설치되는 비대칭 날개(10)와 그 상부에 설치되는 다른 비대칭 날개(20)의 간격은, 프로펠러 반경(r)의 0.5r 범위 이내를 유지하도록 하였다.

이러한 실시 예를 통해 제시된 프로펠러의 회전축(C)을 지나는 수평면 상에 설치되는 주 비대칭 날개(10)와, 이 날개(10)로부터 상방으로 일정간격 이격되어 주 비대칭 날개(10)보다 짧은 좌우 날개를 갖는 또 다른 비대칭 날개(20)를 포함하여 구성함으로서, 프로펠러 회전반경(r)내 형성된 후방 회전류의 좌우 및 상하 영역에 대한 불균일한 유속분포를 적극적으로 반영할 수 있어, 전체적으로 회전류의 손실에너지를 줄여 추진효율을 현저히 증대시킬 수 있는 것이다.

도 6 은 본 발명에 따라 두 개의 날개를 방향타에 부착하여 모형시험을 실시한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6에서 실선은 하나의 날개를 부착하였을 때 선박소요마력을 나타낸 것이고, 점선은 본 발명에 따른 두 개의 날개를 부착하였을 때의 소요마력을 나타낸 것으로, 한 개 부착한 것에 비하여 약 2%정도의 추진효율을 향상(소요마력 절감)시킴을 확인할 수 있었다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 프로펠러 후방 회전류의 유속 분포도

도 2 는 본 발명에 따른 날개의 구성을 보이는 측면 예시도

도 3 내지 도 5 는 본 발명에 따른 날개의 구성을 보이는 정면 예시도

도 6 은 날개 한 개 및 두 개를 부착한 경우 모형시험으로부터 얻은 소요마력 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 방향타

(10),(20) : (비대칭) 날개

(11),(21) : 좌측 날개

(12),(22) : 우측 날개

(P) : 프로펠러

(r) : 회전반경

(C) : 회전축

Claims (5)

1. 선박의 추진효율을 향상시키기 위해 방향타에 부착되는 날개에 있어서,

   상기 날개는 좌우 날개가 비대칭을 유지하며, 프로펠러의 높이방향으로 다수개가 설치 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 날개.
2. 제1항에 있어서,

   상기 날개들은, 프로펠러의 회전축을 지나는 수평면 상에 설치되는 하나의 비대칭 날개를 중심으로 상부 또는 하부 높이방향으로 프로펠러 반경(r)의 -0.5r ~ +0.5r 높이영역 내에 다수개의 비대칭 날개를 포함하여 설치 구성한 것을 특징으로 하는 선박용 날개.
3. 제2항에 있어서,

   상기 프로펠러의 회전축을 지나는 수평면 상에 설치되는 비대칭 날개의 좌측 날개는 프로펠러 반경(r)의 0.7r ~ 0.8r 까지 자유단이 연장 형성되며, 우측 날개는 프로펠러 반경(r)의 0.1r ~ 0.6r 까지 자유단이 연장 형성된 것을 특징으로 하는 선박용 날개.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 비대칭 날개들은, 프로펠러의 회전축(C)을 지나는 수평면 상에 설치되는 날개로부터 상부 또는 하부로 멀어질수록 좌우 날개가 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 날개.
5. 제1항 또는 2항에 있어서,

   상기 날개는 프로펠러의 높이방향으로 2개로 이루어지되,

   하나의 날개는 프로펠러의 회전축을 지나는 수평면 상에 설치되고,

   나머지 날개는 프로펠러의 회전축을 중심으로 프로펠러 반경(r)의 +0.5r 높이영역 내에 설치 구성된 것을 특징으로 하는 선박용 날개.

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