KR101137816B1 - 선박용 방향타 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 수압하에서 캐비테이션에 의한 충격을 받더라도 충격흡수를 통해 손상을 방지하고, 유체역학적 마찰손실을 감소시켜 내마모성을 개선하며, 뒤틀림 변형의 발생을 최대한 억제할 수 있는 저중량 고강도의 선박용 방향타에 관한 것으로서, 선박의 선체 후미에 구비된 타혼에 회전 가능하게 설치되어 상기 선체의 진행방향을 조정하는 선박용 방향타에 있어서, 상단부가 상기 타혼에 회전 가능하게 설치되고, 세로로 길게 연장된 회전축과, 각각의 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성되고, 각각이 상하로 이격되어 각각의 전방부가 상기 회전축에 결합 고정됨으로써 상기 회전축과 함께 회전하는 복수의 지지부재와, 상기 회전축의 상단부가 노출되면서 상기 지지부재 각각의 상하를 채우도록 형성되는 폴리우레탄폼 재질의 충격흡수부재와, 상기 지지부재 및 충격흡수부재의 노출된 전표면을 감싸도록 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)로 형성된 표면부재를 포함하여 이루어진다.

Description

선박용 방향타{RUDDER FOR SHIP}

본 발명은 선박의 추진을 위해 회전하는 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 진행방향을 조정하기 위한 선박용 방향타에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 바다 또는 강 위에 뜬 상태에서 엔진으로부터 발생한 동력을 선박 후미에 구비된 프로펠러로 전달하여, 상기 프로펠러의 회전에 의해 발생한 추진력으로 선박은 전진 또는 후진한다. 이때, 상기 프로펠러의 후방에 설치되어 프로펠러에서 발생한 추진력의 방향을 바꾸어 선박의 방향을 결정하는 방향타가 구비된다.

이러한 선박용 방향타(10)는 통상적으로 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 선체(1)의 후미에 형성된 타혼(20)에 회동가능하게 구비된다. 선박용 방향타(10)는 유선형으로 형성되어 상부의 회전축(11)이 조타수단에 연결된 타혼(20)에 체결되어 회동가능하게 설치된다. 따라서, 조타수단을 조작하면 상기 선박용 방향타(10)가 타혼(20)과 체결된 회전축(11)을 중심으로 회전하게 되어 선박의 진행방향을 변경할 수 있다. 이러한 선박용 방향타(10)는 프로펠러(30)의 후방에 설치되어 프로펠러(30)에서 발생한 추진력을 회전축(11)을 중심으로 정역회전하면서 선박의 방향을 조정하게 된다.

상기와 같이 구성되는 선박용 방향타(10)의 경우 통상적으로 강판을 가공하여 용접 등의 방법을 통해 제작하게 된다. 즉, 선박용 방향타(10)는 선박의 추진시 높은 수압과 외부 충격이 발생하므로 이를 극복하기 위해서 일정한 수준이상의 기계적인 강도가 요구되고, 이를 충분히 견딜 수 있도록 금속재를 사용한 것이다. 그러나, 이러한 금속재의 선박용 방향타(10)의 경우 자중에 의한 무게가 많이 나가고, 이로 인하여 조작에 많은 힘이 소요됨은 물론, 용접 불량에 따른 파손의 위험성과 함께 쉽게 산화, 부식된다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하고자 저중량, 고강도 및 산화, 부식의 위험성이 없는 섬유강화복합소재(FRP)로 제작된 선박용 방향타(10)에 관한 기술이 각광받고 있다.

그러나, FRP로만 제작된 선박용 방향타(10)의 경우 저중량, 고강도 및 산화, 부식의 위험성은 사라졌지만, 외부 충격이나 높은 수압하에서 회전시 충격흡수가 제대로 되지 못해 섬유재의 결을 따라 뒤틀림 변형이 발생하는 등의 문제로 파손의 위험성이 잔존한다.

미국특허출원공개공보 US2010/0269745호(2010.10.28) 일본공개특허공보 특개소56-084916호(1981.07.10) 한국공개특허공보 제10-1996-0010452호(1996.04.20) 한국공개특허공보 제10-2011-0074048호(2011.06.30)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 높은 수압하에서 캐비테이션에 의한 충격을 받더라도 충격흡수를 통해 손상을 방지하고, 유체역학적 마찰손실을 감소시켜 내마모성을 개선하며, 뒤틀림 변형의 발생을 최대한 억제할 수 있는 저중량 고강도의 선박용 방향타를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 선박용 방향타는, 선박의 선체 후미에 구비된 타혼에 회전 가능하게 설치되어 상기 선체의 진행방향을 조정하는 선박용 방향타에 있어서, 상단부가 상기 타혼에 회전 가능하게 설치되고, 세로로 길게 연장된 회전축과, 각각의 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성되고, 각각이 상하로 이격되어 각각의 전방부가 상기 회전축에 결합 고정됨으로써 상기 회전축과 함께 회전하는 복수의 지지부재와, 상기 회전축의 상단부가 노출되면서 상기 지지부재 각각의 상하를 채우도록 형성되는 폴리우레탄폼 재질의 충격흡수부재와, 상기 지지부재 및 충격흡수부재의 노출된 전표면을 감싸도록 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)로 형성된 표면부재를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 회전축 및 복수의 지지부재 각각은 스틸재질로 제작되고, 상기 충격흡수부재는 상기 회전축 및 복수의 지지부재를 인서트로 하여 폴리우레탄폼을 사출성형에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 충격흡수부재는, 상기 지지부재 각각의 둘레보다 넓은 둘레를 가지되, 상기 지지부재 각각의 측면이 노출되도록 상기 지지부재 각각의 상하를 채우도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 충격흡수부재는, 세로로 길게 측면을 따라 함몰되고, 각각이 서로 이격된 복수의 세로홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 표면부재는, 상기 지지부재 및 충격흡수부재의 노출된 전표면을 감싸도록 유리섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 내표면부재와, 상기 내표면부재의 노출된 전표면을 감싸도록 아라미드섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 외표면부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 방향타는, 회전축 및 복수의 지지부재가 견고한 뼈대로서 기능하고, 폴리우레탄폼의 충격흡수부재가 상기 회전축 및 복수의 지지부재 사이를 채워 충격흡수기능을 담당하며, 겉표면에는 섬유강화 복합소재를 다층 접착함으로써, 높은 수압하에서 캐비테이션에 의한 충격을 받더라도 충격흡수를 통해 손상을 방지하고, 유체역학적 마찰손실을 감소시켜 내마모성을 개선하며, 뒤틀림 변형의 발생을 최대한 억제하여 저중량, 고강도를 실현할 수 있다.

특히, 스틸재질의 회전축 및 복수의 지지부재를 결합한 후 이를 인서트로하여 충격흡수부재를 사출성형에 의해 일체로 형성함으로써 각 부재 간의 결합력 및 견고성을 강화시킬 수 있다.

더욱이, 상기 충격흡수부재의 둘레가 지지부재보다 넓게 형성되고, 복수의 세로홈을 두어 표면부재가 형성될 때, 상기 지지부재의 측면 및 충격흡수부재의 세로홈을 섬유강화 복합소재의 표면부재가 채움으로써 보강라인을 형성하여 각 부재 간의 결합력 및 견고성을 더욱 강화시킬 수 있다.

마지막으로, 표면부재를 유리섬유재의 내표면부재와 아라미드섬유재의 외표면부재로 나누어 2층을 형성하고, 내표면부재의 치수안정성 증대 및 인장강도의 확보와 함께 외표면부재의 고강도, 고탄성 및 저수축성을 담보하면서 유체마찰손실을 급격히 감소하여 내마모성 증대 및 캐티테이션 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 일반적인 선체에 선박용 방향타가 설치된 상태를 도시한 측면도이고,
도 2는 일반적인 선박용 방향타를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 선박용 방향타의 회전축 및 지지부재의 일 실시예를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 실시예에서 충격흡수부재의 일 실시예가 결합된 상태를 도시한 사시도이며,
도 5는 도 3의 실시예에서 충격흡수부재의 다른 실시예가 결합된 상태를 도시한 사시도이고,
도 6은 도 4 및 5의 실시예에서 표면부재가 결합된 상태를 도시한 사시도이며,
도 7은 도 6의 실시예에서 A-A'선에서 바라본 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 선박용 방향타의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 선박용 방향타는, 도 1을 참조할 때 선박의 선체(1) 후미에 구비된 타혼(20)에 회전 가능하게 설치되어 상기 선체(1)의 진행방향을 조정하도록 도 3 내지 7에 도시된 바와 같이 회전축(100), 지지부재(200), 충격흡수부재(300) 및 표면부재(400)를 포함하여 이루어진다.

회전축(100)은 도 1을 참고할 때, 선박의 선체(1) 후미에 구비된 타혼(20)에 체결되어 회동가능하게 설치된다. 이러한 회전축(100)은 도 3 내지 7에 도시된 바와 같이 상단부가 상기 타혼(20)에 회전 가능하게 설치되고, 세로로 길게 연장된다. 회전축(100)은 명칭 그대로 본 발명의 선박용 방향타의 회전을 위한 축으로서 기능한다.

지지부재(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수가 구비되어 각각의 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성되고, 각각이 상하로 이격되어 각각의 전방부가 상기 회전축(100)에 결합 고정됨으로써 상기 회전축(100)과 함께 회전한다. 회전축(100)과 지지부재(200)의 결합관계는 용접 또는 기타 볼트나 핀 등의 결합수단을 통해 고정 결합될 수 있다.

이러한 회전축(100) 및 지지부재(200)는 스틸재질로 제작되어 본 발명에 따른 선박용 방향타의 견고한 뼈대로서 기능한다.

충격흡수부재(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 폴리우레타폼 재질로 상기 회전축(100)의 상단부가 노출되면서 상기 지지부재(200) 각각의 상하를 채우도록 형성된다. 폴리우레탄폼은 널리 알려진 바와 같이 단열성능, 방수효과, 가공성과 시공성이 용이하며, 부재와의 접착성이 매우 우수하고, 자기부력성과 같이 밀도가 낮아 경량으로 제작할 수 있다. 더욱이 우레탄폼으로서 외부 충격에 의한 충격흡수성을 가진다. 이러한 폴리우레탄폼의 충격흡수부재(300)가 지지부재(200)의 상하를 채우도록 형성되어 도 4에 도시된 바와 같이 전체적인 방향타의 외관을 가진다.

상기 충격흡수부재(300)를 회전축(100) 및 지지부재(200)와의 관계에서 형성할 때, 별도의 발포폼을 형성하여 결합시킬 수도 있겠지만, 회전축(100) 및 지지부재(200)를 인서트로 하여 폴리우레탄폼을 사출성형에 의해 일체로 형성할 수 있다. 이는 회전축(100), 지지부재(200) 및 충격흡수부재(300)가 긴밀하게 결합 및 압축되어 견고성을 강화시킬 수 있는 효과가 있다.

표면부재(400)는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 상기 지지부재(200) 및 충격흡수부재(300)의 노출된 전표면을 감싸도록 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP)로 형성된다. 섬유강화 복합소재는 내후성, 내수성, 내유성 및 내산화성이 우수한 재질로서, 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 섬유재를 수지로 다층 접착하여 경화시킨 복합재료이다. 철강 소재에 비해 경량으로 만들 수 있는 것은 물론, 제작이 용이하고 기계적인 강도는 오히려 향상될 수 있다. 특히, 상기 섬유강화 복합소재는 고분자 재료에 첨가되는 섬유재의 종류에 따라 강도를 조절할 수 있고, 비중이 1.6정도로 제작할 수 있어서 비중이 7.85인 강철 소재에 비하여 매우 경량으로 제작할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 섬유강화 복합소재를 형성하기 위한 섬유재로 사용되는 소재로는 유리섬유, 탄소섬유, 케블라섬유, 보론섬유 및 아라미드섬유 등이 있으며, 상기 섬유재는 그 방향성에 따라 일정한 방향성 없이 산개되어 있는 Non-Axial Type, 일방향성을 갖는 Mono-Axial Type, 이방향성을 갖는 Biaxial Type 및 그 이상의 방향성을 갖는 Multi-Axial Type 등으로 구별된다. 상기 섬유강화 복합소재는 전술한 섬유재 각각의 소재 및 그 방향성에 따라 기계적 물성이 달라진다. 상기 섬유강화 복합소재를 형성하기 위해 전술한 섬유재를 다층 접착하는 수지로는 일반적으로 불포화 폴리에스테르 수지가 이용된다.

즉, 상기와 같은 성질을 갖는 섬유강화 복합소재를 표면부재(400)로 사용하여 고강도, 저중량이면서도 매끄러운 표면을 가져 유체의 흐름에 따른 마찰 손실을 최소화할 수 있다.

특히, 상기 표면부재(400)는, 상기 지지부재(200) 및 충격흡수부재(300)의 노출된 전표면을 감싸도록 유리섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 내표면부재(410)와, 상기 내표면부재(410)의 노출된 전표면을 감싸도록 아라미드섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 외표면부재(420)를 포함할 수 있다. 표면부재(400)를 유리섬유재의 내표면부재(410)와 아라미드섬유재의 외표면부재(420)로 나누어 2층을 형성하고, 내표면부재(410)의 치수안정성 증대 및 인장강도의 확보와 함께 외표면부재(420)의 고강도, 고탄성 및 저수축성을 담보하면서 유체마찰손실을 급격히 감소하여 내마모성 증대 및 캐티테이션 발생을 확실히 억제할 수 있다.

한편, 상기 충격흡수부재(300)를 형성할 때, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 지지부재(200) 각각의 둘레보다 넓은 둘레를 가지되, 상기 지지부재(200) 각각의 측면이 노출되도록 상기 지지부재(200) 각각의 상하를 채우도록 형성될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 세로로 길게 측면을 따라 함몰되고, 각각이 서로 이격된 복수의 세로홈(310)을 형성할 수도 있다. 이러한 충격흡수부재(300)의 표면 위로 표면부재(400)가 다층 접착되므로 표면부재(400)의 소재인 섬유강화 복합소재가 상기 지지부재(200)의 측면 및 충격흡수부재(300)의 세로홈(310)을 따라 채워지면서 보강라인을 형성하여 각 부재 간의 결합력 및 견고성을 더욱 강화시킬 수 있다.

즉, 표면부재(400)가 단순히 지지부재(200) 및 충격흡수부재(300)의 노출된 표면만을 감싸는 것이 아니라, 지지부재(200)의 측면 및 충격흡수부재(300)의 세로홈(310)을 따라 섬유강화 복합소재가 채워지면서 격자무늬의 보강라인이 형성되는 것이다. 이를 통해 표면부재(400)는 지지부재(200) 및 충격흡수부재(300)와의 긴밀한 결합관계를 구축하면서도 본 발명의 선박용 방향타의 전체적인 견고성을 더욱 강화할 수 있는 효과가 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100 : 회전축
200 : 지지부재
300 : 충격흡수부재 310 : 세로홈
400 : 표면부재
410 : 내표면부재 420 : 외표면부재

Claims (5)

1. 선박의 선체 후미에 구비된 타혼에 회전 가능하게 설치되어 상기 선체의 진행방향을 조정하는 선박용 방향타에 있어서,
   상단부가 상기 타혼에 회전 가능하게 설치되고, 세로로 길게 연장된 회전축(100)과,
   각각의 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성되고, 각각이 상하로 이격되어 각각의 전방부가 상기 회전축(100)에 결합 고정됨으로써 상기 회전축(100)과 함께 회전하는 복수의 지지부재(200)와,
   상기 회전축(100)의 상단부가 노출되면서 상기 지지부재(200) 각각의 상하를 채우도록 형성되는 폴리우레탄폼 재질이고, 상기 지지부재(200) 각각의 둘레보다 넓은 둘레를 가지되, 상기 지지부재(200) 각각의 측면이 노출되도록 상기 지지부재(200) 각각의 상하를 채우도록 형성되는 충격흡수부재(300)와,
   상기 지지부재(200) 및 충격흡수부재(300)의 노출된 전표면을 감싸도록 섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 섬유강화 복합소재(FRP, Fiber Reinforced Plastics)로 형성된 표면부재(400)를 포함하고,
   상기 충격흡수부재(300)는,
   세로로 길게 측면을 따라 함몰되고, 각각이 서로 이격된 복수의 세로홈(310)이 형성된 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전축(100) 및 복수의 지지부재(200) 각각은 스틸재질로 제작되고,
   상기 충격흡수부재(300)는 상기 회전축(100) 및 복수의 지지부재(200)를 인서트로 하여 폴리우레탄폼을 사출성형에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 표면부재(400)는,
   상기 지지부재(200) 및 충격흡수부재(300)의 노출된 전표면을 감싸도록 유리섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 내표면부재(410)와,
   상기 내표면부재(410)의 노출된 전표면을 감싸도록 아라미드섬유재를 불포화 폴리에스테르 수지로 다층 접착하여 경화시킨 외표면부재(420)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.

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