KR101164279B1 - 스페이드와 혼 혼합형 결합구조를 갖는 방향타 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 방향타에 관한 것이며, 그 목적은 방향타에 대한 견고한 지지력과 함께 그 조종성능을 향상시키고, 갭(GAP) 캐비테이션 현상을 줄일 수 있으며, 다양한 방향타(러더)의 설계에 있어 유연성 있는 설계 작업을 구현할 수 있는 스페이드와 혼의 혼합형 방향타를 제공함에 있다.

본 발명은 러더혼의 설치공간이 마련되는 동시에 타두재가 끼워지는 공간을 형성하는 방향타 본체와 선박의 후미 선체 구조에 고정되어, 방향타 날개의 하중을 지지하며, 그 끝단에 거전(GUDGEON)을 구비하는 러더혼과 그 상단이 데크에서 러더 캐리어(rudder carrier; 수평 및 수직) 베어링으로 지지되며, 그 하단이 날개의 상부와 러더혼의 거전을 차례로 관통하여 날개 내부에 구비된 고정구에 결합되는 타두재 및 상기 타두재의 굽힘모멘트를 부담하는 넥(neck; 수평) 베어링이 상기 거전의 내면에 설치 구성된 스페이드와 혼 혼합형 결합구조를 갖는 방향타에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

스페이드(spade rudder)형, 혼(horn rudder)형, 타두재(rudder stock), 굽힘모멘트, 캐비테이션, 러더캐리어(rudder carrier), 넥베어링(neck bearing)

Description

스페이드와 혼 혼합형 결합구조를 갖는 방향타{SPADE HORN RUDDER}

본 발명은 대형 선박용 방향타의 견고한 지지력과 함께 조종성능을 향상시키고, 갭 캐비테이션 현상을 줄일 수 있으며, 이와 더불어 다양한 방향타의 설계에 있어 유연성 있는 설계 작업을 구현할 수 있는 스페이드와 혼의 혼합형 방향타에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에는 진행방향을 조정하기 위한 수단의 하나로서 방향타(Rudder)가 장착되어 있다. 이러한 방향타는 선박의 후미(선미)에 배치되고 물의 흐름 속에 놓여진 상태에서 받음각(물이 들어오는 각도)을 가질 때 여기에 작용하는 양력의 수직성분을 회두력으로 이용하여 선박의 진행방향을 조종하는 원리로 작동된다.

이때, 통상적인 방향타의 구동방식은 선체로부터 방향타의 타두재를 수직방향으로 돌출시키고, 이 방향타 타두재를 방향타 날개의 소정부에 고정하여 조타기(STEERING GEAR)의 회전력을 방향타 날개에 전달함으로써 구동하게 된다.

이러한 방향타는, 선체로부터 방향타의 타두재와 날개가 어떠한 형태로 고정 되느냐에 따라 크게 스페이드(spade)형과 혼(horn)형으로 구분된다.

도 1은 스페이드(spade)형 방향타의 일예를 보이는 것으로, 도 1을 참조하면, 스페이드형 방향타는, 타두재 상단부가 선박의 후미에 마련된 데크(1)를 관통하여 회전 가능하게 결합되고, 데크(1)로부터 수직 돌출된 그 하단(2a)이 방향타 날개(5) 상단부를 관통하여 내부의 고정구에 삽입된 채 결합하게 된다.

이러한 구조의 스페이드형 방향타는, 전방의 프로펠러를 지난 유체의 흐름이 타의 날개 자체에 그대로 부딪쳐 받음각을 유지하게 됨으로서, 후술되는 혼형 방향타에 비해 그 조종성능이 우수한 장점은 있으나, 혼형 방향타에 비해 유체의 받음각에 의해 방향타 타두재(2)에 과도한 굽힘모멘트가 발생하게 되며, 이러한 굽힘모멘트를 효과적으로 부담하게 데크(1)를 관통하는 방향타 타두재(2)에는 한 개의 러더캐리어 베어링(6)과 또 한 개의 넥베어링(7)의 설치가 요구된다.

또한, 대형 선박의 경우, 방향타 날개를 지지하기 위한 방향타 타두재의 직경(D)이 요구되는 바, 이를 위해 방향타 날개(5)의 두께 또한 병행하여 그 두께를 증가시켜야 했다. 결국 이러한 설계상의 많은 제약으로 인해, 성능이 우수함에도 불구하고 스페이드형 방향타는 중, 소형 선박에 주로 사용되고 있는 실정이다.

한편 도 2는 혼(horn)형 방향타의 일예를 보이는 것으로, 도 2를 참조하면, 혼형 방향타는, 상단의 조향용 타두재(6)와는 별도로 방향타 날개(5)의 전방으로 돌출되어, 그 끝단이 방향타 날개(5)의 중심부와 핀(4)체결되는 핀틀(3a)을 갖는 혼(3)을 통해 방향타 날개(5)를 지지토록 하는 것으로, 주로 세 개 이상의 수평베어링들, 즉, 러더캐리어 베어링, 넥베어링, 핀틀베어링으로 지지되어 있다. 이러한 구조의 혼형 방향타는, 일반적으로 방향타 날개(5)를 지지하는 혼(3)이 그 전방에 배치된 프로펠러의 후류영역 내에 위치함으로 인해 방향타의 조정 성능에 있어 효율성이 떨어지는 문제점이 있고, 또한 고속 선박의 경우, 갭(GAP) 캐비테이션 현상 때문에 러더 침식 손상을 동반한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 프로펠러의 후류 영역에서 양력이 크게 생성되는 스페이드형 방향타의 장점과 타두재의 굽힘모멘트를 감소시킬 수 있는 혼형 방향타의 장점을 가지는 하이브리드형 지지구조를 갖는 방항타를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 러더혼의 설치공간이 마련되는 동시에 타두재가 끼워지는 공간을 형성하는 날개;

선박의 후미 선체구조에 고정되어, 방향타 날개에 작용하는 하중을 지지하며, 그 끝단에 거전을 구비하는 러더혼;

그 상단이 데크에서 러더캐리어 베어링으로 지지되며, 그 하단이 날개의 상부와 러더혼의 거전을 차례로 관통하여 날개 내부에 구비된 고정구에 결합되는 타두재; 및

상기 타두재의 굽힘모멘트를 부담하는 넥베어링이 상기 거전의 내면에 설치 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 수단들을 통한 본 발명은 방향타 날개의 조타를 타두재와 혼의 조합형 설치구조를 이용하여, 날개 외 프로펠러의 후류 영역으로부터 그 체결부를 상부로 끌어올림으로서, 방향타의 조종성능을 향상시키는 동시 갭 캐비테이션현상을 줄일 수 있는 것이다.

또한, 일반적으로 선박의 종류, 조종성 요구사양에 따라 다양하게 설계되는 방향타 날개, 예컨대 그 형상, 두께, 높이, 정도에 대응하여 설계되어야 했던 타두재의 직경이나 러더혼의 높이성분에 대한 설계의 제약으로부터 벗어나, 다양한 방향타 날개에 최적의 설계 작업을 용이하게 수행할 수 있는 것이다.

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

도 3은 본 발명에 따른 방향타의 지지구조를 보이는 측면도로서, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방향타는, 선박의 조향을 위해 방향타 날개(50)를 각 회전시키는 방향타 타두재(20)와, 상기 방향타 날개(50)를 관통하여 내부로 삽입된 방향타 타두재(20)의 하단을 지지하는 거전(30a)을 갖는 러더혼(30)으로 이루어진다.

즉, 본 발명에 따른 방향타는 스페이드형의 타두재(20) 및 혼(30)의 조합된 결합구조를 가지는 것으로, 방향타 날개(50)에는 타두재(20)가 삽입되는 공간(50a)과 러더혼(30)이 설치되는 공간이 마련된다. 이때 상기 타두재(20)가 삽입되는 공간(50a)은 러더혼(30)의 뒷부분에 형성된다.

러더혼(30)은 선박의 후미에 마련된 데크(1)의 하면의 선체 구조에 고정되 어, 방향타 날개(50)의 정위치 시, 날개(50)에 가해지는 하중을 지지하며, 그 끝단부에는 날개 공간(50a)과 나란히 배치되는 거전(30a)이 형성된다.

방향타 타두재(20)는 선박의 후미에 마련된 데크(1)에 상단이 회전가능하게 설치되어, 방향타 날개(50)를 향해 돌출 배치되며, 상기 날개 공간(50a) 및 거전(30a)을 관통하여 그 끝단이 날개(50)의 내부에 설치된 고정구(51)에 결합 설치된다.

이때 상기 러더혼(30)의 거전(30a)과 그 사이를 관통하는 타두재(20)의 사이에는 넥베어링(22)이 설치된다.

바람직하게 상기 타두재(20)의 하단과 결합되는 러더혼(30)의 거전(30a)부는 방향타 날개(50)가 갖는 총 높이(H)에 대해 그 하단부로부터 70 ~ 90% 사이구간에 위치하도록 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 방향타 날개(50)는 조타기에 의한 작동 수단인 타두재(20)가 선체 데크에서 러더캐리어베어링에 의해 지지되고, 또한 러더혼(30)에 의해 선체 구조로부터 하단부로 연장된 위치에서 지지되어 있다. 이때 방향타 타두재(20)에 가해지는 굽힘모멘트(bending moment)를 줄이기 위해 타두재(20)의 하단부가 위치하는 러더혼 거전(30a)내에 넥베어링(22)을 배치하여, 즉, 방향타 내부에 배치하여 유체의 받음각으로 인한 타두재에 걸리는 굽힘모멘트의 크기를 줄일 수 있으므로 타두재 직경을 감소할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 스페이드 및 혼의 조합형 지지수단에 의해, 일반적 으로 방향타의 두께 및 그 크기에 따라 대응하여 그 직경이 설계되어졌던 타두재에 비해 작은 직경의 타두재를 사용한다 할지라도 하부의 지지수단인 러더혼 거전을 통해 충분한 지지력을 구현할 수 있는 것이다. 무엇보다 이는 선박의 방향타 설계가 선박의 규모, 사양 및 다양한 조종패턴에 따라 많은 설계변수에 대응하여 달리 되어졌던 타두재 혹은 러더혼 설계의 한계를 극복할 수 있어, 다양한 형태의 방향타 날개와 함께 유연성 있는 설계 작업을 가질 수 있는 것이다.

예컨대, 방향타 날개의 두께가 얇고, 크기(높이)가 큰 날개의 경우, 날개에 고정되는 타두재의 직경은 축소시키는 동시에, 혼의 거전을 하방으로 연장시켜 큰 날개에 대한 견고한 지지력을 구현할 수 있으며, 반면 방향타 날개의 두께가 두꺼워지고, 크기(높이)가 작은 날개의 경우, 날개에 고정되는 타두재의 직경을 확대시키는 동시에, 러더혼의 거전을 상방으로 끌어올려 설치할 수 있는 것이다.

아울러, 이러한 조합형 지지수단에 의해 종래 프로펠러의 후류 영역 내에 배치되었던 러더혼의 거전 위치를 상부로 끌어올려 프로펠러의 후류보다 높은 상부에 타두재 넥베어링이 위치하도록 함으로서 프로펠러 후류에 의한 방향타의 갭 캐비테이션 침식 손상을 크게 줄일 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 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 범위 내에 있게 된다.

도 1은 스페이드(spade)형 방향타의 일예를 보이는 측면도

도 2는 혼(horn)형 방향타의 일예를 보이는 측면도

도 3은 본 발명에 따른 방향타의 설치구조를 보이는 측면 개략도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 데크(deck)

(20) : 타두재(stock)

(21) : 러더 캐리어(rudder carrier) 베어링

(22) : 넥(neck) 베어링

(30) : 러더혼(rudder horn)

(30a) : 거전(gudgeon)

(50) : 날개

(51) : 고정구

(50a) : (날개 상부) 공간

Claims (2)

1. 러더혼의 설치공간이 마련되는 동시에 타두재가 끼워지는 공간을 형성하는 날개;

   선박의 후미 선체 구조에 고정되어, 방향타 날개의 하중을 지지하며, 그 끝단에 거전을 구비하는 러더혼;

   그 상단이 데크에서 러더캐리어 베어링으로 지지되며, 그 하단이 날개의 상부와 러더혼의 거전을 차례로 관통하여 날개 내부에 구비된 고정구에 결합되는 타두재; 및

   상기 타두재의 굽힘모멘트를 부담하는 넥베어링이 상기 러더혼 거전의 내면에 설치 구성된 스페이드와 혼 혼합형 결합구조를 갖는 방향타.
2. 제1항에 있어서,

   상기 러더혼의 거전은, 방향타 날개가 갖는 총 높이(H)에 대해 그 하단으로부터 70 ~ 90% 사이구간에 위치하도록 한 것을 특징으로 하는 스페이드와 혼 혼합형 결합구조를 갖는 방향타.

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