KR101185513B1 - 선박의 프로펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 프로펠러에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 엔진의 추진축에 고정되는 허브와, 상기 허브의 회전축에 수직인 방향으로 삽입되어 상기 허브를 관통하고, 서로 이격되도록 배치되는 다수의 모멘트 전달축과, 상기 모멘트 전달축의 양측 단부에 서로 대칭되도록 고정되는 날개쌍을 포함하는 선박의 프로펠러를 제공할 수 있다.

Description

선박의 프로펠러{Propeller for vessel}

본 발명은 선박의 프로펠러에 관한 것이다.

프로펠러는 선박이나 항공기 등에 장착되어 회전력에 의해 추진력을 발생시키는 장치를 말하는 것으로, 엔진의 추진축과 연결되어 회전되는 허브와, 허브에 연결되어 설치되는 다수개의 날개로 구성된다.

이와 같은 프로펠러를 갖는 선박의 경우, 프로펠러에 유입되는 유속이 추진축에 대하여 대칭이 아니다. 이러한 비대칭 유동에 의해 프로펠러의 각 날개에 가해지는 힘은 비대칭으로 발생하고, 이에 의해 추진축의 기진력이 발생된다.

도 1은 추진축 주변의 유속을 나타낸 것이고, 도 2는 프로펠러의 회전 각도에 따른 날개의 받음각을 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 추진축 상부에서의 유속과 하부에서의 유속은 균일하지 않게 나타나고 있으며, 추진축 상부의 유속은 선속 대비 약 45%인 반면, 하부의 유속은 선속 대비 약 90%로 나타난다. 또한, 프로펠러의 회전 각도에 따라 날개의 받음각이 10도 이상 차이나게 된다. 이와 같은 추진축 주변의 유속의 차이 및 받음각의 차이에 의해 추진축의 기진력이 발생된다.

종래에는 추진축의 기진력을 낮추기 위하여 추진기에 유입되는 유동을 축에 대칭되는 유동으로 바꾸고자 러더에 부가물을 부착하는 등의 하는 노력이 있었으나, 효과가 미미하다.

본 출원인은 이러한 한계를 극복하기 위해 출원번호 제10-2008-0078806호와 같이 프로펠러의 날개들을 연결하는 기술을 제안한 바 있다.

도 3과 도 4는 상기 출원에 개시된 기술로서, 도 3은 2익 프로펠러에서 날개가 모멘트 전달축으로 연결된 모습을 보여주는 도면이고, 도 4는 날개에 가해지는 모멘트를 베벨 기어로 전달하는 모습을 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 2익 프로펠러에서 추진축의 상하부에서 발생하는 유속 차이 및 받음각의 차이에 의한 모멘트 차이를 서로 마주보는 날개(1)를 연결하는 축(4)을 사용하여 전달할 수 있다. 이에 의해 각 날개에 상이하게 발생되는 모멘트가 자연적으로 평형이 되도록 프로펠러가 회전할 수 있다.

그런데 4익 프로펠러인 경우에는 상기와 같이 구성할 경우 서로 마주보는 날개를 연결하는 축끼리 간섭이 생기므로, 어느 하나의 축에 중공을 형성하고 다른 축이 중공을 통과하도록 배치되어야 한다.

이 경우 프로펠러의 안정적인 회전을 위해서는 중공이 형성된 축은 외경이 크게 증가해야 한다. 예를 들어, 중공이 축 직경의 90%로 형성된 경우 중공이 형성된 축의 외경은 중공이 형성되지 않은 경우보다 21.6% 증가되어야 하고, 중공이 축 직경의 80%로 형성된 경우에는 외경이 19% 증가되어야 한다. 이와 같이 축의 직경이 커지면 유동 저항이 증가하고 추진력이 감소되는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 하나의 축에 다른 축이 관통되도록 설치하는 것은 매우 어려운 작업이며, 구조적으로도 취약하다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 도 4에 개시된 것처럼 베벨기어(2,3)를 사용할 수 있다. 베벨기어(2,3)에는 프로펠러의 상하 날개(1)뿐만 아니라 좌우 날개(1)에서 발생하는 모멘트가 전달되므로, 상하 날개(2)의 모멘트 차이보다 적은 모멘트가 베벨기어(2,3)에 전달된다. 그러나, 모멘트가 평형 상태가 되어야 기진력을 최소화할 수 있으므로, 4익 프로펠러인 경우 베벨기어(2,3)에 의한 모멘트 전달만으로는 기진력 감소 효과를 최대화할 수 없다.

본 발명의 실시예들은 추진축의 기진력을 줄일 수 있는 선박의 프로펠러를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 엔진의 추진축에 고정되는 허브와, 상기 허브를 관통하도록 상기 허브에 삽입되고, 서로 이격되도록 배치되는 다수의 모멘트 전달축과, 상기 모멘트 전달축의 양측 단부에 서로 대칭되도록 고정되는 날개쌍을 포함하는 선박의 프로펠러를 제공할 수 있다.

또한, 상기 다수의 모멘트 전달축은 상기 허브의 반경 방향에 대해 서로 다른 각도로 설치된 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러를 제공할 수 있다.

또한, 상기 다수의 모멘트 전달축은 상기 프로펠러의 전방에서 바라볼 때 서로 동일한 각도를 이루도록 상기 허브에 배열되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러를 제공할 수 있다.

또한, 상기 모멘트 전달축은 상기 허브의 회전축과 수직인 방향으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 허브를 중심으로 서로 대향되게 배치되는 한 쌍의 날개를 축으로 연결하고, 다른 쌍의 날개를 연결하는 축과 겹치지 않도록 프로펠러를 형성함으로써 추진축에 발생되는 기진력을 줄일 수 있다.

도 1은 추진축 주변의 유속을 보여주는 도면이고,
도 2는 프로펠러의 회전 각도에 따른 날개의 받음각을 보여주는 도면이고,
도 3은 종래의 기술에 따른 2익 프로펠러에서 날개가 모멘트 전달축으로 연결된 모습을 보여주는 도면이고,
도 4는 종래의 기술에 따른 4익 프로펠러에서 날개에 가해지는 모멘트를 베벨 기어로 전달하는 모습을 보여주는 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 프로펠러의 측면도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 프로펠러의 정면도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 프로펠러의 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 프로펠러의 정면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 프로펠러(100)는 허브(110)와, 허브(110)에 회전 가능하게 삽입되는 다수의 모멘트 전달축(120)과, 모멘트 전달축(120) 각각의 양단에 고정되는 날개(130)를 포함할 수 있다.

허브(110)는 선박의 엔진 등으로부터 동력을 전달받아 회전하는 추진축(111)에 삽입되어 고정되어 추진축(111)과 함께 회전될 수 있다.

다수 개의 모멘트 전달축(120)은 허브(110)를 관통할 수 있도록 허브(110)에 삽입되며, 각각의 모멘트 전달축(120)은 허브(110)의 회전축 방향으로 서로 이격되도록 설치된다. 이 때 다수 개의 모멘트 전달축(120)은 허브(110)의 회전축과 수직인 방향으로 허브(110)에 삽입될 수 있다. 이에 의해 허브(110)의 회전 시 모멘트 전달축(120)이 함께 회전될 수 있으며, 각 모멘트 전달축(120)에 연결된 날개(130)의 회전 방향이 동일한 바, 유동 저항을 줄일 수 있다.

또한, 모멘트 전달축(120)들은 서로 간섭이 일어나지 않도록 소정 거리 이격 설치되며, 허브(110)의 반경 방향에 대하여 서로 다른 각도로 설치될 수 있다. 즉, 모멘트 전달축(120)들은 축선이 서로 평행하지 않도록 허브(110)에 설치될 수 있다.

모멘트 전달축(120)의 개수 및 모멘트 전달축(120)들이 이루는 각도는 적용 선박에 따라 적절하게 조절될 수 있으며, 본 실시예에서는 2개의 모멘트 전달축(120)의 허브(110)의 회전축 방향으로 이격되며, 정면에서 보았을 때 서로 직교하도록 설치되는 것을 예로 설명한다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다.

모멘트 전달축(120)은 후방 또는 전방에서 바라볼 때 날개(130)들이 서로 동일한 각도를 이루도록 허브(110)에 배열될 수 있는데, 본 실시예에서처럼 모멘트 전달축(120)이 2개로 이루어지는 경우 서로 90도를 이루도록 배열된다.

본 실시예에서와 달리 3개로 이루어지는 경우 서로 60도를 이루도록 배열됨으로써 날개(130)에 미치는 유체력의 차이를 최소화하며, 추진 효율을 높이도록 한다.

날개(130)는 모멘트 전달축(120) 각각의 양단에 고정됨으로써 다수의 쌍으로 이루어져서 쌍마다 서로 대칭을 이루도록 설치된다.

이처럼, 모멘트 전달축(120)들을 서로 이격시켜 허브(110)에 설치함으로써, 프로펠러(100)를 보다 용이하게 제조할 수 있으며, 구조적인 안정성을 유지할 수 있고, 유동 저항을 감소시킬 수 있다.

상세히, 날개(130)가 허브(110)에 고정되지 않고 회전 가능하게 설치된 모멘트 전달축(120)의 양단에 각각 고정됨으로써 날개(130)에 상이하게 발생되는 모멘트가 자연적으로 평형이 되도록 하며, 이러한 날개(130)가 다수의 쌍으로 이루어짐으로써 다수로 이루어지는 모멘트 전달축(120)이 허브(110)에 회전축 방향으로 서로 이격되도록 배열되도록 하여 다수로 이루어진 모멘트 전달축(120)의 배치 및 설치를 용이하도록 한다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

110 : 허브 111 : 추진축
120 : 전달축 130 : 날개

Claims (4)

1. 선박의 엔진의 추진축에 고정되는 허브와,
   상기 허브를 관통하도록 상기 허브에 삽입되고, 서로 이격되도록 배치되는 다수의 모멘트 전달축과,
   상기 모멘트 전달축의 양측 단부에 서로 대칭되도록 고정되는 날개쌍을 포함하는 선박의 프로펠러.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 다수의 모멘트 전달축은 상기 허브의 반경 방향에 대해 서로 다른 각도로 설치된 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 다수의 모멘트 전달축은 상기 프로펠러의 전방에서 바라볼 때 서로 동일한 각도를 이루도록 상기 허브에 배열되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 모멘트 전달축은 상기 허브의 회전축과 수직인 방향으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 선박의 프로펠러.

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