KR101245764B1 - 선박용 방향타 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 선박의 추진기의 후방에 위치하는 선박용 방향타는 블레이드 본체와, 상기 블레이트 본체의 후방으로 돌출 가능하도록 상기 블레이드 본체 내부에 수납된 가변 플레이트, 그리고 상기 블레이드 본체의 방향타각에 따라 선택적으로 상기 가변 플레이트를 돌출시키는 하나 이상의 캠구동부를 포함한다.
Description
본 발명의 실시예는 선박의 조정 제어에 사용되는 방향타에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고양력을 얻기 위한 선박용 방향타에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 선체 후방에는 프로펠러 등과 같은 추진기 및 방향타가 구비된다. 추진기가 기관으로부터 동력을 전달받아 회전하게 되면 선체 후류의 유동을 유발함으로써 선박의 전진력이 확보되고, 추진기로부터 유발되는 후류 내에 방향타가 구비되어, 유동을 정류함과 동시에 선박의 조종 제어를 위한 양력을 발생시키게 된다.
선박용 방향타가 후류에 대하여 갖는 각도를 조정하면, 추진기에서 발생하는 후류에 대하여 선박용 방향타가 양력을 발생시켜 선박의 조종 제어가 가능하게 된다.
하지만, 일반적인 선박은 선박 자체의 낮은 속도와 선체의 영향에 의한 선체 후류의 유속의 감소로 비록 추진기에 의하여 유속이 가속되었다고 하더라도 선박용 방향타의 주위를 흐르는 유속은 선박용 방향타에서 선박의 조정 제어를 위한 충분한 양력을 발생시키기에는 부족하다.
이에, 선박의 조종 제어 성능을 향상시키기 위하여 고양력을 발생시킬 수 있는 선박용 방향타 단면을 적용하거나, 아니면 선박용 방향타 단면의 면적을 증대시켜 선박의 조종 제어 성능을 향상시키는 방법이 시도되어 왔다.
하지만, 선박용 방향타의 면적을 증가시키는 것은 선박용 방향타의 전방으로는 추진기에 의하여 제한을 받고, 후방으로는 트랜섬 엔드(Transom end)를 넘지 않아야 하는 설계상의 제한을 받아 그 한계가 있었다.
또한, 선박용 방향타 자체의 부피를 증가시키기 위하여 선박용 방향타를 상하 방향으로 연장시키는 경우에도, 선박용 방향타의 상방으로는 선체에 의하여 제한을 받고, 하방으로는 킬 라인(keel line)를 넘지 않아야 하는 설계상의 제한을 받아 역시 그 한계가 있었다.
따라서, 선박의 조종 제어 성능을 향상시키기 위한 새로운 선박용 방향타에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 방향타각(方向舵角)에 따라 선택적으로 양력을 증가시킬 수 있는 선박용 방향타를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선박의 추진기의 후방에 위치하는 선박용 방향타는 블레이드 본체와, 상기 블레이트 본체의 후방으로 돌출 가능하도록 상기 블레이드 본체 내부에 수납된 가변 플레이트, 그리고 상기 블레이드 본체의 방향타각에 따라 선택적으로 상기 가변 플레이트를 돌출시키는 하나 이상의 캠구동부를 포함한다.
상기 캠구동부는 하나 이상의 돌기부를 갖는 원동체와, 상기 원동체의 회전에 따라 왕복 운동하며 상기 가변 플레이트를 선택적으로 돌출시키는 종동체를 포함할 수 있다.
상기 방향타각이 0도 이상 10도 미만일때 상기 가변 플레이트는 상기 블레이드 본체에서 상대적으로 최소 돌출될 수 있다. 그리고 상기 방향타각이 10이상 30도 이하일때 상기 가변 플레이트는 상기 블레이드 본체에서 상대적으로 최대 돌출되어 방향타력을 증가시킬 수 있다.
상기 가변 플레이트는 제1 가변 플레이트와 제2 가변 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 캠구동부는 하나 이상의 돌기부와 하나 이상의 함몰부를 갖는 원동체와, 상기 원동체의 회전에 따라 왕복 운동하며 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 하나 이상을 밀고 당기는 종동체를 포함할 수 있다.
상기 제1 가변 플레이트와 상기 제2 가변 플레이트를 연결하는 플레이트 연결부와, 상기 플레이트 연결부의 일 영역에 형성된 연결부 회전축을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 어느 하나가 상기 캠구동부의 상기 종동체에 의해 상기 블레이트 본체 외부로 밀리면 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 다른 하나는 상기 플레이트 연결부 및 상기 연결부 회전축에 의해 상기 블레이드 본체 내부로 당겨질 수 있다. 그리고 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 어느 하나가 상기 캠구동부의 상기 종동체에 의해 당겨지면 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 다른 하나는 상기 플레이트 연결부 및 상기 연결부 회전축에 의해 상기 블레이드 본체 외부로 밀릴 수 있다.
상기 방향타각이 0도 이상 10도 미만일때 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트는 서로 동일하게 돌출되거나 블레이드 본체에 수납될 수 있다. 그리고 상기 방향타각이 10도 이상 30도 이하일때 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 어느 하나가 다른 하나 보다 상대적으로 돌출되어 방향타력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선박용 방향타는 방향타각(方向舵角)에 따라 선택적으로 양력을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 방향타의 위치를 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 선박용 방향타의 사시도이다.
도 3 내지 도 6은 도 1의 선박용 방향타의 동작 상태를 나타낸 측면도들 및 수평 단면도들이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 방향타의 동작 상태를 나타낸 수평 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실험예와 비교예를 대비한 그래프들이다.
도 2는 도 1의 선박용 방향타의 사시도이다.
도 3 내지 도 6은 도 1의 선박용 방향타의 동작 상태를 나타낸 측면도들 및 수평 단면도들이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 방향타의 동작 상태를 나타낸 수평 단면도들이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실험예와 비교예를 대비한 그래프들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 그리고 여러 실시예들에 있어서, 제1 실시예 이외의 제2 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성을 중심으로 설명한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명의 실시예들이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예를 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이,선박(100)의 추진기(30)에서 발생하는 후류에 대한 선박용 방향타(20)의 각도(方向舵角)가 조정되면, 선박용 방향타(20)가 양력을 발생시켜 선박의 진행 방향을 제어한다.
여기서, 선박용 방향타(20)는 전방으로는 추진기(30)에 의하여 제한을 받고, 후방으로는 트랜섬 엔드(Transom end)(109)를 넘지 않아야 하는 설계상의 제한을 받는다. 또한, 상방으로는 선박(100)에 의하여 제한을 받고, 하방으로는 킬 라인(keel line)(108)를 넘지 않아야 하는 설계상의 제한을 받는다. 선박용 방향타(20)는 선박(100)의 전체 영역을 제어하는데 방해가 되지 않도록 트랜섬 엔드(109) 및 킬 라인(108)을 넘어서는 안된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 선박용 방향타(20)는 블레이드 혼(21)과, 블레이드 혼(21)에 대하여 회동 가능하도록 형성된 블레이드 본체(22)와, 블레이트 본체(22)의 후방으로 돌출 가능하도록 블레이드 본체(22) 내부에 수납된 가변 플레이트(25), 그리고 블레이드 본체(22)의 방향타각에 따라 선택적으로 가변 플레이트(25)를 돌출시키는 하나 이상의 캠구동부(26)(도 3 내지 도 6에 도시)를 포함한다.
하지만, 본 발명의 제1 실시예가 전술한 구조의 선박용 방향타(20)에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예는 블레이브 본체(22)와 블레이드 혼(21)이 일체로 형성된 일체형 선박용 방향타에도 적용 가능하다.
이하에서는, 블레이브 본체(22)와 블레이드 혼(21)이 분리된 구조를 갖는 선박용 발향타(20)를 중심으로 설명한다.
블레이드 본체(22)는 유체의 유동을 부드럽게 수용할 수 있도록 설계된 단면 형상을 갖는다. 예를 들어, 블레이드 본체(22)의 단면으로는 NACA 단면이 쓰일 수 있으며, 이 외에도 MANDEL 단면, MARIN 단면, 또는 EPH 단면 등이 쓰일 수 있다. 여기서, NACA 단면은, 미 항공자문 위원회(NACA, National Advisory Committee for Aeronautics) 계열 단면을 의미한다. 블레이드 본체(22)에 사용되는 단면은 선박의 조종에 있어서 대칭성을 확보하기 위하여 단면의 우측 캠버와 좌측 캠버가 동일한 대칭익이 주로 사용된다. 대칭익의 경우, 우측 캠버와 좌측캠버가 동일하므로 평균 캠버선이 단면의 중심선인 시위선과 동일하게 된다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 캠구동부(26)는 하나 이상의 돌기부(2615)를 갖는 원동체(261)와, 원동체(261)의 회전에 따라 왕복 운동하며 가변 플레이트(25)를 선택적으로 돌출시키는 종동체(265)를 포함한다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 원동체(261)의 돌기부(2615)는 기설정된 방향타각(方向舵角)에서 종동체(265)를 움직여 가변 플레이트(25)를 블레이드 본체(22) 외부로 일정 길이(L)만큼 밀어낸다. 이때, 기설정된 방향타각은 선박(100)의 진행 반대 방향, 즉 추진기(30)로부터 유발되는 후류의 방향에 대해 좌우로 10 이상 30도 이하의 범위 내에 속한다. 이와 같이, 본 발명의 제1 실시예에서, 가변 플레이트(25)는 선박용 방향타(20)의 방향타각이 0도 이상 10도 미만일때 보다 방향타각이 10도 이상 30도 이하일때 블레이드 본체(22)로부터 상대적으로 많이 돌출된다.
가변 플레이트(25)가 원동체(261)의 돌기부(2615)에 의해 밀려나지 않을 때에는, 즉 선박용 방향타(20)의 방향타각이 0도 이상 10도 미만이거나 30도를 초과하는 경우에는 다시 블레이드 본체(22) 내부로 수납된다. 구체적으로, 종동체(265)가 원동체(261)의 돌기부(2615)에 밀려나지 않을 때에는 스프링 또는 유압의 힘을 이용한 탄성력에 의해 가변 플레이트(25)가 블레이드 본체(22) 내부로 당겨진다. 스프링 또는 유압의 힘을 이용한 탄성력을 가변 플레이트(25)에 제공하는 구성를 구체적으로 도시하지는 않았으나, 이러한 구성은 공지된 캠구동 원리로부터 해당 기술 분야의 종사자가 용이하게 구현할 수 있을 것이다.
이와 같은 구성에 의하여, 선박 조종 시 가장 많이 사용하는 10도 이상 30도 이하 근방의 방향타각에서는 블레이드 본체(22) 내부에 수납되었던 가변 플레이트(25)가 타의 뒷날(trailing edge)에서 돌출하여 선박용 방향타(20)의 타력을 증가시켜 조종 성능을 향상시킨다.
반면, 방향타각이 0도 이상 10도 미만이거나 30도를 초과하는 경우에는 가변 플레이트(25)가 다시 블레이드 본체 내부(22)로 수납되어 선박(100)의 직진 성능에 영향을 주는 저항을 감소시키고, 방향타의 최대 토크(torque)가 불필요하게 증가되는 것을 억제한다.
이하, 도 7 내지 도 9을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변 플레이트(35)는 제1 가변 플레이트(351)와 제2 가변 플레이트(352)를 포함한다.
캠구동부는 하나 이상의 돌기부(3615)와 하나 이상의 함몰부(3617)를 갖는 원동체(361)와, 원동체(361)의 회전에 따라 왕복 운동하며 제1 가변 플레이트(351) 및 제2 가변 플레이트(352) 중 하나 이상을 밀고 당기는 종동체(365)를 포함한다.
도 7에서도 ,제1 가변 플레이트(351) 및 제2 가변 플레이트(352) 중 하나 이상을 당기기 위해 스프링 또는 유압의 힘을 이용하여 탄성력을 제공하는 구성은 도시하지 않았으나, 제1 실시예와 마찬가지로 공지된 캠구동 원리로부터 해당 기술 분야의 종사자가 용이하게 구현할 수 있을 것이다.
한편, 도 7에서는, 하나의 캠구동부가 배치되었으나, 본 발명의 제2 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. 두개의 캠구동부들이 배치되어 각각 제1 가변 플레이트(351)와 제2 가변 플레이틀(352)를 밀고 당길수도 있다.
또한, 선박용 방향타(20)는 제1 가변 플레이트(351)와 제2 가변 플레이트(352)를 연결하는 플레이트 연결부(359)와, 플레이트 연결부(359)의 일 영역에 형성된 연결부 회전축(358)을 더 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 방향타(20)의 작동 과정을 살펴보면 다음과 같다.
도 8에 도시한 바와 같이, 제1 가변 플레이트(351) 및 제2 가변 플레이트(352) 중 어느 하나가 캠구동부의 종동체(365)에 의해 블레이트 본체(22) 외부로 밀리면 제1 가변 플레이트(351) 및 제2 가변 플레이트(352) 중 다른 하나는 플레이트 연결부(359) 및 연결부 회전축(358)에 의해 블레이드 본체(22) 내부로 당겨진다.
반대로 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 가변 플레이트(351) 및 제2 가변 플레이트(352) 중 어느 하나가 캠구동부의 종동체(365)에 의해 당겨지면 제1 가변 플레이트(351) 및 제2 가변 플레이트(352) 중 다른 하나는 플레이트 연결부(359) 및 연결부 회전축(358)에 의해 블레이드 본체(22) 외부로 밀린다.
이와 같이, 방향타각이 10도 이상 30도 이하일 때에는 제1 가변 플레이트(351) 및 제2 가변 플레이트(352) 중 어느 하나가 다른 하나 보다 상대적으로 돌출되어 방향타력을 증가시킨다.
그리고 앞서 도 7에 도시한 바와 같이, 방향타각이 0도 이상 10도 미만일때에는 제1 가변 플레이트(351) 및 제2 가변 플레이트(352)는 서로 동일하게 돌출되거나 블레이드 본체(22)에 수납된다.
이와 같은 구성에 의하여, 선박용 방향타(20)의 타력을 더욱 효율적으로 증가시켜 조종 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 선박(100)의 직진 성능에 영향을 주는 저항은 감소시키고, 방향타의 최대 토크(torque)가 불필요하게 증가되는 것은 억제할 수 있다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 실험예와 비교예를 살펴본다.
실험예는 본 발명의 제1 실시에에 따른 선박용 방향타이며, 비교예는 가변 플레이트가 없는 일반적인 선박용 방향타이다.
도 10 및 도 11에서 나타난 바와 같이, 비교예의 경우 방향타의 타력 및 토크가 타각에 비례하여 증감하는 것을 알 수 있다. 반면, 실험예의 경우, 특정 타각에서 타력이 선택적으로 증가됨을 알 수 있다.
따라서, 선박의 조종에 많이 사용되는 특정 타각에 타력을 증가시켜 선박의 조종 성능을 효율적으로 향상시킬 수 있다. 그리고 특정 타각 이외에서는 일반적인 타력 및 토크로 회복되어 불필요하게 저항이 증가되는 것을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명을 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.
20: 선박용 방향타 21: 블레이드 혼
22: 블레이드 본체 25: 가변 플레이트
26: 캠구동부 30: 추진기
100: 선박
22: 블레이드 본체 25: 가변 플레이트
26: 캠구동부 30: 추진기
100: 선박
Claims (8)
- 선박의 추진기의 후방에 위치하는 선박용 방향타에 있어서,
블레이드 본체;
상기 블레이드 본체의 후방으로 돌출 가능하도록 상기 블레이드 본체 내부에 수납된 제1 가변 플레이트와 제2 가변 플레이트;
상기 제1 가변 플레이트와 상기 제2 가변 플레이트를 연결하는 플레이트 연결부;
상기 플레이트 연결부의 일 영역에 형성된 연결부 회전축; 및
상기 블레이드 본체의 방향타각에 따라 선택적으로 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 하나 이상을 돌출시키도록 구성되되, 하나 이상의 돌기부와 함몰부를 갖는 원동체와, 상기 원동체의 회전에 따라 왕복 운동하며 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 하나 이상을 밀고 당기는 종동체를 포함하는 캠구동부를 포함하는 선박용 방향타. - 제1항에서,
상기 캠구동부는 하나 이상의 돌기부를 갖는 원동체와, 상기 원동체의 회전에 따라 왕복 운동하며 상기 가변 플레이트를 선택적으로 돌출시키는 종동체를 포함하는 선박용 방향타. - 제2항에서,
상기 방향타각이 0도 이상 10도 미만일때 상기 가변 플레이트는 상기 블레이드 본체에서 상대적으로 최소 돌출되며,
상기 방향타각이 10이상 30도 이하일때 상기 가변 플레이트는 상기 블레이드 본체에서 상대적으로 최대 돌출되어 방향타력을 증가시키는 선박용 방향타. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에서,
상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 어느 하나가 상기 캠구동부의 상기 종동체에 의해 상기 블레이드 본체 외부로 밀리면 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 다른 하나는 상기 플레이트 연결부 및 상기 연결부 회전축에 의해 상기 블레이드 본체 내부로 당겨지고,
상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 어느 하나가 상기 캠구동부의 상기 종동체에 의해 당겨지면 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 다른 하나는 상기 플레이트 연결부 및 상기 연결부 회전축에 의해 상기 블레이드 본체 외부로 밀리는 선박용 방향타. - 제7항에서,
상기 방향타각이 0도 이상 10도 미만일때 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트는 서로 동일하게 돌출되거나 블레이드 본체에 수납되며,
상기 방향타각이 10도 이상 30도 이하일때 상기 제1 가변 플레이트 및 상기 제2 가변 플레이트 중 어느 하나가 다른 하나 보다 상대적으로 돌출되어 방향타력을 증가시키는 선박용 방향타.
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