KR101324965B1

KR101324965B1 - 러더 및 이를 갖춘 선박

Info

Publication number: KR101324965B1
Application number: KR1020110101591A
Authority: KR
Inventors: 송인행; 권석암; 배준환; 지용해
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2011-10-06
Publication date: 2013-11-05
Also published as: KR20130037280A

Abstract

러더 및 이를 갖춘 선박이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 러더는 최대 폭(W1)부분에서 후연으로 갈수록 그 폭이 점차 감소하다가 최소 폭(W5)부분에서 후연에 이르기까지 그 폭이 점차 증가하는 단면형상을 구비하고, 후연의 폭(W4)이 최대 폭(W1)의 20% 이상 ~ 25% 이하이고, 전연으로부터 최소 폭(W5)부분까지 거리(C2)가 러더 전체길이(C)의 90% 이상 ~ 92% 이하인 것이다.

Description

러더 및 이를 갖춘 선박{RUDDER AND SHIP HAVING THE SAME}

본 발명은 러더 및 이를 갖춘 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 조종운동을 위한 양력을 높은 수준으로 유지하면서도 직진 시 유체에 대한 저항을 최소화할 수 있는 러더 및 이를 갖춘 선박에 관한 것이다.

러더는 선박의 선체 저부나 추진기 후방에 설치되어 좌현 또는 우현 방향으로 회전함으로써 선박의 선회를 위한 양력을 발생시킨다. 이러한 러더는 유체에 대한 저항을 최소화할 수 있으면서도 선박의 선회 시 높은 양력을 발생시켜 양호한 선회 조종성능을 발휘할 수 있어야 한다.

높은 양력을 발생시킬 수 있는 고양력 러더로는 대한민국 공개특허공보 10-2009-0050918호에 개시된 바와 같은 피쉬테일(Fish-tail) 러더가 알려져 있다. 도 1은 위 공보에 개시된 바와 같은 통상적인 피쉬테일 러더의 단면형상을 나타낸다.

피쉬테일 러더(10)의 단면은 도 1에 도시한 바와 같이, 전연(11)으로부터 후연(12)으로 갈수록 그 폭이 점차 증가하다 최대 폭(W1)부분(13)에서 후연(12)으로 갈수록 그 폭이 점차 감소하며, 후미의 최소 폭(W3)부분(14)에서 다시 후연(12) 으로 갈수록 그 폭이 증가하는 형태다. 후미의 단면형상이 물고기 꼬리와 유사하다. 또 후연(12)의 폭(W2)은 최대 폭(W1)의 약 30% 이고, 전연(11)으로부터 최소 폭(W3)부분(14)까지의 거리(C1)는 러더 전체길이(C)의 약 80%이다.

이러한 피쉬테일 러더(10)는 선박의 선회를 위해 러더를 회전시키는 경우 꼬리부분 양 측면을 흐르는 유체의 압력 차가 커지기 때문에 꼬리부분이 유선형을 유지하는 NACA(National Advisory Committee for Aeronautics) 계열 러더에 비해 양력을 20% ~ 30% 정도 향상시킬 수 있다.

그러나 이러한 피쉬테일형 러더(10)는 후연(12)의 폭(W2)이 최대 폭(W1)의 약 30%에 이를 정도로 크기 때문에 선박이 직진하는 상황에서 NACA 계열 러더보다 유체에 대한 저항이 커지게 되고, 결과적으로 선박의 추진성능 저하를 초래하는 문제가 있다.

특허문헌1: 한국 공개특허공보 10-2009-0050918호(2009. 05. 20. 공개)

본 발명의 목적은 선박의 조종운동을 위한 양력을 높은 수준으로 유지하면서도 선박의 직진 시 유체에 대한 저항을 최소화할 수 있는 러더 및 이를 갖춘 선박을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 최대 폭(W1)부분에서 후연으로 갈수록 그 폭이 점차 감소하다가 최소 폭(W5)부분에서 후연에 이르기까지 그 폭이 점차 증가하는 단면형상을 구비하고, 상기 후연의 폭(W4)이 상기 최대 폭(W1)의 20% 이상 ~ 25% 이하이고, 전연으로부터 상기 최소 폭(W5)부분까지 거리(C1)가 상기 러더 전체길이(C)의 90% 이상 ~ 92% 이하인 러더가 제공될 수 있다.

상기 러더의 최소 폭(W5)부분으로부터 후연에 이르는 꼬리부분 양쪽 측면은 상기 러더의 전후방향 중심선(X)에 대하여 11°이상 ~ 17°이하의 경사를 유지할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 러더는 타각을 증가시킬 때 높은 수준의 양력을 발생시켜 선박의 양호한 조종운동을 구현할 수 있으면서도, 선박의 직진 운항 시 유체에 대한 저항을 최소화할 수 있기 때문에 선박의 추진성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래 피쉬테일 러더의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 러더가 적용된 선박의 측면도이다.
도 3은 도 2의 A-A' 선에 따른 단면도이다.
도 4는 본 실시 예에 따른 러더의 타각변화에 따른 양력 변화 추이를 종래와 대비하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 실시 예에 따른 러더의 타각변화에 따른 항력 변화 추이를 종래와 대비하여 나타낸 그래프이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 러더가 선박에 적용된 상태를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 선박의 선체(20) 후미 쪽에는 추진을 위한 프로펠러(21)가 설치되고, 프로펠러(21)의 후방에는 선체(20)의 조종운동을 위한 러더(30)가 설치된다.

선체(20) 후미에는 러더(30)의 설치를 위해 러더트렁크(22)가 마련되고, 선체(20) 내부의 구동장치(미도시)에 연결된 회전축(23)이 러더트렁크(22)를 관통하여 하부로 연장된다. 러더(30)는 회전축에 결합되어 구동장치의 동작에 의해 좌현 또는 우현 방향으로 회전함으로써 선체(20)의 선회 조종을 위한 양력을 발생시킨다. 여기서는 러더(30)가 프로펠러(21) 후방에 설치된 경우를 설명하지만, 이러한 러더(30)는 선박의 종류나 사용목적에 따라 선체(20) 하부의 다른 위치에도 설치될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 풀 스페이드형(Full-Spade Type) 러더(30)를 예시하지만, 본 발명이 적용되는 러더의 형태는 이에 한정되지 않고 러더혼을 갖춘 세미스페이드형(Semi-Spade Type)일 수도 있다.

도 3은 도 2의 A-A' 선에 따른 단면도로, 본 실시 예에 따른 러더(30)의 단면형상을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 러더(30)의 단면형상은 전연(31)으로부터 후연(32)으로 갈수록 그 폭이 점차 증가하다 최대 폭(W1)부분(33)에서 후연(32)으로 갈수록 그 폭이 점차 감소하고, 후미의 최소 폭(W5)부분(34)에서 다시 후연(32)으로 갈수록 그 폭이 증가하는 형태다. 후미의 단면형상이 물고기 꼬리형태다.

이러한 러더(30)는 선박의 선회를 위해 타각을 증가시킬 경우 후미의 형상으로 인해 통상의 NACA 계열 러더에 비해 양력이 증가한다. 타각을 증가시킬 때 러더(30)의 흡입면에서는 통상의 러더보다 유속이 증가하면서 압력이 낮아지고, 러더(30)의 압력면에서는 후미의 형상으로 인해 유체의 흐름이 변화되면서 통상의 러더보다 유속이 느려져 압력이 높아지기 때문이다.

또 본 실시예에 따른 러더(30)의 단면은 최대 폭(W1)이 러더 전체길이(C)의 20%이고, 후연(32)의 폭(W4)이 최대 폭(W1)의 20% 이상 ~ 25% 이하이며, 러더(30)의 전연(31)으로부터 최소 폭(W5)부분(34)까지 거리(C2)가 러더 전체길이(C)의 90% 이상 ~ 92% 이하이다. 그리고 최소 폭(W5)부분(34)으로부터 후연(32)에 이르는 꼬리부분 양쪽 측면의 경사각(β)은 러더(30)의 전후방향 중심선(X)에 대하여 11°이상 ~ 17°이하이다. 종래 피쉬테일 러더와 비교할 때 후연(32)의 폭(W4)이 좁아지고, 최소 폭(W5)부분(34)의 위치가 후연(32) 쪽으로 이동한 형태다. 또 꼬리부분 양 측면의 경사(β)는 종래보다 약간 증가한 형태다.

이는 종래보다 꼬리부분의 길이를 짧게 하고 후연(32)의 폭(W4)을 줄여 유체에 대한 저항을 줄일 수 있도록 한 것이다. 후연(32)의 폭(W4)을 최대 폭(W1)의 20%미만으로 할 경우에는 종래 피쉬테일 러더와 대등한 수준의 양력 상승효과를 기대하기가 어렵고, 후연(32)의 폭(W4)을 최대 폭(W1)의 25%이상으로 할 경우에는 유체에 대한 저항이 증가할 수 있다. 따라서 본 실시 예에서 후연(32)의 폭(W4)은 최대 폭(W1)의 20% 이상 ~ 25% 이하 정도가 적당하다.

또 본 실시 예의 러더(30)는 최소 폭(W5) 부분(34)을 후연(32) 쪽으로 이동시키고, 최소 폭(W5)부분(34)으로부터 후연(32)에 이르는 양 측면의 경사각(β)을 종래와 대등하게 유지하거나 종래보다 약간 증대시켰다. 이는 유체에 대한 저항을 줄이면서도 종래와 거의 대등한 수준의 양력을 유지할 수 있도록 한 것이다. 꼬리부분 양 측면의 경사각(β)을 위에서 언급한 범위(11 ~ 17°)보다 작게할 경우 종래와 같은 양력 상승을 기대하기 어렵고, 위 범위보다 크게 할 경우 저항이 커질 수 있다.

도 4는 본 실시 예에 따른 러더의 타각변화에 따른 양력 변화 추이를 종래와 대비하여 나타낸 것이다. 도 4는 NACA 계열 러더, 종래 피쉬테일 러더, 본 실시 예의 피쉬테일 러더의 모형을 각각 프로펠러가 동작하는 후방에 대등한 조건으로 설치한 상태에서 타각 변화에 따른 양력변화 추이를 실험한 결과이다.

실험결과, 본 실시 예에 따른 피쉬테일 러더(30)와 종래 피쉬테일 러더는 모두 타각을 증가시킬 때 통상의 NANA 계열 러더에 비하여 양력이 증가함을 확인할 수 있다. 특히 본 실시 예에 따른 러더(30)는 종래 피쉬테일 러더에 비하여 후연(32)의 폭을 좁게 하였음에도 불구하고, 타각 변화에 따른 양력 변화 추이가 종래 피쉬테일 러더와 거의 대등한 수준을 유지하였다.

도 5는 본 실시 예에 따른 러더의 타각변화에 따른 항력(抗力) 변화 추이를 종래와 대비하여 나타낸 것이다. 도 5의 경우도 NACA 계열 러더, 종래 피쉬테일 러더, 본 실시 예의 피쉬테일 러더의 모형을 각각 프로펠러가 동작하는 후방에 대등한 조건으로 설치한 상태에서 타각 변화에 따른 항력 변화 추이를 실험한 결과이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시 예에 따른 피쉬테일 러더(30)는 타각변화를 수행하는 모든 영역에서 종래 피쉬테일 러더에 비해 유체에 대한 저항이 현저히 감소함을 확인할 수 있다. 특히 통상적으로 선박이 직진으로 운항하는 경우와 같이 타각이 5°이내인 경우에는 더욱 항력이 감소되는 경향을 갖고 있다.

종래 피쉬테일 러더는 저항이 크기 때문에 선박의 직진 운항 시 NACA 계열 러더에 비해 대략 0.2 ~ 0.3노트의 선속저하를 초래할 수 있다. 그러나 본 실시 예의 피쉬테일 러더(30)는 도 5에 도시한 바와 같이, 타각이 약 5°이내인 경우에서 저항이 작기 때문에 선박의 직진 운항 시 선속 저하를 최소화할 수 있다.

이처럼 본 실시 예에 따른 러더(30)는 종래 피쉬테일 러더에 비해 유체에 대한 저항을 줄일 수 있기 때문에 추진성능을 향상시킬 수 있다. 또 선박의 선회를 위해 타각을 증가시킬 때는 종래 피쉬테일 러더와 대등한 수준의 높은 양력을 얻을 수 있기 때문에 선박의 양호한 선회 조종을 구현할 수 있다.

20: 선체, 21: 프로펠러,
30: 러더, 31: 전연,
32: 후연, 33: 최대 폭 부분,
34: 최소 폭 부분.

Claims

최대 폭(W1)부분에서 후연으로 갈수록 그 폭이 점차 감소하다가 최소 폭(W5)부분에서 후연에 이르기까지 그 폭이 점차 증가하는 단면형상을 구비하고,
상기 후연의 폭(W4)이 상기 최대 폭(W1)의 20% 이상 ~ 25% 이하이고, 전연으로부터 상기 최소 폭(W5)부분까지 거리(C2)가 전체길이(C)의 90% 이상 ~ 92% 이하인 러더.
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제1항에 따른 러더를 갖춘 선박.