KR101358126B1 - 선박 - Google Patents

Abstract

선박이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박은 선체의 후미 쪽에 설치된 프로펠러와, 반류(伴流)를 발생시켜 프로펠러 회전면의 하반부로 유도하기 위해 프로펠러 전방의 선체 양측면에 각각 설치된 반류제어핀을 포함하고, 반류제어핀은 선미수선(AP)으로부터 선수방향으로 프로펠러 직경(D)의 2배 이격된 지점에 배치되고, 프로펠러 중심선보다 하부에 배치되며, 선미 쪽으로 상향경사 유지하는 수류(水流)에 대하여 -9도 역경사를 유지하며 후방으로 연장되는 것이다.

Description

선박{SHIP}

본 발명은 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프로펠러로 유입되는 유체의 반류 개선을 통하여 추진성능을 향상시킬 수 있는 선박에 관한 것이다.

유가가 상승하고 환경에 대한 규제가 높아지면서 최근 해운선사들의 관심이 에너지 절감형 친환경 선박에 집중되고 있다. 관련분야의 연구도 저항을 적게 받는 선형을 개발하거나 추진장치의 성능을 개선하는 등 에너지 절감형 선박을 개발하는데 역점을 두고 있다.

추진성능 향상방안의 일환으로 대한민국 공개특허공보 10-2008-0092850호는 선체 표면을 따라 선미 쪽으로 진행하는 수류를 프로펠러 회전면 하반부로 유도하여 프로펠러 회전면의 반류분포를 개선함으로써 추진효율을 높이는 방안을 제시하고 있다. 이 선박은 선체 저면의 평행부 후단부분 양측에 선미 쪽을 향해 상향 경사를 유지하는 빌지핀을 각각 설치하고, 프로펠러와 인접한 선미부분 양측에 프로펠러의 회전방향과 반대방향으로 경사진 선미 끝 핀을 각각 설치한 것이다.

빌지핀은 선체의 구조에 의해 선체로부터 박리되어 형성되는 빌지 소용돌이(반류)를 프로펠러의 회전면 쪽으로 유도하여 추진성능을 높이고자 한 것이다. 선미 끝 핀은 선체의 저부로부터 선미 오버행(Overhang)을 향하는 수류(水流)를 프로펠러 회전면의 하반부 쪽으로 유도하여 추진성능을 높이고자 한 것이다.

그러나 이러한 선박은 빌지핀에 의해 프로펠러의 회전면으로 유도되는 반류가 프로펠러 회전면의 상반부에 치우치는 경향이 크기 때문에 프로펠러 회전면의 반류분포를 고르게 하기 어렵다. 또 빌지핀이 선체 저면의 평행부 후단 근처에서 생기는 반류(선체 구조에 의해 발생하는 반류)를 단지 프로펠러 회전면으로 유도하는 것이기 때문에 추진성능을 높이는데 한계가 있다. 또한 빌지핀과 프로펠러 사이의 거리도 너무 멀기 때문에 선체 구조에 의해 생긴 반류를 프로펠러 회전면 쪽으로 온전히 유도하기 어렵다. 선미 끝 핀도 프로펠러와 인접한 위치에서 단지 유체의 흐름을 유도하는 것이기 때문에 추진성능을 높이는데 한계가 있다.

특허문헌1: 대한민국 공개특허공보 10-2008-0092850호 (2008. 10. 16. 공개)

본 발명의 목적은 프로펠러로 유입되는 유체의 반류를 개선하여 추진성능을 향상시킬 수 있는 선박을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 후미 쪽에 설치된 프로펠러와, 반류(伴流)를 발생시켜 상기 프로펠러 회전면의 하반부로 유도하기 위해 상기 프로펠러 전방의 상기 선체 양측면에 각각 설치된 반류제어핀을 포함하고, 상기 반류제어핀은 선미수선(AP)으로부터 선수방향으로 상기 프로펠러 직경(D)의 2배 이격된 지점에 배치되고, 상기 프로펠러 중심선보다 하부에 배치되며, 선미 쪽으로 상향경사 유지하는 수류(水流)에 대하여 -9도 역경사를 유지하며 후방으로 연장되는 것을 특징으로 하는 선박이 제공될 수 있다.

상기 반류제어핀의 전후 길이는 상기 프로펠러 직경의 0.25배 이상 ~ 0.35배 이하이고, 상기 반류제어핀의 좌우 폭은 상기 프로펠러 직경의 0.05배 이상 ~ 0.07배 이하일 수 있다.

상기 반류제어핀은 그 상면과 하면이 상기 선체의 측면에 대하여 수직을 유지하도록 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박은 프로펠러 전방의 선체 양측면에 각각 설치된 반류제어핀이 반류(伴流)를 발생시켜 프로펠러 회전면의 하반부로 유도하기 때문에 프로펠러 하반부로 유입되는 유체 흐름을 느리게 하여 추진성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박 요부의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 요부 상세도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 반류제어핀 사시도이다.
도 4는 본 실시 예에 따른 선박의 프로펠러 회전면의 유속분포를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 종래와 대비하여 나타낸 것이다

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 선박은 선체(1)의 추진을 위해 선체(1)의 후미 쪽에 설치된 프로펠러(2)와, 선체(1)의 선회 조종을 위해 프로펠러(2) 후방의 선체(1) 후미에 회전하도록 설치된 러더(3)를 포함한다. 도 1에서 부호 4는 선체 저면의 평행부, 5는 평행부(4)로부터 선미 측 오버행(Overhang)으로 이어지는 경사면, 6은 프로펠러(2)의 설치를 위해 경사면(5)의 하측에 선미 쪽으로 유선형으로 돌출된 돌출부(6)이다.

또 본 실시 예의 선박은 반류(9, 伴流)를 발생시켜 프로펠러(2) 회전면의 하반부 쪽으로 유도하기 위해 프로펠러(2) 전방의 선체 양측면에 각각 설치된 반류제어핀(10)을 구비한다.

반류제어핀(10)은 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 선체(1) 후미 쪽 돌출부(6) 양측면에 각각 설치되고, 도 3에 도시한 바와 같이, 선수에서 선미방향으로 길이가 긴 평판형태다. 또 그 상면과 하면은 선체(1)의 측면(돌출부의 측면)에 대하여 거의 수직을 유지하는 형태다.

반류제어핀(10)의 위치는 선미수선(After perpendicular: AP)으로부터 선수방향으로의 이격거리(L)가 프로펠러(2) 직경(D)의 2배 지점이고, 프로펠러(2) 중심선보다 하부에 배치된다. 또 선체(1) 저면의 평행부(4)로부터 선미 오버행을 향하여 상향경사를 유지하는 수류(8, 水流)에 대하여 -9도의 역경사를 유지하면서 후방으로 연장된 형태다. 즉 도 2에 도시한 바와 같이, 수류(8)에 대한 반류제어핀(10)의 설치각도(α)가 -9도의 역경사를 유지한다.

이러한 구성은 반류제어핀(10)이 경사면(5)을 따라 상승하는 수류(8)에 대하여 역경사를 유지함으로써 일부 수류(8)의 방향을 변화시켜 프로펠러(2) 회전면 하반부 쪽으로 유도함과 동시에 프로펠러(2) 회전면 하반부의 유체흐름을 느리게 하는 반류(9)를 유발할 수 있도록 한 것이다. 즉 반류제어핀(10)에 의해 변화된 유체흐름이 그 주변의 흐름에 영향을 주어 적극적으로 반류(9)를 유발하고, 이러한 반류(9)가 변화된 유체흐름에 편승하여 프로펠러(2) 회전면 하반부로 유도될 수 있도록 한 것이다.

프로펠러(2) 회전면으로 유입되는 유체의 반류(9)가 증가한다는 것은 그만큼 유체의 흐름을 느리게 하여 프로펠러(2)의 추진성능을 향상시킬 수 있음을 의미한다. 통상적인 선박에서 프로펠러 회전면으로 유입되는 유체의 유속은 선체(1) 구조의 영향으로 인해 상대적으로 회전면 상반부보다 하반부 쪽이 빠른 편이다. 본 실시 예는 이를 감안하여 프로펠러(2) 전방에서 생긴 반류(9)를 프로펠러(2) 회전면 하반부 쪽으로 유도함으로써 회전면 하반부 유속이 느려질 수 있도록 한 것이다. 그리고 이를 통해 프로펠러(2) 회전면의 유속분포(또는 반류분포)를 보다 고르게 하여 추진성능을 높이고자 한 것이다.

본 실시 예에서 반류제어핀(10)의 설치각도(α)가 수류(8)에 대하여 -5도 이상 ~ -20도 이하의 역경사를 유지하도록 한 것은 반류(9)의 생성을 최적화하기 위함이다. 즉 반류제어핀(10)의 설치각도(α)가 수류에 대하여 -5도보다 작은 경우에는 반류(9)의 생성이 미흡하여, 이 반류(9)가 추진성능을 높이는데 기여하기 어렵다. 그리고 반류제어핀(10)의 설치각도(α)가 수류에 대하여 -20도 보다 큰 경우에는 반류(9)의 생성이 너무 커서 오히려 이러한 반류(9)가 선체(1)의 추진에 저항으로 작용할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

또 본 실시 예에서 반류제어핀(10)을 선미수선(AP)으로부터 프로펠러(2) 직경(D)의 2배 위치에 배치한 것은 반류제어핀(10)으로부터 프로펠러(2) 회전면 하반부에 이르기까지 점차 성장하는 반류(9)의 특성을 고려한 것이다. 즉 반류(9)의 세기 및 확산정도가 프로펠러(2) 회전면의 하반부에 이르러 추진성능을 높이는 방향으로 최적화될 수 있게 한 것이다.

프로펠러(2)와 반류제어핀(10) 사이의 거리가 너무 멀면, 반류제어핀(10)에 의해 생성된 반류(9)가 주변 유체의 흐름 등의 영향으로 프로펠러(2) 회전면 하반부로 유도되기 어려울 뿐만 아니라, 반류(9)의 성장이 필요이상 커질 수 있다. 즉 반류(9)가 회전면 하반부 크기보다 커지는 현상이 생긴다. 반류(9)가 너무 커지면 오히려 선체(1) 추진에 저항으로 작용할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.

반대로 프로펠러(2)와 반류제어핀(10) 사이의 거리가 너무 가까우면, 반류(9)의 성장이 미흡하여 반류(9)가 회전면 하반부에 국부적으로만 작용할 수 있기 때문에 추진성능을 높이기 어렵다.

따라서 프로펠러(2) 회전면 하반부에 작용하는 반류(9)의 세기나 확산정도를 적절히 유지하기 위해서는 반류제어핀(10)이 설치되는 위치와 설치각도(α)를 앞서 언급한 바와 같이 최적화 하는 것이 필요하다.

또 반류(9)의 세기 등을 적절히 유지하기 위해서는 반류제어핀(10)의 크기를 최적화할 필요도 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 본 실시 예에서는 반류제어핀(10)의 전후 길이(A)를 프로펠러(2) 직경(D)의 0.25배 이상 ~ 0.35배 이하 정도로 하고, 반류제어핀(10)의 좌우 폭(B)을 프로펠러(2) 직경(D)의 0.05배 이상 ~ 0.07배 이하 정도로 하였다. 반류제어핀(10)의 길이(A)가 위 범위보다 짧으면 반류(9)의 생성이 미흡하고, 위 범위보다 길면 반류제어핀(10)의 설치에 따른 효과보다 유체의 저항으로 인한 손실이 커질 수 있기 때문이다. 마찬가지로 반류제어핀(10)의 폭(B)도 위 범위보다 작을 경우 반류(9) 생성이 미흡하고, 위 범위보다 클 경우 저항이 커질 수 있기 때문이다.

본 실시 예에서는 도 3의 예처럼 평판형태의 반류제어핀을 제시하였으나, 반류제어핀의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 반류를 프로펠러 회전면 하반부 쪽으로 유도하기 위해 반류제어핀이 소정의 곡률로 휘어지는 형태일 수도 있다. 물론 이 경우에는 반류의 형태가 다소 변할 수 있다. 하지만 이를 보정하는 차원에서 반류제어핀의 길이나 폭 등을 다소 변경한다면, 결국 프로펠러 회전면 하반부로 유도되는 반류의 형태를 최적화할 수 있을 것이다.

도 4는 본 실시 예에 따른 선박의 프로펠러(2) 회전면의 유속분포를 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 종래와 대비하여 나타낸 것이다. 도 4에서 구분선 X를 기준으로 좌측은 반류제어핀(10)을 설치하지 않은 선박의 프로펠러 회전면 유속분포를 나타내고, 우측은 본 실시 예에 따른 반류제어핀(10)을 설치한 선박의 프로펠러 회전면 유속분포를 나타낸다. 또 도면은 빨간색 영역으로부터 초록색 영역으로 갈수록 유속이 느려짐을 나타낸다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시 예의 반류제어핀(10)이 적용된 선박은 프로펠러(2) 회전면 하반부로 유입되는 반류(9)의 영향으로 인해 프로펠러(2) 회전면 하부영역, 특히 도면의 C영역의 유속이 반류제어핀(10)을 설치하지 않은 종래와 비교할 때 느려짐을 확인할 수 있다. 이는 프로펠러(2) 회전면 상반부와 하반부의 유속편차를 줄여 프로펠러 상측과 하측에서 발휘되는 추진성능의 편차를 줄일 수 있음을 의미한다. 또 회전면 하반부로 유입되는 유체의 유속이 느려짐으로써 그만큼 추진성능을 향상시킬 수 있음을 의미한다.

1: 선체, 2: 프로펠러,
3: 러더, 5: 경사면,
8: 수류, 9: 반류,
10: 반류제어핀.

Claims (3)

1. 선체(1)의 후미 쪽에 설치된 프로펠러(2)와,
   반류(9,伴流)를 발생시켜 상기 프로펠러(2) 회전면의 하반부로 유도하기 위해 상기 프로펠러(2) 전방의 상기 선체(1) 양측면에 각각 설치된 반류제어핀(10)을 포함하고,
   상기 반류제어핀(10)은 선미수선(AP)으로부터 선수방향으로 상기 프로펠러 직경(D)의 2배 이격된 지점에 배치되고, 상기 프로펠러(2) 중심선보다 하부에 배치되며, 선미 쪽으로 상향경사를 유지하는 수류(8, 水流)에 대하여 -9도 역경사를 유지하며 후방으로 연장되는 것을 특징으로 하는 선박.
2. 제1항에 있어서,
   상기 반류제어핀(10)의 전후 길이는 상기 프로펠러(2) 직경(D)의 0.25배 이상 ~ 0.35배 이하이고,
   상기 반류제어핀(10)의 좌우 폭은 상기 프로펠러(2) 직경(D)의 0.05배 이상 ~ 0.07배 이하인 것을 특징으로 하는 선박.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 반류제어핀(10)은 그 상면과 하면이 상기 선체(1)의 측면에 대하여 수직을 유지하도록 설치된 것을 특징으로 하는 선박.

Images