KR101392900B1 - Rudder for ship - Google Patents

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Abstract

A rudder for a ship is disclosed. The rudder for a ship according to an embodiment of the present invention has a cross-sectional shape with a width gradually increased from the front end toward the rear end, but gradually decreased from a point having maximum width to the rear end. When a distance from the front end to the rear end is C, a linear displacement from the front end toward the rear end is X, a half width at the displacement X is T, and the maximum half width of the cross-section is Tmax, the cross-sectional shape has the radius of curvature at the front end which is 7.6 times as large as (Tmax/C)^2, T/Tmax at the rear end which is 0.15, the inclination at the rear end which is 1.56 times as large as a virtual linear inclination for connecting the point having the maximum width and the rear end, and the point having the maximum width which is located at 30% of the full length (C).

Description

선박용 러더{RUDDER FOR SHIP}RUDDER FOR SHIP

본 발명은 선박용 러더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양력을 높이면서도 러더 축에 걸리는 토오크의 상승을 최소화할 수 있도록 단면형상을 최적화한 선박용 러더에 관한 것이다. The present invention relates to a marine rudder, and more particularly, to a marine rudder that optimizes the cross-sectional shape so as to minimize an increase in torque applied to the rudder shaft while raising lift.

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.The rudder is installed at the bottom of the hull of the ship or behind the propeller and generates lift for turning of the ship by rotating in the port or starboard direction. These rudders should be able to minimize resistance to fluid and generate high lift when turning the ship, so that good turning control performance can be achieved.

러더의 단면형상은 전후방향 중심선을 기준으로 양측이 대칭을 이루는 유선형이다. 선박용으로 이용되고 있는 통상의 NACA(National Advisory Committee of Aeronautics) 계열 러더의 단면은 원호형으로 된 전단으로부터 후단 쪽으로 갈수록 그 폭이 점차 증가하다 최대폭 부분에서 다시 후단에 이르기까지 그 폭이 점차 감소하는 형태다. 또 전체길이의 30%의 위치에서 최대폭을 나타내고, 양 측면이 외측으로 볼록한 곡면형태다. The cross-sectional shape of the rudder is streamlined with both sides symmetrical with respect to the fore-and-aft center line. The cross section of the conventional NACA rudder used for ships is gradually increasing in width from the front end to the rear end. The width gradually decreases from the maximum width to the rear end. All. In addition, it shows the maximum width at 30% of the total length, and both sides are curved outwardly convex.

또 선박용 러더 중에는 양력을 향상시키기 위해 NACA 계열 러더와 다르게 단면의 형태를 변경한 것도 있다. 일 예로 대한민국 등록특허공보 10-0621222호에 개시된 SRL10T10 러더의 단면구조는 전체길이를 C, 단면의 최대 반폭을 Tmax라 할 때, 후단 폭을 최대 폭의 10% 정도로 하여 후단에 직선형상을 적용하고, 전단의 곡률반경을 (Tmax/C)2 의 4배, 최대 폭 위치를 전체길이(C)의 30% 위치로 하고 있다. 이 러더는 영각(선회 조종을 위해 회전한 각도) 10도에서 양력이 통상의 NACA 단면구조를 가진 러더에 비해 6.4% 정도 향상되는 결과를 보여준다.In addition, some ship rudders have been modified in cross section shape to improve lift, unlike the NACA series rudder. For example, when the overall length is C and the maximum half-width of the section is Tmax, the rear end width is set to about 10% of the maximum width, and a straight line shape is applied to the rear end, for example, in the sectional structure of the SRL10T10 rudder disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0621222 , The curvature radius of the front end is set to 4 times the (Tmax / C) 2 , and the maximum width position is set to 30% of the total length (C). This rudder shows a 6.4% increase in lift compared to a rudder with normal NACA cross-section at 10 degrees of angle of rotation.

하지만, 이러한 러더는 양력을 향상시킬 수 있지만, 영각 35도에서의 토오크가 NACA 러더에 비해 약 43% 정도 증가한다. 양력의 상승정도에 비하여 러더의 축에 걸리는 토오크가 과도하게 증가하는 셈이다. 이처럼 러더 축에 작용하는 토오크가 과도하게 증가하면, 조타기의 용량도 그 만큼 크게 해야 하기 때문에 조타기의 설치에 따른 비용이 증가할 수 있다.However, these rudders can improve lift, but the torque at 35 degrees of engagement increases by about 43% compared to the NACA rudder. The torque applied to the shaft of the rudder is excessively increased as compared with the lift of the lift. If the torque acting on the rudder shaft excessively increases, the cost of installing the steering gear may increase because the capacity of the steering gear must be increased as much.

등록특허공보 10-0621222호(2006. 09. 19. 공고)Registered Patent Publication No. 10-0621222 (September 19, 2006)

본 발명의 실시 예는 양력을 높이면서도 러더 축에 걸리는 토오크의 상승을 최소화할 수 있도록 단면형상을 최적화한 선박용 러더를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a marine rudder in which the cross-sectional shape is optimized so as to minimize an increase in the torque applied to the rudder shaft while raising lift.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전단으로부터 후단 쪽으로 갈수록 그 폭이 점차 증가하다 최대폭 부분에서 다시 후단에 이르기까지 그 폭이 점차 감소하는 단면형상을 가지며, 전단으로부터 후단까지의 거리를 C, 전단으로부터 후단방향으로의 직선변위를 X, 변위 X에서의 단면 반폭을 T, 단면의 최대 반폭을 Tmax라 할 때, 전단의 곡률반경이 (Tmax/C)2의 7.6 배이고, 후단에서의 T/Tmax가 0.15이고, 후단에서의 기울기가 단면 최대폭 위치와 후단을 연결하는 가상 직선 기울기의 1.56 배이고, 최대폭 부분이 전단으로부터 전장(C)의 30%에 위치하는 단면형상을 가지는 선박용 러더가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, the width gradually increases from the front end to the rear end, the cross-sectional shape gradually decreases from the maximum width portion to the rear end, and the distance from the front end to the rear end is C, The curvature radius of the front end is 7.6 times the Tmax / C 2 and the T / Tmax at the rear end is 0.15 (Tmax / C) 2 when the linear displacement to the unidirection is X, the section half width at the displacement X is T, , A rudder for ships having a sectional shape in which the slope at the rear end is 1.56 times the imaginary straight line slope connecting the maximum width position and the rear end and the maximum width portion is located at 30% of the total length C from the front end.

본 발명의 실시 예에 따른 단면형상을 가진 선박용 러더는 상대적으로 토오크의 증가는 크지 않으면서도 통상의 러더에 비하여 현저히 우수한 양력상승효과를 발휘할 수 있다. 즉 양력 상승분에 비하여 토오크의 증가분이 상대적으로 크지 않기 때문에 조타기의 용량을 크게 하지 않으면서도 우수한 선회 조종성능을 발휘할 수 있다. The rudder for a ship having a cross-sectional shape according to the embodiment of the present invention can exert a lift synergy effect which is remarkably superior to that of a normal rudder while the increase in torque is not relatively large. That is, since the torque increase is not relatively large compared with the lift increase, excellent steering control performance can be achieved without increasing the capacity of the steering gear.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 러더의 단면형상을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 러더의 단면형상을 통상의 NACA 계열 러더 및 종래 SRL10T10 러더의 단면형상과 비교하여 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 러더와 NACA 계열 러더, SRL10T10 러더, 다수의 비교 예들의 실험결과를 나타낸다. 1 shows a cross-sectional shape of a ship rudder according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a marine rudder according to an embodiment of the present invention compared with a cross-sectional shape of a conventional NACA series rudder and a conventional SRL10T10 rudder.
3 shows experimental results of a rudder, a NACA series rudder, an SRL10T10 rudder, and a number of comparative examples according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided to fully convey the spirit of the present invention to a person having ordinary skill in the art to which the present invention belongs. The present invention is not limited to the embodiments shown herein but may be embodied in other forms. For the sake of clarity, the drawings are not drawn to scale, and the size of the elements may be slightly exaggerated to facilitate understanding.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 러더의 단면형상을 나타낸다. 1 shows a cross-sectional shape of a ship rudder according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 선박용 러더(10)의 단면형상은 전단(11)으로부터 후단(12) 쪽으로 갈수록 그 폭이 점차 증가하다 최대폭 위치(13)에서 다시 후단(12)에 이르기까지 그 폭이 점차 감소하는 형태다. 또 전단(11)으로부터 최대폭 위치(13)까지는 타원과 유사한 단면형상으로 마련되고, 최대폭 위치(13)에서 후단까지의 양측면은 외측으로 볼록한 곡면형태로 마련된다. 또 후단(12)은 양력 증가를 위해 소정의 두께(t)를 가지도록 마련된다.1, the cross-sectional shape of the marine rudder 10 according to the present embodiment gradually increases from the front end 11 toward the rear end 12, and gradually increases from the front end 11 to the rear end 12, The width is gradually decreasing. In addition, a section from the front end 11 to the maximum width position 13 is formed in a cross-sectional shape similar to an ellipse, and both sides from the widest width position 13 to the rear end are provided in a convex curved outward form. The rear end 12 is provided so as to have a predetermined thickness t for lift-up.

구체적으로 본 실시 예의 러더(10)는 전단(11)으로부터 후단(12)까지의 거리(전장)를 C, 전단(11)으로부터 후단(12)방향으로의 직선변위를 X, 변위 X에서의 단면 반폭을 T, 단면의 최대 반폭을 Tmax라 할 때, 전단(11)의 곡률반경(R)은 (Tmax/C)2의 약 7.6배, 후단(12)에서의 T/Tmax는 0.15, 후단에서의 기울기(α)는 단면의 최대폭 위치(13)와 후단(12)을 연결한 가상 직선(L) 기울기의 약 1.56배, 최대폭의 위치(13)는 전단으로부터 전장 C의 30%에 위치에 마련된다. 이하에서는 편의를 위해 러더(10)의 전단(11)으로부터 최대폭 위치(13)까지를 전반부(A), 그리고 최대폭 위치(13)로부터 후단(12)까지를 후반부(B)라 하여 설명하기로 한다.More specifically, in the rudder 10 of the present embodiment, the distance (total length) from the front end 11 to the rear end 12 is C, the linear displacement from the front end 11 to the rear end 12 is X, The radius of curvature R of the front end 11 is about 7.6 times that of (Tmax / C) 2 , the T / Tmax at the rear end 12 is 0.15, and the radius of curvature The slope alpha of the section is set to about 1.56 times the slope of the imaginary straight line L connecting the maximum width position 13 and the rear end 12 of the cross section and the maximum width position 13 is set at 30% do. Hereinafter, the front portion A to the maximum width position 13 from the front end 11 of the rudder 10 will be referred to as a rear portion B from the maximum width position 13 to the rear end 12 .

통상의 러더 설계에서 양력을 증가시키기 위한 방법으로는 후단(12)의 두께(t)를 증가시키는 방법과 종래기술과 같이 후반부(B) 측면을 직선형으로 만드는 방법이 알려져 있다. 이 두 방법 모두 양력의 증가와 더불어 토오크의 상승을 유발하지만, 러더 후반부(B) 측면의 형상을 직선으로 만들 경우 토오크의 상승폭이 더 크게 나타난다. As a method for increasing lifting force in a normal rudder design, there is known a method of increasing the thickness t of the rear end 12 and a method of straightening the rear end portion B side as in the prior art. Both of these methods cause an increase in torque as well as a rise in torque. However, when the shape of the side of the rear portion (B) of the rudder is made straight, the increase in the torque becomes larger.

이러한 점을 고려해, 본 실시 예에서는 양력을 증가시키되 토오크의 과도한 상승을 방지할 수 있도록 러더 후반부(B) 측면을 외측으로 볼록한 형상으로 마련하고, 후단(12)의 두께(t)는 최대폭의 15%가 되도록 설정하였다. 또 후단(12)에서의 기울기(α)는 단면의 최대폭 위치(13)와 후단(12)을 연결한 가상의 직선(L) 기울기의 약 1.56배가 되도록 설정하였다.In consideration of this point, in the present embodiment, the side surface of the rudder rear portion B is provided in an outwardly convex shape so as to increase the lift force and prevent an excessive rise of the torque, and the thickness t of the rear end 12 is 15 %. The inclination alpha at the rear end 12 is set to be about 1.56 times the slope of the imaginary straight line L connecting the maximum width position 13 and the rear end 12 of the cross section.

또 본 실시 예의 러더(10)는 토오크의 상승폭을 감소시키기 위해, 러더 전반부(A)의 단면형상이 종래기술보다 큰 타원의 형태를 가지도록 하였다. 즉 전단의 곡률반경(R)은 (Tmax/C)2 의 약 7.6배로 하고, 단면의 최대폭의 위치(13)는 전단(11)으로부터 전장(C)의 30%에 위치하도록 하였다.The rudder 10 according to the present embodiment is configured such that the cross-sectional shape of the rudder front portion A has an elliptical shape larger than that of the prior art in order to reduce an increase in the torque. That is, the curvature radius R of the front end is set to about 7.6 times of (Tmax / C) 2 , and the maximum width position 13 of the cross section is located at 30% of the total length C from the front end 11.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 러더의 단면형상을 통상의 NACA 계열 러더 및 종래 SRL10T10 러더의 단면형상과 비교하여 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 러더의 전반부(A) 단면형상은 NACA 계열 러더 및 SRL10T10 러더보다 곡률반경이 큰 타원형태로 마련되고, 후반부(B) 양 측면이 NACA 계열 러더 및 SRL10T10 러더보다 외측으로 더 볼록한 곡면형태로 마련된다. 또 후단(12)의 폭(t)은 NACA 계열 러더 및 SRL10T10 러더보다 두껍고 끝이 직선형으로 마무리 된 형태다.2 is a cross-sectional view of a marine rudder according to an embodiment of the present invention compared with a cross-sectional shape of a conventional NACA series rudder and a conventional SRL10T10 rudder. As shown in the figure, the cross-sectional shape of the front part (A) of the rudder according to the present embodiment is formed in an elliptical shape having a radius of curvature larger than that of the NACA series rudder and the SRL10T10 rudder, and both sides of the rear part (B) are formed of NACA series rudder and SRL10T10 rudder And is formed in a convex curved surface shape outwardly. The width (t) of the rear end (12) is thicker than the NACA rudder and the SRL10T10 rudder, and the end is straight and finished.

도 3은 본 실시 예에 따른 러더와 NACA 계열 러더, SRL10T10 러더, 다수의 비교예들의 실험결과를 나타낸다. 실험조건은 본 실시 예에 따른 단면형상을 가지며, 일정 길이와 높이의 직사각형 러더를 제작한 후 전진속도 1.5m/s의 환경에서 성능실험을 하였다. NACA 계열 러더 및 SRL10T10 러더와 비교예들도 같은 조건으로 실험하였다.3 shows experimental results of rudders, NACA series rudders, SRL10T10 rudders, and a number of comparative examples according to the present embodiment. Experimental conditions were as follows. The rectangular rudder with a certain length and height was prepared and tested in an environment with a forward speed of 1.5 m / s. NACA series rudders and SRL10T10 rudders and comparative examples were also tested under the same conditions.

도 3의 실험결과에 나타낸 바와 같이, SRL10T10 단면은 NACA 단면에 비하여 10도 영각(선회 조종을 위해 회전한 각도)에서 양력이 6.4% 증가한 성능을 나타내지만, 35도 영각에서 토오크가 42.9% 증가를 결과를 나타낸다. 그러나 본 실시 예에 따른 러더의 단면은 NACA 단면에 비하여 10도 영각에서 양력이 10.2% 증가한 성능을 나타내고, 35도 영각에서 토오크가 27.7% 증가한 결과를 나타낸다. As shown in the experimental results of FIG. 3, the SRL10T10 section exhibits a 6.4% increase in lift at a 10 degree angle of attack (rotation angle for turning control) compared to the NACA section, but a torque increase of 42.9% at 35 degrees Results are shown. However, the cross section of the rudder according to the present embodiment exhibits a 10.2% increase in lifting force and a 27.7% increase in torque at 35 deg.

본 실시 예의 경우 SRL10T10 단면에 비하여 양력이 3.8% 증가하는 반면에, 러더 축에 걸리는 토오크는 오히려 15.2% 감소하는 우수한 성능을 나타낸다. 즉 본 실시 예는 영각 10도에서 양력이 증가하기 때문에 상대적으로 우수한 선회 조종성능을 발휘할 수 있으면서도 최대 토오크가 걸리는 위치인 영각 35도에서의 토오크는 양력 상승분을 고려할때 SRL10T10 단면에 비하여 오히려 감소하는 셈이다. In this embodiment, lifting force is increased by 3.8% compared to the SRL10T10 cross section, while the torque on the rudder shaft shows a rather excellent performance of 15.2% reduction. In other words, in this embodiment, since the lift is increased at 10 degrees of the angle of attack, the torque at the angle of 35 degrees, which is the position where the maximum torque can be exerted while exhibiting the relatively excellent turning control performance, is reduced compared to the SRL10T10 section to be.

도 3에 도시한 예처럼 본 실시 예에 따른 러더(10)는 비교예1 내지 4에 비해서도 우수한 성능을 나타낸다. 이는 토오크의 상승을 최소화하면서도 양호한 양력 상승효과를 발휘할 수 있는 최적의 단면형상인 것으로 볼 수 있다.As shown in Fig. 3, the rudder 10 according to the present embodiment exhibits superior performance as compared with Comparative Examples 1 to 4. This can be regarded as an optimal cross-sectional shape capable of exhibiting a good lift synergy effect while minimizing the rise of the torque.

결과적으로 본 실시 예의 러더는 양력 상승분을 고려하면, 상대적으로 토오크의 증가가 그다지 크지 않다. 러더 축에 걸리는 토오크가 작으면, 조타기 용량을 줄일 수 있고, 이를 통해 조타기의 설치에 따른 비용을 그만큼 줄일 수 있다. As a result, the rudder of the present embodiment is relatively small in the increase of the torque in consideration of the rise in lift. If the torque applied to the rudder shaft is small, the steering capacity can be reduced, thereby reducing the cost of installing the steering gear.

10: 러더, 11: 전단,
12: 후단, C: 전장,
A: 전반부, B: 후반부.10: rudder, 11: shear,
12: rear end, C: full length,
A: first half, B: second half.

Claims (1)

전단으로부터 후단 쪽으로 갈수록 그 폭이 점차 증가하다 최대폭 부분에서 다시 후단에 이르기까지 그 폭이 점차 감소하는 단면형상을 가지며,
전단으로부터 후단까지의 거리를 C, 전단으로부터 후단방향으로의 직선변위를 X, 변위 X에서의 단면 반폭을 T, 단면의 최대 반폭을 Tmax라 할 때,
전단의 곡률반경이 (Tmax/C)2의 7.6 배이고,
후단에서의 T/Tmax가 0.15이고,
후단에서의 기울기가 단면 최대폭 위치와 후단을 연결하는 가상 직선 기울기의 1.56 배이고,
최대폭 부분이 전단으로부터 전장(C)의 30%에 위치하는 단면형상을 가지는 선박용 러더.The width gradually increases from the front end to the rear end, the width gradually decreases from the maximum width portion to the rear end portion,
The distance from the front end to the rear end is C, the linear displacement from the front end to the rear end direction is X, the sectional half width at the displacement X is T, and the maximum half width of the section is Tmax,
The curvature radius of the front end is 7.6 times the (Tmax / C) 2 ,
T / Tmax at the rear end is 0.15,
The slope at the rear end is 1.56 times the slope of the virtual straight line connecting the maximum width position and the rear end,
And the maximum width portion is located at 30% of the total length (C) from the front end.
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