KR101485255B1

KR101485255B1 - 선박용 러더

Info

Publication number: KR101485255B1
Application number: KR20130090374A
Authority: KR
Inventors: 박명식; 박충환
Original assignee: (주)대성마린텍
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2015-01-21

Abstract

본 발명은 선박의 선체 후미에 구비된 타혼에 회전 가능하게 설치되어 상기 선체의 진행방향을 조정하는 선박용 러더에 관한 것으로, FRP재질의 상부러더판과, 상기 상부러더판의 전방 하부에 결합되는 상부금속판과, 상기 상부러더판의 전방 상부에 결합되고, 상기 상부러더판을 관통하는 제1 볼트에 의해 상기 상부금속판과 볼트 결합되는 스틸재질의 상부결합판과, 상단부가 상기 타혼의 상부에 회전 가능하게 설치되고, 하단부에 상기 상부결합판과 대응되도록 형성된 상부고정판이 제2 볼트에 의해 상기 상부결합판과 볼트 결합되는 스틸 재질의 상부회전축과, 상기 상부러더판의 하방에 이격되도록 배치된 FRP재질의 하부러더판과, 하단부가 상기 하부러더판의 전방 상부를 하방으로 관통하여 상기 타혼의 하부에 회전 가능하게 설치되고, 상단부에 형성된 하부금속판이 제3 볼트에 의해 상기 하부러더판의 전방 상부에 볼트 결합되는 스틸재질의 하부회전축과, 각각이 상하로 이격되어 상기 상부러더판 및 하부러더판 사이에 복수가 배치되는 FRP재질의 수평부재와, 상기 상부러더판 및 하부러더판 사이를 채우도록 형성되는 폴리우레탄폼 재질의 충격흡수부재와, 상기 상부러더판 및 하부러더판 사이의 수평부재 및 충격흡수부재의 노출된 측면을 감싸도록 적층되는 FRP재질의 측면부재를 포함하여 이루어진다.

Description

선박용 러더{RUDDER FOR SHIP}

본 발명은 선박의 추진을 위해 회전하는 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 진행방향을 조정하기 위한 선박용 러더에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 바다 또는 강 위에 뜬 상태에서 엔진으로부터 발생한 동력을 선박 후미에 구비된 프로펠러로 전달하여, 상기 프로펠러의 회전에 의해 발생한 추진력으로 선박은 전진 또는 후진한다. 이때, 상기 프로펠러의 후방에 설치되어 프로펠러에서 발생한 추진력의 방향을 바꾸어 선박의 방향을 결정하는 방향타로서 선박용 러더가 구비된다.

이러한 선박용 러더(10)는 통상적으로 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 선체(1)의 후미에 형성된 타혼(20)에 회동가능하게 구비된다. 선박용 러더(10)는 유선형으로 형성되어 상부의 회전축(11)이 조타수단에 연결된 타혼(20)에 체결되어 회동가능하게 설치된다. 따라서, 조타수단을 조작하면 상기 선박용 러더(10)가 타혼(20)과 체결된 회전축(11)을 중심으로 회전하게 되어 선박의 진행방향을 변경할 수 있다. 이러한 선박용 러더(10)는 프로펠러(30)의 후방에 설치되어 프로펠러(30)에서 발생한 추진력을 회전축(11)을 중심으로 정역회전하면서 선박의 방향을 조정하게 된다.

상기와 같이 구성되는 선박용 러더(10)의 경우 통상적으로 강판을 가공하여 용접 등의 방법을 통해 제작하게 된다. 즉, 선박용 러더(10)는 선박의 추진시 높은 수압과 외부 충격이 발생하므로 이를 극복하기 위해서 일정한 수준이상의 기계적인 강도가 요구되고, 이를 충분히 견딜 수 있도록 금속재를 사용한 것이다. 그러나, 이러한 금속재의 선박용 러더(10)의 경우 자중에 의한 무게가 많이 나가고, 이로 인하여 조작에 많은 힘이 소요됨은 물론, 용접 불량에 따른 파손의 위험성과 함께 쉽게 산화, 부식된다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하고자 저중량, 고강도 및 산화, 부식의 위험성이 없는 섬유강화복합소재(FRP)로 제작된 선박용 러더(10)에 관한 하기의 특허문헌들(선행기술문헌 1 내지 4)에 기재된 기술들이 각광받고 있다.

그러나, FRP로만 제작된 선박용 러더(10)의 경우 저중량, 고강도 및 산화, 부식의 위험성은 사라졌지만, 외부 충격이나 높은 수압하에서 회전시 충격흡수가 제대로 되지 못해 섬유재의 결을 따라 뒤틀림 변형이 발생하는 등의 문제로 파손의 위험성이 잔존하므로 내부구성에 많은 변화를 주게 된다.

이때, 충격흡수부재로서 폴리우레탄폼이나 강도 개선을 위한 금속코어 등을 FRP의 내부에 삽입 또는 충진하여 더욱 중량을 감소시키면서도 충격에 의한 파손 등의 문제를 해결하고자 한다.

다만, 회전축(11)을 길이방향을 따라 길게 하나의 금속재로 사용할 경우 오랜 사용에 의해 회전축(11)과 FRP소재나 폴리우레탄폼 간의 결합력이 약화되어 회전축(11)의 회전시 상기 FRP소재 및 폴리우레탐폼 간에 회전축(11)이 겉돌면서 선박용 러더(10)로서의 기능을 상실하는 문제가 있다.

이러한 단일의 회전축(11)에 의한 결합력 약화를 극복하고자 본 출원인이 출원 및 등록한 한국등록특허 제10-1181799호(선행기술문헌 5)의 '선박용 러더'를 통해 상부회전축 및 하부회전축으로 나누어 견고하게 설치하고, 회전축의 회전시 회전축과 FRP소재 간의 결합력이 약화되지 않도록 내구성을 향상시켰다.

상술한 선행기술문헌 5의 가장 핵심적인 특징은, 하부러더판에 인서트 결합된 하부금속판 및 하부회전축과 별도로 상부러더판에 인서트 결합된 상부금속판과 스틸재질의 상부회전축의 상부결합판 간의 볼트 결합을 통해 종래 스틸재질의 하나의 회전축이 결합된 것과 달리 상부 및 하부로 각각 회전축이 나뉘어지고, 각 회전축 간의 결합에 있어서도 별도의 인서트 결합된 상부금속판 및 하부금속판을 통해 결합되므로 상부회전축의 회전시 FRP소재와의 사이에서 겉도는 등의 문제를 방지하고, 각각의 결합력이 약화되지 않아 내구성을 담보할 수 있다는 것이다.

그러나, 상기 선행기술문헌 5의 경우 선행기술문헌 1 내지 4보다는 결합력 강화에 의한 내구성을 향상시키는 효과가 있지만, 제작 및 사용상 첫째 하부금속판 및 상부금속판을 각각 하부러더판 및 상부러더판에 인서트 결합에 의한 성형 제작해야 하는 번거로움과, 둘째 하부금속판 및 상부금속판이 인서트 결합되므로 각각의 하부러더판 및 상부러더판의 전체 두께에 의해 힘을 지지받지 못하고, 인서트된 두께만큼 결합력에 손해를 보게 된다. 특히, 하부금속판 및 상부금속판이 각각 하부러더판 및 상부러더판에 인서트되어 있으므로 각각이 인서트 결합된 위치에서 상부회전축 또는 하부회전축을 향해 결합 및 지지되어 있고, 이는 하부러더판 및 상부러더판의 인서트된 두께를 빼더라도 그 외의 나머지 두께에 걸쳐서도 힘을 지지받지 못하는 문제가 발생한다. 즉, 상부러더판 및 하부러더판 각각의 전체 두께에 비해 반 정도의 두께보다 못한 결합을 통해 회전시 지지력을 가질 수밖에 없다.

다시 말해서, 선행기술문헌 5는 첫째 인서트 결합에 의한 성형 제작의 어려움과, 둘째 상부금속판 및 하부금속판 각각이 상부러더판 및 하부러더판에 인서트 결합됨으로써 상부러더판 및 하부러더판 전체 두께에 걸쳐 회전시 힘의 지지를 받지 못하는 문제가 있다.

선행기술문헌 1 : 미국특허출원공개공보 US2010/0269745호(2010.10.28) 선행기술문헌 2 : 일본공개특허공보 특개소56-084916호(1981.07.10) 선행기술문헌 3 : 한국공개특허공보 제10-1996-0010452호(1996.04.20) 선행기술문헌 4 : 한국공개특허공보 제10-2011-0074048호(2011.06.30) 선행기술문헌 5 : 한국등록특허공보 제10-1181799호(2012.09.05)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, FRP소재를 이용하되, 그 내부에 삽입 및 충진되는 각 구성간의 결합력을 더욱 높이면서 회전축의 회전시 회전축과 FRP소재 간의 결합력이 약화되지 않도록 내구성을 보다 향상시키며, 저중량 고강도를 실현할 수 있는 선박용 러더를 제공하는 데 있다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 선박용 러더는, 선박의 선체 후미에 구비된 타혼에 회전 가능하게 설치되어 상기 선체의 진행방향을 조정하는 선박용 러더에 있어서, 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성된 FRP재질의 상부러더판과, 상기 상부러더판의 전방 하부에 결합되는 상부금속판과, 상기 상부러더판의 전방 상부에 결합되고, 상기 상부러더판을 관통하는 볼트에 의해 상기 상부금속판과 볼트 결합되는 스틸재질의 상부결합판과, 상단부가 상기 타혼의 상부에 회전 가능하게 설치되고, 하단부에 상기 상부결합판과 대응되도록 형성된 상부고정판이 상기 상부결합판과 볼트 결합되는 스틸 재질의 상부회전축과, 상기 상부러더판의 하방에 이격되도록 배치되고, 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성된 FRP재질의 하부러더판과, 하단부가 상기 하부러더판의 전방 상부를 하방으로 관통하여 상기 타혼의 하부에 회전 가능하게 설치되고, 상단부에 형성된 하부금속판이 상기 하부러더판의 전방 상부에 볼트 결합되는 스틸재질의 하부회전축과, 각각의 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성되고, 각각이 상하로 이격되어 상기 상부러더판 및 하부러더판 사이에 복수가 배치되는 FRP재질의 수평부재와, 상기 상부러더판 및 하부러더판 사이에 배치된 각각의 수평부재의 상하를 채우도록 형성되는 폴리우레탄폼 재질의 충격흡수부재와, 상기 상부러더판 및 하부러더판 사이의 수평부재 및 충격흡수부재의 노출된 측면을 감싸도록 적층되는 FRP재질의 측면부재를 포함하여 이루어진다.

또한, 각각의 수평부재를 관통하여 세로로 길게 형성된 막대형상이고, 상단부가 상기 상부금속판에 결합되고, 하단부가 상기 하부회전축의 하부금속판에 결합되는 수직보강부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수직보강부재는, 사각파이프 형상으로 중공인 내부에 폴리우레탄폼 재질이 충진된 수직내부부재와, 상기 수직내부부재의 측면을 감싸도록 적층된 FRP재질의 수직외부부재로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상단이 상기 상부금속판 및 상부러더판을 관통하여 상기 상부결합판에 나사 결합되고, 하단이 상기 수직내부부재의 상단에 삽입되어 용접 결합되는 스틸재질의 수직연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 러더는, FRP재질의 상부러더판, 하부러더판 및 복수의 수평부재가 견고한 뼈대로서 기능하고, 폴리우레탄폼의 충격흡수부재가 각각의 수평부재 사이를 채워 충격흡수기능을 담당하며, 측면에는 FRP를 다시 다층 접착함으로써, 높은 수압하에서 캐비테이션에 의한 충격을 받더라도 충격흡수를 통해 손상을 방지하고, 유체역학적 마찰손실을 감소시켜 내마모성을 개선할 수 있다.

특히, 하부러더판에 결합된 하부회전축과 별도로 상부러더판에 결합된 상부회전축을 통해 종래 스틸재질의 하나의 회전축이 결합된 것과 달리 상부 및 하부로 각각 회전축이 나뉘어지고, 회전시 힘을 많이 받는 상부회전축의 크기를 크게 하면서도 상부금속판 및 상부결합판을 통해 상부러더판의 전체 두께에 걸쳐 회전시 힘을 지지할 수 있도록 상부러더판에 더욱 견고히 결합할 수 있다. 그에 따라, 상부회전축의 회전시 FRP소재와의 사이에서 겉도는 등의 문제를 원천적으로 방지하고, 결합력이 약화되지 않아 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상부러더판, 하부러더판 및 복수의 수평부재를 통해 수평방향의 강도를 개선한다면, 수직보강부재를 통해 수직방향의 강도를 개선할 수 있으며, 수직보강부재의 결합시 수직연결부재를 개재시켜 상부회전축 및 하부회전축 사이에 위치하는 수직보강부재를 하나의 회전축과 같이 연결된 구조처럼 결합시켜 회전시 균형을 맞추어 회전저항을 최소화할 수 있다.

도 1은 일반적인 선체에 선박용 러더가 설치된 상태를 도시한 측면도이고,
도 2는 일반적인 선박용 러더를 도시한 사시도이며,
도 3은 본 발명에 따른 선박용 러더의 제1 실시예를 도시한 측단면도이고,
도 4는 도 3의 실시예의 정면도이며,
도 5는 도 3의 실시예의 평면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 선박용 러더의 제2 실시예를 도시한 측단면도이며,
도 7은 도 6의 A-A'선에서 바라본 단면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 선박용 러더의 제3 실시예를 도시한 측단면도이며,
도 9 내지 12는 도 8의 실시예의 제작과정을 도시한 측단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 선박용 러더의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 선박용 러더는, 도 1을 참조할 때 선박의 선체(1) 후미에 구비된 타혼(20)에 회전 가능하게 설치되어 상기 선체(1)의 진행방향을 조정하도록 도 3 내지 12에 도시된 바와 같이 상부러더판(100), 상부금속판(110), 상부결합판(120), 상부회전축(200), 하부러더판(300), 하부회전축(400), 수평부재(500), 충격흡수부재(600) 및 측면부재(700) 포함하여 이루어지고, 수직보강부재(800) 및 수직연결부재(900)를 더 포함할 수 있다.

상부러더판(100)은 도 3 및 5에 도시된 바와 같이 FRP재질로 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성된다. 상부러더판(100)은 본 발명의 선박용 러더에 있어서 상단부를 형성하며, 후술할 측면부재(700)와의 관계에서 동일한 FRP재질로서 결합력을 높인다.

상부금속판(110)은 도 3 및 9에 도시된 바와 같이 상기 상부러더판(100)의 전방 하부에 결합된다. 또한, 상부결합판(120)은 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이 스틸재질로서 상기 상부러더판(100)의 전방 상부에 결합되고, 상기 상부러더판(100)을 관통하는 제1 볼트(B1)에 의해 상기 상부금속판(110)과 볼트 결합된다. 즉, 상부러더판(100)을 사이에 두고 상부금속판(110) 및 상부결합판(120)이 제1 볼트(B1)를 통해 볼트 결합되어 한 몸체로서 작용하며, 후술하는 상부회전축(200)과 함께 회전한다.

상부회전축(200)은 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이 스틸재질로서 상단부가 상기 타혼(20)의 상부에 회전 가능하게 설치되고, 하단부에 상기 상부결합판(120)과 대응되도록 형성된 상부고정판(210)이 제2 볼트(B2)에 의해 상기 상부결합판(120)과 볼트 결합된다.

상술한 상부러더판(100), 상부금속판(110), 상부결합판(120) 및 상부회전축(200)은 제1 볼트(B1) 및 제2 볼트(B2)를 통해 결합되어 하나의 몸체로서 회전하고, 대량 생산체재 하에서 각각의 구성을 도 9에 도시된 바와 같이 미리 제작하여 결합시켜 놓는다.

하부러더판(300)은 도 3에 도시된 바와 같이 상부러더판(100)과 같은 FRP재질로 상기 상부러더판(100)의 하방에 이격되도록 배치되고, 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성된다. 하부러더판(300)은 본 발명의 선박용 러더에 있어서 하단부를 형성하며, 역시 후술할 측면부재(700)와의 관계에서 동일한 FRP재질로서 결합력을 높인다.

하부회전축(400)은 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 스틸재질로서 하단부가 상기 하부러더판(300)의 전방 상부를 하방으로 관통하여 상기 타혼(20)의 하부에 회전 가능하게 설치되고, 상단부에 형성된 하부금속판(410)이 제3 볼트(B3)에 의해 상기 하부러더판(300)의 전방 상부에 볼트 결합된다.

상술한 하부러더판(300) 및 하부회전축(400)은 제3 볼트(B3)를 통해 결합되어 하나의 몸체로서 회전하고, 대량 생산체재 하에서 하부러더판(300) 및 하부회전축(400)을 도 9에 도시된 바와 같이 미리 제작하여 결합시켜 놓는다.

상기 상부러더판(100)의 상부회전축(200)과 하부러더판(300)의 하부회전축(400)을 별도로 각각 분리한 이유는, 종래 스틸재질의 상하로 길게 일체로 형성된 회전축을 사용할 경우 오랜 사용으로 스틸재질의 회전축과 FRP재질의 러더몸체가 상호 이종 재질에 의한 결합력 약화로 회전축이 헛돌면서 선박용 러더의 기능을 제대로 수행하지 못하는 문제가 있었기 때문이다. 이때 타혼(20)에 결합되는 회전축은 회전마찰이 심하므로 FRP재질로 제작할 수는 없고, 스틸재질로만 사용할 수밖에 없다. 따라서 본 발명의 선박용 러더에서는 종래 일체로 된 회전축을 상부회전축(200) 및 하부회전축(400)으로 분리하되 분리된 상부회전축(200)과 하부회전축(400)이 러더몸체를 이루는 상부러더판(100) 및 하부러더판(300)에 견고하게 결합을 이루어내도록 한 것이다. 특히, 상부러더판(100)에 결합되는 상부회전축(200)의 경우 상부러더판(100)의 전체 두께에 걸쳐 힘을 지지받도록 상부금속판(110)과 상부결합판(120) 사이에 상부러더판(100)을 배치하고, 제1 볼트(B1)를 통해 견고히 결합한 후 상부회전축(200)의 상부고정판(210)과 상부결합판(120)을 제2 볼트(B2)를 통해 결합한다. 그에 따라, 회전시 힘을 많이 받는 상부회전축(200)의 크기를 크게 하면서도 상부러더판(100)에 견고히 결합할 수 있고, 상부금속판(110) 및 상부결합판(120)을 통해 상부러더판(100)의 전체 두께에 걸쳐 회전시 힘을 지지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 하부회전축(400)은 타혼(20)의 하부에 단순 회전지지 되므로 별도의 하부결합판이나 하부고정판을 구비할 필요없이 하부러더판(300)의 전방 상부에 하부회전축(400)의 하부금속판(410)을 제3 볼트(B3)에 의해 결합하여 하부러더판(300)의 전체 두께를 통해 회전시 힘을 지지할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 러더에 있어서, 러더몸체를 이루는 상부러더판(100)과 하부러더판(200) 사이에 구성되는 수평부재(500), 충격흡수부재(600) 및 측면부재(700)와 함께 수직보강부재(800)를 상세히 살펴본다.

수평부재(500) 역시 도 3에 도시된 바와 같이 FRP재질로서 각각의 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성되고, 각각이 상하로 이격되어 상기 상부러더판(100) 및 하부러더판(300) 사이에 복수가 배치된다. 수평부재(500)의 개수는 러더의 크기에 따라 결정할 사항이며, 최소한 2개 이상이 배치되어 선박용 러더의 내부 뼈대로서 기능할 수 있도록 한다. 상기 수평부재(500)는 후술할 충격흡수부재(600)만으로는 선박용 러더의 전체적인 강도를 확보할 수 없기 때문에 배치되는 것이지만, FRP 재질로 후술할 측면부재(700)와의 결합력을 강화시킬 수 있다.

충격흡수부재(600)는 도 3에 도시된 바와 같이 폴리우레타폼 재질로 상기 상부러더판(100) 및 하부러더판(300) 사이에 배치된 각각의 수평부재(600)의 상하를 채우도록 형성된다. 폴리우레탄폼은 널리 알려진 바와 같이 단열성능, 방수효과, 가공성과 시공성이 용이하며, 부재와의 접착성이 매우 우수하고, 자기부력성과 같이 밀도가 낮아 경량으로 제작할 수 있다. 더욱이 우레탄폼으로서 외부 충격에 의한 충격흡수성을 가진다. 이러한 폴리우레탄폼의 충격흡수부재(600)가 수평부재(500)의 상하를 채우도록 형성되어 도 3에 도시된 바와 같이 전체적인 러더의 형상을 가진다.

상기 충격흡수부재(600)를 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 수평부재(500)와의 관계에서 형성할 때, 각각의 형상에 맞는 복수의 발포폼을 형성하여 결합시킬 수도 있겠지만, 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 수평부재(500)를 인서트로 하여 폴리우레탄폼을 사출성형에 의해 일체로 형성할 수도 있다. 또한, 도 9 내지 12에 도시된 바와 같이 후술하는 측면부재(700)를 결합시킨 후 측면부재(700)의 외주로부터 내부를 향해 주입 충진할 수도 있다. 이러한 주입 충진방식은 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 수평부재(500) 사이로 충격흡수부재(600)가 긴밀하게 결합 및 압축되어 견고성을 강화시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 복수의 발포폼을 형성할 경우 상하로 간극이 형성될 수 있고, 측면부재(500)를 결합하기 전 사출성형 방식의 경우 측면부재(700) 결합시 측면부재(700)와 충격흡수부재(600) 사이에 간극이 형성될 수 있지만, 주입 충진방식의 경우 상부러더판(100), 하부러더판(300), 수평부재(500) 및 측면부재(700)가 결합된 상태에서 내부로 충격흡수부재(600)가 주입 충진되므로 각 구성 간의 사이에 긴밀하게 압축되어 충격흡수부재(600)가 충진되므로 미세한 간극도 발생하지 않게 되는 것이다.

측면부재(700)는 도 3 내지 5에 도시된 바와 같이 FRP재질로 상기 상부러더판(100) 및 하부러더판(300) 사이의 노출된 상기 수평부재(500) 및 충격흡수부재(600)의 노출된 측면을 감싸도록 적층된다. 이렇게 상부러더판(100), 하부러더판(300), 수평부재(500) 및 충격흡수부재(600)와 함께 측면부재(700)를 통하여 본 발명에 따른 선박용 러더의 전체적인 형상이 결정된다.

상기 상부러더판(100), 하부러더판(300), 수평부재(500) 및 측면부재(700)를 이루는 FRP재질, 즉 섬유강화 복합소재는 내후성, 내수성, 내유성 및 내산화성이 우수한 재질로서, 유리섬유 또는 탄소섬유와 같은 섬유재를 수지로 다층 접착하여 경화시킨 복합재료이다. 철강 소재에 비해 경량으로 만들 수 있는 것은 물론, 제작이 용이하고 기계적인 강도는 오히려 향상될 수 있다. 특히, 상기 섬유강화 복합소재는 고분자 재료에 첨가되는 섬유재의 종류에 따라 강도를 조절할 수 있고, 비중이 1.6정도로 제작할 수 있어서 비중이 7.85인 강철 소재에 비하여 매우 경량으로 제작할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 섬유강화 복합소재를 형성하기 위한 섬유재로 사용되는 소재로는 유리섬유, 탄소섬유, 케블라섬유, 보론섬유 및 아라미드섬유 등이 있으며, 상기 섬유재는 그 방향성에 따라 일정한 방향성 없이 산개되어 있는 Non-Axial Type, 일방향성을 갖는 Mono-Axial Type, 이방향성을 갖는 Biaxial Type 및 그 이상의 방향성을 갖는 Multi-Axial Type 등으로 구별된다. 상기 섬유강화 복합소재는 전술한 섬유재 각각의 소재 및 그 방향성에 따라 기계적 물성이 달라진다. 상기 섬유강화 복합소재를 형성하기 위해 전술한 섬유재를 다층 접착하는 수지로는 일반적으로 불포화 폴리에스테르 수지가 이용된다.

즉, 상기와 같은 성질을 갖는 섬유강화 복합소재를 사용하여 고강도, 저중량이면서도 매끄러운 표면을 가져 유체의 흐름에 따른 마찰 손실을 최소화할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 선박용 러더의 경우 스틸재질의 사용을 최대한 자제하고, FRP와 폴리우레탄폼을 주로 사용하되 상부회전축(200)과 하부회전축(400) 및 상부러더판(100)에 결합되는 상부금속판(110) 및 상부결합판(120)만을 스틸재질로 사용하면서도 결합력은 보다 강화시킬 수 있다.

한편, 상기와 같이 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 수평부재(500)는 수평방향의 강도에 대해서는 안정적인 결과를 갖는다. 물론, 선박용 러더의 경우 수직방향의 응력보다는 대부분이 수평방향의 응력에 집중되지만, 급작스러운 유속의 변화나 다른 부유물과의 충돌에 대비하여 수직방향의 응력에 대해서도 고려할 필요가 있다. 이를 위하여 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 선박용 러더는 수직보강부재(800)를 더 포함할 수 있다. 단순히 수직보강부재(800)를 상부러더판(100)과 하부러더판(300) 사이에 배치하는 것만으로는 중량을 증가시키는 의미밖에 없으므로 수평방향의 강도를 개선하기 위한 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 수평부재(500)와의 관계에서 상기 수직보강부재(800)가 연계된 결합이 이루어져야 할 것이다.

즉, 상기 수직보강부재(800)는 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 각각의 수평부재(500)를 관통하여 세로로 길게 형성된 막대형상으로 상단부가 상기 상부금속판(110)에 결합되고, 하단부가 상기 하부회전축(400)의 하부금속판(410)에 결합된다. 그에 따라 수직보강부재(800)는 상부금속판(110)을 통한 상부러더판(100), 하부회전축(400)을 통한 하부러더판(300) 및 수평부재(500)와 각각 결합되어 수직방향의 응력이나 수평방향의 응력발생시 발생하는 응력을 상호 분배하여 나눌 수 있고, 보다 견고한 결합을 이루어낼 수 있다.

상기 수직보강부재(800)는 중량은 다소 증가하겠지만 스틸재질을 사용할 수도 있고, 기타 합성수지를 사용할 수도 있을 것이다. 다만, FRP재질의 상부러더판(100)의 상부금속판(110) 및 하부러더판(300)의 하부회전축(400)과의 스틸 결합 및 수평부재(500)와의 FRP 결합력을 감안하여 수직보강부재(800)를 제작해야 한다. 즉, 수직보강부재(800)는 사각파이프 형상으로 중공인 내부에 폴리우레탄폼 재질이 충진된 수직내부부재(810)와, 상기 수직내부부재(810)의 측면을 감싸도록 적층된 FRP재질의 수직외부부재로 구성될 수 있다. 따라서, 스틸재질로 된 수직내부부재(810)의 상단 및 하단을 통해 스틸재질의 상부금속판(110) 및 하부회전축(400)의 하부금속판(410)에 각각 용접 결합되고, FRP재질로 된 수직외부부재의 외주면을 통해 수평부재(500)와의 결합력을 상승시킬 수 있다. 더욱이, 수직내부부재(810)의 내부를 중공으로 하여 스틸재질의 중량을 최소화시키고, 그 내부는 폴리우레탄폼으로 충진하여 강도 및 탄성을 높일 수 있다.

상기 수직보강부재(800)의 형상은 막대형상 즉 기둥형상을 가지지만, 평단면이 원형이나 기타 다각형을 가질 수 있을 것이다. 다만, 도 7에 도시된 바와 같이 수직보강부재(700)의 평단면이 사각형을 가지는 사각파이프 형상으로 제작하여 보다 안정적인 결합관계를 이루면서 수직보강부재(800)를 구성하는 수직내부부재(810) 및 수직외부부재(820)의 제작을 더욱 용이하게 할 수 있을 것이다.

한편, 상기 수직보강부재(800)의 결합시 상단이 상기 상부금속판(110)에 결합되고, 하단이 상기 하부회전축(400)의 하부금속판(410)에 결합되는데, 제작시마다 상기 수직보강부재(800)의 결합위치가 다를 수 있으므로 이를 일률적으로 위치고정시킬 필요가 있다. 더욱이, 수직보강부재(800)의 위치는 상부회전축(200) 및 하부회전축(400)이 서로 이어지는 라인 상에 배치되어야 러더의 회전시 회전저항이 최소화될 수 있다. 이러한 수직보강부재(800)의 위치 고정을 이루어낼 수 있도록 후술하는 수직연결부재(900)가 설치된다.

수직연결부재(900)는 도 8 내지 12에 도시된 바와 같이 상단이 상기 상부금속판(110) 및 상부러더판(100)을 관통하여 상기 상부결합판(120)에 나사 결합되고, 하단이 상기 수직내부부재(810)의 상단에 삽입되어 용접 결합된다. 수직연결부재(900)의 상단이 상기 상부결합판(120)에 나사 결합되는 이유는 쉽게 조립하기 위한 것과, 나사 결합에 의한 회전으로 상하 거리를 조절하여 수직보강부재(800)의 높이차를 미세하게 보정하는 기능도 한다. 이러한 수직연결부재(900)를 통해 수직보강부재(800)의 일정한 위치를 확보하면서도, 상부금속판(110)과의 결합력을 더욱 높일 수 있다.

이하에서는 도 8을 기준으로 도 4 및 5를 참조하여 도 9 내지 12을 통해 충격흡수부재(600)의 주입 충진방식에 의한 본 발명에 따른 선박용 러더의 제작과정을 살펴본다.

먼저, 도 4, 5 및 9에 도시된 바와 같이 상부러더판(100)에 상부금속판(110) 및 상부결합판(120)을 제1 볼트(B1)를 통해 견고하게 고정 결합하고, 상부회전축(120)의 상부고정판(210)을 상부결합판(120)에 제2 볼트(B2)를 통해 고정 결합한다. 그에 따라, 상부러더판(100), 상부금속판(110), 상부결합판(120) 및 상부회전축(200)은 제1 볼트(B1) 및 제2 볼트(B2)에 의해 한 몸체로서 고정 결합된 상태이다. 또한, 하부러더판(300)에 하부회전축(400)의 하부금속판(410)을 제3 볼트(B3)를 통해 견고하게 고정 결합하여 하부러더판(300) 및 하부회전축(400) 역시 제3 볼트(B3)에 의해 한 몸체로서 고정 결합된 상태이다.

다음으로 도 9 및 10에 도시된 바와 같이 수직보강부재(800)의 높이에 맞게 수직연결부재(900)를 상부결합판(120)에 나사 결합시킨 후 수직연결부재(900)의 하단부가 수직보강부재(800)의 상단에 삽입되도록 결합시킨 후 수직보강부재(800)의 하단을 하부회전축(400)의 하부금속판(410)에 결합시킨다. 수직보강부재(800)가 위치 고정되면 수평부재(500)를 상부러더판(100)과 하부러더판(300) 사이에 각각 배치하여 수직보강부재(800)의 수직외부부재(820)에 고정 결합한다.

그 다음으로 도 11에 도시된 바와 같이 측면부재(700)를 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 수평부재(500)의 외주 둘레를 따라 결합한다. 이때, 충격흡수부재(600)가 각각의 형상에 맞게 미리 성형 제작된 복수의 발포폼인 경우에는 도 10의 수평부재(500) 결합과 함께 충격흡수부재(600)를 결합하여 도 11에 도시된 측면부재(700)의 결합으로 선박용 러더가 제작 완료될 수 있다. 또한, 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 수평부재(500)를 인서트로 하여 폴리우레탄폼을 사출성형에 의해 일체로 형성할 경우 역시 도 11에 도시된 측면부재(700)의 결합으로 선박용 러더가 제작 완료될 수도 있다. 그러나, 충격흡수부재(600)를 주입 충진방식으로 제작할 경우에는 충격흡수부재(600)를 주입하기 전에 도 11에 도시된 바와 같이 측면부재(700)를 먼저 결합하게 된다.

마지막으로 도 12에 도시된 바와 같이 측면부재(700)까지 결합된 경우 측면부재(700)의 내부로 충격흡수부재(600)를 주입 충진하여 수평부재(500)의 상하 및 수직보강부재(800)의 내부까지 충격흡수부재(600)가 충진되도록 한다. 이때, 측면부재(700)의 일측 외주면에 주입홀(미도시)을 형성하여 충격흡수부재(600)가 내부로 주입될 수 있도록 하고, 내부가 완전히 충진되면 상기 주입홀(미도시)을 밀폐하여 마감처리 한다. 또한, 각각의 수평부재(500)는 상하로 충격흡수부재(600)가 이동할 수 있는 충진통로(미도시)가 관통 형성되어 있어야 하며, 수직보강부재(800)의 외주면에도 내부까지 관통 형성된 복수의 충진홀(미도시)이 관통 형성되어야 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 선박용 러더는, FRP재질의 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 복수의 수평부재(500)가 견고한 뼈대로서 기능하고, 폴리우레탄폼의 충격흡수부재(600)가 각각의 수평부재(500) 사이를 채워 충격흡수기능을 담당하며, 측면에는 FRP를 다시 다층 접착함으로써, 높은 수압하에서 캐비테이션에 의한 충격을 받더라도 충격흡수를 통해 손상을 방지하고, 유체역학적 마찰손실을 감소시켜 내마모성을 개선할 수 있다.

특히, 하부러더판(300)에 결합된 하부회전축(400)과 별도로 상부러더판(100)에 결합된 상부회전축(200)을 통해 종래 스틸재질의 하나의 회전축이 결합된 것과 달리 상부 및 하부로 각각 회전축이 나뉘어지고, 회전시 힘을 많이 받는 상부회전축(200)의 크기를 크게 하면서도 상부금속판(110) 및 상부결합판(120)을 통해 상부러더판(100)의 전체 두께에 걸쳐 회전시 힘을 지지할 수 있도록 상부러더판(100)에 더욱 견고히 결합할 수 있다. 그에 따라, 상부회전축(200)의 회전시 FRP소재와의 사이에서 겉도는 등의 문제를 원천적으로 방지하고, 결합력이 약화되지 않아 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상부러더판(100), 하부러더판(300) 및 복수의 수평부재(500)를 통해 수평방향의 강도를 개선한다면, 수직보강부재(800)를 통해 수직방향의 강도를 개선할 수 있으며, 수직보강부재(800)의 결합시 수직연결부재(900)를 개재시켜 상부회전축(200) 및 하부회전축(400) 사이에 위치하는 수직보강부재(800)를 하나의 회전축과 같이 연결된 구조처럼 결합시켜 회전시 균형을 맞추어 회전저항을 최소화할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

B1 : 제1 볼트
B2 : 제2 볼트
B3 : 제3 볼트
100 : 상부러더판
110 : 상부금속판 120 : 상부결합판
200 : 상부회전축 210 : 상부고정판
300 : 하부러더판
400 : 하부회전축 410 : 하부금속판
500 : 수평부재
600 : 충격흡수부재
700 : 측면부재
800 : 수직보강부재
810 : 수직내부부재 820 : 수직외부부재
900 : 수직연결부재

Claims

선박의 선체 후미에 구비된 타혼에 회전 가능하게 설치되어 상기 선체의 진행방향을 조정하는 선박용 러더에 있어서,
평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성된 FRP재질의 상부러더판(100)과, 상기 상부러더판(100)의 전방 하부에 결합되는 상부금속판(110)과, 상기 상부러더판(100)의 전방 상부에 결합되고, 상기 상부러더판(100)을 관통하는 제1 볼트(B1)에 의해 상기 상부금속판(110)과 볼트 결합되는 스틸재질의 상부결합판(120)과, 상단부가 상기 타혼의 상부에 회전 가능하게 설치되고, 하단부에 상기 상부결합판(120)과 대응되도록 형성된 상부고정판(210)이 제2 볼트(B2)에 의해 상기 상부결합판(120)과 볼트 결합되는 스틸 재질의 상부회전축(200)과, 상기 상부러더판(100)의 하방에 이격되도록 배치되고, 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성된 FRP재질의 하부러더판(300)과, 하단부가 상기 하부러더판(300)의 전방 상부를 하방으로 관통하여 상기 타혼의 하부에 회전 가능하게 설치되고, 상단부에 형성된 하부금속판(410)이 제3 볼트(B3)에 의해 상기 하부러더판(300)의 전방 상부에 볼트 결합되는 스틸재질의 하부회전축(400)과, 각각의 평단면이 유선형을 가지도록 평판형으로 형성되고, 각각이 상하로 이격되어 상기 상부러더판(100) 및 하부러더판(300) 사이에 복수가 배치되는 FRP재질의 수평부재(500)와, 상기 상부러더판(100) 및 하부러더판(300) 사이에 배치된 각각의 수평부재(500)의 상하를 채우도록 형성되는 폴리우레탄폼 재질의 충격흡수부재(600)와, 상기 상부러더판(100) 및 하부러더판(300) 사이의 수평부재(500) 및 충격흡수부재(600)의 노출된 측면을 감싸도록 적층되는 FRP재질의 측면부재(700)와, 상기 수평부재(500) 각각을 관통하여 세로로 길게 형성된 막대형상이고, 상단부가 상기 상부금속판(110)에 결합되고, 하단부가 상기 하부회전축(400)의 하부금속판(410)에 결합되는 수직보강부재(800)를 포함하고,
상기 수직보강부재(800)는,
사각파이프 형상으로 중공인 내부에 폴리우레탄폼 재질이 충진된 수직내부부재(810)와, 상기 수직내부부재(810)의 측면을 감싸도록 적층된 FRP재질의 수직외부부재(820)로 구성되고,
상단이 상기 상부금속판(110) 및 상부러더판(100)을 관통하여 상기 상부결합판(120)에 나사 결합되고, 하단이 상기 수직내부부재(810)의 상단에 삽입되어 용접 결합되는 스틸재질의 수직연결부재(900)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
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