KR101603409B1

KR101603409B1 - 선박용 유동 제어 장치

Info

Publication number: KR101603409B1
Application number: KR1020140051657A
Authority: KR
Inventors: 천장호; 홍석진; 박성우; 유용완
Original assignee: 주식회사 한진중공업; 주식회사 한진중티엠에스
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2016-03-14
Also published as: KR20150124736A

Abstract

본 발명은 유동 제어 효과를 발휘하는 핀형 부가물과 프로펠러 전방 유동 가속 효과를 발휘하는 덕트형 부가물의 배치 구조 및 이들의 형상을 조화시킴으로써, 선박의 프로펠러 효율이 향상되도록 한, 선박용 유동 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박용 유동 제어 장치는, 선미 돌출부(300)를 향해 벌어지도록 개구가 형성되고 내부는 비어 있는 원뿔대 형상의 덕트형 부가물(100)과 종단면 형상이 유선형인 2개의 핀형 부가물(220, 230)로 구성된다. 덕트형 부가물(100)은 전방측의 대경부가 선미의 선체 표면에 용접됨과 아울러, 개구의 양쪽 내측단이 선미 돌출부(300)의 양쪽 편에 용접되며, 2개의 핀형 부가물(220, 230)은 선미 돌출부(300)의 외면에 내측단이 용접된다.

Description

선박용 유동 제어 장치{Flow Control Device of Ship}

본 발명은, 비대칭 전류고정날개와 덕트형 부가물을 이용한 유동 제어 기술에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 유동 제어 효과를 발휘하는 핀형 부가물 및 프로펠러 전방 유동 가속 효과를 발휘하는 덕트형 부가물의 배치 구조와 형상을 조화시킴으로써, 선박의 프로펠러 효율이 향상되도록 한, 선박용 유동 제어 장치에 관한 것이다.

컨테이너선, 유조선, 화물운반선과 같은 일반 상선은, 선박의 주엔진에 의해 구동되는 프로펠러의 추력(thrust)으로 운항한다.

따라서, 선박의 연료소비량을 줄이며 운항조건에 따라 선박이 적절한 속도로 항해하도록 하기 위해서는, 프로펠러 효율(propeller efficiency)이 높아야 한다.

선박의 주엔진으로부터 프로펠러 축에 전달되는 전달마력과 프로펠러가 선박을 추진하는 추력마력의 비(比)인 프로펠러 효율은 프로펠러로 유입되는 물살(유동이라 해도 무방하다)이 불균일할수록 나빠지며, 주엔진의 연료소비량은 증가한다.

그 해결책으로서, 이른바 전류고정날개(pre-swirl stator)라 일컫는 유동 제어 장치를 프로펠러 앞에 설치하여 프로펠러로 유입되는 물의 흐름(유동)을 균일하게 하는 유동 제어 기술(PSS기술)이 개발되어 있다.

유동 제어 기술의 연구개발 추세를 살펴보면, 초기에는 전류고정날개를 구성하는 다수의 핀형 부가물이 프로펠러 축을 중심으로, 선미의 좌현(port side)과 우현(starboard side)에 동일하게 분산ㆍ배치된 대칭형에 관한 것뿐이었지만, 최근 들어서는 특허문헌 1을 포함한 다수 문헌에 소개된 비대칭형이 주를 이루고 있다.

고난도 유체역학 기술분야에 속하는 유동 제어 기술은 장기간에 걸친 연구개발과 실험을 통해서만 획득 가능한 기술이기 때문에, 다수의 문헌(예를 들면, 특허문헌 1, 등록번호 10-0625848, 10-0625847, 10-0433598 등)을 보더라도, 핀형 부가물의 형상과 배치에 관한 수치한정 사항만 제안되어 있을 뿐이다.

한국 등록특허공보 등록번호 10-0416720

본 발명은, 비대칭 전류고정날개를 이용한 유동 제어 기술의 또 하나의 실시 형태에 관한 것으로, 유동 제어 효과를 발휘하는 핀형 부가물 및 프로펠러 전방 유동 가속 효과를 발휘하는 덕트형 부가물의 배치 구조와 이들 부가물의 형상을 최적화함으로써 프로펠러의 회전 구동시, 프로펠러의 전방으로부터 프로펠러를 거쳐 후방으로 배출되는 유동(회전류)의 특성을 개선하여 종래보다 프로펠러 효율이 향상되도록 한, 새로운 선박용 유동 제어 장치를 제공함에 목적이 있다.

본 발명에서 제안되는 선박용 유동 제어장치의 구성상 특징은 다음과 같다.

[1] 프로펠러 축의 선미측 단부를 둘러싸는 선미 돌출부에 설치되어, 프로펠러 전방으로부터 프로펠러를 통과하여 프로펠러 후방으로 배출되는 유동의 특성을 제어하는 선박용 유동 제어 장치에 있어서,

상기 선박용 유동 제어 장치는, 선미 돌출부를 향해 벌어지도록 개구(開口)가 형성되고 내부는 비어 있는 원뿔대 형상의 덕트형 부가물과, 종단면(縱橫斷面) 형상이 유선형인 2개의 핀형 부가물로 구성되며,

덕트형 부가물은, 전방측의 대경부(大徑部)가 선미의 선체 표면에 용접됨과 아울러, 개구의 양쪽 내측단이 선미 돌출부의 양쪽 편에 각각 용접되고,

2개의 핀형 부가물은 선미 돌출부의 외면에 내측단이 각각 용접되며,

프로펠러 후방측에서 정면으로 보았을 때 선박의 우현에 배치되는 핀형 부가물은, 덕트형 부가물의 정면 중심과 선미 돌출부의 정면 중심을 통과하는 기준선과의 내각이 135°를 이루는 우현측 중심선 상에 위치해 있음과 아울러, 우현측 중심선을 기준으로, 핀형 부가물의 평탄면이 위를 향하도록 3°각도로 기울어져 있고,

프로펠러 후방측에서 정면으로 보았을 때 선박의 좌현에 배치되는 핀형 부가물은, 덕트형 부가물의 정면 중심과 선미 돌출부의 정면 중심을 통과하는 기준선과의 내각이 125°를 이루는 좌현측 중심선 상에 위치해 있음과 아울러, 좌현측 중심선을 기준으로, 핀형 부가물의 평탄면이 아래쪽을 향하도록 13°각도로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 선박용 유동 제어 장치.

[2] 상기 [1]에서, 2개의 핀형 부가물은 그 길이가 프로펠러 직경의 40%인 것을 특징으로 하는 선박용 유동 제어 장치.

[3] 상기 [1] 또는 [2]에서, 프로펠러 축의 축방향을 따라 측정한 덕트형 부가물의 전후 길이는 프로펠러 직경의 29%이고, 덕트형 부가물의 대경부와 소경부 사이의 경사각은 10°이며, 대경부의 내경은 프로펠러 직경의 57%이고, 소경부의 내경은 프로펠러 직경의 47%인 것을 특징으로 하는 선박용 유동 제어 장치.

본 발명에서 제안되는 선박용 유동 제어 장치에 의하면, 원뿔대 형상의 덕트형 부가물에 의한 프로펠러 전방 유동 가속 효과에, 2개의 핀형 부가물에 의한 유동 제어 효과가 합쳐져, 프로펠러로 유입되는 유동의 특성이 개선된다. 그 결과, 프로펠러의 성능이 향상되고, 선박의 연료소비량이 감소된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 유동 제어 장치가 설치된 선미 부분을 선체의 우현측에서 본 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 유동 제어 장치가 설치된 선미 부분을 프로펠러의 후방측에서 본 정면도.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 유동 제어 장치의 구성이 첨부도면에 의거하여 구체적으로 설명된다.

도 1 및 도 2에 예시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 유동 제어 장치는, 프로펠러(400) 축의 선미측 단부를 둘러싸는 선미 돌출부(300)를 향해 벌어진 개구(開口)가 형성되어 있고 또한 내부는 비어 있는 원뿔대 형상의 덕트형 부가물(100)과, 종단면(縱橫斷面) 형상이 유선형(流線型)에 가까운 2개의 핀형 부가물(220, 230)로 이루어져 있다.

이 덕트형 부가물(100)은, 상대적으로 내경(內徑)이 더 큰 전방측의 대경부(大徑部)가 선미의 선체 표면에 용접되며, 개구의 양쪽 내측단이 선미 돌출부(300)의 양측에 각각 용접된다.

프로펠러 축의 축방향에 따른 덕트형 부가물(100)의 전후 길이(DL)는 프로펠러 직경(PD)의 29%이고, 대경부와 소경부 사이의 경사각(구배)(Da)은 10°이다. 또한, 대경부의 내경(Dh)은 프로펠러 직경(PD)의 57%이고, 소경부의 내경(Db)은 프로펠러 직경(PD)의 47%이다.

다음으로, 도 2를 참조하여, 2개의 핀형 부가물(220, 230)은, 선미 돌출부(300)의 외면에 내측단이 용접되어 있는데, 특히, 비대칭 형태로 선미의 선체 표면에 용접된 형태이며, 그 길이는 프로펠러 직경의 40%이다.

핀형 부가물의 배치와 관련하여, 더 상세히 설명하면, 프로펠러 후방측에서 정면으로 보았을 때 선박의 우현에 배치되는 핀형 부가물(220)은, 덕트형 부가물(100)의 정면 중심(Dp)과 선미 돌출부(300)의 정면 중심(Sp)을 통과하는 기준선(BL)과의 내각(Ra)이 135°를 이루는 우현측 중심선(SR) 상에 위치해 있으며, 우현측 중심선(SR)을 기준으로, 핀형 부가물의 평탄면이 위를 향해 3°각도로 기울어져 있다.

그에 반해, 프로펠러 후방측에서 정면으로 보았을 때 선박의 좌현에 배치되는 핀형 부가물(230)은, 덕트형 부가물(100)의 정면 중심(Dp)과 선미 돌출부(300)의 정면 중심(Sp)을 통과하는 기준선(BL)과의 내각(La)이 125°를 이루는 좌현측 중심선(SL) 상에 위치해 있으며, 좌현측 중심선(SL)을 기준으로, 핀형 부가물의 평탄면이 아래를 향하도록 13°각도로 기울어져 있다.

이러한 배치 구조에 의해, 프로펠러에 가해지는 유동의 부하 분포가 더 균일해져, 프로펠러의 효율이 향상된다.

100...덕트형 부가물
220, 230...핀형 부가물
300...선미 돌출부
400...프로펠러
BL...기준선
Da...덕트형 부가물의 대경부와 소경부 사이의 경사각
Db...덕트형 부가물의 소경부(선미측)의 내경
Dh...덕트형 부가물의 대경부(선수측)의 내경
DL...덕트형 부가물의 전후 길이
Dp...덕트형 부가물의 정면 중심
La...기준선과 좌현측 중심선 사이의 내각
PD...프로펠러 직경
Ra...기준선과 우현측 중심선 사이의 내각
SL...좌현측 중심선
Sp...선미 돌출부의 정면 중심
SR...우현측 중심선

Claims

프로펠러 축의 선미측 단부를 둘러싸는 선미 돌출부(300)에 설치되어, 프로펠러(400) 전방으로부터 프로펠러를 통과하여 프로펠러 후방으로 배출되는 유동의 특성을 제어하는 선박용 유동 제어 장치에 있어서,
상기 선박용 유동 제어 장치는, 선미 돌출부(300)를 향해 벌어지도록 개구(開口)가 형성되고 내부는 비어 있는 원뿔대 형상의 덕트형 부가물(100)과, 종단면(縱斷面) 형상이 유선형인 2개의 핀형 부가물(220, 230)로 구성되며,
덕트형 부가물(100)은, 전방측의 대경부(大徑部)가 선미의 선체 표면에 용접됨과 아울러, 개구의 양쪽 내측단이 선미 돌출부(300)의 양쪽 편에 각각 용접되고,
2개의 핀형 부가물(220, 230)은 선미 돌출부(300)의 외면에 내측단이 각각 용접되며,
프로펠러 후방측에서 정면으로 보았을 때 선박의 우현에 배치되는 핀형 부가물(220)은, 덕트형 부가물(100)의 정면 중심(Dp)과 선미 돌출부(300)의 정면 중심(Sp)을 통과하는 기준선(BL)과의 내각(Ra)이 135°를 이루는 우현측 중심선(SR) 상에 위치해 있음과 아울러, 우현측 중심선(SR)을 기준으로, 핀형 부가물의 평탄면이 위를 향하도록 3°각도로 기울어져 있고,
프로펠러 후방측에서 정면으로 보았을 때 선박의 좌현에 배치되는 핀형 부가물(230)은, 덕트형 부가물(100)의 정면 중심(Dp)과 선미 돌출부(300)의 정면 중심(Sp)을 통과하는 기준선(BL)과의 내각(La)이 125°를 이루는 좌현측 중심선(SL) 상에 위치해 있음과 아울러, 좌현측 중심선(SL)을 기준으로, 핀형 부가물의 평탄면이 아래쪽을 향하도록 13°각도로 기울어져 있으며,
2개의 핀형 부가물(220, 230)은, 그 길이가 프로펠러 직경(PD)의 40%인 것을 특징으로 하는 선박용 유동 제어 장치.
제1항에 있어서,
프로펠러 축의 축방향을 따라 측정한 덕트형 부가물(100)의 전후 길이(DL)는 프로펠러 직경(PD)의 29%이고, 덕트형 부가물(100)의 대경부와 소경부 사이의 경사각(Da)은 10°이며, 대경부의 내경(Dh)은 프로펠러 직경(PD)의 57%이고, 소경부의 내경(Db)은 프로펠러 직경(PD)의 47%인 것을 특징으로 하는 선박용 유동 제어 장치.
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