KR101758573B1 - 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선체를 추진하는 추진장치에 있어서, 추진축에서 제공되는 회전력을 토대로 프로펠러를 회전시키는 것이 아닌, 회전 에너지를 크랭크 기구를 통해 왕복 직선이 가능한 직선 에너지로 변경한 후 이를 토대로 탄성을 지닌 연질의 지느러미 형태의 프로펠러의 일측 말단부가 소정의 반경 내에서 왕복 운동되도록 하며, 이때 프로펠러에 발생되는 수중 반발력을 토대로 선체가 추진되도록 하는 탄성소재를 이용한 추진장치에 관한 것이다.

Description

탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치{FIN TYPE PROPELLER USING ELASTIC MATERIAL}
본 발명은 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치에 관한 것으로서, 선체를 추진하는 추진장치에 있어서, 추진축에서 제공되는 회전력을 토대로 프로펠러를 회전시키는 것이 아닌, 회전 에너지를 크랭크 기구를 통해 왕복 직선이 가능한 직선 에너지로 변경한 후 이를 토대로 탄성을 지닌 연질의 지느러미 형태의 프로펠러의 일측 말단부가 소정의 반경 내에서 왕복 운동되도록 하며, 이때 프로펠러에 발생되는 수중 반발력을 토대로 선체가 추진되도록 하는 탄성소재를 이용한 추진장치에 관한 것이다.
일반적으로, 선체(특히, 선박 혹은 잠수함)가 전방 혹은 후방으로 추진하기 위해서는 나선형 날개(익형(air foil) 구조)를 가지는 프로펠러를 회전시킴으로써 날개 전후면의 압력차가 발생되도록 하는 원리가 이용되는 실정이다.
이때, 상기의 프로펠러를 회전시키는 구조는, 프로펠러의 특정 회전수를 기준으로 설계되기 때문에 설계된 회전수를 초과할 경우 그 회전수에 따른 효율이 저하될 수 있고, 프로펠러의 회전 반경으로 인해 그물, 수중 부유물 혹은 이물 등이 프로펠러의 나선형 날개에 부딪히는 경우 프로펠러가 파손되어 선체 운행이 불가하다는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 대형 선박의 프로펠러의 경우에는, 공동현상의 심화로 인해 큰 소음 및 진동이 발생되어 추진에 따른 효율 저하가 발생된다는 문제점을 가지고 있었다.
이에, 본 발명자는 상술된 종래의 나선형 날개를 가진 프로펠러가 가지는 각종 문제점을 해결하기 위해, 추진축에서 제공되는 회전력을 토대로 프로펠러를 회전시키는 것이 아닌, 회전 에너지를 크랭크 기구를 통해 왕복 직선이 가능한 직선 에너지로 변경한 후 이를 토대로 탄성을 지닌 연질의 지느러미 형태의 프로펠러의 일측 말단부가 소정의 반경 내에서 왕복 운동되도록 하며, 이때 프로펠러에 발생되는 수중 반발력을 토대로 선체가 추진되도록 하는 탄성소재를 이용한 추진장치를 발명하기에 이르렀다.
한국공개특허 제10-2016-0106828호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은, 선체를 추진하는 추진장치에 있어서, 추진축에서 제공되는 회전력을 토대로 프로펠러를 회전시키는 것이 아닌, 회전 에너지를 크랭크 기구를 통해 왕복 직선이 가능한 직선 에너지로 변경한 후 이를 토대로 탄성을 지닌 연질의 지느러미 형태의 프로펠러의 일측 말단부가 소정의 반경 내에서 왕복 운동되도록 하며, 이때 프로펠러에 발생되는 수중 반발력을 토대로 선체가 추진되도록 하는 탄성소재를 이용한 추진장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치는
선체로부터 전달되는 동력을 통해 일측 방향으로 왕복 운동하는 구동부, 상기 구동부와 일측단이 연결되며, 상기 구동부로부터 전달되는 동력을 통해 상기 구동부와 상응하는 방향으로 상기 일측단이 왕복 운동되는 프로펠러부 및 상기 프로펠러부의 중심부에 회전축으로서 위치됨으로써, 상기 프로펠러부 타측단을 상기 구동부의 왕복 운동과 반대되는 방향으로 왕복 운동되도록 하는 회전축부를 포함할 수 있으며, 상기 프로펠러부 타측단의 왕복 운동에 의하여, 상기 선체가 전방으로 추진될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구동부는 상기 선체와 연결되어 일측 방향으로 회전하는 크랭크 축, 상기 크랭크축과 상응하게 회전하는 크랭크, 상기 크랭크의 외주면에 위치하는 크랭크 핀, 상기 크랭크 핀과 연결되는 크랭크 암, 상기 크랭크 암과 연결되어 직선 운동하는 피스톤 암, 상기 피스톤 암과 연결되어 직선 운동하는 피스톤 및 상기 피스톤과 일측이 연결되며, 타측이 상기 프로펠러부의 일측단과 연결되며, 중심부를 기준으로 양측 방향으로 원기둥 형태의 연결 핀 연장부가 형성되는 연결 핀을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 크랭크 축 및 상기 크랭크가 일측 방향으로 회전함에 따라 발생되는 회전 운동에너지는 상기 크랭크 암, 상기 피스톤 암 및 상기 피스톤을 거쳐 상기 연결 핀에 직선 운동에너지로서 인가될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로펠러부는 프로펠러 몸체, 상기 연결 핀 연장부가 체결되는 연결 핀 체결홈 및 상기 회전축부의 하측방향에 형성되는 원기둥 형태의 회전축 힌지가 체결되는 회전축 힌지 체결홈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연결 핀 체결홈의 내측면에는 상기 연결 핀 연장부와의 마찰력을 제거하는 베어링이 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로펠러 몸체는 상기 연결 핀 체결홈이 형성된 일측단으로부터 타측단으로 갈수록 두께는 얇아지고 폭은 넓어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 프로펠러 몸체는 연질의 탄성소재일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전축 힌지 체결홈은 상기 프로펠러 몸체의 내측 방향으로 함몰 형성되며, 상기 회전축 힌지가 상기 회전축 힌지 체결홈 내에서 상기 프로펠러 몸체의 길이 방향을 따라 슬라이딩(sliding) 운동이 가능하도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 상기 회전축 힌지가 상기 슬라이딩 운동을 통해 상기 연결 핀 체결홈과 보다 인접하게 위치하는지 혹은 보다 이격되게 위치하는지 여부에 따라, 상기 왕복 운동되는 프로펠러 몸체의 타측단의 왕복 거리가 조절되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전축부는 상기 선체와 연결되어 일측 방향으로 회전하는 웜휠, 상기 웜휠의 제1 웜기어와 맞물리는 제2 웜기어를 가지는 몸체부, 상기 몸체부가 전방 혹은 후방으로 위치이동 되도록 가이드하는 가이드 레일 및 상기 몸체부의 하측부에 형성되는 상기 회전축 힌지를 포함하며, 상기 웜휠이 시계방향 혹은 반시계방향으로 회전함에 따라, 상기 몸체부 및 상기 회전축 힌지가 상기 가이드 레일을 따라 상기 프로펠러 몸체의 길이 방향을 기준으로 전방 혹은 후방으로 위치이동 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 왕복 운동되는 프로펠러 몸체의 왕복 속도는 상기 크랭크 축 및 상기 크랭크의 회전 속도에 따라 상응하게 조절될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 선체에는 상기 선체의 추진 방향을 기준으로 한 쌍의 상기 프로펠러 몸체의 타측단이 수평방향으로 왕복 운동하도록 제공되며, 이때 상기 한 쌍의 프로펠러 몸체 각각의 타측단은 서로 반대방향을 향함으로써, 상기 한 쌍의 프로펠러 몸체 각각으로부터 발생되는 진동이 상쇄될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 선체에는 상기 선체의 추진 방향을 기준으로 적어도 3개에 해당하는 상기 프로펠러 몸체의 타측단이 수직방향으로 왕복 운동하도록 제공되며, 이때 상기 3개의 프로펠러 몸체 중 중심부에 위치한 프로펠러 몸체의 타측단의 왕복 운동 방향과, 상기 3개의 프로펠러 몸체 중 양측 사이드에 각각 위치한 프로펠러 몸체의 타측단의 왕복 운동 방향은 서로 반대방향을 향함으로써, 상기 적어도 3개에 해당하는 프로펠러 몸체 각각으로부터 발생되는 진동이 상쇄될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 상기 프로펠러부 외측을 커버하여 수중에 잔류하는 그물 혹은 이물질로부터 상기 프로펠러부를 보호하는 그물 걸림 방지판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전 에너지를 크랭크 기구를 통해 왕복 직선이 가능한 직선 에너지로 변경한 후 이를 토대로 탄성을 지닌 연질의 지느러미 형태의 프로펠러의 일측 말단부가 소정의 반경 내에서 왕복 운동하도록 함으로써, 사용되지 않던 에너지의 일부가 상기 연질의 지느러미 형태의 프로펠러가 가지는 탄성 에너지로 저장되었다가 반대편으로 움직일 때 사용될 수 있으므로 추진축에서 제공되는 회전력을 토대로 프로펠러를 회전시키는 것에 비해 효율이 극대화된다는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러 몸체와 연결된 회전축 힌지의 위치를 변경시킴으로써 프로펠러 몸체 타측부의 왕복 운동 반경을 조절할 수 있기 때문에, 이를 토대로 요구 속도 별 엔진의 최적 운전 조건에 맞추어 추진 운행이 가능한 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러 몸체를 선체의 길이 방향을 기준으로 수평방향으로 설치하는 경우, 하나 이상의 프로펠러 몸체 각각의 상하간의 높이차이를 최소화할 수 있으며 설치 높이를 최소화할 수 있으므로, 결과적으로 공동현상 저감에 따른 소음 및 진동이 감소되는 이점을 가진다.
또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러 몸체의 회전이 없어 회전반경에 대한 제한점이 배제되며, 특히 프로펠러 몸체 말단부의 상하 혹은 좌우 왕복 운동만으로 선체 추진이 가능하기 때문에, 수중 그물, 부유물 혹은 이물 등에 의해 프로펠러 몸체가 손상될 우려가 해소될 수 있고, 특히 프로펠러 몸체 전방에 설치 가능한 그물 걸림 방지판을 통해 보다 효과적으로 프로펠러 몸체를 보호할 수 있는 이점을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지느러미형 추진장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 지느러미형 추진장치(100)의 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 구동부(110)를 선미에서 바라본 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 프로펠러부(120)의 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 회전축부(130)의 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 회전축부(130)의 몸체부(132)가 연결 핀 체결홈(122)과 보다 인접하게 위치된 경우, 프로펠러 몸체(121) 말단부의 왕복 운동 반경(h1)을 도시한 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 회전축부(130)의 몸체부(132)가 연결 핀 체결 홈(122)과 보다 이격되도록 위치된 경우, 프로펠러 몸체(121) 말단부의 왕복 운동 반경(h2)을 도시한 도면이다.
도 8은 선체(1)에 수평방향으로 하나 이상 적용되는 3개의 프로펠러부(120, 120', 120')들의 형태 및 왕복 운동 방향을 도시한 도면이다.
도 9는 선체(1)에 수직 방향으로 하나 이상 적용되는 한 쌍의 프로펠러 몸체(121)들의 형태 및 왕복 운동 방향을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지느러미형 추진장치(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 지느러미형 추진장치(100)의 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 살펴보면, 지느러미형 추진장치(100)는 크게 구동부(110), 프로펠러부(120) 및 회전축부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 구동부(110)는 선체(1)로부터 전달되는 동력을 통해 일측 방향으로 왕복 운동하는 역할을 수행할 수 있으며, 이때 동력을 후술되는 프로펠러부(120)에 인가할 수 있다.
보다 구체적으로, 구동부(110)는 선체(1)로부터 전달되는 회전력이 가지는 회전 운동에너지를 직선 운동에너지로 변환하는 일종의 크랭크 기구를 의미할 수 있는데, 이는 도 3을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 구동부(110)를 선미에서 바라본 상태를 도시한 도면이다.
도 3을 살펴보면, 구동부(110)는 선체(1)와 연결되어 일측 방향(시게 방향 혹은 반시계 방향 등)으로 회전하는 크랭크 축(111), 상기 크랭크 축(111)을 커버하는 크랭크 축 하우징(112), 상기 크랭크 축(111)과 상응하게 회전하는 크랭크(113), 상기 크랭크(112)의 외주면(가장자리)에 위치되어 외부로 일정한 높이로 돌출되는 크랭크 핀(113a), 후술되는 피스톤(117)이 직선 왕복하기 위한 통로를 가이드하는 피스톤 하우징(114), 상기 크랭크 핀(113a)과 체결 고정되며, 상기 크랭크 핀(113a)의 회전 운동에너지를 전달하는 역할을 수행하는 크랭크 암(115), 크랭크 암(115)과 연결되어 크랭크 암(115)의 회전 운동에너지를 피스톤(117)에 전달하는 피스톤 암(116) 및 피스톤 암(116)과 연결되며 피스톤 암(116)으로부터 전달되는 회전 운동에너지를 직선 왕복을 통해 상하 방향으로 직선 왕복운동하는 피스톤(117), 및 피스톤(117)의 하측부에 형성되며 연결 핀 연장부(118a)가 양측 방향으로 형성되는 연결 핀(118)을 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 구동부(110)의 구성에 의해, 크랭크 축(111) 및 크랭크(112)의 회전 운동 에너지가 결과적으로 피스톤(117) 및 연결 핀(118)의 수직 왕복 운동에너지로 전환될 수 있다.
특히, 크랭크 축(111) 및 크랭크(113)은 회전 원운동을 하기 때문에, 하측에 위치된 피스톤 암(116) 및 피스톤(117)은 크랭크 축(111) 및 크랭크(113)의 회전이 계속되는 한 계속해서 왕복 직선 운동을 수행하게 된다.
이때, 피스톤 하우징(114)은 해수 등이 피스톤 하우징(114)으로 유입되는 것을 방지하기 위하여, 수밀장치 설치를 위해 크로스헤드(Crosshead Guides)형으로 적용 및 설치될 수 있다.
또한, 연결 핀 연장부(118a)는 후술되는 프로펠러부(120)의 연결 핀 체결홈(122)과 체결될 수 있으며, 피스톤(117)의 중심부를 기준으로 양측 방향으로 원기둥 형태로 연장되어 형성 될 수 있다. 따라서, 이러한 연결 핀 연장부(118a)는 프로펠러부(120)의 연결 핀 체결홈(122)과 걸림 결합될 수 있다.
다시 도 1 및 도 2로 돌아와서, 프로펠러부(120)는 상술한 구동부(110)의 연결 핀 연장부(118a)와 일측단이 연결되며, 연결 핀 연장부(118a)를 통해 전달되는 회전 운동에너지를 통해 일측단이 직선 왕복 운동될 수 있다.
보다 구체적으로, 프로펠러부(120)는 상술한 구동부(110)의 직선 왕복 운동과 상응하게 직선 왕복 운동함으로써, 타측단을 통해 물에 대한 반발력을 발생시키는 역할을 수행할 수 있다.
이를 위하여, 프로펠러부(120)는 프로펠러 몸체(121), 연결 핀 체결홈(122) 및 회전축 힌지 체결홈(123)을 포함하여 구성될 수 있는데, 이는 도 4를 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 4는 도 2에 도시된 프로펠러부(120)의 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4(a)를 살펴보면, 도 4(a)는 프로펠러 몸체(121)를 상측에서 바라본 상태를 도시한 도면으로서, 프로펠러 몸체(121)는 유입부인 일측단(leading edge)으로부터 추진력을 발생시키는 타측단(trailing edge)으로 갈수록 두께는 얇아지고 폭은 넓어지는 일종의 어류의 지느러미 형태로 형성될 수 있다.
이러한 형태를 통해, 폭이 좁지만 두께가 두꺼운 일측단을 통해 구동부(110)로부터 전달되는 직선 운동에너지를 타측단으로 완전히 전달할 수 있으며, 보다 넓은 타측단의 폭을 통해 최대의 추진력을 발생시킬 수 있다.
또한, 추가적으로, 프로펠러 몸체(121)는 연질의 탄성소재로 구현됨에 따라, 프로펠러 몸체(121)가 가지는 탄성력이 프로펠러 몸체(121)의 타측단에 추가 전달될 수 있으므로, 적정한 곡류로 휘어지는 프로펠러 몸체(121)의 탄성력에 의한 탄성 에너지가 저장되었다가 프로펠러 몸체(121)의 타측단을 통해 발생될 수 있어 그 효율이 극대화될 수 있다.
또한, 프로펠러 몸체(121)의 길이 방향으로(본 명세서의 도 4(a)에서는 좌측에서 우측 방향으로) 연결 핀 체결홈(122) 및 회전축 힌지 체결홈(123)이 위치됨을 확인할 수 있다.
연결 핀 체결홈(122)은 상술한 연결 핀(118)의 연결핀 연장부(118a)가 체결되는 수용 공간을 의미할 수 있는데, 연결 핀 연장부(118a)의 형태와 상응하는 형태로 함몰 형성될 수 있으며, 이때 연결 핀 체결홈(122) 내에 수용된 연결 핀 연장부(118a)는 연결 핀 체결홈(122) 내에서 고정되는 것이 아니라 연결 핀 체결홈(122) 내에 수용되되, 연결 핀 연장부(118a)를 회전축으로 하여 프로펠러 몸체(121)의 일측단이 자유롭게 회전될 수 있음을 유의한다.
한편, 일 실시예에서 연결 핀 체결홈(122)의 내측면에는 연결 핀 연장부(118a)와의 마찰력을 제거하는 베어링(미도시)이 추가적으로 제공됨으로써 연결 핀 연장부(188a)가 연결 핀 체결홈(122) 내에서 보다 용이하게 회전될 수 있다.
도 4(b)는 프로펠러 몸체(121)를 옆에서 바라본 상태를 도시한 도면으로서, 프로펠러 몸체(121)의 내측에는 후술되는 회전축 힌지(133)가 체결되는 수용공간인 회전축 힌지 체결홈(123) 형성될 수 있으며, 이때 회전축 힌지(133)의 형태와 상응하는 형태로 함몰 형성될 수 있다.
회전축 힌지 체결홈(123)은 회전축 힌지(133)가 실제로 수용되는 공간인 수용홈(123a) 및 회전축 힌지(133)가 전방 혹은 후방으로 프로펠러 몸체(121)의 길이 방향을 따라 슬라이딩(sliding) 운동이 가능하도록 하는 가이드부재(123b)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 회전축 힌지(133)가 상기 슬라이딩 운동을 통해 연결 핀 체결홈(122)과 보다 인접하게 위치하는지 혹은 보다 이격되게 위치하는지 여부에 따라, 왕복 운동되는 프로펠러 몸체(121)의 타측단의 왕복 거리가 조절될 수 있는데, 이는 후술되는 도 6을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
다음으로, 회전축부(130)는 상술한 프로펠러 몸체(121)의 중심부에서 회전축으로서 위치됨으로써, 프로펠러 몸체(121)의 타측단을 구동부(110)의 왕복 운동과 반대되는 방향으로 왕복 운동시키는 역할을 수행할 수 있는데, 이는 도 5를 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 5는 도 2에 도시된 회전축부(130)의 형태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5를 살펴보면, 도 5는 회전축부(130)를 옆에서 바라본 상태를 도시한 도면으로서, 웜휠 하우징(131), 선체(1)와 연결되어 웜휠 하우징(131) 내에서 일측 방향(시계 방향 혹은 반시계 방향 등)으로 회전하는 웜휠(131a), 상기 웜휠(131a)의 일측에 형성되는 제1 웜기어(일종의 나사선, 131b), 웜휠(131a)의 하측에 위치되는 몸체부(132), 상기 몸체부(132)의 상측부에 형성되며 상기 제1 웜기어(131b)와 맞물리는 제2 웜기어(132a), 몸체부(132)의 하측부에 형성되는 회전축 힌지(133) 및 상기 몸체부(132)가 전방 혹은 후방으로 위치이동 되도록 가이드하는 가이드 레일(134)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 웜휠(131a)이 시계방향 혹은 반시계 방향으로 회전함에 따라, 제1 웜기어(131b) 및 제2 웜기어(132a)가 서로 맞물려 회전하게 되는데, 보다 구체적으로, 제1 웜기어(131b)가 예를 들어 시계 방향으로 회전하는 경우, 이와 맞물린 제2 웜기어(132a)에 의해 몸체부(132)는 웜휠(131a)의 좌측 방향으로 위치가 이동될 수 있고, 반대로 제1 웜기어(131b)가 예를 들어 반시계 방향으로 회전하는 경우, 이와 맞물린 제2 웜기어(132a)에 의해 몸체부(132)는 웜휠(131a)의 우측 방향으로 위치가 이동될 수 있다.
즉, 웜휠(131a), 제1 웜기어(131b) 및 제2 웜기어(132a)의 체결 구조에 의해, 몸체부(132) 및 회전축 힌지(133)의 위치 이동이 조절될 수 있으며, 이를 통해 회전축 힌지(133)가 상술한 회전축 힌지 체결홈(123) 내에서 슬라이딩될 수 있다.
다시 말해서, 웜휠(131a), 제1 웜기어(131b) 및 제2 웜기어(132a)의 체결 구조에 의해, 회전축 힌지(133)가 가이드 레일(134)을 따라 프로펠러 몸체(121)의 길이 방향을 기준으로 전방 혹은 후방으로 위치이동 될 수 있다.
한편, 이러한 회전축 힌지(133)의 위치 이동에 대해서는 도 6 및 도 7을 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
일 실시예에서, 프로펠러 몸체(121)의 전방에는 프로펠러부(120)의 외측을 커버하여 수중에 잔류하는 그물 혹은 이물질로부터 프로펠러 몸체(121)를 보호하는 그물 걸림 방지판(140)이 설치될 수 있다.
도 6은 도 5에 도시된 회전축부(130)의 몸체부(132)가 연결 핀 체결홈(122)과 보다 인접하게 위치된 경우, 프로펠러 몸체(121) 말단부의 왕복 운동 반경(h1)을 도시한 도면이고, 도 7은 도 5에 도시된 회전축부(130)의 몸체부(132)가 연결 핀 체결 홈(122)과 보다 이격되도록 위치된 경우, 프로펠러 몸체(121) 말단부의 왕복 운동 반경(h2)을 도시한 도면이다.
먼저 도 6을 살펴보면, 웜휠(131a), 제1 웜기어(131b) 및 제2 웜기어(132a)의 체결 구조에 의해 몸체부(132)가 연결 핀 체결홈(122)과 보다 인접한 위치(A)에 위치하는 경우, 연결 핀 체결홈(122) 및 회전축 힌지(133) 간의 거리가 가까우므로 상대적으로 프로펠러 몸체(121)의 타측부 왕복 운동에 대한 반경은 h1이 될 수 있다.
도 7을 살펴보면, 웜휠(131a), 제1 웜기어(131b) 및 제2 웜기어(132a)의 체결 구조에 의해 몸체부(132)가 연결 핀 체결홈(122)과 보다 이격된 위치(멀어진 위치, B)에 위치하는 경우, 연결 핀 체결홈(122) 및 회전축 힌지(133) 간의 거리가 멀어졌으므로 상대적으로 프로펠러 몸체(121)의 타측부 왕복 운동에 대한 반경은 상기 h1에 비해 보다 작아진 h2가 될 수 있다.
즉, 연결 핀 체결 홈(122) 및 회전축 힌지(133) 간의 거리가 가까우면 가까울 수록 프로펠러 몸체(121)의 타측부 왕복 운동에 대한 반경은 커질 수 있고, 멀면 멀수록 프로펠러 몸체(121)의 타측부 왕복 운동에 대한 반경은 작아질 수 있으므로, 이를 토대로 상술한 크랭크 축(111) 및 크랭크(113)의 회전 속도(이는 선체(1)의 엔진의 회전 속도와 상응할 수 있음)를 일정한 속도로 고정시킨 상태에서 상기 회전축 힌지(133)의 위치를 조절함으로써 보다 큰 추진력을 얻거나 혹은 작은 추진력을 얻을 수 있다.
또한, 마찬가지로, 회전축 힌지(133)의 위치를 일정한 위치에 고정한 상태에서 크랭크 축(111) 및 크랭크(113)의 회전 속도를 증가시키거나 혹은 감소시키는 것을 통해 보다 큰 추진력을 얻거나 혹은 작은 추진력을 얻을 수 있다.
따라서, 이러한 추진력을 얻기 위한 2가지 방법(회전축 힌지(133)의 위치를 조절하거나 혹은 회전축 힌지(133)의 위치를 고정한 상태에서 크랭크 축(111) 및 크랭크(113)의 회전 속도를 증가시키는 방법)을 병행함으로써, 선체(1)에 적용된 엔진의 특성에 맞춰 회전수 및 그에 따른 프로펠러 몸체(121)에 걸리는 토크와의 상관관계를 확인할 수 있으며, 원하는 출력대에서 최적의 연비를 내는 위치를 매핑함으로써 프로그래밍한 후 이를 토대로 속도 및 부하에 따른 엔진의 최적 회전수 및 회전축 힌지(133)의 최적의 고정위치 등을 산출할 수 있다.
한편, 이러한 프로펠러 몸체(121)를 이용하여 추진력을 얻는 경우에도, 일측 방향으로 왕복 운동하는 프로펠러 몸체(121)가 일측으로 치우쳐짐에 따라 선체(1)의 진동이 발생될 수 있는데, 이는 다수 개의 프로펠러 몸체(121)를 서로 서로 반대방향으로 배치함으로써 이러한 진동을 상쇄시킬 수 있는 바, 후술되는 도 8 및 도 9를 통해 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 8은 선체(1)에 수평방향으로 하나 이상 적용되는 3개의 프로펠러부(120, 120', 120')들의 형태 및 왕복 운동 방향을 도시한 도면이고, 도 9는 선체(1)에 수직 방향으로 하나 이상 적용되는 한 쌍의 프로펠러 몸체(121)들의 형태 및 왕복 운동 방향을 도시한 도면이다.
먼저 도 8을 살펴보면, 도 8(a)는 선체(1)의 길이 방향을 기준으로 수평방향으로 하나 이상 적용되는 3개의 프로펠러부(120, 120', 120')들의 형태를 상측에서 바라본 상태를 도시한 도면이다.
중심부에는 상술한 프로펠러부(120)가 위치되어 있고, 프로펠러부(120)의 양측 사이드에는 상기 프로펠러부(120)의 1/2 폭에 해당하는 좁은 형태의 프로펠러부(120')가 위치됨을 확인할 수 있다.
이러한 점은, 중심부의 프로펠러부(120)의 타측부가 왕복 운동하는 방향과 양측 사이드의 좁은 형태의 프로펠러부(120')의 타측부가 왕복 운동하는 방향이 서로 반대로 형성됨을 의미할 수 있다.
도 8(b)를 통해 중심부에 위치한 프로펠러부(120)의 타측부가 상측 방향으로 이동되는 경우 양측 사이드에 위치한 좁은 형태의 프로펠러부(120')들은 하측 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있으며, 도 8(c)를 통해 중심부에 위치한 프로펠러부(120)의 타측부가 하측 방향으로 이동되는 경우 양측 사이드에 위치한 좁은 형태의 프로펠러부(120')들은 상측 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 8(b) 및 도 8(c)와 같은 과정을 통해, 중심부의 프로펠러부(120)에 의해 발생되는 진동이 양측 사이드에 위치한 좁은 형태의 프로펠러부(120')들에 의해 발생되는 진동과 서로 상쇄될 수 있다.
일 실시예에서, 중심부에 위치한 프로펠러부(120)와 양측 사이드에 위치한 좁은 형태의 프로펠러부(120')들을 구현할 경우, 도 3에 도시된 크랭크(113)에 현재 크랭크 핀(113a)과 위상이 180도에 해당하는 2개의 크랭크 핀(미도시)를 형성하고, 이러한 2개의 크랭크 핀 각각에 크랭크 암(미도시)을 적용시킬 수 있는데, 이러한 경우 크랭크(113)의 현재 크랭크 핀(113a)가 상측 방향으로 올라가는 경우 중심부에 위치한 프로펠러부(120)는 상측 방향으로 상승하는 반면 양측 사이드에 위치한 좁은 형태의 프로펠러부(120')들은 위상이 180도에 해당하므로 하측 방향으로 하강하게 되고, 반대로 크랭크(113)의 크랭크 핀(113a)가 하측 방향으로 하강하는 경우 중심부에 위치한 프로펠러부(120)는 하측 방향으로 하강하는 반면 양측 사이드에 위치한 좁은 형태의 프로펠러부(120')들은 위상이 180도에 해당하므로 상측 방향으로 상승할 수 있다.
도 9를 살펴보면, 도 9(a)는 선체(1)의 길이 방향을 기준으로 수직방향으로 하나 이상 적용되는 한 쌍의 프로펠러부(120, 120')들의 형태를 상측에서 바라본 상태를 도시한 도면이다. (이때, 상기 한 쌍의 프로펠러부(120, 120')들은 서로 동일한 프로펠러부이지만, 설명의 편의를 위하여 하측에 도시된 프로펠러부는 120'로 표기하였음을 유의한다.)
도 9에 도시된 한 쌍의 프로펠러부(120, 120')들도 도 8에 도시된 3개의 프로펠러부(120, 120', 120')들과 마찬가지로 서로 반대되는 방향으로 왕복 운동할 수 있다.
도 9(b)를 통해 상측에 위치한 프로펠러부(120)의 타측부가 상측 방향으로 이동하는 경우에는 하측에 위치한 프로펠러부(120')의 타측부는 하측 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있고, 도 9(c)를 통해 상측에 위치한 프로펠러부(120)의 타측부가 하측 방향으로 이동하는 경우에는 하측에 위치한 프로펠러부(120')의 타측부는 상측 방향으로 이동하는 것을 확인할 수 있다.
즉, 도 9(b) 및 도 9(c)와 같은 과정을 통해, 상측에 위치한 프로펠러부(120)에 의해 발생되는 진동이 하측에 위치한 프로펠러부(120')에 의해 발생되는 진동과 서로 상쇄될 수 있다.
또한, 마찬가지로 도 9(b) 및 도 9(c)를 구현할 경우, 도 3에 도시된 구동부(110)를 시계방향으로 90도로 회전시킨 후 크랭크(113)에 현재 크랭크(113a)과 위상이 180도에 해당하는 1개의 크랭크 핀(미도시)를 형성하고, 이러한 1개의 핀에 크랭크 암(미도시)을 적용시킬 수 있는데, 이러한 경우 크랭크(113)의 현재 크랭크 핀(113a)가 예를 들어, 우측 방향으로 이동하는 경우(현재 구동부(110)가 시계 방향으로 90도로 회전하였기 때문) 상측에 위치한 프로펠러부(120)는 상측 방향으로 상승하는 반면 하측에 위치한 프로펠러부(120')는 하측 방향으로 하강하게 되고, 반대로 크랭크(113)의 크랭크 핀(113a)가 좌측 방향으로 이동하는 경우(현재 구동부(110)가 시계 방향으로 90도로 회전하였기 때문) 하측에 위치한 프로펠러부(120')는 상측 방향으로 상승할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 선체
110: 구동부
111: 크랭크 축
112: 크랭크 축 하우징
113: 크랭크
113a: 크랭크 핀
114: 피스톤 하우징
115: 크랭크 암
116: 피스톤 암
117: 피스톤
118: 연결 핀
118a: 연결 핀 연장부
120: 프로펠러부
121: 프로펠러 몸체
122: 연결 핀 체결홈
123: 회전축 힌지 체결홈
123a: 수용홈
123b: 가이드부재
130: 회전축부
131: 웜휠 하우징
131a: 웜휠
131b: 제1 웜기어
132: 몸체부
132a: 제2 웜기어
133: 회전축 힌지
134: 가이드 레일

Claims (14)

  1. 선체로부터 전달되는 동력을 통해 일측 방향으로 왕복 운동하는 구동부;
    상기 구동부와 일측단이 연결되며, 상기 구동부로부터 전달되는 동력을 통해 상기 구동부와 상응하는 방향으로 상기 일측단이 왕복 운동되는 프로펠러부; 및
    상기 프로펠러부의 중심부에 회전축으로서 위치됨으로써, 상기 프로펠러부 타측단을 상기 구동부의 왕복 운동과 반대되는 방향으로 왕복 운동되도록 하는 회전축부;를 포함하며,
    상기 프로펠러부 타측단의 왕복 운동에 의하여, 상기 선체가 전방으로 추진하며,
    상기 구동부는,
    상기 선체와 연결되어 일측 방향으로 회전하는 크랭크 축;
    상기 크랭크축과 상응하게 회전하는 크랭크;
    상기 크랭크의 외주면에 위치하는 크랭크 핀;
    상기 크랭크 핀과 연결되는 크랭크 암;
    상기 크랭크 암과 연결되어 직선 운동하는 피스톤 암;
    상기 피스톤 암과 연결되어 직선 운동하는 피스톤; 및
    상기 피스톤과 일측이 연결되며, 타측이 상기 프로펠러부의 일측단과 연결되며, 중심부를 기준으로 양측 방향으로 원기둥 형태의 연결 핀 연장부가 형성되는 연결 핀;을 포함하며,
    상기 프로펠러부는,
    프로펠러 몸체;
    상기 연결 핀 연장부가 체결되는 연결 핀 체결홈; 및
    상기 회전축부의 하측방향에 형성되는 원기둥 형태의 회전축 힌지가 체결되는 회전축 힌지 체결홈;을 포함하며,
    상기 회전축부는,
    상기 선체와 연결되어 일측 방향으로 회전하는 웜휠;
    상기 웜휠의 제1 웜기어와 맞물리는 제2 웜기어를 가지는 몸체부;
    상기 몸체부가 전방 혹은 후방으로 위치이동 되도록 가이드하는 가이드 레일; 및
    상기 몸체부의 하측부에 형성되는 상기 회전축 힌지;를 포함하며,
    상기 웜휠이 시계방향 혹은 반시계방향으로 회전함에 따라, 상기 몸체부 및 상기 회전축 힌지가 상기 가이드 레일을 따라 상기 프로펠러 몸체의 길이 방향을 기준으로 전방 혹은 후방으로 위치이동 되는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 크랭크 축 및 상기 크랭크가 일측 방향으로 회전함에 따라 발생되는 회전 운동에너지는 상기 크랭크 암, 상기 피스톤 암 및 상기 피스톤을 거쳐 상기 연결 핀에 직선 운동에너지로서 인가되는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결 핀 체결홈의 내측면에는,
    상기 연결 핀 연장부와의 마찰력을 제거하는 베어링;이 제공되는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 프로펠러 몸체는,
    상기 연결 핀 체결홈이 형성된 일측단으로부터 타측단으로 갈수록 두께는 얇아지고 폭은 넓어지는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로펠러 몸체는,
    연질의 탄성소재인 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 회전축 힌지 체결홈은,
    상기 프로펠러 몸체의 내측 방향으로 함몰 형성되며,
    상기 회전축 힌지가 상기 회전축 힌지 체결홈 내에서 상기 프로펠러 몸체의 길이 방향을 따라 슬라이딩(sliding) 운동이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 회전축 힌지가 상기 슬라이딩 운동을 통해 상기 연결 핀 체결홈과 보다 인접하게 위치하는지 혹은 보다 이격되게 위치하는지 여부에 따라,
    상기 왕복 운동되는 프로펠러 몸체의 타측단의 왕복 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 왕복 운동되는 프로펠러 몸체의 왕복 속도는,
    상기 크랭크 축 및 상기 크랭크의 회전 속도에 따라 상응하게 조절되는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 선체에는,
    상기 선체의 추진 방향을 기준으로 한 쌍의 상기 프로펠러 몸체의 타측단이 수평방향으로 왕복 운동하도록 제공되며, 이때
    상기 한 쌍의 프로펠러 몸체 각각의 타측단은 서로 반대방향을 향함으로써, 상기 한 쌍의 프로펠러 몸체 각각으로부터 발생되는 진동이 상쇄되는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 선체에는,
    상기 선체의 추진 방향을 기준으로 적어도 3개에 해당하는 상기 프로펠러 몸체의 타측단이 수직방향으로 왕복 운동하도록 제공되며, 이때
    상기 3개의 프로펠러 몸체 중 중심부에 위치한 프로펠러 몸체의 타측단의 왕복 운동 방향과, 상기 3개의 프로펠러 몸체 중 양측 사이드에 각각 위치한 프로펠러 몸체의 타측단의 왕복 운동 방향은 서로 반대방향을 향함으로써, 상기 적어도 3개에 해당하는 프로펠러 몸체 각각으로부터 발생되는 진동이 상쇄되는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프로펠러부 외측을 커버하여 수중에 잔류하는 그물 혹은 이물질로부터 상기 프로펠러부를 보호하는 그물 걸림 방지판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 탄성소재를 이용한 지느러미형 추진장치.
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