KR101760360B1 - 선박용 복합소재형 러더 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 러더스톡이 결합 고정되는 스틸허브; 외표면을 형성함과 더불어 복수의 섬유강화 플라스틱(fiber reinforced plastic) 시트를 적층하여 형성되며, 선단측을 이루면서 상기 스틸허브측을 감싸는 허브부 및 후단측을 이루는 팁부로 구성되면서 유선형으로 형성되는 복합재스킨; 상기 복합재스킨을 이루는 팁부 내에 구비되면서 상기 팁부의 떨림을 방지함과 더불어 상기 팁부의 구조를 보강하기 위한 에지부; 상기 복합재스킨 내에 충전되면서 음탐의 흡수를 위한 다공성 발포제의 폼(foam) 덩어리로 형성된 폼성형체;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 선박용 복합소재형 러더가 제공되며, 이를 통해 러더의 진동 및 이 진동에 따른 소음 발생을 최소화할 수 있도록 함과 더불어 수파에 의한 휨 변형을 방지하면서도 무게의 저감을 이룰 수 있도록 한 것이다.

Description

선박용 복합소재형 러더 및 그 제조방법{fiber reinforced plastic rudder and manufacturing method the rudder}

본 발명은 선박용 러더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 러더의 진동 및 이 진동에 따른 소음 발생을 최소화할 수 있도록 함과 더불어 수파에 의한 휨 변형을 방지하면서도 무게의 저감을 이룰 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 선박용 복합소재형 러더 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 선체의 후미에 설치된 스크류의 회전에 의한 추진력으로 전진되며, 상기 스크류의 후방측에는 해당 스크류의 회전에 의해 발생되는 유체의 흐름 방향을 조절하는 러더(rudder)가 구비된다.

여기서, 상기 러더는 조타장치의 조작에 의해 방향이나 각도가 변경되면서 상기 스크류의 회전에 의해 발생되는 유체의 흐름 방향을 조절하면서 해당 선박에 대한 항로를 변경하도록 작용된다.

이와 같은 러더는 통상 금속(특히, 강철)을 유선형의 형상으로 성형하여 만들어지며, 이에 관련하여는 등록특허 제10-1281100호, 공개특허공보 제10-2002-0090053호, 공개특허 제10-2009-0049551호, 등록특허 제10-1421375호 등에 개시된 바와 같다.

그러나, 전술된 금속 재질의 러더는 그 무게가 무겁기 때문에 제조 및 유지비용이 많이 들고, 선체하중에 대한 발란스를 고려한 설계가 필요하며, 스크류에서 발생되는 케비테이션에 의한 소음 및 진동 발생이 심하다는 문제점이 있었다.

이에 따라, 종래에는 해당 러더를 경량으로 만들기 위해 내부가 빈 구조로 형성하였으나, 이의 경우 내부 강성이 약하기 때문에 러더 내부에 내부 강성의 보강을 위한 복수의 강성보강판을 추가로 용접 고정하여야만 함에 따른 제조상의 어려움이 추가로 발생되었다.

뿐만 아니라, 상기한 금속 재질의 러더는 은밀성이 요구되는 수정함 적용에 취약하다는 단점이 추가로 있었다.

이로써, 최근에는 공개특허 제10-2104-0091990호에 개시된 바와 같이 해당 러더의 외장재를 탄소 섬유 강화 플라스틱이나 유리 섬유 강화 플라스틱을 이용하는 방안이 제시되고 있다.

하지만, 이러한 복합소재로 이루어진 러더의 경우는 경량화를 이루었긴 하나 수파에 의해 제품 고유진동수에 수렴시 특정 대역에서 저주파 소음이 발생되었던 문제점이 있었다.

특히, 수중함에 사용되는 러더의 경우는 심해 잠수 및 긴급 부양시 급격한 압력차이에 의해 특정 부위에서 휨(twist)에 의한 금속 재질의 러더스톡 및 복합재 러더의 표면 이탈이 발생되었던 문제점이 있었다.

본 발명은 전술된 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 러더의 진동 및 이 진동에 따른 소음 발생을 최소화할 수 있도록 함과 더불어 수파에 의한 휨 변형을 방지하면서도 무게의 저감을 이룰 수 있도록 한 새로운 형태에 따른 선박용 복합소재형 러더 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박용 복합소재형 러더는 러더스톡이 결합 고정되는 스틸허브; 외표면을 형성함과 더불어 복수의 섬유강화 플라스틱(fiber reinforced plastic) 시트를 적층하여 형성되며, 선단측을 이루면서 상기 스틸허브측을 감싸는 허브부 및 후단측을 이루는 팁부로 구성되면서 유선형으로 형성되는 복합재스킨; 상기 복합재스킨을 이루는 팁부 내에 구비되면서 상기 팁부의 떨림을 방지함과 더불어 상기 팁부의 구조를 보강하기 위한 에지부; 상기 복합재스킨 내에 충전되면서 음탐의 흡수를 위한 다공성 발포제의 폼(foam) 덩어리로 형성된 폼성형체;를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복합재스킨 내에 충전된 폼성형체 내를 수평하게 관통하도록 설치되면서 상하 이격되게 복수로 제공되는 수평 리브부와, 상기 복합재스킨 내에 충전된 폼성형체 내의 하측 부위를 수직하게 관통하도록 설치되면서 전후 이격되게 복수로 제공되는 수직 리브부가 더 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

이와 함께, 상기 수평 리브부 및 수직 리브부는 섬유강화 플라스틱(fiber reinforced plastic) 재질로 형성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 에지부는 섬유강화 플라스틱 재질로 형성됨과 더불어 후방측 끝단으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 구조로 형성됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박용 복합소재형 러더의 제조방법은 러더스톡의 결합을 위한 스틸허브와, 끝단을 이루는 에지부 그리고, 복수의 수평 리브부 및 수직 리브부가 내부에 일체화되어 성형된 고강도의 폼성형체를 각각 준비하는 준비단계; 상기 스틸허브의 후면에 상기 폼성형체를 부착 고정하고, 상기 폼성형체의 후방측 끝단에는 상기 에지부를 부착 고정하는 접착단계; 상기 서로 접착된 스틸허브와 폼성형체 및 에지부 외면에 복수의 섬유강화 플라스틱 시트(fiber reinforced plastic sheet)를 적층하는 적층단계; 상기 적층된 섬유강화 플라스틱 시트를 경화하는 경화단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명에 따른 복합소재형 러더는 스틸허브를 제외한 모든 부위를 복합재로 형성될 수 있도록 함으로써 해당 러더에 대한 경량화를 이룰 수 있게 된 효과를 가진다.

특히, 본 발명에 따른 복합소재형 러더는 그의 내부에 제공되는 빈 공간 중 끝단측 부위에 에지부를 제공하되, 이러한 에지부는 상기 복합소재형 러더를 이루는 팁부 내를 채우도록 이루어짐으로써 수파에 의해 상기 팁부에서 발생되는 떨림을 방지할 수 있도록 하였으며, 이를 통해 진동 및 소음 발생을 방지할 수 있게 된 효과를 가진다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 복합소재형 러더는 그의 내부 빈 공간이 다공성 발포제의 폼(foam) 덩어리로 이루어진 폼성형체로 충전되도록 구성됨에 따라 음탐 흡수가 가능하도록 하였으며, 이로써 은밀성이 요구되는 수중함에 적합하다는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더의 내부 구조를 설명하기 위해 폼성형체 및 복합재스킨을 제외한 상태를 나타낸 사시도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 종단면도
도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더의 제조방법을 설명하기 위해 나타낸 순서도

이하, 본 발명의 선박용 복합소재형 러더 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더의 외관 구조를 설명하기 위해 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더의 내부 구조를 설명하기 위해 폼성형체 및 복합재스킨을 제외한 상태를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더의 내부 구조를 설명하기 위해 나타낸 종단면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더는 크게 스틸허브(100)와, 복합재스킨(200)과, 에지부(300)와, 폼성형체(400)를 포함하여 이루어짐을 제시하며, 특히 상기 에지부(300)의 제공에 의해 선박용 복합소재형 러더의 꼬리(tail)측 모서리의 진동을 방지할 수 있도록 하여 소음 발생을 억제하고, 또한 상기 폼성형(400)체는 폼 다공성 발포제의 폼(foam) 덩어리로 형성하여 음탐 흡수가 가능하도록 함으로써 은밀성이 요구되는 수중함에 적합할 수 있도록 함을 특징으로 한다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기 스틸허브(100)는 러더스톡(110)이 결합 고정되는 부위로써, 상기 러더스톡(110)의 하단 둘레를 감싸도록 결합되는 허브이다.

이때, 상기 러더스톡(110)은 조타장치에 의해 조작되면서 상기 스틸허브(100)를 회전시키는 부위이다.

이와 같은 스틸허브(100)는 그의 내부로 상기 러더스톡(110)이 관통 결합되는 원형이나 타원형, 트랙형 혹은, 반트랙형 등의 관체로 형성된다. 물론, 상기 스틸허브(100)는 저부로 갈수록 직경이 줄어드는 구조의 콘(cone) 형으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기한 스틸허브(100)의 길이는 대략 복합소재형 러더의 절반 이하를 이루도록 하면서도 상기 러더스톡(110)과의 안정적인 결합이 이루어질 수 있을 정도의 길이로만 형성되도록 하여 과도한 스틸허브(100)의 길이로 인한 무게 증가가 방지될 수 있도록 함이 바람직하다.

이와 함께, 상기 스틸허브(100)는 스틸 재질로 형성함으로써 상기 러더스톡(110)과의 결합이 항상 안정적으로 이루어질 수 있도록 함과 더불어 상기 러더스톡(110)을 통해 제공되는 조타력을 정확히 전달받을 수 있도록 구성된다.

다음으로, 상기 복합재스킨(200)은 본 발명의 실시예에 따른 복합소재형 러더의 외표면을 형성하는 부위로써, 복수의 섬유강화 플라스틱(fiber reinforced plastic) 시트를 적층하여 형성된다.

즉, 상기한 복합재로 이루어진 복합재스킨(200)으로 러더의 외표면을 형성함으로써 러더 전체에 대한 무게를 저감시켜 경량화를 이룰 수 있도록 함과 더불어 레이다 혹은, 소나 등에 의한 피탐율을 낮출 수 있도록 하였으며, 또한 강성의 확보는 이룰 수 있도록 하였다.

이와 같은 복합재스킨(200)은 선단측을 이루면서 상기 스틸허브(100)측을 감싸는 허브부(210) 및 후단측을 이루는 팁부(220)로 구성되며, 전체적으로는 그 단면이 평면에서 봤을 때 유선형을 이루도록 형성된다.

다음으로, 상기 에지부(300)는 상기 복합재스킨(200)의 팁부(220)에 대한 떨림을 방지하여 해당 부위의 떨림에 의한 소음 발생을 억제하기 위한 부위이다.

즉, 복합소재형 러더의 끝단인 팁부(220)에서 유체 저항에 의해 발생되는 떨림으로 인한 소음 및 진동을 상기한 에지부(300)의 추가적 제공을 통해 최대한 억제할 수 있도록 하며, 이로써 본 발명의 실시예에 따른 복합소재형 러더가 은밀성이 요구되는 수중함에의 적용이 가능하도록 한 것이다.

이와 같은 에지부(300)는 상기 복합재스킨(200)을 이루는 팁부(220) 내에 구비되면서 상기 팁부(220)가 이루는 경사대로 기울어지게 설치되며, 특히 상기 에지부(300)는 후방측 끝단으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 구조로 형성됨을 제시한다.

상기한 에지부(300)의 구조는 상기 팁부(220)의 내부 공간과 일치되는 형상으로 상기 에지부(300)를 형성함으로써 해당 팁부(220) 내의 공간 발생을 원천적으로 방지하며, 이를 통한 해당 부위의 강도 보강 뿐만 아니라 진동 발생을 방지할 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기한 에지부(300)는 섬유강화 플라스틱 재질로 형성함으로써 강성의 확보를 이룰 수 있도록 하면서도 상기 복합재스킨(200)과의 접합이 안정적으로 이루어질 수 있도록 함과 더불어 무게의 저감을 이룰 수 있도록 한다. 물론 상기 에지부(300)가 섬유강화 플라스틱 재질로 형성될 경우 피탐율을 낮출 수 있다는 장점을 추가로 가지게 된다.

다음으로, 상기 폼성형체(400)는 상기 복합재스킨(200) 내부의 빈 공간에 충전되는 부위이다.

이와 같은 폼성형체(400)는 상기 복합재스킨(200) 내의 빈 공간에 충전되는 다공성 발포제의 폼(foam) 덩어리로 형성함으로써 소리나 진동의 흡수가 이루어질 수 있도록 함과 더불어 상기 복합재스킨(200) 내의 빈 공간에 의한 소리나 진동의 공명됨을 방지하여 피탐률이 더욱 줄어들 수 있도록 하게 된다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 폼성형체(400) 내에 복수의 수평 리브부(410) 및 복수의 수직 리브부(420)가 더 제공됨을 추가로 제시한다.

여기서, 상기 각 수평 리브부(410)는 상기 복합재스킨(200) 내에 충전된 폼성형체(400) 내를 수평하게 관통하도록 각각 설치되면서 서로는 상하 이격되게 배치되고, 상기 각 수직 리브부(420)는 상기 복합재스킨(200) 내에 충전된 폼성형체(400) 내의 하측 부위를 수직하게 관통하도록 각각 설치되면서 서로는 전후 이격되게 배치된다.

즉, 상기한 복수의 수평 리브부(410) 및 복수의 수직 리브부(420)에 대한 추가 제공을 통해 복합소재형 러더가 수파에 의한 복합재스킨(200)의 변형됨을 방지함과 더불어 긴급부상시 발생되는 압력차이로 인한 복합재스킨(200)의 휨(twist) 변형을 방지할 수 있도록 한 것이다.

특히, 상기한 각 수평 리브부(410) 및 수직 리브부(420) 역시 섬유강화 플라스틱(fiber reinforced plastic) 재질로 형성되도록 함으로써 무게의 저감을 이룰 수 있도록 하면서도 강도 보강이 안정적으로 이루어질 수 있도록 한다.

하기에서는, 전술된 본 발명의 실시예에 따른 복합소재형 러더에 대한 제조 과정을 첨부된 도 5의 순서도를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.

먼저, 스틸허브(100)와, 에지부(300) 및 폼성형체(400)를 각각 준비하는 준비단계(S100)를 수행한다.

여기서, 상기 스틸허브(100)는 스틸 재질로써 러더스톡(110)과의 결합을 위한 허브 구조의 관체로 제조하여 이루어지며, 상기 에지부(300)는 형성하고자 하는 복합소재형 러더의 꼬리측 부위에 대한 형상을 고려하여 성형된다.

이와 함께, 상기 폼성형체(400)는 고강도의 폼(foam)을 발포하여 다공성 발포제의 덩어리로 형성되며, 특히, 상기한 폼성형체(400) 내에는 복수의 수평 리브부(410) 및 수직 리브부(420)가 각각 고정 설치되어 이루어진다.

이러한 각 리브부(410,420)의 설치는 상기 폼성형체(400)의 성형 후 해당 폼성형체(400) 내를 수평 혹은, 수직 방향으로 관통하도록 설치할 수도 있고, 각 수평 리브부(410)의 상하면 및 각 수직 리브부(420)의 전후면에 복수의 폼 덩어리를 부착함으로써 서로 단일체를 이루도록 형성할 수도 있다.

그리고, 전술된 각각의 구성들(100,300,400)에 대한 준비가 이루어지면 이렇게 준비된 각 구성들(100,300,400)을 서로 일체화하여 일체형 성형체를 완성하는 접착단계(S200)를 수행한다.

즉, 상기 준비된 스틸허브(100)와, 에지부(300) 및 폼성형체(400)를 접착제로써 서로 접착시킴으로써 상기 각 구성들(100,300,400)이 서로 단일체로 이루어진 일체형 성형체가 만들어지게 되는 것이다.

이때, 상기 스틸허브(100)의 후면으로 상기 폼성형체(400)의 전면을 부착 고정함과 더불어 상기 폼성형체(400)의 후방측 끝단에는 상기 에지부(300)를 부착 고정함으로써 상기한 일체형 성형체가 만들어진다.

다음으로, 상기 접착단계(S200)에 의한 스틸허브(100)와, 에지부(300) 및 폼성형체(400) 간의 일체화가 이루어지면 이렇게 일체화된 일체형 성형체의 표면에 복합재스킨(200)의 성형을 위한 복수의 섬유강화 플라스틱 시트(fiber reinforced plastic sheet)를 적층하는 적층단계(S300)를 수행한다.

이와 같은 적층단계(S300)에서는 상기 일체형 성형체 외면에 각 섬유강화 플라스틱 시트를 순차적으로 적층하면서 전 부위가 균일한 두께를 이루는 복합재스킨(200)이 형성될 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 상기 적층된 섬유강화 플라스틱 시트를 경화하는 경화단계(S400)를 수행함으로써 본 발명의 실시예에 따른 선박용 복합소재형 러더의 제조가 완료된다.

여기서, 상기 경화단계(S400)는 상기 일체형 성형체의 표면에 복수의 섬유강화 플라스틱 시트를 적층한 상태에서 -1bar 이하의 진공압을 가함과 더불어 80~100℃ 온도로 경화함으로써 수행된다. 물론, 상기한 경화단계(S400)는 상온에서 경화함으로써 수행할 수도 있다.

결국, 전술된 각 과정을 통해 완성되는 본 발명에 따른 복합소재형 러더는 스틸허브(100)를 제외한 모든 부위를 복합재로 형성될 수 있도록 함으로써 복합소재형 러더에 대한 경량화를 이룰 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 복합소재형 러더는 그의 내부에 제공되는 빈 공간 중 끝단측 부위에 에지부(300)를 제공하되, 이러한 에지부(300)는 상기 복합소재형 러더를 이루는 팁부(220) 내를 채우도록 이루어짐으로써 수파에 의해 상기 팁부(220)에서 발생되는 떨림을 방지할 수 있도록 하였으며, 이를 통해 진동 및 소음 발생을 방지할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 본 발명에 따른 복합소재형 러더는 그의 내부 빈 공간이 다공성 발포제의 폼(foam) 덩어리로 이루어진 폼성형체(400)로 충전되도록 구성됨에 따라 음탐 흡수가 가능하도록 하였으며, 이로써 은밀성이 요구되는 수중함에 적합하다.

100. 스틸허브 110. 러더스톡
200. 복합재스킨 210. 허브부
220. 팁부 300. 에지부
400. 폼성형체 410. 수평 리브부
420. 수직 리브부 S100. 준비단계
S200. 접착단계 S300. 적층단계
S400. 경화단계

Claims (5)

1. 러더스톡(110)이 결합되는 스틸허브(100);
   외표면을 형성함과 더불어 복수의 섬유강화 플라스틱(fiber reinforced plastic) 시트를 적층하여 형성되며, 선단측을 이루면서 상기 스틸허브(100)가 위치되는 측을 감싸는 허브부(210) 및 후단측을 이루는 팁부(220)로 구성되면서 상기 팁부(220)로 갈수록 가늘어지는 유선형으로 형성되는 복합재스킨(200);
   상기 복합재스킨(200) 내에 구비되면서 음탐의 흡수를 위한 다공성 발포제의 폼(foam) 덩어리로 형성됨과 더불어 내부에는 섬유강화 플라스틱(fiber reinforced plastic) 재질로 형성된 복수의 수평 리브부(410) 및 수직 리브부(420)가 각각 고정 설치되어 이루어진 폼성형체(400);
   상기 폼성형체(400)나 복합재스킨(200)과는 별개의 구성으로 제공되며, 섬유강화 플라스틱 재질로 형성됨과 더불어 후방측 끝단으로 갈수록 점차 폭이 좁아지는 구조로 형성되어 상기 복합재스킨(200)을 이루는 팁부(220) 내에 세워진 상태로 구비되면서 상기 팁부(220)의 떨림을 방지함과 더불어 상기 팁부(220)의 구조를 보강하는 에지부(300);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 선박용 복합소재형 러더.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 폼성형체(400)의 수평 리브부(410)는 상기 폼성형체(400) 내를 수평하게 관통하도록 설치되면서 상하 이격되게 복수로 제공되고,
   상기 폼성형체(400)의 수직 리브부(420)는 상기 폼성형체(400) 내의 하측 부위를 수직하게 관통하도록 설치되면서 전후 이격되게 복수로 제공됨을 특징으로 하는 선박용 복합소재형 러더.
3. 삭제
4. 삭제
5. 러더스톡(110)의 결합을 위한 스틸허브(100)와, 끝단을 이루는 에지부(300) 그리고, 복수의 수평 리브부(410) 및 수직 리브부(420)가 내부에 일체화되어 성형된 고강도의 폼성형체(400)를 각각 준비하는 준비단계;
   상기 준비된 스틸허브(100)의 후면에 상기 폼성형체(400)를 부착 고정하고, 상기 폼성형체(400)의 후방측 끝단에는 상기 에지부(300)를 부착 고정하여 일체형 성형체로 성형하는 접착단계;
   상기 서로 접착된 스틸허브(100)와 폼성형체(400) 및 에지부(300)로 이루어진 일체형 성형체의 외면에 복수의 섬유강화 플라스틱 시트(fiber reinforced plastic sheet)를 순차적으로 적층하여 균일한 두께를 이루는 복합재스킨(200)을 형성하는 적층단계;
   상기 형성된 복합재스킨(200)을 경화하는 경화단계;를 포함하여 진행됨을 특징으로 하는 선박용 복합소재형 러더 제조방법.
   
   

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