KR101792718B1 - 와류 발생기와 유동방향 제어기를 구비한 선박의 선회류 발생시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 선회류 발생시스템에 관한 것으로, 선박의 후미에서 와류를 발생시키는 와류 발생기와 해수의 유동방향을 직진 안내하는 유동방향 제어기의 복합작용에 의해 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 큰 폭으로 증가시킴으로써 해수에 대한 선체의 저항을 감소시키고 추진효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
이러한 본 발명은, 프로펠러의 전방에 위치한 선박의 후미에서 좌현과 우현에 각각 설치되어 해수에 대해 와류를 생성하는 와류 발생기와; 좌현과 우현에 각각 설치되어 해수의 유동방향을 직진 안내하는 유동방향 제어기를 포함하여, 상기 와류 발생기에 의해 생성되는 해수의 와류 유동과 상기 유동방향 제어기에 의한 해수의 직류 유동이 복합적으로 작용하여 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 발생시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

와류 발생기와 유동방향 제어기를 구비한 선박의 선회류 발생시스템{COUNTER SWIRL GENERATING SYSTEM FOR SHIP WITH VORTEX GENERATOR AND FLOW DIRECTION CONTROLLER}

본 발명은 선박에 관한 것으로, 특히 선박의 후미에서 와류를 발생시키는 와류 발생기와 해수의 유동방향을 직진 안내하는 유동방향 제어기의 복합작용에 의해 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 큰 폭으로 증가시킴으로써 해수에 대한 선체의 저항을 감소시키고 추진효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 선박의 선회류 발생시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에 장착된 프로펠러의 주기능은 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 주는 것이다. 프로펠러의 날개들은 회전면에 경사가 져서 붙어 있기 때문에 회전을 하면서 물을 밀어주고 이 힘에 대한 반작용으로 선박이 앞으로 나아가게 된다.

하지만 프로펠러를 전후하여 물의 흐름은 완전한 직선방향으로 형성되지 못하고 프로펠러 회전에 의해 소용돌이 같은 회전류로 형성된다. 즉, 프로펠러는 회전하면서 추진력을 발생하기 때문에 프로펠러 후류에 프로펠러 회전방향의 접선방향 속도가 생성된다.

이에 따라 접선방향 속도에 의한 프로펠러 후류에서의 운동에너지 손실을 회수하기 위한 복합 추진장치들이 연구·개발되어 왔다. 예컨대, 상호반전 프로펠러(CRP: Contra rotating propeller), 프로펠러 보스 캡 핀(PBCF: Propeller boss cap fin), 베인 휠(Vane wheel), 전류고정날개(Pre-swirl stator) 등이 그것이다.

하지만, 상호반전 프로펠러(CRP)의 경우 회전방향 운동에너지 회수에 의한 추진효율 증가를 극대화할 수 있으나, 축계가 복잡하여 대형선에는 적용이 거의 불가능하고, 회전에너지 회수를 통한 에너지 절약장치 중 가장 현실적인 장치로 전류고정날개를 들 수 있다. 이 장치는 이미 1900년대 초부터 그 아이디어가 나온 절약장치이나 1980년대부터 일본의 미쯔비시 조선소에서 상선에 적용하여 추진효율이 있는 것으로 보고되고 있다.

상기 전류고정날개는 프로펠러의 전방에서 프로펠러로 향하는 유체의 유입 각을 변경하여 프로펠러의 추진 효율을 향상시키며 회전방향의 운동에너지 손실을 회수하게 된다. 또한, 이같은 전류고정날개의 블레이드를 연결하는 원통 형상의 덕트는 프로펠러의 작동시 발생되는 흡입 작용에 의해 프로펠러의 전방 유체를 가속함으로부터 덕트 자체에 발생하는 선박 진행 방향으로의 부가 추력과 프로펠러의 전방 유체를 가속 정류하여 추진 효율의 향상과 프로펠러의 기진력을 감소시키는 역할을 한다.

그러나 이같은 전류고정날개는 프로펠러에 유입되는 유동을 제어하기 위해 날개 형상에 의해 유입 유동과의 받음각을 가지게 하여 유체 힘에 의한 유속 및 유동 방향을 제어하기 때문에 대형 구조물이 되어야 효과를 볼 수 있다는 단점이 있었고, 프로펠러 면에서 캐비테이션이 과도하게 발생함으로 인해 프로펠러 소음 및 진동의 측면에는 악영향을 미치는 단점이 있었다.

이에 따라 한국공개특허공보 제2016-0107558호(2016.09.19)에 프로펠러에 유입되는 유동을 제어하여 선박 프로펠러 날개면에 발생하는 캐비테이션(cavitation)을 감소하는 것에 의해 프로펠러의 소음 및 진동을 감소할 수 있도록 비대칭 반류 생성 와류 발생기가 개시되기도 하였다. 여기서는 도 1에 도시된 것처럼 금속판 형태로 형성된 와류 발생기(10)가 프로펠러가 시계방향으로 회전하는 경우 선박의 우측면(프로펠러가 반시계 방향으로 회전하는 경우 선박의 좌측면)에 부착되도록 구성되었다.

이같은 구성에 따르면 도 2에 도시된 것처럼 와류 발생기를 부착하여 선회류를 발생시킨 경우(우측(w/ VG)), 부착하지 않은 경우(좌측(w/o VG))와 비교하여 1사분면에서의 유속이 증가하였다. 이로써 선미 측에서 선수 측으로 바라보았을 때 프로펠러의 회전방향이 시계방향인 경우 캐비테이션이 가장 많이 발생하는 프로펠러면 1사분면에서 해수의 유동 속도를 높여서 프로펠러로 인한 소음 및 진동을 저감할 수 있었다.

그러나 위와 같은 종래기술의 경우 프로펠러로 인한 소음 및 진동을 저감하는 데에는 어느 정도 효과가 있었다고는 하지만 선회류 증가에 의하여 선체의 저항을 감소시키고 추진효율을 향상시키는 측면에서의 효과는 매우 미미한 편이었다.

따라서 해수에 대한 선체의 저항을 감소시키고 추진효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 기술의 개발이 절실하였다.

한국공개특허공보 제2016-0107558호(2016.09.19)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 선박의 후미에서 와류를 발생시키는 와류 발생기와 해수의 유동방향을 직진 안내하는 유동방향 제어기의 복합작용에 의해 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 큰 폭으로 증가시킴으로써 해수에 대한 선체의 저항을 감소시키고 추진효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 선박의 선회류 발생시스템을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 선박의 선회류 발생시스템은, 프로펠러의 전방에 위치한 선박의 후미에서 좌현과 우현에 각각 설치되어 해수에 대해 와류를 생성하는 와류 발생기와; 좌현과 우현에 각각 설치되어 해수의 유동방향을 직진 안내하는 유동방향 제어기를 포함하여, 상기 와류 발생기에 의해 생성되는 해수의 와류 유동과 상기 유동방향 제어기에 의한 해수의 직류 유동이 복합적으로 작용하여 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 발생시킬 수 있도록 한 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 와류 발생기는 첨예한 점 형상의 선단부로 시작하여 폭이 점차 넓어져서 선 형상의 후단부로 끝나는 삼각날개 형상으로 형성되되, 선체에 접합되는 접합면은 선단부에서 중간부로 갈수록 두께가 점차 두꺼워지다가 중간부에서 후단부로 갈수록 두께가 점차 얇아지는 유선형 단면으로 형성되고, 상기 접합면의 반대편 측단부는 사선 형상으로 형성되며, 상면과 하면은 각각 완만한 볼록면으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 와류 발생기는 첨예한 점 형상의 선단부로 시작하여 폭이 점차 넓어져서 와류 형성을 위한 삼각 형상의 면으로 끝나는 삼각날개 형상으로 형성되되, 선체에 접합되는 접합면은 선단부에서 중간부로 갈수록 두께가 점차 두꺼워지다가 중간부에서 후단부로 갈수록 두께가 점차 얇아지는 유선형 단면으로 형성되고, 상기 접합면의 반대편 측단부는 사선 형상으로 형성되며, 상면과 하면은 각각 완만한 볼록면으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 와류 발생기의 하면에는 상면과 차별화하여 자가세정 기능을 부여하되, 상기 자가세정 기능은 와류 발생기의 하면에 알루미늄을 얇게 코팅한 후 -5~0℃의 온도에서 경질양극산화하여 양극산화 알루미늄을 추가 형성하고, 이후 크롬산계 용액으로 습식 에칭하여 경질양극산화 알루미늄에 테이퍼 형상의 요철을 형성하며, 상기 요철에 소수성 자기조립 단분자막을 형성하는 표면처리에 의해 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 와류 발생기와 상기 유동방향 제어기는 서로에 대하여 상대적으로 하부와 상부에 위치하여 해수의 하부 유동과 상부 유동을 제어함으로써 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 발생시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 와류 발생기와 상기 유동방향 제어기는 각각의 부착각도가 선박의 킬 라인(keel line) 기준으로 하여 후단으로 갈수록 높아지는 상향 45도부터 후단으로 갈수록 낮아지는 하향 45도까지의 범위 내에서 형성되며, 상기 와류 발생기와 상기 유동방향 제어기는 각각의 길이가 LBP(Length Between Perpendiculars) 대비 0.1% 내지 5% 수치 범위 내의 속하는 어느 한 길이로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 선박의 후방에서 바라본 프로펠러가 시계방향으로 회전하는 경우 상기 와류 발생기는 좌현과 우현에 각각 설치되되 우현에 비해 좌현에서 해수의 유속을 증가시키고, 상기 유동방향 제어기는 좌현에서의 해수의 유동방향과 우현에서의 해수의 유동방향을 다르게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 선박의 좌현에서는 유동방향 제어기의 부착각도가 선박의 후단으로 갈수록 높아지는 상향으로 형성되어 해수의 상부 유동을 상향으로 안내하고, 선박의 우현에서는 유동방향 제어기의 부착각도가 선박의 좌현에 설치된 유동방향 제어기에 비해 상대적으로 하향으로 형성되어 해수의 상부 유동을 선박의 좌현에 비해 상대적으로 하향으로 안내하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 선박의 좌현에서는 와류 발생기의 부착각도가 선박의 후단으로 갈수록 높아지는 상향이고, 선박의 우현에서는 와류 발생기의 부착각도가 좌현에 설치된 와류 발생기에 비해 상대적으로 동향이거나 상향인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 와류 발생기는 좌현과 우현에서 각각 복수개가 선박의 종방향을 따라 이격되어 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 유동방향 제어기는 좌현과 우현에서 각각 복수개가 병렬 형태로 나란히 이격되어 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 좌현과 우현에서 상기 와류 발생기 간 이격거리는 상기 유동방향 제어기 간 이격거리에 비해 넓게 형성되며, 상기 유동방향 제어기는 이격된 복수의 와류 발생기 중 최후방에 위치한 것보다 후방으로 치우친 위치에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 선박의 선회류 발생시스템은 선박의 후미에서 와류를 발생시키는 와류 발생기와 해수의 유동방향을 제어하는 유동방향 제어기의 복합작용에 의해 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 큰 폭으로 증가시킴으로써 해수에 대한 선체의 저항을 감소시키고 추진효율을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술에 의한 와류 발생기의 설치 및 작용을 설명하기 위한 참조도
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템 적용시 선체 압력변화를 나타낸 참조도
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도
도 5a는 종래기술에 의한 와류 발생기의 사시도
도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템에서 개선된 형태의 와류 발생기의 구성을 설명하기 위한 사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템에 사용 가능한 다양한 형태의 와류 발생기를 설명하기 위한 참조도
도 7a는 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템 미적용시의 반류 특성 그래프
도 7b는 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템 중 일부인 와류 발생기만 적용시의 반류 특성 그래프
도 7c는 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템 적용시 반류 특성 그래프
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템을 적용하였을 때와 와류 발생기만을 적용하였을 때 양자 간 선회류의 회전방향 속도를 비교한 그래프
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템을 적용하였을 때와 와류 발생기만을 적용하였을 때 양자 간 선회류의 종방향 속도를 비교한 그래프
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제1변형실시예에 의한 선회류 발생시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제2변형실시예에 의한 선회류 발생시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 선박의 선회류 발생시스템에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

(참고로 아래 기재된 내용은 대부분의 선박과 같이 선박의 후방에서 바라보았을 때 프로펠러가 시계방향으로 회전한다는 가정 하에 설명된 것으로 만일 프로펠러가 반대방향인 반시계방향으로 회전하는 경우에는 좌현과 우현에 설치된 와류 발생기와 유동방향 제어기의 부착각도 및 배치 방법을 반대로 하여 구성하면 된다)

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템 적용시 선체 압력변화를 나타낸 참조도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이며, 도 5a는 종래기술에 의한 와류 발생기의 사시도이며, 도 5b는 본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템에서 개선된 형태의 와류 발생기의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.

도시된 것처럼 본 발명은 프로펠러 전방에 위치한 선박의 후미에서 와류를 생성하는 와류 발생기(110)와, 해수의 유동을 직진 안내하는 유동방향 제어기(120)의 조합으로 이루어진다. 이처럼 본 발명은 상기 와류 발생기(110)에 의해 생성되는 해수의 와류 유동과 상기 유동방향 제어기(120)에 의해 유동방향이 제어된 상태의 해수의 직류 유동이 복합적으로 작용하여 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 효과적으로 발생시키도록 한 것으로 도 3에서 볼 수 있는 것처럼 선미에서 선체 표면의 압력을 증가시켜 부가적인 추력을 발생시키며 이에 따른 저항감소 효과를 통해 선박의 추진효율을 향상시키도록 구성된 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 선박의 선회류 발생시스템에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저 상기 와류 발생기(110)는, 도 5b에서 볼 수 있는 것처럼 첨예한 점 형상의 선단부(111)로 시작하여 폭이 점차 넓어져서 선 형상의 후단부(112)로 끝나는 삼각날개 형상으로 형성되되, 선체에 접합되는 접합면(113)은 선단부(111)에서 중간부로 갈수록 두께가 점차 두꺼워지다가 중간부에서 후단부(112)로 갈수록 두께가 점차 얇아지는 물고기 동체와 같은 유선형 단면으로 형성되고, 상기 접합면(113)의 반대편 측단부(114)는 사선 형상으로 형성된다. 또한, 상기 와류 발생기(110)의 상면(115)과 하면(116)은 완만한 볼록면으로 형성된다.

이같은 와류 발생기(110)의 형상은 도 5a에 도시된 기존의 와류 발생기 형상과는 다르게 개선된 것이다. 기존 와류 발생기의 경우 직삼각뿔 형상으로 형성되어 측면에 선체와 접합되는 접합면(11)이 형성되고 후단부는 와류를 원활하게 발생시키기 위한 음압면(12)으로 형성되었었다. 하지만 기존 와류 발생기는 갑작스럽게 단절된 음압면(12)으로 와류는 효과적으로 생성시킬 수 있었을지라도 급격한 압력저하의 발생으로 인해 커다란 저항을 유발하는 치명적인 단점이 있었다. 이때 유발된 저항은 선체 전체 저항의 2 내지 5%를 차지할 정도로 커서 추진효율을 저하시키는 원인이 될 수밖에 없었던 것이다. 하지만 본 발명의 실시예에 따른 개선된 형태의 와류 발생기(110)는 기존 와류 발생기의 후단부에 형성된 음압면(12)을 과감하게 제거 또는 축소하여 와류 발생기(110)로 인한 저항을 50% 이상 감소시킨데 특징이 있다. 또한, 점 형상의 선단부(111)와 선 형상의 후단부(112)를 연결하는 상면(115)과 하면(116)을 곡면으로 형성시켜 해수의 유동이 급격한 변화 없이 빠른 속도로 이루어질 수 있도록 하였다. 이같은 와류 발생기(110)는 해수의 종방향 유속의 증감을 제어할 수 있는데 특히 프로펠러 면에서의 좌우 비대칭적인 종방향 유속을 생성시키는 면에서 뛰어나다.

나아가 상기 와류 발생기(110)의 하면(116)에는 상면(115)과 달리 표면처리에 의해 자가세정 기능이 부여되도록 한다. 이를 위해 상기 와류 발생기(110)의 하면(116)에 알루미늄을 얇게 코팅한 후 -5~0℃의 온도에서 경질양극산화하여 표면에 양극산화 알루미늄을 형성한다. 그리고 크롬산계 용액으로 습식 에칭하여 경질양극산화 알루미늄에 테이퍼 형상의 요철을 형성하며, 알루미늄의 요철에 소수성 자기조립 단분자막을 형성해준다. 여기서 알루미늄 소재의 양극산화는 수산법, 황산법, 인산법, 크롬산법, 붕산법, 및 설파민산법 중에서 선택하여 사용하며, 요철의 정적 접촉각은 150도 이상이 되도록 하는 것이 자가세정 기능을 효과적으로 발휘하는데 바람직하다. 그리고 양극산화 알루미늄의 표면의 소수성 단분자막은 실란기를 형성하는 것을 바람직하다. 실란기의 형성은 플루오르알킬기를 포함하는 화학구조를 가짐으로써 소수성 특성을 갖게 된다. 참고로 이같은 표면처리 방법은 한국등록특허공보 제1451425호을 통해 제시된 공지의 기술을 적용하여 응용한 것이지만 본 발명에 따른 와류 발생기(110)에 적용하는데 적합하다.

이처럼 와류 발생기(110)의 하면이 차별화된 표면처리에 의해 자가세정 기능을 갖게 되면, 양압을 받는 와류 발생기(110)의 상면(115)과 달리 와류 발생으로 인해 음압을 받으면서 이때 발생하는 캐비테이션의 영향으로 인해 미세한 이물질 또는 오염물질이 과도한 수준으로 늘어붙어 오염되기 쉬운 하면(116)을 효과적으로 보호할 수 있게 된다.

한편, 상기 와류 발생기(110)의 경우 도 5b에 도시된 형태가 해수의 저항을 줄이는 효과 측면에서 가장 바람직한 형태이지만 이를 포함하여 도 6에 도시된 것처럼 다양한 형태의 것들이 사용될 수 있다. 도 6의 (a)와 같이 종래에 사용되던 형태의 것을 그대로 사용하는 것도 가능하며, (c)에는 (b)에서 약간 변형되어 후단부가 선 형상이 아닌 삼각 면 형상의 음압면으로 끝나도록 하되, (a)에 도시된 기존 것과 비교하여 음압면의 면적을 대폭 축소한 형태의 것이 도시되었다. 이 형태 역시 (b)의 형태와 더불어 본 발명에 따른 독창성이 부여된 새로운 형태의 것으로 해수의 저항을 줄이면서도 (b) 형태와 달리 음압면을 살짝 허용함으로써 상대적으로 와류를 안정적으로 형성시킬 수 있다는 차별된 다른 장점이 있다. 또한, (d)에 도시된 와류 발생기의 경우 삼각 평판형으로 구성한 것인데 와류 발생 정도는 떨어질 수 있다는 단점이 있어도 사용 가능한 형태이다.

상기 유동방향 제어기(120)는 와류 발생기(110)와 달리 해수의 유동방향을 직진 안내하는 역할에 충실하면 되기 때문에 단순 평판으로 구비되는 것만으로 충분하다. 예컨대, 유동방향 제어기(120)의 형태로는 직사각 형태의 평판, 삼각 형태의 평판, 평행사변 형태의 평판 등을 들 수 있다. 여기서 상기 와류 발생기(110)와 유동방향 제어기(120)는 각각의 길이가 LBP(Length Between Perpendiculars) 대비 0.1% 내지 5% 수치 범위 내의 속하는 것이 적당하다.

본 발명의 실시예에 의한 선회류 발생시스템은 위와 같은 와류 발생기(110)와 유동방향 제어기(120)의 조합을 통해, 특히 이들의 배치방법과 부착각도를 절묘하게 조합하여 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 큰 폭으로 증가시킬 수 있는 것이다.

이를 위해, 상기 와류 발생기(110)와 유동방향 제어기(120)는 도 4a와 도 4b에 도시된 것처럼 선박의 종방향으로 0.5 내지 4 스테이션(station)에 위치하고 서로에 대하여 상대적으로 하부와 상부에 위치하여 각각 해수의 하부 유동과 상부 유동을 제어한다. 또한, 와류 발생기(110)와 유동방향 제어기(120)는 각각의 부착각도가 선박의 킬 라인(keel line) 기준으로 하여 후단으로 갈수록 높아지는 상향 45도부터 후단으로 갈수록 낮아지는 하향 45도까지의 범위 내에 속하도록 하는 것이 바람직하다.

전술된 선박의 후방에서 바라보았을 때 프로펠러가 시계방향으로 회전한다는 전제 하에, 도 4a 및 도 4b에 도시된 것처럼 선박의 좌현 하부에는 와류 발생기(110)의 부착각도가 선박의 후단으로 갈수록 높아지는 상향으로 설치되고, 우현 하부에서는 와류 발생기(110)의 부착각도가 그 반대편에 설치된 와류 발생기(110)에 비해 같거나 상향으로 설치된다. 여기서 상기 와류 발생기(110)는 좌현과 우현에서 거의 비대칭적으로 설치되며 앞서 언급된 것처럼 상향 45도부터 하향 45도까지의 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이같이 설치되는 와류 발생기(110)는 종방향 유속의 증감을 제어할 수 있어서 프로펠러면에서의 좌우 비대칭적인 종방향 유속을 생성하는 역할을 하게 된다.

한편, 유동방향 제어기(120)의 경우, 좌현 상부에서 부착각도가 선박의 후단으로 갈수록 높아지는 상향으로 설치되고, 우현 상부에서는 부착각도가 반대편 좌현에 설치된 유동방향 제어기(120)에 비해 상대적으로 하향을 향하도록 설치된다. 이같은 유동방향 제어기(120)는 주로 프로펠러에 의해 이루어지는 해수의 유동방향에 순응하는 부착각도로 설치됨을 알 수 있다. 여기서 상기 유동방향 제어기(120)는 좌현과 우현에서 비대칭적으로 설치되어야 하며 앞서 언급된 것처럼 상향 45도부터 하향 45도까지의 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다. 만일, 상부 유동을 제어하기 위해 이처럼 판 형상의 유동방향 제어기(120)를 설치하지 않고 와류 발생기(110)만을 설치하는 경우 유속이 증가하여 반류가 감소하면서 선체효율이 감소하게 되므로 유동방향을 제어하면서 부가저항을 증가시키지 않는 판 형상의 유동방향 제어기(120)를 설치하는 것이 바람직하다.

이처럼 와류 발생기(110)와 유동방향 제어기(120)가 조합되어 각각 해수의 하부 유동과 상부 유동을 제어하도록 구성되면 도 7c를 통해 확인할 수 있는 것처럼 아무것도 설치되지 않은 경우(도 7a)는 물론, 와류 발생기(110)만 설치된 경우(도 7b)와 비교하여 선회류 증가량을 두 배 가량 비약적으로 증가시킬 수 있으며, 평균적인 유속저하를 방지하여 추진효율도 두 배 가량 향상시킬 수 있는 것이다. 이같은 특성은 도 7c에서 볼 수 있는 것처럼 방위각 45도 부근에서 두드러지게 나타난다.

이같은 결과는 도 8과 도 9에서 볼 수 있는 것처럼 속도성분을 적분한 수치를 통해 보다 명확하게 비교할 수 있다. 도 8은 회전방향 속도성분을 방위각 방향으로 적분하여 와류 발생기(110)와 유동방향 제어기(120)를 동시에 설치한 경우와 와류 발생기(110)만을 설치한 경우를 비교한 것이다. 와류 발생기(110)와 유동방향 제어기(120)를 동시에 적용한 경우에는 r/R(R:프로펠러의 반경, r:반경방향 위치)의 변화와 관계없이 회전 성분이 양의 값으로 나타났으나, 와류 발생기(110)만 설치한 경우에는 r/R이 0.7 이하인 경우에는 양의 값으로 0.7이상인 경우에는 음의 값으로 나타났다. 이같은 결과를 r/R 방향으로 적분한 결과는 다음과 같다.

	와류발생기 + 유동방향제어기	와류발생기
선회류 (Vt)	0.232	0.048
종방향 유속 (Vx)	0.610	0.619

여기서 와류 발생기(110)의 경우 종방향 유속을 제어하기 때문에 r/R에 따른 전체 영역에서 선회류를 발생시키는 것이 곤란하다. 따라서 유동방향 제어기(120)를 이용하여 r/R이 큰 영역의 선회류를 발생시켜 와류 제어기 적용에 따른 단점을 보완하였음을 확인할 수 있다.

계속해서 아래에서는 본 발명의 변형실시예에 따른 선회류 발생시스템에 대해 설명한다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 제1변형실시예에 의한 선회류 발생시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제1변형실시예에 의한 선회류 발생시스템의 경우 와류 발생기(110)가 선박의 좌현과 우현에서 각각 복수개 설치되고 선박의 종방향을 따라 이격되어 배치된 것을 특징으로 한다. 여기서 유동방향 제어기(120)는 이격된 복수의 와류 발생기(110) 중 최후방에 위치한 것보다 후방으로 조금 치우친 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

이처럼 선박의 좌현과 우현에서 와류 발생기(110) 복수개가 설치된 구성에 의하면 와류 발생기(110)가 작용하여 영향을 미치는 영역이 넓어져서 와류 발생기(110)에 의한 선회류 발생이 보다 원활하게 이루어질 것을 기대할 수 있다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제2변형실시예에 의한 선회류 발생시스템의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제2변형실시예에 의한 선회류 발생시스템의 경우 유동방향 제어기(120)가 선박의 좌현과 우현에서 각각 복수개가 병렬 형태로 나란히 이격 배치된 형태로 설치된 것을 특징으로 한다. 여기서 유동방향 제어기(120)는 이격된 복수의 와류 발생기(110) 중 최후방에 위치한 것보다 후방으로 조금 치우친 위치에 배치되는 것이 바람직하다.

이처럼 유동방향 제어기(120)가 선박의 좌현과 우현에서 복수개가 병렬 형태로 나란히 이겨 배치된 구성에 따르면 유동방향 제어기(120)가 작용하는 폭이 넓어져서 선미의 상부 유동을 보다 원활하게 제어할 수 있는 장점을 갖는다. 이같이 유동방향 제어기(120) 복수개가 병렬 형태로 나란히 이격 배치된 구성과 함께 와류 발생기(110) 복수개가 나란히 이격되어 배치된 구성이 복합되면 보다 넓은 영역에서 선회류를 원활하게 발생시키는데 유리하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

110 : 와류 발생기 120 : 유동방향 제어기

Claims (13)

1. 프로펠러의 전방에 위치한 선박의 후미에서 좌현과 우현에 각각 설치되어 해수에 대해 와류를 생성하는 와류 발생기와; 좌현과 우현에 각각 설치되어 해수의 유동방향을 직진 안내하는 유동방향 제어기를 포함하여, 상기 와류 발생기에 의해 생성되는 해수의 와류 유동과 상기 유동방향 제어기에 의한 해수의 직류 유동이 복합적으로 작용하여 프로펠러 회전방향과 반대되는 선회류를 발생시킬 수 있도록 하며,
   상기 와류 발생기와 상기 유동방향 제어기는 서로에 대하여 상대적으로 하부와 상부에 위치하여 해수의 하부 유동과 상부 유동을 제어하며, 상기 와류 발생기와 상기 유동방향 제어기는 각각의 부착각도가 선박의 킬 라인(keel line) 기준으로 하여 후단으로 갈수록 높아지는 상향 45도부터 후단으로 갈수록 낮아지는 하향 45도까지의 범위 내에서 형성되며, 상기 와류 발생기와 상기 유동방향 제어기는 각각의 길이가 LBP(Length Between Perpendiculars) 대비 0.1% 내지 5% 수치 범위 내의 속하는 어느 한 길이로 형성되며,
   선박의 후방에서 바라본 프로펠러가 시계방향으로 회전하는 경우, 상기 와류 발생기는 선박의 좌현과 우현에 각각 비대칭 구조로 설치되어 와류를 생성할 수 있도록 하되, 선박의 좌현에서는 와류 발생기의 부착각도가 선박의 후단으로 갈수록 높아지는 상향이고 선박의 우현에서는 와류 발생기의 부착각도가 좌현에 설치된 와류 발생기에 비해 상대적으로 상향이 되어 선박의 우현에 비해 좌현에서 상대적으로 해수의 유속이 증가되도록 하며,
   상기 유동방향 제어기는 선박의 좌현과 우현에 각각 비대칭 구조로 설치되되, 선박의 좌현에서는 유동방향 제어기의 부착각도가 선박의 후단으로 갈수록 높아지는 상향으로 형성되어 해수의 상부 유동을 상향으로 안내하고, 선박의 우현에서는 유동방향 제어기의 부착각도가 선박의 후단으로 갈수록 낮아지는 하향으로 형성되어 해수의 상부 유동을 하향으로 안내하여 프로펠러에 의해 이루어지는 해수의 유동방향에 순응하도록 하며,
   상기 와류 발생기에서 음압을 받는 하면은 양압을 받는 상면과 차별화하여 이물질이 늘어붙지 않게 자가세정 기능을 갖도록 표면처리되며, 상기 와류 발생기의 하면에 대한 자가세정 기능은 와류 발생기의 하면에 알루미늄을 코팅한 후 -5~0℃의 온도에서 경질양극산화하여 양극산화 알루미늄을 추가 형성하고, 이후 크롬산계 용액으로 습식 에칭하여 경질양극산화 알루미늄에 테이퍼 형상의 요철을 형성하며, 상기 요철에 소수성 자기조립 단분자막을 형성하는 표면처리에 의해 구현되며,
   상기 와류 발생기는 좌현과 우현에서 각각 복수개가 선박의 종방향을 따라 이격되어 배치되고 상기 유동방향 제어기는 좌현과 우현에서 각각 복수개가 병렬 형태로 나란히 이격되어 배치되되, 좌현과 우현에서 상기 와류 발생기 간 이격거리는 상기 유동방향 제어기 간 이격거리에 비해 넓게 형성되며, 상기 유동방향 제어기는 이격된 복수의 와류 발생기 중 최후방에 위치한 것보다 후방으로 치우친 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 선회류 발생시스템.
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13. 제1항의 선회류 발생시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박.

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