KR101916237B1 - 선박용 방향 키 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명의 선박용 방향 키는 선박의 길이방향을 기준으로 최대 길이가 제1크기인 제1영역; 선박의 길이방향을 기준으로 최대 길이가 제2크기인 제2영역; 및 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 형성되고, 상기 제1크기 및 상기 제2크기보다 작은 제3크기의 최소 길이를 갖는 제3영역;을 포함할 수 있다.

Description

선박용 방향 키 및 이를 구비한 선박{Rudder for vessel and vessel including the same}

본 발명은 선박용 방향 키에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 마찰 저항을 최소화할 수 있는 선박용 방향 키 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.

선박의 선미에는 프로펠러가 장착된다. 프로펠러는 선박의 내부에 탑재된 내연기관과 연결되며, 내연기관의 왕복운동에 의해 선박의 운항에 필요한 추진력을 제공한다. 부연 설명하면, 프로펠러는 회전운동을 통해 주변의 물을 일 방향으로 밀어냄으로써, 선박이 전진 또는 후진하는데 필요한 추진력을 발생시킬 수 있다.

일반적으로 소형 선박은 저속 및 고속 운항에 따른 연료 손실이 크지 않으므로 선박의 형상에 따른 유체 저항을 크게 고려할 필요가 없다. 그러나 대형 화물선 및 대형 여객선은 저속 및 곡속 운항에 따른 연료 손실이 크므로 선박의 형상에 따른 유체 저항을 반드시 고려해야 한다.

일 예로, 선박의 선미 부분은 유체 저항이 프로펠러 및 방향 키가 장착되어 있으므로, 선박의 운항효율(즉, 연료절감효율)과 운항속도를 향상시키기 위해서는 이들 부재의 설계가 매우 중요하다. 특히, 방향 키에는 프로펠러의 회전운동에 의한 압력 저항 및 마찰 저항이 상당히 크므로, 유체 저항을 최소화시키기 위한 방향 키의 개발이 절실히 요청된다.

한편, 선박의 방향 키에 대한 선행기술문헌으로는 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1은 일 방향으로 회전하는 프로펠러의 회전운동에 의해 방향 키의 좌우 측면에 서로 다른 크기의 압력이 발생하는 점을 개서하고자 방향 키의 좌우 형상을 비대칭으로 형성하는 기술사상을 소개하고 있다.

그러나 특허문헌 1에 소개된 방향 키는 방향 키의 좌우 압력 편차만을 고려하고 있으므로, 방향 키에 작용하는 모든 압력 편차를 해소하는데 한계가 있다.

KR 2009-049551 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방향 키에 유체 저항을 최소화할 수 있는 선박용 방향 키 및 이를 구비한 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 방향 키는 선박의 길이방향을 기준으로 최대 길이가 제1크기인 제1영역; 선박의 길이방향을 기준으로 최대 길이가 제2크기인 제2영역; 및 상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 형성되고, 상기 제1크기 및 상기 제2크기보다 작은 제3크기의 최소 길이를 갖는 제3영역;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 방향 키에서 상기 제1영역은 방향 키의 상부에 위치되고, 상기 제1크기는 상기 제2크기보다 클 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 방향 키에서 상기 제2영역은 방향 키의 하부에 위치되고, 상기 제2영역의 선단은 선수방향으로 볼록하게 돌출된 형상일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 방향 키에서 상기 제3영역의 선단은 선미방향으로 오목하게 들어간 형상일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 방향 키에서 상기 최소 길이가 형성되는 지점은 상기 제3영역의 상하 이등분 지점을 기준으로 아래쪽에 위치될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박은 전술된 일 실시 예에 따른 방향 키 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선박에서 상기 최소 길이가 형성되는 지점은 선박의 높이방향을 기준으로 프로펠러의 회전 축 보다 높게 위치될 수 있다.

본 발명은 방향 키에 의한 선박의 선회능력을 감소시키지 않으면서도 방향 키의 상단에 작용하는 마찰저항을 최소화시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 선박의 운항속도를 향상시키고 선박의 연료소비율을 절감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방향 키의 측면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 방향 키를 Y-Z 평면 방향으로 절단한 단면도이고,
도 3에 도 1에 도시된 방향 키를 X-Y 평면 방향으로 절단한 단면도이고,
도 4는 도 1에 도시된 방향 키가 장착된 선박의 선미를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방향 키의 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 방향 키를 Y-Z 평면 방향으로 절단한 단면도이고, 도 3에 도 1에 도시된 방향 키를 X-Y 평면 방향으로 절단한 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 방향 키가 장착된 선박의 선미를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박용 방향 키를 설명한다.

본 실시 예에 따른 선박용 방향 키(100)는 선박의 운항 방향을 변환하는데 사용되는 장치일 수 있다. 이를 위해 선박용 방향 키(100)는 프로펠러의 뒤쪽에 배치될 수 있으며, 프로펠러로부터 생성되는 추진력의 방향을 임의로 변경할 수 있다. 참고로, 본 실시 예에 따른 선박용 방향 키(100)는 소형 선박, 중형 선박, 대형 선박 등 선박의 크기 및 종류에 관계없이 모두 장착될 수 있다.

선박용 방향 키(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 3 부분으로 구획될 수 있다. 참고로, 이와 같은 영역의 구획은 단지 발명의 효율적인 설명을 위한 것이므로, 선박용 방향 키(100)가 실질적으로 3개의 부분으로 분리되거나 나누어지는 것이 아님을 밝혀둔다. 즉, 선박용 방향 키(100)는 하나의 부재로 일체화될 수 있다.

제1영역(110)은 방향 키(100)의 상부를 포함하는 영역일 수 있다. 부연 설명하면, 제1영역(110)은 방향 키(100)의 상단으로부터 소정의 거리만큼 하방으로 수직 연장된 지점까지를 의미할 수 있다. 즉, 제1영역(110)은 방향 키(100)의 높이방향(도 1 기준으로 Z축 방향)에 따른 길이(도 1 기준으로 X축 방향의 거리)변화가 없는 범위를 의미할 수 있다. 따라서, 제1영역(110)의 최대 길이는 제1영역(110) 전체에 걸쳐 제1크기(L1)로 모두 동일할 수 있다.

제1영역(110)의 선단(leading edge, 112)은 직선일 수 있다. 부연 설명하면, 제1영역(110)의 선단(112)은 방향 키(100)의 높이 방향(도 1 기준으로 Z축 방향)에 따른 길이방향(도 1 기준으로 X축 방향)의 변위가 선형적으로 이루어지는 직선이거나 또는 실질적으로 없는 수직선일 수 있다.

제2영역(120)은 방향 키(100)의 하부를 포함하는 영역일 수 있다. 부연 설명하면, 제2영역(120)은 방향 키(100)의 하단으로부터 소정의 거리만큼 상방으로 연장된 지점까지를 의미할 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 제2영역(120)은 방향 키(100)의 하단으로부터 프로펠러(200)의 회전 축(C-C)과 교차하는 지점까지를 의미할 수 있다. 아울러, 제2영역(120)은 방향 키(100)의 높이방향에 따른 길이변화가 비선형적으로 변화하는 범위를 포함할 수 있다. 부연 설명하면, 제2영역(120)의 선단(122)은 방향 키(100)의 높이 방향에 대해 곡선 형태로 변화할 수 있다. 바람직하게는, 제2영역(120)의 선단(122)은 선수방향을 향해 볼록하게 돌출되는 형상일 수 있다. 여기서, 제2영역(120)의 최대 길이는 제2크기(L2)를 가질 수 있으며, 상기 제2크기(L2)는 제1크기(L1)와 동일하거나 또는 이보다 작을 수 있다. 참고로, 제2크기(L2)는 방향 키(100)의 전체적인 크기와 면적에 따라 달라질 수 있다.

제3영역(130)은 제1영역(110)과 제2영역(120) 사이에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 제3영역(130)은 제1영역(110)의 하단과 제2영역(120)의 상단을 연결하는 영역일 수 있다. 아울러, 제3영역(130)은 방향 키(100)에서 가장 넓은 영역을 가질 수 있다. 즉, 제3영역(130)의 면적(A3)은 제1영역(110)의 면적(A1) 및 제2영역(120)의 면적(A2)보다 클 수 있다. 아울러, 상기 면적(A3)은 면적(A1)과 면적(A2)의 합보다 클 수 있다.

제3영역(130)은 선미 방향으로 오목하게 들어간 부분을 포함할 수 있다. 부연 설명하면, 제3영역(130)은 방향 키(100)에서 가장 잘록한 부분을 포함하는 영역일 수 있다. 즉, 제3영역(130)의 최소 길이는 제3크기(L3)를 가지며, 상기 제3크기(L3)는 제1크기(L1) 및 제2크기(L2)보다 작을 수 있다.

제3영역(130)의 선단(132)은 대체로 완만한 곡률을 갖는 곡선일 수 있다. 아울러, 제3영역(130)의 선단(132)은 도 1에 도시된 바와 같이 하부에서 변곡점을 갖는 부분을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 변곡점이 형성되는 부분은 프로펠러(200)의 회전 축(C-C)보다 조금 높은 지점에 형성될 수 있다.

한편, 본 실시 예에 따른 방향 키(100)는 도 2 및 도 3에 도시된 단면 형상을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 방향 키(100)의 종 단면(Y-Z 평면 기준으로 절단한 단면)은 도 2에 도시된 형상일 수 있고, 방향 키(100)의 횡 단면(X-Y 평면 기준으로 절단한 단면)은 도 3에 도시된 형상일 수 있다.

방향 키(100)의 종 단면은 도 2에 도시된 바와 같이 방향 키(100)의 상부에서 하부로 갈수록 점차 축소되는 형상일 수 있다. 부연 설명하면, 방향 키(100)의 종 단면은 상부가 넓고 하부가 좁은 역 삼각형상일 수 있다. 그러나 방향 키(100)의 종 단면이 역 삼각형상으로 한정되는 것은 아니며, 상부가 넓고 하부가 좁은 형상이라면 어떠한 형상으로도 변경될 수 있다. 이러한 형상의 종 단면을 갖는 방향 키(100)는 하부에서 발생하는 유체 저항을 감소시킬 수 있다.

방향 키(100)의 횡 단면은 도 3에 도시된 바와 같이 방향 키(100)의 선단(112, 122, 132) 부분에서 두껍다가 후단(114, 124, 134)으로 갈수록 급격하게 얇아지는 형상일 수 있다. 부연 설명하면, 방향 키(100)의 횡 단면은 비행기의 날개 단면과 동일 또는 유사할 수 있다. 이러한 형상은 방향 키(100)의 좌우 회전에 의한 선박의 선회 성능을 향상시키면서도 방향 키(100)의 후단(114, 124, 134)에서 발생하는 마찰 저항 및 압력 저항을 경감시킬 수 있다.

다음에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박을 설명한다. 참고로, 이하의 설명에서 방향 키의 구성요소는 도 1 내지 도 3에 도시된 방향 키(100)와 실질적으로 동일 또는 유사하므로, 전술된 방향 키와 대응되는 구성요소는 전술된 방향 키와 동일한 도면부호를 사용하고 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선박(1000)은 선미에 방향 키(100)와 프로펠러(200)를 구비할 수 있다. 여기서, 프로펠러(200)는 방향 키(100)의 앞쪽에 장착되며, 선박(1000)의 운항에 필요한 추진력을 제공할 수 있다. 아울러, 프로펠러(200)는 선박(1000)의 내부에 장착된 내연기관과 연결되며, 필요에 따라 그 회전속도가 조정될 수 있다. 방향 키(100)는 프로펠러(200)의 뒤쪽에 장착되며, 도 4의 Z축과 평행한 임의의 축을 기준으로 회전할 수 있다. 따라서, 방향 키(100)는 프로펠러(200)로부터 생성되는 추진력의 방향을 임의의 방향으로 변경하여 선박(1000)이 임의의 방향으로 선회하도록 조정할 수 있다.

한편, 본 실시 예에 따른 선박(1000)에서 방향 키(100)는 프로펠러(200)의 회전 축(C-C)을 기준으로 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 부연 설명하면, 본 실시 예에서 방향 키(100)는 종래와 달리 프로펠러(200)의 회전 축(C-C) 아래쪽의 유효면적(B1)이 크고, 회전 축(C-C) 위쪽의 유효면적(B2)이 상대적으로 작을 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 유효면적(B1, B2)이란 프로펠러(200)의 회전에 의한 유압의 영향을 직접적으로 받는 부분을 의미할 수 있다.

이러한 형상의 방향 키(100)는 프로펠러(200)의 회전 시 방향 키(100)의 상부에 작용하는 마찰저항을 감소시킬 수 있다. 즉, 본 실시 예에 따른 방향 키(100)는 프로펠러(200)의 회전 시 상대적으로 마찰저항이 큰 유효면적(B2)이 작으므로 마찰저항에 의한 손실을 경감시킬 수 있다. 그러나 상대적으로 마찰저항이 작은 유효면적(B1)은 큰 면적을 가지므로 방향 키(100)의 작동에 따른 선박(1000)의 선회성능은 그대로 유지할 수 있다.

따라서, 본 실시 예에 따르면 방향 키(100)의 상부에서 발생하는 마찰저항을 경감시키면서도 방향 키(100)에 의한 선박(1000)의 선회성능을 유지 및 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

100 방향 키
110 제1영역
120 제2영역
130 제3영역
200 프로펠러
1000 선박

Claims (7)

1. 선박의 길이방향을 기준으로 최대 길이가 제1크기인 제1영역;
   선박의 길이방향을 기준으로 최대 길이가 제2크기인 제2영역; 및
   상기 제1영역과 상기 제2영역 사이에 형성되고, 상기 제1크기 및 상기 제2크기보다 작은 제3크기의 최소 길이를 갖는 제3영역;
   을 포함하고,
   상기 제1영역은 방향 키의 상부에 위치되고,
   상기 제1크기는 상기 제2크기보다 큰 선박용 방향 키.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2영역은 방향 키의 하부에 위치되고,
   상기 제2영역의 선단은 선수방향으로 볼록하게 돌출된 형상인 선박용 방향 키.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제3영역의 선단은 선미방향으로 오목하게 들어간 형상인 선박용 방향 키.
5. 제1항에 있어서,
   상기 최소 길이가 형성되는 지점은 상기 제3영역의 상하 이등분 지점을 기준으로 아래쪽에 위치되는 선박용 방향 키.
6. 제1항, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 방향 키를 포함하는 선박.
7. 제6항에 있어서,
   상기 최소 길이가 형성되는 지점은 선박의 높이방향을 기준으로 프로펠러의 회전 축 보다 높게 위치되는 선박.
   

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