KR101927546B1 - 선미 덕트 구조체를 갖는 선박 - Google Patents

선미 덕트 구조체를 갖는 선박 Download PDF

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    • B63H1/14Propellers
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Abstract

본 발명의 선미 덕트 구조체를 갖는 선박은 선미로부터 연장되는 추진부에 장착되는 선미 덕트 구조체를 포함하고, 상기 선미 덕트 구조체는, 상기 추진부의 둘레에 간격을 두고 형성되는 복수의 가이드 핀; 상기 복수의 가이드 핀을 연결하는 덕트; 및 상기 덕트의 위치가 고정될 수 있도록 상기 덕트와 상기 선미를 연결하는 연결 핀;을 포함할 수 있다.

Description

선미 덕트 구조체를 갖는 선박{Vessel including stern duct structure}
본 발명은 저속 운항하는 선박에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 프로펠러의 추진 효율을 향상시킬 수 있도록 선미에 덕트가 장착되는 선미 덕트 구조체를 갖는 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 고속 운항에 따른 연료 손실이 크므로 선박의 형상에 따른 유체 저항을 반드시 고려해야 한다.
일 예로, 프로펠러가 장착되는 선박의 선미에서는 프로펠러로 유입되는 유체(즉, 해수)의 유동에 따른 유체 저항이 발생하며, 이러한 유체 저항은 선박의 운항속도를 떨어뜨릴 뿐만 아니라 선박의 에너지 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 따라서, 선박의 운항속도 및 운항효율을 향상시키기 위해서는 선미 구조에 대한 개발 및 개선이 요청된다.
한편, 선박의 선미 구조에 관한 선행기술로는 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1은 에너지 절감을 위해 선미의 추진부에 덕트 구조체를 형성하는 기술사상을 소개하고 있다. 그러나 특허문헌 1에 소개된 덕트 구조체는 복수의 핀이 프로펠러의 회전 축 방향과 평행하므로 유체의 유동 변화를 통한 추진 성능의 개선 효과가 미미하다는 단점이 있다.
KR 2012-068250 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 선박의 추진 성능과 에너지 절감 효과를 향상시킬 수 있는 선미 덕트 구조체를 갖는 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 선미 덕트 구조체를 갖는 선박은 선미로부터 연장되는 추진부에 장착되는 선미 덕트 구조체를 포함하고, 상기 선미 덕트 구조체는, 상기 추진부의 둘레에 간격을 두고 형성되는 복수의 가이드 핀; 상기 복수의 가이드 핀을 연결하는 덕트; 및 상기 덕트의 위치가 고정될 수 있도록 상기 덕트와 상기 선미를 연결하는 연결 핀;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 선미 덕트 구조체를 갖는 선박에서 상기 연결 핀은 선박의 프로펠러의 회전 축에 대해 제1설정 각도로 편향되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 선미 덕트 구조체를 갖는 선박에서 상기 제1설정 각도는 5 ~ 25도일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 선미 덕트 구조체를 갖는 선박에서 상기 덕트는 선박의 배면을 기준으로 왼쪽으로 치우치게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 선미 덕트 구조체를 갖는 선박에서 상기 복수의 가이드 핀은 선박의 프로펠러의 회전 축에 대해 제2설정 각도로 편향되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 선미 덕트 구조체를 갖는 선박에서 상기 제2설정 각도는 5 ~ 25도일 수 있다.
본 발명은 선박의 선미 부분을 따라 흐르는 유체의 유동방향을 조정하여 선박의 추진 성능을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명은 유체의 유동이 프로펠러의 추진력을 배가시키도록 조정하여 선박의 운항에 필요한 연료소비를 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 선미 덕트 구조체를 갖는 선박의 측면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 덕트 구조체의 일 부분을 절개하여 나타낸 A 부분의 확대도이고,
도 3은 도 1에 도시된 A 부분의 배면도이고,
도 4는 도 3에 도시된 연결 핀을 X-Y 평면 기준으로 절단한 단면도이다.
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 선미 덕트 구조체를 갖는 선박의 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 덕트 구조체의 일 부분을 절개하여 나타낸 A 부분의 확대도이고, 도 3은 도 1에 도시된 A 부분의 배면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 연결 핀을 X-Y 평면 기준으로 절단한 단면도이다.
본 실시 예에 따른 선박(100)은 저속 운항을 하는 선박일 수 있다. 부연 설명하면, 본 실시 예에 따른 선박(100)은 저속 운항에 적합한 선박일 수 있다. 예를 들어, 본 실시 예에 따른 선박(100)은 유조선일 수 있다.
선박(100)은 프로펠러(140), 방향 키(150), 선미 덕트 구조체(200)를 포함할 수 있다. 부연 설명하면, 선박(100)의 선미(120)에는 프로펠러(140), 방향 키(150), 선미 덕트 구조체(200)가 장착될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 프로펠러(140)와 선미 덕트 구조체(200)는 선미(120)로부터 후방으로 연장되는 추진부(130)에 장착될 수 있다. 여기서, 추진부(130)는 선박(100)의 내연기관과 연결되는 동력 축이 인출되는 부분일 수 있다.
프로펠러(140)는 선박(100)의 선미(120)에 장착될 수 있다. 프로펠러(140)는 복수의 날개를 포함할 수 있으며, 선박(100)의 내연기관에 의해 다양한 속도로 회전할 수 있다. 이를 위해 프로펠러(140)의 동력 축은 내연기관의 크랭크 축과 연결될 수 있다. 또는 프로펠러(140)의 동력 축은 상기 크랭크 축과 연결되는 변속기와 연결될 수 있다.
프로펠러(140)는 선박(100)의 배면을 기준으로 시계 방향 또는 반 시계 방향으로 회전할 수 있다. 참고로, 본 명세서 및 도면에 첨부된 프로펠러(140)는 시계 방향으로 회전하여 선박(100)을 전방으로 이동시키는 추진력을 발생시키고, 반 시계 방향으로 회전하여 선박(100)을 후방으로 이동시키는 추진력을 발생시키는 날개 구조를 가질 수 있다. 그러나 프로펠러(140)의 날개 구조가 전술된 형태로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 이와 반대일 수 있다. 아울러, 쌍축선의 선박(100)인 경우에는, 서로 다른 날개구조를 갖는 2개의 프로펠러(140)가 좌우 대칭 형태로 선미(120)에 장착될 수 있다.
방향 키(150)는 선박(100)의 선미(120)에 장착될 수 있다. 부연 설명하면, 방향 키(150)는 선박(100)의 선미(120)에서 하방으로 길게 연장되도록 장착되며, 프로펠러(140)의 뒤쪽에 배치될 수 있다. 아울러, 방향 키(150)는 도 1의 Z축과 평행한 축을 기준으로 회전할 수 있으며, 이를 통해 프로펠러(140)로부터 생성되는 추진력의 방향을 변경하거나 또는 선박(100)의 순항방향을 변경시킬 수 있다. 참고로, 방향 키(150)의 하단은 프로펠러(140)의 (하부) 날개 끝까지 연장되는 것이 바람직하다.
선미 덕트 구조체(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 선미(120)에 장착될 수 있다. 부연 설명하면, 선미 덕트 구조체(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 선미(120)로부터 하방으로 길게 연장되는 추진부(130)에 장착될 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 선미 덕트 구조체(200)는 프로펠러(140)의 전방에 장착될 수 있다.
선미 덕트 구조체(200)는 선박(100)의 배면을 기준으로 일 측에 치우치게 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 선미 덕트 구조체(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 선박(100)의 배면을 기준으로 왼쪽에 치우치게 형성될 수 있다. 다만, 이러한 형상은 선박(100)의 전진 운항을 가능케 하는 프로펠러(140)의 회전방향이 시계방향인 경우(도 3의 기준임)에 한정될 수 있다. 따라서, 선박(100)의 전진 운항을 가능케 하는 프로펠러(140)의 회전방향이 반 시계방향인 경우에는 이와 반대일 수 있다.
선미 덕트 구조체(200)는 복수의 가이드 핀(210, 212, 214), 덕트(220), 연결 핀(230)을 포함할 수 있다. 복수의 가이드 핀(210, 212, 214)은 추진부(130)를 중심으로 원형 배치되고, 덕트(220)는 복수의 가이드 핀(210, 212, 214)의 끝을 원호 형태로 연결할 수 있다. 그리고 연결 핀(230)은 덕트(220)와 선미(120)를 연결할 수 있다.
복수의 가이드 핀(210, 212, 214)은 도 3에 도시된 바와 같이 추진부(130)에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 복수의 가이드 핀(210, 212, 214)은 추진부(130)를 중심으로 소정의 간격을 두고 배치될 수 있다. 참고로, 첨부된 도면에서는 가이드 핀(210, 212, 214)의 수가 3개인 것으로 도시되어 있으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가이드 핀의 수가 3개로 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 다른 형태에서는 가이드 핀의 수가 2개 또는 4개 이상일 수 있다. 한편, 제1가이드 핀(210)과 제3가이드 핀(214)의 간격(θ1)은 120 ~ 160도일 수 있다. 그리고 제1가이드 핀(210)과 제2가이드 핀(212)의 간격(θ2) 및 제2가이드 핀(212)과 제3가이드 핀(214)의 간격(θ3)은 60 ~ 80도일 수 있다. 아울러, 간격(θ2)과 간격(θ3)은 동일한 크기일 수 있다. 그러나 필요에 따라 상기 간격(θ2, θ3)은 상이한 크기일 수 있다.
복수의 가이드 핀(210, 212, 214)은 프로펠러(140)의 회전 축(C-C, 도 4 참조)을 기준으로 편향되어 형성될 수 있다. 여기서, 상기 회전 축(C-C)에 대한 가이드 핀들(210, 212, 214)의 편향 각도(청구범위의 제2설정 각도에 해당 됨)는 5 ~ 25도일 수 있다. 바람직하게는 상기 편향 각도는 15도일 수 있다.
가이드 핀(210, 212, 214)의 높이(도 3 기준으로 추진부(130)의 중심으로부터 프로펠러(140)의 반경 방향으로 연장되는 길이)는 프로펠러(140)의 반지름과 대체로 동일할 수 있다. 예를 들어, 가이드 핀(210, 212, 214)의 높이는 프로펠러(140) 반지름의 0.8 ~1.0배일 수 있다. 그러나 가이드 핀(210, 212, 214)의 높이가 전술된 수치 범위로 한정되는 것은 아니며 필요에 따른 상기 수치 범위를 포함하는 범위로 확장될 수 있다.
이와 같이 형성되는 복수의 가이드 핀(210, 212, 214)은 선박(100)의 측면을 따라 흐르는 유체(즉, 해수)의 유동방향을 프로펠러(140)의 회전운동에 유리하도록 변경할 수 있다.
덕트(220)는 복수의 가이드 핀(210, 212, 214)을 연결할 수 있다. 부연 설명하면, 덕트(220)는 가이드 핀(210, 212, 214)의 끝을 원호 형태로 연결할 수 있다. 여기서, 덕트(220)는 도 2에 도시된 바와 같이 선박(100)의 배면에서 볼 때 입체적으로 비틀린 형상일 수 있다. 부연 설명하면, 덕트(220)는, 추진부(130)를 기준으로 오른쪽은 덕트(220)의 상면이 보이고 추진부(130)를 기준으로 왼쪽은 덕트(220)의 하면이 보이도록, 비틀린 형상을 가질 수 있다. 그러나 덕트(220)의 형상이 비틀린 형상으로 한정되는 것은 아니다.
연결 핀(230)은 덕트(220)와 선미(120)를 연결할 수 있다. 부연 설명하면, 연결 핀(230)은 대체로 선미(120)의 좌우 이등분선에 위치하며, 덕트(220)와 추진부(130)의 선단(선미(120)로부터 추진부(130)가 시작되는 부분)을 연결할 수 있다.
연결 핀(230)의 횡 단면(X-Y 평면으로 절단한 단면)은 도 4에 도시된 바와 같이 대체로 비행기의 날개 단면과 동일 또는 유사한 형상일 수 있다. 부연 설명하면, 연결 핀(230)의 왼쪽 측면(도 4 기준임)은 평면이고, 연결 핀(230)의 오른쪽 측면(도 4 기준임)은 곡면일 수 있다. 아울러, 연결 핀(230)의 횡 단면은 도 4에 도시된 바와 같이 프로펠러(140)의 회전 축(C-C)에 대해 제1설정 각도(θ4)로 편향될 수 있다. 여기서, 상기 제1설정 각도(θ)는 5 ~ 25도일 수 있다. 바람직하게는 상기 제1설정 각도(θ)는 10 ~ 20도일 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 제1설정 각도(θ)는 15도일 수 있다. 그러나 상기 제1설정 각도가 5 ~ 25도로 한정되는 것은 아니며, 상기 각도 범위를 포함하는 넓은 범위에서 선박(100)의 종류 및 크기에 따라 변경될 수 있다.
이와 같이 형성되는 연결 핀(230)은 추진부(130)의 덕트(220)가 유동에 의해 흔들리지 않게 안정적으로 지지하는 구실을 할 수 있다. 아울러, 본 실시 예에 따른 연결 핀(230)은 프로펠러(140)의 회전 축(C-C)에 대해 제1설정 각도(θ4)로 편향되어 있으므로, 선박(100)의 선체를 따라 흐르는 유체의 유동을 프로펠러(140)의 회전에 유리하도록 변경할 수 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 선박
110 선수
120 선미
130 추진부
140 프로펠러
150 방향 키
200 선미 덕트 구조체
210 가이드 핀
220 덕트
230 연결 핀

Claims (6)

  1. 선미로부터 연장되는 추진부에 장착되는 선미 덕트 구조체를 포함하고,
    상기 선미 덕트 구조체는,
    상기 추진부의 둘레에 간격을 두고 형성되는 복수의 가이드 핀;
    상기 복수의 가이드 핀을 연결하는 덕트; 및
    상기 덕트의 위치가 고정될 수 있도록 상기 덕트와 상기 선미를 연결하는 연결 핀;
    을 포함하며,
    상기 연결 핀은, 상기 덕트에 연결되는 끝단으로부터 상기 선미에 연결되는 기단으로 갈수록 전방으로 치우쳐 마련되어 상기 덕트를 상기 선미에 지지하는 선미 덕트 구조체를 갖는 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결 핀은 선박의 프로펠러의 회전 축에 대해 제1설정 각도로 편향되어 형성되는 선미 덕트 구조체를 갖는 선박.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1설정 각도는 5 ~ 25도인 선미 덕트 구조체를 갖는 선박.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 덕트는 선박의 배면을 기준으로 왼쪽으로 치우치게 형성되는 선미 덕트 구조체를 갖는 선박.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 가이드 핀은 선박의 프로펠러의 회전 축에 대해 제2설정 각도로 편향되어 형성되는 선미 덕트 구조체를 갖는 선박.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2설정 각도는 5 ~ 25도인 선미 덕트 구조체를 갖는 선박.
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