KR101952878B1 - 프로펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동원에 의해 회전함에 따라 추진력을 발생시키는 프로펠러에 관한 것으로, 프로펠러의 구조를 획기적으로 개선하여 프로펠러의 회전에 따른 유체 흐름에 따라 추진력을 증폭시킬 수 있도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 본체(20)의 중심에 축이 삽입 고정되게 형성된 고정공(21)과, 상기 본체(20)의 전면에 복수 개 개구되게 형성되어 본체의 회전 시 유체(30)가 유입되도록 하는 제1 유입공간(40)과, 상기 각 제1 유입공간(40)으로부터 중심축과 소정의 각도(θ)를 유지하면서 점진적으로 좁아지게 형성된 유체흐름공간(50)과, 상기 유체흐름공간(50)의 끝단인 본체(20)의 후면에 개구되게 형성되어 각 유체흐름공간(50)을 통과한 유체(30)(31)가 빠른 속도로 빠져나가면서 추진력이 발생되도록 하는 유체토출공간(60)과, 상기 본체(20)의 둘레 면에 각 유체흐름공간(50)과 통하여지게 형성되어 본체(20)의 회전 시 유체(31)를 유체흐름공간(50)으로 유입하는 제2 유입공간(70)과, 상기 본체(20)의 회전방향(C) 측을 향해 본체(20)보다 외부로 돌출되게 형성되어 본체(20)의 회전 시 유체(31)를 각 제2 유입공간(70)을 통해 유체흐름공간(50) 측으로 유도하는 유체유입선(80)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

프로펠러{Propeller}

본 발명은 구동원에 의해 회전함에 따라 추진력을 발생시키는 프로펠러에 관한 것으로써, 좀더 구체적으로는 프로펠러의 구조를 획기적으로 개선하여 프로펠러의 회전에 따른 유체 흐름에 따라 추진력을 증폭시키는 프로펠러에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 후미 저면 측에 설치되는 프로펠러는 물에 일정 깊이 잠겨 주위의 물을 후방 측으로 빠르게 배출시킴으로써 반작용으로 선박이 전진이동하게 한다.

이러한 프로펠러식 선박에서 추진을 위해 후방 측으로 배출되는 물은 프로펠러의 회전력에 의해 일정한 세기와 크기를 갖는 와류형태를 지니고 있다가 점차 물에 넓게 펴져 그 흐름의 기가 약해지게 된다.

이와 같이 프로펠러가 회전할 때, 유수(流水)의 단면이 급변하든가 혹은 흐름의 방향이 바뀌면 그 가까이에 공동부(公同部)가 생겨 와류(滴流)를 일으키는 현상으로 부분부하(部分負荷)에서는 소음, 진동의 원인이 되고 중부하(重負荷)에서는 날개차 이면의 부식을 초래하는 캐비테이션(cavitation)이 발생된다.

상기 프로펠러의 회전에 따른 캐비테이션이 발생되면 선박의 추진력이 떨어져 연료의 소비가 증대되므로 경제적으로 불리한 문제점으로 인해, 프로펠러의 회전에 따라 발생되는 캐비테이션의 방지를 위해 관련업계에서는 많은 연구개발을 추진하고 있으나, 만족할 만한 성과를 거두지 못하고 있는 실정이다.

이러한 프로펠러의 회전에 따른 캐비테이션은 선박은 물론이고 항공기 그리고 근래에 널리 보급되고 있는 드론에서도 발생하고 있다.

따라서 프포펠러의 회전에 따라 발생되는 캐비테이션에 의해 추진력이 저하되지 않도록 하는 새로운 타입의 프로펠러가 개발되어 실용신안공보 제0337402호로 등록된 바 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 프로펠러를 나타낸 정면도 및 측면도로써, 기존 프로펠러 구조에 압력평형 구멍(3)과, 유도덕트(5), 깃(4)이 더해진 구조이다.

따라서 프로펠러가 고속으로 회전하여 캐비테이션이 발생하는 정도가 되면 프로펠러의 중심부분의 압력이 비정상적으로 하강하여 이 부분에서 캐비테이션이 발생하게 된다.

이때, 압력평형 구멍(3)을 프로펠러 축(1)에 뚫어 놓으면 프로펠러 전, 후의 압력차에 의해서 해수 또는 유체가 압력평형 구멍(3)을 통해서 프로펠러 중심부로 흘러 나가게 된다.

이렇게 되면 프로펠러 중심부의 캐비테이션이 발생하는 부분의 압력이 프로펠러 전의 압력과 거의 비슷하게 되므로 캐비테이션의 발생이 저감 또는 억제는 물론 프로펠러의 추진 효율도 증가된다.

그러나 캐비테이션이 발생하는 부분의 압력상승이 충분하지 못할 수도 있기 때문에 유도덕트(5)도 설치하여 프로펠러를 흐르는 유체를 직접 캐비테이션이 발생하는 부분으로 유도하여 충분한 압력 상승이 이루어지도록 하고 있다.

이러한 캐비테이션은 프로펠러의 중심부에서만 발생되는 것이 아니고, 프로펠러의 끝 부분에서도 비정상적인 압력강하 부분이 발생하여 캐비테이션이 발생되는데, 이 부분 역시 비정상적인 압력강하를 막아주면 캐비테이션의 발생을 저감하거나 억제하게 된다.

또한, 프로펠러 끝 부분에서의 캐비테이션은 프로펠러가 펌핑하는 부분이 그 바로 바깥과 유체의 흐름이 반대이므로 비정상적으로 심한 압력강하 현상이 일어나는 것이므로 프로펠러의 회전 시 원주 끝 부분의 유체 흐름(속도 분포)을 완만하게 함으로써 비정상적인 압력강하 현상을 감소시키거나 제거하여 캐비테이션이 발생하는 것을 감소시키거나 막게 된다.

즉, 이 부분(프로펠러의 끝 부분)에서 발생하는 캐비테이션은 프로펠러의 끝 부분과 그 바로 바깥 부분의 유체 흐름(속도 분포)을 완만하게 하도록 유체의 속도에 변화를 주지 않는 부분인 깃(4)을 부착하여, 프로펠러 끝 부분에서 급격한 유체의 속도 변화가 일어나지 않게 하여 캐비테이션을 저감하거나 억제하고 있다.

(선행기술문헌)

(특허문헌 0001) 대한민국 등록실용신안공보 20-0337402(2003.12.18.등록)

(특허문헌 0002) 대한민국 등록실용신안공보 20-0406520(2006.01.11.등록)

(특허문헌 0003) 대한민국 등록실용신안공보 20-0406519(2006.01.11.등록)

(특허문헌 0004) 대한민국 공개특허공보 10-2002-0061809(2002.07.25.공개)

(특허문헌 0005) 대한민국 공개특허공보 10-2012-0121209(2012.11.05.공개)

그러나 이러한 종래의 프로펠러는 프로펠러의 회전에 따라 발생되는 캐비테이션을 방지하기 위해 프로펠러 축에 압력평형구멍을 형성함에 따라 프로펠러 축의 강도가 저하되었을 뿐만 아니라 별도의 유도덕트 및 깃의 설치에 따른 생산성을 저하를 초래하게 되었다.

또한, 프로펠러의 회전 시 캐비테이션을 줄이는 이점을 얻을 수는 있지만, 추진력을 증폭시킬 수 없을 뿐만 아니라 프로펠러를 항공기 또는 드론의 적용할 수 없는 한계가 있다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로써, 회전체의 회전에 따라 제1 유입공간으로 유입된 유체가 제2 유입공간으로 유입되는 유체에 의해 만곡된 유출통로를 통과하면서 소용돌이를 일으키며 유체토출공간으로 신속하게 빠져나가면서 추진력을 증폭시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 별도의 구조를 변경하지 않고도 프로펠러를 선박은 물론이고 항공기 또는 드론에도 적용할 수 있도록 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 본체의 중심에 축이 삽입 고정되게 형성된 고정공과, 상기 본체의 전면에 복수 개 개구되게 형성되어 본체의 회전 시 유체가 유입되도록 하는 제1 유입공간과, 상기 각 제1 유입공간으로부터 중심축과 소정의 각도를 유지하면서 점진적으로 좁아지게 형성된 유체흐름공간과, 상기 각 유체흐름공간의 끝단인 본체의 후면에 개구되게 형성되어 유체흐름공간을 통과한 유체가 빠른 속도로 빠져나가면서 추진력이 발생되도록 하는 유체토출공간과, 상기 본체의 둘레 면에 각 유체흐름공간과 통하여지게 형성되어 본체의 회전 시 유체를 유체흐름공간으로 유입하는 제2 유입공간과, 상기 본체의 회전방향 측을 향해 본체보다 외부로 돌출되게 형성되어 본체의 회전 시 유체를 각 제2 유입공간을 통해 유체흐름공간 측으로 유도하는 유체유입선으로 구성된 것을 특징으로 하는 프로펠러가 제공된다.

본 발명은 본체에 형성된 유체흐름공간으로 유체를 유입하여 통과시키면서 유체유입선에 의해 제2 유입공간으로 유입된 유체에 의해 소용돌이 상태로 흘러들도록 하여 압력을 증가시키고, 상기 유체흐름공간은 유체토출통로 측으로 갈수록 단면적이 점차 좁아지도록 이루어져 있어 추진력을 대폭 증대시킬 수 있게 되고, 이에 따라 연료를 절감하는 효과를 기대할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 프로펠러는 나타낸 정면도
도 2는 종래의 프로펠러를 나타낸 측면도
도 3은 본 발명 프로펠러의 전면을 나타낸 사시도
도 4는 본 발명 프로펠러의 배면을 나타낸 사시도
도 5는 본 발명의 프로펠러를 나타낸 측면도
도 6은 본 발명에서 유체흐름공간을 나타낸 구성도

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

도 3은 본 발명 프로펠러의 전면을 나타낸 사시도이고 도 4는 본 발명 프로펠러의 배면을 나타낸 사시도이며 도 5는 본 발명의 프로펠러를 나타낸 측면도로써, 본 발명은 엔진 등과 같은 동력발생수단(도시는 생략함)에 의해 회전하는 본체(20), 상기 본체(20)의 회전 시 유체(30)를 내부로 유입하도록 복수 개 형성된 제1 유입공간(40), 상기 각 제1 유입공간(40)으로 유입된 유체(30)가 흐르는 유체흐름공간(50), 상기 각 유체흐름공간(50)을 통과한 유체가 토출되는 유체토출공간(60), 상기 본체(20)의 둘레 면에 형성되어 유체(31)를 각 유체흐름공간(50)으로 유입하는 제2 유입공간(70), 유체를 유체흐름공간(50) 측으로 유도하는 유체유입선(80)으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 고정공(21)은 본체(20)의 중심에 형성되어 동력발생수단에 의해 회전하는 축(도시는 생략함)이 삽입 고정된다.

상기 제1 유입공간(40)은 상기 본체(20)의 전면에 복수 개 개구되게 형성되어 본체의 회전 시 유체(30)를 본체(20)의 내부로 유입되도록 하는 역할을 하게 된다.

본 발명의 일 실시예로 나타낸 도 3 및 도 4에서는 제1 유입공간(40)을 4개로 나타내었으나, 프로펠러의 크기에 따라 상기 제1 유입공간(40)의 개수를 적절히 설계할 수 있으므로 한정할 필요는 없다.

상기 유체흐름공간(50)은 상기 제1 유입공간(40)으로부터 중심축과 소정의 각도(θ)를 유지하면서 점진적으로 좁아지게 형성되어 유체(30)(31)가 소용돌이를 일으키면서 통과되도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 제1 유입공간(40)으로부터 점진적으로 좁아지게 형성되는 유체흐름공간(50)이 중심축과 40 ∼ 60°각도로 기울어지게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 각도(θ)가 40°보다 작으면 본체(20)의 회전으로 유체(30)가 유체흐름공간(50)으로 유입될 때, 저항이 커 연료의 소비가 증대될 우려가 있고, 60°보다 크면 유체흐름공간(50)으로 유입된 유체(30)(31)가 빠르게 빠져나가 추진력이 떨어질 우려가 있기 때문이다.

상기 유체토출공간(60)은 도 4와 같이 각 유체흐름공간(50)의 끝단인 본체(20)의 후면에 개구되게 형성되어 소용돌이를 일으키며 유체흐름공간(50)을 통과한 유체(30)(31)가 빠른 속도로 빠져나가면서 추진력이 발생되도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 제2 유입공간(70)은 본체(20)의 둘레 면에 유체흐름공간(50)과 통하여지게 형성되어 본체(20)의 회전 시 유체(31)를 유체흐름공간(50)으로 유입되도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 유체흐름공간(50) 및 제2 유입공간(70)이 나선형태로 만곡되게 형성하는 것이 바람직한데, 이는 본체가 회전하면서 유체(31)를 유체흐름공간(50)으로 유입함에 따라 저항을 최소화하도록 하기 위함이다.

상기 유체유입선(80)은 본체(20)의 회전방향(C) 측을 향해 본체(20)보다 외부로 돌출되게 형성되어 본체(20)의 회전 시 유체(31)를 제2 유입공간(70)을 통해 유체흐름공간(50) 측으로 유도하는 역할을 하게 된다.

상기 제2 유입공간(70)을 통해 유체흐름공간(50) 측으로 유체(31)를 유도하는 유체유입선(80)의 돌출량이 제1 유입공간(40)에서 유체토출공간(60)으로 갈수록 점진적으로 작아지게 형성하는 것이 보다 바람직하다.

이는, 본체(20)의 회전에 따라 유체(31)를 유체흐름공간(50)으로 유입되도록 하는 역할을 하는 유체유입선(80)이 입구 측에서는 많은 양의 유체(31)가 유입되도록 하고 유체토출공간(60) 측으로 갈수록 유체(31)의 유입량이 점진적으로 작아지도록 하여 유체(30)(31)가 유체흐름공간(50)을 통과하면서 소용돌이를 일으키며 빠져나가도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 프로펠러가 동력발생수단의 축에 고정된 상태에서 본체(20)가 반시계방향으로 회전하면 유체(30)가 본체(20)의 전면에 형성된 각 제1 유입공간(40)을 통해 유체흐름공간(50)으로 유입됨과 동시에 본체(20)의 회전에 따라 본체(20)의 둘레 면보다 돌출되게 형성된 유체유입선(80)에 의해 또 다른 유체(31)가 도 5의 화살표방향을 따라 유체흐름공간(50)으로 유입된다.

이때, 상기 유체유입선(80)은 유체토출공간(60) 측으로 갈수록 돌출량이 작게 형성되어 있어 제1 유입공간(40) 측과 가까운 지점에서는 많은 양의 유체(31)가 유체흐름공간(50)으로 유입되지만, 유체토출통로(60) 측으로 갈수록 유체(31)의 유입량은 줄어들게 된다.

상기한 바와 같이 본체(20)가 회전하여 많은 양의 유체(30)가 제1 유입ㄱHD간(40)을 통해 유체흐름공간(50)으로 유입될 때 유체유입선(80)에 의해 유체(31)가 제2 유입공간(70)을 통해 유체흐름공간(50)으로 유입되면 상기 유체흐름공간(50)으로 유입된 유체(31)에 의해 제1 유입공간(40)으로 유입된 유체(30)가 도 6과 같이 소용돌이 상태로 흘러 압력이 증가되고, 상기 유체흐름공간(50)은 유체토출공ㄱ통로(60) 측으로 갈수록 단면적이 점차 줄어드는 형상으로 이루어져 있어 유체토출공간(60)으로 빠르게 빠져나가게 되므로 추진력을 대폭 증폭시키게 되는 것이다.

이와 같이 유체가 유체흐름공간(50)을 통해 유출토출공간(60)으로 토출되면서 추진력을 증폭시키는 본 발명의 프로펠러는 선박용은 물론이고 항공기 또는 드론의 프로펠러 등은 물론이고 펌프의 임펠러 등에 널리 적용할 수 있음은 이해 가능한 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 상기 상세한 설명에서 기술된 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

20 : 본체 30, 31 : 유체
40 : 제1 유입공간 50 : 유체흐름공간
60 : 유체토출공간 70 : 제2 유입공간
80 : 유체유입선

Claims (4)

1. 본체(20)의 중심에 축이 삽입 고정되게 형성된 고정공(21)과, 상기 본체(20)의 전면에 복수 개 개구되게 형성되어 본체의 회전 시 유체(30)가 유입되도록 하는 제1 유입공간(40)과, 상기 각 제1 유입공간(40)으로부터 중심축과 소정의 각도(θ)를 유지하면서 점진적으로 좁아지게 형성된 유체흐름공간(50)과, 상기 유체흐름공간(50)의 끝단인 본체(20)의 후면에 개구되게 형성되어 각 유체흐름공간(50)을 통과한 유체(30)(31)가 빠른 속도로 빠져나가면서 추진력이 발생되도록 하는 유체토출공간(60)과, 상기 본체(20)의 둘레 면에 각 유체흐름공간(50)과 통하여지게 형성되어 본체(20)의 회전 시 유체(31)를 유체흐름공간(50)으로 유입하는 제2 유입공간(70)과, 상기 본체(20)의 회전방향(C) 측을 향해 본체(20)보다 외부로 돌출되게 형성되어 본체(20)의 회전 시 유체(31)를 각 제2 유입공간(70)을 통해 유체흐름공간(50) 측으로 유도하는 유체유입선(80)으로 구성된 것을 특징으로 하는 프로펠러.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 유입공간(40)으로부터 점진적으로 좁아지게 형성되는 유체흐름공간(50)이 중심축과 40 ∼ 60°각도로 기울어지게 형성된 것을 특징으로 하는 프로펠러.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 유체흐름공간(50) 및 제2 유입공간(70)이 나선형태로 만곡되게 형성된 것을 특징으로 하는 프로펠러.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 유입공간(70)을 통해 유체흐름공간(50) 측으로 유체(31)를 유도하는 유체유입선(80)의 돌출량이 제1 유입공간(40)에서 유체토출공간(60)으로 갈수록 점진적으로 작아지게 형성된 것을 특징으로 하는 프로펠러.

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