KR101994067B1

KR101994067B1 - 선박용 추진장치

Info

Publication number: KR101994067B1
Application number: KR1020190010353A
Authority: KR
Inventors: 이재동
Original assignee: 이재동
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2019-06-27

Abstract

선박용 추진장치가 제공된다. 구체적으로, 선수부 일측에 구비된 개구영역을 통해 연속적으로 입수되는 물을 수용하는 입수부, 상기 입수부 일단에서 물이 입수되는 방향과 교차하는 회전축을 중심으로 회전하는 수평형 프로펠러가 상기 입수부 타단의 하부에 구비되어, 상기 입수부에 수용된 물을 강제 토출시키는 강제토출부 및 상기 강제토출부가 강제 토출한 물을 선박의 하부로 출수시켜 추진력을 발생하는 출수부를 포함하는 선박용 추진장치로, 수평형 프로펠러의 직경을 선체의 폭에 따라 최대 크기로 확장가능하도록 설계할 수 있어 추진력을 높일 수 있으며, 조파저항을 저감시키면서도 이를 위치에너지로 전환하여 추진력으로 이용함으로써, 선박의 에너지효율 증대 및 선박의 고속화를 실현할 수 있다.

Description

선박용 추진장치{PROPULSION APPARATUS FOR SHIP}

본 발명은 선박용 추진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 선수부에 구비된 입수부를 통해 연속적으로 입수되는 물을 입수부 하부에 배치된 수평형 프로펠러를 이용하여 출수부로 강제 토출시킴으로써 수평형 프로펠러의 직경을 선체의 폭에 따라 최대 크기로 확장할 수 있는 선박용 추진장치에 관한 것이다.

선박(ship)이 해수면 위를 항해하기 위해서는 진행 반대 방향으로 받는 항력을 극복할 수 있는 전진력이 필요하다. 도 5와 같이, 종래에 대부분 선박의 전진력은 선미부에 배치되는 수직형 프로펠러를 통해 추진력을 얻는 방식이었다. 이러한 수직형 프로펠러는 직경의 크기가 프로펠러의 직진성과 잠수성에 따라 흘수선의 깊이에 비례하도록 제작되어야 하고, 선미부에 위치하므로 선체의 간섭없이 설계되어야 하므로 일정 범위의 크기로 제한되며, 추진력을 높이는 데에 한계가 있었다. 또한, 종래의 수직형 프로펠러를 고속회전시키는 경우, 공동현상(cavity)이 발생하면서 엔진의 효율을 떨어지고, 프로펠러의 물리적 손상이 가해지는 문제점이 있었다.

구체적으로, 이와 관련한 선행기술1(대한민국 등록특허 제10-1473293호)은 선미부에 설치된 수직형 프로펠러 주변의 유속 불균일을 최소화하기 위하여, 선미부의 양측에서 수직형 프로펠러의 상측 공간을 향해 워터젯을 분사하는 워터젯 유닛을 구비하는 보조추진장치에 대해 개시하고 있다. 그러나, 대형 선박일수록 물과 접촉하는 면적에 따른 마찰저항과 선수부에서 발생하는 조파저항의 값이 매우 크기 때문에 종래의 선미부에 배치되는 수직형 프로펠러를 이용한 추진장치와 상술한 보조추진장치만으로는 대형선박의 고속화를 구현하기에 한계가 있다고 볼 수 있다.

일반적으로 마찰저항은 선체와 물이 접해 있는 면에서 물이 가진 점성에 의해 물의 부착력이 작용하면서 선박의 진행을 방해하는 힘을 말하며, 조파저항은 선박이 전진하면서 선수부에서 규칙적인 파도가 일어나며 발생하는 저항으로, 이러한 저항들에 의해 선박 운항시 에너지 손실이 발생되면서 선박의 운항속도를 높이기가 어려워진다.

이에, 수면과 접하는 선체 영역을 최소화하여 마찰저항을 줄일 수 있는 선형 구조를 갖는 선박에 대한 개발이 지속적으로 진행되고 있다. 일 예로, 조파저항을 저감시키기 위하여 선수부의 하단부에 둥근 공이 부풀어 오른 형태의 구상선수(bulbous bow)를 구비하여 선수부의 조파저항에 의해 발생되는 선수파가 구상선수에 의해 발생되는 파와 간섭되어 선수파를 해소시키는 선박이 많이 건조되고 있다. 이와 관련한 선행기술2(대한민국 등록특허 제10-1390828호)은 선체의 구상선수 선단에 유체 유입구를 형성하여 유입된 유체를 저장탱크를 통해 저장한 후 유체배출구로 배출하거나, 저장과정 없이 바로 배출하여 선체 측면부에서 발생하는 조파저항을 감소시킬 수 있는 선박의 저항저감장치에 대해 개시하고 있다. 하지만, 현재까지 제작되고 있는 구상선수는 선수부 하단부의 일부를 변형한 선형 구조로 전체 선박의 크기에 비해 크기가 크지 않아, 조파저항의 일부를 저감시키는 기능으로만 작용한다. 이에, 선박의 고속화와 에너지 효율 증대를 실현하기 위해서는 항해시 발생하는 저항에 의한 에너지 손실을 줄이거나, 이를 추진에너지로 전환시켜 활용할 수 있는 연구가 더욱 필요한 실정이다.

또한, 선체의 전방에서 상하좌우 방향으로 작용하는 조파는 선박의 직진성에 대하여 상당한 부정적 영향을 끼치며 선박의 속도와 에너지 효율성을 떨어뜨린다. 이에, 선박의 직진성 향상을 위하여 상술한 구상선수 뿐만 아니라 웨이브피어싱(wave-piercing) 기술을 적용한 선형구조도 많이 상용화되고 있다. 하지만, 웨이브피어싱 기술은 흘수선 위에서 부딪치는 파랑의 불규칙성까지는 제어하지 못하므로, 선체의 직진성 확보를 위한 개발이 계속 진행되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1473293호 대한민국 등록특허 제10-1390828호

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 추진력 생성을 위해 구비되는 프로펠러의 직경을 최대화함으로써 선박의 고속화를 실현할 수 있는 구조를 갖는 선박용 추진장치를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명은 프로펠러에서 발생하는 공동현상을 제거하여, 프로펠러의 회전수 증가 및 이를 통해 향상된 추진력을 갖는 추진장치를 제공하는 데에 있다.

아울러, 본 발명은 에너지 손실로 작용하는 음(-)의 값인 조파저항계수를 위치에너지로 전환시켜 추진력을 높이는 데에 사용함으로써, 에너지의 보존 또는 에너지의 효율을 높일 수 있는 선박용 추진장치를 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명은 중소형 선박 뿐만 아니라, 대형 선박의 선체의 직진성과 안정성을 확보할 수 있는 선박용 추진장치를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 선박의 선수부 일측에 구비된 개구영역을 통해 연속적으로 입수되는 물을 수용하는 입수부, 상기 입수부 일단에서 물이 입수되는 방향과 교차하는 회전축을 중심으로 회전하는 수평형 프로펠러가 상기 입수부 타단의 하부에 구비되어, 상기 입수부에 수용된 물을 강제 토출시키는 강제토출부 및 상기 강제토출부가 강제 토출한 물을 선박의 하부로 출수시켜 추진력을 발생하는 출수부를 포함하며, 상기 수평형 프로펠러의 직경은 선체의 폭에 따라 최대 크기로 확장가능한 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수부는 선수부의 일측에서 선박의 진행방향을 향해 물의 입수를 유도하는 입수유도구 및 상기 입수유도구의 타측에 연결되어, 입수된 물을 상기 강제토출부로 안내하는 안내유로관을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수유도구의 하부면은 선수부에 후방으로 갈수록 상향 기울기를 갖는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수유도구의 하부면은 물의 입수방향을 향하여 V자 형태로 절곡된 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수부는 상기 입수유도구의 일측에서 상기 안내유로관의 일단으로 갈수록 종단면의 면적이 작아지는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 출수부는 상기 강제토출부와 연결된 일단으로부터 선박의 하부영역을 향하는 타단으로 갈수록 종단면의 면적이 작아지는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 강제토출부는 상기 수평형 프로펠러와 연결되어 상기 수평형 프로펠러를 구동시키는 엔진제어부를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 수평형 프로펠러는 다수개의 날개, 상기 수평형 프로펠러의 중앙부에 위치하며 다수개의 날개의 일단부가 외주면에 결합된 회전축 및 상기 수평형 프로펠러의 테두리부에 배치되며 다수개의 날개의 타단부가 내주면에 결합된 회전틀이 구비된 밀폐구조를 갖는 것일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 강제토출부는 상기 밀폐구조를 갖는 수평형 프로펠러의 회전틀의 외주면에 배치되어, 상기 회전축을 중심으로 상기 회전틀을 제자리회전시키는 다수개의 구동모터를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 선박용 추진장치는 수평형 프로펠러의 직경을 선체의 폭에 따라 최대 크기로 확장가능하도록 설계할 수 있어, 선박의 추진력 향상 및 선박의 고속화를 실현할 수 있다.

이를 통해, 종래의 선미에 구비되는 수직형 프로펠러의 직경의 크기가 흘수선 한계에 의해 제한되면서, 선박의 속도를 높이기 어려웠던 문제점을 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 선박용 추진장치는 입수부의 구조적 특징으로 인해 추진속도에 비례하여 물이 연속적으로 입수됨에 따라, 수평형 프로펠러 양면의 수압차가 제어되고, 강제토출부 작동시 수평형 프로펠러에서 발생하는 공동현상이 제거되어 회전속도 제한을 극복할 수 있게 되며, 수평형 프로펠러의 회전수가 증가됨에 따라, 장치의 추진력을 향상시킬 수 있다.

아울러, 선체의 진행 속도에 비례하는 선수부에서 발생하는 조파저항에 의한 저항력은, 입수부를 통해 선체 내부에 수용되고, 입수된 물이 강제토출부에 대하여 위치에너지를 가지도록 배치되어, 수평형 프로펠러를 추진력으로 전환되어, 조파저항을 저감시키면서도 선박의 에너지효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 선박용 추진장치가 대형선박에 적용되는 경우, 후방으로 갈수록 상향 기울기를 갖는 입수유도구의 하부면은 전방으로부터의 파랑의 불규칙성을 분쇄하여, 선체의 직진성과 안정성을 확보할 수 있다.

덧붙여, 본 발명의 선박용 추진장치는 위치에너지를 갖도록 배치되는 입수된 물의 중력과 추진면적이 확장된 프로펠러를 이용하여 높아진 분사력은, 입수부에 가해지는 조파저항에 의한 저항력에 비해 선박의 고속화를 구현할 수 있는 높은 추진력을 갖는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 선박용 추진장치는 V자 형태로 절곡된 입수부를 통해 전방으로부터의 불규칙한 파랑을 갖는 조파저항 및 마찰저항 등의 저항력에 의해 선박이 상하·좌우로 불균형하게 흔들리는 현상을 방지하여, 선체의 직진성과 안정성을 확보할 수 있다.

다만, 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들을 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박의 입수부 및 강제토출부가 배치된 선수부 내부를 나타낸 평면도이다.
도 5는 종래의 선미부에 수직형 프로펠러가 구비된 선박의 추진장치의 배치구조를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀폐구조를 갖는 수평형 프로펠러 및 다수개의 구동모터의 배치구조를 나타낸 선수부 내부의 평면도이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박이 전진하는 과정에서 입수부에 의해 좌우방향 조파가 분쇄되는 현상을 모식화한 선수부 내부 평면도이며, 도 7b는 종래의 선미부에 수직형 프로펠러가 구비된 선박이 전진하는 과정에서 선수부가 좌우방향으로부터 받게 되는 조파의 크기를 모식화한 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참고번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박의 측면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박의 입수부 및 강제토출부가 배치된 선수부 내부를 나타낸 평면도이다. 상세하게는, 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명은 선수부 일측에 구비된 개구영역을 통해 연속적으로 입수되는 물을 수용하는 입수부, 상기 입수부 일단에서 물이 입수되는 방향과 교차하는 회전축을 중심으로 회전하는 수평형 프로펠러가 상기 입수부 타단의 하부에 구비되어, 상기 입수부에 수용된 물을 강제 토출시키는 강제토출부 및 상기 강제토출부가 강제 토출한 물을 선박의 하부로 출수시켜 추진력을 발생하는 출수부를 포함하며, 상기 수평형 프로펠러의 직경은 선체의 폭에 따라 최대 크기로 확장가능한 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치를 제공한다.

상기 선수부는 선박의 몸통인 선체(hull)의 진행방향에 대하여 전방에 위치한 영역을 의미하며, 선미부는 후방에 위치한 영역을 말한다. 본 발명에서의 선박은 다양한 용도를 갖는 소형 선박, 중형 선박 및 대형 선박 등일 수 있다. 특히, 본 발명의 선박용 추진장치는 종래의 선체의 크기 및 하중에 의해 고속화를 실현하기 어려웠던 대형선박에도 적극 활용될 수 있어, 대형선박의 고속화가 가능해질 것으로 기대된다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 선박용 추진장치는 선수부(10) 일측에 구비된 개구영역을 통해 연속적으로 입수되는 물을 수용하는 입수부(100)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 입수부(100)는 상기 선수부(10)에 위치하며, 상기 입수부(100)의 일단은 상기 선수부(10)의 단부에서부터 개구되어 배치되고, 개구된 구조는 상기 입수부(100)의 타단까지 이어지도록 구비되며, 상기 개구된 입수부(100)의 일단에서 입수되는 물을 수용하는 유로 및 수용공간을 갖는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수부(100)는 상기 선수부(10)의 일측에서 선박의 진행방향을 향해 물의 입수를 유도하는 입수유도구(110) 및 상기 입수유도구(110)의 타측에 연결되어, 입수된 물을 강제토출부(200)로 안내하는 안내유로관(130)을 포함하는 것일 수 있다.

상기 입수부(100)에 연속적으로 입수되는 물은 선박이 일 방향으로 항해를 시작함에 따라 해수 고유의 파도와 선수부에서 발생하는 조파저항에 따른 파랑이 선박의 진행 반대방향을 향해 이동하게 되는 해수(바닷물)을 의미하는 것일 수 있다. 선박이 전방을 향해 항해할수록 상기 입수유도구(110)를 통해 물이 연속적으로 입수되고, 입수되는 물은 상기 안내유로관(130)을 통해 상기 입수부(100)의 하방영역으로 이동되면서, 상기 입수부(100) 내에 수용될 수 있다. 상기 입수부(100)에 수용된 물은 후술하는 강제토출부(200)로 강제흡입 또는 공급될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 안내유로관(130)의 일단은 상기 입수유도구(110)와 연결되어 물이 이동하는 유로를 의미하며, 상기 안내유로관(130)의 타단은 수용된 물이 강제토출부(200)에 공급될 수 있도록 하단부가 상기 강제토출부(200)를 향해 개구된 구조일 수 있다. 이에, 상기 입수부(100)에 수용된 물은 상기 강제토출부(200)에 연속적으로 공급될 수 있다.

상기 입수유도구(110)의 상부면(천장면) 및 하부면(바닥면) 사이의 이격거리는 선박의 크기에 비례하여 달라질 수 있으며, 일 구현예로 상기 입수유도구의(110)의 상부면은 흘수선(water line, W.L) 보다 높게 위치하도록 설계되며, 상기 입수유도구(110)의 하부면은 흘수선 보다 낮게 위치하도록 설계되는 것일 수 있다. 이에, 선박의 크기가 클수록 상기 입수유도구(110)의 상부면 및 하부면 사이의 이격거리는 더욱 멀어지도록 설계될 수 있다. 이는, 상기 입수유도구(110)를 통해 많은 양의 물이 상기 입수부(100) 내부로 연속적으로 입수되도록 하기 위함일 수 있다.

또한, 상기 입수유도구(110)에서 상기 안내유로관(130)으로 갈수록 상부면 및 하부면 사이의 이격거리는 좁아지도록 설계될 수 있으며, 이는 상기 상기 입수유도구(110)를 통해 입수된 물이 상기 안내유로관(130) 내에서도 일정 유속을 유지하면서 효과적으로 이동 및 수용되도록 하기 위함일 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 선박용 추진장치는 상기 입수부(100) 일단에서 물이 입수되는 방향과 교차하는 회전축을 중심으로 회전하는 수평형 프로펠러(210)가 상기 입수부(100) 타단의 하부에 구비되어, 상기 입수부(100)에 수용된 물을 강제 토출시키는 강제토출부(200)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 입수부(100)의 타단의 하부에는 상기 수평형 프로펠러(210)가 구비되는 것일 수 있다. 즉, 상기 수평형 프로펠러(210)의 회전에 의해 상기 수평형 프로펠러(210)의 일측으로 상기 입수부(100)에 수용된 물이 흡입되는 것일 수 있으며, 흡입된 물은 상기 수평형 프로펠러(210)의 타측으로 토출되는 것일 수 있다.

상기 수평형 프로펠러(210)는 중앙에는 회전축이 배치되며, 상기 회전축을 중심으로 상기 회전축의 둘레에 다수개의 날개가 방사형으로 부착된 통상의 프로펠러를 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 수평형 프로펠러(210)의 날개들은 상기 입수부(100)에 수용된 물을 효과적으로 흡입하기 위해서 날개면이 일정각도로 기울어진 형상일 수 있으며, 이는 상기 수평형 프로펠러(210)의 크기 및 구조에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 강제토출부(200)는 상기 수평형 프로펠러(210)를 구동시키는 엔진제어부(230)를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 엔진제어부(230)는 상기 수평형 프로펠러(210)에 동력을 전달하여 상기 수평형 프로펠러(210)를 회전시키는 역할을 수행하는 것으로, 선박의 엔진에서 사용하는 모터 등의 통상의 엔진을 포함하는 것일 수 있다. 상기 수평형 프로펠러(210)의 중앙에는 상기 수평형 프로펠러(210)를 회전시키기 위한 회전축(미도시)이 구비되며, 상기 엔진제어부(230)는 상기 수평형 프로펠러(210)의 회전축과 연결되어 구동력을 공급하는 것일 수 있다. 상기 엔진제어부(230)는 무게 등에 의해 선박의 하부영역에 배치될 수 있으며, 또는 상기 수평형 프로펠러(210)의 종류에 따라 상기 수평형 프로펠러(210)의 일측에 상기 수평형 프로펠러를 회전시키기 위해 부착되는 하나 이상의 구동모터를 포함하도록 설계될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 밀폐구조를 갖는 수평형 프로펠러 및 다수개의 구동모터의 배치구조를 나타낸 선수부 내부의 평면도이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 수평형 프로펠러(220)는 다수개의 날개(224), 상기 수평형 프로펠러의 중앙부에 위치하며, 다수개의 날개의 일단부가 외주면에 결합된 회전축(222) 및 상기 수평형 프로펠러의 테두리부에 배치되며, 다수개의 날개의 타단부가 내주면에 결합된 회전틀(226)이 구비된 밀폐구조를 갖는 것일 수 있다. 또한, 상기 강제토출부(200)는 상기 밀폐구조를 갖는 수평형 프로펠러(220)의 회전틀(226)의 외주면에 배치되어, 상기 회전축(222)을 중심으로 상기 회전틀(222)을 제자리회전시키는 다수개의 구동모터(235a,235b, 235c)를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 다수개의 구동모터(235a,235b, 235c)에 의해 상기 회전틀(226)이 상기 회전축(222)을 중심으로 제자리에서 회전, 즉 자전회전함에 따라 상기 회전틀(226)과 함께 상기 다수개의 날개(224)도 함께 회전하게 될 수 있다.

이러한 구조는 프로펠러 구동을 위해 사용하는 모터 및 이에 연결되는 엔진의 종류를 단순화할 수 있으며, 종래의 프로펠러에 비해 샤프트에 집중된 하중을 분산시킬 수 있으므로 샤프트 구조의 경량화가 가능하고, 프로펠러 구동시 떨림 등에 의한 손실을 방지할 수 있다. 또한, 종래에 선체의 크기에 따라 다수의 엔진을 개발하여야 했던 단점을 보완할 수 있어, 요구되는 출력에 따라 일정 크기의 전기발전기와 모터를 수량으로 조절하여 추진력의 다양성을 해결할 수 있으며, 부품의 수급과 정비의 효율성 또한 향상시킬 수 있다.

도 1과 같이, 상기 수평형 프로펠러(210)는 상기 입수부(100)의 하부에 위치하므로, 상기 입수부(100)에 수용된 물은 상기 강제토출부(200)에 대하여 위치에너지를 가질 수 있다. 이러한 위치에너지를 갖는 물은 물의 무게만큼 상기 수평형 프로펠러(210)에 중력을 가하면서 상기 수평형 프로펠러(210)에 흡입되고, 가해진 중력은 수직하강에너지를 증강시켜, 최종적으로 본 발명의 선박용 추진장치의 추진력에 합해지는 것일 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 선박용 추진장치는 상기 입수부(100)를 상기 강제토출부(200)의 하부에 배치시킴으로써 상기 입수부(100)에 입수된 물이 상기 강제토출부(200)에 대하여 위치에너지를 가질 수 있다. 이는, 선수부에서 조파저항에 따른 저항력으로 손실되는 에너지를 위치에너지로 전환하여, 궁극적으로는 추진에너지로 보존 및 사용하기 위한 것일 수 있다.

또한, 도 4와 같이, 본 발명의 선박용 추진장치의 수평형 프로펠러(210)는 상기 입수부(100)로 물이 입수되는 방향과 교차하는 방향으로 구비되어 상기 입수부(100)에 입수된 물을 강제토출시키는 방식으로, 상기 수평형 프로펠러(210)의 직경은 선체의 폭에 따라 최대 크기로 확장가능한 것일 수 있다. 이론적으로, 추진력과 연관되는 프로펠러 날개의 면적은 직경의 제곱비례(πr²)하므로 상기 수평형 프로펠러(210)의 직경을 크게 설계하면, 상기 수평형 프로펠러(210) 날개 직경의 제곱비례로 확장된 면적을 통해 추진력도 제곱비례로 향상될 수 있다. 이에, 본 발명의 선박용 추진장치는 동일한 시간 내에 더 많은 양의 물을 강제 토출시킬 수 있어, 장치의 추진에너지 및 선박의 속도를 향상시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 선박용 추진장치는 도 5와 같이, 종래의 선미에 구비되는 일반적인 선박용 수직형 프로펠러가 배치구조로 인해 직경의 크기가 제한되면서 선박의 속도 향상이 어려웠던 문제점을 개선할 수 있어, 대형 선박의 고속화를 실현하는 것이 가능해질 수 있다.

또한, 본 발명의 선박용 추진장치에서 상기 수평형 프로펠러(210)가 배치되는 구조적 특징에 의해 상기 수평형 프로펠러(210)와 상기 엔진제어부(230) 사이의 거리를 단축시킬 수 있어, 회전축으로 사용하는 샤프트(shaft)의 손실이 줄어들고 경량화가 가능해질 수 있다. 이는, 종래의 선미부에 배치되는 수직형 프로펠러가 추진력 생성을 위한 프로펠러의 구동을 위해 수심을 확보하여 배치됨에 따라, 본 발명의 샤프트 보다 상대적으로 길고 굵은 크기의 샤프트가 요구되는 것과 대비될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 선박용 추진장치는 상기 강제토출부(200)가 강제 토출한 물을 선박의 하부(및 후방)로 출수시켜 추진력을 발생하는 출수부(300)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 출수부(300)는 상기 강제토출부(200)가 배치된 영역보다 하부에 배치되는 것일 수 있으며, 많은 양의 물을 연속적으로 출수시킬 수 있는 출수구를 갖는 관 형상의 유로가 구비되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 출수부는 상기 강제토출부와 연결된 일단으로부터 선박의 하부영역을 향하는 타단으로 갈수록 종단면의 면적이 작아지는 것일 수 있다. 구체적으로, 도 1과 같이, 상기 출수부(300)는 상기 수평형 프로펠러(210)에서 강제 토출된 물이 빠른 유속을 가지며 출수될 수 있도록 상기 강제토출부(200)와 연결된 상기 출수부(300)의 일단의 종단면적이 선박의 하부로 이러지는 상기 출수부(300)의 타단의 종단면적으로 갈수록 점점 작아지는 것일 수 있다. 이에, 상기 강제토출부(200)를 통해 강제 토출된 물은 워터젯(water-jet)과 유사한 원리로 선박의 하부 방향을 향해 강한 분사력을 가지켜 출수되고, 이로 인해 선박은 추진력을 갖게 되면서 전방 방향으로 전진하게 될 수 있다.

실시예에 따라, 상술한 상기 출수부(300)의 유로관 이외에 강제 토출된 물의 일부가 선박의 측면 길이만큼 길게 이동한 후, 선박의 외부로 출수되는 유로관을 추가적으로 구비하여, 상기 출수부(300)의 분사력을 더욱 높일 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수유도구(110)의 하부면은 상기 선수부(10)에서 후방으로 갈수록 상향 기울기를 갖는 것일 수 있다. 이는, 상기 입수부(100)로 입수되는 물의 입수효율을 높이고, 물이 연속적인 입수되도록 유도하기 위한 것일 수 있다. 구체적으로, 도 1과 같이, 상기 입수유도구(110)의 하면이 후방으로 갈수록 상향 기울기를 갖는 경사면으로 이루어져, 상기 선박이 항해하며 전방으로 나아가면서 상기 입수유도구(110)를 통해 더 많은 양의 물을 연속적으로 입수시킬 수 있다. 이에, 본 발명의 선박용 추진장치는 많은 양의 물을 상기 강제토출부(200)에 공급할 수 있게 된다. 실시예에 따라, 상기 입수유도구(110)의 하부면이 갖는 상향 기울기는 후방으로 갈수록 기울기의 크기가 완만해지는 것일 수 있다. 이를 통해, 상기 입수유도구(110)의 하부면의 상향 기울기를 따라 입수되는 물은 상기 입수유도구(110)에서 이어지는 상기 안내유로관(130)으로 더욱 용이하게 유동될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수부(100)는 상기 입수유도구(110)의 일측에서 상기 안내유로관(130)의 일단으로 갈수록 종단면의 면적이 작아지는 것일 수 있다. 상기 입수유도구(110)를 통해 연속적으로 입수되는 많은 양의 물은 상기 안내유로관(130)을 따라 상기 입수유도구(110)의 일측에서 상기 안내유로관(130)의 일단으로 이동할 수 있다. 입수되어 이동하는 물은 상기 입수부(100) 일단의 하부, 즉, 상기 안내유로관(130)의 하부에 위치한 강제토출부(200)에 의해 상기 강제토출부(200)에 흡입될 수 있다.

상술한 구조적 특징에 의해 상기 입수유도구(110)의 일측에서 입수된 물은 상기 안내유로관(130)으로 갈수록 빠른 유속을 가지며 이동될 수 있다. 이에, 상기 입수부(100)에 입수되는 물은 상기 강제토출부(200)에 효과적으로 흡입될 수 있고, 수평형 프로펠러(210)의 공동현상을 제거하며 상기 수평형 프로펠러(210)에 의해 생성되는 추진에너지를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 입수유도구의 하부면은 물의 입수방향을 향하여 V자 형태로 절곡된 것일 수 있다. 본 발명의 선박용 추진장치가 대형선박에 적용되는 경우, 후방으로 갈수록 상향 기울기를 갖는 입수유도구의 하부면은 전방으로부터의 파랑의 불규칙성을 분쇄하여, 선체의 직진성과 안정성을 확보할 수 있다. 구체적으로, 도 4와 같이, 상기 입수유도구(110)의 하단면의 중앙부는 물의 입수방향을 향하여, 내측으로 깊게 패여 V(브이)자 형상으로 절곡된 것일 수 있다. 이러한 구조는, 상기 입수유도구(110)를 통해 물이 입수될 때 상기 입수유도구(110)의 하단면에 가해지는 불규칙한 파랑을 갖는 조파저항 및 마찰저항 등의 저항력에 의해 선박이 좌우로 불균형하게 흔들리는 현상을 방지할 수 있다.

도 7a는 종래의 선미부에 수직형 프로펠러가 구비된 선박이 전진하는 과정에서 선수부가 좌우방향으로부터 받게 되는 조파의 크기를 모식화한 평면도이며, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진장치가 구비된 선박이 전진하는 과정에서 입수부에 의해 좌우방향 조파가 분쇄되는 현상을 모식화한 선수부 내부 평면도이다.

도 7a와 같이, 종래 선박(S) 운항시 선박이 조파에 대해 일정각도를 갖도록 일 방향으로 항해하는 경우에 선수부에 가해지는 조파저항의 크기를 보면, 일 예로 선박의 좌측에서 조파저항이 가해지는 경우, 선형을 따라 선수부 전체에 조파저항이 상당히 큰 크기(A1)로 작용하게 된다. 반면, 도 7b를 참조하면, 본 발명의 선박용 추진장치가 구비된 선박(1)은 V자 형태로 절곡된 입수부 하단면을 통해 물이 입수됨에 따라 전방조파를 일으키는 물의 양 자체를 줄일 수 있어, 조파저항이 크게 저감된 크기(A2)로 작용될 수 있으며, 입수부 형상에 의해 선체의 일측 방향에 가해지는 조파저항을 분쇄시킬 수 있어, 선박의 직진성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 입수부(100)에 연속적으로 입수되는 물은 상기 입수부(100) 타단의 하부에 배치된 상기 강제토출부(200)인 수평형 프로펠러(210)의 날개 양면의 상대적인 압력차를 제어하여 공동현상(cavity)를 제거할 수 있다. 이는, 종래의 선박용 추진장치로 사용되는 수직형 프로펠러가 프로펠러의 방향 및 선박의 운항속도의 한계에 의해 공동현상이 발생되면서, 프로펠러의 회전효율이 저하되고 손상이 잦았던 문제점을 개선하는 것일 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 선박용 추진장치는 입수부 및 강제토출부의 구조적 특징에 의해 위치에너지를 갖도록 배치되는 입수된 물의 중력과, 직경 및 면적이 확장된 수평형 프로펠러에 의해 높아진 분사력을 갖게 되면서, 입수부를 포함한 선수부에 가해지는 조파저항에 의한 저항력 보다 큰 추진력을 구현할 수 있다. 이에, 선박의 고속화가 가능해질 수 있고, 선박의 에너지효율을 더욱 높일 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1: 선박 10: 선수부
100: 입수부 110: 입수유도구
130: 안내유로관 200: 강제토출부
210,220: 수평형 프로펠러 222: 회전축
224: 날개 226: 회전틀
230: 엔진제어부 300: 출수부

Claims

선박(1)의 선수부(10) 일측에 구비된 개구영역을 통해 연속적으로 입수되는 물을 수용하는 입수부(100);
상기 입수부(100) 일단에서 물이 입수되는 방향과 교차하는 회전축(222)을 중심으로 회전하는 수평형 프로펠러(210, 220)가 상기 입수부(100) 타단의 하부에 구비되어, 상기 입수부(100)에 수용된 물을 강제 토출시키는 강제토출부(200);및
상기 강제토출부(200)가 강제 토출한 물을 선박(1)의 하부로 출수시켜 추진력을 발생하는 출수부(300)를 포함하며,
상기 수평형 프로펠러(210, 220)의 직경은 선체의 폭에 따라 최대 크기로 확장가능하며,
상기 입수부(100)는,
선수부(10)의 일측에서 선박(1)의 진행방향을 향해 물의 입수를 유도하는 입수유도구(110); 및
상기 입수유도구(110)의 타측에 연결되어, 입수된 물을 상기 강제토출부(200)로 안내하는 안내유로관(130)을 포함하고,
상기 입수유도구(110)의 하부면은 선수부(10)에서 후방으로 갈수록 상향 기울기를 갖는 것이며,
상기 입수부(100)는 상기 입수유도구(110)의 일측에서 상기 안내유로관(130)의 일단으로 갈수록 종단면의 면적이 작아지는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 입수유도구(110)의 하부면은 물의 입수방향을 향하여 V자 형태로 절곡된 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 출수부(300)는 상기 강제토출부(200)와 연결된 일단으로부터 선박(1)의 하부영역을 향하는 타단으로 갈수록 종단면의 면적이 작아지는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
제1항에 있어서, 상기 수평형 프로펠러(210, 220)는,
다수개의 날개(224);
상기 수평형 프로펠러(210, 220)의 중앙부에 위치하며, 다수개의 날개의 일단부가 외주면에 결합된 회전축(222);및
상기 수평형 프로펠러(210, 220)의 테두리부에 배치되며, 다수개의 날개의 타단부가 내주면에 결합된 회전틀(226)을 포함하는 밀폐구조를 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.
제7항에 있어서, 상기 강제토출부(200)는,
상기 밀폐구조를 갖는 수평형 프로펠러(210, 220)의 회전틀(226)의 외주면에 배치되어, 상기 회전축(222)을 중심으로 상기 회전틀(226)을 제자리회전시키는 다수개의 구동모터(235a, 235b, 235c)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진장치.