KR102204035B1 - 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더는, 좌우 폭이 최대인 지점을 이루는 기준선에 대하여 전방에 마련되는 전방부; 및 상기 기준선을 기준으로 후방에 마련되는 후방부를 포함하고, 상기 전방부의 좌우중심 및 상기 후방부의 좌우중심은, 연속적으로 연결되는 캠버 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 러더 및 이를 포함하는 선박{Rudder and ship having the same}

본 발명은 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향이 조절되어 선박의 진로가 조정될 수 있다.

여기서 도 6은 일반적인 선박용 러더와 프로펠러를 도시한 도면이고, 도 6을 참조하면, 프로펠러(P)의 회전을 통해 일정한 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 한다.

이 경우 많은 양의 연료가 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 되어 연비 효율을 향상시키기 위한 기술개발, 즉 연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미(도시하지 않음), 프로펠러(P), 러더(R) 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물(도시하지 않음)을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device) 등의 기술개발이 지속적으로 진행 중에 있다.

특히 종래의 선박용 러더(R)는 프로펠러(P)의 후류 유동에 의해 양력 손실과 캐비테이션이 발생되어 선박의 추진성능이 저하되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 국내 공개특허공보 제10-2011-0109306호의 러더는, 프로펠러 축을 기준으로 프로펠러 축의 상방의 일측에만 러더를 적용하는 바와 같이 러더 구조의 개선을 통한 양력 손실 최소화 등의 노력이 지속적으로 이루어지고 있는 실정이다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 러더의 저항을 줄이고, 프로펠러의 추력을 증가시키도록 주변의 유동장에 최적화된 형상을 설계하여 선박의 속도 성능이 개선될 수 있도록 하고, 추력의 편심을 이용하여 화두력을 제어함으로써 양력 조절이 용이하도록 하는 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더는, 좌우 폭이 최대인 지점을 이루는 기준선에 대하여 전방에 마련되는 전방부; 및 상기 기준선을 기준으로 후방에 마련되는 후방부를 포함하고, 상기 전방부의 좌우중심 및 상기 후방부의 좌우중심은, 연속적으로 연결되는 캠버 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 선박은, 상기 러더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 전방부의 리딩에지가 편향될 수 있다.

구체적으로, 상기 후방부의 트레일링에지는 연직으로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 상기 전방부의 리딩에지는 상하 반대 방향으로 편향될 수 있다.

구체적으로, 상기 후방부의 트레일링에지는 상하 연속적으로 연결될 수 있다.

구체적으로, 상기 기준선에서의 좌우중심은 상기 후방부의 트레일링에지와 전후 나란한 위치에 놓일 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박은, 러더의 저항을 줄이고, 프로펠러의 추력을 증가시키도록 설계되어 속도 성능이 개선될 수 있고, 추력의 편심을 이용하여 회두력을 제어함으로써 양력 조절이 용이하게 되어, 연료 소비율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선박용 러더를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 상부 측의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 상부 측과 프로펠러의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 하부 측의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 하부 측과 프로펠러의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 일반적인 선박용 러더와 프로펠러를 도시한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더를 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 상부 측을 설명하기 위한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 하부 측을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 러더(10)를 포함하고, 선박용 러더(10)는, 프로펠러(P)를 추진장치로 하는 선박(해양구조물 포함, 도시하지 않음)에 장착될 수 있으며, 일반적으로는 선박의 프로펠러(P) 후방에서 프로펠러(P)의 중심축을 경계로 하여 적어도 후방이 대칭되는 유선형 단면 가질 수 있으나, 본 실시예는 기준선(11)을 사이에 두고 전방부(110)와 후방부(120)가 전후 방향으로 마련되고 후술되는 바와 같은 특징으로 구비됨으로써, 속도가 개선되고 연비가 향상될 수 있다.

여기서 기준선(11)은, 러더(10)의 수평 단면 중 좌우 폭이 최대인 지점을 이룰 수 있다. 그리고 설명의 편의를 위해 러더(10)의 전후 길이 방향으로 마련되는 선을 기준중심선(13)으로 명칭하며, 기준중심선(13)은 기준선(11)에 대하여 수직일 수 있다.

더불어 전방부(110)는 기준선(11)에 대하여 전방에 마련되어 선수 방향에 위치될 수 있고, 후방부(120)는 기준선(11)을 기준으로 후방에 마련되어 선미 방향에 위치될 수 있다.

그리고 도 1을 참조하는 바와 같이, 후방부(120)의 트레일링에지(121)는 상하 연속적으로 연결될 수 있다.

특히 전방부(110)의 좌우중심 및 후방부(120)의 좌우중심은, 연속적으로 연결되는 캠버 형태를 이룰 수 있다.

예를 들어 전방부(110)의 리딩에지(111)는, 상하 반대 방향으로 편향될 수 있어, 도 2 및 도 3을 참조하는 바와 같이 러더(10)의 상부를 이루는 상부측 러더(10A)는 전방부(110)가 좌측으로 편향되고, 도 4 및 도 5를 참조하는 바와 같이 러더(10)의 하부를 이루는 하부측 러더(10B)는 전방부(110)가 우측으로 편향될 수 있다.

구체적으로 도 2 및 도 3을 참조하는 바와 같이, 상부측 러더(10A)는, 기준중심선(13)에 대하여 전방부(110)의 리딩에지(111)(leading edge, 전방변을 의미할 수 있음)가 좌측으로 편향되고, 후방부(120)는 기준중심선(13)에 대하여 우측으로 편향될 수 있다. 이에 따라 러더(10)의 좌우중심선(15)은 리딩에지(111)로부터 후방부(120)의 트레일링에지(121)(trailing edge, 후방변을 의미할 수 있음)까지 기준중심선(13)을 기준으로 편향되게 마련되어 좌우중심선(15) 전체가 곡진 형태를 가질 수 있어, 해류의 변경을 용이하게 할 수 있으므로 방향타 조정이 용이해질 수 있다.

다만 후방부(120)의 트레일링에지(121)의 최단부(기준선에서 거리가 가장 먼곳일 수 있음)는, 기준선(11)과 직각으로 마련될 수 있어, 러더(10)를 선박에 대하여 평행하게 조정시, 러더(10)의 리딩에지(111)와 트레일링에지(121)가 단순히 기준선의 중심으로부터 사선으로 놓인 것과 다르게 트레일링에지(121)의 단부로 흐르는 해수의 흐름이 선미 방향에 평행한 형태를 이룰 수 있다.

따라서 러더(10)의 기준중심선(13)이 선박에 대하여 평행한 방향으로 배치되면, 러더(10)를 따라 흐르는 해수의 흐름은 트레일링에지(121)에서 선박의 직진 방향과 평행한 방향으로 흐르게 되므로, 본 실시예에 따른 러더(10)의 구조 개선에 대하여도 방향 조정에 이상이 발생되지 않을 수 있다.

아울러 러더(10)의 좌우중심선(15)은, 기준선(11)에서 기준중심선(13)과 일치될 수 있어, 리딩에지(111)의 끝단이 기준중심선(13)의 좌측으로 편향된 상태에서 기준선(11)까지 점차 기준중심선(13)에 근접되는 형태를 가질 수 있고, 후방부(120)에서의 좌우중심선(15)은 기준선(11)에서 기준중심선(13)과 일치되었다가 후방으로 갈수록 우측으로 점차 편향되다가 트레일링에지(121)의 끝단에 근접하면서 다시 기준중심선(13)과 일치되는 형태를 가질 수 있다. 이에 따라 후방부(120)의 트레일링에지(121)는 기준선(11)에서의 좌우중심(좌우중심선(15)과 교차된 지점일 수 있음)과 전후 나란한 위치에 놓일 수 있어 후방부(120)의 트레일링에지(121)가 기준중심선(13)과 일치할 있다.(도 2 참조).

게다가 후방부(120)의 트레일링에지(121)는, 상하 방향에 대하여 연직으로 이루어질 수 있고, 상부측 러더(10A)는 러더축(도시하지 않음)을 통해 선체(도시하지 않음)에 고정되어 있을 수 있다. 물론 러더축은 상부측 러더(10A) 외에도 하부측 러더(10B)까지 관통하면서 러더(10)가 회전가능하도록 고정할 수 있다.

더욱이 상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B)의 수평 단면적의 비율은 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있고, 편향 방향이 반대로 이루어지는 상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B)의 사이에는 이들 구성을 연결하는 연결부(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 연결부는 상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B)와의 사이에서 정면으로 보았을 때 상부로부터 하부 방향 즉 상부측 러더(10A)에서 하부측 러더(10B)를 향해 경사면을 이룰 수 있다.

이러한 연결부는, 상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B) 사이에 단턱이 마련되는 것을 방지하여, 해수의 흐름을 원활하게 하기 위함이므로, 공지된 다양한 기술이 적용가능하고, 러더 벌브 등이 장착될 수도 있는 바와 같이 본 발명의 실시예와 상충되지 않는 다면, 공지된 기술과의 조합 또한 가능함은 물론이다.

한편 도 4 및 도 5를 참조하는 바와 같이, 하부측 러더(10B)는, 상부측 러더(10A)와 좌우 대칭되는 구조를 이룰 수 있으며, 즉 하부측 러더(10B)의 전방부(110)는 우측으로 편향되고, 후방부(120)는 좌측으로 편향되되 트레일링에지(121)의 단부는 기준선(11)에 대하여 연직으로 이루어질 수 있고, 이는 상부측 러더(10A)와 동일/유사하게 프로펠러(P)로부터 유동되는 해수의 흐름을 보다 효율적으로 이용하기 위함이며, 이러한 하부측 러더(10B)는 앞서 기술한 상부측 러더(10A)와 대칭되는 구조를 이루어, 상부측 러더(10A)의 설명으로 갈음할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

더욱이 본 발명의 실시예에 따른 선박용 러더(10)는, 단축(Single-Screw)용일 수도 있고, 쌍축(Twin-Screw)용일 수도 있으며, 쌍축용일 경우 러더(10)의 편향방향이 서로 반대되어 선박의 중심을 기준으로 대칭되게 마련될 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더(10)의 효과는, 아래의 표 1 및 표 2에 개시된 바와 같이 향상될 수 있다.

구체적으로 표 1은, 스케일을 축소한 모형실험에 관련한 비교실험을 개시한 것이며, 간략히 종래 러더(1)(도 6참조, 표의 비교예)에 대비하여 본 발명의 실시예에 따른 러더(10)의 추진효율(etaD)이 0.73% 개선됨을 알 수 있다.

여기서 표의 수치는, 비교를 위해 비율로만 나타낸 것임을 알려둔다.

표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 러더(10)는, 추력(T), 토크(Q), 파워 등에서 모두 개선 효과를 확보하게 됨을 알 수 있다.

더불어, 하기 표 1, 2의 비교예로서의 종래의 러더(1)는, 전방부만이 편향된 상태이고, 후방부는 좌우가 대칭을 이루는 구조이며, 수평 단면적의 크기는 본 발명의 실시예와 동일한 단면적으로 진행되었음을 알려둔다.

즉 비교예인 종래의 러더(1)와 본 발명의 실시예에 따른 러더(10)의 실험조건은, 본 발명의 실시예에서 추력 등의 개선 효과를 확보하기 위해 구조 개선을 이룬, 러더(10)의 전방부(110)로부터 후방부(120)까지 연속적으로 연결되는 캠버 형태를 이루는 것이 다르게 이루어졌음을 알려둔다.

[표 1]

또 다른 실험예로서, 스케일의 축소는 동일/유사하게 한 모형 실험의 CFD의 결과는, 종래 러더(1)(도 6참조, 표의 비교예)에 대비하여 본 발명의 실시예에 따른 러더(10)의 전달마력(power)이 비교예에 대비하여 0.28% 개선됨을 알 수 있다.

여기서 표의 수치는, 비교를 위해 비율로만 나타낸 것이며, 표 1과 프로펠러(O)의 회전수(rps)의 조건이 변경된 것이고, 이러한 변경 사항에서도 여전히 개선 효과를 확보하게 됨을 알 수 있다.

[표 2]

이와 같이 본 실시예는, 러더의 저항을 줄이고, 프로펠러의 추력을 증가시키도록 설계되어 속도 성능이 개선될 수 있고, 추가적으로 추력의 편심을 이용하여 회두력을 제어함으로써 양력 조절이 용이하게 되어, 연료 소비율을 높일 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 러더 11: 기준선
13: 기준중심선 15: 좌우중심선
110: 전방부 111: 리딩에지
120: 후방부 121: 트레일링에지

Claims (7)

1. 좌우 폭이 최대인 지점을 이루는 기준선에 대하여 전방에 마련되는 전방부; 및
   상기 기준선을 기준으로 후방에 마련되는 후방부를 포함하고
   상기 전방부의 좌우중심 및 상기 후방부의 좌우중심은,
   연속적으로 연결되는 캠버 형태를 이루며,
   상기 후방부의 좌우중심은,
   상기 기준선으로부터 상기 후방부의 트레일링에지까지 곡선으로 마련되며,
   상기 후방부는,
   상기 기준선의 좌우중심을 기준으로 비대칭인 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전방부의 리딩에지가 편향되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
3. 제1항에 있어서,
   상기 후방부의 트레일링에지는 연직으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전방부의 리딩에지는 상하 반대 방향으로 편향되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
5. 제1항에 있어서,
   상기 후방부의 트레일링에지는 상하 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
6. 제1항에 있어서,
   상기 기준선에서의 좌우중심은 상기 후방부의 트레일링에지와 전후 나란한 위치에 놓이는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 상기 러더를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.

Images