KR102241479B1 - 워터 제트 추진기 및 이를 포함하는 차량 - Google Patents

Abstract

일 실시 에에 따르면 물을 흡입하여 후방으로 워터 제트를 분사하고, 좌우로 이격되어 있는 일 실시 예에 따른 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기는, 상기 워터 제트 추진기의 후단에 회동 가능하게 설치되고, 상기 워터 제트 추진기의 배출 면적을 차폐하도록 오버랩되는 조향판을 구비하는 한 쌍의 조향부를 포함할 수 있다.

Description

워터 제트 추진기 및 이를 포함하는 차량{WATER JET PROPULSION APPARATUS AND VEHICLE COMPRISING THE SAME}

이하의 설명은 워터 제트 추진기 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다.

워터제트 추진기는, 물을 임펠러로 흡입하고, 임펠러는 구동축으로 전달된 회전력으로 흡입한 물을 가속시켜 노즐을 통해 후방으로 토출시킴으로써 추력을 발생할 수 있다.

다수의 워터제트 추진기를 갖는 차량을 조향하는 방법 중 하나로, 워터제트 노즐의 후미에 전향기가 부착되어 노즐의 토출구를 선택적으로 차단 및 개방하여 각각의 노즐에서 분사되는 제트유량 차이에 따른 워터제트 추력 차이를 이용하여 조향하는 방법이 존재한다.

그러나 이와 같은 방식은 조향을 위해 전향기를 작동할 경우 전향기의 작동각에 따른 노즐 폐쇄 정도에 따라 유동저항이 증가하여 동일 운전점에서 임펠러 구동장치에 작용하는 하중이 증가하는 단점과 더불어 저항 증가에 따른 부하가 엔진 출력보다 커질 경우 부하를 줄이기 위해 엔진 회전수를 저속으로 이동시킴으로써 선회속도 및 고속에서의 선회반경과 같은 조향성능을 유지하기 어렵다는 문제점이 존재하였다.

예를 들어 최고속도(즉 엔진 최고속도)로 수상 주행중인 차량이 좌측으로 조향하기 위해 좌측 워터제트에 있는 전향기를 부분 폐쇄할 경우 그 폐쇄 정도에 따라 선회 반경이 달라진다. 즉 부하증가를 억제하기 위해 노즐의 일부분만 폐쇄할 경우 좌우 워터제트의 추력차이가 크게 발생하지 않아 선회반경이 크게 되고, 선회 반경을 줄이기 위해 폐쇄정도를 크게 할 경우 부하가 크게 증가함으로 인해 엔진의 운전점을 유지할 수 없어 심한 경우 엔진이 정지할 수 있으며 이를 방지하기 위해 속도를 줄일 경우 워터제트 발생 추력이 줄어 선회 속도가 감소하는 결과를 야기할 수 있다.

참고로, 본 발명의 배경기술에 대한 내용이 "일본 공개특허공보 특개2008-074234호"와, "일본 공개실용신안공보 평06-087193호" 및 "일본 공개특허공보 특개평11-034982호"에 개시되어 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

일 실시 예의 목적은 워터 제트 추진기 및 이를 포함하는 차량을 제공하는 것이다.

일 실시 예에 따르면 물을 흡입하여 후방으로 워터 제트를 분사하고, 좌우로 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기는, 상기 워터 제트 추진기의 후단에 회동 가능하게 설치되고, 상기 워터 제트 추진기의 배출 면적을 차폐하도록 오버랩되는 조향판을 구비하는 한 쌍의 조향부를 포함할 수 있다.

상기 조향판 중 적어도 일부는 후방으로 함몰된 유선형 공간을 가질 수 있다.

상기 조향부는, 상기 워터 제트 추진기의 후단에서, 상기 조향판을 회동시키는 차폐 조절부를 더 포함하고, 상기 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기의 좌우측 중심을 기준으로, 상기 차폐 조절부는 상기 조향판이 상기 워터 제트 추진기의 후단의 안쪽으로부터 바깥쪽 방향으로 차폐하도록 회전시킬 수 있다.

상기 워터 제트 추진기는, 후방으로 워터 제트를 분사하는 배출구를 구비하는 노즐부를 더 포함하고, 상기 조향판은, 회전 구동함에 따라서 상기 배출구와 오버랩되는 바깥쪽 가장자리 부분이 후방으로 유선형으로 만곡되어 있는 편향 유로; 및 상기 편향 유로를 제외한 나머지 부분이 상기 배출구와 평행하게 형성되는 편평부를 포함할 수 있다.

상기 조향부는, 상기 노즐부의 후방에 설치되고, 상기 조향판의 부분 중 상기 차폐 조절부로부터 먼 가장자리 부분을 따라서 맞물린 상태로 연장되어 형성되는 가이드부를 더 포함할 수 있다.

상기 차폐 조절부는 상기 배출구의 상측에 설치되고, 상기 조향판이 상기 배출구를 차폐하도록 회전할 경우, 상기 조향판이 상기 배출구에 오버랩되어 차폐하는 부분을 제외한 나머지의 개방된 부분은 상대적으로 배출구의 상측 및 바깥쪽 부분에 형성될 수 있다.

상기 편향 유로는, 구동 방향을 기준으로 바깥쪽 가장자리 부분이 내측을 향해 원주 형상으로 만곡되어 있는 함몰부를 포함할 수 있다.

상기 편향 유로는, 바깥쪽 가장자리 부분으로 갈수록 단면적이 확개되는 구의 일부에 해당하는 형상을 가질 수 있다.

일 실시 예에 따르면 워터 제트 추진 차량은, 차량 본체; 및 상기 차량 본체의 후방에서 좌우측 각각으로 이격되어 설치되고, 물을 흡입하여 상기 차량 본체의 후방으로 워터 제트를 분사하는 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기를 포함하고, 상기 워터 제트 추진기는, 후방으로 워터 제트를 분사하는 배출구를 구비하는 노즐부; 및 상기 노즐부의 후단에 회동 가능하게 설치되고, 상기 배출구의 배출 면적을 차폐하도록 오버랩되는 조향판을 구비하는 한 쌍의 조향부를 포함할 수 있다.

상기 조향판 중 적어도 일부는 후방으로 함몰된 유선형 공간을 가질 수 있다.

상기 조향판은, 회전 구동함에 따라서 상기 배출구와 오버랩되는 바깥쪽 가장자리 부분이 후방으로 유선형으로 만곡되어 있는 편향 유로; 및 상기 편향 유로를 제외한 나머지 부분이 상기 배출구와 평행하게 형성되는 편평부를 포함할 수 있다.

상기 조향부는, 상기 워터 제트 추진기의 후단에서, 상기 조향판을 회동시키는 차폐 조절부를 더 포함하고, 상기 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기 각각의 차폐 조절부는, 상기 조향판이 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로 상기 배출구를 안쪽으로부터 바깥쪽 방향으로 차폐하도록 회전시킬 수 있다.

상기 차폐 조절부는 상기 배출구의 상측에 설치되고, 상기 조향판이 상기 배출구를 차폐하도록 회전할 경우, 상기 조향판이 상기 배출구에 오버랩되어 차폐하는 부분을 제외한 나머지의 개방된 부분은, 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로 상대적으로 배출구의 상측 및 바깥쪽 부분에 형성될 수 있다.

상기 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기는, 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로, 각각의 노즐부로부터 상기 차량 본체의 바깥쪽 측부로 연결되는 유도관을 더 포함할 수 있다.

상기 유도관은 차량 본체의 전방을 향해 비스듬한 각도를 가지면서 개구될 수 있다.

상기 편향 유로는, 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로, 바깥쪽 가장자리 부분이 내측을 향해 원주 형상으로 만곡되어 있는 함몰부를 포함할 수 있다.

상기 조향부는, 상기 노즐부의 후방에 설치되고, 상기 조향판의 부분 중 상기 차폐 조절부로부터 먼 가장자리 부분을 따라서 맞물린 상태로 연장되어 형성되는 가이드부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면 워터 제트 추진 차량은, 차량 본체; 및 상기 차량 본체의 후방에서 좌우측 각각으로 이격되어 설치되고, 물을 흡입하여 상기 차량 본체의 후방으로 워터 제트를 분사하는 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기를 포함하고, 상기 워터 제트 추진기는, 후방으로 워터 제트를 분사하는 배출구를 구비하는 노즐부; 및 상기 배출구의 배출 면적을 차폐하도록 오버랩되는 조향판을 구비하는 한 쌍의 조향부를 포함하고, 상기 워터 제트 추진 차량은, 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로, 상기 노즐부로부터 상기 차량 본체의 바깥쪽 측부로 연결되는 유도관을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예의 워터 제트 추진기에 의하면, 미닫이 작동 방식의 조향판 형상이 일정한 높이를 가지더라도 차량의 길이방향 유효공간을 최대로 가져갈 수 있어 부력을 증가시키고, 이에 따른 수선면 아래 운행방향 단면적을 감소시켜 수상 운행에서의 저항을 저감할 수 있다.

일 실시 예의 워터 제트 추진기에 의하면, 차량의 수상운행 간 조향 시 전향기 작동에 따른 노즐 밀폐 과정에서 전향기에 구비된 편향 유로가 노즐 외부에 일정한 유동 공간을 확보해 줌으로서 임펠러 내부 저항 증가를 완화시키고 이로 인한 엔진의 운전점 및 추력변동을 줄여 조종 안정성 및 조향 성능 향상을 도모할 수 있다.

일 실시 예의 워터 제트 추진기에 의하면, 차량의 수상운행 간 조향 시 차량에 워터 제트의 추력차이를 통한 조향력 외에 편향 유로를 통과하는 제트 유동의 방향 변경에 따른 추가 조향력을 제공할 수 있어 조향성능 향상을 도모할 수 있다. 특히 군사용으로는 선회반경 축소 등 해상 기동성능과 관련된 성능 향상에 효과가 있다.

일 실시 예의 워터 제트 추진기에 의하면, 차량의 조향장치 작동에 따른 고속 선회 시 원심력에 따른 차량의 롤 방향 안정성에 있어 편향 유로를 통과하는 제트 유동을 이용하여 롤 방향 안정성을 도모할 수 있다. 특히 군사용으로는 해상 운행 안정성과 관련된 성능 향상에 효과가 있다.

도 1은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 구비하는 차량(vehicle)의 후방을 도시하는 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 조향판의 사시도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 조향부를 구비하는 워터 제트 추진기의 후면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 조향부를 구비하는 워터 제트 추진기의 노즐 부위의 측면도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 구비하는 차량이 조향시 발생하는 힘의 방향을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 구비하는 차량의 후방을 도시하는 사시도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 구비하는 차량의 후면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기와 일반적인 조향부를 갖는 종래의 워터 제트 추진기 각각이 조향시 발생하는 선회 직경을 비교한 그래프이다.
도 9는 종래의 워터 제트 추진기를 갖는 차량의 속도별 조향판의 폐쇄율을 나타내는 그래프이다.
도 10은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 갖는 차량의 속도별 조향판의 폐쇄율을 나타내는 그래프이다.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 구비하는 차량(vehicle)의 후방을 도시하는 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 조향판의 사시도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 조향부를 구비하는 워터 제트 추진기의 후면도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 조향부를 구비하는 워터 제트 추진기의 노즐 부위의 측면도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 구비하는 차량이 조향시 발생하는 힘의 방향을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 명세서 내에서 특별히 반대되는 기재가 없는 이상, "차량(vehicle)"이라고 함은, 수륙 양용 자동차(amphicar)를 비롯하여, 수상에서 이동이 가능한, 장갑차 및 선체 등 각종 운송 수단을 의미하는 것임을 밝혀 둔다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진 차량은, 차량 본체(8) 및 워터 제트 추진기(1)를 포함할 수 있다. 워터 제트 추진기(1)는 도 1과 같이 차량 본체(8)의 후방(81)에 설치되어 외부의 물을 흡입한 이후, 물을 차량 본체(8)의 후방으로 워터 제트로 가속시켜 토출하여 워터 제트 추진 차량이 전진할 수 있는 추력을 형성할 수 있다.

워터 제트 추진기(1)는, 차량 본체(8)의 후방(81)에서 좌우측 방향으로 나란히 이격되어 배치되는 한 쌍의 구조로 형성될 수 있다. 따라서 각각의 워터 제트 추진기(1)에서 형성되는 추력의 차이, 다시 말하면 워터 제트 추진기(1)에서 분사되는 워터 제트의 분사량의 차이를 이용하여 차량 본체(8)의 조향을 수행할 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기(1)는 좌우측 방향으로 이격된 2 개의 구성뿐만 아니라, 3개 또는 그 이상의 복수개로 이격되어 설치되는 구성 역시 가능함은 물론이며, 이하에서 서술되는 워터 제트 추진기(1)의 구성 및 그 연결 구조 역시 임의의 복수개로 구성된 워터 제트 추진기(1)에 동일하게 적용될 수 있다는 점을 밝혀둔다.

워터 제트 추진기(1)는, 차량 본체(8)의 후방에서 좌우측 방향으로 나란히 이격되어 배치되는 2 개의 구성을 포함할 수 있고, 이 경우, 차량 본체(8)의 좌측 후방에 위치하는 워터 제트 추진기(1)를 좌측 워터 제트 추진기(1a)라 할 수있고, 차량 본체(8)의 우측 후방에 위치하는 워터 제트 추진기(1)를 우측 워터 제트 추진기(1b)라 할 수 있다.

워터 제트 추진기(1)는 물이 유입되는 유입관(11)과, 유입관(11)에 유입된 물을 후방으로 가속시키는 구동부(12)와, 구동부(12)로부터 가속된 물을 후방으로 배출하는 노즐부(13)와, 노즐부(13) 후단의 배출 면적을 조절 가능하게 차폐하는 조향부(14)를 포함할 수 있다.

유입관(11)은, 수중에 있는 차량 본체(8)의 하측으로 개구되어, 유입관(11)으로 차량 본체(8) 외부의 물이 유입될 수 있다.

구동부(12)는, 유입관(11)을 통해 물이 유입될 수 있도록 물을 흡입하는 동시에, 흡입된 물을 후방의 노즐부(13)를 통해 분출함으로써, 차량 본체(8)의 후방으로 분사되는 워터 제트를 형성할 수 있다.

예를 들어, 구동부(12)는 유입관(11)의 후방에 설치되고 후방으로 워터 제트를 분사하는 방향과 평행한 축을 중심으로 회전 구동되는 구동축(121)과, 구동축(121)을 중심으로 방사상으로 이격되어 설치되는 복수개의 날개를 구비하는 임펠러(122)와, 임펠러(122)의 후방의 구동축(121)에 설치되어 임펠러(122)에 의해 회전된 물을 후방의 노즐부(13)를 향해 직선으로 유동하도록 유동 경로를 전환할 수 있는 스테이터(123)를 포함할 수 있다.

노즐부(13)는 구동부(12)의 후방으로부터 연결되어 차량 본체의 후방으로 개구되도록 연장된 관으로서, 후방을 향해 워터 제트를 분사하는 배출구(131)를 포함할 수 있다. 노즐부(13)는, 구동부(12)로부터 가속된 물의 유동을 배출구(131)를 통해 후방으로 분출되도록 안내함으로써, 후방으로 분사되는 워터 제트를 형성할 수 있다.

조향부(14)는, 노즐부(13)의 후방에 설치되고 노즐부(13)의 배출구(131)를 부분적으로 차폐하도록 구동될 수 있다. 예를 들어, 조향부(14)는 배출구(131)의 평면상의 경로를 따라서 배출구(131)를 차폐가능하게 이동하는 조향판(141)과, 조향판(141)을 이동가능하게 구동시키는 차폐 조절부(142)와, 조향판(141)의 이동 경로를 가이드하는 가이드부(143)를 포함할 수 있다.

차폐 조절부(142)는, 조향판(141)이 배출구(131)를 차폐하도록 배출구(131)의 후단에서 조향판(141)을 회전시켜 배출구(131)의 개폐량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 차폐 조절부(142)는 배출구(131)의 평면과 수직한 구동축을 중심으로 조향판(141)을 회전 구동할 수 있다. 예를 들어, 차폐 조절부(142)는, 차량 본체(8)의 내부에 구비되는 모터 등의 구동원으로부터 동력을 전달받아 조향판(141)을 움직일 수 있다.

조향판(141)은 차폐 조절부(142)에 회전 가능하게 설치되고, 차폐 조절부(142)의 구동에 따라 배출구(131)를 적어도 부분적으로 차폐하여 노즐부(13)를 통해 분사되는 워트 제트의 분사량을 조절할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 조향부(14)는 차량 본체(8)의 전장 중심선을 기준으로 설치된 워터 제트 추진기(1)의 좌우측 방향에 따라서, 조향부(14)가 구동하는 방향은 서로 반대일 수 있고, 조향판(141)의 형상 역시 좌우 대칭적일 수 있다.

예를 들어, 조향판(141)은 노즐부(13)의 배출구(131)를 차량 본체(8)의 중앙에 가까운 안쪽 부분을 먼저 차폐하기 시작하여 점차 나머지 바깥쪽 부분까지 완전히 차폐하는 방향으로 구동될 수 있다. 따라서 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 노즐부(13)의 후단에 설치되는 차폐 조절부(142)는, 좌우측 각각의 배출구(131)의 상측에 설치될 수 있다. 이 경우 배출구(131)를 차폐시키기 위하여, 좌측 워터 제트 추진기(1)의 차폐 조절부(142)는 조향판(141)을 시계 방향으로 회전시키는 반면, 우측 워터 제트 추진기(1)의 차폐 조절부(142)는 조향판(141)을 반시계 방향으로 회전시킬 수 있다.

예를 들어, 차폐 조절부(142)는 도 1 및 도 3과 같이 배출구(131)의 상측에 설치될 수 있고, 차량 본체(8)의 전장 중심선에 가까운 내측으로부터 바깥쪽으로 회전하면서 배출구(131)를 차폐할 수 있다.

이상의 구조에 의하면, 도 5에 도시된 바와 같이 조향판(141)이 노즐부(13)의 배출구(131)를 일부 차폐하도록 구동될 경우, 배출구(131)의 배출 면적 중, 조향판(141)이 배출구(131)를 차폐한 부분을 제외한 나머지 개방된 부분은 상대적으로 배출구(131)의 상측 및 바깥쪽 부분에 형성될 수 있다. 이는 스테이터(123)를 통과한 유동 속도 분포를 고려하여 상대적으로 높은 위치에서 유동 속도가 높은 경향을 고려한 것이다.

따라서, 조향판(141)에 의해 측 방향으로 전향되어 분사되는 워터 제트는 바깥쪽 상향하는 방향으로 분사될 수 있고, 이는 차량의 조향시 원심력에 의해 발생하는 롤(roll) 움직임을 상쇄하는 힘으로 작용할 수 있다.

가이드부(143)는 노즐부(13)의 후방에 설치되어 조향판(141)의 이동 경로를 가이드할 수 있다.

예를 들어, 가이드부(143)는 조향판(141)의 부분 중, 차폐 조절부(142)로부터 이격된 조향판(141)의 가장자리 부분이 회전하는 경로를 따라서 맞물린 상태로 유지될 수 있도록 연장되어 형성되는 레일, 슬롯 또는 단차진 구조를 갖는 가이드 부재일 수 있다.

가이드부(143)에 의하면, 조향판(141)의 폐쇄시 고속의 물의 유동에 의해 조향판(141)이 외부로 이탈하거나 파손되지 않도록 지지할 수 있다.

일 실시 예에 따른 조향판(141)은, (i) 배출구(131)를 마주보는 부분중, 바깥쪽 부분의 일부가 워터 제트가 분사되는 후방을 향해 유선형으로 만곡되어 있는 편향 유로(1412)와, (ii) 편향 유로(1412)의 나머지 부분에서 배출구(131)와 평행하게 형성되는 편평부(1411)를 포함할 수 있다.

편평부(1411)가 배출구(131)와 오버랩되는 경우, 그 오버랩된 배출 면적은 차폐될 수 있으며, 편평부(1411)의 부분이 배출구(131)의 전체 배출 면적과 오버랩 될경우, 배출구(131)는 완전히 차페되어 노즐부(13) 외부로의 물의 유동이 차단될 수 있다.

예를 들어, 편평부(1411)는 차폐 조절부(142)로부터 먼 가장자리 부분을 따라서 가이드부(143)에 맞물리는 외곽부(14111, 도 3 참조)를 포함할 수있다.

편향 유로(1412)는, 배출구(131)를 차폐하도록 마주보는 조향판(141)의 바깥쪽 부분에 형성되어, 노즐부(13)를 통해 후방으로 분사된 물의 유동 방향이 차량 본체(8)의 후방 방향을 기준으로 상대적으로 바깥쪽 측 방향으로 전향될 수 있도록 안내할 수 있다.

이상의 구조에 의하면, 도 3과 같이 배출구(131)를 후방에서 바라볼 때, 조향판(141)이 회동하기 시작하여 편향 유로(1412)의 부분과 배출구(131)의 부분이 서로 오버랩되는 범위에서는 배출구(131)로부터 분사되는 워터 제트의 방향을 차량 본체(8)의 바깥쪽 방향으로 더욱 더 전향시킬 수 있다.

이후, 조향판(141)이 더 회전하여 편평부(1411)의 부분이 배출구(131)를 모두 차폐하게 될 경우, 노즐부(13)는 완전히 닫히게 되어 물의 유동이 완전히 차단될 수 있다.

예를 들어, 편향 유로(1412)는 조향판(141)이 배출구(131)를 차폐하지 않은 상태, 즉 노즐부(13)가 완전히 개방되어 있는 상태(도 3 참조)를 기준으로, 차폐 조절부(142)의 구동을 통해 조향판(141)이 슬라이딩 되어 배출구(131)에 먼저 오버랩되는 바깥쪽 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 편향 유로(1412)는 제트 유동의 운동량 손실을 줄일 수 있도록 유선형의 곡면을 갖는 유로 공간을 형성할 수 있다.

편향 유로(1412)에 의하면, 배출구(131) 외부에 일정한 유동 공간을 확보해 줌으로서 임펠러(122) 및 구동축(121)에 인가되는 내부 저항 증가를 완화시키고, 이로 인한 엔진의 운전점 및 추력변동을 줄여 조종 안정성 및 조향 성능 향상을 도모할 수 있다.

예를 들어, 편향 유로(1412)는 차량 본체(8) 바깥쪽 가장자리 부분이 후방으로 갈수록 함몰 형성되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 편향 유로(1412)는 바깥쪽 가장자리 부분으로 갈수록 단면적이 확개되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 편향 유로(1412)는 구(sphere)의 일부에 해당하는 형상으로 후방으로 오목하게 함몰 형성된 공간을 형성할 수 있다.

예를 들어, 편향 유로(1412)는 구동 방향을 기준으로 바깥쪽 가장자리 부분이 안쪽으로 만곡되어 있는 함몰부(14121)를 포함할 수 있다.

도 3과 같이, 배출구(131)를 후방에서 바라볼 때, 함몰부(14121)는 원주 형상을 따라 내측으로 함몰된 가장자리 부분을 형성할 수 있다.

함몰부(14121)에 의하면, 조향판(141)이 회전하여, 편향 유로(1412) 부분이 원형의 배출구(131)에 오버랩되면서 이동할 경우, 원주 형상의 함몰부(14121)에 의해, 나머지의 개방된 공간이 급격하게 감소되거나 증가하는 것을 방지하여, 추력 변동을 줄여 조종 안정성을 향상시킬 수 있다.

더불어, 편향 유로(1412)를 통해 전향되는 고속의 물의 유동이 여러 방향으로 분산되는 것을 완화하고, 배출구(131)의 나머지 개방 공간을 향해 집중적으로 전환되도록 유도함으로써, 조향 성능의 향상도 도모할 수 있다.

일 실시 예에 따른 조향부(14)에 의하면, 차폐 조절부(142)의 구동량에 따라서, 조향판(141)이 배출구(131)가 차폐되는 정도, 즉 배출구(131)의 배출 면적의 크기가 조절되어 분사되는 워터 제트를 통해 형성되는 추력을 조절할 수 있는 것과 동시에, 편향 유로(1412)에 의해 워터 제트의 분사 방향을 차량 본체(8)의 바깥쪽 방향으로 전향시키는 것이 가능하기 때문에, 워터 제트 추진 차량이 워터 제트 추진기(1)의 추력 차이를 이용하여 조향을 수행할 경우, 추가적인 조향력을 제공받을 수 있어 조향 성능의 향상을 도모할 수 있다.

도 6은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 구비하는 차량의 후방을 도시하는 사시도이고, 도 7은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 구비하는 차량의 후면도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진 차량은, 차량 본체(9)와, 차량 본체(9)의 후방에 설치되어 수상 주행시 추력을 형성할 수 있는 워터 제트 추진기(2)와, 수륙 양용으로 운용될 수 있도록 차량 본체(9)의 좌우 양측에 육상 주행을 수행하는 차륜(92)을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기(2)는 노즐부(13)와 차량 본체(9)의 측면을 연결하는 유도관(25)을 더 포함할 수 있다.

유도관(25)은 노즐부(13)로 유입된 물의 유동이 차량 본체(8)의 외부를 향해 분사되도록 유도함으로써, 차량 본체(9)의 후진 또는 조향에 필요한 추력을 형성할 수 있다.

예를 들어, 유도관(25)은, 노즐부(13)로부터 연결되어 차량 본체(9)의 측면을 통해 차량 본체(9) 바깥쪽으로 개구될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 유도관(25)의 개구는 차량 본체(9)의 전방을 향해 비스듬한 각도로 개구되어 있을 수 있다.

이상의 구조에 의하면, 수상에서 차량 본체(9)의 후진시, 조향부(14)를 통해 노즐부(13)의 배출구(131)를 완전히 차폐함으로써, 노즐부(13)로 이동된 물의 유동이 유도관(25)을 통하여 차량 본체(9)의 측면을 통해 전방으로 분사하여 후진 구동에 필요한 추력을 형성할 수 있다.

도 8은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기와 일반적인 조향부를 갖는 종래의 워터 제트 추진기 각각이 조향시 발생하는 선회 직경을 비교한 그래프이다.

도 8을 참조하면, 일 실시 예에 따른 편향 유로(1412) 구조가 적용된 워터 제트 추진기(1)와, 편향 유로(1412)가 없는 종래의 워터 제트 추진기 각각을 이용하여 실제 차량의 조향시 선회 경로를, 조향판의 폐쇄율 별로 수치 해석 결과를 바탕으로 비교한 그래프가 도시된다.

그래프에 도시된 바와 같이, 조향판의 폐쇄율 별로(75%, 50%, 25%) 비교할 경우, 편향 유로(1412)가 적용된 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기(1)를 갖는 워터 제트 추진 차량이 형성하는 선회 경로의 반경이, 편향 유로(1412)가 미적용된 종래의 워터 제트 추진 차량의 선회 반경보다 작게 형성되는 것을 확인할 수 있고, 그 차이는 조향판(141)의 폐쇄율이 작은(25%), 즉 고속 주행에서 가장 두드러지게 나타나는 점을 알 수 있다.

따라서, 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기(1)에 의하면 워터 제트 추진 차량의 조향장치 작동에 따른 고속 선회 시 편향 유로를 통과하는 제트 유동을 이용하여 원심력에 따른 차량의 롤 방향 안정성을 확보하는 동시에, 추가 조향력을 제공할 수 있어 조향성능 향상을 도모할 수 있다.

도 9는 종래의 워터 제트 추진기를 갖는 차량의 속도별 조향판의 폐쇄율을 나타내는 그래프이고, 도 10은 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기를 갖는 차량의 속도별 조향판의 폐쇄율을 나타내는 그래프이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 일 실시 예에 따른 편향 유로(1412) 구조가 적용된 워터 제트 추진기(1)와, 편향 유로(1412)가 없는 종래의 워터 제트 추진기 각각을 이용하여 실제 차량의 운전 속도에 따라, (i) 엔진의 최대 출력 선도와, (ii) 조향판(141)의 폐쇄율에 따른 워터 제트 추진기(1)의 소요 동력의 등고선을 나타낸 그래프가 도시된다.

각각의 그래프를 통해서, 각 차량의 차속별로 엔진 최대 출력점 이상으로는 전향기를 닫을 수 없는 임계 폐쇄율을 파악할 수 있다.

도 9 및 도 10을 비교하면, 종래의 워터 제트 추진 차량은 최대 설계 선속(v_design)에서 20%의 폐쇄율까지 엔진의 최대 출력을 사용할수 있지만, 편향 유로(1412)가 적용된 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기(1)를 갖는 차량은 동일 최대 설계 선속에서 최대 40%의 폐쇄율까지 엔진의 출력을 사용할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

결과적으로 일 실시 예에 따른 워터 제트 추진기(1)는 고속 주행에 있어서도 엔진 출력의 저하 없이, 높은 선회 성능을 달성할 수 있어서, 해상 기동 성능과 관련된 성능 향상에 있어서 현저한 효과를 달성할 수 있다.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (18)

1. 물을 흡입하여 후방으로 워터 제트를 분사하고, 좌우로 이격되어 있는 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기에 있어서,
   상기 워터 제트 추진기의 후단에 회동 가능하게 설치되고, 상기 워터 제트 추진기의 배출 면적을 차폐하도록 오버랩되는 조향판을 구비하는 한 쌍의 조향부를 포함하고,
   상기 조향판 중 적어도 일부는 후방으로 함몰된 유선형 공간을 갖고,
   상기 조향부는, 상기 워터 제트 추진기의 후단에서, 상기 조향판을 회동시키는 차폐 조절부를 더 포함하고,
   상기 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기의 좌우측 중심을 기준으로, 상기 차폐 조절부는 상기 조향판이 상기 워터 제트 추진기의 후단의 안쪽으로부터 바깥쪽 방향으로 차폐하도록 회전시키는 것을 특징으로 하는 워터 제트 추진기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 워터 제트 추진기는, 후방으로 워터 제트를 분사하는 배출구를 구비하는 노즐부를 더 포함하고,
   상기 조향판은,
   회전 구동함에 따라서 상기 배출구와 오버랩되는 바깥쪽 가장자리 부분이 후방으로 유선형으로 만곡되어 있는 편향 유로; 및
   상기 편향 유로를 제외한 나머지 부분이 상기 배출구와 평행하게 형성되는 편평부를 포함하는 워터 제트 추진기.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 조향부는,
   상기 노즐부의 후방에 설치되고, 상기 조향판의 부분 중 상기 차폐 조절부로부터 먼 가장자리 부분을 따라서 맞물린 상태로 연장되어 형성되는 가이드부를 더 포함하는 워터 제트 추진기.
   
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 차폐 조절부는 상기 배출구의 상측에 설치되고,
   상기 조향판이 상기 배출구를 차폐하도록 회전할 경우, 상기 조향판이 상기 배출구에 오버랩되어 차폐하는 부분을 제외한 나머지의 개방된 부분은 상대적으로 배출구의 상측 및 바깥쪽 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 워터 제트 추진기.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 편향 유로는, 구동 방향을 기준으로 바깥쪽 가장자리 부분이 내측을 향해 원주 형상으로 만곡되어 있는 함몰부를 포함하는 워터 제트 추진기.
   
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 편향 유로는, 바깥쪽 가장자리 부분으로 갈수록 단면적이 확개되는 구의 일부에 해당하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 워터 제트 추진기.
   
9. 차량 본체; 및
   상기 차량 본체의 후방에서 좌우측 각각으로 이격되어 설치되고, 물을 흡입하여 상기 차량 본체의 후방으로 워터 제트를 분사하는 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기를 포함하고,
   상기 워터 제트 추진기는,
   후방으로 워터 제트를 분사하는 배출구를 구비하는 노즐부; 및
   상기 노즐부의 후단에 회동 가능하게 설치되고, 상기 배출구의 배출 면적을 차폐하도록 오버랩되는 조향판을 구비하는 한 쌍의 조향부를 포함하고,
   상기 조향판은,
   회전 구동함에 따라서 상기 배출구와 오버랩되는 바깥쪽 가장자리 부분이 후방으로 유선형으로 만곡되어 있는 편향 유로; 및
   상기 편향 유로를 제외한 나머지 부분이 상기 배출구와 평행하게 형성되는 편평부를 포함하고,
   상기 조향부는, 상기 워터 제트 추진기의 후단에서, 상기 조향판을 회동시키는 차폐 조절부를 더 포함하고,
   상기 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기 각각의 차폐 조절부는, 상기 조향판이 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로 상기 배출구를 안쪽으로부터 바깥쪽 방향으로 차폐하도록 회전시키는 워터 제트 추진 차량.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조향판 중 적어도 일부는 후방으로 함몰된 유선형 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 워터 제트 추진 차량.
    
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 9 항에 있어서,
    상기 차폐 조절부는 상기 배출구의 상측에 설치되고,
    상기 조향판이 상기 배출구를 차폐하도록 회전할 경우, 상기 조향판이 상기 배출구에 오버랩되어 차폐하는 부분을 제외한 나머지의 개방된 부분은, 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로 상대적으로 배출구의 상측 및 바깥쪽 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 워터 제트 추진 차량.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기는,
    상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로, 각각의 노즐부로부터 상기 차량 본체의 바깥쪽 측부로 연결되는 유도관을 더 포함하는 워터 제트 추진 차량.
    
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 유도관은 차량 본체의 전방을 향해 비스듬한 각도를 가지면서 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 워터 제트 추진 차량.
    
16. 제 13 항에 있어서,
    상기 편향 유로는, 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로, 바깥쪽 가장자리 부분이 내측을 향해 원주 형상으로 만곡되어 있는 함몰부를 포함하는 워터 제트 추진 차량.
    
17. 제 13 항에 있어서,
    상기 조향부는,
    상기 노즐부의 후방에 설치되고, 상기 조향판의 부분 중 상기 차폐 조절부로부터 먼 가장자리 부분을 따라서 맞물린 상태로 연장되어 형성되는 가이드부를 더 포함하는 워터 제트 추진 차량.
    
18. 워터 제트 추진 차량에 있어서,
    차량 본체; 및
    상기 차량 본체의 후방에서 좌우측 각각으로 이격되어 설치되고, 물을 흡입하여 상기 차량 본체의 후방으로 워터 제트를 분사하는 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기를 포함하고,
    상기 워터 제트 추진기는,
    후방으로 워터 제트를 분사하는 배출구를 구비하는 노즐부; 및
    상기 배출구의 배출 면적을 차폐하도록 오버랩되는 조향판을 구비하는 한 쌍의 조향부를 포함하고,
    상기 워터 제트 추진 차량은, 상기 차량 본체의 전장 중심선을 기준으로, 상기 노즐부로부터 상기 차량 본체의 바깥쪽 측부로 연결되는 유도관을 더 포함하고,
    상기 조향판 중 적어도 일부는 후방으로 함몰된 유선형 공간을 갖고,
    상기 조향부는, 상기 워터 제트 추진기의 후단에서, 상기 조향판을 회동시키는 차폐 조절부를 더 포함하고,
    상기 적어도 한 쌍의 워터 제트 추진기의 좌우측 중심을 기준으로, 상기 차폐 조절부는 상기 조향판이 상기 워터 제트 추진기의 후단의 안쪽으로부터 바깥쪽 방향으로 차폐하도록 회전시키는 것을 특징으로 하는 워터 제트 추진 차량.

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