KR102260442B1 - 추진효율향상장치 - Google Patents

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Abstract

추진효율향상장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 추진효율향상장치는 프로펠러의 전방에 배치되는 전류고정날개를 포함하고, 상기 전류고정날개의 끝단부에는 후방으로 갈수록 상기 프로펠러의 회전축에서 멀어지는 방향으로 연장된 너클 라인이 형성된다.

Description

추진효율향상장치{PROPULSION EFFICIENCY ENHANCING APPARATUS}
본 발명은 추진효율향상장치에 관한 것이다.
종래 선박의 추진 효율을 향상시키기 위해 전류고정날개가 사용되고 있다. 전류고정날개는 통상 프로펠러가 회전하여 선체가 전진 주행하고 있을 때 선미부분의 물의 흐름을 프로펠러의 회전방향과 반대로 휘게 하여 프로펠러로 유입시킨다. 이때, 전류고정날개에 의해 생성된 회전류를 프로펠러가 흡수함으로써 프로펠러의 추진효율이 향상된다.
종래 전류고정날개는 선박의 운항 중 전류고정날개의 끝단부에 케비테이션이 발생하는데, 이러한 케비테이션은 전류고정날개의 후방에 위치한 프로펠러에 영향을 주어 추진효율을 저해하는 문제가 있다.
공개특허공보 제10- 2010-0103982호(2010.9.29.)
본 발명의 실시예는, 전류고정날개의 끝단부에서 발생되는 케비테이션이 프로펠러에 미치는 영향이 최소가 되도록 구성된 추진효율향상장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러의 전방에 배치되는 전류고정날개를 포함하고, 상기 전류고정날개의 끝단부에는 후방으로 갈수록 상기 프로펠러의 회전축에서 멀어지는 방향으로 연장된 너클 라인이 형성되는, 추진효율향상장치가 제공될 수 있다.
상기 끝단부에서 발생되는 케비테이션에 의한 기포는 상기 너클 라인의 연장선을 따라 이동하고, 상기 프로펠러와 간섭하지 않을 수 있다.
상기 끝단부는, 상기 전류고정날개의 스팬의 길이의 0.1배 이상 0.3배 이하의 길이를 가질 수 있다.
상기 끝단부는 주물에 의해 제작될 수 있다.
상기 끝단부는, 압력면 쪽에서 바라볼 때 그 끝단의 코너가 라운드 형상을 가지거나, 트레일링 에지 쪽에서 바라볼 때 그 끝단이 라운드 형상을 가질 수 있다.
상기 전류고정날개는 복수로 제공되고, 상기 전류고정날개들은 상호 이격되어 배치되고, 상기 전류고정날개들은 최상측에 위치하는 전류고정날개에서 최하측에 위치하는 전류고정날개 방향으로 순차적으로 스팬의 길이가 짧아질 수 있다.
상기 전류고정날개의 개수는 세 개이며, 상기 전류고정날개들 중 최상측에 위치하는 제 1 전류고정날개의 설치각은 30도 이상 50도 이하의 범위를 가지고, 중간에 위치하는 제 2 전류고정날개의 설치각은 60도 이상 80도 이하의 범위를 가지며, 최하측에 위치하는 제 3 전류고정날개의 설치각은 100도 이상 120도 이하의 범위를 가질 수 있다.
상기 제 1 전류고정날개의 스팬의 길이는 상기 프로펠러의 반경의 0.9배 이상 1.1배 이하이고, 상기 제 2 전류고정날개의 스팬의 길이는 상기 프로펠러의 반경의 0.8배 이상 1.0배 이하이며, 상기 제 3 전류고정날개의 스팬의 길이는 상기 프로펠러의 반경의 0.6배 이상 0.8배 이하일 수 있다.
상기 전류고정날개들 중 임의로 선택된 하나의 전류고정날개는 바로 아래에 위치하는 다른 고정날개보다 후방에 위치할 수 있다.
상기 전류고정날개들 중 임의로 선택된 하나의 전류고정날개와 바로 아래에 위치하는 다른 전류고정날개의 전후 거리는 상기 프로펠러의 직경의 0.05배 이상 0.15배 이하일 수 있다.
상기 전류고정날개들은 후퇴익 형상을 가질 수 있다.
상기 회전축을 중심으로 동일한 반경에서, 상기 전류고정날개들 중 임의로 선택된 하나의 전류고정날개는 바로 아래에 위치하는 다른 전류고정날개보다 큰 코드 길이를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전류고정날개의 끝단부에 후방으로 갈수록 프로펠러의 회전축에서 멀어지는 방향으로 연장된 너클 라인이 형성됨으로써, 너클 라인의 연장선을 따라 이동하는 케비테이션에 의한 기포는 프로펠러의 회전축에서 멀어지게 되어 프로펠러에 미치는 영향이 저감되고, 전류고정날개의 끝단부에서 발생되는 케비테이션에 의해 프로펠러의 추진 효율이 나빠지는 것을 방지하거나 개선할 수 있으며, 프로펠러의 소음 수준, 진동 수준 등이 저하되는 것을 방지하거나 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치를 측면에서 바라본 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치를 후방에서 바라본 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치의 전류고정날개를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치의 전류고정날개를 설명하기 위한 도면이고,
도 6은 전류고정날개들이 없는 나선(barehull) 상태에서 프로펠러로 유입되는 반류의 유속 분포를 프로펠러의 회전면에 나타낸 도면으로 프로펠러에서 전방을 바라본 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치에 관하여 수행된 실험데이터를 나타내는 도면이고,
도 8은 프로펠러의 회전축을 중심으로 동일한 반경에서 도 1에 도시된 전류고정날개들의 코드 길이를 비교하기 위한 도면이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예에 따른 추진효율향상장치를 나타내는 도면이고,
도 10은 도 9에 도시된 추진효율향상장치의 비교예와 실험예에 대한 추력감소계수를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치를 측면에서 바라본 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치를 후방에서 바라본 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 추진효율향상장치(100)는 전류고정날개(110, 120, 130)를 포함한다.
전류고정날개(110, 120, 130)는 프로펠러(20)로 유입되는 유동을 프로펠러(20)의 회전방향과 반대방향으로 유도하여 프로펠러(20)의 회전방향과 반대방향의 회전류를 발생시킨다. 전류고정날개(110, 120, 130)에 의한 회전류는 프로펠러(20)로 유입되어 프로펠러(20)의 회전방향의 회전류를 감소시킴으로써 추진 효율을 향상시킨다.
전류고정날개(110, 120, 130)는 선체(10)의 스턴 보스(15)에 설치될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
본 실시예에서, 전류고정날개(110, 120, 130)의 개수는 세 개이나 이는 예시에 불과하고 본 발명의 사상을 제한하지 않는다. 예컨대, 추진효율향상장치(100)는 하나의 전류고정날개를 포함하거나 복수의 전류고정날개를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치에 포함된 임의의 전류고정날개를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이다. 참고로 도 1에 도시된 전류고정날개(110, 120, 130) 중 최상측에 위치하는 전류고정날개(110)를 임의로 선택하여 도 3에 도시하였다.
이하 설명되는 특징들은 도 3에 도시된 전류고정날개(110)에만 국한되지 않고, 다른 전류고정날개(120, 130)에도 적용된다. 또한 도 3에서 볼 때 좌측 방향은 전류고정날개(110)의 전방을 의미하고, 우측 방향은 전류고정날개(110)의 후방을 의미한다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 전류고정날개(110)의 끝단부(111)에는 너클 라인(113)이 형성된다. 끝단부(111)는 너클 라인(113)을 중심으로 전류고정날개(110)의 흡입면 방향으로 꺽인다. 끝단부(111)의 꺽인 형상은 끝단부(111)에서 발생되는 케비테이션의 양을 저감시킨다.
전류고정날개(110)의 끝단부(111)에서 발생되는 케비테이션에 의한 기포는 너클 라인(113)의 연장선(Y)을 따라 후방으로 이동한다. 기포는 너클 라인(113)의 연장선(Y)을 따라 후방으로 이동하는 와류와 함께 이동한다.
너클 라인(113)은 후방으로 갈수록 프로펠러(20)의 회전축(X)에서 멀어지는 방향으로 연장된다. 이 경우, 너클 라인(113)의 연장선(Y)을 따라 이동하는 기포는 프로펠러(20)의 회전축(X)에서 멀어지게 되어 프로펠러(20)에 미치는 영향이 저감된다. 따라서 전류고정날개(110)의 끝단부(111)에서 발생되는 케비테이션에 의해 프로펠러(20)의 추진 효율이 나빠지는 것을 방지하거나 개선할 수 있다. 나아가 프로펠러(20)의 소음 수준, 진동 수준 등이 저하되는 것을 방지하거나 개선할 수 있다.
너클 라인(113)은 연장선(Y)을 따라 이동하는 기포는 프로펠러(20)와 간섭하지 않도록 형성된다. 일례로, 너클 라인(113)은 그 연장선(Y)이 프로펠러(20)와 만나지 않도록 형성된다. 또는 너클 라인(113)은 그 연장선(Y)이 프로펠러(20)의 회전면(도 2의 P)을 관통하지 않고 회전면(도 2의 P)의 바깥을 지나도록 형성된다.
프로펠러(20)의 회전면(도 2의 P)은 프로펠러(20)의 회전 궤적으로서 프로펠러(20)의 회전축(X)에 수직하고 프로펠러(20)의 반경과 동일한 반경을 가진다.
너클 라인(113)의 연장선(Y)을 따라 이동하는 기포가 프로펠러(20)와 간섭하지 않으면, 기포가 프로펠러(20)에 전혀 영향을 미치지 않는다. 따라서 프로펠러(20)의 추진 효율뿐만 아니라 프로펠러(20)의 소음 수준, 진동 수준 등을 유지할 수 있다.
전류고정날개(110)의 끝단부(111)는 주물로 제작될 수 있다. 이 경우, 끝단부(111)에 너클 라인(113)을 형성하는 것이 용이하다. 대안적으로 끝단부(111)는 주물 외에 다양한 방법으로 제작될 수 있음은 물론이다.
전류고정날개(110)의 나머지 부분(112)은 주물이 아닌 통상적인 전류고정날개 제작 방식, 즉 압력면과 흡입면을 각각 구성하는 두 개의 플레이트를 상호 결합하는 방식으로 제작될 수 있다. 끝단부(111)는 나머지 부분(112)에 용접 등의 방법으로 결합된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치의 전류고정날개를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 끝단부(111, 121, 131)는 전류고정날개(110, 120, 130)의 스팬의 길이(LX)의 0.1배 이상 0.3배 이하의 길이(LT)를 가질 수 있다. 전류고정날개(110, 120, 130)의 스팬의 길이(LX)는, 프로펠러의 회전축(X)으로부터 전류고정날개(110, 120, 130)의 끝단까지의 거리를 의미한다.
본 출원인은 너클 라인이 없는 일반적인 전류고정날개를 대상으로 실험을 수행한 결과, 전류고정날개의 끝단에서 발생한 캐비테이션이 후류로 흘러가면서 프로펠러 표면을 강타하고 있음을 확인하였다.
그리고 일반적인 전류고정날개는 전류고정날개의 스팬 길이의 0.7배 이상 0.9배 이하의 영역에서 프로펠러(20)의 회전방향과 반대방향의 회전류를 지배적으로 발생시킴을 확인하였다.
이와 같은 실험 결과를 근거로 전류고정날개(110, 120, 130)가 회전류 발생을 원활하게 함과 동시에 그 끝단에서 발생하는 케비테이션을 저감시키기 위해 끝단부(111, 121, 131)의 길이가 전류고정날개(110, 120, 130)의 스팬 길이의 0.1배 이상 0.3배 이하로 결정될 수 있다.
위와 같은 길이를 가지는 끝단부(111, 121, 131)에 너클 라인(113)을 형성하여 제작하면, 케비테이션에 의한 기포가 너클 라인(113)의 연장선(Y)을 따라 이동하며 프로펠러(20)와 간섭하지 않아 프로펠러(20)의 추진 효율, 소음 수준, 진동 수준 등이 효과적으로 유지될 수 있다.
끝단부(111)는 도 3 및 도 5와 같이 압력면(또는 흡입면) 쪽에서 바라볼 때 끝단의 코너가 라운드 형상을 가질 수 있다. 또는 끝단부(111)는 도 4와 같이 트레일링 에지(또는 리딩 에지) 쪽에서 바라볼 때 끝단이 라운드 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 끝단부(111)의 끝단 형상은 케비테이션의 발생을 저감시킨다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 추진효율향상장치(100)가 복수의 전류고정날개를 가진다는 가정에서 추진효율향상장치(100)에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 추진효율향상장치(100)는 세 개의 전류고정날개(110, 120, 130)를 가진다. 설명의 편의를 위해 최상측에 위치하는 전류고정날개(110)를 '제 1 전류고정날개(110)'라 하고, 중간에 위치하는 전류고정날개(120)를 '제 2 전류고정날개(120)'라 하고, 최하측에 위치하는 전류고장날개(130)를 '제 3 전류고정날개(130)'라 한다.
제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)는 프로펠러(20)의 전방에 배치되고 상호 이격되어 배치된다. 일례로, 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)는 도 2와 같이 프로펠러(20)의 회전축(X)을 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 프로펠러(20)는 도 2에서 볼 때 시계방향으로 회전한다. 이 경우, 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)는 모두 프로펠러(20)의 회전면(P)의 좌측 영역 및 우측 영역 중 프로펠러(20)가 상방을 향하여 회전하는 좌측 영역에 위치한다.
이와 관련하여 프로펠러(20)의 회전면(P)의 우측 영역에서는 프로펠러(20)로 유입되는 유입류의 방향이 프로펠러(20)의 회전방향과 반대 방향이 되어 프로펠러(20)의 날개 단면에서 받음각이 증가되며, 받음각 증가로 인해 상대적으로 높은 추력이 발생된다.
반면 프로펠러(20)의 회전면(P)의 좌측 영역에서는 프로펠러(20)로 유입되는 유입류의 방향이 프로펠러(20)의 회전방향과 동일한 방향이 되어 프로펠러(20)의 날개 단면에서 받음각이 감소되며, 받음각 감소로 인해 상대적으로 낮은 추력이 발생된다.
따라서 프로펠러(20)의 회전면(P)의 좌측 영역에 전방고정날개들(110, 120, 130)을 위치시켜 프로펠러(20)로 유입되는 유입류에 프로펠러(20)의 회전방향과 반대 방향의 흐름을 생성시킴으로써 프로펠러(20)의 날개 단면에서의 받음각이 증가되고 추진효율이 향상된다.
대안적으로, 프로펠러(20)는 후방에서 볼 때 반시계방향으로 회전할 수 있다. 이 경우, 도 2와 달리 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)는 모두 프로펠러(20)의 회전면(P)의 좌측 영역 및 우측 영역 중 프로펠러(20)가 상방을 향하여 회전하는 우측 영역에 위치한다.
제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)는 각각 최상측에 위치하는 제 1 전류고정날개(110)부터 최하측에 위치하는 제 3 전류고정날개(130)에 방향으로 순차적으로 스팬의 길이가 짧아진다. 달리 표현하면, 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130) 중 임의로 선택된 하나의 전류고정날개는 바로 아래에 위치하는 전류고정날개보다 스팬의 길이가 길다.
도 6은 전류고정날개들이 없는 나선(barehull) 상태에서 프로펠러로 유입되는 반류의 유속 분포를 프로펠러의 회전면에 나타낸 도면으로 프로펠러에서 전방을 바라본 도면이다. 도 2 및 도 6을 참조하면, 프로펠러(도 1의 20)의 회전면(P)에서의 반류의 유속은, 프로펠러(도 1의 20)의 회전축(X)을 중심으로 회전축(X)을 지나는 수직선(V)의 상측 구간을 0도로 하여 시계방향 또는 반시계방향으로 각도가 증가할수록, 증가하는 경향이 있다.
이러한 유입류의 유속의 증가에 대응하여, 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)는 각각의 스팬의 길이가 순차적으로 짧아진다. 이 경우, 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)로 갈수록 유입류의 유속 증가에 따른 저항의 증가를 방지할 수 있다.
도 6과 같은 반류의 유속 분포에서 제 1 전류고정날개(110)의 설치각(a)은 30도 이상 50도 이하의 범위를 가지고, 제 2 전류고정날개(120)의 설치각(b)은 60도 이상 80도 이하의 범위를 가지고, 제 3 전류고정날개(130)의 설치각(c)은 100도 이상 120도 이하의 범위를 가질 수 있다.
여기서 설치각(a, b, c)은, 프로펠러(20)의 회전축(X)을 중심으로 하고, 회전축(X)을 지나는 수직선(V)의 상측 구간을 0도로 하여 전류고정날개들(110, 120, 130)의 설치 위치까지 반시계방향으로 회전하여 얻어지는 각도를 의미한다.
제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)가 각각 위와 같은 설치각(a, b, c)을 가지는 경우, 반류의 유속 분포에서 저항을 최소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진효율향상장치에 관하여 수행된 실험데이터를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 6과 같은 반류 조건에서 그리고 스테이터 1의 설치각이 30도 이상 50도 이하의 범위를 가지고, 스테이터 2의 설치각이 60도 이상 80도 이하의 범위를 가지며, 스테이터 3의 설치각이 100도 이상 120도 이하의 범위를 가지며, 스테이터 1, 스테이터 2 및 스테이터 3의 스팬의 길이가 프로펠러 반경의 1.0배인 조건에서, 전산유체해석을 통해 스테이터 1, 스테이터 2 및 스테이터 3를 각각 프로펠러 반경의 0.1배 간격으로 등분하여 등분된 각 성분에 작용하는 저항을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, 스테이터 1의 경우 프로펠러 반경의 0.9배 이상에서 스테이터 1에 작용하는 저항이 플러스로 전환되고, 스테이터 2의 경우 프로펠러 반경의 0.8배 이상에서 스테이터 2에 작용하는 저항이 플러스로 전환되며, 스테이터 3의 경우 프로펠러 반경의 0.7배 이상에서 스테이터 3에 작용하는 저항이 플러스로 전환됨을 알 수 있다.
도 2를 참조하면, 위와 같은 실험데이터를 기초로, 제 1 전류고정날개(110)의 스팬의 길이는 프로펠러(20) 반경(R)의 0.9배 이상 1.1배 이하이고, 제 2 전류고정날개(120)의 스팬의 길이는 프로펠러(20) 반경(R)의 0.8배 이상 1.0배 이하이며, 제 3 전류고정날개(130)의 스팬의 길이는 프로펠러(20) 반경(R)의 0.6배 이상 0.8배 이하로 결정될 수 있다.
이 경우, 전류고정날개들(110, 120, 130)로 유입되는 유입류에 의한 저항이 효과적으로 감소될 수 있다.
도 1을 참조하면, 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)는 후퇴익 형상을 가질 수 있다. 이 때, 전류고정날개들(110, 120, 130)은 각각 트레일링 에지가 회전축(X)에 수직한 직선 상에 놓일 수 있다. 이 경우, 전류고정날개들(110, 120, 130)이 프로펠러(20)와 최대한 근접하게 되어 전류고정날개에서 발생되는 프로펠러(20)의 회전방향과 반대방향의 회전류가 프로펠러(20)로 바로 유입될 수 있어 추진효율이 향상된다.
도 8은 프로펠러의 회전축을 중심으로 동일한 반경에서 도 1에 도시된 전류고정날개들의 코드 길이를 비교하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 프로펠러(20)의 회전축(X)을 중심으로 동일한 반경에서 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130) 중 임의로 선택된 하나의 전류고정날개는 바로 아래에 위치하는 다른 고정날개보다 큰 코드 길이를 가질 수 있다.
달리 표현하면 프로펠러(20)의 회전축(X)을 중심으로 동일한 반경에서 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)의 코드 길이는 순차적으로 짧아질 수 있다. 여기서 전류고정날개(110, 120, 130)의 코드 길이는 전류고정날개(110, 120, 130)의 단면에서 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지의 길이를 의미한다.
날개의 코드 길이가 짧다는 것은 날개로 유입되는 유입류에 대한 접촉면적이 작다는 것을 의미한다. 반대로 날개의 코드 길이가 길다는 것은 날개로 유입되는 유입류에 대한 접촉면적이 크다는 것을 의미한다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 프로펠러(도 1의 20)의 회전면(P)에서의 반류의 유속은, 프로펠러(도 1의 20)의 회전축(X)을 중심으로 회전축(X)을 지나는 수직선(V)의 상측 구간을 0도로 하여 시계방향 또는 반시계방향으로 각도가 증가할수록, 증가하는 경향이 있다.
이러한 반류의 유속 분포에서 회전축(X)을 중심으로 방사상으로 순차적으로 배치되는 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)로 각각 유입되는 유입류의 유속은 증가한다.
이러한 유입류의 유속의 증가에 대응하여, 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)의 코드 길이는 순차적으로 짧아진다. 이 경우, 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)로 갈수록 유입류의 유속 증가에 따른 저항의 증가를 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실시예에 따른 추진효율향상장치를 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 추진효율향상장치(200)는 제 1 전류고정날개(210), 제 2 전류고정날개(220) 및 제 3 전류고정날개(230)를 포함한다.
본 실시예에 따른 제 1 전류고정날개(210), 제 2 전류고정날개(220) 및 제 3 전류고정날개(230)는 앞선 실시예에 따른 제 1 전류고정날개(110), 제 2 전류고정날개(120) 및 제 3 전류고정날개(130)의 특징을 모두 가질 수 있으며 이에 대한 설명은 생략한다.
본 실시예에서, 제 1 전류고정날개(210), 제 2 전류고정날개(220) 및 제 3 전류고정날개(230) 중 임의로 선택된 하나의 전류고정날개는 바로 아래에 위치하는 다른 고정날개보다 후방에 위치한다.
달리 표현하면, 제 1 전류고정날개(210), 제 2 전류고정날개(220) 및 제 3 전류고정날개(230)는 순차적으로 전방으로 배치된다. 달리 표현하면, 제 1 전류고정날개(210)가 가장 후방에 위치하고, 제 2 전류고정날개(220)가 중간에 위치하고, 제 3 전류고정날개(230)가 가장 전방에 위치한다.
이와 같이 제 1 전류고정날개(210), 제 2 전류고정날개(220) 및 제 3 전류고정날개(230)가 선체(10)의 길이방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치하는 경우 전류고정날개들(210, 220, 230)이 선체(10)의 길이방향으로 동일선 상에 위치하는 경우에 비해 선체(10)에 작용하는 저항이 감소된다.
본 출원인은 스테이터들이 선체의 길이방향으로 동일선 상에 위치하는 경우(이하, '비교예'라 함)와 스테이터들이 순차적으로 전방으로 배치된 경우(이하, '실험예'라 함)에 대해 전산유체해석을 통한 저항 및 자항 성능을 해석하였다. 해석 결과 도 10과 같은 추력감소계수(t)가 도출되었다. 참고로 실험예는 본 실시에에 따른 추진효율향상장치(200)와 대응하고, 도 10는 도 9에 도시된 추진효율향상장치의 비교예와 실험예에 대한 추력감소계수를 나타내는 도면이다.
도 10을 참조하면, 실험예의 추력감소계수가 비교예의 추력감소계수보다 낮음을 확인할 수 있다.
이러한 결과는 제 1 전류고정날개(210), 제 2 전류고정날개(220) 및 제 3 전류고정날개(230)가 선체(10)의 길이방향으로 소정의 거리만큼 떨어져 위치하는 경우 전류고정날개들(210, 220, 230) 사이에서 발생되는 벤추리 효과가 약화되어 선체(10)에 걸리는 저항을 저감시키기 때문이다.
도 9를 참조하면, 제 1 전류고정날개(210) 및 제 2 전류고정날개(220)의 전후 거리(D1) 및 제 2 전류고정날개(220) 및 제 3 전류고정날개(230)의 전후 거리(D2)는 각각 프로펠러(20)의 직경의 0.05배 이상 0.15배 이하일 수 있다.
전류고정날개들(210, 220, 230) 사이의 전후 거리(D1, D2)가 위와 같은 범위를 초과하는 경우 전류고정날개들(210, 220, 230)과 프로펠러(20) 사이의 거리가 멀어져 전류고정날개들(210, 220, 230)에 의해 유도되는 유동이 프로펠러(20)로 충분히 유입되지 않아 추진 효율이 떨어질 수 있다.
또한 전류고정날개들(210, 220, 230) 사이의 전후 거리가 위와 같은 범위보다 작은 경우 전류고정날개들(210, 220, 230) 사이에서 발생되는 벤추리 효과에 의해 선체에 걸리는 저항이 증가할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 선체
15 : 스턴 보스
20 : 프로펠러
100 : 추진효율향상장치
110, 120, 130 : 제 1 전류고정날개
111, 121, 131 : 끝단부
1111, 1121, 1311: 너클 라인

Claims (12)

  1. 프로펠러의 전방에 배치되는 전류고정날개를 포함하고,
    상기 전류고정날개의 끝단부에는 후방으로 갈수록 상기 프로펠러의 회전축에서 멀어지는 방향으로 연장된 너클 라인이 형성되고,
    상기 전류고정날개는 복수로 제공되고,
    상기 전류고정날개들은 상호 이격되어 배치되고,
    상기 전류고정날개들은 최상측에 위치하는 전류고정날개에서 최하측에 위치하는 전류고정날개 방향으로 순차적으로 스팬의 길이가 짧아지고,
    상기 전류고정날개의 개수는 세 개이며,
    상기 전류고정날개들 중 최상측에 위치하는 제 1 전류고정날개의 설치각은 30도 이상 50도 이하의 범위를 가지고, 중간에 위치하는 제 2 전류고정날개의 설치각은 60도 이상 80도 이하의 범위를 가지며, 최하측에 위치하는 제 3 전류고정날개의 설치각은 100도 이상 120도 이하의 범위를 가지는, 추진효율향상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 끝단부에서 발생되는 케비테이션에 의한 기포는 상기 너클 라인의 연장선을 따라 이동하고, 상기 프로펠러와 간섭하지 않는, 추진효율향상장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 끝단부는,
    상기 전류고정날개의 스팬의 길이의 0.1배 이상 0.3배 이하의 길이를 가지는, 추진효율향상장치.
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