KR102451635B1 - 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타 - Google Patents

상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방향타에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방향타 상부몸체와 방향타 하부몸체가 좌현 또는 우현으로 비틀어져 받음각이 형성되어 선박의 추진효율을 개선시키는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타에 관한 것이다.
프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 방향타에 있어서, 상기 선박의 선미부에 설치되며, 상기 방향타의 수직 중심선을 따라 전단부와 후단부에 제1 리딩 엣지와 제1 트레일링 엣지가 형성된 러더 트렁크와 상기 러더 트렁크 하부에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축을 기준으로 상기 방향타 상부의 전단부와 후단부에 형성된 제2 리딩 엣지와 제2 트레일링 엣지가 좌현으로 편향되어 받음각을 갖는 방향타 상부몸체와 상기 방향타 상부몸체 하부에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축을 기준으로 상기 방향타 하부의 전단부와 후단부에 형성된 제3 리딩 엣지와 제3 트레일링 엣지가 우현으로 편향되어 받음각을 갖는 방향타 하부몸체 및 상기 방향타 상부몸체 및 상기 방향타 하부몸체 사이에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축을 기준으로 상기 방향타 중앙부의 전단부와 하단부에 제4 리딩 엣지와 제4 트레일링 엣지가 형성된 방향타 중앙몸체를 포함하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 제공할 수 있다.

Description

상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타{Rudder with angle of attack by twisting the upper and lower parts in different directions}
본 발명은 방향타에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방향타 상부몸체와 방향타 하부몸체가 좌현 또는 우현으로 비틀어져 받음각이 형성되어 선박의 추진효율을 개선시키는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타에 관한 것이다.
최근 선박의 친환경 및 특수 목적 적합화로 인해 선박의 방향타 기술 향상이 중요한 요인으로 부각되고 있으며, 국제해사기구 이산화탄소 총량 규제 제도인 '선박제조연비지수(EEDI, Energy Efficiency Design Index) 채택이 의무화되면서 고효율 및 고성능의 선박이 필수화로 방향타를 포함한 ESD(Energy Saving Device)의 중요성이 강조되고 있다.
일반적으로 선박의 추진력은 선박 엔진의 구동력에 의해 회전하는 프로펠러로부터 전달되어 얻게 되며, 프로펠러는 선미에 위치한다.
이때, 방향타(rudder)는 프로펠러의 후방에서 회전하는 후류(後流)를 유입 받는 위치에 구비되어 선박의 진행방향을 조절하기 위해 사용되고 있다.
방향타는 프로펠러에서 발생하는 후류에 따른 받음각(迎角)을 가질 때, 작용하는 양력의 수직성분을 회두력(回頭力)으로 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하게 된다.
방향타는 선체에 좌우로 가동 가능하게 구비되어 추진력의 작용방향을 조절함으로써 선박의 침로(針路)를 유지 및 조정하는 역할을 한다.
따라서, 방향타는 큰 양력을 발생시킬 수 있어야 하고, 받음각을 크게 하더라도 실속(失速)이 잘 안되어야 하며, 받음각을 크게 변화시키더라도 양력의 착력점(着力點) 위치 변화가 작아야한다.
또한, 방향타는 프로펠러에서 발생하는 후류를 정류하여 추진력을 극대화하고, 유동을 효과적으로 제어함으로써 조타(操舵) 효율을 확보해야 한다.
한편, 방향타에 유입되는 유체는 전진하는 선박의 후방을 기준으로 프로펠러가 오른나사 방향으로 회전할 때, 방향타의 좌측상부와 우측하부는 압력면을 형성하게 되고 좌측하부와 우측상부는 흡입면을 형성하게 된다.
즉, 프로펠러에서 발생된 후류가 방향타의 좌·우측 및 상·하측부에 다른 압력으로 입사되게 된다.
프로펠러 축을 기준으로 방향타의 상·하측부의 두께 방향 수평 단면이 대칭인 형상인 경우, 프로펠러가 발생시킨 후류의 보오텍스(vortex) 캐비테이션(cavitation)에 의해 흡입면의 침식을 가속화 하게 되며 유류를 효과적으로 제어하지 못하고 방향타의 정류성능이 저하된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 한국공개특허 10-2005-0045603호(선박의 방향타)에 프로펠러 후류가 방향타에 유입되는 방향으로 방향타 단면을 회전시킨 비대칭 형태의 방향타에 관한 기술이 공지되어있으며, 한국공개특허 10-2019-0127022호(러더 벌브를 구비한 비대칭 전가동 러더 구조)는 중간부 몸체와 상단부 및 하단부 몸체를 엇갈리게 연결시킴으로써, 프로펠러 회전시 발생하는 유체의 흐름을 원활하게 유지할 수 있도록 하는 방향타에 관한 기술이 공지된 바 있으나, 방향타 하부체의 받음각이 일정하며, 상단부와 하단부의 두께가 동일하여, 선체의 저항 및 추진효율을 개선시키지 못한다는 어려움이 발생한다.
또한, 이와 같은 종래기술들은 본 발명과 대비하여 그 구성이나 작용이 상이하거나 그 효과가 아직 만족스럽지 못하다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2005-0045603호 (2005.05.17.) 대한민국 등록특허 제10-2019-0127022호 (2019.11.13.)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 방향타 상·하부에 선박의 프로펠러 회전에 따른 후류 영향을 고려한 받음각을 가지도록 하여 방향타의 저항을 개선 시키는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적은 방향타 상·하부가 비틀린 단면으로 형성되어 방향타에 추가적인 양력을 갖게 하여 선박의 추진효율을 개선 시키는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 방향타에 있어서, 상기 선박의 선미부에 설치되며, 상기 방향타의 수직 중심선을 따라 전단부와 후단부에 제1 리딩 엣지와 제1 트레일링 엣지가 형성된 러더 트렁크와 상기 러더 트렁크 하부에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축을 기준으로 상기 방향타 상부의 전단부와 후단부에 형성된 제2 리딩 엣지와 제2 트레일링 엣지가 좌현으로 편향되어 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 받음각을 갖는 방향타 상부몸체와 상기 방향타 상부몸체 하부에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축을 기준으로 상기 방향타 하부의 전단부와 후단부에 형성된 제3 리딩 엣지와 제3 트레일링 엣지가 우현으로 편향되어 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 받음각을 갖는 방향타 하부몸체 및 상기 방향타 상부몸체 및 상기 방향타 하부몸체 사이에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축을 기준으로 상기 방향타 중앙부의 전단부와 하단부에 제4 리딩 엣지와 제4 트레일링 엣지가 형성된 방향타 중앙몸체를 포함하되, 상기 제4 리딩 엣지와 상기 제4 트레일링 엣지 일측은 상기 방향타 상부몸체에 형성된 상기 제2 리딩 엣지와 상기 제2 트레일링 엣지의 하단과 연결되며, 타측은 상기 방향타 하부몸체에 형성된 상기 제3 리딩 엣지와 상기 제3 트레일링 엣지의 상단과 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 방향타 상부몸체 상단에 구비되며, 상기 방향타 상부몸체의 상기 제2 리딩 엣지와 제2 트레일링 엣지가 상향으로 경사지게 연장 형성되어 상기 제1 리딩 엣지와 상기 제1 트레일링 엣지에 연결되는 제2 상부몸체를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 방향타 하부몸체는 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 상기 방향타 하부몸체 전단부에 형성된 받음각이 상기 방향타 하부몸체 상단에서 하단으로 갈수록 점차 감소되는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 방향타 하부몸체는 하부에 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 전단부와 후단부에 우현으로 받음각이 형성된 바닥면이 구비되되, 상기 바닥면 전단부는 상기 방향타 하부몸체 전단부에 형성된 받음각 보다 50% 감소된 받음각을 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 방향타 하부몸체는 전면 하단부 끝단이 라운드지게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방향타 상부몸체와 상기 방향타 하부몸체의 두께가 서로 상이한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 러더 트렁크의 수평 단면 형상은 선박의 직진 진행 방향을 기준으로 좌현으로 전단부 및 후단부는 비틀린 받음각을 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 방향타 중앙몸체 전단에 결합되며, 상기 프로펠러의 회전축과 일치되도록 돌출 형성된 러더 벌브를 추가로 포함할 수 있다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제2 리딩 엣지는 상기 방향타 수평 중심선을 기준으로 4~6도의 받음각을 가지고 상기 제2 트레일링 엣지는 상기 방향타 수평 중심선을 기준으로 2~3도의 받음각을 가지며, 상기 제3 리딩 엣지는 상기 방향타 수평 중심선을 기준으로 5~7도의 받음각을 가지고 상기 제3 트레일링 엣지는 상기 방향타 수평 중심선을 기준으로 2~3도의 받음각을 가지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타는 방향타 상·하부에 선박의 프로펠러 회전에 따른 후류 영향을 고려한 받음각을 가지며, 방향타 상·하부의 두께 또한 상이하게 구비되어 방향타의 저항을 개선하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타는 하부로 갈수록 빠른 유속에 의해 감소 되는 프로펠러의 유동각에 따라 방향타 하부몸체 상단에서 하단으로 갈수록 방향타 하부몸체의 받음각이 점차 감소 됨으로써 방향타의 저항을 감소시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타는 방향타 상·하부가 비틀린 단면으로 형성되어 방향타에 추가적인 양력을 갖게 하여 선박의 추진효율을 개선 시키는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부는 좌현 및 하부는 우현으로 기울어져 받음각을 갖는 방향타를 나타낸 좌측면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 좌측 방향에서 보여주기 위한 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 우측 방향에서 보여주기 위한 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부는 좌현 및 하부는 우현으로 기울어져 받음각을 갖는 방향타를 나타낸 배면도이다.
도 6(A) 내지 (G)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부는 좌현 및 하부는 우현으로 기울어져 받음각을 갖는 방향타를 나타낸 평면도, 단면도 및 저면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부는 좌현 및 하부는 우현으로 기울어져 받음각을 갖는 방향타를 나타낸 좌측면도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 좌측 방향에서 보여주기 위한 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 우측 방향에서 보여주기 위한 나타낸 사시도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타를 나타낸 정면도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부는 좌현 및 하부는 우현으로 기울어져 받음각을 갖는 방향타를 나타낸 배면도이며, 도 6(A) 내지 (G)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 상부는 좌현 및 하부는 우현으로 기울어져 받음각을 갖는 방향타를 나타낸 평면도, 단면도 및 저면도이다.
도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타는 프로펠러(10)의 후방에 설치되어 선박(1)의 항해 방향을 조종하는 방향타(200)에 있어서, 러더 트렁크(100)와 방향타 상부몸체(220)와 방향타 하부몸체(240)와 방향타 중앙몸체(260)를 포함한다.
먼저, 상기 러더 트렁크(100)는 선박(1)의 선미부에 설치되며, 상기 방향타(200)를 지지해주는 역할을 한다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 러더 트렁크(100)는 상기 방향타의 수직 중심선(C2)을 따라 전단부와 후단부에 제1 리딩 엣지(102)와 제1 트레일링 엣지(104)가 형성되며, 좌현으로 편향되어 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 받음각을 갖는 형상으로 형성된다.
일예로, 상기 러더 트렁크(100)는 상기 러더 트렁크(100) 하부에 축(미도시)이 구비되되, 상기 축은 상기 방향타(200) 상부와 결합되어 상기 방향타(200)가 좌ㅇ우로 회전 가능하도록 상기 방향타(200)를 지지하는 역할을 한다.
즉, 상기 방향타(200)는 상기 프로펠러(10)의 후류를 전달받아 후류의 흐름이 좌현으로 치우치도록 하여 선박(1)이 좌측으로 선회하도록 하거나, 후류의 흐름이 우현으로 치우치도록 하여 선박(1)이 우측으로 선회하도록 한다.
상기 방향타(200)는 상기 프로펠러 회전축(C1)을 기준으로 상부에는 방향타 상부몸체(220)가 구비되며, 하부에는 방향타 하부몸체(240)가 구비된다.
바람직하게는, 상기 방향타 상부몸체(220)와 상기 방향타 하부몸체(240) 전단부에는 리딩 엣지(102,222,242,262)가 형성되며, 후단부에는 트레일링 엣지(104,224,244,264)가 형성되도록 한다.
여기서, 상기 리딩 엣지(102,222,242,262)와 상기 트레일링 엣지(104,224,244,264)는 방향타의 각 단면에서의 최전단 및 최후단 지점을 상하로 연결한 선이라고 정의할 수 있다.
구체적으로, 상기 리딩 엣지(102,222,242,262)와 상기 트레일링 엣지(104,224,244,264)는 상기 방향타 상부몸체(220)와 상기 방향타 하부몸체(240)의 전단부 및 후단부에서 선으로 나타날 수 있으며, 다만 상기 트레일링 엣지(104,224,244,264)는 상기 방향타 상부몸체(220)와 상기 방향타 하부몸체(240)의 후방이 뾰족하게 형성됨에 따라 뚜렷한 선으로 나타날 수 있으나, 상기 리딩 엣지(102,222,242,262)는 상기 방향타 상부몸체(220)와 상기 방향타 하부몸체(240)의 전방이 부드럽게 곡면으로 형성됨에 따라 선으로 뚜렷하게 나타나지 않을 수 있다.
먼저, 상기 방향타 상부몸체(220)는 상기 러더 트렁크(100) 하부에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축(C1)을 기준으로 상기 방향타(200) 상부에 위치하고, 상기 방향타(200) 상부의 전단부와 후단부에 제2 리딩 엣지(222)와 제2 트레일링 엣지(224)가 형성된다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제2 리딩 엣지(222)와 상기 제2 트레일링 엣지(224)는 방향타의 수직 중심선(C2)을 기준으로 좌현으로 편향되어 받음각을 갖도록 한다.
구체적으로, 상기 제2 리딩 엣지(222)는 상기 프로펠러(10) 유동각 -10도 대비 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 4~6도의 받음각을 가지며, 상기 제2 트레일링 엣지(224)는 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 2~3도의 받음각을 가지도록 한다.
또한, 상기 방향타 상부몸체(220)는 상단에 상기 방향타 상부몸체(220)의 상기 제2 리딩 엣지(222)와 제2 트레일링 엣지(224)가 상향으로 연장 형성되어, 상기 제1 리딩 엣지(222)와 상기 제1 트레일링 엣지(224)에 연결되는 제2 상부몸체(230)를 더 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 리딩 엣지(222)는 상향으로 연장 형성되어 상기 러더 트렁크(100)의 제1 리딩 엣지(102)와 연결되어, 상기 러더 트렁크(100)의 상기 제1 리딩 엣지(222)와 상기 방향타 상부몸체(220)의 상기 제2 리딩 엣지(222)가 이어지도록 한다.
또한, 상기 제2 트레일링 엣지(224)는 상향으로 연장 형성되어 상기 러더 트렁크(100)의 제1 트레일링 엣지(104)와 연결되어, 상기 러더 트렁크(100)의 상기 제1 트레일링 엣지(104)와 상기 방향타 상부몸체(220)의 상기 제2 트레일링 엣지(224)가 이어지도록 한다.
즉, 상기 방향타 상부몸체(220)는 상기 제2 상부몸체(230)에 의해 상기 러더 트렁크(100)와 연결되되, 상기 방향타 상부몸체(220)와 상기 러더 트렁크(100) 사이가 굴곡되지 않도록 연결되어 방향타의 제작이 용이해지도록 한다.
따라서, 상기 러더 트렁크(100)에 형성된 상기 제1 리딩 엣지(102) 및 상기 제1 트레일링 엣지(104)와 상기 방향타 상부몸체(220)에 형성된 상기 제2 리딩 엣지(222) 및 상기 제2 트레일링 엣지(224)가 상호 연결되어 상기 러더 트렁크(100)와 상기 방향타 상부몸체(220)가 굴곡 없이 이어지도록 함으로써, 프로펠러 상부의 흐름유동과 연계되어 방향타 저항이 줄어들고 두 몸체간의 차이 또한 줄어들어 공동현상이 발생하는 것을 줄이고 불필요한 추력 감소를 방지할 수 있도록 한다.
더불어, 상기 러더 트렁크(100)도 상기 방향타 상부몸체(220)와 같이 상기 방향타 수직선(C2)을 기준으로 좌현으로 비틀어져 형성됨으로써, 상기 방향타 상부몸체(220)에 전달되는 프로펠러(10) 상부의 흐름유동이 상기 러더 트렁크(100)에도 전달되어 방향타(200)의 저항이 더욱 감소 되도록 하여, 선박(1)의 추진효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
다음으로, 상기 방향타 하부체(240)는 상기 방향타 상부몸체(220) 하부에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축(C1)을 기준으로 상기 방향타(200) 하부에 위치하고, 상기 방향타(200) 하부의 전단부와 후단부에 제3 리딩 엣지(242)와 제3 트레일링 엣지(244)가 형성된다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제3 리딩 엣지(242)와 상기 제3 트레일링 엣지(244)는 방향타의 수직 중심선(C2)을 기준으로 우현으로 편향되어 방향타의 수평 중심선을 기준(C3)으로 받음각을 갖도록 한다.
구체적으로, 상기 제3 리딩 엣지(242)는 상기 프로펠러(10) 유동각 2~10도 대비 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 5~7도의 받음각을 가지며, 상기 제3 트레일링 엣지(244)는 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 2~3도의 받음각을 가지도록 한다.
이때, 상기 프로펠러(10) 상부는 선박(1)의 선미 형상의 영향으로 상기 프로펠러(10) 하부보다 상대적 느린 유속을 나타내며, 이에 상기 프로펠러(10) 하부로 갈수록 유속이 빨라짐에 따라 상기 프로펠러(10)의 유동각이 감소되어 상기 방향타 하부몸체(240)의 받음각은 상기 유동각 보다 작은 각도의 받음각이 요구되므로, 상기 방향타 하부몸체(240)에 형성된 받음각은 상기 방향타 하부몸체(240) 상단에서 하단으로 갈수록 점차 감소 되도록 한다.
더불어, 상기 방향타 하부몸체(240)는 하부에 상기 방향타의 수평 중심선(C3)을 기준으로 우현으로 기울어져 받음각이 형성된 바닥면(250)이 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 바닥면(250)은 상기 방향타 하부몸체(240)에 형성된 받음각 보다 50% 감소된 받음각을 가지며, 상기 방향타 하부몸체(240) 전면에 발생되는 상기 프로펠러(10) 유동각 2~10도 대비 상기 방향타 하부몸체(240)의 제3 리딩 엣지(242)가 상기 방향타의 수평 중심선(C3)을 기준으로 5~7도의 받음각을 가질 경우, 상기 바닥면(250)은 상기 방향타의 수평 중심선(C3)을 기준으로 전단부에 2.5~3.5도의 받음각을 가지도록 한다.
즉, 상기 방향타 하부몸체(240)는 상기 방향타의 수평 중심선(C3)을 기준으로 상기 방향타 하부몸체(240) 전단부에 형성된 받음각이 상기 방향타 하부몸체(240) 상단에서 하단으로 갈수록 점차 감소 됨에 따라, 상기 방향타(200)는 상기 프로펠러(10) 회전에 따른 후류 영향을 고려한 받음각을 가지게 되므로, 상기 방향타(200)의 저항이 감소되어 선박(1)의 추진효율을 향상시키도록 하는 것이다.
바람직한 실시 예에 따르면, 상기 방향타 하부몸체(240)는 전면 하단부 끝단이 라운드지게 형성되어, 상기 방향타 전면부의 저항을 감소시켜 상기 방향타의 양력을 향상시키도록 한다.
이와 더불어, 상기 방향타(100)의 저항을 보다 감소시키기 위해, 상기 방향타 상부몸체(220)와 상기 방향타 하부몸체(240)의 두께가 서로 상이하게 형성되도록 한다.
바람직하게는, 상기 방향타 상부몸체(220)의 두께는 상기 방향타 상부몸체(220) 상부에서 상기 프로펠러 회전축(C1)까지는 약 22%를 가지며, 상기 방향타 하부몸체(240)의 두께는 상기 프로펠러 회전축(C1)에서 하부까지 약 20%를 가지도록 한다.
여기서, 상기 방향타(100)의 두께는 NACA 기준에 맞춰 시위길이의 백분율로 나타낸 값으로, 상기 방향타 상부몸체(220)는 시위길이의 약 22%를 가지며, 상기 방향타 하부몸체(240)는 시위길이의 약 20%를 가지는 것이다.
즉, 상기 방향타 상부몸체(220)와 상기 방향타 하부몸체(240)의 두께는 서로 상이하게 형성되어 상기 방향타(100)의 저항을 개선시킴으로써, 선박(1)의 추진효율을 향상되는 것이다.
다음으로, 상기 방향타 중앙몸체(260)는 상기 방향타 상부몸체(220) 및 상기 방향타 하부몸체(240) 사이에 구비되며, 상기 프로펠러 회전축(C1)을 기준으로 상기 방향타 중앙몸체(260)의 전단부와 하단부에 제4 리딩 엣지(262)와 제4 트레일링 엣지(264)가 형성된다.
이때, 상기 제4 리딩 엣지(262)와 상기 제4 트레일링 엣지(264)는 상기 방향타 상부몸체(220)에 형성된 상기 제2 리딩 엣지(222) 및 상기 제2 트레일링 엣지(224)와 상기 방향타 하부몸체(240)에 형성된 상기 제3 리딩 엣지(242) 및 상기 제3 트레일링 엣지(244)와 연결되도록 한다.
구체적으로, 상기 제4 리딩 엣지(262)와 상기 제4 트레일링 엣지(264)의 일측은 상기 방향타 상부몸체(220)에 형성된 상기 제2 리딩 엣지(222)와 상기 제2 트레일링 엣지(224)의 하단과 연결되며, 상기 제4 리딩 엣지(222)와 상기 제4 트레일링 엣지(224)의 타측은 상기 방향타 하부몸체(240)에 형성된 상기 제3 리딩 엣지(242)와 상기 제3 트레일링 엣지(244)의 상단과 연결되도록 한다.
보다 구체적으로, 상기 제4 리딩 엣지(262)는 상기 제2 리딩 엣지(222)와 상기 제3 리딩 엣지(242)를 직선으로 연결하여 방향타 상부몸체(220)의 제2 리딩 엣지(222)와 방향타 하부몸체(240)의 제3 리딩 엣지(242)가 이어지도록 한다.
또한, 상기 제4 트레일링 엣지(264)는 상기 제2 트레일링 엣지(224)와 상기 제3 트레일링 엣지(244)를 직선으로 연결하여 방향타 상부몸체(220)의 제2 트레일링 엣지(224)와 방향타 하부몸체(240)의 제3 트레일링 엣지(244)가 이어지도록 한다.
일예로, 상기 제4 리딩 엣지(262)와 상기 제4 트레일링 엣지(264)는 곡선으로 형성되어, 각각의 리딩 엣지 및 트레일링 엣지 간의 절곡되는 부분 없이 부드럽게 이어지도록 하는 것도 무방하다.
따라서, 상기 방향타 상부몸체(220)에 형성된 상기 제2 리딩 엣지(222) 및 상기 제2 트레일링 엣지(224)와 상기 방향타 하부몸체(240)에 형성된 상기 제3 리딩 엣지(242) 및 상기 제3 트레일링 엣지(244)가 상호 연결되어 상기 방향타 상부몸체(220)와 상기 방향타 하부몸체(240)가 이어지도록 함으로써, 두 몸체간의 차이를 줄여 공동현상이 발생하는 것을 줄이고 불필요한 추력 감소를 방지할 수 있도록 한다.
바람직하게는, 상기 방향타 중앙몸체(260)는 양 측면이 굴곡진 형상으로 형성되어, 상기 프로펠러(10)에 의해 발생하는 후류가 상기 방향타 전단부로 유입되어 후단부로 빠져나갈 시, 상기 방향타 중앙몸체(260) 양 측면의 굴곡진 형상에 따라 흘러감으로써, 저항이 감소되어 유체의 흐름이 원활하게 이루어지도록 한다.
바람직한 실시 예에 따른, 상기 방향타(100)는 상기 방향타 중앙몸체(260) 전단에 결합되며, 상기 프로펠러의 회전축(C1)과 일치되도록 돌출 형성된 러더 벌브(300)를 추가로 구비할 수 있다.
여기서, 상기 러더 벌브(300)는 유체의 흐름을 원활하게 제어함으로써 공동 현상을 감소시키는 역할을 한다.
구체적으로, 상기 러더 벌브(300)는 상기 방향타(100) 축 심 주위에 영향을 미치는 상기 프로펠러(10) 허브 보텍스의 영향을 완화시켜, 상기 방향타(100) 표면의 침식을 최소화하도록 한다.
더 나아가, 선박(1)의 추진효율을 향상시키는 상기 러더 트렁크(100)와 상기 방향타(200)의 형상 및 받음각에 관한 보다 구체적인 설명은 도 6(A) 내지 (G)에서 서술하도록 한다.
도 6(A) 내지 (G)에 도시된 바와 같이, 러더 트렁크와 방향타의 부분별 형상 및 받음각을 나타낸 것이다.
도 6(A)는 러더 트렁크(100)의 상부면 및 받음각을 나타낸 것으로, 상기 러더 트렁크(100)는 방향타(200)가 좌현 및 우현으로 치우치지 않도록 잡아주는 역할을 하며, 상기 러더 트렁크(100) 및 방향타(200) 간의 차이 및 방향타 상·하부몸체(220, 240) 간의 차이를 줄여줌으로써 공동현상이 발생하는 것을 방지하도록 한다.
바람직하게는, 상기 러더 트렁크(100)는 전단부에 형성된 제1 리딩 엣지(102)와 후단부에 형성된 제1 트레일링 엣지(104)가 상기 방향타 수직 중심선(C2)을 기준으로 좌현으로 편향되어 받음각을 가지도록 한다.
구체적으로는, 상기 제1 리딩 엣지(102)는 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 4~6도의 받음각(β˚)을 가지며, 상기 제1 트레일링 엣지(104)는 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 2~3도의 받음각(β˚)을 가지도록 한다.
따라서, 상기 러더 트렁크(100)는 좌현으로 비틀어져 받음각을 가짐으로써, 좌현으로 비틀어진 방향타 상부몸체(220)와 연결되어, 프로펠러 상부의 흐름유동이 상기 러더 트렁크(100) 방향으로 연계되므로, 방향타 저항이 더욱 감소되는 것이다.
다음으로, 도 6(B)와 도6(C)는 상기 러더 트렁크(100) 하부면과 상기 방향타 상부몸체(200) 하부면의 형상을 나타낸 것으로, 상기 러더 트렁크(100)와 상기 방향타(200)가 연결되기 위해 상기 러더 트렁크(100) 하단과 상기 방향타(200) 상단이 동일한 형상으로 형성되되, 상기 러더 트렁크(100) 및 방향타(200) 간의 차이를 줄여 공동현상이 발생하는 것을 방지하도록 한다.
다음으로, 도 6(c)와 도 6(d)는 방향타 상부몸체(220) 상단과 하단의 형상 및 받음각(β˚)을 나타낸 것으로, 상기 방향타 상부몸체(220) 전단부에 형성된 제2 리딩 엣지(222)는 좌현으로 기울어져 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 4~6도의 받음각(β˚)을 가지며, 상기 방향타 상부몸체(220) 후단부에 형성된 상기 제2 트레일링 엣지(224)는 좌현으로 기울어져 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 2~3도의 받음각(β˚)을 가지도록 한다.
이 때, 상기 방향타 상부몸체(220)의 상단과 하단은 수직되게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
도 6(F)와 도 6(G)는 방향타 하부몸체 상단과 바닥면의 형상 및 받음각(β˚)을 나타낸 것으로, 도 6(F)에 도시된 바와 같이, 상기 방향타 하부몸체(240) 전단부에 형성된 제3 리딩 엣지(242)는 우현으로 기울어져 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 5~7도의 받음각(β˚)을 가지며, 상기 방향타 하부몸체(240) 후단부에 형성된 상기 제3 트레일링 엣지(244)는 우현으로 기울어져 상기 방향타 수평 중심선(C3)을 기준으로 2~3도의 받음각(β˚)을 가지도록 한다.
이 때, 도 6(G)에 도시된 바와 같이, 상기 바닥면(250)은 프로펠러 후류에 따라 상기 방향타 하부몸체(240) 전단부에 형성된 받음각(β˚) 보다 50% 감소된 2.5~3.5도의 받음각을 가지도록 한다.
즉, 상기 방향타(200)는 상기 프로펠러(10) 회전에 따른 후류 영향을 고려하여 상기 방향타 상부몸체(220)는 일정한 받음각(β˚)을 가지며, 상기 방향타 하부몸체(240)는 점차 감소 되는 받음각(β˚)을 가지게 되므로, 상기 방향타(200)의 저항이 감소 되어 선박(1)의 추진효율을 향상 시키도록 하는 것이다.
따라서, 본 발명의 상기 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타는 프로펠러(10)의 후류에 따라 상ㅇ하부로 비틀린 단면을 구비하여 받음각(β˚)을 구비하고 상기 방향타(200)를 지지하는 러더 트렁크(100) 또한 좌현으로 비틀어져 받음각(β˚)이 형성됨에 따라 프로펠러(10) 상부의 흐름 유동이 연계되어 방향타(200)의 저항을 개선 시킬 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 상기 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타는 상기 방향타(200)의 두께가 상ㅇ하부로 상이하게 구비되어, 방향타(200)의 저항을 더욱 개선됨에 따라 방향타(200)가 추가적인 양력을 가지므로 선박(1)의 추진효율을 개선 시킬 수 있는 것이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
1: 선박
10: 프로펠러
100: 러더 트렁크
102: 제1 리딩 엣지 104: 제1 트레일링 엣지
200: 방향타
220: 방향타 상부몸체
222: 제2 리딩 엣지 224: 제2 트레일링 엣지
240: 방향타 하부몸체
242: 제3 리딩 엣지 244: 제3 트레일링 엣지
250: 바닥면
260: 방향타 중앙몸체
262: 제4 리딩 엣지 264: 제4 트레일링 엣지
300: 방향타 벌브

Claims (9)

  1. 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 방향타에 있어서,
    상기 선박의 선미부에 설치되며, 상기 방향타의 수직 중심선을 따라 전단부와 후단부에 제1 리딩 엣지와 제1 트레일링 엣지가 형성된 러더 트렁크;
    상기 러더 트렁크 하부에 구비되며, 상기 프로펠러의 회전축을 기준으로 상기 방향타 상부의 전단부와 후단부에 형성된 제2 리딩 엣지와 제2 트레일링 엣지가 좌현으로 편향되어 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 받음각을 갖는 방향타 상부몸체;
    상기 방향타 상부몸체 하부에 구비되며, 상기 프로펠러의 회전축을 기준으로 상기 방향타 하부의 전단부와 후단부에 형성된 제3 리딩 엣지와 제3 트레일링 엣지가 우현으로 편향되어 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 받음각을 갖는 방향타 하부몸체; 및
    상기 방향타 상부몸체 및 상기 방향타 하부몸체 사이에 구비되며, 상기 프로펠러의 회전축을 기준으로 상기 방향타 중앙부의 전단부와 하단부에 제4 리딩 엣지와 제4 트레일링 엣지가 형성된 방향타 중앙몸체;를 포함하되,
    상기 제4 리딩 엣지와 상기 제4 트레일링 엣지 일측은 상기 방향타 상부몸체에 형성된 상기 제2 리딩 엣지와 상기 제2 트레일링 엣지의 하단과 연결되며, 타측은 상기 방향타 하부몸체에 형성된 상기 제3 리딩 엣지와 상기 제3 트레일링 엣지의 상단과 연결되며,
    상기 러더 트렁크는 전단부와 후단부에 제1 리딩 엣지와 제1 트레일링 엣지가 상기 방향타의 수직 중심선을 기준으로 좌현으로 편향되어, 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 받음각을 갖는 것을 특징으로 하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 방향타 상부몸체 상단에 구비되며, 상기 방향타 상부몸체의 상기 제2 리딩 엣지와 제2 트레일링 엣지가 상향으로 연장 형성되어 상기 제1 리딩 엣지와 상기 제1 트레일링 엣지에 연결되는 제2 상부몸체;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 방향타 하부몸체는
    상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 상기 방향타 하부몸체 전단부에 형성된 받음각이 상기 방향타 하부몸체 상단에서 하단으로 갈수록 점차 감소되는 것을 특징으로 하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 방향타 하부몸체는
    하부에 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 전단부와 후단부에 우현으로 받음각이 형성된 바닥면이 구비되되,
    상기 바닥면의 전단부는 상기 방향타 하부몸체 전단부에 형성된 받음각 보다 50% 감소된 받음각을 가지는 것을 특징으로 하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 방향타 하부몸체는
    전면 하단부 끝단이 라운드지게 형성된 것을 특징으로 하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 방향타 상부몸체와 상기 방향타 하부몸체의 두께가 서로 상이한 것을 특징으로 하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 방향타 중앙몸체 전단에 결합되며, 상기 프로펠러의 회전축과 일치되도록 돌출 형성된 러더 벌브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 리딩 엣지는 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 4~6도의 받음각을 가지고 상기 제2 트레일링 엣지는 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 2~3도의 받음각을 가지며,
    상기 제3 리딩 엣지는 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 5~7도의 받음각을 가지고 상기 제3 트레일링 엣지는 상기 방향타의 수평 중심선을 기준으로 2~3도의 받음각을 가지는 것을 특징으로 하는 상하부가 상이한 방향으로 비틀어져 받음각을 갖는 방향타.
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