KR102456860B1 - Ship's rudder - Google Patents
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- B63H25/06—Steering by rudders
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Abstract
본 발명은 통상의 선박의 방향타 장치에 있어서, 수직 방향으로 길게 배치되고 수평 단면이 유선형으로 형성되는 방향타 몸체와 방향타 몸체를 선박 하부에 회전 가능하게 현수시키는 타두재로 이루어지는 방향타 모듈과, 허브의 후류를 흡입하는 압축 펌프와, 상기 후류가 압축 펌프를 통과하면서 고압 유체로 압축된 다음 상기 선박의 후방을 향하여 제트 분사 흐름의 형태로 분사되도록 상기 방향타 몸체 내부에 형성되는 통로로 이루어지는 유동 제어 모듈을 포함함으로써, 허브 캐비테이션으로 인한 방향타의 침식이 방지되면서 또한 추가적인 추력이 제공될 수 있는 수단이 구비되는 선박의 방향타 장치를 제공하고자 한다.The present invention relates to a rudder device for a normal ship, a rudder module comprising a rudder body arranged long in the vertical direction and having a streamlined horizontal cross section, and a rudder material for rotatably suspending the rudder body at the bottom of a ship, and a wake of a hub a compression pump for sucking in the flow control module comprising a passage formed inside the rudder body so that the wake is compressed into a high-pressure fluid while passing through the compression pump and then injected in the form of a jet jet flow toward the rear of the ship Accordingly, it is an object of the present invention to provide a rudder device for a ship that is provided with means by which an additional thrust can be provided while preventing erosion of the rudder due to hub cavitation.
Description
본 발명은 선박의 방향타 장치에 관한 것으로서, 특히 허브에서 생성되는 캐비테이션이 방향타 표면에 손상을 일으키는 현상이 방지되면서 추가적인 추력이 얻어질 수 있는 수단이 구비되는 선박의 방향타 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a rudder device for a ship, and more particularly, to a rudder device for a ship provided with means by which additional thrust can be obtained while preventing a phenomenon in which cavitation generated in a hub causes damage to a rudder surface.
공동현상 또는 캐비테이션(cavitation)이란 유체의 속도 변화에 의한 압력변화로인해 유체 내에 공동이 생기는 현상을 말하며 공동현상이라고도 한다.Cavitation or cavitation refers to a phenomenon in which a cavity is formed in a fluid due to a change in pressure due to a change in the velocity of the fluid, also called cavitation.
공동현상은 빠른 속도로 액체가 운동할 때 액체의 압력이 증기압 이하로 낮아져서 액체 내에 증기 기포가 발생하는 현상이다. 증기 기포가 벽에 닿으면 부식이나 소음 등이 발생하므로 설계자는 공동현상을 피하도록 설계해야 한다. 공동현상이란 문자 그대로 이해하면 물속에 빈곳(공동, cavity)이 생긴다는 뜻이다. 이렇게 부르는 것은 물과 수증기의 밀도의 비가 약 1000:1인 것을 감안할 때 공동의 내부는 역학적 관점에서 상대적으로 빈곳이라고 부를 수 있기 때문이다.Cavitation is a phenomenon in which when a liquid moves at a high speed, the pressure of the liquid is lowered below the vapor pressure and vapor bubbles are generated in the liquid. When vapor bubbles touch the wall, corrosion or noise occurs, so the designer must design to avoid cavitation. Cavitation literally means the creation of a cavity in water. It is called this because the interior of the cavity can be called a relatively empty space from a mechanical point of view, given that the density ratio of water and water vapor is about 1000:1.
캐비테이션 부식(Cavitation corrosion)은 액체의 빠른 유속과 부식작용이 서로 복합적으로 작용해서 생기는 것으로 캐비테이션 현상에 의한 기포가 금속표면에서 터지면 강한 충격작용이 발생하여 부동태 산화피막이 깨지고 소지금속도 손상된다.Cavitation corrosion is caused by the complex action of the rapid flow rate of liquid and corrosion action.
도 1의 사진을 참조하면, 캐비테이션은 프로펠러의 단부와 허브의 단부에서 집중적으로 발생됨을 알 수 있다. 프로펠러 단부에서 발생되는 캐비테이션은 프로펠러의 회전으로 인해 나선형으로 형성되고, 허브의 단부에서 발생되는 캐비테이션은 직선 형태로 길게 꼬리처럼 형성됨을 알 수 있다.Referring to the photo of FIG. 1 , it can be seen that the cavitation occurs intensively at the end of the propeller and the end of the hub. It can be seen that the cavitation generated at the end of the propeller is spirally formed due to the rotation of the propeller, and the cavitation generated at the end of the hub is formed like a long tail in a straight line.
특히 허브에서 발생되는 캐비테이션은 방향타를 향해 직선으로 이동되어 방향타의 표면에서 순간적으로 소멸되면서 터지므로 방향타에 직접적인 손상이 가해진다. 방향타는 허브의 캐비테이션으로 인해 표면이 침식되면서 수명이 단축된다.In particular, the cavitation generated in the hub moves in a straight line toward the rudder and explodes while instantaneously dissipating on the surface of the rudder, causing direct damage to the rudder. The life of the rudder is shortened as the surface is eroded due to cavitation of the hub.
종래에는 이러한 문제의 방지를 위해 허브에 보오텍스가 형성되는 것이 억제되도록 프로펠러와 허브의 단부 사이에 추가적인 짧은 블레이드를 설치하거나 또는 허브의 단부에 독특한 형상의 캡을 씌우는 등의 기술이 개발된 바 있다. 하지만 빠른 회전으로 인한 보오텍스는 정도의 차이는 있지만 형상의 변화에도 불구하고 일정정도 발생되므로 방향타의 수명이 단축되는 문제가 여전히 존재한다.Conventionally, in order to prevent this problem, a technique such as installing an additional short blade between the propeller and the end of the hub or covering the end of the hub with a cap of a unique shape has been developed so that vortex formation on the hub is suppressed. . However, there is still a problem that the life of the rudder is shortened because the vortex caused by the fast rotation is generated to a certain extent despite the shape change although there is a difference in degree.
등록특허공보 제10-1500293호(공고일자: 2015. 03. 11)Registered Patent Publication No. 10-1500293 (Announcement Date: March 11, 2015)
이에 본 발명은 허브 캐비테이션으로 인한 방향타의 침식이 방지되면서 또한 추가적인 추력이 제공될 수 있는 수단이 구비되는 선박의 방향타 장치를 제공하고자 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a rudder device for a ship equipped with a means for providing additional thrust while preventing erosion of the rudder due to hub cavitation.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박의 방향타 장치는 선박 구동 엔진과, 선박 구동 엔진으로 회전되는 허브와, 허브의 중심을 기준으로 방사상 대칭되게 설치되는 복수개의 프로펠러가 설치되는 통상의 선박에서, 선박 추진용 프로펠러의 배후에 설치되는 방향타 장치에 있어서, 상기 방향타 장치는 수직 방향으로 길게 배치되고 수평 단면이 유선형으로 형성되는 방향타 몸체와, 방향타 몸체를 선박 하부에 회전 가능하게 현수시키는 타두재로 이루어지는 방향타 모듈을 포함하고, 상기 방향타 장치에는 상기 허브의 후류를 흡입하는 압축 펌프와, 상기 후류가 압축 펌프를 통과하면서 고압 유체로 압축된 다음 상기 선박의 후방을 향하여 제트 분사 흐름의 형태로 분사되도록 상기 방향타 몸체 내부에 형성되는 통로로 이루어지는 유동 제어 모듈을 포함한다.The rudder device of a ship according to the present invention for achieving this object is a ship drive engine, a hub rotated by the ship drive engine, and a plurality of propellers installed radially symmetrically with respect to the center of the hub are installed in a conventional ship. , A rudder device installed behind a propeller for propelling a ship, the rudder device comprising a rudder body which is vertically disposed and has a horizontal cross section formed in a streamlined shape, and a rudder material for rotatably suspending the rudder body at the bottom of a ship A rudder module comprising: a compression pump that sucks the wake of the hub; and the wake is compressed into a high-pressure fluid while passing through the compression pump, and then is sprayed in the form of a jet jet stream toward the rear of the ship and a flow control module comprising a passage formed inside the rudder body.
여기서 상기 유동 제어 모듈은 바람직하게는 상기 허브의 후방에 설치되는 유체 흡입구와, 상기 유체 흡입구에서 흡입된 유체를 압축시키는 상기 압축 펌프와, 압축 펌프에서 압축된 유체가 흐르도록 상기 방향타 몸체 내부에 형성되는 터널과, 터널과 방향타 몸체 표면 사이를 연결시켜 터널로 유입되는 유체가 방향타 몸체 외부로 제트 분사 흐름의 형태로 분출되게 형성되는 슬릿으로 이루어지며, 상기 슬릿의 단부는 상기 선박의 후방을 향하도록 형성될 수 있다.Here, the flow control module may include a fluid inlet installed at the rear of the hub, the compression pump compressing the fluid sucked in the fluid inlet, and the rudder body so that the fluid compressed in the compression pump flows. and a slit connected between the tunnel and the surface of the rudder body so that the fluid flowing into the tunnel is ejected out of the rudder body in the form of a jet jet flow, and the end of the slit is directed toward the rear of the ship. can be formed.
상기 유체 흡입구는 바람직하게는 유체 흡입구의 중심을 지나는 가상의 수평선이 상기 허브의 중심을 지나도록 배치되고, 상기 유체 흡입구는 상기 허브를 향하여 나팔 형태로 확장되는 형태로 형성될 수 있다.Preferably, the fluid inlet is disposed such that an imaginary horizontal line passing through the center of the fluid inlet passes through the center of the hub, and the fluid inlet may be formed in a shape extending toward the hub in a trumpet shape.
또한 상기 슬릿은 바람직하게는 곡면 형태로 형성되며, 상기 곡면 형태의 곡률 중심은 상기 선박의 전진 방향을 기준으로 슬릿의 후방에 위치한다.In addition, the slit is preferably formed in a curved shape, and the center of curvature of the curved shape is located at the rear of the slit with respect to the forward direction of the vessel.
이때 상기 슬릿의 입구에 인접한 방향타 몸체의 표면 부위는 바람직하게는 슬릿을 통하여 분사되는 상기 제트 분사 흐름과 방향타 몸체의 표면이 이루는 각도가 감소되는 방향으로 일부가 절개되어 형성되는 근접 유도면이 형성된다.At this time, the surface portion of the rudder body adjacent to the inlet of the slit is preferably a proximity guide surface formed by cutting a portion in a direction in which the angle between the jet jet flow injected through the slit and the surface of the rudder body is reduced. .
이 경우 상기 슬릿의 단면적은 바람직하게는 상기 터널의 단면적 보다 작게 형성된다.In this case, the cross-sectional area of the slit is preferably smaller than the cross-sectional area of the tunnel.
본 발명에 따른 선박의 방향타 장치는 허브 캐비테이션으로 인한 방향타의 침식이 방지되면서 또한 추가적인 추력이 제공될 수 있는 효과가 있다.The rudder device of a ship according to the present invention has an effect that additional thrust can be provided while also preventing erosion of the rudder due to hub cavitation.
도 1은 선박의 캐비테이션 현상에 대한 사진,
도 2는 코안다 효과의 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 선박의 방향타 장치의 구성도,
도 4는 도 의 정면도,
도 5는 도 3에서 AA'부위의 수평 단면도,
도 6은 도 5의 부분 확대도,
도 7은 도 5의 변형 실시예의 개념도,1 is a photograph of a cavitation phenomenon of a ship;
2 is a conceptual diagram of the Coanda effect;
3 is a block diagram of a rudder device of a ship according to the present invention;
4 is a front view of FIG.
5 is a horizontal cross-sectional view of a portion AA' in FIG. 3;
Figure 6 is a partial enlarged view of Figure 5;
7 is a conceptual diagram of a modified embodiment of FIG. 5;
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The specific structural or functional descriptions presented in the embodiments of the present invention are merely exemplified for the purpose of describing the embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms. In addition, it should not be construed as being limited to the embodiments described herein, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 선박(1)의 방향타 장치는 도 3에 도시된 바와 같이 타두재(11)와 방향타 몸체(13)로 이루어지는 방향타 모듈(10)과, 방향타 몸체(13)에 설치되는 유동 제어 모듈(20)로 구성된다. 이때 선박(1)은 통상적으로 방향타가 설치되고, 프로펠러(2)와 허브(3) 배후에 방향타 모듈(10)이 설치되는 선박(1)이라면 대부분 해당될 수 있다.As shown in FIG. 3 , the rudder device of the
방향타 모듈(10)은 통상의 선박에 설치되는 방향타 모듈과 동일하며, 도 3의 형태에 제한되지 않으며 다양한 형태로 구성될 수 있다.The
유동 제어 모듈(20)은 허브(3)의 후방의 유체를 흡입하는 압축 펌프(23)와, 허브(3)의 후방의 유체가 압축 펌프(23)를 통과하면서 고압의 유체로 압축된 다음 선박(1)의 후방을 향하여 제트 분사 흐름(HW)의 형태로 분사되도록 방향타 몸체(13) 내부에 형성되는 통로로 이루어진다.The
유동 제어 모듈(20)은 이처럼 허브(3) 단부 주위의 유체를 흡입하여 선박(1)의 후방으로 분출시킴으로써, 첫째로는 허브(3) 끝단에서 형성되는 캐비테이션의 형성을 억제시킨다. 도 3에 도시된 바와 같이 허브(3) 끝단에서는 고속 회전으로 인해 보오텍스(소용돌이)가 발생되면서 압력의 저하로 캐비테이션이 발생된다. 이렇게 발생된 케비테이션은 앞서 배경기술란에서 설명된 것처럼 도 1의 사진과 같이 곧바로 방향타 모듈(10)을 향해 전달되므로 방향타 몸체(13)의 표면에서 캐비테이션 부식이 발생되는 것이다.The
그런데 유동 제어 모듈(20)이 허브(3) 단부 주위의 유체를 흡입시키게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 허브(3) 주변의 유체들(이하에서 '주변 유체 압력(AP)'이라 칭하기로 한다.)이 허브(3)의 끝단으로 모여들면서 허브(3) 끝단의 보오텍스 형성이 억제되고, 따라서 캐비테이션의 생성이 억제된다. 또한 이미 형성된 일부 캐비테이션도 유동 제어 모듈(20)의 압축 펌프(23) 측으로 흡수되어 캐비테이션 부식이 억제될 수 있다.However, when the
둘째로는 유동 제어 모듈(20)은 허브(3) 주변에서 흡수한 유체를 선박(1)의 후방을 향하여 분출시킴으로써 작용 반작용에 따라 추가적인 추력이 발생된다. 이렇게 발생된 추가적인 추력은 프로펠러(2)를 회전 구동시키는데 소요되는 부하를 경감시켜 줄 수 있다.Second, the
유동 제어 모듈(20)은 보다 구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 허브(3)의 후방에 설치되는 유체 흡입구(21)와, 유체 흡입구(21)에서 흡입된 유체를 압축시키는 압축 펌프(23)와, 압축 펌프(23)에서 압축된 유체가 흐르도록 방향타 몸체(13) 내부에 형성되는 터널(25)과, 터널(25)과 방향타 몸체(13) 표면 사이를 연결시켜 터널(25)로 유입되는 유체가 방향타 몸체(13) 외부로 제트 분사 흐름(HW)의 형태로 분출되게 형성되는 슬릿(26)으로 이루어진다. More specifically, as shown in FIG. 3 , the
특히 이때 슬릿(26)의 단부는 선박(1)의 후방을 향하도록 형성됨으로써, 슬릿(26)을 통하여 분사되는 제트 분사 흐름(HW)의 반작용으로 인해 선박(1)은 추가적인 추력을 얻을 수 있다.In particular, at this time, the end of the
또한 허브(3) 주위의 유체가 유체 흡입구(21)로 빨려 들어감으로 인해 주변의 유체들이 허브(3) 표면을 향해 모여서, 허브(3)로부터 유체 흡입구(21)를 향하는 흐름에 합류되면서 허브(3) 주위에는 유체 흡입구(21)를 향하는 경계층이 형성되고, 주변 유체 압력(AP)으로 인해 경계층의 박리가 억제되어 실속 요인이 감소된다. 그리고 부분적으로는 프로펠러(2)의 회전에 대한 유체 저항도 어느정도 억제되어 프로펠러(2)의 부하가 일정정도 경감되는 효과도 가능하다.In addition, as the fluid around the
또한 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 유체 흡입구(21)는 유체 흡입구(21)의 중심을 지나는 가상의 수평선이 허브(3)의 중심을 지나도록 배치되고, 유체 흡입구(21)는 허브(3)를 향하여 나팔 형태로 확장되는 형태로 형성된다.Also, as shown in FIGS. 3 to 5 , the
유체 흡입구(21)는 허브(3)의 후방을 감싸는 형태로 설치될 수 있다. 또한 유체 흡입구(21)와 허브(3) 간의 간격은 방향타 몸체(13)가 가변될 때 유체 흡입구(21)가 허브(3)와 접촉되지 않는 범위 내에서 최소한의 거리가 되도록 설치될 수 있다. 이로써 허브(3) 후방의 유체가 보오텍스로 형성되기 전에 신속하게 유체 흡입구(21)로 빨려들어갈 수 있다. 이때 압축 펌프(23)는 도 5에 도시된 바와 같이 방향타 몸체(13) 내부에 설치될 수도 있고 또는 유체 흡입구(21)와 방향타 몸체(13) 사이에 설치될 수도 있다.(미도시)The
허브(3) 주변의 유체가 압축 펌프(23)에서 압축되어 고압 유체로 형성된 후에는 방향타 몸체(13) 내부에 형성된 고압수 이송관(24)과, 터널(25)과, 슬릿(26)을 차례로 통과하여 방향타 몸체(13) 표면에서 제트 분사 흐름(HW)의 형태로 분출된다.After the fluid around the
터널(25)은 도 3에 도시된 바와 같이 방향타 몸체(13)의 길이 방향인 상하 방향을 따라 길게 형성되는 유체 이동 통로이다. 터널(25)은 도 5에 도시된 바와 같이 방향타 몸체(13) 내부에 형성되는 통로이며, 슬릿(26)은 터널(25)과 방향타 몸체(13)의 외부를 연통시키는 통로이다.As shown in FIG. 3 , the
슬릿(26)은 도 5에 도시된 바와 같이 곡면 형태로 형성되며, 상기 곡면 형태의 곡률 중심은 선박(1)의 전진 방향을 기준으로 슬릿(26)의 후방에 위치할 수 있다. 즉 도 5를 기준으로 볼 때 슬릿(26)의 곡률 중심은 슬릿(26)의 오른쪽에 위치할 수 있다.The
슬릿(26)이 이처럼 곡선 형태로 형성되면, 터널(25)로부터 슬릿(26)으로 진입된 유체는 슬릿(26)을 통과하는 과정에서 원심력이 작용되어, 슬릿(26)으부터 제트 분사 흐름(HW)의 형태로 분출될 때 최대한 방향타 몸체(13)의 표면에 근접하는 방향으로 제트 분사 흐름(HW)의 방향이 형성된다. 또한 이 경우 터널(25)의 단면적 보다 슬릿(26)의 단면적이 작게 형성됨으로써, 유체는 터널(25)로부터 나와서 슬릿(26)으로 진입될 때 가속될 수 있다.When the
이처럼 제트 분사 흐름(HW)이 방향타 몸체(13)의 표면에 밀착해서 흐르게 될 경우, 제트 분사 흐름(HW)은 방향타 몸체(13)의 표면을 벗어날 때 까지 방향타 몸체(13)의 표면에 계속 밀착해서 흐르게 된다. 이러한 효과를 코안다 효과라고 한다.As such, when the jet jet flow HW flows in close contact with the surface of the
참고로 코안다 효과로 인해 제트 분사 흐름(HW)이 방향타 몸체의 표면에서 도 5에 도시된 바와 같이 그 흐름의 형태가 유지되는 구간을 코안다 유동 구간(C)이라 칭하기로 한다.For reference, a section in which the jet injection flow (HW) maintains the shape of the flow on the surface of the rudder body as shown in FIG. 5 due to the Coanda effect will be referred to as a Coanda flow section (C).
코안다 효과는 유체가 곡면과 접촉하면서 흐를 때, 유체가 직선으로 흐르는 대신 곡면의 곡률을 따라서 유체가 흐르는 현상을 말한다. 헤어드라이기가 수직 상방으로 온풍을 분사하도록 배치된 상태에서 탁구공이 헤어드라이기의 노즐 상부에 놓인 경우에, 헤어드라이기가 가동되면 탁구공이 튕겨나가지 않고 노즐의 수직 상방에서 머무는 현상이 바로 코안다 효과로 인한 것이다.The Coanda effect refers to a phenomenon in which a fluid flows along the curvature of a curved surface instead of in a straight line when a fluid flows in contact with a curved surface. If the ping-pong ball is placed on the top of the nozzle of the hair dryer in a state where the hair dryer is arranged to spray warm air vertically upward, the phenomenon that the ping-pong ball does not bounce off and stays in the vertical upper part of the nozzle is caused by the Coanda effect when the hair dryer is operated. will be.
코안다 효과가 발생되는 원리가 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 제트 분사 흐름(HW)이 오른쪽을 향하여 발생되면 베르누이 원리로 인해 주변의 공기는 제트 분사 흐름(HW)의 주위가 고속 유동으로 인하여 압력이 낮아지는 결과 제트 분사 흐름(HW)을 향해 모이므로 제트 분사 흐름(HW)은 곧게 뻗는 층류 상태가 유지된다.The principle by which the Coanda effect occurs is illustrated in FIG. 2 . As shown in (a) of Figure 2, when the jet jet flow (HW) is generated toward the right, the surrounding air due to the Bernoulli principle is the result of lowering the pressure around the jet jet flow (HW) due to the high-speed flow. As they gather toward the jet stream HW, the jet jet stream HW maintains a straight and laminar flow state.
그런데 도 2의 (b)와 같이 제트 분사 흐름(HW) 주변에 벽면이 있을 경우에는 주위 공기로부터의 압력은 벽면의 반대 방향으로부터만 작용되므로 제트 분사 흐름(HW)은 벽면에 밀착되어 진행된다. 이와 같이 코안다 효과는 제트 분사 흐름(HW)이 주위 공기의 압력으로 인해 벽면에 밀착되는 흐름이 벽면으로부터 박리되거나 와류로 변하지 않고 지속되는 현상을 말한다.However, when there is a wall around the jet jet stream (HW) as shown in Fig. 2 (b), the pressure from the ambient air is applied only from the opposite direction of the wall surface, so the jet jet flow (HW) proceeds in close contact with the wall surface. As such, the Coanda effect refers to a phenomenon in which the jet jet stream (HW) adheres to the wall surface due to the pressure of the surrounding air continues without being separated from the wall surface or turning into a vortex.
이처럼 코안다 효과가 발생되면 코안다 효과가 일어나는 면 주변의 압력이 감소되므로 코안다 효과가 일어나는 반대 면에서 코안다 효과가 일어나는 면 방향으로 양력이 작용된다.As such, when the Coanda effect occurs, the pressure around the surface on which the Coanda effect occurs is reduced, so that lift is applied from the opposite side to the surface where the Coanda effect occurs in the direction of the surface on which the Coanda effect occurs.
도 3에서 AA'로 표현된 부위의 수평 단면도인 도 5에 도시된 실시예에서와 같이 슬릿으로 분출되는 제트 분사 흐름은 방향타의 몸체에 밀착되어 방향타 몸체의 후방 끝까지 흐르다가 이탈된다. 이처럼 제트 분사 흐름이 방향타의 몸체에 밀착되어 유지되는 구간을 코안다 유동 구간(C)이라 칭하기로 한다.As in the embodiment shown in FIG. 5 , which is a horizontal cross-sectional view of a portion indicated by AA' in FIG. 3, the jet jet flow ejected into the slit is in close contact with the body of the rudder, flows to the rear end of the rudder body, and then is separated. In this way, a section in which the jet jet flow is maintained in close contact with the body of the rudder will be referred to as a Coanda flow section (C).
따라서 통상의 선박(1)에서는 방향타 몸체(13) 주변에 경계층이 형성되었다가 방향타의 몸체로부터 박리되면서 실속이 발생되는 현상이 일반적인 반면, 본 발명에서는 이러한 경계층의 박리 현상이 방지되어, 코안다 유동 구간(C)이 방향타 몸체(13)의 후방 끝까지 형성됨으로써 추력의 손실이 최소화될 수 있다.Therefore, in a typical ship (1), a boundary layer is formed around the rudder body (13), and while it is peeled from the body of the rudder, stalling is a common phenomenon, whereas in the present invention, such a separation phenomenon of the boundary layer is prevented, Coanda flow. Since the section C is formed to the rear end of the
이때 슬릿(26)의 입구에 인접한 방향타 몸체(13)의 표면 부위는 슬릿(26)을 통하여 분사되는 상기 제트 분사 흐름(HW)과 방향타 몸체(13)의 표면이 이루는 각도가 감소되는 방향으로 일부가 절개되어 형성되는 근접 유도면(27)이 형성된다. 바로 도 6에서 빗금으로 표시된 부위가 절개되어 나감으로써 형성되는 평면이 근접 유도면(27)에 해당된다.At this time, the surface portion of the
한편, 터널(25)과 슬릿(26)의 형태는 도 6으로 한정되지는 않으며, 도 7에 도시된 바와 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다. 도 7의 (b)에서처럼 터널(125)과 슬릿(126)의 짝은 복수개로 형성될 수도 있고, 또는 도 7의 (c)에서와 같이 터널(225)의 단면 형태는 원형으로 형성될 수 있고 하나의 터널(225)로부터 한 면에서도 여러 슬릿(226)이 연결될 수 있다.On the other hand, the shape of the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the technical field to which the present invention pertains that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those who have the knowledge of
AP : 주변 유체 압력 C : 코안다 유동 구간
HW : 제트 분사 흐름 1 : 선박
2 : 프로펠러 3 : 허브
10 : 방향타 모듈 11 : 타두재
13 : 방향타 몸체 20 : 유동 제어 모듈
21 : 유체 흡입구 22 : 흡입관
23 : 압축 펌프 24 : 고압수 이송관
25,125,225 : 터널 26,126,226 : 슬릿
27 : 근접 유도면AP: ambient fluid pressure C: Coanda flow section
HW: Jet injection flow 1: Vessel
2: propeller 3: hub
10: rudder module 11: rudder stock
13: rudder body 20: flow control module
21: fluid inlet 22: suction pipe
23: compression pump 24: high-pressure water transfer pipe
25,125,225: tunnel 26,126,226: slit
27: proximity guide surface
Claims (6)
수직 방향으로 길게 배치되고 수평 단면이 유선형으로 형성되는 방향타 몸체(13)와, 방향타 몸체(13)를 선박(1) 하부에 회전가능하게 현수시키는 타두재(11)로 이루어지는 방향타 모듈과;
상기 허브(3)의 후방의 유체를 흡입하는 압축 펌프(23)와, 후류가 압축 펌프(23)를 통과하면서 고압 유체로 압축된 다음 상기 선박(1)의 후방을 향하여 제트 분사 흐름(HW)의 형태로 분사되도록 상기 방향타 몸체(13) 내부에 형성되는 통로로 이루어지는 유동 제어 모듈(20); 을 포함하고,
상기 유동 제어 모듈(20)은 상기 허브(3)의 후방에 설치되는 유체 흡입구(21)와, 상기 유체 흡입구(21)에서 흡입된 유체를 압축시키는 상기 압축 펌프(23)와, 압축 펌프(23)에서 압축된 유체가 흐르도록 상기 방향타 몸체(13) 내부에 형성되는 터널(25)과, 터널(25)과 방향타 몸체(13)의 표면 사이를 연결시켜 터널(25)로 유입되는 유체가 방향타 몸체(13) 외부로 제트 분사 흐름(HW)의 형태로 분출되게 형성되는 슬릿(26)으로 이루어지며,
상기 슬릿(26)의 단부는 상기 선박(1)의 후방을 향하도록 형성되고,
상기 슬릿(26)은 곡면 형태로 형성되며,
상기 곡면 형태의 곡률 중심은 상기 선박(1)의 전진 방향을 기준으로 슬릿(26)의 후방에 위치하는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타 장치.A ship driving engine, a hub 3 rotated by the ship driving engine, and a propeller 2 including a plurality of wings installed radially symmetrically with respect to the center of the hub 3 are installed in a normal ship (1) In the rudder device installed behind the propeller (2) for ship propulsion,
A rudder module comprising: a rudder body 13 arranged long in the vertical direction and having a streamlined horizontal cross section;
A compression pump 23 for sucking the fluid at the rear of the hub 3, and a jet stream (HW) toward the rear of the vessel 1 after being compressed into a high-pressure fluid as the wake passes through the compression pump 23 a flow control module 20 comprising a passage formed inside the rudder body 13 so as to be sprayed in the form of ; including,
The flow control module 20 includes a fluid inlet 21 installed at the rear of the hub 3 , the compression pump 23 for compressing the fluid sucked in the fluid inlet 21 , and a compression pump 23 . ), the tunnel 25 formed inside the rudder body 13 and the tunnel 25 and the surface of the rudder body 13 are connected to allow the fluid flowing into the tunnel 25 to flow It consists of a slit 26 formed to be ejected in the form of a jet jet stream (HW) to the outside of the body 13,
The end of the slit 26 is formed to face the rear of the vessel 1,
The slit 26 is formed in a curved shape,
The rudder device of the ship, characterized in that the center of curvature of the curved surface is located at the rear of the slit (26) with respect to the forward direction of the ship (1).
상기 슬릿(26)의 입구에 인접한 방향타 몸체(13)의 표면 부위는 슬릿(26)을 통하여 분사되는 상기 제트 분사 흐름(HW)과 방향타 몸체(13)의 표면이 이루는 각도가 감소되는 방향으로 일부가 절개되어 형성되는 근접 유도면(27)이 형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타 장치.The method of claim 1,
The surface portion of the rudder body 13 adjacent to the inlet of the slit 26 is partially in a direction in which the angle between the jet jet stream HW injected through the slit 26 and the surface of the rudder body 13 is reduced. A rudder device of a ship, characterized in that the proximity guide surface (27) formed by incision is formed.
상기 슬릿(26)의 단면적은 상기 터널(25)의 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 선박의 방향타 장치.6. The method of claim 5,
The rudder device of a ship, characterized in that the cross-sectional area of the slit (26) is smaller than the cross-sectional area of the tunnel (25).
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