KR102529977B1 - 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 선박은 선수 및 선미를 구비하는 선체; 상기 선미의 일부에 마련되어 선체에 추진력을 제공하는 프로펠러; 및 상기 선미에서 상기 프로펠러 전방에 마련된 선미 유동 제어 장치를 포함하며, 상기 선미 유동 제어 장치는 상기 선체에 연결되는 선체 연결부; 및 상기 선체 연결부에서 상기 프로펠러 방향으로 연장되며, 상단 및 하단이 중앙부보다 상기 프로펠러 방향으로 돌출된 형상을 가지는 쐐기부를 포함할 수 있다.

Description

선박{SHIP}
본 발명은 선박에 관한 것이다.
선박의 선미에는 프로펠러가 장착될 수 있다. 프로펠러는 선박의 내부에 탑재된 동력원과 연결되며, 동력원을 통하여 회전함으로써 선박의 운항에 필요한 추진력을 생성할 수 있다.
일반적으로 소형 선박은 저속 및 고속 운항에 따른 연료 손실이 크지 않으므로, 선박의 형상에 따른 유체 저항을 크게 고려할 필요가 없다. 그러나, 대형 화물선 및 대형 여객선은 저속 및 고속 운항에 따른 연료 손실이 크므로, 선박의 형상에 따른 유체 저항이 고려되어야 한다.
일 예로, 프로펠러가 장착되는 선박의 선미에는 프로펠러로 유입되는 유체(예를 들면, 해수)의 유동에 따른 유체 저항이 발생할 수 있다. 유체 저항은 선박의 운항 속도를 감소시킬 뿐만 아니라, 선박의 에너지 효율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 선박의 운항 속도 및 운항 효율을 향상시키기 위한 선미 구조에 대한 개발 및 개선이 요청되고 있다. 본 발명의 배경이 되는 기술은 공개실용신안공보 제20-2009-0001777호 및 공개특허공보 제10-2014-0131725호에 기재되어 있다.
본 발명은 종래의 기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 선미의 유체 유동을 제어하여 추진력이 향상된 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은 선수 및 선미를 구비하는 선체; 상기 선미의 일부에 마련되어 선체에 추진력을 제공하는 프로펠러; 및 상기 선미에서 상기 프로펠러 전방에 마련된 선미 유동 제어 장치를 포함하며, 상기 선미 유동 제어 장치는 상기 선체에 연결되는 선체 연결부; 및 상기 선체 연결부에서 상기 프로펠러 방향으로 연장되며, 상단 및 하단이 중앙부보다 상기 프로펠러 방향으로 돌출된 형상을 가지는 쐐기부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 쐐기부 하단의 높이는 상기 프로펠러 반경의 0.3배 이하이고, 상기 쐐기부 상단의 높이는 상기 프로펠러 반경의 1.1배 이상일 수 있다.
구체적으로, 상기 쐐기부는 0° 내지 20°의 쐐기각을 가지며, 상기 쐐기부는 상기 프로펠러 반경에 대한 상대적인 높이가 다른 지점들은 서로 다른 쐐기각을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 쐐기부는 상기 프로펠러 반경에 대한 상대적인 높이에 따라 쐐기각이 불연속적일 수 있다.
구체적으로, 상기 쐐기부에서 쐐기각이 최대인 영역은 상기 프로펠러의 반경에 대한 상대적인 높이가 0.5를 초과하고 0.9 이하인 영역일 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 선미 유동 제어 장치를 포함하여, 프로펠러로 유입되는 유체의 유동을 제어할 수 있다. 이에 따라, 선박의 추진력이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 선미 유동 제어 장치를 설명하기 위한 측면도이다.
도 3은 선미 유동 제어 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 선미 유동 제어 장치의 쐐기부의 쐐기각을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 선미 유동 제어 장치가 구비되지 않은 선미의 유체 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 1 내지 도 3에 도시된 선미 유동 제어 장치를 구비된 선미의 유체 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 선미 유동 제어 장치의 유무에 따른 선박의 추진력 증가를 설명하기 위한 유체 유동 해석 이미지이다.
도 10은 본 발명의 선미 유동 제어 장치와 쐐기각이 일정한 선미 유동 제어 장치에 따른 유체 유동 해석 이미지이다.
도 11은 본 발명의 선미 유동 제어 장치와 일반적인 스턴 포일(Stern Foil)에 따른 유체 유동 해석 이미지이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 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 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서, 선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 수천 개 이상의 컨테이너 등의 화물을 화물창(cargo hold)에 싣고 대양을 항해하는 유조선, LNG운반선, LPG운반선, 컨테이너운반선, 자동차운반선, 벌크선, 광물운반선 등의 대형 선박일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 형태의 모든 선박 및 해양 구조물을 포함할 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 선박(100)은 선체(110), 선실(120), 및 엔진 케이싱(130) 등을 포함할 수 있다.
선체(110)는 길이 방향을 따라 선수(111), 중앙부(112), 및 선미(113)로 구분될 수 있다.
선체(110)의 선미(113)에는 엔진 케이싱(130)이 탑재될 수 있으며, 선미(113)에서 내부에는 엔진룸(114)이 마련될 수 있다. 엔진룸(114) 내에는 연료 등을 사용하여 선체(110)를 추진하기 위한 추진 엔진(115)이 마련될 수 있다.
선체(110)의 중앙부(112)에는 추진 엔진(115)으로 연료를 전달하기 위한 연료 공급 라인(도시하지 않음)이 마련될 수 있다.
선실(120)은 선체(110)의 선미(113) 방향에 마련되고, 선박(100)에 근무하는 선원들이 지내는 공간 또는 선체(110)의 항해를 제어하는 공간일 수 있다. 특히, 선실(120)의 최상층인 휠 하우스(121)는 선체(110)의 운항을 제어하고 운항 상태를 통합 모니터링하는 공간으로, 휠 하우스(121)의 전방을 기준으로 가시 라인(Visibility Line)이 그려질 수 있다. 가시 라인은 선체(110)의 항해를 제어하는 휠 하우스(121)에서 육안으로 확인할 수 있는 경계선을 나타내는 것이며, 가시 라인의 하향 경사가 클수록 선수(111) 방향에 형성된 사각지대가 작을 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 선실(120)이 선미(113) 방향에 마련됨을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 선실(120)은 중앙부(112)에 인접하여 마련될 수도 있다.
엔진 케이싱(130)은 선실(120)의 후방에 마련되며, 추진 엔진(115) 등에서 발생하는 배기를 외부로 방출할 수 있다. 이를 위하여, 엔진 케이싱(130)에는 연돌(131)이 마련될 수 있다.
또한, 선체(110)의 선미(113)에는 프로펠러(200), 선박용 러더(300) 및 선미 유동 제어 장치(400)가 마련될 수 있다.
프로펠러(200)는 추진 엔진(115)에서 발생된 동력을 전달받아 선체(110)의 추진력을 발생시킬 수 있다. 프로펠러(200)의 선박용 러더(300) 방향에는 프로펠러 캡(210)이 설치되고, 프로펠러 캡(210)은 프로펠러(200)가 선체(110)의 선미(113)에서 분리되는 것을 방지할 수 있다.
선박용 러더(300)는 프로펠러(200)의 후방에 마련될 수 있다. 선박용 러더(300)는 프로펠러(200)의 회전으로 발생하는 유체의 흐름 방향을 조절하여 선박(100)의 항해 방향을 조정할 수 있다.
선미 유동 제어 장치(400)는 선박(100)의 선미(120)에 마련될 수 있다. 특히, 선미 유동 제어 장치(400)는 선미(120)의 프로펠러(200)의 전방에 마련될 수 있다. 선미 유동 제어 장치(400)는 선체(110)의 표면을 따라 흐르는 유체의 유동을 제어함으로써, 선박(100)의 추진 성능을 개선할 수 있다.
도 2는 선미 유동 제어 장치를 설명하기 위한 측면도이며, 도 3은 선미 유동 제어 장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 4는 선미 유동 제어 장치의 쐐기부의 쐐기각을 설명하기 위한 도면이며, 도 5 및 도 6은 선미 유동 제어 장치가 구비되지 않은 선미의 유체 흐름을 설명하기 위한 도면이며,도 7 및 도 8은 도 1 내지 도 3에 도시된 선미 유동 제어 장치를 구비된 선미의 유체 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 선미 유동 제어 장치의 유무에 따른 선박의 추진력 증가를 설명하기 위한 유체 유동 해석 이미지이며, 도 10은 본 발명의 선미 유동 제어 장치와 쐐기각이 일정한 선미 유동 제어 장치에 따른 유체 유동 해석 이미지이며, 도 11은 본 발명의 선미 유동 제어 장치와 일반적인 스턴 포일(Stern Foil)에 따른 유체 유동 해석 이미지이다.
도 2 내지 도 11을 참조하면, 선미 유동 제어 장치(400)는 선미(113)의 프로펠러(200)의 전방에 마련될 수 있다. 선미 유동 제어 장치(400)는 프로펠러(200)의 전방에 선회류가 발생시킬 수 있다. 프로펠러(200)의 전방에 선회류가 발생하면, 프로펠러(200)의 추진 효율이 향상될 수 있다.
선미 유동 제어 장치(400)는 프로펠러(200) 방향으로 연장되며, 상단 및 하단 돌출된 쐐기 형상을 가질 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 선미 유동 제어 장치(400)는 프로펠러(200) 방향으로 연장되고 선체(110)에 연결되는 선체 연결부(410)와, 선체 연결부(410)에서 프로펠러(200) 방향으로 연장된 쐐기부(420)를 포함할 수 있다.
쐐기부(420)는 상단 및 하단이 중앙부보다 프로펠러(200) 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다.
쐐기부(410) 하단의 높이는 프로펠러(200)의 반경(R)의 0.3배 이하일 수 있다. 또한, 쐐기부(410)상단의 높이는 프로펠러(200)의 반경(R)보다 클 수 있다. 예를 들면, 쐐기부(410)상단의 높이는 프로펠러(200)의 반경(R)의 1.1배 이상일 수 있다.
쐐기부(420)는 프로펠러(200)의 반경(R)에 대한 상대적인 높이에 따라 쐐기각(
Figure 112021097097346-pat00001
)이 상이할 수 있다.
여기서, 쐐기각은 도 4에 도시된 바와 같이, 쐐기부(420) 각 지점의 프로펠러(200)의 회전축에 대하여 선박(100)의 좌현 또는 우현으로 경사진 각도일 수 있다. 쐐기부(420)는 0° 내지 20°의 쐐기각을 가질 수 있다.
하기의 표 1은 쐐기부(420)의 프로펠러(200)의 반경에 대한 상대적인 높이에 따른 쐐기각을 나타내는 표이다.
쐐기부의 프로펠러의 반경에 대한 상대적인 높이에 따른 쐐기각
쐐기부의 높이
(프로펠러 반경에 대한 상대적 높이)		 쐐기각(°)
1.0 10
0.9 13
0.7 15
0.5 10
0.3 4
표 1을 참조하면, 쐐기부(420)에서, 프로펠러(200)에 대한 상대적인 높이가 다른 지점은 서로 다른 쐐기각을 가짐을 알 수 있다. 예를 들면, 쐐기각은 쐐기부(420)의 각 지점별로 불연속할 수 있으며, 쐐기부(420)의 각 지점별로 연속적인 쐐기각이 존재하지 않을 수 있다.
쐐기부(420)에서 프로펠러(200)의 회전축에 인접한 영역의 쐐기각이 프로펠러(200)의 팁에 인접한 영역의 쐐기각보다 작음을 알 수 있다. 여기서, 프로펠러(200)의 회전축에 인접한 영역은 프로펠러(200)의 반경에 대한 상대적인 높이가 0.3 이하인 영역이며, 프로펠러(200)의 팁에 인접한 영역은 프로펠러(200)의 반경에 대한 상대적인 높이가 1.0 이상인 영역일 수 있다.
표시 1에 따르면, 쐐기부(420)에서 쐐기각이 최대인 영역은 프로펠러(200)의 반경에 대한 상대적인 높이가 0.5를 초과하고 0.9 이하인 영역일 수 있다.
선미 유동 제어 장치(400)를 구비하지 않는 경우, 도 5, 도 6 및 도 9의 좌측에 도시된 바와 같이, 프로펠러(200)의 전방에 선회류가 발생하지 않을 수 있다. 선회류가 발생하지 않는 경우, 프로펠러(200)에서 생성되는 선체(110)의 추진력이 저하될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 선미 유동 제어 장치(400)를 구비하는 경우, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 프로펠러(200)의 전방에 선회류가 발생할 수 있다. 프로펠러(200)의 전방에 선회류가 발생하면, 프로펠러(200)의 추진 효율이 향상되고, 선각 효율이 증대되어 선박(100)의 추진 효율이 증가할 수 있다.
특히, 도 9에 도시된 바와 같이, 프로펠러(200)의 반경에 대한 상대적인 높이에 따라 쐐기각이 변화되는 선미 유동 제어 장치(400)를 구비하는 선박(100)은 축속도 감소와 접선 속도 성분의 증가로 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 유동 흐름각이 증가하며, 이에 따라 선체(110)의 추진력이 향상됨을 알 수 있다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 쐐기각이 변화되지 않는 선미 유동 제어 장치를 구비하는 선박에서는, 축속도 감소로 인한 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 유동 흐름각이 증가함을 알 수 있다. 그러나, 쐐기각이 변화되지 않는 선미 유동 제어 장치를 구비하는 선박에서는, 축속도 편가차 크고 불균일한 영역이 크므로, 추진 개선 대비 유체 저항이 큼을 알 수 있다. 따라서, 선박(100)의 추진 효율이 감소될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 선미 핀과 같은 스턴 스턴 포일(Stern Foil)을 구비하는 선박에서는, 프로펠러(200)의 반경에 대한 상대적인 높이가 0.5인 지점에서 스턴 포일에 의한 접선 속도의 감소에 따른 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 유동 흐름각이 증가함을 알 수 있다. 그러나, 프로펠러(200)의 반경에 대한 상대적인 높이가 높아질수록 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 유동 흐름각이 감소함을 알 수 있다. 이는 스턴 포일이 높이 방향으로 일정 각도 및 코드 길이(chord length)로 구성되어 있어, 특정 높이에서만 높은 효율을 보이기 때문이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선박은 쐐기부(410)의 프로펠러(200)에 대한 상대적인 높이가 다른 지점은 서로 다른 쐐기각을 가지는 선미 유동 제어 장치(400)를 포함할 수 있다. 이러한 선미 유동 제어 장치(400)는 프로펠러(200)의 전방에 선회류를 형성하여, 선체(110)의 추진력을 향상시킬 수 있다.
한편, 선미(113)의 유체 흐름을 제어하기 위하여 일반적으로 선박의 선미를 비대칭 선형으로 제조할 수 있다. 비대칭 선형을 갖는 선박은 선형 변경에 의한 제조 비용이 매우 높아질 수 있다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따른 선미 유동 제어 장치(400)를 구비하는 선박(100)은 선미 유동 제어 장치(400)를 선미(113)에 부착함으로써 선박의 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며 제조 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상의 조합 또는 적어도 하나 이상의 상기 실시예와 공지 기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄할 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.
100: 선박
110: 선체
120: 선실
130: 엔진 케이싱
200: 프로펠러
300: 러더
400: 선미 유동 제어 장치
410: 선체 연결부
420: 쐐기부

Claims (5)

  1. 선수 및 선미를 구비하는 선체;
    상기 선미의 일부에 마련되어 선체에 추진력을 제공하는 프로펠러; 및
    상기 선미에서 상기 프로펠러 전방에 마련된 선미 유동 제어 장치를 포함하며,
    상기 선미 유동 제어 장치는
    상기 선체에 연결되는 선체 연결부; 및
    상기 선체 연결부에서 상기 프로펠러 방향으로 연장되며, 상단 및 하단이 중앙부보다 상기 프로펠러 방향으로 돌출된 형상을 가지는 쐐기부를 포함하고,
    상기 쐐기부에서 쐐기각이 최대인 영역은 상기 프로펠러의 반경에 대한 상대적인 높이가 0.5를 초과하고 0.9 이하인 영역인 선박.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 쐐기부 하단의 높이는 상기 프로펠러 반경의 0.3배 이하이고,
    상기 쐐기부 상단의 높이는 상기 프로펠러 반경의 1.1배 이상인 선박.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 쐐기부는 0° 내지 20°의 쐐기각을 가지며,
    상기 쐐기부는 상기 프로펠러 반경에 대한 상대적인 높이가 다른 지점들은 서로 다른 쐐기각을 가지는 선박.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 쐐기부는 상기 프로펠러 반경에 대한 상대적인 높이에 따라 쐐기각이 불연속적인 선박.
  5. 삭제
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