KR102629448B1 - 추진장치 - Google Patents

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Abstract

추진장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 추진장치는 선체에 대해 추력을 제공하는 장치로서, 수평단면이 변형 가능한 튜브형태로 제공되고, 상기 선체의 상측면에 배치되며, 내부에서 상하방향으로 연장되는 기준축에 대해 회전 가능한 회전본체; 상기 회전본체를 회전시키기 위한 회전구동력을 제공하는 회전구동부; 및 상기 회전구동부로부터 상기 회전구동력을 전달받아 상기 회전본체에 전달하고, 상기 회전본체의 수평단면을 변형시키는 단면가변부를 포함하고, 상기 회전본체는 상기 기준축으로 유입되는 바람의 방향에 따라, 상기 단면가변부에 의해 수평단면이 정다각형 또는 원형으로 변형되어, 상기 회전구동력에 의해 회전하며 상기 선체에 대해 추력을 제공하거나, 상기 단면가변부에 의해 수평단면이 상기 선체의 전후방향에 나란한 장축을 가지는 다각형 또는 유선형으로 변형되어, 회전을 중지하며 상기 선체에 대한 저항을 저감시킨다.

Description

추진장치{Apparatus for propulsion}
본 발명은 추진장치에 관한 것이다.
최근, 화물선과 같은 대형 선박에는 선박의 상부에 마그누스 로터(magus rotor)를 설치하여 바람을 이용한 추력을 얻는 연구가 활발하다.
마그누스 로터는 마그누스 효과(magus effect)를 이용한 것으로, 마그누스 효과란 자신의 축을 중심으로 회전하고 그 축에 수직하게 유체가 유입되는 회전본체에서 그 축과 유체의 유입방향에 수직한 방향으로 힘이 발생하는 것을 말한다.
종래, 마그누스 로터는 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 힘을 발생시켜 선체에 대해 추력을 제공하도록 선박의 상부에 돌출 설치되고 있다. 그러나, 종래 마그누스 로터는 바람이 특정 방향으로 마그누스 로터로 유입되는 경우 선체에 대해 저항을 증가시키는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1518655호, (2015.05.07.)
본 발명의 실시예는, 바람을 이용하여 선체에 대해 추력을 제공하거나 선체에대한 저항을 저감시킬 수 있는 추진장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 대해 추력을 제공하는 장치로서, 수평단면이 변형 가능한 튜브형태로 제공되고, 상기 선체의 상측면에 배치되며, 내부에서 상하방향으로 연장되는 기준축에 대해 회전 가능한 회전본체; 상기 회전본체를 회전시키기 위한 회전구동력을 제공하는 회전구동부; 및 상기 회전구동부로부터 상기 회전구동력을 전달받아 상기 회전본체에 전달하고, 상기 회전본체의 수평단면을 변형시키는 단면가변부를 포함하고, 상기 회전본체는 상기 기준축으로 유입되는 바람의 방향에 따라, 상기 단면가변부에 의해 수평단면이 정다각형 또는 원형으로 변형되어, 상기 회전구동력에 의해 회전하며 상기 선체에 대해 추력을 제공하거나, 상기 단면가변부에 의해 수평단면이 상기 선체의 전후방향에 나란한 장축을 가지는 다각형 또는 유선형으로 변형되어, 회전을 중지하며 상기 선체에 대한 저항을 저감시키는, 추진장치가 제공될 수 있다.
상기 회전본체는, 바람이 상기 기준축에서 상기 선체의 진행방향으로 연장되는 가상의 기준선으로부터 시계방향으로 20도와 반시계방향으로 20도 사이의 저항작용범위 내에서 상기 기준축으로 유입될 때, 수평단면이 상기 선체의 전후방향에 나란한 장축을 가지는 다각형 또는 유선형으로 변형되고, 바람이 상기 저항작용범위 외에서 상기 기준축으로 유입될 때, 수평단면이 정다각형 또는 원형으로 변형될 수 있다.
상기 회전본체의 수평단면은, 상기 선체가 전진운항하며 바람이 상기 저항작용범위 내에서 상기 기준축으로 유입될 때 상기 기준축을 기준으로 상기 장축의 전방영역의 길이가 상기 장축의 후방영역의 길이보다 짧아지도록 변형되고, 상기 선체가 후진운항하며 바람이 상기 저항작용범위 내에서 상기 기준축으로 유입될 때 상기 기준축을 기준으로 상기 장축의 전방영역의 길이가 상기 장축의 후방영역의 길이보다 길어지도록 변형될 수 있다.
상기 회전본체는 고무 재질로 제공될 수 있다.
상기 회전구동부는 모터를 포함할 수 있다.
상기 단면가변부는, 적어도 하나가 상기 회전구동부에 연결되고, 상기 회전본체의 둘레방향으로 분산 배치되며, 각각 상기 회전본체의 내측면에 접하며 상하방향으로 연장되어 회전 가능한 복수의 롤러; 및 상기 복수의 롤러 중 적어도 하나와 상기 기준축 사이 거리를 조절하는 거리조절모듈을 포함할 수 있다.
상기 거리조절모듈은, 상기 선체에 형성되고, 상기 기준축과 교차하며 상기 선체의 전후방향으로 연장되는 가이드레일; 및 상기 가이드레일에 이동 가능하게 결합되고, 상기 복수의 롤러 중 상기 기준축과의 거리가 조절되는 거리조절롤러가 회전 가능하게 지지되는 이동블럭을 포함하고, 상기 이동블럭은 상기 기준축으로 유입되는 바람의 방향에 따라 상기 거리조절롤러와 상기 기준축 사이 거리가 조절되도록 상기 가이드레일을 따라 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 회전본체가 바람의 방향에 따라 단면가변부에 의해 수평단면이 변형됨으로써, 바람의 방향에 대응하여 선체에 대해 추력을 제공하거나, 선체에 대한 저항을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치가 설치된 선체를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 선체의 전방측을 상측에서 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 추진장치의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 AA선을 화살표방향으로 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3의 회전본체가 단면가변부에 의해 변형된 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5의 BB선을 화살표방향으로 바라본 모습을 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. 그리고, 이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치가 설치된 선체를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 선체의 전방측을 상측에서 바라본 모습을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1의 추진장치의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 AA선을 화살표방향으로 바라본 모습을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 3의 회전본체가 단면가변부에 의해 변형된 모습을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5의 BB선을 화살표방향으로 바라본 모습을 나타내는 도면이다.
참고로, 도 1 내지 도 6에서 +X축은 선체(10) 및 회전본체(1100)의 전방을, +Y축은 선체(10) 및 회전본체(1100)의 좌측을, +Z축은 선체(10) 및 회전본체(1100)의 상측을 나타내고, 도 3은 도 1의 추진장치(1000)가 확대된 모습을 도시하고 있고, 도 4는 회전본체(1100)의 수평단면이 정다각형으로 변형된 모습을 도시하고 있고, 도 6은 회전본체(1100)의 수평단면이 선체(10)의 전후방향에 나란한 장축(미도시)을 가지는 다각형으로 변형된 모습을 도시하고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치(1000)는 선체(10)에 설치되고, 바람(W)을 이용하여 선체(10)에 대해 추력을 제공한다.
예컨대, 선체(10)는 화물선의 선체(10)일 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
선체(10)의 후방측에는 프로펠러(15)가 설치되고, 선체(10)는 프로펠러(15)가 발생시키는 메인추력에 의해 운항할 수 있다.
이때, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 선체(10)의 전방측, 즉 선체(10)의 선수측에 배치되고, 프로펠러(15)를 보조하며 선체(10)에 대해 추력을 제공할 수 있다. 이 경우, 선체(10)는 추진효율이 향상될 수 있고, 나아가, 프로펠러(15)를 작동시키기 위한 에너지를 절약할 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 추진장치(1000)가 선체(10)의 전방측에 배치된 경우를 예를 들어 설명한다. 다만, 다른 실시예에서는 추진장치가 도시되지 않았지만, 선체의 후방측에 배치될 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 회전본체(1100), 회전구동부(1300) 및 단면가변부(1500)를 포함한다.
회전본체(1100)는 내부가 비어 있는 튜브형태로 제공될 수 있다. 회전본체(1000)는 상하방향(예컨대, 도 1에서 볼 때 Z축방향), 즉 선체(10)의 높이방향으로 연장된다.
회전본체(1000)는 수평단면이 변형 가능하게 형성될 수 있다. 이 경우, 회전본체(1100)는 탄성변형 가능한 재질로 제공될 수 있다.
예컨대, 회전본체(1100)는 고무 재질로 제공될 수 있으나, 이는 예시에 불과하고, 회전본체(1100)는 수평단면이 변형 가능한 다양한 재질로 제공될 수 있다.
회전본체(1000)는 도 1 및 도 3과 같이 선체(10)의 상측면에 배치된다. 이 경우, 회전본체(1100)는 하단부가 선체(10)의 상측면에 이격되도록 배치될 수 있다.
예컨대, 회전본체(1100)는 선체(10)의 갑판에서 상측으로 돌출될 수 있다.
회전본체(1000) 내부에는 상하방향으로 연장되는 가상의 기준축(C)이 형성될 수 있다.
회전본체(1100)는 기준축(C)에 대해 회전 가능하게 형성될 수 있다. 다시 말해, 기준축은 회전본체가 회전할 때 회전중심 기능을 할 수 있다.
예컨대, 회전본체(1100)는 도 4와 같이 수평단면이 정다각형으로 변형될 때 기준축(C)을 중심으로 회전할 수 있다. 또는 회전본체는 도시되지 않았지만, 수평단면이 원형으로 변형될 때 기준축을 중심으로 회전할 수 있다.
이러한 기준축은 회전본체의 수평단면이 변형될 때, 기준점 기능을 할 수 있다.
회전구동부(1300)는 회전본체(1000)를 회전시키기 위한 회전구동력을 제공한다.
예컨대, 회전구동부(1300)는 도 3과 같이 모터(1310)를 포함할 수 있다.
모터(1310)는 선체(10)에 배치될 수 있다. 이 경우, 모터(1310)는 선체의 상측면에 지지될 수 있다.
모터(1310)에 형성된 구동샤프트(1310a)는 후술하는 단면가변부(1500)에 연결될 수 있다. 이 경우, 모터(1310)의 회전구동력은 단면가변부(1500)를 통해 회전본체(1100)에 전달될 수 있다.
모터(1310)는 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하는 회전구동력을 발생시킬 수 있고, 회전본체(1100)는 모터(1310)의 작동에 따라 기준축(C)을 중심으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다.
단면가변부(1500)는 회전구동부(1300)로부터 회전구동력을 전달받아 회전본체(1100)에 전달할 수 있다.
단면가변부(1500)는 회전본체(1100)의 수평단면을 변형시킬 수 있다. 이때, 단면가변부(1500)는 기준축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 따라 회전본체(1100)의 수평단면을 변형시킬 수 있다. 이에 관해서는 후술한다.
본 실시예에서, 단면가변부(1500)는 도 3 및 도 4와 같이 복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 및 거리조절모듈(1530)을 포함할 수 있다.
복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 회전본체(1100) 내부에서 회전본체(1100)의 둘레방향으로 분산 배치된다.
복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 각각 회전본체(1100)의 내측면에 접하도록 배치된다.
복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 각각 상하방향으로 연장된다. 이 경우, 복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 각각 회전본체(1100)의 길이에 대응하도록 연장될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 각각 회전 가능하게 형성된다. 이 경우, 각 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 각 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)의 중심을 지나며 상하방향으로 연장되는 롤러회전축(미도시)을 중심으로 회전할 수 있다.
이때, 회전본체(1100) 및 회전본체(1000)와 접하는 복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 서로 마찰력에 의해 상대회전할 수 있다.
예컨대, 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 도 4와 같이 4개가 제공될 수 있다.
이 경우, 4개의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 2개의 롤러(1511, 1513)는 기준축(C)을 기준으로 선체(10)의 전후방향(예컨대, 도 4에서 볼 때 X축방향), 즉 선체(10)의 길이방향으로 이격 배치되고, 나머지 2개의 롤러(1512, 1514)는 기준축(C)을 기준으로 선체(10)의 좌우방향(예컨대, 도 4에서 볼 때 Y축방향), 즉 선체(10)의 폭방향으로 이격 배치될 수 있다.
롤러(1511, 1512, 1513, 1514)의 수는 회전본체(1100)의 크기 등을 고려하여 다양하게 결정될 수 있다.
복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 적어도 하나는 회전구동부(1300)에 연결될 수 있다. 회전구동부(1300)에 연결된 롤러(1512)는 회전구동부로부터 회전구동력을 전달받아 회전본체(1100)에 전달할 수 있다.
예컨대, 복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 기준축(C)을 기준으로 우측에 배치된 롤러(1512)(이하, '구동롤러'라 한다)는 모터(1310)에 연결될 수 있다.
이 경우, 구동롤러(1512)의 하단부에는 선체(10)의 상측면을 향해 돌출되는 롤러샤프트(1512a)가 형성되고, 구동롤러(1512)의 롤러샤프트(1512a)는 모터(1310)에 형성된 구동샤프트(1310a)에 연결된다.
구동롤러(1512)는 모터(1310)의 작동에 따라 회전하고, 회전본체(1100)는 회전하는 구동롤러(1512)와의 마찰력에 의해 회전할 수 있다. 다시 말해, 구동롤러(1512)는 모터(1310)로 회전구동력을 전달받아 회전본체(1100)에 전달하고, 회전본체(1100)는 구동롤러(1512)로부터 전달받은 회전구동력에 의해 회전할 수 있다.
이때, 모터(1310)에 연결되지 않은 나머지 2개의 롤러(1511, 1513, 1514)는 회전하는 회전본체(1100)와의 마찰력에 의해 회전할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 도시되지 않았지만, 복수의 롤러 중 둘 이상이 모터와 연결될 수 있다.
거리조절모듈(1530)은 복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 적어도 하나의 롤러(1511, 1513)(이하, '거리조절롤러'라 한다)와 회전본체(1100)의 기준축(C) 사이 거리를 조절할 수 있다.
이 경우, 회전본체(1100)는 기준축(C)과의 거리가 조절되는 거리조절롤러(1511, 1513)에 지지되어 탄성변형되며 수평단면이 변형될 수 있다. 이때, 기준축(C)은 회전본체(1100)의 수평단면이 변형될 때 거리조절롤러(1511, 1513)의 이동량을 정하는 기준점 기능을 할 수 있다.
본 실시예에서, 거리조절모듈(1530)은 도 3과 같이 가이드레일(1531) 및 이동블럭(1532)을 포함할 수 있다.
가이드레일(1531)은 선체(10)에 형성된다. 이 경우, 가이드레일(1531)은 선체(10)의 상측면에 배치될 수 있다.
가이드레일(1531)은 회전본체(1100)의 기준축(C)과 교차하며 선체(10)의 전후방향으로 연장된다. 다시 말해, 가이드레일(1531)은 기준축(C)과 직교할 수 있다.
이동블럭(1532)에는 거리조절롤러(1511, 1513)가 회전 가능하게 지지된다. 이 경우, 거리조절롤러(1511, 1513)는 회전본체(1100)가 구동롤러(1512)를 따라 회전할 때 이동블럭(1532)에 지지되어 회전할 수 있다.
예컨대, 거리조절롤러(1512, 1513)는 도 3과 같이 베어링부재(1533)를 매개로 이동블럭(1532)에 회전 가능하게 결합될 수 있다.
이 경우, 거리조절롤러(1512, 1513)의 하단부에는 이동블럭(1532)을 향해 돌출되는 롤러샤프트(1512a, 1513a)가 형성되고, 거리조절롤러(1512, 1513)의 롤러샤프트(1512a, 1513a)는 적어도 일부가 이동블럭(1532)에 삽입되어 결합될 수 있다. 거리조절롤러(1512, 1513)의 롤러샤프트(1512a, 1513a)와 이동블럭(1532) 사이에는 베어링부재(1533)가 개재될 수 있다.
이동블럭(1532)은 가이드레일(1531)에 이동 가능하게 결합된다. 이 경우, 이동블럭(1532)은 가이드레일(1531)을 따라 선체(10)의 전후방향으로 이동할 수 있다.
예컨대, 이동블럭(1532)은 가이드레일(1531)을 따라 연장되는 홈-돌기 구조로 가이드레일(1531)에 결합될 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
이동블럭(1532)은 별도의 구동수단(미도시)이 제공하는 구동력에 의해 이동할 수 있다.
예컨대, 구동부는 랙-피니언 방식으로 이동블럭(1532)에 구동력을 제공하거나 유압 또는 공압에 의해 신축동작하는 실린더 방식으로 이동블럭(1532)에 구동력을 제공할 수 있다.
이동블럭(1532)은 기준축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 따라 가이드레일(1531)을 따라 이동할 수 있다. 이 경우, 거리조절롤러(1511, 1513)는 기준축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 따라 이동블럭(1532)에 지지되어 이동하며 기준축(C)과의 거리가 조절될 수 있다. 따라서, 회전본체(1100)는 기준축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 따라 이동하는 거리조절롤러(1511, 1513)에 지지되어 탄성변형되며 수평단면이 변형될 수 있다.
이동블럭(1532)은 복수로 제공될 수 있다. 이동블럭(1532)의 수는 거리조절롤러(1511, 1513)의 수에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 4개의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 기준축(C)을 기준으로 선체(10)의 전후방향으로 이격 배치된 2개의 롤러(1511, 1513)는 도 3 및 도 5와 같이 거리조절롤러(1511, 1513)일 수 있다. 이 경우, 4개의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 거리조절롤러(1511, 1513)가 아닌 나머지 2개의 롤러(1512, 1514)는 기준축(C)과의 거리가 고정될 수 있다.
이때, 이동블럭(1532)은 2개가 제공되고, 2개의 이동블럭(1532)은 기준축(C)을 기준으로 선체(10)의 전후방향으로 이격 배치될 수 있다.
2개의 이동블럭(1532)은 기준축(C)을 기준으로 서로 반대방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 2개의 이동블럭(1532)은 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다.
이때, 각 거리조절롤러(1511, 1513)는 이동블럭(1532)에 지지되어 이동하며 기준축(C)과의 거리가 조절될 수 있다.
한편, 4개의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 기준축(C)을 기준으로 좌측에 배치된 롤러(1514)는 선체(10)에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 다시 말해, 복수의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 구동롤러(1512) 또는 거리조절롤러(1511, 1513)가 아닌 나머지 롤러(1514)는 선체(10)에 회전 가능하게 지지될 수 있다.
예컨대, 나머지 롤러(1514)는 별도의 지지블럭(미도시)을 통해 선체(10)에 회전 가능하게 지지될 수 있다.
이 경우, 지지블럭은 선체(10)의 상측면에 고정 지지될 수 있다. 나머지 롤러(1514)는 베어링부재(미도시)를 매개로 지지블럭에 회전 가능하게 결합되고, 회전본체(1100)가 구동롤러(1512)를 따라 회전할 때 지지블럭에 지지되어 회전할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서 단면가변부는 도시되지 않았지만, 회전본체에 회전구동력을 전달하고, 회전본체의 수평단면을 변형시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
본 실시예에서, 회전본체(1100)는 회전구동부(1300)의 회전구동력에 의해 회전할 때 기준축(C)으로 유입되는 바람(W)을 이용하여 선체(10)에 대해 추력을 제공할 수 있다. 이 경우, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 바람(W)을 이용하여 선체(10)에 추력을 제공하고, 선체(10)에 대한 추진효율을 향상시킬 수 있다.
보다 상세히, 회전본체(1100)는 도 4와 같이 회전할 때 기준축(C), 즉 회전본체(1100)로 유입되는 바람(W)을 이용하여 마그누스 효과에 의한 힘(FM)(이하, '마그누스 힘'이라 한다.)을 발생시킬 수 있다.
회전본체(1100)가 발생시키는 마그누스 힘(FM)은 바람(W)이 유입되는 방향에 대해 수직한 방향을 향할 수 있다. 이때, 마그누스 힘(FM)은 선체(10)의 진행방향(T)을 향하는 성분(FT)(이하, '추력성분'이라 한다.)을 포함할 수 있다. 마그누스 힘(FM)의 추력성분(FT)은 선체(10)에 대해 추력으로 작용할 수 있다.
마그누스 힘(FM)은 바람(W)의 방향이 일정한 경우 회전본체(1100)의 회전방향에 따라 다른 방향을 향할 수 있다. 이 경우, 회전본체(1100)는 회전방향을 조절하여 추력의 방향을 조절할 수 있다.
본 실시예에서, 회전본체(1100)는 기준축(C)으로 유입되는 바람(W)의 방향에 따라 단면가변부(1500)에 의해 수평단면의 변형되어, 회전구동력에 의해 회전하며 선체(10)에 대해 추력을 제공하거나, 회전을 중지하며 선체(10)에 대한 저항을 저감시킬 수 있다.
참고로, 본 실시예에서는 회전본체(1100)의 수평단면이 바람(W)의 방향에 따라 정다각형 또는 선체(10)의 전후방향에 나란한 장축을 가지는 다각형으로 변형되는 경우를 예를 들어 설명한다.
보다 상세히, 바람(W)은 도 6과 같이 기준축(C)에서 선체(10)의 진행방향(T)으로 연장되는 가상의 기준선(L)으로부터 시계방향으로 20도와 반시계방향으로 20도 사이의 저항작용범위 내에서 기준축(C)으로 유입될 수 있다.
달리 표현하면, 바람(W)은, 기준축(C)으로 유입되는 바람(W)의 유동과 기준선(L)이 이루는 사잇각이 기준선(L)을 기준으로 시계방향으로 증가하는 경우를 양수로 할 때, -20도에서 20도 사이의 사잇각 범위에서 유입될 수 있다.
이 경우, 회전하는 회전본체가 발생시키는 마그누스 힘은 추력성분을 포함하지 않거나, 추력성분이 다른 방향을 향하는 성분보다 현저히 작아 추력으로 작용하기 어려울 수 있다. 또한, 회전본체는 기준축으로 유입되는 바람에 대해 저항체로 작용하고, 선체에 대한 저항을 증가시킬 수 있다.
이때, 회전본체(1100)는 도 6과 같이 단면가변부(1500)에 의해 수평단면이 선체(10)의 전후방향에 나란한 장축(미도시)을 가지는 다각형으로 변형될 수 있다.
여기서, 장축은 선체(10)의 전후방향에 나란하며 회전본체(1100)의 수평단면의 전단과 후단을 연결하는 가상의 선일 수 있다. 예컨대, 장축은 기준선(L) 상에 배치되어 연장되는 가상의 선일 수 있다
이때, 회전본체(1100)는 도 6과 같이 선체(10)의 전후방향으로 길게 연장되는 형태로 변형됨으로써 저항작용범위 내에서 유입되는 바람(W)에 대한 저항이 저감되고, 나아가 선체(10)에 대한 저항을 저감시킬 수 있다.
이 경우, 회전구동부(1300)는 회전구동력의 발생을 중지하고, 단면가변부(1500)는 회전본체(1100)에 대한 회전구동력의 전달을 중지하고, 회전본체(1100)는 회전을 중지할 수 있다. 이때, 회전구동부(1300)는 회전본체(1100)를 회전시키기 위한 에너지를 절약할 수 있다.
한편, 회전본체(1100)의 수평단면은 바람(W)이 저항작용범위 내에서 유입될 때, 선체(10)의 진행방향(T)에 따라 기준축(C)을 기준으로 전방측 영역과 후방측 영역이 다르게 변형될 수 있다.
이 경우, 회전본체(1000)는 선체의 진행방향에 따라 바람이 유입되는 측이 상대적으로 볼록한 형태를 가지며, 선체에 대한 저항을 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.
일례로, 선체(10)는 도 6과 같이 전진운항할 수 있다.
이 경우, 회전본체(1100)의 수평단면은 기준축(C)을 기준으로 장축의 전방영역의 길이가 장축의 후방영역의 길이보다 짧아지도록 변형될 수 있다. 다시 말해, 회전본체(1100)의 수평단면은 기준축(C)을 기준으로 전방측이 상대적으로 볼록하고, 후방측이 상대적으로 뾰족한 형상으로 변형될 수 있다.
대안적으로, 선체는 도시되지 않았지만, 후진운항할 수 있다.
이 경우, 회전본체의 수평단면은 기준축을 기준으로 장축의 전방영역의 길이가 장축의 후방영역의 길이보다 길어지도록 변형될 수 있다. 다시 말해, 회전본체의 수평단면은 기준축을 기준으로 후방측이 상대적으로 볼록하고, 전방측이 상대적으로 뾰족한 형상으로 변형될 수 있다.
또는, 바람(W)은 도 4와 같이 저항작용범위 외에서 회전중심측으로 유입될 수 있다. 달리 표현하면, 바람(W)은 기준선(L)을 기준으로 시계방향으로 20도에서 340도 사이의 사잇각 범위에서 유입될 수 있다.
이때, 회전본체(1100)는 단면가변부(1500)에 의해 수평단면이 정다각형으로 변형될 수 있다.
회전구동부(1300)는 회전구동력을 발생시키고, 단면가변부(1500)는 회전본체(1100)에 회전구동력을 전달하고, 회전본체(1100)는 회전구동력에 의해 회전할 수 있다.
이때, 회전본체(1100)는 회전하며 마그누스 힘(FM)을 발생시키고, 마그누스 힘(FM)의 추력성분(FT)은 선체(10)에 대해 추력으로 작용할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 추진장치(1000)는 회전본체(1100)가 바람(W)의 방향에 따라 단면가변부(1500)에 의해 수평단면이 변형됨으로써, 바람(W)의 방향에 대응하여 선체(10)에 대해 추력을 제공하거나, 선체(10)에 대한 저항을 저감시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 추진장치(1000)의 작동에 대해 설명한다.
본 작동예에서는, 회전본체(1100)가 선체(10)의 선수부 중앙영역에 배치되고, 단면가변부(1500)의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)가 4개가 제공되고, 4개의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 1개가 구동롤러(1512)이며, 4개의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514) 중 2개가 거리조절롤러(1511, 1513)이고, 선체(10)가 전진운항하는 경우를 예를 들어 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 바람(W)은 선체(10)가 운항하는 과정에 저항작용범위 외에서 기준축(C)으로 유입될 수 있다.
예컨대, 바람(W)은 도 2 및 도 4와 같이 기준축(C)의 전방 우측으로부터 기준축(C)으로 유입될 수 있다. 다시 말해, 바람(W)은 기준선(L)으로부터 시계방향으로 20도를 벗어난 범위에서 회전본체(1100)로 유입될 수 있다.
이때, 회전본체(1100)는 단면가변부(1500)에 의해 수평단면이 정다각형으로 변형되고, 회전구동부(1300)는 단면가변부(1500)를 통해 회전본체(1100)에 회전구동력을 제공할 수 있다.
보다 상세히, 거리조절모듈(1530)은 회전본체(1100)의 수평단면이 정다각형이 되도록 거리조절롤러(1511, 1513)와 기준축(C) 사이 거리를 조절할 수 있다.
예컨대, 2개의 이동블럭(1532)은 도 3과 같이 서로 가까워지는 방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 기준축(C)을 기준으로 전방측에 배치되는 이동블럭(1532)은 선체(10)의 후방을 향해 이동하며 기준축(C)에 가까워지고, 기준축(C)을 기준으로 후방측에 배치되는 이동블럭(1532)은 선체(10)의 전방을 향해 이동하며 기준축(C)에 가까워질 수 있다.
2개의 거리조절롤러(1511, 1513)는 도 2 및 도 4와 같이 각각 이동블럭(1532)에 지지되어 기준축(C)과의 거리가 작아지도록 이동하여, 기준축(C)으로부터 같은 거리에 위치할 수 있다. 이 경우, 4개의 롤러(1511, 1512, 1513, 1514)는 기준축으로부터 같은 거리에 위치할 수 있다.
회전본체(1100)는 도 4와 같이 이동하는 거리조절롤러(1511, 1513)에 지지되어 탄성변형되며, 수평단면이 정사각형 형상으로 변형될 수 있다.
모터(1310)는 작동할 수 있다. 이때, 구동롤러(1512)는 모터(1310)의 회전구동력에 의해 회전하고, 회전본체(1100)는 회전하는 구동롤러(1512)와의 마찰력에 의해 기준축(C)을 중심으로 반시계방향(R)으로 회전할 수 있다.
이때, 회전본체(1100)는 회전하며 마그누스 힘(FM)을 발생시키고, 선체(10)에 대해 추력을 제공할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 바람(W)은 선체(10)가 운항하는 과정에 저항작용범위 내에서 기준축(C)으로 유입될 수 있다.
예컨대, 바람(W)은 도 6과 같이 기준축(C)의 전방측에서 기준축(C)으로 유입될 수 있다. 다시 말해, 바람(W)은 기준선(L)에 나란하며, 선체(10)와 함께 이동하는 회전본체(1100)의 정면으로 유입될 수 있다.
이때, 회전본체(1100)는 단면가변부(1500)에 의해 수평단면이 선체(10)의 전후방향에 나란한 장축(미도시)을 가지는 다각형으로 변형되고, 회전구동부(1300)는 단면가변부(1500)를 통해 회전본체(1100)에 회전구동력을 제공하는 것이 중지될 수 있다.
보다 상세히, 거리조절모듈(1530)은 회전본체(1100)의 수평단면이 선체(10)의 전후방향에 나란한 장축을 가지는 다각형으로 변형되도록 거리조절롤러(1511, 1513)와 기준축(C) 사이 거리를 조절할 수 있다.
예컨대, 2개의 이동블럭(1532)은 도 5와 같이 서로 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 기준축(C)을 기준으로 전방측에 배치되는 이동블럭(1532)은 선체(10)의 전방을 향해 이동하며 기준축(C)에서 멀어지고, 기준축(C)을 기준으로 후방측에 배치되는 이동블럭(1532)은 선체(10)의 후방을 향해 이동하며 기준축(C)에서 멀어질 수 있다.
2개의 거리조절롤러(1511, 1513)는 도 5 및 도 6과 같이 각각 이동블럭(1532)에 지지되어 기준축(C)과의 거리가 커지도록 이동할 수 있다.
기준축(C)을 기준으로 전방측에 배치되는 이동블럭(1532)이 이동한 거리는 도 5와 같이 기준축(C)을 기준으로 후방측에 배치되는 이동블럭(1532)이 이동한 거리보다 작을 수 있다.
이 경우, 기준축(C)을 기준으로 전방측에 배치되는 거리조절롤러(1511)와 기준축(C) 사이 거리는 기준축(C)을 기준으로 후방측에 배치되는 거리조절롤러(1513)와 기준축(C) 사이 거리보다 짧을 수 있다.
회전본체(1100)는 도 6과 같이 이동하는 거리조절롤러(1511, 1513)에 지지되어 탄성변형되며, 수평단면이 전단영역의 길이가 후방영역의 길이보다 짧은 장축(미도시)을 가지는 사각형 형상으로 변형될 수 있다.
모터(1310)는 작동을 중지할 수 있다. 이 경우, 구동롤러(1512)는 회전을 중지하고, 회전본체(1100)는 회전을 중지할 수 있다.
이때, 회전본체(1100)는 선체(10)의 전후방향으로 길게 연장되는 형태로 변형되어 회전을 중지하며 선체(10)에 대한 저항을 저감시킬 수 있다.
한편, 다른 작동예에서는 도시되지 않았지만, 선체의 진행방향 및 회전본체의 회전방향에 있어 차이가 있을 뿐, 회전본체가 바람의 방향에 따라 단면가변부에 의해 수평단면이 변형되며 추력을 제공하거나 저항을 저감시키는 메커니즘에서 실질적으로 동일하고, 그 상세한 설명을 생략한다.
한편, 본 실시예에 따른 추진장치는 도시되지 않았지만, 선체에 복수로 제공될 수 있다. 이 경우, 복수의 회전본체는 선체의 전후방향 또는 선체의 좌우방향으로 이격 배치되고, 선체의 진행방향으로 추력을 제공하도록 서로 다른 방향 또는 같은 방향으로 회전할 수 있다.
한편, 다른 실시예에서는 도시되지 않았지만, 회전본체가 단면가변부에 의해 수평단면이 원형 또는 유선형으로 변형될 수 있다. 이 경우, 회전본체는 단면가변부의 롤러의 수를 증가시키는 방식으로 외측면의 윤곽선이 원호형상을 가질 수 있으나, 이에 국한되지 않는다.
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 1000: 추진장치
1100: 회전본체 1300: 회전구동부
1500: 단면가변부 1511, 1512, 1513, 1514: 롤러
1530: 거리조절모듈 1531: 가이드레일
1532: 이동블럭

Claims (5)

  1. 선체에 대해 추력을 제공하는 장치로서,
    수평단면이 변형 가능한 튜브형태로 제공되고, 상기 선체의 상측면에 배치되며, 내부에서 상하방향으로 연장되는 기준축에 대해 회전 가능한 회전본체;
    상기 회전본체를 회전시키기 위한 회전구동력을 제공하는 회전구동부; 및
    상기 회전구동부로부터 상기 회전구동력을 전달받아 상기 회전본체에 전달하고, 상기 회전본체의 수평단면을 변형시키는 단면가변부를 포함하고,
    상기 회전본체는 상기 기준축으로 유입되는 바람의 방향에 따라,
    상기 단면가변부에 의해 수평단면이 정다각형 또는 원형으로 변형되어, 상기 회전구동력에 의해 회전하며 상기 선체에 대해 추력을 제공하거나,
    상기 단면가변부에 의해 수평단면이 상기 선체의 전후방향에 나란한 장축을 가지는 다각형 또는 유선형으로 변형되어, 회전을 중지하며 상기 선체에 대한 저항을 저감시키며,
    상기 회전본체는,
    바람이 상기 기준축에서 상기 선체의 진행방향으로 연장되는 가상의 기준선으로부터 시계방향으로 20도와 반시계방향으로 20도 사이의 저항작용범위 내에서 상기 기준축으로 유입될 때, 수평단면이 상기 선체의 전후방향에 나란한 장축을 가지는 다각형 또는 유선형으로 변형되고,
    바람이 상기 저항작용범위 외에서 상기 기준축으로 유입될 때, 수평단면이 정다각형 또는 원형으로 변형되는, 추진장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전본체의 수평단면은,
    상기 선체가 전진운항하며 바람이 상기 저항작용범위 내에서 상기 기준축으로 유입될 때 상기 기준축을 기준으로 상기 장축의 전방영역의 길이가 상기 장축의 후방영역의 길이보다 짧아지도록 변형되고,
    상기 선체가 후진운항하며 바람이 상기 저항작용범위 내에서 상기 기준축으로 유입될 때 상기 기준축을 기준으로 상기 장축의 전방영역의 길이가 상기 장축의 후방영역의 길이보다 길어지도록 변형되는, 추진장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단면가변부는,
    적어도 하나가 상기 회전구동부에 연결되고, 상기 회전본체의 둘레방향으로 분산 배치되며, 각각 상기 회전본체의 내측면에 접하며 상하방향으로 연장되어 회전 가능한 복수의 롤러; 및
    상기 복수의 롤러 중 적어도 하나와 상기 기준축 사이 거리를 조절하는 거리조절모듈을 포함하는, 추진장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 거리조절모듈은,
    상기 선체에 형성되고, 상기 기준축과 교차하며 상기 선체의 전후방향으로 연장되는 가이드레일; 및
    상기 가이드레일에 이동 가능하게 결합되고, 상기 복수의 롤러 중 상기 기준축과의 거리가 조절되는 거리조절롤러가 회전 가능하게 지지되는 이동블럭을 포함하고,
    상기 이동블럭은 상기 기준축으로 유입되는 바람의 방향에 따라 상기 거리조절롤러와 상기 기준축 사이 거리가 조절되도록 상기 가이드레일을 따라 이동하는, 추진장치.
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