KR20000004696A - Propeller attached with electromagnetic force generating device - Google Patents
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Abstract
Description
(기술분야)(Technology)
본 발명은 전자기력 발생장치가 부착된 프로펠러에 관한 것이며, 보다 상세하게는 전기장과 자기장이 교차하는 전자기장에서 발생하는 전자기력을 이용하여, 프로펠러에서 발생되는 와류와 캐비테이션을 제어하는 전자기력 발생장치가 부착된 선박의 프로펠러에 관한 것이다.The present invention relates to a propeller equipped with an electromagnetic force generating device, and more particularly, to a ship equipped with an electromagnetic force generating device for controlling vortices and cavitation generated in a propeller by using electromagnetic force generated in an electromagnetic field where an electric field and a magnetic field intersect. Relates to the propeller.
(배경기술)(Background)
선박의 프로펠러는 강한 회전에 의해 선박을 추진시키는 것이므로, 그 강한 회전 운동으로 인하여 프로펠러를 지나는 유체는 매우 빠른 속도로 흐르게 되고, 프로펠러의 허브(보스) 끝단에서는 강하고 두께가 얇은 실모양의 와류를 형성하게 된다. 이런 와류는 프로펠러의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 프로펠러 자체와 후방에 위치하는 러더, 및 주변의 선체 부분에 강한 하중을 가하여 장기적으로 이들에 손상을 입히게 된다.Since the propeller of the ship propels the ship by strong rotation, the fluid passing through the propeller flows at a very high speed due to its strong rotational movement, and at the tip of the hub of the propeller, a strong, thin thread-shaped vortex is formed. Done. This vortex not only degrades the performance of the propeller, but also exerts a heavy load on the propeller itself, the rudders located behind it, and the surrounding hull portion, causing damage in the long term.
또한, 유체는 그 속도가 증가할 때 물에 접하고 있는 물체의 표면 근처에서는 압력이 낮아져서 물이 수중기로 변화하게 되며, 이때 수증기의 밀도는 물의 밀도에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작으므로 마치 물 속에 빈 공간이 형성되는 것과 같게 된다. 이와 같이 흐르는 유체 중에 공동부가 형성되는 것을 캐비테이션(공동현상)이라 하며, 이런 캐비테이션은 수중에서 운동하는 물체에서 발생되며, 대표적인 예로서 프로펠러의 허브에서 프로펠러 날개에 의해서 발생된 와류 안에서 발생되는 허브 와류 캐비테이션(hub vortex cavitation)을 들 수 있다.In addition, when the velocity increases, the pressure decreases near the surface of the object that is in contact with the water, and the water changes to underwater, where the density of the water vapor is negligible compared to the density of the water, so that it is empty in water. It is as if space is formed. The formation of cavities in the flowing fluid is called cavitation (cavitation), which occurs in an object moving underwater, and is typically a hub vortex cavitation generated in the vortex generated by the propeller blades at the hub of the propeller. (hub vortex cavitation).
프로펠러에서 발생되는 캐비테이션은, 프로펠러의 날개를 손상시키는 작용을 할뿐만 아니라 선박의 추진 효율을 감소시키고 선체의 진동이나 소음을 증가시키는 등 여러 가지 바람직하지 않은 부작용을 유발한다.Cavitation generated in the propeller not only acts to damage the propeller's wings, but also causes various undesirable side effects such as reducing the propulsion efficiency of the ship and increasing the vibration and noise of the hull.
도1은 일반적으로 선박의 프로펠러에 의해 형성되는 와류를 보여주는 개략도이다. 도시된 바와 같이, 선박(1)에 추진 수단으로서 장착되는 프로펠러(2)는 축(3)에 끼워지는 허브(4)에 다수의 나선 날개(5)가 형성되어 있고, 프로펠러(2)의 후방에는 선박을 조향하기 위한 러더(6)가 설치되어 있다. 프로펠러(2)가 회전하면 그 날개(5)에 의해 발생된 와류(7)가 허브(4) 쪽으로 몰리면서 캐비테이션을 일으키는 것과 함께 와류(7)는 러더(6) 쪽으로 집중된다.1 is a schematic diagram showing a vortex formed by a propeller of a ship in general. As shown, the propeller 2 mounted on the ship 1 as a propulsion means has a plurality of spiral blades 5 formed on the hub 4 fitted to the shaft 3, and behind the propeller 2. The rudder 6 for steering a ship is provided in this. As the propeller 2 rotates, the vortex 7 generated by the vanes 5 is pushed toward the hub 4, causing cavitation, and the vortex 7 is concentrated towards the rudder 6.
따라서, 선박의 프로펠러를 설계 및 제작함에 있어서는, 프로펠러에 의한 와류 현상과 캐비테이션으로 인하여 프로펠러, 러더 및 선체가 받을 수 있는 하중을 최소화하고 선박의 항해 성능을 최대화하도록 하는 것이 바람직하며, 이를 위한 많은 연구가 행하여지고 있다.Therefore, in the design and manufacture of propellers of ships, it is desirable to minimize the load that propellers, rudders and hulls can receive due to the vortices and cavitations caused by propellers, and to maximize the navigational performance of ships. Is being done.
본 발명의 목적은, 프로펠러에서 발생하는 와류의 유동 방향을 전자기력에 의해 제어하므로써, 프로펠러에서 발생된 와류와 캐비테이션이 선박에 미치는 바람직하지 않은 영향들을 감소시키고자 하는 것이다.It is an object of the present invention to reduce the undesirable effects of vortices and cavitation generated on propellers on a ship by controlling the flow direction of the vortices occurring in the propellers.
또한, 본 발명의 목적은 프로펠러의 허브 주위와 날개 말단에서 회전하는 유동의 흐름 방향을 직선적으로 바꾸어 줌으로써 프로펠러의 성능을 향상시키고자 하는 것이다.It is also an object of the present invention to improve the performance of a propeller by linearly changing the flow direction of the rotation around the hub of the propeller and at the wing ends.
도1은 일반적으로 선박의 프로펠러에 의해 형성되는 와류를 보여주는 개략도,1 is a schematic diagram showing a vortex formed by a propeller of a ship in general,
도2는 본 발명에 따른 전자기력 발생장치가 부착된 프로펠러에서 와류가 확산되는 것을 보여주는 개략도,2 is a schematic view showing that the vortex is spread in the propeller to which the electromagnetic force generating device according to the present invention is attached;
도3은 전자기력 발생장치의 자기장 형성수단과 전기장 발생수단의 배치 관계의 일 예를 보여주는 개략도,3 is a schematic view showing an example of the arrangement relationship between the magnetic field forming means and the electric field generating means of the electromagnetic force generating device;
도4는 전자기력 발생장치의 자기장 형성수단과 전기장 발생수단의 배치 관계의 다른 예를 보여주는 개략도,4 is a schematic view showing another example of the arrangement relationship between the magnetic field forming means and the electric field generating means of the electromagnetic force generating device;
도5는 도4의 전자기력 발생장치의 전자기력 발생 방향을 보여주는 도면.5 is a view showing an electromagnetic force generating direction of the electromagnetic force generating device of FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10: 프로펠러 14: 허브10: propeller 14: hub
15: 날개 16: 러더15: wing 16: rudder
17: 와류 20: 전자기력 발생장치17: Vortex 20: Electromagnetic force generator
30: 자기장 형성수단 31,32: 자석30: magnetic field forming means 31, 32: magnet
40: 전기장 발생수단 41: 양극40: electric field generating means 41: anode
42: 음극 43: 전원(S)42: negative electrode 43: power source (S)
상기한 본 발명의 목적은, 허브에 다수의 날개가 형성되어 있는 프로펠러에 있어서, 상기 허브에는 일측 방향으로 자기장을 형성하는 자기장 형성수단과 상기 자기장 형성수단에 의해 발생된 자기장과 교차하는 방향으로 전류밀도를 발생시키는 전기장 발생수단을 포함하는 하나 또는 둘 이상의 전자기력 발생장치가 부착되어 있는 프로펠러에 의해 달성된다.An object of the present invention described above is a propeller having a plurality of wings formed in a hub, wherein the hub has a magnetic field forming means for forming a magnetic field in one direction and a current in a direction intersecting with a magnetic field generated by the magnetic field forming means. It is achieved by a propeller to which one or more electromagnetic force generators comprising an electric field generating means for generating density are attached.
상기 전자기력 발생장치의 자기장 형성수단으로서는, 일정한 간격을 두고 N극과 S극이 마주보도록 배치된 자석을 사용할 수 있으며, 상기 전기장 발생수단은 상기 두 자석 사이에 소정의 간격을 두고 전원에 연결된 양극과 음극을 사용할 수 있다. 여기에서 전기장 발생수단의 두 전극 사이의 전류밀도는 해수에 용해되어 있는 나트륨과 염소와 같은 전기 전도성 물질에 의해 흐르게 된다.As the magnetic field forming means of the electromagnetic force generating device, magnets arranged to face the N poles and the S poles at regular intervals may be used, and the electric field generating means may include an anode connected to a power source at a predetermined interval between the two magnets; A negative electrode can be used. Here, the current density between the two electrodes of the electric field generating means flows by electrically conductive materials such as sodium and chlorine dissolved in seawater.
또한, 상기 전자기력 발생장치는 허브에 부착되는 것이므로, 타일 형상으로 제작되는 것이 바람직하다.In addition, the electromagnetic force generating device is attached to the hub, it is preferable to be manufactured in a tile shape.
프로펠러에서 발생하는 와류의 바람직하지 못한 영향을 저감시키기 위해서는 와류가 집중되는 것을 확산시키고 유속을 저하시키는 것이 바람직하므로, 상기 전자기력 발생장치로부터 발생되는 전자기력의 방향은 와류를 확산시키는 방향 또는 유속을 저하시키는 방향이 되도록 자기장 형성수단과 전기장 발생수단을 배치한다.In order to reduce the undesirable effect of the vortex generated in the propeller, it is preferable to diffuse the concentrated vortex and lower the flow rate. Magnetic field forming means and electric field generating means are arranged so as to be oriented.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자기력 발생장치가 부착된 프로펠러를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 전자기력 발생장치가 부착된 프로펠러를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the propeller attached to the electromagnetic force generating apparatus according to the present invention. The following embodiments are merely illustrative of the propeller to which the electromagnetic force generating device according to the present invention is attached, and are not intended to limit the scope of the present invention.
도2는 본 발명에 따른 전자기력 발생장치가 부착된 프로펠러에서 와류가 확산되는 것을 보여주는 개략도, 도3은 전자기력 발생장치의 자기장 형성수단과 전기장 발생수단의 배치 관계의 일 예를 보여주는 개략도, 도4는 전자기력 발생장치의 자기장 형성수단과 전기장 발생수단의 배치 관계의 다른 예를 보여주는 개략도, 도5는 도4의 전자기력 발생장치의 전자기력 발생 방향을 보여주는 도면이다.Figure 2 is a schematic diagram showing the diffusion of the vortex in the propeller with the electromagnetic force generating apparatus according to the present invention, Figure 3 is a schematic diagram showing an example of the arrangement relationship between the magnetic field forming means and the electric field generating means of the electromagnetic force generating device, Figure 4 Schematic diagram showing another example of the arrangement relationship between the magnetic field forming means and the electric field generating means of the electromagnetic force generating device, Figure 5 is a view showing the electromagnetic force generating direction of the electromagnetic force generating device of FIG.
본 발명에 따른 프로펠러(10)는, 도2에 도시된 바와 같이, 허브(14)에 전자기력 발생장치(20)가 부착되어 있고, 이 전자기력 발생장치(20)로부터 발생되는 전자기력은 와류(17)를 확산시키는 방향, 즉 화살표(L)로 나타낸 바와 같이 허브(14)의 바깥쪽으로 작용하기 때문에, 프로펠러(10)의 날개(15)에 의해 발생된 와류(17)가 허브(14) 쪽으로 몰리는 것을 방지하게 된다. 따라서 와류(17)에 의한 캐비테이션의 발생이 약해지고 와류가 러더(16)로 집중되는 것이 약화된다.In the propeller 10 according to the present invention, as shown in FIG. 2, the electromagnetic force generator 20 is attached to the hub 14, and the electromagnetic force generated from the electromagnetic force generator 20 is vortex 17. Acts outward of the hub 14 as indicated by the arrow L, so that the vortices 17 generated by the vanes 15 of the propeller 10 are driven toward the hub 14. Will be prevented. Therefore, the occurrence of cavitation by the vortex 17 is weakened and the concentration of the vortices at the rudder 16 is weakened.
프로펠러(10)에 부착되는 전자기력 발생장치(20)는, 예를 들어 도3에 도시된 바와 같이, 하나의 자기장 형성수단(30)과 하나의 전기장 발생수단(40)을 타일 형상으로 형성하여 구성할 수 있다.Electromagnetic force generating device 20 attached to the propeller 10, for example, as shown in Figure 3, is formed by forming one magnetic field forming means 30 and one electric field generating means 40 in a tile shape can do.
구체적으로 설명하면, 전자기력 발생에 영향을 미치지 않는 기판(21)의 양측에 N극과 S극이 마주보도록 소정 간격을 두고 2개의 자석(31,32)을 배치하여 자기장 형성수단(30)을 설치한다. 이로써 화살표 방향으로 자기력선(B)이 흐르는 자기장이 형성된다.Specifically, the magnetic field forming means 30 is installed by arranging two magnets 31 and 32 at predetermined intervals so that the N pole and the S pole face each other on the substrate 21 which does not affect the electromagnetic force generation. do. As a result, a magnetic field in which the magnetic field lines B flow in the direction of the arrow is formed.
상기 두 자석(31,32)의 사이의 양측에는, 선박(11)에 설치된 직류 전원(S:43)에 연결된 양극(41)과 음극(42)이 마주보도록 배치하여 전기장 발생수단(40)을 설치한다. 이로써 화살표 방향으로 전류밀도(J)가 흐르는 전기장이 형성되며, 상기 전기장 발생수단(40)의 두 전극(41,43) 사이의 전류밀도(J)는 해수에 용해되어 있는 나트륨이나 염소와 같은 전기 전도성 물질에 의해 흐르게 된다.On both sides of the two magnets (31, 32), the positive electrode 41 and the negative electrode (42) connected to the direct current power source (S: 43) installed in the vessel 11 is disposed so as to face the electric field generating means (40) Install. As a result, an electric field in which the current density J flows in the direction of the arrow is formed, and the current density J between the two electrodes 41 and 43 of the electric field generating means 40 is generated by the electricity such as sodium or chlorine dissolved in seawater. It is caused by the conductive material.
이와 같은 자기장 형성수단(30)과 전기장 발생수단(40)의 배치에 따라 자기장과 전기장은 서로 교차하게 되어 화살표 방향으로의 전자기력(L)이 발생하고, 전자기력(L:로렌츠 힘)의 크기는 자기장의 세기와 전류밀도의 세기의 곱에 의해 결정되며, 전류밀도의 세기는 전기장의 세기(전원의 세기)와 해수의 전기 전도도에 따라 결정된다.According to the arrangement of the magnetic field forming means 30 and the electric field generating means 40, the magnetic field and the electric field cross each other to generate an electromagnetic force L in the direction of the arrow, and the magnitude of the electromagnetic force (L: Lorentz force) is a magnetic field. The strength of the current density is determined by the product of the strength of the current density and the current density. The strength of the current density is determined by the electric field strength (power strength) and the electrical conductivity of seawater.
따라서 본 구체예의 전자기력 발생장치(20)를, 도2에 도시된 바와 같이, 프로펠러의 허브(14)에 부착하면, 허브(14)의 바깥쪽으로 전자기력이 작용하여 허브(14)를 따라 흐르는 해수의 유동(F: 도3 참조)을 허브(14)로부터 멀어지는 쪽으로 밀게 되므로, 와류(17)가 집중되는 것을 확산시키게 되며, 캐비테이션도 감소시키게 된다.Accordingly, when the electromagnetic force generating device 20 of the present embodiment is attached to the hub 14 of the propeller, as shown in FIG. 2, the electromagnetic force acts outward of the hub 14 so that the seawater flowing along the hub 14 Since the flow F (see FIG. 3) is pushed away from the hub 14, the vortex 17 is concentrated and the cavitation is reduced.
본 구체예에 있어서는 전자기력 발생장치(20)를 기판(21)에 부착한 경우에 대해 설명하였으나, 별도로 기판을 사용하지 않고 타일 자체가 자극과 전극으로 사용되도록 하는 것도 가능하다.In this embodiment, the case in which the electromagnetic force generating device 20 is attached to the substrate 21 has been described. However, the tile itself may be used as the magnetic pole and the electrode without using the substrate separately.
프로펠러(10)에 부착되는 전자기력 발생장치(20')의 다른 예로서는, 다수의 자기장 형성수단(30)과 다수의 전기장 발생수단(40)을 나란히 배치하여 타일 형상으로 구성하는 예를 들 수 있다.As another example of the electromagnetic force generating device 20 ′ attached to the propeller 10, a plurality of magnetic field forming means 30 and a plurality of electric field generating means 40 may be arranged side by side to form a tile shape.
즉, 도4에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 다수 개의 N극과 S극의 자석(31,32)을 교대로 나란하게 배치하여 다수의 자기장 형성수단(30)을 설치하고, 상기 자석들(31,32) 사이에 직류 전원(S)에 연결된 다수개의 양극(41)과 음극(42)을 교대로 나란하게 배치하여 다수의 전기장 발생수단(40)을 설치한다. 이로써 전자기력 발생장치(20')의 표면에서는 자기력선(B)과 전류밀도(J)가, 도5에 도시된 바와 같이 서로 교차하게 되고, 이런 교차 부분에서는 도4에 도시된 바와 같이 전자기력(L)이 전자기력 발생장치(20')와 평행한 방향으로 발생한다. 즉 도5에서 지면 쪽으로 들어가는 방향으로 전자기력(L)이 발생한다.That is, as shown in Figure 4, a plurality of magnetic field forming means 30 is installed by alternately arranging the magnets 31, 32 of the plurality of N poles and S poles at regular intervals, and the magnets Between the 31 and 32, a plurality of positive electrode 41 and a negative electrode 42 connected to the DC power source S are alternately arranged side by side to install a plurality of electric field generating means 40. As a result, the magnetic field lines B and the current density J intersect with each other as shown in FIG. 5 at the surface of the electromagnetic force generator 20 ', and at this intersection, the electromagnetic force L as shown in FIG. It arises in the direction parallel to this electromagnetic force generator 20 '. That is, the electromagnetic force (L) is generated in the direction toward the ground in FIG.
따라서, 본 구체예의 전자기력 발생장치(20')를 전자기력(L)의 방향이 유체 흐름 방향(F)의 반대가 되도록 프로펠러의 허브(4)에 부착하면, 유체의 흐름(F)이 허브(4)의 끝단에 집중되는 것을 억제하여, 유속의 급격한 증가로 인한 와류와 캐비테이션을 감소시킬 수 있다. 또한 다수의 자석과 전극을 사용하므로써 전자기력을 보다 강력하게 발생시킬 수 있다.Therefore, when the electromagnetic force generating device 20 'of the present embodiment is attached to the hub 4 of the propeller such that the direction of the electromagnetic force L is opposite to the fluid flow direction F, the flow F of the fluid F is the hub 4. By suppressing the concentration at the tip of the crankcase, it is possible to reduce the vortex and cavitation caused by the rapid increase in flow rate. In addition, the use of a large number of magnets and electrodes can generate a stronger electromagnetic force.
상기 프로펠러(10)의 허브(4)에 설치된 전자기력 발생장치(20,20')와 선박(11)에 설치된 전원(43) 사이의 전기적인 연결은, 전동기나 발동기 등에 널리 사용되고 있는 슬립링(slip ring)과 같은 공지의 구조를 사용할 수 있으며, 이는 본 발명의 특징적인 요소가 아니므로 그 구체적인 설명과 도시를 생략한다.The electrical connection between the electromagnetic force generators 20 and 20 'installed in the hub 4 of the propeller 10 and the power supply 43 installed in the vessel 11 is a slip ring widely used in an electric motor or a motor. It is possible to use a known structure such as a ring), which is not a characteristic element of the present invention, and thus its detailed description and illustration are omitted.
본 발명에 따른 프로펠러의 전자기력 발생장치를 실제 선박(11)에 적용함에 있어서는, 프로펠러(10)의 형상과 러더(16)의 형상 등에 따른 선박의 레이놀즈 수(Reynolds number)에 맞도록 자기장의 세기와 전기장의 세기를 설정하여 소정의 전자기력이 발생되도록 할 수 있다.In applying the electromagnetic force generating device of the propeller according to the present invention to the actual ship 11, the strength of the magnetic field to match the Reynolds number of the ship according to the shape of the propeller 10 and the shape of the rudder 16 By setting the strength of the electric field can be generated a predetermined electromagnetic force.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 전자기력 발생장치가 부착된 프로펠러에 의하면, 프로펠러의 허브는 자기장 형성수단과 전기장 발생수단을 구비하는 전자기력 발생장치를 부착하는 구성에 의해, 프로펠러에서 발생하는 와류의 유동 방향을 전자기력에 의해 제어할 수 있으므로, 프로펠러의 와류와 캐비테이션이 선박에 미치는 영향을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 프로펠러의 허브 주위와 날개 말단에서 회전하는 유동의 흐름 방향을 전자기력에 의해 직선적으로 바꾸어 줌으로, 프로펠러의 자체의 효율도 향상되는 효과가 있다.According to the propeller to which the electromagnetic force generating device according to the present invention described above is attached, the hub of the propeller has a configuration in which an electromagnetic force generating device having a magnetic field forming means and an electric field generating means is attached, thereby adjusting the flow direction of the vortex generated in the propeller. Since it can be controlled by the electromagnetic force, there is an effect that can reduce the impact of the propeller vortex and cavitation on the vessel. In addition, by changing the flow direction of the flow rotated around the hub and the blade end of the propeller linearly by the electromagnetic force, the efficiency of the propeller itself is also improved.
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| KR1019980026187A KR20000004696A (en) | 1998-06-30 | 1998-06-30 | Propeller attached with electromagnetic force generating device |
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