KR20010009112A - A rudder of ship - Google Patents
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- B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
- B63H25/06—Steering by rudders
- B63H25/38—Rudders
Abstract
Description
본 발명은 선박의 방향타(rudder)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러 회전축 높이의 전단이 상하로 분리되어 상부 전단과 하부 전단이 상호 역방향으로 비틀어지며 상부와 하부의 인접부분에 유선형의 벌브가 복합회전류의 비대칭 특성에 부합하는 형태로 부설되어 에너지 손실의 최소화 및 추진효율의 향상이 양립되도록 한 선박의 방향타에 관한 것이다.The present invention relates to a rudder of a ship, and more particularly, the shear of the propeller rotation shaft height is divided up and down, the upper shear and the lower shear are twisted in the opposite direction to each other, and the streamlined bulb is compounded in the upper and lower adjacent portions. The present invention relates to a rudder of a ship which is laid in a form corresponding to the asymmetrical characteristics of the rotational flow to minimize energy loss and improve propulsion efficiency.
주지와 같이, 각종의 선박에는 그 진행방향을 조정하기 위한 수단의 하나로서 방향타(rudder)가 사용되고 있으며, 이 방향타는 물의 흐름 속에 놓여진 상태에서 받음각을 가질 때 여기에 작용하는 양력의 수직성분을 회두력으로 이용하여 선박의 진행방향을 조정하는 원리로 작동된다.As is well known, a rudder is used as a means for adjusting the traveling direction of various ships, and the rudder is used to turn the vertical component of the lift force acting on it when it has the angle of attack in the state of being placed in the flow of water. It is operated on the principle of adjusting the direction of ship by using force.
방향타에 요구되는 성능 중에는, 큰 양력을 발생시킬 수 있을 것, 받음각을 크게 하더라도 실속(失速)이 잘 안될 것, 받음각을 크게 변화시키더라도 양력의 착력점의 위치변화가 작을 것 등이 중요한 것으로 알려져 있다.Among the performance required for the rudder, it is important to be able to generate a large lift, not to stall even if the angle of attack is large, and to change the position of the landing point of lift by a small change of angle of attack. have.
최초 선박에 적용된 방향타는 도 1에 나타낸 바와 같이, 단순히 한 장의 판형상 키판을 프로펠러(1)의 회전축(1a)에 직교하도록 장착하는 간단한 구성의 단판형 방향타(2)였으나, 이런 단판형 방향타(2)는 그 후면에서의 유체 박리로 인하여 타의 효과가 상실되는 실속각이 작고 타의 저항이 매우 크다는 등의 여러 가지 문제점들을 본질적으로 내포하고 있다.As shown in FIG. 1, the rudder applied to the first ship was a simple plate-shaped rudder 2 having a simple configuration in which a single plate-shaped key board is mounted so as to be orthogonal to the rotational axis 1a of the propeller 1. 2) inherently contains several problems, such as a small stall angle at which the effect of the rudder is lost due to the fluid peeling at the rear side and a large rudder resistance.
한편, 프로펠러 후방의 유체는 선체 좌우의 빌지(bilge) 부근으로부터 발생되어 안쪽으로 회전하는 좌우 대칭의 빌지 와류와 프로펠러의 회전방향을 따라 회전하는 회전류로 존재한다.On the other hand, the fluid behind the propeller is present in the bilge vortex of the left and right symmetry generated from the bilge near the left and right of the hull and rotated inward, and the rotating flow rotates along the rotational direction of the propeller.
도 2를 통해 부연 설명하면, 프로펠러(1)가 우측으로 정회전할 때에 전진하는 선박(3)의 경우에는 후방에서 바라볼 때에 프로펠러(1)의 회전방향과 동일 방향으로 회전류(R)가 발생되고, 우현측(4)에는 회전류(R)의 반대 방향으로 회전하는 빌지 와류(S)가 발생되며, 좌현측(5)에는 회전류(R)의 동일 방향으로 회전하는 빌지 와류(P)가 발생된다.2, in the case of the ship 3 moving forward when the propeller 1 rotates forward to the right, the rotational flow R in the same direction as the direction of rotation of the propeller 1 when viewed from the rear. Bilge vortex S generated and rotated in the opposite direction of the rotational flow R on the starboard side 4 is generated, and bilge vortex P that rotates in the same direction of the rotational flow R on the port side 5. ) Is generated.
따라서, 우현측(4)의 빌지 와류(S)는 반대 방향으로 회전하는 회전류(R)에 의해 약화되어 위쪽으로 흐르며, 좌현측(5)의 빌지 와류(P)는 동일 방향으로 회전하는 회전류(R)에 의해 강화되어 아래쪽으로 흐른다.Accordingly, the bilge vortex S on the starboard side 4 is weakened by the rotational flow R rotating in the opposite direction and flows upward, and the bilge vortex P on the port side 5 rotates in the same direction. It is reinforced by the current R and flows downward.
이러한 빌지 와류(S,P)와 회전류(R)는 방향타(2)와 충돌하여 방향타(2)의 정류작용에 의해 어느 정도 약해지기는 하지만, 방향타(2)의 후단부 이후의 흐름에는 빌지 와류(S,P) 및 회전류(R)가 잔존한다.Although the bilge vortex (S, P) and the rotary flow (R) collide with the rudder (2) and weaken to some extent by the rectifying action of the rudder (2), the bilge vortex flows after the rear end of the rudder (2). Vortex S and P and rotational flow R remain.
이때, 프로펠러(1)의 후류에 놓인 방향타(2)에 작용하는 압력의 분포는 도 3에 나타낸 바와 같이, 좌현 상부와 우현 하부가 압력면을 형성하고, 우현 상부와 좌현 하부가 흡입면을 형성한다.At this time, the pressure distribution acting on the rudder 2 placed downstream of the propeller 1, as shown in Fig. 3, the upper port port and the lower port port forms a pressure surface, the upper port star and the lower port port forms a suction surface do.
이와 같은 압력 분포에 따라, 프로펠러(1)를 기준으로 한 유선방향은 방향타(2)의 좌우측면에서 각기 다르게 형성되며, 프로펠러(1) 후류의 유선이 빌지 와류(S,P)와 회전류(R)의 복합회전류로 좌현측에서 강하게 나타나고 우현측에서 약하게 나타나는 좌우 비대칭 상태로 존재된다.According to this pressure distribution, the streamline direction based on the propeller 1 is formed differently on the left and right sides of the rudder 2, and the streamline behind the propeller 1 is bilge vortex (S, P) and the rotational flow ( The composite recurrent current of R) exists strongly in the port side and weakly in the starboard side.
그러므로, 좌현측의 강력한 복합회전류에 대한 방향타(2)의 정류작용이 충분히 발휘되지 않게 된다. 즉 프로펠러(1)의 역회전 방향에 나타나는 강력한 복합회전류에 대한 방향타(2)의 정류작용이 충분히 발휘되지 않는다.Therefore, the rectifying action of the rudder 2 with respect to the strong composite rotating current on the port side is not sufficiently exhibited. In other words, the rectifying action of the rudder 2 with respect to the strong composite rotating current appearing in the reverse rotational direction of the propeller 1 is not sufficiently exhibited.
따라서, 방향타에 의한 빌지 와류 및 회전류의 정류효율을 증대시킬 때, 특히 좌현측(프로펠러의 역회전 방향)의 복합회전류에 대한 정류효율을 증대시켜 복합회전류의 에너지를 최대한 추력으로 회수하면 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.Therefore, when increasing the rectification efficiency of the bilge vortex and the rotational flow by the rudder, in particular, the rectification efficiency of the composite rotor current at the port side (the reverse direction of the propeller) is increased to recover the energy of the composite rotor current at the maximum thrust. It can be seen that the propulsion efficiency of the ship can be improved.
이에 맞추어, 여러 가지의 개량된 방향타가 지속적으로 개발되어 왔으며, 추진효율을 향상시키기 위한 방향타로서, 프로펠러 후류의 받음각을 이용하여 저항을 감소시키고 추력을 발생시키도록 하는 리액션 방향타(reaction rudder), 프로펠러 후방의 유체흐름을 정류시켜 추진효율을 향상시키기 위해 프로펠러 보스의 후부에 대응하는 위치에 벌브를 설치한 코스타 벌브 방향타(COSTA bulb rudder) 등이 있다.In line with this, several improved rudders have been developed, and as a rudder to improve propulsion efficiency, reaction rudders and propellers that reduce the resistance and generate thrust by using the angle of attack of the propeller wake. The COSTA bulb rudder includes a bulb installed at a position corresponding to the rear portion of the propeller boss to rectify the rear fluid flow and improve propulsion efficiency.
도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 리액션 방향타의 일예를 보인 사시도이다.4A and 4B are perspective views illustrating one example of a reaction rudder according to the related art.
이에 도시된 리액션 방향타는, 하단면(11)이 대략 프로펠러 회전축(1a)에 다다르며, 정위치 고정 시에 후단변(12)이 프로펠러 회전축(1a)과의 직교선상에 배치되고, 상부에서 하단쪽으로 갈수록 또한 후부에서 전단쪽으로 갈수록 프로펠러의 역회전 방향으로 편향되게 비틀어진 상 방향타(10)와; 후단변(22)은 수직하고, 하부에서 상단쪽으로 갈수록 또한 후부에서 전단쪽으로 갈수록 프로펠러의 정회전 방향으로 편향되게 비틀어지며, 후단변(22)이 프로펠러 회전축(1a)과의 직교선상에 배치되게 상단면(21)의 일부분이 상 방향타(10) 하단면(11)의 일부분에 접합되어 상 방향타(10)에 일체로 결합된 하 방향타(20)로 구성된다.In the reaction rudder shown here, the lower end surface 11 substantially reaches the propeller rotation shaft 1a, and the rear end side 12 is disposed on an orthogonal line with the propeller rotation shaft 1a at the time of fixed position, and from the top to the lower end. An upward rudder 10 which is twisted so as to be deflected in the reverse rotational direction of the propeller toward the rear and toward the front end; The rear end 22 is vertical and twists so as to deflect in the forward direction of the propeller as it goes from the bottom to the upper end and from the rear to the front end, and the rear end 22 is disposed on an orthogonal line with the propeller rotation axis 1a. A portion of the surface 21 is joined to a portion of the upper rudder 10 bottom surface 11 is composed of a lower rudder 20 integrally coupled to the upper rudder 10.
상 방향타(10)와 하 방향타(20)가 결합되어진 리액션 방향타의 형상을 부연 설명하면, 프로펠러 회전축 높이의 전단이 소정의 수평 길이에 걸쳐 상하로 분리되어 상측 전단은 프로펠러의 역회전 방향으로 편향되며, 하측 전단은 프로펠러의 정회전 방향으로 편향된다. 다시 말해서, 타의 상부 전단과 하부 전단이 상호 역방향으로 비틀어진 형상을 갖는다.Referring to the shape of the reaction rudder combined with the upper rudder 10 and the lower rudder 20, the front end of the propeller rotation shaft height is divided up and down over a predetermined horizontal length so that the upper end is deflected in the reverse direction of the propeller. The lower shear is deflected in the forward direction of the propeller. In other words, the upper and lower shears of the other end are twisted in opposite directions.
그러므로, 도 4a에서 A-A, B-B 단면은 도 4c에 도시된 바와 같이 나타난다. 즉 A-A단면은 그 전단이 프로펠러의 역회전 방향으로 편향되고, B-B단면은 그 전단이 프로펠러의 정회전 방향으로 편향된다.Therefore, cross-sections A-A and B-B in Fig. 4A are shown as shown in Fig. 4C. In other words, the A-A cross section has its front end deflected in the reverse direction of the propeller, and the B-B cross section has its front end deflected in the forward direction of the propeller.
상기와 같은 리액션 방향타에는, 도 4c에 도시한 바와 같이 프로펠러 정회전 방향 및 역회전 방향에서 각각 발생된 복합회전류가 상 방향타(10)와 하 방향타(20)에 서로 반대방향의 임의 각도(θ)로 입사된다.In the reaction rudder as described above, as shown in FIG. 4C, the composite rotational current generated in the propeller forward rotation direction and the reverse rotation direction, respectively, is applied to the upper rudder 10 and the lower rudder 20 at an arbitrary angle θ opposite to each other. Incident).
이때, 상 방향타(10)와 하 방향타(20)는 그 전단이 상호 역방향으로 편향된 상태이므로 회전류의 입사각에 적절히 대응하며, 이로서 낮은 저항에 의해 최대의 양력(E1)을 발생시키고 정류작용을 통한 유체 에너지의 회수로 추력(E2)을 발생시킨다.At this time, the upper rudder 10 and the lower rudder 20 correspond to the angle of incidence of rotational flow because their front ends are deflected in opposite directions to each other, thereby generating the maximum lift force E1 by the low resistance and through rectifying action. The thrust E2 is generated by the recovery of the fluid energy.
전술한 바와 같은 종래 기술의 리액션 방향타는, 상부 전단과 하부 전단이 상호 역방향으로 비틀어진 형상을 가지므로 타에 작용하는 프로펠러의 저항이 감소됨을 알 수 있다.Reaction rudder of the prior art as described above, it can be seen that the resistance of the propeller acting on the rudder is reduced because the upper shear and the lower shear has a shape twisted in the opposite direction to each other.
그러나, 프로펠러의 회전축에서 급격히 떨어져 생기는 소용돌이 및 상부 전단과 하부 전단의 역방향 비틀림이 만나는 곳에 불연속으로 생기는 와류에 의해 주변 유체의 속도 손실이 야기되며, 이에 따라 저항이 증가되고 유체의 정류효율이 저하되었다.However, the vortices that rapidly fall off the axis of rotation of the propeller and the discontinuous vortices where the reverse torsion of the upper and lower shear meets cause the loss of velocity of the surrounding fluid, resulting in increased resistance and lowered rectification efficiency of the fluid. .
또한, 복합회전류의 입사각에는 적절히 대응하나, 입사 후에 프로펠러 정회전 방향에서는 복합회전류가 위쪽으로 흐르고 역회전 방향에서는 아래쪽으로 흐르는 특성에는 부합하지 못하며, 이에 따라 정류효율이 떨어지고 종국에는 선박의 추진효율이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, it responds appropriately to the angle of incidence of the composite recurrent current, but after the incidence, the composite recurrent current flows upward in the forward direction of the propeller and does not correspond to the downward flow in the reverse direction of rotation. There was a problem that the efficiency is lowered.
따라서, 본 발명은 종래 기술에 의한 리액션 방향타 주위의 유동장 특성을 면밀히 분석하고, 이를 참고한 기초실험으로부터 에너지 회수를 효과적으로 이룰 수 있는 방안을 모색한 일련의 연구성과를 기초로 한 것이다.Therefore, the present invention is based on a series of research results that closely analyzes the flow field characteristics around the reaction rudder according to the prior art, and seeks to effectively achieve energy recovery from the basic experiments with reference thereto.
이와 같은 연구실험에 기초하는 본 발명의 목적은, 프로펠러 회전축 높이의 전단이 상하로 분리되어 상부 전단과 하부 전단이 상호 역방향으로 비틀어지며 상부와 하부의 인접부분에 유선형의 벌브가 복합회전류의 비대칭 특성에 부합하는 형태로 부설된 선박의 방향타를 제공함으로써,The object of the present invention based on the above experiments is that the front end of the propeller axis of rotation is separated up and down, the upper and lower shear are twisted in opposite directions, and the streamlined bulb is adjacent to the upper and lower parts of the composite asymmetry By providing the rudder of the ship laid in a form consistent with the characteristics,
프로펠러의 회전방향에 따른 복합회전류의 비대칭 특성에 의한 에너지 손실을 최대한 회수하여 그 손실을 최소화하고, 유체흐름을 강력하게 정류시켜 선박의 추진효율을 향상시키는 데 그 목적이 있다.The purpose of the present invention is to minimize the loss by recovering the energy loss due to the asymmetrical characteristic of the composite recurrent current according to the rotational direction of the propeller and to improve the propulsion efficiency of the ship by strongly rectifying the fluid flow.
도 1은 종래 기술에 따라 단판형 방향타가 장착된 선박 선미부의 측면도.1 is a side view of a ship stern equipped with a single-plate rudder according to the prior art.
도 2는 선박에서 프로펠러 후방의 유체흐름을 보여주는 모식도.Figure 2 is a schematic diagram showing the flow of fluid behind the propeller in the ship.
도 3은 프로펠러의 후류에 놓인 방향타에 작용하는 압력의 분포도.3 is a distribution diagram of the pressure acting on the rudder lying downstream of the propeller.
도 4a 및 도 4b는 종래 기술에 따른 리액션 방향타의 일예를 보인 사시도.4A and 4B are perspective views illustrating one example of a reaction rudder according to the related art.
도 4c는 상기 리액션 방향타 주위의 유체 흐름도.4C is a flow chart around the reaction rudder;
도 5a는 본 발명에 따른 방향타가 적용된 선박 선미부의 우측면도.Figure 5a is a right side view of the ship stern to which the rudder according to the present invention is applied.
도 5b는 본 발명에 따른 방향타의 좌측면도.5b is a left side view of the rudder according to the invention;
도 6a는 본 발명에 따른 방향타의 형상 및 프로펠러와의 배치관계를 보여주는 평면도.Figure 6a is a plan view showing the relationship between the shape of the rudder and the propeller according to the present invention.
도 6b는 본 발명에 따른 방향타에 적용된 벌브 및 그 하부의 단면도.Figure 6b is a cross-sectional view of the bulb and the lower part applied to the rudder according to the present invention.
도 6c는 본 발명에 따른 방향타에 적용된 벌브의 가상적인 노우즈 선을 보여주는 정면도.Figure 6c is a front view showing a virtual nose line of the bulb applied to the rudder in accordance with the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 방향타의 정면도.7 is a front view of a rudder in accordance with the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 방향타에 적용된 벌브 주위의 유체 흐름도.8 is a flow diagram around a bulb applied to the rudder in accordance with the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 프로펠러 1a : 회전축1 propeller 1a rotating shaft
100 : 방향타 101 : 방향타의 상부100: rudder 101: upper part of the rudder
101a : 방향타의 상부 전단 102 : 방향타의 하부101a: upper shear of rudder 102: lower of rudder
102a : 방향타의 하부 전단 110 : 벌브102a: lower shear of the rudder 110: bulb
110a,110b : 벌브의 측방면 111 : 벌브의 노우즈부110a, 110b: Side of bulb 111: Nose part of bulb
112 : 벌브의 테일부 L : 벌브의 중심선112: tail of bulb L: centerline of bulb
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박의 방향타는, 프로펠러 회전축의 직교선상에 배치되고 상기 회전축 높이의 전단이 소정의 수평 길이에 걸쳐 상하로 분리되어 상부 전단과 하부 전단이 상호 역방향으로 비틀어진 선박의 방향타에 있어서:The rudder of the ship according to the present invention for achieving this object is disposed on the orthogonal line of the propeller rotation axis and the front end of the rotation shaft height is separated up and down over a predetermined horizontal length and the upper and lower shear are twisted in opposite directions to each other In rudder of ship:
상기 상부 및 하부의 인접부분을 감싸며, 비후된 노우즈부가 전방으로 돌출하게 부설된 유선형의 벌브를 포함하고;A streamlined bulb surrounding the upper and lower adjacent portions, the thickened nose portion being disposed to protrude forward;
상기 노우즈부는 그 전단이 선체중심선에서 상기 프로펠러의 정회전 방향으로 편향하게 형성된다.The nose portion is formed so that its front end is deflected from the hull center line in the forward direction of the propeller.
바람직하기로, 상기 벌브의 두 측방면 중 상기 정회전 방향의 측방면은 그 노우즈부에서 테일부로 잇는 중심선이 상기 회전축에서 상향으로 기울어지게 형성되고, 상기 프로펠러의 역회전 방향 측방면은 그 노우즈부에서 테일부로 잇는 중심선이 상기 회전축에서 하향으로 기울어지게 형성된다.Preferably, the lateral side of the forward direction of the two side surfaces of the bulb is formed such that the centerline connecting the nose to the tail portion is inclined upwardly from the rotational axis, and the reverse side of the propeller is the nose portion In the center line leading to the tail portion is formed to be inclined downward from the rotation axis.
선택적으로, 상기 노우즈부의 돌출 거리는 상기 인접부분 길이의 40% 이내로 규정되며, 상기 테일부는 후방으로 돌출되지 않는다.Optionally, the protruding distance of the nose portion is defined to be within 40% of the length of the adjacent portion and the tail portion does not protrude rearward.
상기 노우즈부의 전단이 상기 선체중심선에서 편향된 거리는 상기 프로펠러 직경의 10% 이내로 규정되며, 상기 회전축과 상기 중심선이 이루는 각도는 21°이내로 규정된다.The distance at which the front end of the nose portion is deflected from the center line of the hull is defined within 10% of the propeller diameter, and the angle formed between the rotating shaft and the centerline is defined within 21 °.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통해 본 고안의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Through this embodiment, it is possible to better understand the objects, features and advantages of the present invention.
도 5a는 본 발명에 따른 방향타가 적용된 선박 선미부의 우측면도, 도 5b는 본 발명에 따른 방향타의 좌측면도, 도 6a는 본 발명에 따른 방향타의 형상 및 프로펠러와의 배치관계를 보여주는 평면도, 도 6b는 본 발명에 따른 방향타에 적용된 벌브 및 그 하부의 단면도, 도 6c는 본 발명에 따른 방향타에 적용된 벌브의 가상적인 노우즈 선을 보여주는 정면도, 도 7은 본 발명에 따른 방향타의 정면도이다. 상기의 도면들은 프로펠러가 우측으로 정회전할 때에 추진력을 얻어 전진하는 선박의 경우이다.Figure 5a is a right side view of the ship stern applied to the rudder according to the present invention, Figure 5b is a left side view of the rudder according to the present invention, Figure 6a is a plan view showing the shape of the rudder according to the present invention and the arrangement relationship with the propeller, Figure 6b 6 is a front view showing a virtual nose line of a bulb applied to the rudder according to the present invention, Figure 7 is a front view of the rudder according to the present invention. The above figures are for the case of a ship moving forward with propulsion when the propeller rotates forward to the right.
본 발명에 따른 방향타(100)는 프로펠러(1)를 추진장치로 하는 선박에서 프로펠러(1)의 후방에 회동 가능하게 설치된다.The rudder 100 according to the present invention is rotatably installed at the rear of the propeller 1 in a ship having the propeller 1 as a propulsion device.
프로펠러(1)의 회전축(1a)과 대략 동일한 높이의 전단이 소정의 수평 길이에 걸쳐 상하로 분리되어 상측 전단은 프로펠러(1)의 역회전 방향으로 편향되며 하측 전단은 프로펠러(1)의 정회전 방향으로 편향, 즉 상부(101)의 전단(101a)과 하부(102)의 전단(102a)이 상호 역방향으로 비틀어지고, 상부(101) 및 하부(102)의 인접부분을 감싸도록 유선형의 벌브(110)가 부설되며, 벌브(110)의 비후된 노우즈부(111)는 전방으로 돌출하게 형성된다.A shear of approximately the same height as the rotating shaft 1a of the propeller 1 is divided up and down over a predetermined horizontal length so that the upper shear is deflected in the reverse direction of the propeller 1 and the lower shear is the forward rotation of the propeller 1. Direction, that is, the front end 101a of the upper part 101 and the front end 102a of the lower part 102 are twisted in opposite directions to each other, and have a streamlined bulb shape to surround adjacent portions of the upper part 101 and the lower part 102. 110 is laid, the thickened nose portion 111 of the bulb 110 is formed to protrude forward.
노우즈부(111)의 돌출 거리(D)는 상기 인접부분 길이의 40% 이내로 규정되며, 후방으로 갈수록 비후 정도가 작아지는 원추 유선형의 테일부(112)는 후방으로 돌출되지 않고, 노우즈부(111)의 전단은 선체중심선(CL)에서 프로펠러(1)의 정회전 방향으로 편향된다. 도 6c에는 설명의 이해를 돕기 위해 벌브(110)의 노우즈 선(111a)을 가상하여 표시하였다.The protruding distance D of the nose portion 111 is defined within 40% of the length of the adjacent portion, and the conical streamlined tail portion 112 whose thickness becomes smaller toward the rear side does not protrude rearward, and the nose portion 111 ) Is deflected in the direction of the forward rotation of the propeller 1 from the ship center line CL. In FIG. 6C, the nose line 111a of the bulb 110 is virtually displayed to help understand the description.
노우즈부(111)의 편향 정도, 즉 선체중심선(CL)에서 노우즈부(111) 전단까지의 거리(D)는 프로펠러 자체의 특징, 방향타의 특징, 프로펠러와 방향타 사이의 거리, 프로펠러와 방향타의 상호작용 등 프로펠러(1)의 후류에 영향을 미칠 수 있는 모든 인자들의 상호 작용에 따라 다소 차이를 가질 수 있다.The degree of deflection of the nose portion 111, that is, the distance D from the hull center line CL to the front end of the nose portion 111 is a characteristic of the propeller itself, the characteristic of the rudder, the distance between the propeller and the rudder, and the propeller and the rudder mutually. The action may have some differences depending on the interaction of all factors that may affect the wake of the propeller 1.
그런데, 프로펠러의 정회전 방향에서 역회전 방향으로 복합회전류의 편심이 생기며, 프로펠러(1)에서 가깝게 벌브(110)가 설치된 경우에 프로펠러 후류의 편심은 그 중심이 프로펠러(1) 직경의 10% 이내에 위치하므로 표준 조건에서는 노우즈부(111)의 전단이 프로펠러(1) 직경의 10% 이내의 거리(D)로 편향된다.However, when the bulb 110 is installed close to the propeller 1, the eccentricity of the propeller wake eccentricity is 10% of the diameter of the propeller 1. In the standard condition, the shear of the nose portion 111 is deflected at a distance D within 10% of the diameter of the propeller 1.
상기와 같이 부설된 벌브(110)에는, 도 8에 도시한 바와 같이 프로펠러 후류(소용돌이 포함)가 임의 각도(θ)로 입사되며, 벌브(110)의 전단이 입사각에 대응하게 편향된 상태이므로 낮은 저항에 의해 최대의 양력(E1)이 발생되고 정류효과가 극대화되어 유체 에너지의 회수에 의한 추력(E2)이 발생된다.As shown in FIG. 8, the propeller wake (including the whirlpool) is incident at an arbitrary angle θ to the bulb 110 installed as described above, and the front end of the bulb 110 is deflected corresponding to the angle of incidence. By the maximum lift force (E1) is generated and the rectification effect is maximized, the thrust (E2) by the recovery of the fluid energy is generated.
그리고, 벌브(110)에 의해 감싸지지 않은 상부와 하부는 종래 기술에서 도 4c를 참조하여 설명한 바와 같이 동일한 작용으로 양력 및 추력이 발생된다.In addition, the upper and lower portions not wrapped by the bulb 110 generate lift and thrust by the same action as described with reference to FIG. 4C in the prior art.
또한, 벌브(110)에 의해 프로펠러 후류의 유속이 증가되며, 이러한 유속의 증가는 정류효율의 향상과 비례적인 관계를 갖는다.In addition, the flow rate of the propeller wake is increased by the bulb 110, and the increase in the flow rate is proportional to the improvement of the rectification efficiency.
한편, 종래 기술에서 도 2 및 도 3을 참조하여 언급한 바와 같이, 프로펠러 정회전 방향의 복합회전류는 타에 입사 후에 위쪽으로 흐르며, 역회전 방향의 복합회전류는 아래쪽으로 흐른다. 즉, 방향타(100)의 좌우로 흐르는 유선의 특성을 살펴보면, 프로펠러(1)의 정회전 방향에서는 후방 쪽으로 진행함에 따라 상향으로 경사지면서 흐르고, 프로펠러(1)의 역회전 방향에서는 후방 쪽으로 진행함에 따라 하향으로 경사지면서 흐른다.Meanwhile, as mentioned in the related art with reference to FIGS. 2 and 3, the composite rotation current in the propeller forward rotation direction flows upward after incidence on the other, and the composite rotation current in the reverse rotation direction flows downward. That is, when looking at the characteristics of the streamline flowing to the left and right of the rudder 100, in the forward rotation direction of the propeller 1 flows inclined upward as it proceeds toward the rear, and proceeds toward the rear in the reverse rotation direction of the propeller 1 Flowing inclined downward.
그러므로, 벌브(110)의 형상을 좌우측의 유선 특성에 부합하도록 설계하면 프로펠러 후류의 유속을 더욱 증가시킬 수 있다.Therefore, if the shape of the bulb 110 is designed to match the left and right streamline characteristics, it is possible to further increase the flow velocity of the propeller wake.
이를 감안한 본 발명의 방향타(100)에 부설된 벌브(110)는, 도 5a 및 도 5b에 나타낸 바와 같이 방향타(100)의 좌우로 돌출하는 두 측방면(110a,110b)이 방향타(100)를 기준으로 상호 비대칭된다.The bulb 110 installed in the rudder 100 according to the present invention has two side surfaces 110a and 110b projecting from the left and right of the rudder 100 as shown in FIGS. 5A and 5B. Asymmetric with each other as a reference.
프로펠러(1)의 정회전 방향으로 돌출한 측방면(110a)은 노우즈부(111)에서 테일부(112)로 잇는 중심선(L)이 프로펠러의 회전축(1a)에서 상향으로 21°이내의 각도로 기울어져 형성되고, 프로펠러(1)의 역회전 방향으로 돌출한 측방면(110b)은 노우즈부(111)에서 테일부(112)로 잇는 중심선(L)이 프로펠러의 회전축(1a)에서 하향으로 21°이내의 각도로 기울어져 형성되는 것이다.The lateral surface 110a protruding in the forward direction of the propeller 1 has an angle of 21 ° from the nose portion 111 to the tail portion 112 at a center line L upwardly from the rotational axis 1a of the propeller. The side surface 110b which is formed to be inclined and protrudes in the reverse rotational direction of the propeller 1 has a center line L extending from the nose portion 111 to the tail portion 112 downwardly from the rotation axis 1a of the propeller. It is formed to be inclined at an angle within °.
벌브(110)의 중심선(L)과 프로펠러의 회전축(1a)이 이루는 경사각도는 벌브를 수평하게 설치한 조건에서 수행한 유동장 테스트로부터 실측된 유체흐름각 데이터에 근거하며, 곧 실측된 유체흐름각은 벌브(110)의 경사각도로 적용된다.The angle of inclination between the centerline L of the bulb 110 and the axis of rotation 1a of the propeller is based on the fluid flow angle data measured from the flow field test performed under the horizontal installation of the bulb. Is applied to the inclination angle of the bulb (110).
그러면, 프로펠러 정회전 방향의 복합회전류는 방향타(100)에 입사 후에 측방면(110a)의 경사를 따라 위쪽으로 흐르며, 역회전 방향의 복합회전류는 측방면(110b)의 경사를 따라 아래쪽으로 흐른다. 이에 따라 벌브(110)에 의한 저항이 최소화되므로 프로펠러 후류의 유속은 더욱 증가되고, 방향타(100)에 의한 정류효과 및 추진효율이 극대화된다.Then, the composite rotation current in the forward direction of the propeller flows upward along the inclination of the side surface 110a after incidence into the rudder 100, and the composite rotation current in the reverse rotation direction is downward along the slope of the side surface 110b. Flow. Accordingly, since the resistance by the bulb 110 is minimized, the flow velocity of the propeller wake is further increased, and the rectification effect and the propulsion efficiency by the rudder 100 are maximized.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 방향타는, 프로펠러 회전축 높이의 전단이 상하로 분리되어 상부 전단과 하부 전단이 상호 역방향으로 비틀어지며 상부와 하부의 인접부분에 유선형의 벌브가 복합회전류의 비대칭 특성에 부합하는 형태로 부설되므로, 종래 기술에서 상부와 하부의 역방향 비틀림이 만나는 곳에서 발생되던 와류의 발생은 원천 봉쇄되고, 프로펠러의 회전축에서 급격히 떨어져 생기는 소용돌이는 벌브에 의해 정류된다.As described above, in the rudder according to the present invention, the front end of the propeller rotation shaft height is divided up and down, and the upper and lower shears are twisted in opposite directions, and the streamlined bulb is adjacent to the upper and lower parts, and the asymmetrical characteristics of the composite rotational current. Since it is laid in the form corresponding to, the generation of the vortex generated at the place where the upper and lower reverse torsion meets in the prior art is blocked at the source, and the vortex that is sharply separated from the rotation axis of the propeller is rectified by the bulb.
아울러, 본 발명의 방향타는 프로펠러의 회전방향에 따른 복합회전류의 비대칭 특성에 의한 에너지 손실을 최대한 회수하여 그 손실이 최소화되고, 유체흐름이 강력하게 정류되어 선박의 추진효율이 향상되는 효과가 있다.In addition, the rudder according to the present invention has the effect of minimizing the loss by recovering the energy loss due to the asymmetrical characteristic of the composite recurrent current according to the rotational direction of the propeller, and the fluid flow is strongly rectified to improve the propulsion efficiency of the ship. .
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