KR200236147Y1 - 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조에 관한 것으로, 러더혼(110)에 스커트(111)의 일측을 부착하되 러더혼(110)과 러더플레이트(120) 사이의 틈새 좌우 측에 스커트(111)가 위치되게 하여 스커트(111)의 타측이 러더플레이트(120)의 외주면에 밀착되게 하므로 러더(100)의 갭 캐비테이션을 억제할 수 할 뿐만 아니라 특히 저 비용으로 러더혼과 러드플레이트 사이의 틈새에서 발생되는 갭 캐비테이션을 최소화하여 이에 따른 침식을 줄이고 러더의 성능과 수명을 증대시키는 효과가 있다.

Description

갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조 {rudder structure for a ship against gap cavitation}

본 고안은 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조에 관한 것으로, 상세하게는 러더혼에 스커트를 부착하여 러더혼과 러더플레이트 사이의 갭에서 발생되는 캐비테이션과 캐비테이션 침식을 억제하여 러더의 수명과 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조에 관한 것이다.

선박용 러더는 선박의 진행 방향을 제어하는 장치로 키 또는 타(舵)라고도 한다.

보통의 수상선(水上船)에서 러더의 효과는 스크루프로펠러가 정상회전하고 있고 선박의 전진속도가 어느 정도 이상일 때 크며, 스크루프로펠러가 정지하고 있거나 저속도로 전진할 때는 없거나 작다.

오늘날 상선 등에 사용되고 있는 러더의 대부분은 흐름 속에 놓인 날개모양의 물체가 받음각(迎角)을 가질 때, 그 물체에 가해지는 양력의 러더플레이트에 수직인 성분을 회두력으로 이용하게 되어 있다.

따라서 큰 양력을 발생시킬 수 있고 받음각을 크게 하더라도 실속(失速)이 잘 안되는 것(실속각이 큰 것)이 러더의 성능으로서 중요하다.

또 받음각을 크게 변화시키더라도 양력의 착력점(着力點)의 위치 변화가 작아야 한다.

이것은 착력점의 위치 변화가 작으면 양력의 착력점 바로 위에 러더샤프트를장치함으로써 러더샤프트의 회전으로 타각(舵角)을 바꾸는 데 필요한 토크를 작게 할 수 있기 때문이다.

판모양의 러더는 만들기 쉽다는 장점은 있으나 날개로서의 성능이 좋지 않아 현재는 단면이 유선형인 대칭 날개모양의 러더를 주로 쓰고 있으며, 측면의 윤곽 형상도 직사각형이나 스페이드형인 것이 많다.

양력면으로서의 러더의 성능에 직접 관계하는 것은 러더의 애스펙트비(aspectratio;직사각형러더에서는 러더 높이를 러더의 나비로 나눈 값)로써, 애스펙트비가 클수록 러더가 발생하는 단위측면 넓이당 양력이 크고 양력에 상대적인 항력(抗力)의 크기는 작다.

러더플레이트에 작용하는 수직력은 흐름의 속도가 클수록 크다(따라서 키의 성능이 좋다).

그러므로 러더는 선미에 장치된 스크루프로펠라의 바로 뒤에 장착하여 스크루프로펠라에 의해 가속된 속도가 큰 흐름이 러더에 흘러와 닿도록 설계되어 있다.

따라서 스크루프로펠러가 회전하지 않을 때나 역회전하고 있을 때는 러더의 성능이 크게 저하한다.

이런 경우에 러더는 유효한 방위제어수단이 될 수 없으므로 앞서 말한 특수한 추진기나 사이드스러스터가 이용된다.

또 배가 타력(惰力)전진중 정지하기 위해 스크루프로펠러를 역전시키면 스크루프로펠러가 배출하는 유체가 스크루프로펠러 앞쪽의 선미 부근에 비대칭의 흐름의 장을 형성하여 배에 회두력이 작용하는 경우가 많다.

이런 경우에는 러더의 제어 효과는 거의 기대할 수 없으므로 스크루프로펠러의 역전으로 유발된 회두력에 의한 선체의 선회운동을 조타(操舵)로 제어하기는 어렵다.

러더는 배의 구조·종류·크기에 따라 여러 가지가 있지만 대표적인 것과 특수한 러더로 다음과 같은 것이 있다.

① 단판러더: 러더플레이트가 1장의 판 모양이며 구조가 간단하여 이전에는 흔히 사용되었다.

그러나 러더의 뒷면에서 유체가 박리하므로 러더의 효과가 상실되는 실속각이 작고, 또 키 저항도 크므로 최근에는 소형선을 제외하고는 거의 쓰이지 않는다.

② 심플렉스러더: 단면이 유선형이고 단면의 두께를 두껍게 하여 러더플레이트에 작용하는 힘의 착력점이 넓은 범위의 조타각에 대해 이동하지 않도록 설계된 평형러더(러더플레이트에 작용하는 힘의 착력점 바로 위에 러더샤프트를 설치한 러더)이다.

단판러더에 비해 러더샤프트에 걸리는 모멘트가 작아 조타기의 마력(馬力)을 줄일 수 있는 이점이 있다.

③ 에르츠러더: 전체적으로는 유선형이지만 앞쪽의 약 1/3은 고정되고 뒤쪽부분만 움직이게 되어 있어 러더에 작용하는 힘의 일부를 고정부에 부담시킨 것으로, 조타기의 마력을 줄일 수 있고 타각이 크더라도 실속을 일으키지 않는 등의 이점이 있다.

④ 반동러더: 러더플레이트의 앞가장자리에 붙인 날개모양의 지느러미로 스크루프로펠러의 후류의 비틀림을 정류하여 러더 자체에 추진력을 발생시켜 선박의 추진력을 증대시킨다.

⑤ 콘트라러더: 반동러더와 마찬가지로 스크루프로펠러의 후류를 정류해서 추진 효율을 높이기 위해 타주(舵柱)의 모양을 상반부는 좌현으로, 하반부는 우현으로 비틀어지게 한 반동러더이다.

⑥ 플레트너 러더: 보통의 평형러더를 메인러더로 하고, 그 뒤끝에 작은 서브러더를 장치하여 서브러더에 작용하는 힘으로 메인러더를 회전시켜 조타기의 마력을 줄이는 형식의 러더이다.

⑥ 기타 러더: 이상의 키들은 모두 러더플레이트에 작용하는 양력을 회두력으로 이용하는 것인데, 이 밖에 스크루프로펠러 후류의 분출 방향을 조작하여 회두력을 발생시키는 러더로서 스크루프로펠러를 원통상의 노즐 안에 넣고 노즐을 연직축의 둘레에서 회전시켜 추진력의 방향을 바꾸는 콜트노즐러더, 2개의 반원형의 통으로 스크루프로펠러를 둘러싸고 그 통의 개폐와 방향 변환으로 선박에 추진력 또는 회두력을 갖게 하는 키첸러더 등이 있다.

이러한 각종러더는 선박의 방향전환을 위하여 러더를 동작시키면, 러더의 양측에서 큰 압력차이가 유기되고 이로 인하여 저압 측에서 물의 포화증기압 이하로 떨어지는 부분에서 캐비테이션이 발생하게 된다.

특히, 이러한 캐비테이션 현상은 러더혼과 러더플레이트 사이 틈새에서 심하게 발생되는데 이를 갭 캐비테이션이라 칭한다.

따라서 이러한 문제점을 해소하기 위하여 종래에는 러더의 단면을 개선 또는러더혼과 러더플레이트 사이의 틈새를 최소화하거나 내식성 재료 또는 내식성 도료를 사용하여 갭 캐비테이션을 최소화하도록 하였다.

그러나 이러한 종래의 러더는 상기한 노력에도 불구하고 그 효과가 미미할 뿐만 아니라 그에 따른 비용이 크게 증가되는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 주 목적은 저 비용으로 러더혼과 러드플레이트 사이의 틈새에서 발생되는 갭 캐비테이션을 최소화하여 이에 따른 침식을 줄이고 러더의 성능과 수명을 증대시킬 수 있도록 하는 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조를 제공하는 데 있다.

도 1 은 본 고안에 따른 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조를 나타낸 정면도.

도 2 는 본 고안에 따른 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조를 나타낸 평면도.

*도면의 주요 부분의 부호의 설명*

100 : 러더 110 : 러더혼

111 : 스커트 112 : 부시

113 : 볼트 114 : 핀틀

120 : 러더플레이트

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조는 러더혼과 러더플레이트로 형성된 선박용 러더에 있어서, 상기 러더혼과 러더플레이트 사이의 틈새 좌우 측에 스커트를 밀착되게 부착하여 갭을 차단하도록 하여 러더의 갭 캐비테이션을 억제할 수 있도록 구성함을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

위와 같이 구성된 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 고안에 따른 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조를 나타낸 정면도이고, 도 2 는 본 고안에 따른 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조를 나타낸 평면도이다.

도 1 과 도 2 에 나타낸 바와 같이, 본 고안의 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조는 러더혼(110)과 러더플레이트(120)로 형성된 선박용 러더(100)에 있어서, 상기 러더혼(110)에 스커트(111)의 일측을 부착하되 러더혼(110)과 러더플레이트(120) 사이의 틈새 좌우 측에 스커트(111)가 위치되게 하여 스커트(111)의 타측이 러더플레이트(120)의 외주면에 밀착되게 하므로 러더(100)의 갭 캐비테이션을 억제할 수 있도록 구성한다.

상기 러더혼(110)은 표면에 내측으로 나사공을 형성시키고, 스커트(111)에는 러더혼(110)의 나사공에 대응되는 나사공을 형성한다.

나아가, 스커트(111)에는 부시(112)를 구비하여 볼트(113)로 체결하여 고정시킴이 바람직하다.

더불어, 스커트(111)는 고무판(rubber) 또는 그와 유사한 재질로 형성하고 부시(112)는 스커트(111)를 견고하게 지지하도록 스틸 플레이트로 함이 바람직하다.

한편, 도 1 에 나타낸 바와 같이 스커트(111)는 갭의 형상에 따라 분리하여 부착되어 있으나 일체형으로도 형성하여 설치할 수 도 있다.

이러한 본 고안의 작용을 설명하면 다음과 같다.

선박을 방향 전환시키고자 러더(100)의 러더플레이트(120)를 회전시키면, 러더(100)의 양측에서 큰 압력차이가 유기된다.

이러한 압력차는 러더혼(110)과 러더플레이트(120) 사이 틈새를 통한 강한 흐름을 유도하고 이는 결국 갭 캐비테이션으로 이어진다.

이때 러더혼(110)과 러더플레이트(120) 사이 틈새를 차단하는 스커트(111)에 의하여 갭 캐비테이션이 최소화되고 이로 인하여 러더(100)의 성능이 향상된다.

또한, 이로 인하여 갭 캐비테이션에 의한 러더(100)의 침식이 억제되어 러더(100)의 수명을 연장시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안의 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조는 러더혼(110)과 러더플레이트(120)로 형성된 선박용 러더(100)에 있어서, 상기 러더혼(110)에 스커트(111)의 일측을 부착하되 러더혼(110)과 러더플레이트(120) 사이의 틈새 좌우 측에 스커트(111)가 위치되게 하여 스커트(111)의 타측이 러더플레이트(120)의 외주면에 밀착되게 하므로 러더(100)의 갭 캐비테이션을 억제할 수 할 뿐만 아니라 특히 저 비용으로 러더혼과 러더플레이트 사이의 틈새에서 발생되는 갭 캐비테이션을 최소화하여 이에 따른 침식을 줄이고 러더의 성능과 수명을 증대시키는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 러더혼(110)과 러더플레이트(120)로 형성된 선박용 러더(100)에 있어서, 상기 러더혼(110)에 스커트(111)의 일측을 부착하되 러더혼(110)과 러더플레이트(120) 사이의 틈새 좌우 측에 스커트(111)가 위치되게 하여 스커트(111)의 타측이 러더플레이트(120)의 외주면에 밀착되게 하므로 러더(100)의 갭 캐비테이션을 억제할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 갭 캐비테이션 방지를 위한 선박용 러더 구조.