KR20040077163A

KR20040077163A - 선박의 러더형상

Info

Publication number: KR20040077163A
Application number: KR1020030012618A
Authority: KR
Inventors: 류민철; 황윤식; 이석원; 박제준
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-04

Abstract

본 발명은 프로펠러의 회동시 러더의 상부측에서 발생되는 간극 캐비테이션의 발생 가능성을 감소시키고 러더의 전연부에서 발생되는 전연 캐비테이션의 거동을 안정화시키므로써 캐비테이션에 의한 러더의 손상을 방지하고자 하는 선박의 러더형상에 관한 것으로서, 간극 캐비테이션의 발생 가능성이 상대적으로 높은 러더(10)의 상부측에는 이 부근에서의 압력이 가능한 높게 유지되는 NACA00xx 계열의 익형형상(30)을 단면 형상으로 적용하여 간극(14)에서 발생되는 간극 캐비테이션의 발생을 억제시키고, 전연부(12)에서 발생되는 전연 캐비테이션의 발생 가능성이 상대적으로 높은 러더(10)의 하부측에는 이 부분에서의 캐비테이션 특성이 안정적인 MP71-xx 계열의 익형형상(40)이나 또는 NACA6430xx 계열의 익형형상(50)을 단면 형상으로 사용하므로써 전연 캐비테이션의 거동을 안정화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 러더형상 {Rudder shape of a ship}

본 발명은 프로펠러의 회동시 발생되는 캐비테이션에 의해 러더가 침식되는 것을 방지하기 위한 선박용 러더형상에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 간극(Gap)이 위치하는 러더(Rudder)의 상부에는 NACA00xx 계열의 단면형상을 적용하여 간극 캐비테이션(Gap Cavitation)의 발생을 억제시키고, 러더의 하부에는 MP71-xx 계열의 단면형상이나 NACA6430xx 계열의 단면형상을 적용하므로써 전연부(Leading Edge)의 캐비테이션 발생을 안정화시키므로써 러더의 침식을 방지할 수 있는 선박의 러더형상에 관한 것이다.

일반적으로, 선박의 후미부에는 선체의 진행방향을 조정하기 위한 수단의 하나로서 도 1에 도시한 바와 같이, 러더(2)가 장착되어 있는데 상기 러더(2)는 물의 흐름 속에 놓여진 상태에서 받음각을 가질 때 여기에 작용하는 양력의 수직성분을 회두력으로 이용하여 선체(1)의 진행방향을 조정하는 원리로 작동된다.

선체(1)의 후미부 하측단에는 엔진으로부터 동력을 전달받아 회전하는 프로펠러(3)가 장착되어 있어 상기 프로펠러(3)의 회전에 의해 선체(1)는 추진력을 얻는 구조로 형성된다.

이때, 상기 프로펠러(3)로 부터 발생되는 추진력의 작용방향을 러더(2)를 축회전에 의해 조향시키므로써 선체(1)를 원하는 방향으로 조향할 수 있게 된다.

도 2는 기존 선박의 러더형상을 도시하는 도면으로서, 상기 도면에 도시하였듯이, 러더(2)는 한 장의 판형상 키판을 프로펠러(3)의 회전축(4)에 직교하도록 장착하는 간단한 구성인 단판형으로 성형되어 일정각 선회될 수 있도록 선체(1)의 후단부에 형성된 러더혼(5)에 회동 가능하게 축결합 된다.

상기 러더(2)의 상부측에는 러더혼(5)과의 사이에 이격된 공간인 간극(6)이 형성되며, 상기 러더(2)의 전방부에는 전연부(7)가 형성된다.

상기 러더(2)를 선박의 방향전환을 위하여 작동시키면, 러더(2)의 양측에서 큰 압력차이가 유기되고 이로 인하여 저압 측에서 물의 포화증기압 이하로 떨어지는 부분에서 캐비테이션이 발생하게 된다.

상기 러더(2)는 캐비테이션에 의한 침식을 가장 많이 받는 선체부 중의 하나로서, 기존에는 20 노트이하의 저속으로 선박을 운항하였기 때문에 캐비테이션에 의한 침식의 문제는 거의 발생하지 않았으며, 발생해도 그 정도가 무시할 정도로 미소하였기 때문에 특별히 캐비테이션에 의한 내침식 대책을 세울 필요가 없었다.

하지만, 선박의 성능이 향상됨에 따라 점점 고속으로 운항하게 되고, 그로 인하여 프로펠러(3)의 회전에 의한 캐비테이션이 러더(2)에도 상대적으로 더 많이 발생하게 되어 프로펠러(3)와 러더(2)에 캐비테이션에 의한 침식이 큰 문제로 대두되기에 이르렀다.

상기 러더(2)에서 주로 캐비테이션이 발생되는 부위는 간극(6)이 위치하는 러더(2) 상부와 프로펠러(3)의 회전축(4) 상에 위치하는 전연부(7)이다.

통상, 상기 러더(2)의 단면형상으로는 도 3a에 도시한 바와 같은, NACA00xx 계열의 익형형상(8)이 사용되는데, 상기 NACA계열의 익형형상은 NACA(National Advisory Committee for Aeronautics, 현재의 NASA)에서 1930년대에 이스트만 야콥스(Eastman Jacobs)에 의해 개발된 익형(airfoil)형상으로서, 최대 캠버와 그 위치(Maximum Camber & position), 최대두께(maximum thickness & position)와 그위치, 앞전원의 반경(nose radius) 등에 의해 그 모양이 결정되며, 주로 저속형의 익형형상으로 사용된다.

상기 NACA 계열의 익형형상은 0020, 643020 등과 같이 4∼6자의 숫자 이름으로 구분되는데, 통상적으로 러더(2)의 단면 형상으로 사용되는 NACA0020 계열의 익형형상(8)은 최대 캠버가 시위(Chord)의 0 %이고, 최대 캠버의 위치와 시위길이의 비를 10으로 나눈 수치가 0이며, 최대 두께가 시위의 20%가 되는 익형형상이다.

최근에는 캐비테이션에 의한 러더(2)의 침식을 감소시킬 목적으로 도 3b와 도 3c에 각각 도시한 바와 같은, MP71-xx 계열의 익형형상(9)이나 NACA6430xx 계열의 익형형상(10)이 러더(2)의 단면 형상으로 사용되는데, 상기 MP71-xx 계열의 익형형상은 HSVA 라는 독일의 선박관련 모형시험 기관에서 개발된 것으로, 기존의 NACA계열의 익형형상이 항공기용으로 개발된 점에 대비하여 선박용에 적합한 새로운 익형을 개발하고자 1970년대에 개발된 선박용 익형형상이다.

상기 MP71-xx 계열의 익형형상(9)이나 NACA6430xx 계열의 익형형상(10)이 적용된 러더는 양력면에서는 유리하나 항력이 커서 속도 성능에 불리하고 러더(2)의 간극(6)이 위치하는 곳에서 압력이 크게 저하되므로 간극 캐비테이션이 발생될 수 있는 가능성이 상대적으로 증가되는 문제점을 가지고 있다.

그리고, NACA00xx 계열의 익형형상(8)이 단면 형상으로 사용되는 기존의 러더(2)는 간극(6) 주변에서 간극 캐비테이션 발생 가능성이 상대적으로 적은데 비해 러더(2) 전연부(7)에서의 압력 특성이 MP71-xx 계열의 익형형상(9)보다 캐비테이션 안정성 측면에서 불리하여 전연 캐비테이션이 버블 형상과 같이 불안정하게 발생될수 있는 가능성이 상대적으로 증가되는 문제점을 가지고 있다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은 프로펠러 회동시 러더의 상부측에서 발생되는 간극 캐비테이션의 발생 가능성을 감소시키고 러더의 전연부에서 발생되는 전연 캐비테이션의 거동을 안정화시키므로써 캐비테이션에 의한 러더의 손상을 방지하고자 하는 데 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서 프로펠러의 중심축 상에 위치한 러더의 하부측은 전연부에서 발생되는 전연 캐비테이션에 취약하므로 이 부분에서 캐비테이션의 발생을 상대적으로 안정화시킬 수 있는 MP71-xx 계열의 익형형상을 단면 형상으로 사용하여 전연 캐비테이션의 불안정성을 억제시키고, 간극이 위치하는 러더의 상부측에는 간극 캐비테이션의 발생 가능성을 상대적으로 감소시킬 수 있는 NACA00xx 계열의 익형형상을 단면 형상으로 적용한 선박의 러더형상을 제공한다.

도 1은 일반적인 선박의 추진부와 러더부를 도시하는 도면.

도 2는 기존 선박의 러더형상을 도시하는 도면.

도 3a는 도 2에 도시되어 있는 A-A 부분의 단면 모습을 도시하는 도면.

도 3b는 MP71-xx 계열의 단면형상을 도시하는 도면.

도 3c는 NACA6430xx 계열의 단면형상을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 선박의 러더형상을 도시하는 도면.

도 5a는 도 4에 도시되어 있는 B-B 부분의 단면모습을 도시하는 도면.

도 5b는 도 4에 도시되어 있는 C-C 부분의 단면모습을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 러더 12 : 전연부

14 : 간극 20 : 러더혼

30 : NACA00xx 계열의 익형형상 40 : MP71-xx 계열의 익형형상

50 : NACA6430xx 계열의 익형형상

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 선박의 러더형상에 관해서 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 선박의 러더형상을 도시하는 도면이고, 도 5a는 도 4에 도시되어 있는 B-B 부분의 단면모습을 도시하는 도면이며, 도 5b는 도 4에 도시되어 있는 C-C 부분의 단면모습을 도시하는 도면이다.

상기 도면에 도시하였듯이, 러더(10)는 한 장의 판형상 키판을 프로펠러의회전축에 직교하도록 장착하는 간단한 구성인 단판형으로 성형되어 일정각 선회될 수 있도록 선체의 후단부에 형성된 러더혼(20)에 회동 가능하게 축결합되어 있고, 상기 러더(10)의 상부와 러더혼(20) 사이에는 이격된 공간을 가지는 간극(14)이 형성되어 있으며, 상기 러더(10)의 하부 전방측에는 전연부(12)가 형성된다.

상기 러더(10)는 간극(14)이 형성된 상부측의 단면 형상으로는 도 5a에 도시한 바와 같은 NACA00xx 계열의 익형형상(30)을 적용되고, 전방부에 전연부(12)가 위치하는 하부측의 단면형상으로는 도 5b에 도시한 바와 같은 MP71-xx 계열의 익형형상(40)이나 또는 NACA6430xx 계열의 익형형상(점선으로 도시.)(50)을 적용하여 형성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 일실시예에 의한 선박의 러더형상은 간극 캐비테이션의 발생 가능성이 상대적으로 높은 러더(10)의 상부측에는 이 부근에서의 압력이 가능한 높게 유지되는 NACA00xx 계열의 익형형상(30)을 단면 형상으로 적용하여 간극(14)에서 발생되는 간극 캐비테이션의 발생을 억제시키고, 전연부(12)에서 발생되는 전연 캐비테이션의 발생 가능성이 상대적으로 높은 러더(10)의 하부측에는 이 부분에서의 압력을 상대적으로 높게 할 수 있는 MP71-xx 계열의 익형형상(40)이나 또는 NACA6430xx 계열의 익형형상(50)을 단면 형상으로 사용하므로써 전연 캐비테이션의 거동을 안정화 시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 러더의 상부측에서 발생되는 간극 캐비테이션과 러더의 하부측에서 발생되는 전연 캐비테이션의 불안정성을 억제시킬 수 있으므로 캐비테이션에 의한 러더의 침식을 방지할 수 있고, 선박의 운항시 러더의 항력을 감소시킬 수 있으므로 속도 성능에 유리하며, 간극 부분에 NACA00xx 계열의 익형형상을 단면 형상으로 적용시키므로써 강도면에서도 유리한 효과를 가지고 있다.

Claims

한 장의 판형상 키판을 프로펠러의 회전축에 직교하도록 장착하는 단판형으로 성형되어 일정각 선회될 수 있도록 선체의 후단부에 형성된 러더혼에 회동 가능하게 축결합되어 있고 상기 러더혼과 상부측 사이에는 이격된 공간을 가지는 간극이 형성되어 있으며 하부 전방측에는 전연부가 형성된 선박의 러더형상에 있어서,

간극 캐비테이션의 발생 가능성이 상대적으로 높은 러더(10)의 상부측에는 이 부근에서의 압력이 가능한 높게 유지되는 NACA00xx 계열의 익형형상(30)이 단면 형상으로 적용되고, 전연 캐비테이션의 발생 가능성이 상대적으로 높은 러더(10)의 하부측에는 이 부분에서의 캐비테이션 거동을 상대적으로 안정화시킬 수 있는 MP71-xx 계열의 익형형상(40)이 단면 형상으로 적용되는 것을 특징으로 하는 선박의 러더형상.
제 1 항에 있어서, 상기 러더(10)의 하부측에는 NACA6430xx 계열의 익형형상(50)이 단면 형상으로 적용되는 것을 특징으로 하는 선박의 러더형상.