KR200447816Y1

KR200447816Y1 - 선박용 방향타

Info

Publication number: KR200447816Y1
Application number: KR2020090009001U
Authority: KR
Inventors: 진창배; 최영복
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2010-02-23
Also published as: CN104627347A; JP2011016512A; DK2272751T3; ES2393657T3; CN101948006A; JP5161248B2; EP2272751A2; EP2272751B1; EP2272751A3

Abstract

본 발명은 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타에 관한 것이다. 상기 선박용 방향타는 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 인접한 부분인 중간부 날개와, 상기 중간부 날개를 중심으로 상부에 위치하는 상부 날개와 하부에 위치하는 하부 날개로 나뉘어지고, 상기 중간부 날개는 상기 프로펠러의 축선 및 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 좌우 대칭의 형상으로 형성되고, 상기 상부 날개는 그 전연부가 상기 프로펠러의 역회전 방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 비틀린 형상으로 형성되고, 상기 하부 날개는 그 전연부가 상기 프로펠러의 정회전 방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 비틀린 형상으로 형성되고, 상기 중간부 날개와 상기 상부 날개가 만나는 전연부 및 상기 중간부 날개와 상기 하부 날개가 만나는 전연부는 각각 상기 상부 날개와 상기 하부 날개가 비틀어진 방향쪽의 측면에는 단차를 형성하지 않고, 비틀어진 방향의 반대쪽의 측면에는 단차를 형성하는 것을 특징으로 한다.

선박, 프로펠러, 방향타, 중간부 날개, 전연부

Description

선박용 방향타{rudder of ship}

본 고안은 선박용 방향타에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 방향타의 중간 부분의 전연부가 프로펠러의 축선을 중심으로 좌우 대칭 단면을 가지고, 이 중간 부분의 상부 및 하부 부분의 전연부가 프로펠러의 축선을 중심으로 좌우 비대칭 단면을 갖는 선박용 방향타에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에는 이동 방향을 조정하기 위해, 프로펠러의 후방에 방향타가 설치되고, 이때 선박의 방향타는 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류에 놓이게 된다. 이와 같은 입사류에 따라 프로펠러의 축선을 중심으로 상하 위치에 따라 방향타의 좌우측 압력이 각각 다르게 형성된다.　 선박의 후방에서 볼 때, 오른나사 방향으로 회전하는 프로펠러에 의해, 방향타에서 발생하는 압력 분포는 방향타의 좌측 상부과 우측 하부에서는 압력면이 형성되고, 방향타의 우측 상부과 좌측 하부에서는 흡입면이 형성된다.　 이러한 방향타 면의 비대칭 압력 분포 특성으로 인하여, 고속(20Knots 이상) 또는 고부하 추진기를 장착한 선박의 방향타가 좌우 대칭 단면을 갖는다면, 흡입면이 형성되는 방향타의 부위에서 캐비테이션에 의한 침식 손상이 발생되어 왔다. 이와 같은 방향타의 캐비테이션 침식 손상을 최 소화시키기 위하여, 프로펠러의 축선을 중심으로 방향타의 상부 및 하부 날개의 앞부분인 전연부(leading edge part)를 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향의 반대방향으로 편향되도록 일정 각도 비틀린 형상으로 형성한 비대칭 방향타가 개발되었다.　 즉, 종래의 비대칭 방향타는, 선박의 후방에서 볼 때, 프로펠러가 방향타를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하는 경우, 프로펠러의 축선을 중심으로 방향타의 상부 및 하부 날개의 전연부가 각각 좌현과 우현으로 비틀어져 있다.　 이러한 구조는 방향타의 전연부가 프로펠러의 축선을 중심으로 어긋난 형상을 취한다.　 이에 의해, 프로펠러의 일방향(오른나사 방향) 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타에 입사되어 작용하는 비대칭 압력을 상쇄시키는 것이 가능하여 기존의 대칭형 방향타의 문제점을 해결할 수 있었다.

그러나, 이러한 방향타는 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 및 하부 날개의 전연부가 좌우로 비틀어짐에 따라 불연속 단면부가 존재하게 되고, 구조 강성 확보를 위하여 전단 판(scissors plate)이 설치되어야 한다. 또한 상기 불연속 단면부를 갖는 전연부 비대칭 방향타의 경우 프로펠러의 허브 보오텍스(vortex)에 의해 전연부 및 전단 판의 불연속면에 침식을 야기하는 캐비테이션이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 불연속면이 하나인 방향타의 경우 하나의 전단판으로써 뒤틀림이나 전단 하중에 대항하여야 하는 문제점이 있었다.

또한, 프로펠러의 축선을 중심으로 불연속 비대칭부를 가지는 종래의 방향타의 경우, 전연부의 전체 구간이 비대칭 형상을 가지고 있으므로 제작과정에서 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 고안은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 프로펠러의 일방향 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타에 입사되어 작용하는 비대칭 압력이 방향타에 미치는 영향을 최소화시키면서도 불연속 단면을 갖는 전연부 비대칭 방향타의 전연부 불연속면에서 캐비테이션 손상이 발생하는 것을 방지하는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일측면에 의하면, 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서, 상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 인접한 부분인 중간부 날개와, 상기 중간부 날개를 중심으로 상부에 위치하는 상부 날개 및 하부에 위치하는 하부 날개를 포함하고, 상기 중간부 날개는 그 전연부가 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 좌우 대칭의 형상으로 형성되고, 상기 상부 날개는 그 전연부가 상기 프로펠러의 역회전 방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 비틀린 형상으로 형성되고, 상기 하부 날개는 그 전연부가 상기 프로펠러의 정회전 방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 비틀린 형상으로 형성되고, 상기 중간부 날개와 상기 상부 날개가 만나는 전연부 및 상기 중간부 날개와 상기 하부 날개가 만나는 전연부는 각각 상기 상부 날개와 상기 하부 날개가 비틀어진 방향쪽의 측면에는 단차를 형성하지 않고, 비틀어진 방향의 반대쪽의 측면에는 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타가 제공된다.

상기 프로펠러는 상기 방향타를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하고, 상기 방향타는 상기 상부 및 하부 날개의 전연부가 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 각각 좌현과 우현으로 비틀어진 것이 바람직하다.

상기 상부 및 하부 날개의 전연부는 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 각각 2~8°의 각도로 비틀린 것이 바람직하다.

상기 방향타의 상기 상부 및 하부 날개의 전연부는, 상기 프로펠러의 축선 및 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 곡선적으로 비틀어진 것이 바람직하다.

상기 중간부 날개의 수직 길이는 상기 프로펠러 직경의 15~30%에 대응하는 길이인 것이 바람직하다.

상기 중간부 날개의 전연부는 유선 형상의 뭉툭한 단면을 가지는 것이 바람직하다.

상기 방향타의 상기 상부 및 하부 날개의 전연부는 그 측면이 상기 방향타의 두께방향의 최대크기 범위를 벗어나지 않도록 비틀림 각도를 형성하는 것이 바람직하다.

삭제

또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 다른 일측면에 의하면, 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서, 상기 방향타는 중간 부분의 전연부가 상기 프로펠러 축선을 중심으로 좌우 대칭 단면을 가지고, 이 중간 부분의 상부 및 하부 부분의 전연부가 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 좌우 비대칭 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타가 제공된다.

전술한 바와 같이, 본 고안의 선박용 방향타에 의하면, 방향타의 상부 및 하부 날개의 전연부가 프로펠러의 축선을 중심으로 비틀리게 구성되면서도, 프로펠러의 축선에 수직방향으로 인접한 부분인 중간부 날개의 전연부가 프로펠러의 축선을 중심으로 좌우 대칭의 형상으로 형성되어 있으므로, 프로펠러의 일방향 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타에 입사되어 작용하는 비대칭 압력이 방향타에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다. 또한, 프로펠러의 허브에서 발생된 보오텍스에 의해 방향타의 상부 및 하부 날개의 전연부의 어긋난 부위의 불연속면의 주위 표면에 침식을 야기하는 캐비테이션이 발생하는 것을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 고안에 의하면, 불연속부가 두 군데로 나누어져 있으므로 뒤틀림이나 전단 하중을 분산시키는 효과가 있다.

또한, 본 고안에 의하면, 중간부 날개의 전연부가 좌우대칭 형상을 가지므로 종래의 방향타의 전연부 전체 구간이 비대칭 형상부를 가지던 것에 비해 제작과정에서 생산성을 높일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타를 포함하는 선박의 일부 측면도이고, 도 2는 본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타의 사시도이고, 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타를 선박의 전방에서 본 정면도이고, 도 4는 본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타의 평단면도이다.　 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박용 방향타(4)는 선박(1)의 후미의 프로펠러(2)의 후방에 설치되어 선박(1)의 이동 방향을 조정하는 것이다.

본 실시예에서는, 방향타(4)로서 전가동타(full-spade rudder)를 예를 들어 설명하고 있다.　 방향타(4)는 선박(1)의 후미에 마련된 타 트렁크(rudder trunk, 3)에 설치되어 있다. 도 1은 방향타를 타 트렁크에 설치된 상태로 도시한 것이고, 도 2 내지 4는 타 트렁크를 생략하고 방향타만 도시한 것이다.

최근에는 전가동타가 대형 선박의 방향타로서 개발되어 사용되고 있다.

전가동타는 그 상부에 타 축(rudder stock)이 형성되어 있고, 선박의 후미에 마련된 타 트렁크의 하부에 타 축이 베어링을 개재하여 삽입되어 회전가능하게 지지되도록 구성되어 있다.　 이러한 전가동타의 구성은 공지의 기술이므로, 도 1에서는 전가동타의 구성에 대하여 상세하게 도시하지 않기로 한다.

본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타(4)는 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 인접한 부분인 중간부 날개(4a)와, 이 중간부 날개(4a)를 중심으로 상하에 위치하는 상부 날개(4b)와 하부 날개(4c)로 나누어진다. 또한, 중간부, 상부 및 하부 날개(4a, 4b, 4c)의 각각은 방향타(4)의 앞부분인 전연부(leading edge part; 41a, 41b, 41c)와 방향타(4)의 뒷부분인 후연부(trailing edge part; 42a, 42b, 42c)로 나누어진다. 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 전연부(41a, 41b, 41c)는 최대 두께 폭방향 중심선(L3)을 기준으로 방향타(4)의 전방 부분을 지칭하고, 후연부(42a, 42b, 42c)는 최대 두께 폭방향 중심선(L3)을 기준으로 방향타(4)의 후방 부분을 지칭한다.

도 3을 참조하면, 프로펠러(2)의 축선(L1)은 점으로 표시된다. 방향타(4)의 수직 중심선(L2)은 방향타(4)를 수직으로 통과하는 폭방향 중심선으로서, 프로펠러(2)의 축선(L1) 및 최대 두께 폭방향 중심선(L3)과 교차하는 선이다.
본 고안의 선박용 방향타(4)에 의하면, 중간부 날개(4a)는 그 전연부(41a)가 프로펠러(2)의 축선(L1) 및 방향타(4)의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면에 대해 좌우 대칭의 형상으로 형성된다. 상부 날개(4b)는 그 전연부(41b)가 프로펠러(2)의 역회전 방향으로 편향되도록 프로펠러의 축선(L1) 및 방향타의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면에 대해 일정 각도 비틀린 형상으로 형성된다. 하부 날개(4c)는 그 전연부(41c)가 프로펠러(2)의 정회전 방향으로 편향되도록 프로펠러의 축선(L1) 및 방향타의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면에 대해 일정 각도 비틀린 형상으로 형성된다.

보다 상세하게는, 선박의 후방에서 볼 때, 프로펠러(2)가 방향타(4)를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하는 경우, 방향타(4)는 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개(4b)의 전연부(41b)와 하부 날개(4c)의 전연부(41c)가 각각 좌현과 우현으로 비틀어져 있다.

프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4b, 4c)의 전연부(41b, 41c)가 일정 각도 비틀어지는 경우에는, 상부 및 하부 날개(4b, 4c)의 전연부(41b, 41c)가 각각 좌현과 우현으로 비틀어져야 프로펠러의 일방향(오른나사 방향) 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타에 작용하는 비대칭 압력을 상쇄시킬 수 있다.

삭제

중간부 날개(4a)의 수직 길이는 프로펠러(2)의 직경의 15~30%에 대응하는 길이인 것이 바람직하다.

또한, 도 4에 예시된 바와 같이, 방향타(4)의 상부 날개(4b)의 전연부(41b)와 하부 날개(4c)의 전연부(41c)는 프로펠러(2)의 축선(L1) 및 방향타(4)의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면에 대하여 각각 2~8°의 각도(α, β)로 비틀린 것이 바람직하다. 여기에서, 비틀림 각도(α)와 비틀림 각도(β)는 서로 동일한 각도로 형성될 수도 있고 서로 다른 각도로 형성될 수도 있다.

그리고, 본 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4b, 4c)의 단면에서 전연부(41b, 41c)는 방향타의 수직 중심선(L2)이 지나는 점에서부터, 프로펠러(2)의 축선(L1) 및 방향타(4)의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면 상의 직선에 대해 각각 일정한 각도로 비틀어져 있다.

본 실시예에서는, 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4b, 4c)의 전연부(41b, 41c)가 프로펠러(2)의 축선(L1) 및 방향타(4)의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면에 대해 직선적으로 비틀어진 것으로 예시하였지만(도 3 참조), 프로펠러(2)의 축선(L1) 및 방향타(4)의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면에 대해 곡선적으로 비틀어서 비대칭 단면을 형성할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서, 중간부 날개(4a)와 상부 날개(4b)가 만나는 전연부 및 중간부 날개(4a)와 하부 날개(4c)가 만나는 전연부는 각각 상부 날개(4b)와 하부 날개(4c)가 비틀어진 방향쪽의 측면에는 단차를 형성하지 않고, 비틀어진 방향의 반대쪽의 측면에는 단차를 형성한다.

또한, 본 실시예에서는, 중간부 날개(4a)의 전연부(41a)가 유선 형상의 뭉툭한 단면을 가지는 것으로 예시되어 있다. 선박용 방향타에서 프로펠러 허브 보오텍스의 영향을 줄일 수 있는 방안으로서 뭉툭한(blunt) 전연부를 가진 단면을 채용하는 것이 효과적이라는 것은 이미 여러 캐비테이션 관측 시험들을 통하여 잘 알려져 있는 사실이지만, 선박용 방향타의 고유의 목적을 위하여 적당히 뾰족한(sharp) 전연부를 가지는 단면이 채용되어 왔다. 본 고안에서는 프로펠러 허브 보오텍스의 영향을 받는 중간부 날개(4a)에만 전연부(41a)의 단면을 유선 형상의 뭉툭한 단면을 채용하여 효과를 극대화 하였다.

본 고안에서는, 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4b, 4c)의 전연부(41b, 41c)는 프로펠러(2)의 축선(L1) 및 방향타(4)의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면에 대해 일정 각도 비틀리게 구성되면서도, 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 인접한 부분인 중간부 날개(4a)의 전연부(41a)는 프로펠러(2)의 축선(L1) 및 방향타(4)의 수직 중심선(L2)을 지나는 평면에 대해 좌우 대칭의 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 프로펠러(2)의 일방향 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타(4)에 입사되어 작용하는 비대칭 압력이 방향타(4)에 미치는 영향을 최소화시킬 수 있다. 또한, 프로펠러(2)의 허브(2a)에서 발생된 보오텍스에 의해 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4b, 4c)의 전연부(41b, 41c)의 어긋난 부위의 불연속면의 주위 표면에 침식을 야기하는 캐비테이션이 발생하는 것을 최소화시킬 수 있다.

또한, 본 고안에서는, 불연속부가 두 군데로 나누어져 있으므로 뒤틀림이나 전단 하중을 분산시킨다.

또한, 본 고안에서는, 중간부 날개(4a)의 전연부(41a)가 좌우대칭 형상을 가지므로, 종래의 방향타의 전연부 전체 구간이 비대칭 형상부를 가지던 것에 비해 제작과정에서 생산성을 높일 수 있다.

이상에서는 본 고안이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 고안의 취지 및 첨부된 실용신안등록청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 고안의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 고안을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.

도 1은 본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타를 포함하는 선박의 일부 측면도이다.

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타의 사시도이다.

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타를 선박의 전방에서 본 정면도이다.

도 4는 본 고안의 실시예에 따른 선박용 방향타의 평단면도이다.

Claims

선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서,

상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 인접한 부분인 중간부 날개와, 상기 중간부 날개를 중심으로 상부에 위치하는 상부 날개 및 하부에 위치하는 하부 날개를 포함하고,

상기 중간부 날개는 그 전연부가 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 좌우 대칭의 형상으로 형성되고,

상기 상부 날개는 그 전연부가 상기 프로펠러의 역회전 방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 비틀린 형상으로 형성되고,

상기 하부 날개는 그 전연부가 상기 프로펠러의 정회전 방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 비틀린 형상으로 형성되고,

상기 중간부 날개와 상기 상부 날개가 만나는 전연부 및 상기 중간부 날개와 상기 하부 날개가 만나는 전연부는 각각 상기 상부 날개와 상기 하부 날개가 비틀어진 방향쪽의 측면에는 단차를 형성하지 않고, 비틀어진 방향의 반대쪽의 측면에는 단차를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
청구항 1에 있어서,

상기 프로펠러는 상기 방향타를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하고, 상기 방향타는 상기 상부 및 하부 날개의 전연부가 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 각각 좌현과 우현으로 비틀어진 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
청구항 2에 있어서,

상기 상부 및 하부 날개의 전연부는 상기 프로펠러의 축선 및 상기 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 각각 2~8°의 각도로 비틀린 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
청구항 2에 있어서,

상기 방향타의 상기 상부 및 하부 날개의 전연부는, 상기 프로펠러의 축선 및 방향타의 수직 중심선을 지나는 평면에 대해 곡선적으로 비틀어진 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
청구항 1에 있어서,

상기 중간부 날개의 수직 길이는 상기 프로펠러 직경의 15~30%에 대응하는 길이인 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
청구항 1에 있어서,

상기 중간부 날개의 전연부는 유선 형상의 뭉툭한 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
청구항 3에 있어서,

상기 방향타의 상기 상부 및 하부 날개의 전연부는 그 측면이 상기 방향타의 두께방향의 최대크기 범위를 벗어나지 않도록 비틀림 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
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