KR20070066403A - Rudder of ship - Google Patents

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Abstract

A rudder of a ship is provided to minimize cavitations and improve torque by reducing the capacity of a rudder. In a rudder of a ship, the valve of a blade thickness with respect to the X-coordinate has a shape including 5.0% to reduce the capacity of the rudder while minimizing the cavitation. In order to see the pressure distribution characteristics of a cross-section and the cavitation characteristics, a value analysis code is used to perform a calculation with respect to a case of zero degree and five degrees. The cavitation characteristics appear to be excellent as compared with a conventional NACA0021 cross-section or a NACA644-21 cross-section.

Description

선박의 러더 {Rudder of ship} Rudder of the ship {Rudder of ship}

도 1 은 본 발명의 러더와 기존 NACA 에 대하여 PMM 시험에서 얻어진 타에 관련된 힘과 토오크를 무차원적으로 그래프화하여 비교한 예시도1 is an exemplary diagram comparing the rudder of the present invention with the force and torque related to the rudder obtained in the PMM test for a conventional NACA by dimensionless graphing

도 2 는 본 발명의 러더와 기존 NACA 의 단면형상에 따른 압력분포특성을 비교한 예시도 (영각 0°)Figure 2 is an exemplary view comparing the pressure distribution characteristics according to the cross-sectional shape of the rudder and the existing NACA of the present invention (zero angle 0 °)

도 3 은 본 발명의 러더와 기존 NACA 의 단면형상에 따른 압력분포특성을 비교한 예시도 (영각 5°)Figure 3 is an exemplary view comparing the pressure distribution characteristics according to the cross-sectional shape of the rudder and the existing NACA of the present invention (angle 5 °)

도 4 는 본 발명의 러더와 기존 NACA 의 캐비테이션 특성을 보인 예시도(타각 3°)4 is an exemplary view showing the cavitation characteristics of the rudder of the present invention and the existing NACA (3 degrees of steering angle)

도 5 는 본 발명의 러더와 기존 NACA 의 캐비테이션 특성을 보인 예시도(타각 9°)5 is an exemplary view showing the cavitation characteristics of the rudder of the present invention and the existing NACA (9 degrees steering angle)

도 6 은 본 발명의 러더와 기존 NACA 의 캐비테이션 특성을 보인 예시도(타각 15°)Figure 6 is an exemplary view showing the cavitation characteristics of the rudder and the existing NACA of the present invention (angle 15 degrees)

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

(10) : 러더 1 (20) : 러더 210: Rudder 1 20: Rudder 2

(30) : 러더 3 (40) : NACA002130: Rudder 3 (40): NACA0021

(50) : NACA644-02150: NACA64 4 -021

본 발명은 선박의 러더에 관한 것으로, 캐비테이션을 최소화하면서 조타기 용량을 감소시킬 수 있도록 최적화된 단면형상을 구비하는 선박의 러더에 관한 것이다. The present invention relates to a rudder of a ship, and to a rudder of a ship having an optimized cross-sectional shape so as to reduce steering capacity while minimizing cavitation.

최근 선박의 조종 성능에 대한 관심이 증대되면서 조종 성능을 고려한 최적 타 설계 및 스타기 용량 산정에 대한 관심이 점차 커지고 있다. 또한 이와 함께 캐비테이션에 의한 타의 침식발생을 최소화할 수 있는 방안에 대한 관심도 증가되고 있는 추세이다. Recently, as interest in steering performance of ships is increasing, interest in optimal other design and star capacity calculation considering the steering performance is gradually increasing. At the same time, there is a growing interest in ways to minimize the occurrence of other erosion by cavitation.

일반적으로 타에 발생하는 손상은 프로펠러에 의해 발생되는 팁 보오텍스(tip vortex) 캐비테이션과 허브 보오텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 영향과 입사류의 유속증가 또는 입사각의 증가에 의해 타에서 발생하는 타 자체 캐비테이션의 영향 등으로 구분할 수 있다. 타의 상부는 주로 팁 보오텍스(tip vortex) 캐비테이션에 의해 손상되어지며 타의 중간 부분은 주로 허브 보오텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의해 손상이 되고 있다. 또한 특별한 경우 타 자체 캐비테이션 등에 의한 타의 하부손상 및 소울(sole) 캐비테이션에 의한 하부 끝 단 부분에서 손상이 발생하기도 한다. 이와 같이 캐비테이션에 의한 손상은 캐비테이션 발생원과 형태에 따라 변화되므로 각각의 캐비테이션 거동에 대한 규명과 함께 발생 메커니즘에 대한 연구가 선행되어야 한다. In general, the damage to the rudder is caused by the tip vortex cavitation and hub vortex cavitation caused by the propeller and the rudder caused by the increase in the flow velocity or incident angle of the inflow. It can be divided into the effects of its own cavitation. The top of the rudder is mainly damaged by the tip vortex cavitation and the middle part of the rudder is mainly damaged by the hub vortex cavitation. In particular, damage may occur at the lower end of the rudder by sole cavitation and lower end by sole cavitation. As the damage caused by cavitation varies according to the source and type of cavitation, research on the mechanism of occurrence along with the identification of each cavitation behavior should be preceded.

최근의 연구를 보면 캐비테이션 거동에 대한 기초연구가 다각도에서 수행되어지고 신뢰할 만한 정도의 결과를 제공하고 있지만 캐비테이션 발생 영역이나 크기에 국한된 것이어서 프로펠러 후방에 위치한 타와 같이 복잡한 유동 조건 하에서 거동을 정확히 예측하기는 매우 힘든 상황이다. Recent studies have shown that basic research on cavitation behavior has been carried out at multiple angles and provides reliable results, but is limited to the area or size of cavitation to accurately predict behavior under complex flow conditions, such as the rudder behind the propeller. Is a very difficult situation.

또한 최근 선박의 고속화 대형화로 인해 조종성능의 만족 여부 및 타 토오크 증가에 따른 조타기(Rudder Steering Gear)의 용량산정에 대한 관심이 점차 커지고 있다. 하지만 타가 작동하는 영역은 프로펠러의 회전에 의하여 매우 복잡한 유동장을 형성하므로 대각도 운동을 하는 타에 대한 정확한 수치해석의 수행은 쉽지 않다. 따라서 최적의 조타기 용량의 산정 또한 쉽지 않으므로 기존 실적선의 결과를 참조하여 용량을 결정하고 있는 실정이다. In addition, due to the recent increase in speed and size of ships, interest in the capacity calculation of a steering steering gear (Rudder Steering Gear) is increasing due to the satisfaction of the steering performance and the increase of the torque. However, since the operation area of the rudder forms a very complex flow field due to the propeller's rotation, it is not easy to perform accurate numerical analysis on the rudder with diagonal movement. Therefore, it is not easy to calculate the optimal steering gear capacity, so the capacity is determined by referring to the results of the existing earnings line.

이러한 문제로 인하여 타 토크를 추정하기 위한 여러 가지 방법들이 제시되어 왔지만 척도 효과 및 선체와 프로펠러 그리고 타의 상호간섭 효과 등으로 인하여 실선 시운전 결과와 비교할 때 상당한 오차를 보이고 있는 것이 현실이다. Due to this problem, various methods for estimating rudder torque have been proposed, but the reality is that it shows considerable error compared with the result of the test run due to the scale effect and the mutual interference effect of the hull, propeller and rudder.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 러더의 기본 성능은 유지하고, 러더 토오크 성능의 개선 및 캐비테이션으로 인한 손상을 최소하며, 실선 설계에 적용하기 적합한 최적형상의 선박의 러더를 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above problems, the object is to maintain the basic performance of the rudder, to improve the rudder torque performance and to minimize damage due to cavitation, the optimum rudder of the ship suitable for application to the solid line design To provide.

본 발명은 러더에 있어서, X-좌표에 대한 날개두께의 수치를 무차원으로 표기한 아래의 [표1]의 수치에 대하여 ±5.0% 이내를 구비하는 형상으로 이루어져 있으며, 캐비테이션을 최소화하면서 조타기 용량을 감소할 수 있도록 되어 있다. The present invention is a rudder, consisting of a shape having within ± 5.0% of the numerical value of the following Table 1, the dimension of the wing thickness with respect to the X-coordinate, dimensionless, steering capacity while minimizing cavitation To reduce the

[표1]Table 1

Figure 112005075192979-PAT00002
Figure 112005075192979-PAT00002

이하 본 발명을 도면 및 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and examples.

실시예 1Example 1

단면의 압력 분포 특성과 캐비테이션 특성을 살펴보기 위하여, 각 단면의 영각(Angle of Attack)이 0°, 5°인 경우에 대해 수치해석코드를 사용하여 계산을 수행하였으며, 계산되어진 결과는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같다. In order to examine the pressure distribution characteristics and the cavitation characteristics of the cross sections, calculations were performed using numerical codes for the angles of attack of 0 ° and 5 °, respectively. As shown in FIG. 3.

계산 결과를 종합하여 살펴보면 본 발명의 단면이 기존의 NACA0021 단면이나 NACA644-021 단면에 비해 캐비테이션 특성이 우수한 것으로 나타나고 있음을 볼 수 있다.Comparing the calculation results, it can be seen that the cross section of the present invention is superior to the existing NACA0021 cross section or NACA64 4 -021 cross section.

실시예 2Example 2

본 발명의 단면형상을 3가지 러더 형상에 대해 적용하여 러더 1(10), 러더 2(20), 러더 3(30) 을 제작하였으며, 상기 러더 1 내지 3 (10,20,30)와 NACA0021(40) 단면형상의 러더 및, NACA644-021 (50) 단면형상의 러더에 대하여 공동수조에서 캐비테이션 시험을 시행하여 비교하였으며, 그 결과는 도 4 내지 도 6 에 도시된 바와 같다. The cross-sectional shape of the present invention was applied to three rudder shapes to manufacture rudder 1 (10), rudder 2 (20), and rudder 3 (30), and the rudders 1 to 3 (10, 20, 30) and NACA0021 ( 40) Cross section rudders and NACA64 4 -021 (50) cross section rudders were compared by performing a cavitation test in a cavity tank, and the results are shown in FIGS. 4 to 6.

이때, 시험시 수중의 공기함유량은 45% 정도로 계측되었으며, 공동수조의 평균유속은 5m/s이고, 공동현상 관측을 위한 타각의 변화는 3°, 9°, 15°로 설정하여 수행하였다.At this time, the air content in the water was measured at about 45%, the average flow rate of the cavity tank is 5 m / s, and the change of the angle for cavitation observation was set to 3 °, 9 °, 15 °.

또한, 선체와 프로펠러와의 상호 유기 작용을 고려한 캐비테이션 시험을 수행하기 위해 실제 선박인 7,800TEU 컨테이너 운반선(1532-36)에 사용된 혼타를 바탕으로 제작하였으며, 실제 만재 운항상태에서의 러더 캐비테이션 성능을 시험하기 위해 상기 선박 모형으로부터 계측된 반류분포를 이용하였다. In addition, it was manufactured based on the Honta used in the 7,800TEU container carrier (1532-36), which is a real ship, to perform the cavitation test considering the mutual organic interaction between the hull and the propeller. The return distribution measured from the ship model was used for testing.

또한, 상기 본 발명의 단면형상이 적용된 3가지 러더는 아래의 [표2]와 같은 특징을 구비한다. In addition, the three rudders to which the cross-sectional shape of the present invention is applied have the features as shown in Table 2 below.

[표2][Table 2]

Figure 112005075192979-PAT00003
Figure 112005075192979-PAT00003

도 4 내지 도 6 의 결과를 살펴보면, 소각도에서의 캐비테이션 특성은 발생 면적 및 공동의 성질 등으로 미루어 NACA644-021 (50)단면을 적용한 타가 더 유리함을 알 수 있으나 이후 타각이 증가함과 비례하여 도 4 내지 도 6 에서 보는 바와 같이 단면형상에 관계없이 캐비테이션의 발생 영역이 급격히 증가함을 볼 수 있다. 또한 본 발명의 단면을 이용한 러더 1 내지 3 (10,20,30)의 경우는 NACA644-021 (50)단면을 적용한 러더와 거의 비슷한 형태의 캐비테이션 특성을 보이고 있음을 확인할 수 있다.The results of 4 to 6, in proportion to the degree of cavitation should burn characteristics generated area and delayed together in nature, such as NACA64 4 -021 (50) can apply a cross-section seen Tagawa more advantageous since the steering angle increases, but in the 4 to 6, it can be seen that the generation area of the cavitation increases rapidly regardless of the cross-sectional shape. In addition, in the case of the rudders 1 to 3 (10, 20, 30) using the cross section of the present invention, it can be seen that the cavitation characteristics of the form similar to the rudder applied to the NACA64 4 -021 (50) cross section.

실시예 3Example 3

7,800 TEU 컨테이너 운반선(1532-35)에 대한 조종성 모형시험을 실시하여 단면이 조종성능에 미치는 영향을 살펴보았으며, 조종성능은 스캔틀링(scantling) 흘수 상태에서 전진속도 24.67노트(knot)에 대하여 해석하였다. 이와 같은 모형시험 결과로부터 얻어진 유체력 미계수를 사용하여 초기 선회시험, 선회시험, 지그재그시험, 나선형시험 등을 수치적으로 해석하였다. Maneuverability model tests were performed on 7,800 TEU container carriers (1532-35) to investigate the effect of the cross section on the steering performance, and the steering performance was analyzed for a forward speed of 24.67 knots at scantling draft. It was. Initial turning test, turning test, zigzag test, spiral test, etc. were numerically analyzed using the fluid force coefficient obtained from the model test results.

이때, 상기 러더 1(10)과 R353 의 제원은 [표3]과 같고, 그 결과는 [표4]와 같다. At this time, the specifications of the rudder 1 (10) and R353 is shown in [Table 3], and the results are shown in [Table 4].

[표3]Table 3

Figure 112005075192979-PAT00004
Figure 112005075192979-PAT00004

[표4]Table 4

Figure 112005075192979-PAT00005
Figure 112005075192979-PAT00005

상기 [표4]에서와 같이, 본 발명은 IMO의 조종성 기준을 여유있게 만족하고 있음을 알 수 있다. As shown in Table 4, it can be seen that the present invention satisfactorily satisfies the IMO's maneuverability criteria.

실시예 4Example 4

상기 실시예 3에 따른 조종성능시험(PMM)에서 얻어진 러더에 관련된 힘과 토오크를 무차원화하여 표현하였으며, 그 결과는 도 1 에 도시된 바와 같다. The force and torque related to the rudder obtained in the steering performance test (PMM) according to Example 3 were expressed by dimensionless, and the results are shown in FIG. 1.

상기 도 1 에 도시된 바와 같이, 압력중심의 이동기울기는 러더 1 의 시험결과와 NACA 0021, NACA 644-021 단면의 시험결과가 거의 같음을 알 수 있고, 압력중심의 이동에 있어서는 러더 1 이 더 전방에서 시작하여 후방으로 이동하므로, 타 토오크의 크기가 작게 나타남을 알 수 있고, 이를 통해 발란스비를 증가시켜 타 토오크를 줄일 수 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 1, the movement of the pressure center can be seen that the test results of the rudder 1 and the test results of the NACA 0021 and NACA 64 4 -021 cross sections are almost the same. Since it starts from the front more and moves backward, it can be seen that the size of the other torque is smaller, thereby increasing the balance ratio and reducing the other torque.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

이와 같이, 본 발명은 우수한 조종성능을 구비함과 동시에, 캐비테이션의 발생을 줄이고, 조타기 용량을 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 캐비테이션 성능, 타 토오크 성능을 동시에 만족시킬 수 있다. As described above, the present invention has excellent steering performance and at the same time can reduce the occurrence of cavitation and reduce steering capacity, thereby satisfying the cavitation performance and the torque performance.

또한, 캐비테이션으로 인한 타손상을 최소화하였으며, 종래의 러더에 비해 제작이 용이하고, 비용이 절감되며, 우수한 작업성을 구비하는 등 많은 효과가 있다.In addition, the damage caused by the cavitation is minimized, and compared with the conventional rudder, it is easy to manufacture, cost is reduced, and has excellent workability and many effects.

Claims (1)

선박의 후미에 설치되는 러더에 있어서;In a rudder installed at the rear of a ship; 상기 러더는 X-좌표에 대한 날개두께의 수치를 무차원으로 표기한 하기의 [표1]의 수치에 대하여, 회전축에서 최대 두께를 유지하고 ±5.0%이내의 단면형상을 구비하도록 형성된 것을 특징으로 하는 선박의 러더.The rudder is formed to maintain the maximum thickness in the axis of rotation and have a cross-sectional shape within ± 5.0% with respect to the numerical value of the following Table 1, the dimension of the wing thickness with respect to the y-coordinate dimensionlessly Rudder of the ship. [표1]Table 1
Figure 112005075192979-PAT00006
Figure 112005075192979-PAT00006
KR1020050127536A 2005-12-22 2005-12-22 Rudder KR101056272B1 (en)

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