KR20080043200A - 선박용 러더 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프로펠러 구동부를 가진 선박용 러더에 관한 것으로서, 상기 프로펠러는 러더 블레이드(15)와 상기 러더 블레이드(15)상에 배치된 유선체(20)를 가진, 추진 축선을 중심으로 회전하도록 배치되고, 벌브 또는 체벨린 형태로 설계된 유선체는 러더 블레이드의 구역에서 추진 축선 연장부로서 배치되고 그리고 증가한 힘, 충격, 충돌 또는 압력의 영향을 받는 경우에 자체-파괴 또는 자체-이탈하는 구조로 설계된 것이다.
러더, 러더 블레이드, 유선체, 프로펠러, 자체-파괴, 자체-이탈, 파열선.
Description
도1은 구동 프로펠러를 가진 선박의 스템을 도식한 도면으로, 러더 블레이드에 본 발명의 구근-형태 유선체가 설치된 것이다.
도2는 분해 상태로 도시한 3개 성분을 포함하는 유선체를 가진 러더 블레이드를 나타낸 도면이다.
도3은 파괴 상태의 유선체를 가진 러더 블레이드의 정면 입면도이다.
도4는 유선체를 가진 러더 블레이드를 나타낸 도면이다.
도5는 유선체를 가진 러더 블레이드의 후면 입면도이다.
도6은 유선체를 가진 러더 블레이드의 측면 입면도이다.
도7은 유선체를 가진 러더 블레이드의 정면 입면도이다.
도8은 유선체를 가진 러더 블레이드를 위에서 보고 도시한 평면도이다.
도9는 유선체를 가진 러더 블레이드를 밑에서 보고 도시한 평면도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12: 프로펠러 15: 러더 블레이드(rudder blade)
16: 횡단면 구역 20:유선체(flow body)
25: 벽 40: 사전 결정된 파열선
70, 71: 선도 엣지 스트링거 스트립(leading edge stringer strip)
본 발명은 구동 추진 축선상에 배치된 프로펠러에 선정된 러더 블레이드를 포함하며, 상기 러더 블레이드상에 배치된 유선체가, 벌브 형태 또는 체벨린 형태로 설계되고 러더 블레이드의 구역에 있는 추진 축선의 연장부로 배열된, 선박용 러더에 관한 것이다.
오늘날 프로펠러 구동부를 가진 선박 러더는 통칭 코스타 벌브(Costa bulb)라고 불리워지는 것을 갖는다. 코스타 벌브 또는 추진 벌브는, 구근 형태 또는 체벨린형(zeppelin-shaped)으로 설계되고 유선체를 구성하는 부풀어 오른 형태의 볼록부가 러더 블레이드의 영역에서 추진 축선의 연장부로 구조되어 있다. 상기 유선체(flow body)는 허브의 전체 외형상이 최소한의 항적(航跡) 난류 만이 있는 지점까지 연장 형성되어 있다.
DE 198 44 353A1, DE 84 23 818U 및, DE 82 24 238U에는 이러한 타입의 코스타 벌브를 기재하고 있다.
코스타 벌브는 헤드 형태의 구조부에 위치하여, 러더 또는 각각의 러더 블레이드와 구별되는 구조로 이루어져, 양호한 유체 흐름이 이루어지게 한다.
따라서, 상기 코스타 벌브는 러더 블레이드에 대해 측면방향으로 돌출되어 있고 그리고 충돌(impact) 또는 충격(blow) 또는 압력(pressure)의 영향을 받을 때에, 작동 러더 블레이드가 위태롭게 되어질 수 있는 지점에 앞서서, 바로 접해 있 는 위험지대에 위치하여 있다
그러나, 상기 코스타 벌브가 충돌 또는 충격 또는 압력의 영향을 받을 때에는, 코스타 벌브를 갖지 않은 러더 블레이드가 위험에 빠지기 전에, 코스타 벌브가 러더 블레이드에 코스타 벌브상에 작용한 힘을 전달하여서 러더 블레이드에 손상 위험을 더하기 때문에, 상기 러더 블레이드도 영향을 받게 될 것이다.
본 발명은, 충돌 또는 충격 또는 압력 영향으로 인한 외부 영향과 관련한 우호적인 흐름이 있음에도 불구하고, 손상 또는 파괴와 관련한 영향을 거의 받지 않고 그리고 유선체가 압력 또는 충돌 발생으로 인한 파괴가 독립적으로 이루어지는, 선박용 러더 블레이드를 제공하는 것이다.
동시에, 본 발명은 양호하게, 상기 유선체가 높이 방향으로 2개 구역(A, B)으로 러더 블레이드를 분할하여, 양쪽 구역이 외형상이 동일하게 또는 동일하지 않게 설계되는 이점이 있는 것이다. 이러한 관점에서, 양호하게, 상기 러더 블레이드의 상기 구역의 길이방향 중앙선은 유선체의 중앙선과 일치하지 않고 각도(α)로 형성된다.
또한, 양호하게, 상기 유선체의 중앙선과 러더 블레이드 영역의 길이방향 중앙선과의 사이에 각도(α)는 양쪽 구역(A, B)에서 다른 것이다.
본 발명은 양호하게, 상기 유선체가, 증가된 힘, 충격, 충돌 또는 압력을 받을 때에 상기 유선체를 파괴로 유도하는 사전 결정된 파열 부위(predetermined break-off sites)를 갖는 것이다. 동시에, 본 발명은 양호하게, 사전 결정된 파열 부위를 사전 결정된 파열선(break-off lines)으로 설계한 것이다. 또한, 본 발명은 양호하게, 상기 사전 결정된 파열선이 유선체의 길이방향 및/또는 횡단방향으로 향해 있는 것이다. 또한, 본 발명은, 사전 결정된 파열선이 유선체 위에 그물 모양으로 분포되어 있는 것이다.
본 발명은, 양호하게 사전 결정된 파열 부위 또는 사전 결정된 파열선을 재료 취약부(material weaknesses), 재료 감소부(material reductions) 및/또는 전단선(shear lines)으로 설계한 것이다.
본 발명의 실시예는 양호하게 유선체가 금속재 또는 비금속재 또는 금속-비금속 혼합재를 함유한다.
본 발명의 다른 실시예는 양호하게 탄소섬유 복합재를 함유한다.
본 발명의 다른 실시예는 양호하게 재료가 매립 탄소섬유, 그라파이트 섬유 및/또는 섬유유리를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예는 양호하게 유선체가 합성(synthetic)재료(들)를 함유한다.
본 발명의 실시예는 양호하게 폴리옥시메틸렌, 폴리포말데히드 또는 폴리아세테이트와 같은 POM 합성재료를 함유한다.
본 발명은 유익한 부가적인 개량부분에 대해서는 본원의 첨부 청구범위의 종속항에 기술되어 있다.
특정적인 상기 유선체의 유익한 구조는, 유선체가 러더 블레이드의 외부 벽 면상에 사전 결정된 파열선에 의해 길이방향 엣지 영역에서 유지되는, 상기 유선체 와 일치하는 2개의 개별 주발모양 길이방향 몸체를 포함하며, 프로펠러와 마주하는 양쪽 주발모양 길이방향 몸체의 엣지 영역이, 차례로 러더 블레이드에 고형체로 이탈식으로 연결된 구형 컵모양 성분에 사전 결정된 파열선으로 연결된다.
선박용 러더의 러더 블레이드의 개량된 유선체 구조의 이점은, 유선체가 파괴될 수 있는 성질을 가졌기 때문에, 러더가 압력, 충격, 또는 충돌 동작이 일어났을 때에 손상을 받지 않게 되는 것이다. 또한, 종래 러더 블레이드를 본 발명의 유선체로 개선시킬 수도 있다.
도1은 구동 프로펠러(12)와 러더(13)를 가진 선박(10)의 스템(11)을 나타낸 도면이다. 러더 블레이드(15)는, 양호하게는 중공체로 설계된 벌브형태 또는 체벨린형태 유선체(20)에 끼워져 설치된다. 상기 러더(13)는 러더 블레이드(15)와 일체적으로 형성되고 그리고 러더 블레이드(15)의 외부 벽 면(15a, 15b)에 부착된 2개 이상의 성분(21, 22)을 포함한다. 또한, 상기 유선체(20)는 전체(full body)로 설계할 수도 있다. 추진 축선을 연장하여, 추진 벌브 또는 코스타 벌브로도 알려진 유선체(20)를 형성하는 팽출부(bulge)를 러더 블레이드(1)의 영역에 설계한다.
상기 유선체(20)는 압력, 충격 또는 충돌 발생 시에 스스로-파괴가 이루어지게 설계되었다.
유선체(20)의 벽(25)은 재료 취약부 또는 전단선을 형성하는 사전 결정된 파열선(40)으로 상호 연결된 각각의 벽 섹션(30)을 구비하여, 자체 파괴성질을 갖는다.(도6) 사전 결정된 파열선은 길이방향으로 구성되어, 유선체(20)의 벽(25)에서 유선체(20)의 길이방향에 대해 횡단하는 방향으로 이어지고, 사전 결정된 파열선(40)은 불규칙적으로 있을 수 있다. 사전 결정된 파열선(40)은 또한 유선체(20)위에서 그물모양으로 분포 될 수도 된다.
사전 결정된 파열선(40)은 유선체(20)의 외부 벽 면에서, 주름부, 침하부, 오목부, 또는 그와 같은 형태의 부분이 없게 설계되고 배열되어서, 원만한 외부 벽 면이 온전한 상태로 남아 있게 한다.
본원의 러더 블레이드(15)의 개량 설계의 기본 요소는 유선체(20)가 충돌 또는 충격 또는 압력의 영향을 받을 때에 스스로 파괴되거나 이탈되는 것이다. 이러한 구조는 과도한 힘이 러더 블레이드 자체에 전달되지 않게 보장하여서 대체로 손상 또는 파괴를 초래하는 러더 블레이드에 대한 임의적인 손상을 방지할 수 있다.
도2는 3개의 개별 부품(50, 51, 55)으로 이루어진 유선체(20)를 구비한 러더 블레이드(15)를 나타낸 도면이다. 여기서, 상기 부품(50, 51)은 러더 블레이드(15)의 측부상에서 유선체(20)의 측부를 형성하고 그리고 상기 부품(55)은 예를 들어 대체로 어느 정도 반구형으로 프로펠러(12)와 마주하는 단부 섹션인, 전방을 형성한다. 화살표(X, X1, X2)는 화살표 방향으로 상기 부품(50, 51, 55)이 러더 블레이드(15)에서 조립 분해되는 방향을 가리킨다. 일반적으로, 상기 유선체(20)의 부품(50, 51, 55)은 주발 모양이고, 양호하게, 러더 블레이드(15)에 설치되며, 조립 상태에서는 중공체(hollow body)에 가까운 형태로, 비-고형체(no solid body)를 형성한다.
다음, 상기 유선체(20)는 유선체에 따르는 2개의 각각 주발 모양의 길이방향 몸체(50, 51)를 포함하며, 상기 몸체(50, 51)는 러더 블레이드(15)의 외부 벽 면(15a, 15b)상에서 사전 결정된 파열선(40)에 의해 유지되고, 프로펠러(12)와 마주하는 양쪽 주발 모양 길이방향 몸체(50, 51)의 영역(50a, 51b)은, 러더 블레이드(15)에 단단하게 탈착식으로 연결된 구형상 캡-형태 성분에, 사전 결정된 파열선(40)으로 연결된다.(도2 및 도3)
도2를 통해 부가적으로 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 러더 블레이드(15)는 균일한 성분이 아니라, 상부 구역(A)과 하부 구역(B)으로 형성된 것이다. 상부 구역(A)은 적어도, 좌측으로 더 굽어졌거나 향하게 이루어진 전방측에서 적어도 곡선부 또는 절결부를 가진 것이고, 그리고 하부 구역(B)은 우측으로 더 굽어졌거나 향하고 있는 적어도 1개의 곡선부 또는 절결부를 가진 것이다. 양쪽 구역(A, B)의 내부 면에서는, 이러한 차이가, 서로 일치하게 짝을 이루고 있지 않으면서, 서로 대략 y-형태로 이격져 있는, 양쪽 전방 구역을 태브(tab)로 나타낸 모습으로 볼 수 있다. 양쪽 구역(A, B)의 길이방향 중앙선(LM1)은 조화를 이루고 평행하게 있지 않고, 서로 각도(α)를 이루고 나타나 있다. 또한, 구역(A, B)의 길이방향 중앙선(LM1)은 유선체(20)의 중앙선(ML)상에 놓여있지 않는다.
도3은 부품(50, 51, 55)을 가진 유선체(20)가 있는 러더 블레이드(15)를 나타낸 도면이다. 이 실시예에서, 길이방향 중앙선(LM1)은 중앙선(LM1)에서 선도 엣지를 침범하여 유선체(20)의 중앙선(ML) 외측에 위치하도록, 양쪽 구역(A, B)이 다르게 있는 것이다. 여기서 설명되지 않은 본 발명의 다른 실시예에서는, 상부 구역(A)이 하부 구역(B)과 동일하게 있을 수 있어서, 유선체(20)의 중앙선(ML)에 대 한 길이방향 중앙선(LM1)의 이탈이 0각(zero angle)으로 동일하고 차이가 나게 있거나 또는, 제로와 같게 있을 수 있다.
도8과 도9는 각각의 경우에서 러더 블레이드(15)를 밑에서 보고 또는 개별적으로 위에서 보고 나타낸 도면이다. 각각의 경우에서 분명한 사실은 러더 블레이드(15)의 길이방향 중앙선(LM1)과 유선체(20)의 중앙선(ML)과의 사이는 각도(α)인 것이다.
도4는 후방 좌측에서 측부 입상 상태로 있는 유선체(20)를 가진 러더 블레이드(15)를 나타낸 도면이다. 여기에서는, 구역(A, B)이 명확하게 나타나 있다. 후방 구역에서, 상기 구역(A, B)은 동일하고, 반면에 전방영역에서 상기 구역은 다르게 설계되었다(도2를 참고).
도5는 러더 블레이드(15)를 뒤로부터 보고 나타낸 도면이고, 그리고 도7은 전방에서 보고 나타낸 도면이다. 각 경우에서, 유선체(20)는 명확하게 보여지게 나타내었다.
도6은 유선체(20)를 가진 개량된 러더 블레이드(15)를 나타낸 도면으로, 상기 유선체는 충돌 또는 충격 또는 압력 영향을 받을 때에 양호하게 자체-파괴되는 사전 결정된 파열 부위를 갖는다. 사전 결정된 파열 부위는 유익하게 사전 결정된 파열선(40)으로 제공되며 그리고 유선체의 표면 위에 분포 배치된다. 이들은 유선체(20)의 길이방향 및/또는 횡단방향으로 유익한 방향으로 향해져 있다. 특히, 상기 사전 결정된 파열 부위가 재료 감소 또는 노칭에 의해, 전단선으로 형성된 경우에 특히 유익하다. 상기 사전 결정된 파열선(40)은 유선체(20)의 표면 위에 그물 모양으로 양호하게 있다.
도8과 도9에 도시한 바와 같이, 러더 블레이드(15)는, 길이방향 중앙선(LM1)이 유선체(20)의 중앙선(ML)에 대해 각도(α)로 중심을 벗어나 있는 횡단면 구역(16)을 구비하여, 구동 프로펠러(12)와 마주하는 러더 블레이드(15)의 선도 엣지 스트링거 스트립(70)이 유선체(20)의 중앙선(ML) 바깥측에 위치하게 된다.
유선체(20)는 유익하게 금속을 함유한다. 또한, 다른 실시예에서는, 양호하게 매립 탄소섬유(embedded carbon fibres), 그라파이트 섬유(graphite fibres) 및/또는 섬유유리(fibreglass)를 가진 탄소섬유 복합재료와 같은 비-금속 재료로 형성할 수도 있다. 또한, 금속-비금속 혼합물이 이용될 수도 있다.
다른 실시예에서, 유선체(20)는 또한 합성 재료(들)로 제조될 수 있다. 이러한 경우에는, 폴리옥시메틸렌, 폴리포름알데히드, 또는 폴리아세테이트와 같은 POM 합성재가 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 재료는 수중(水中)에서 마찰에 유익한 고품질 활주성(gliding quality)이 있는 것이다.
유선체(20)를 가진 개량된 러더 블레이드(15)는 전체적으로 현수되어져 있는 러더에 유익하게 사용된다.
또한, 양호하게, 상기 유선체(20)는 러더 블레이드(15)에 통합되거나 또는 상기 유선체(20)가 예를 들어 러더 블레이드(15)의 양측에 절반부로 부착될 수 있는 것이다.
도2 내지 도4에서 볼 수 있는 바와 같이, 프로펠러(12)와 마주하는 양쪽 현수된 러더 블레이드 구역(A, B)에 있는 선도 엣지 스트링거 스트립(70, 71)은, 상 부 러더 블레이드 구역(A)이 좌현(左舷) 측(P)으로 중심을 벗어나 있고 그리고 선도 엣지 스트링거 스트립(71)이 우현(右舷) 측(S)으로 중심을 벗어나 있도록 서로 상쇄되어 있으며, 그 역 상쇄 상태로 있을 수도 있다. 러더 블레이드(15)의 외부 벽 면(15a, 15b)은 프로펠러(12)(트위스트 러더)를 피하여서 단부 스트립(75)에서 합체 된다.
서로 상쇄되어 있는 양쪽 러더 블레이드 구역(A, B)의 선도 엣지 스트링거 스트립(70, 71)에 의하여, 상부 러더 블레이드 섹션의 선도 엣지 스트링거 스트립은 좌현 측으로 중심을 벗어나 있고 그리고 하부 러더 블레이드 섹션의 선도 엣지 스트링거 스트립은 우현 측으로 중심을 벗어나 있거나 또는, 상부 러더 블레이드 섹션의 선도 엣지 스트링거 스트립이 우현 측으로 중심을 벗어나 있고 그리고 하부 러더 블레이드 섹션의 선도 엣지 스트링거 스트립이 좌현 측으로 중심을 벗어나 있으며, 각각의 경우에서, 양쪽 러더 블레이드 구역의 2개 거울-역상 횡단면 외형상을 초래한다.
2개 거울-역상 횡단면 외형상을 가진 본 발명에 따라 이루어진 러더 블레이드(15)의 이점은, 하이-로드 프로펠러를 가진 급속도 선박에서 캐비테이션을 통해 발생하는, 베이퍼 록(vapour lock)을 막고 그리고 러더상에 부식 발생을 방지하는 것이다. 러더 블레이드의 특정 구조는 연료 소비를 낮추는데 기여한다. 또한, 상당한 캐비테이션 보호부의 추가로, 효율이 향상되었다. 또한, 대체로 중량이 경제적으로 되었다.
Claims (12)
- 구동 추진 축선상에 배치된 프로펠러(12)에 선정된 러더 블레이드(15)를 포함하며, 상기 러더 블레이드(15)상에 배치된 유선체(20)가, 벌브 형태 또는 체벨린 형태로 설계되고 러더 블레이드(15)의 구역에 있는 추진 축선의 연장부로 배열된, 선박용 러더에 있어서,상기 유선체(20)는 증가된 힘, 충격, 충돌 또는 압력 영향을 받으면 자체-파괴성(self-destructive) 또는 자체-이탈동작(self-releasing)하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항에 있어서, 상기 유선체(20)는 높이 방향으로 보았을 때에 러더 블레이드(15)를 2개 구역(A, B)으로 분할하고, 양쪽 구역(A, B)은 동일한 또는 동일하지 않은 외형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 러더 블레이드(15)의 구역(A, B)의 길이방향 중앙선(LM1)은 유선체(20)의 중앙선(ML)과 일치하지 않거나 또는 상호 중심을 각각 벗어나 각도(α)를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제3항에 있어서, 상기 러더 블래이드(15)의 구역(A, B)의 길이방향 중간라인(LM1) 사이에 각도(α)는 다르고 그리고 양쪽 구역(A, B)의 유선체(20)의 중앙 선(ML)이 다른 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 형성된 각각의 벽 섹션(30)에서, 유선체(20)의 벽(25)은 사전 결정된 파열선 또는 각각의 사전 결정된 파열 부위(40)를 갖고; 상기 파열 부위는, 증가된 힘, 충격, 충돌 또는 압력의 영향을 받으면 유선체(20)를 파괴하도록 유도하며 그리고 재료 취약부, 재료 감소부, 전단선 또는 천공과 같은 형태로 설계되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 결정된 파열선(40)은 유선체(20)의 벽에서 유선체(20)의 길이 방향에 대해 횡단하는 방향 및 길이방향으로 이어지게 설계되며, 또한, 상기 사전 결정된 파열선(40)은 부정형 일 수도 있는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 사전 결정된 파열선(40)은 유선체(20) 위에 그물모양으로 분포되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유선체(20)는 유선체에 부합하는 2개의 각각이 주발 모양의 길이방향 몸체(50, 51)를 포함하고, 상기 길이방향 몸체는 러더 블레이드(15)의 외부 벽 면(15a, 15b)상에 사전 결정된 파열선(40)에 의해 길이방향 엣지(50a, 51a) 영역에서 유지되고, 프로펠러(12)와 마주하는 양 쪽 주발 모양 길이방향 몸체(50, 51)의 엣지 영역(50b, 51b)은, 러더 블레이드(15)에 이탈 가능하게 연결된 구형 캡 모양 성분(55)에 사전 결정된 절취선(40)으로 연결된 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 러더 블레이드(15)는 횡단면 구역(16)을 갖고; 길이방향 중앙선(LM1)은, 구동 프로펠러(12)와 마주하는 러더 블레이드(15)의 선도 엣지 스트링거 스트립(70, 71)이 유선체(20)의 중앙선(ML) 외측에 위치하도록, 유선체(20)의 중앙선(ML)에 대해 각도(α)로 중심선을 벗어나 있는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유선체(20)와 그 성분(50, 51)은, 탄소섬유 복합 재료, 또는 매립 그라파이트 섬유 또는 섬유유리를 가진 섬유 복합 재료와 같은 금속성 또는 비-금속성 재료; 금속-비금속 혼합물; 또는 합성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유선체(20)는, 폴리옥시메틸렌, 폴리포름알데히드 또는 폴리아세테이트와 같은 POM 합성재를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로펠러(12)와 마주하는 양쪽 겹침 러더 블레이드 구역(A, B)의 선도 엣지 스트링거 스트립(70, 71)은, 상부 러더 블레이드 구역(A)의 선도 엣지 스트링거 스트립(70)이 좌현 측(P)으로 중심선을 벗어나 있고 그리고 선도 엣지 스트링거 스트립(71)이 우현 측(S)으로 중심선을 벗어나 있도록 또는, 그 역으로 있도록 서로에 대해 상쇄되어 있으며; 러더 블레이드(15)의 외부 벽 면(15a, 15b)은 프로펠러(12)로부터 피해져 있는 단부 스트립(75)에서 연결되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
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