KR20080082063A - 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 섬유 강화 플라스틱 샌드위치로 성형 제작된 리브, 횡부재 및 프로펠러 상, 하부 블레이드가 접착되고, 내부의 빈 공간을 폴리우레탄 폼으로 충진하여 형성되는 최종 개별 블레이드; 및 비철 또는 주강으로 형성되어, 복수의 상기 최종 개별 블레이드가 접착제 또는 볼트로 고정되는 보스를 포함하되, 상기 보스와 최종 개별 블레이드를 고강도의 카본 섬유 직물로 와인딩(winding)한 후 전체를 고온 성형하여 완성되는 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러를 제공한다.
본 발명은 종래 금속류 프로펠러가 지닌 재질의 불균일, 주물 결함, 고가의 비철 재료, 많은 제작 가공 및 보수 공수 소요 등의 단점을 개선하고, 복합재료를 이용하여 경량 프로펠러 및 대형화가 용이한 프로펠러 및 그 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
선박, 프로펠러, 복합재료

Description

복합재료를 이용한 선박용 프로펠러 및 그 제조 방법{Ship propeller with composite material and manufacturing method thereof}
도 1은 종래 프로펠러 제작과정을 나타낸 도면.
도 2는 종래 금속류 프로펠러의 해수 중 108cycle 피로강도를 나타낸 표.
도 3은 본 발명의 프로펠러 제작과정을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 프로펠러 블레이드 제작과정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 프로펠러 조립과정을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 프로펠러의 해수 중 108cycle 피로강도를 나타낸 그래프.
본 발명은 대형 선박에 사용되는 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
현재 대부분의 대형 선박용 프로펠러는 내식성과 강도를 최대화하기 위하여 고가의 비철 재료를 사용하여 주물 제작하고 있다. 비철 금속을 사용하여 대형 프 로펠러를 제작하기 위해서는 우선 목형을 제작하고, 상기 목형과 주물사로 프로펠러 형상의 틀을 제작한다. 그 후 주물사 틀에 고온의 비철 금속 용액을 주입하여 프로펠러 형상을 만든다. 주물 냉각 후 상기 주물사를 제거하고 기계가공을 하여 최종 형상의 프로펠러를 제작한다.
이하, 도면을 참조하여 종래 기술 및 종래 기술이 가진 문제점을 기술한다.
도 1은 종래 프로펠러 제작과정을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 도 1은 종래 프로펠러 제작과정을 나타낸 것으로 선박용 프로펠러의 형상이 결정되면 주조방안을 작성하고, 목형을 제작하며, 목형 제작 후 주물사 등을 이용하여 상, 하 형틀을 제작하는 조형과정을 거치게 된다. 조형 후 목형을 제거하고 상, 하 주물사 틀을 합치는 합형 과정을 통하여 주물제작을 위한 주물사 틀의 제작이 완료된다. 그 후 용탕을 주입하고, 냉각과정을 거친 후 주물사를 제거하는 탈사과정을 거쳐 초기 프로펠러 형상이 만들어진다. 초기 프로펠러 형상은 기계가공을 통하여 최종형상의 프로펠러가 된다.
그러나, 도 2에 나타난 바와 같이 일반적인 금속류 프로펠러의 해수 중 108cycle 피로강도는 약 50～100MPa에 불과하다. 즉, 주물 제작의 특성상 프로펠러의 강도가 불균일하며, 또한 많은 주물 결함을 포함하여, 결함 제거를 위한 후 가공 공수가 많이 소요되는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은, 종래 금속류 프로펠러가 지닌 재질의 불균일, 주물 결함, 고가의 비철 재료, 많은 제작 가공 및 보수 공수 소요 등의 단점을 개선하고, 복합재료를 이용하여 경량 프로펠러 및 대형화가 용이한 프로펠러 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 섬유 강화 플라스틱 샌드위치로 성형 제작된 리브, 횡부재 및 프로펠러 상, 하부 블레이드가 접착되고, 내부의 빈 공간을 폴리우레탄 폼으로 충진하여 형성되는 최종 개별 블레이드; 및 비철 또는 주강으로 형성되어, 복수의 상기 최종 개별 블레이드가 접착제 또는 볼트로 고정되는 보스를 포함하되, 상기 보스와 최종 개별 블레이드를 고강도의 카본 섬유 직물로 와인딩(winding)한 후 전체를 고온 성형하여 완성되는 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러를 제공한다.
또한, 본 발명은 (A) 각각의 블레이드(blade)를 복합재료로 성형한 후 상기 성형된 블레이드를 상호 접착하여 최종 개별 블레이드를 제작하는 단계; (B) 접착이 완료된 상기 최종 개별 블레이드를 금속의 보스와 접착제 또는 볼트를 이용하여 체결하는 단계; 및 (C) 상기 보스와 최종 개별 블레이드를 고강도의 카본 섬유 직물로 와인딩(winding)한 후 전체를 고온 성형하여 최종형상을 완성하는 단계를 포함하는 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러 제조 방법을 제공한다.
여기서, 상기 (A) 단계는, 블레이드의 상, 하부 형상, 리브 및 횡부재를 각 각 섬유강화플라스틱 샌드위치로 성형 제작하는 단계와, 접착제를 사용하여 상기 리브와 횡부재를 접착 조립하고, 상, 하 블레이드 형상과 리브, 횡부재 어셈블리를 접착하여 하나의 블레이드 형상을 제작하는 단계, 및 상기 블레이드의 빈 공간을 폴리우레탄 폼으로 충진하여 최종 개별 블레이드를 제작하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작성의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 프로펠러 제작과정을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명은 종래 복잡한 프로펠러 주물 제작과정을 단순화하고, 생산성 향상, 원가 절감을 위하여 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러 및 그 제조 방법을 제공한다. 복합재료를 이용하여 성형된 프로펠러를 이용하여 선박 출력을 향상시키고, 주물 제작에 비하여 상대적으로 저가, 저 공수 및 대량 생산이 가능해 질 수 있다.
보다 상세히, 본 발명의 프로펠러 제작과정을 기술하면, 본 발명은 종래 일 체형 주물 제작방식과 달리 각각의 블레이드(blade)를 복합재료로 성형한 후 상기 성형된 블레이드를 상호 접착한다. 접착이 완료된 어셈블리는 금속의 보스와 접착 및 볼트를 이용하여 체결하고, 최종적으로 보스와 블레이드를 고강도의 카본 섬유 직물(carbon fiber woven)로 와인딩(winding)한 후 전체를 고온 성형하여 최종형상을 완성한다. 상기 과정을 통하여 결함이 없고 균일한 재료강도를 갖는 경량 프로펠러를 제작할 수 있다.
도 4는 본 발명의 프로펠러 블레이드 제작과정을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 복합 재료 블레이드 제작과정이 개시된다. 보다 상세히, 블레이드의 상, 하부 형상, 리브(rib) 및 횡부재(longitudinal member)를 각각 섬유강화플라스틱 샌드위치(FRP sandwich)로 성형 제작한 후, 접착제를 사용하여 리브와 횡부재를 접착 조립하고, 상, 하 블레이드 형상과 리브, 횡부재 어셈블리를 접착하여 하나의 블레이드 형상을 제작한 후, 블레이드의 빈 공간을 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)으로 충진하여 최종 개별 블레이드를 제작한다. 상기 과정을 통하여 종래 주물형과 달리 블레이드를 각각 독립 제작함으로써 대량 생산이 가능해지고, 블레이드의 크기 변화가 용이하며, 제작 공수를 줄일 수 있다.
도 5는 본 발명의 프로펠러 조립과정을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 복합재료 프로펠러 조립과정이 개시된다. 보다 상세히, 비철 및 주강을 사용하여 주물 제작된 보스에 각각의 복합재료 블레이드를 접착제 및 볼트를 이용하여 조립하고, 보스와 블레이드를 일반 강재 보다 정적강도, 내식성 및 피로강도가 우수한 카본 섬유 직물로 와인딩한 후 고온성형 공법을 이용 최종 형상의 복합재료 프로펠러를 제작한다. 보스와 블레이드를 카본 섬유 직물로 와인딩함으로써 내식성 및 피로강도가 우수한 프로펠러를 제작할 수 있다.
도 6은 본 발명의 프로펠러의 해수 중 108cycle 피로강도를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 종래 도 2와 달리 CFRP의 경우 그래프와 같이 108cycle 피로강도가 인장강도의 약40% 수준으로 약 400MPa 이상임을 확인할 수 있다. 즉, 종래에 비하여 피로강도의 세기가 작게는 4배에서 크게는 8배까지 증가함을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 종래 금속류 프로펠러가 지닌 재질의 불균일, 주물 결함, 고가의 비철 재료, 많은 제작 가공 및 보수 공수 소요 등의 단점을 개선하고, 복합재료를 이용하여 경량 프로펠러 및 대형화가 용이한 프로펠러 및 그 제조 방법을 제공하는 효과가 있다.
상기 개선된 프로펠러를 장착하여 선박의 출력을 향상시킬 수 있으며, 주물 제작에 비하여 상대적으로 저가, 저 공수 및 대량 생산이 가능해 질 수 있다.

Claims (3)

  1. 섬유 강화 플라스틱 샌드위치로 성형 제작된 리브, 횡부재 및 프로펠러 상, 하부 블레이드가 접착되고, 내부의 빈 공간을 폴리우레탄 폼으로 충진하여 형성되는 최종 개별 블레이드; 및
    비철 또는 주강으로 형성되어, 복수의 상기 최종 개별 블레이드가 접착제 또는 볼트로 고정되는 보스를 포함하되,
    상기 보스와 최종 개별 블레이드를 고강도의 카본 섬유 직물로 와인딩(winding)한 후 전체를 고온 성형하여 완성되는 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러.
  2. (A) 각각의 블레이드(blade)를 복합재료로 성형한 후 상기 성형된 블레이드를 상호 접착하여 최종 개별 블레이드를 제작하는 단계;
    (B) 접착이 완료된 상기 최종 개별 블레이드를 금속의 보스와 접착제 또는 볼트를 이용하여 체결하는 단계; 및
    (C) 상기 보스와 최종 개별 블레이드를 고강도의 카본 섬유 직물로 와인딩(winding)한 후 전체를 고온 성형하여 최종형상을 완성하는 단계를 포함하는 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 (A) 단계는,
    블레이드의 상, 하부 형상, 리브 및 횡부재를 각각 섬유강화플라스틱 샌드위치로 성형 제작하는 단계와,
    접착제를 사용하여 상기 리브와 횡부재를 접착 조립하고, 상, 하 블레이드 형상과 리브, 횡부재 어셈블리를 접착하여 하나의 블레이드 형상을 제작하는 단계, 및
    상기 블레이드의 빈 공간을 폴리우레탄 폼으로 충진하여 최종 개별 블레이드를 제작하는 단계를 포함하는 복합재료를 이용한 선박용 프로펠러 제조 방법.
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