KR20090015342A - 공동 침식 감쇄를 위한 선박의 타 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 선박의 타에 대하여 운항 중에 발생하는 공동 침식 (cavitation erosion)을 저감하거나 예방하는 공동 침식 감쇄를 위한 선박의 타를 제공한다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 선박의 후류에 위치하면서 선체에 고정된 혼과, 상기 혼에 회전 가능하도록 결합되어 선박의 진행방향을 조절해주는 날개로 구성된 선박용 타에 있어서, 상기 날개의 전방부 양측면에 서로 대칭되는 다수의 요철부 또는 돌출부를 더 형성하여 구성되는 것을 그 기술적인 요지로 한다.

공동 침식, 타, 요철부, 돌출부, 침식예방

Description

공동 침식 감쇄를 위한 선박의 타{The rudder section for reduction of cavitation erosion}

본 발명은 선박의 타 표면에 발생되는 공동 침식을 저감할 수 있도록 하는 공동 침식 감쇄를 위한 선박의 타에 관한 것이다.

일반적으로 타(20)는 선미에 설치되는 것으로, 도 1 에서와 같이 선체(10)에 고정되는 혼(21)과, 상기 혼(21)에 회전 가능하도록 설치되는 날개(22)를 포함하여 구성된다.

이러한 타(20)는 선박의 진행 방향에 수직인 타력을 제공하여 침로를 변경시키는 역할을 한다. 날개(22)의 단면은 유체 중에서 양력을 얻기 위해 날개 단면을 갖고 있다.

날개(22)의 단면은 유체의 흐름에 대한 받음각에 따라 압력면과 흡입면의 압력차이로 인해 양력이 발생한다. 이 때, 유체 흐름 속에서 유속과 수심에 따라 국부적 압력이 대기압 이하로 저하될 수 있는데, 이 경우 공동 현상이 발생하게 된 다.

공동 현상이 발생하게 되면 날개 단면의 압력면과 흡입면 사이의 압력차이가 감소해서 양력이 줄어들게 되고, 이것은 타력의 감소로 나타난다. 또 진동, 소음이 더 커지고, 구름형 공동(cloud cavitation)과 같이 불안정한 공동이 발생하면 타 표면에 침식이 발생하는 경우도 있다.

구름형 공동은 종이형 공동(sheet cavitation)이 끝나는 부분에서 떨어져 나온 수많은 기포들이 구름처럼 뭉쳐진 것으로, 타 표면을 따라서 후류로 흘러가다가 압력이 대기압 이상으로 회복된 구간에 다다르게 되면 소멸한다. 이 때, 기포들이 일시에 날개 표면에서 붕괴하면서 발생시키는 충격 에너지가 날개 표면을 1 GPa 이상의 강한 압력으로 짧은 순간에 강타하기 때문에 표면이 손상을 입는다. 이것을 공동 침식이라고 부른다.

공동침식이 발생하면 침식 부위에 해수에 의한 부식이 추가로 발생할 수 있으며, 파손된 부위를 통해 해수가 타 내부로 들어가 타 축 등에 심각한 손해를 끼칠 수 있다.

선박은 타에 발생하는 공동침식에 대처하기 위해 공동을 저감시키도록 설계를 수정해야 하는데, 이 설계 단계에서 이론 혹은 실험을 통해 침식 발생을 예측한 경우, 공동은 날개에 걸리는 하중에 밀접한 관계가 있기 때문에 단위 면적당 하중 의 저감을 위해서 단면의 면적을 증가시킨다. 프로펠러의 경우 주로 사용되는 방법이다. 그러나 타의 경우는 선미 부분에 설치되는 특성상, 공간의 제약 때문에 면적을 증가시키는 해결 방법을 적용시키기 어려운 문제점이 있다.

또한 스테인리스스틸과 같이 강한 재질로 제작한 판을 침식이 발생할 우려가 있는 위치의 표면에 장착시켜 타를 침식으로부터 보호할 수 있으나, 이 경우에는 많은 비용과 시간이 소모되며, 근본적인 해결책이 되지 못하기 때문에 강한 공동에 상시 노출되어 있는 경우, 주기적으로 선거에 입거하여 판을 교환해야 하는 문제점이 있다.

그리고 타의 모재와 보강판 사이의 전기적 성질 차이에 의한 부식이 발생할 수 있으므로 zinc anode 등을 추가로 부착시켜야 하는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여 창출된 본 발명은, 한번 제작 후 반영구적으로 사용할 수 있어 최초의 제작 비용 및 시간을 제외하면 이후 별도의 제작 비용과 시간이 소요되지 않고, 추가로 공간을 요구하거나 설계 변경 없이 공동침식을 저감하거나 예방하는 공동 침식 감쇄를 위한 선박의 타를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 선박의 후류에 위치하면서 선체에 고정된 혼과, 상기 혼에 회전 가능하도록 결합되어 선박의 진행방향을 조절해주는 날개로 구성된 선박용 타에 있어서, 상기 날개의 전방부 양측면에 서로 대칭되도록 형성되 는 다수의 요철부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 선박의 후류에 위치하면서 선체에 고정된 혼과, 상기 혼에 회전 가능하도록 결합되어 선박의 진행방향을 조절해주는 날개로 구성된 선박용 타에 있어서, 상기 날개의 전방부 양측면에 대칭되도록 형성되고 날개의 측면방향으로 돌출되는 다수의 돌기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 선박의 후류에 위치하면서 선체에 고정된 혼과, 상기 혼에 회전 가능하도록 결합되어 선박의 진행방향을 조절해주는 날개로 구성된 선박용 타에 있어서, 상기 날개의 전방부 양측면에 대칭되도록 형성되는 요철부 및 상기 요철부에 형성되는 돌기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 본 발명은 타 날개의 단면에 형성되는 요철부와 돌출부에 의해 공동을 안정시키고, 공동의 발생 위치를 날개의 표면에서 떨어지게 하여 공동 내파의 충격 에너지를 감쇄시켜 줌으로써, 타의 제작시 한번 제작 후 반영구적으로 사용할 수 있어 최초의 제작 비용 및 시간을 제외하면 이후 별도의 제작 비용과 시간이 소요되지 않도록 하는 매우 유용한 발명이다.

도 3 은 본 발명에 의한 타의 평면도. 도 4 는 도 3의 A-A'선의 단면도, 도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 의한 타 단면을 나타낸 예시도이고, 도 5 는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 타 단면을 나타낸 예시도로서,

도면에서와 본 발명의 타(20)는 선박의 프로펠러(50) 후류에 위치하는 것으로, 선체(10)에 고정되어 있는 혼(21)과, 상기 혼(21)에 회전 가능하도록 결합되어 선박의 진행방향을 조절해주는 날개(22)로 구성된다.

상기 날개(22)의 단면은 도 4 에서와 같이 날개(22)의 양측면 전방에 다수의 요철부(30)가 형성되도록 구성된다.

상기 요철부(30)는 날개(22)의 중심을 기준으로 날개(22)의 양측면에 대칭되도록 형성되는 것으로, 타(20)의 전방에 발생하는 공동특성을 저하시켜주게 된다.

보다 상세히 설명하면, 프로펠러(50) 후류가 날개(22)의 표면을 지나는 경우 요철부(30)를 통과하면서 유동의 난류화가 촉진되어 공동현상이 안정적으로 발생하게 되어, 침식을 야기시킬 우려가 있는 구름형 공동(cloud cavitation)의 발생을 억제해주게 되는 것이다.

또한 요철부(30)의 요부에 물이 갇히게 되어 공동이 날개(22)의 표면을 직접 접하지 않고 날개의 표면 위에서 형성된다.

이에 따라 공동 내파(cavitation implosion)의 충격량은 거리의 자승에 반비례하므로, 조금만 표면과 거리가 떨어지더라도 날개(22) 표면에 전달되는 충격 에너지는 현저히 감소하게 되어 침식 발생의 위험을 저감시켜 주게 되는 것이다.

한편 상기 요철부(30)는 도 5 에서와 같이 톱날 형태로 형성될 수 있다.

한편 도 6 은 본 발명에 있어 돌기가 형성된 타 단면에 나타낸 예시도로서, 본 발명의 날개(22)에는 날개(22)의 전방부 양측면에 대칭되도록 형성되되, 날개(22)의 측면방향으로 돌출되는 다수의 돌기(40)가 더 형성된다.

상기와 같이 돌기(40)를 형성함으로써, 프로펠러(50) 후류가 날개(22)의 표면을 지날 경우 돌기(40)를 통과하면서 유동의 난류화가 촉진되어 공동현상이 안정적으로 발생하게 되어, 침식을 야기시킬 우려가 있는 구름형 공동(cloud cavitation)의 발생을 억제해주게 되는 것이다.

한편 도 7 은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 타 단면을 나타낸 예시도로서, 날개(22)에는 날개(22)의 전방부 양측면에 요철부(30)를 형성하고, 상기 요철부(30)에 돌기(40)를 형성하여 구성되는 것으로, 요철부(30)와 돌기(40)에 의해 날개(22) 표면을 통과하는 물이 유동의 난류화가 촉진되어 공동현상이 보다 안정적으로 발생할 수 있게 구성되는 것이다.

본 발명은 상기와 같이 날개(22)에 요철부(30)와 돌기(40)를 형성함으로써 공동을 안정시키고 공동내파의 충격에너지를 감쇄시켜 줌으로써 타의 손상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정 한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

도 1 은 선미부에 설치된 타를 도시한 예시도,

도 2 는 일반적인 타의 단면을 나타낸 예시도,

도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 의한 타의 평면도.

도 4 는 도 3의 A-A'선의 단면도.

도 5 는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 타 단면을 나타낸 예시도,

도 6 은 본 발명에 있어 돌기가 형성된 타 단면에 나타낸 예시도,

도 7 은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 타 단면을 나타낸 예시도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 선체 (20) : 타(Rudder)

(21) : 혼(Horn) (22) : 날개

(30) : 요철부 (40) : 돌기

(50) : 프로펠러

Claims (3)

1. 선박의 후류에 위치하면서 선체에 고정된 혼과, 상기 혼에 회전 가능하도록 결합되어 선박의 진행방향을 조절해주는 날개로 구성된 선박용 타에 있어서,

   상기 날개의 전방부 양측면에 서로 대칭되도록 형성되는 다수의 요철부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공동 침식 감쇄를 위한 선박의 타.
2. 선박의 후류에 위치하면서 선체에 고정된 혼과, 상기 혼에 회전 가능하도록 결합되어 선박의 진행방향을 조절해주는 날개로 구성된 선박용 타에 있어서,

   상기 날개의 전방부 양측면에 대칭되도록 형성되고 날개의 측면방향으로 돌출되는 다수의 돌기를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공동 침식 감쇄를 위한 선박의 타.
3. 선박의 후류에 위치하면서 선체에 고정된 혼과, 상기 혼에 회전 가능하도록 결합되어 선박의 진행방향을 조절해주는 날개로 구성된 선박용 타에 있어서,

   상기 날개의 전방부 양측면에 대칭되도록 형성되는 요철부 및 상기 요철부에 형성되는 돌기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 공동 침식 감쇄를 위한 선박의 타.

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