KR20090050918A - 고성능 선박 러더 - Google Patents

고성능 선박 러더

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KR20090050918A
KR20090050918A KR1020080029045A KR20080029045A KR20090050918A KR 20090050918 A KR20090050918 A KR 20090050918A KR 1020080029045 A KR1020080029045 A KR 1020080029045A KR 20080029045 A KR20080029045 A KR 20080029045A KR 20090050918 A KR20090050918 A KR 20090050918A
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KR
South Korea
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rudder
section
braid
cross
trunk
Prior art date
Application number
KR1020080029045A
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English (en)
Inventor
마티아스 클루게
토마스 팔쯔
Original Assignee
베커 마린 시스템즈 게엠베하 운트 콤파니 카게
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/38—Rudders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/38—Rudders
    • B63H2025/388—Rudders with varying angle of attack over the height of the rudder blade, e.g. twisted rudders

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Abstract

고성능 선박 러더는 러더 브레이드, 러더 트렁크 및 러더 포스트를 구비한 일체형 러더(full spade rudder)로 구조되며, 여기서 상기 러더 브레이드는 전연 및 후연을 갖고 있다. 상기 선박 러더는 양호한 조종 기능을 이루면서 높은 스트레스를 견딜 수 있는 방식으로 구조되어야 한다. 상기 목적에 맞추어, 러더 브레이드의 단면(profile)은 제1플랭크 각도로 러더 단면의 최광폭 지점을 이루는 중앙 구역까지 러더 길이방향으로 전연에서부터 횡단면으로 보았을 때에 폭이 넓어지게 확장 형성된다. 또한, 러더 브레이드의 단면은 중앙 구역에서 후방 구역으로 경사지게 이루어지며, 상기 후방 구역은 제2플랭크 각도로 러더 단면의 최협폭 지점을 구성하고 그리고 다시 후방 구역에서 후연으로 특히 물고기 꼬리 모양을 이루고 확장된다. 또한, 상기 러더 트렁크에는 러더 포스트를 수용하는 중앙 내부 길이방향 구멍이 외팔보 거더 로서 제공되며, 러더 브레이드 쪽으로 관통하여 지나가는 구조로 이루어져, 베어링이 러더 포스트를 받치기 위해 러더 트렁크의 내부 길이방향 구멍에 위치하고, 상기 베어링은 그 자유 단부가 러더 브레이드에 있는 오목부, 경사부 또는 그 유사부분 쪽으로 관통하여 지나가고, 러더 포스트의 단부 구역은 러더 트렁크에서 안내되어 러더 브레이드와 연결되고, 러더 브레이드와 러더 트렁크 사이에는 베어링이 제공되지 않으며 그리고, 러더 포스트를 지지하는 작용을 하는 베어링은 러더 트렁크의 자유 단부 구역에서 러더 트렁크에 위치하게 된다.

Description

고성능 선박 러더{HIGH PERFORMANCE RUDDER FOR SHIPS}
본 발명은 완전 평형(fully balacced) 또는 일체형 러더(full spade rudder)로 구조되고, 그리고 러더 브레이드, 러더 트렁크, 및 러더 포스트를 가진 고성능 선박 러더(high performance rudder for ships)에 관한 것으로, 상기 러더 브레이드는 전연(leading edge)과 후연(trailing edge)을 포함한다. 상기 러더는 종래 기술에서 공지된 것이다. 상기 러더를 선박에 장착할 때에, 러더는 일반적으로 선박의 동작 방향과 관련하여 선체에 설치된 프로펠러 뒤에 위치하고, 러더 브레이드의 전연은 프로펠러 쪽으로 전환되고 그리고 후연은 프로펠러에서 멀어지게 전환된다. 러더의 장착은, 전연과 후연이 일반적으로 대략적으로 수직하는 방향으로 있게 설치된다.
하이 리프트 러더(high lift rudders)로도 알려진 고성능 러더는 높은 동적 리프트를 일으키어 상당히 우수한 러더 작용을 하는 러더이다. 특히, 1.4 이상의 K2-계수를 가진 러더를 고성능 러더인 것으로 간주한다. 이러한 K2-계수의 비율은 특히 단면 형태(the form of the profile)에 따른다. K2-계수는 다음의 식에 따라 러더 파워를 결정하는데 사용되는 계수이다.
CR=132·A·v2·K1·K2·K3·Kt[N]
v = 속도
K1 = 러더 표면의 측면 비율에 따른 계수
K2 = 러더 단면의 형태에 따른 계수
K3 = 러더 설비에 따른 계수
K4 = 추력하중 계수에 따른 계수
본원에서는, 본원에 사용된 기술용어인 "경성 러더(rigid rudder)"는 단일 경성 몸체로 이루어지고 그리고 예를 들어 작동성 핀(actuatable fin) 같은 발동성 또는 가동성 부품을 갖지 않은 러더 브레이드를 가리키는 것으로 이해한다.
본 발명의 목적은 양호한 조종 기능을 가동성 부품을 갖지 않은 특정 형태의 경성 러더 브레이드로 달성하면서 동시에 특히 굽힘 모멘트에 대한 높은 스트레스, 를 받게 되는 대형 선박용에 사용되는 서두에서 언급한 바와 같은 타입의 고성능 러더를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구범위1항에 기재된 특징성을 가진 고성능 러더에 의해 이루어진다.
따라서, 본원의 상술된 타입의 고성능 러더는, 횡단면으로 보았을 때에, 이하에 기술되는 바와 같은 러더 브레이드 단면을 갖는 것이다. 상기 러더 브레이드 단면은, 러더의 길이방향으로 둥글게 절결된 구조의 전연에서부터 중앙 구역까지 폭이 넓어져 확장되고, 여기서 상기 중앙 구역은 제1플랭크 각으로 러더 단면의 최광폭 지점을 이루고, 중앙 구역에서 후방 구역으로 경사지고, 상기 후방 구역은 제2플랭크 각으로 러더 단면의 최협폭 지점을 이루고, 그리고 후방 구역에서 직선 구조의 후연까지 물고기 꼬리모양으로 다시 폭이 넓어져 확장되는 형태이다. 또한, 상기 러더의 러더 트렁크(rudder trunk)는 러더 포스트(rudder post)를 수용하는 중앙 내부 길이방향 구멍을 가진 외팔보로 설치되어, 러더 브레이드 쪽으로 관통된 구조로 이루어지고, 베어링이 러더 포스트를 받치기 위해 러더 트렁크의 내부 길이방향 구멍에 위치되며, 상기 베어링은 러더 포스트에 있는 오목부, 경사부 또는 그 유사 형태부 쪽으로 자유 단부가 관통하여 지나가고, 상기 러더 포스트는 러더 트렁크에서 단부 구역이 안내를 받아서 러더 브레이드를 가진 단부 구역과 연결되고, 베어링은 러더 브레이드와 러더 트렁크 사이에 설치되지 않고 그리고, 러더 포스트를 받치는 내부 베어링이 러더 트렁크의 자유 단부 구역에서 러더 트렁크에 위치한다. 대응적으로, 본 발명은 특정한 러더 베어링 설비와 협력동작하는 특별한 구조의 러더 단면(rudder profile)으로 이루어진 것이다. 본원의 특별한 구조로 이루어진 러더 단면으로 인해서, 고성능 러더의 유체흐름과 조종성능이 상당히 향상되었다. 먼저, 양호하게 둥글게 절결된 구조의 전방 전연은 모든 러더 위치 또는 각도에 적합한 전연에 바람직한 유체 흐름 성질이 있게 한다. 후방 구역에서 직선구조의 후방 후연으로 물고기 꼬리모양 연장부로 인해서 그리고 각각의 상기 구역의 폭이 넓어지는 확장 형태로 인해서, 상기 유체 흐름이 상기 구역에서 훨씬 더 가속되고 그리고 리프트는 상기 러더의 후방 구역에서 훨씬 더 증가하게 된다. 대체로, 특정한 단면 구조로 인해서, 선박 제어 성질에 더하여, 크래빙(crabbing)의 감소로 인한 방향 안정성이 상당히 향상된다. 본 발명에 따르는 러더로 인해서, 배의 우현에 대해 그리고 좌현 측에 대해 각각 70도에 이르는 러더 각도가 가능해 졌다. 직선 구조에 더하여, 후연이 또한 볼록부로 또는 예를 들어 양측-볼록(bi-convex)한 것 같이 짝수 배의 볼록부(even multiple convex)로 구조될 수도 있다.
이러한 러더 단면에 적합한 특정한 베어링을 설치하여서, 러더 트렁크가 러더 브레이드를 관통하고 그리고 러더 포스트가 베어링에 의해 러더 브레이드의 경사부 또는 그 유사 부분에 있는 러더 트렁크의 단부 구역에 위치하게 되는 이점이 있다. 여기서는, 부가적인 러더 브레이드의 베어링이 러더 트렁크의 외부 벽면에서 더 이상 필요하지 않게 된다. 따라서, 목부 베어링 으로도 불리우는 하부 주 베어링이 러더의 리프트 중앙 부근에 위치되어질 수 있으며 그리고 종래 베어링 설치 경우에서와 같이 러더 브레이드 위에 있지 않게 된다. 따라서, 러더 브레이드가 받게되는 스트레스와 굽힘 모멘트가 현저하게 감소된다. 특히, 종래 러더와 반대로, 러더 트렁크에 있는 러더 브레이드로 안내되는 하부 구역에서 지지됨으로 인해서 러더 포스트에는 굽힘 모멘트가 전혀 없거나 약간 만이 작용하게 될 뿐이다. 따라서, 러더 브레이드의 폭에 더하여 러더 포스트의 원주부도, 종래 고성능 러더보다 작은 치수의 직경을 가질 수 있다.
부가의 양호한 실시예에서, 일반적으로, 장착 시에 선박 프로펠러에서 멀어지는 방향으로 전환되는 후연은, 상호 측면방향으로 중심선에서 어긋나게(offset) 배치된 2개의 겹쳐져 있는 후연 섹션(superimposed trailing edge sections)을 갖는다. 상기 후연 섹션이 겹쳐 배치된 곳에 표시부는 일반적으로 일 섹션이 다른 섹션 위에 배치된 러더 브레이드의 장착 상태를 언급한 것이다. 따라서, 일반적으로, 양쪽 후연 섹션은 서로 인접하여 위치하게 된다. 바람직하게, 이들은 러더 장착 시에 대체로 수평방향으로 연장 형성된 분리 라인 또는 평면에 의해 분리된다. 중심선에서 빗나가게 정렬시킴으로서, 일측 후연 섹션은 좌현 또는 우현 측에 대해 어긋나 있게 되고 그리고 타측 후연 섹션은 우현 또는 좌현 측에 대해 어긋나 있게 된다. 따라서, 어긋난 면(offset surface)은 양쪽 후연 섹션이 서로 인접하여 있는 구역에서 각각의 후연 섹션에서 개별적으로 생성되고, 이러한 어긋난 면은 일반적으로 각각 타측 후연 섹션 위로 측방향으로 돌출하거나 튀어나와 있다. 이 실시예의 구조는 1개 어긋난 면으로 이어진 2개 후연 섹션 사이에 경과 구역(transition area)에서 각각의 측부 상에 90도 엣지를 나타낸다. 추가 90도 엣지는 상기 어긋난 면의 내부측에 생성된다.
부가 실시예에서, 2개 어긋난 후연 섹션 사이에서 연속 경과부로 이루어진 경과 구역이 어긋난 면 또는 엣지 또는 그 유사 부분이 생성되지 않게 2개 후연 섹션 사이에 설치된다. 후연 섹션의 어긋난 또는 비틀린 정렬 배치로 인하여, 상기 섹션은 에너지 회복이 일정한 파워 출력으로 연료 소비의 감소를 초래하여 달성할 수 있도록 프로펠러에 의해 생성된 스핀에 이들을 채택한다.
이러한 실시예에서는 바람직하게, 횡단면으로 보았을 때에 후연 섹션은, 절반(half)의 길이방향으로 분할된 물고기 꼬리 모양으로 구조된다. 이러한 사실은, 일측 후연 섹션의 물고기 꼬리의 선단부 부분이 좌현 측으로 돌출하고 그리고 타측 후연 섹션의 물고기 꼬리의 선단부 부분은 우현 측으로 돌출하여 있게 한다. 즉, 양쪽의 물고기 꼬리 형상부의 섹션이 러더 단면 쪽으로 상부에서 보았을 때에 거울-역상으로 배치된다. 특정적으로 높은 에너지의 회복이 상기 구조로 인해 이루어진다.
이건 출원인의 시험의 결과는 제1플랭크(flank) 각도가 5도 내지 25도, 양호하게는 10도 내지 20도, 특히 바람직하게는 12도 내지 16도에 있을 때에 특히 유익한 것으로 나타났다. 이러한 구조는 러더의 리프트 동작에 긍정적으로 작용하는 러더 브레이드의 특별한 유선형 단면을 만든다. 종래 러더에서는, 러더 브레이드 몸체가 특히 대형 선박에서 발생 하중을 흡수할 수 있도록 넓게 있어야만 함으로, 제1플랭크 각도는 본 발명의 것과 비교하여 상당히 더 크게 있다. 본 발명에 따르는 고성능 러더의 구조로 인해서, 광폭 형태가 필요하지 않고 그리고 얇은 러더 브레이드를 초래하는 작은 플랭크 각도를 사용할 수 있다.
부가적인 양호한 실시예에 따라서, 제2플랭크 각도는 5도 내지 17도, 양호하게는 8도 내지 13도, 특히 바람직하게는 11도의 각도 이다. 제1플랭크 각도에 관한 방식과 유사한 방식으로 설명하면, 본 발명의 제2플랭크 각도도 또한, 종래 기술에서 공지된 종래 러더의 것보다 더 납작(flatter)하거나 더 작게(smaller) 이루어질 수 있다.
바람직하게, 중앙 구역 폭에 대한 후연 폭의 너비 비율은 0.3 내지 0.5, 양호하게는 0.35 내지 0.45, 특히 바람직하게는 0.38 내지 0.43의 범위에 있다. 중앙 구역은 러더 단면의 최광폭 또는 최고 두께 구역인 특징이 있다. 본 발명에 따르는 러더 베어링 설비로 인해서, 후방 후연의 폭과 최광폭 지점과의 사이에서 상기와 같은 폭의 비율을 이룰 수 있다. 종래기술에서 공지된 러더에서는, 폭 비율이 예를 들어 중앙에서 상당히 작게 있고 그리고 러더 단면의 최광폭 구역은 종래기술 러더용으로 후방 후연의 폭과 대비하여 상당히 더 크게 있다. 이러한 구조는, 종래기술의 러더용으로, 러더 트렁크가 러더 브레이드를 관통하지 않아서 대체로 큰 하중이 러더 포스트에 작용하여, 러더 포스트가 상당히 넓은 폭의 구조로 이루어져야만 하고 그리고 러더 브레이드는 특히 대형 선박용의 대형 러더용으로 그 위에서 작용하는 하중을 흡수할 수 있도록 보강되어야 한다는 사실로 인한 것이다. 종래기술에서 공지된 러더용으로, 최대 폭 비율을 0.25로 할 수 있으며(예, DE 2 303 299 A1을 참고 함), 이러한 사실은 필요한 재료의 증가를 초래하고, 따라서 제조비가 상승한다. 또한, 상기 러더의 항력은 높아진다.
또한, 러더의 전체 길이에 대한 러더 포스트의 중간에서 전방 전연까지의 거리의 길이 비율은 0.25 내지 0.45, 양호하게는 0.35 내지 0.43, 특히 바람직하게는 0.38 내지 0.42의 범위에 있다. 러더의 전체 길이에 대한 러더 포스트의 그러한 설비는 러더의 흐름 단면을 전체적으로 향상시킨 것이다. 특히 0.4의 비율은 특히 러더의 최적한 흐름 평형작용을 초래한다. 또한, 러더 포스트는 예를 들어 그 최광폭 또는 최대로 두터운 지점에서 러더의 중앙 구역에 바람직하게 위치하게 된다. 따라서, 러더의 회전축 지점은 예를 들어, 최대 단면 두께 구역인, 중앙 구역에 위치하게 된다. 이러한 설비에서는 본 발명에 따르는 특정한 러더 베어링 설비와 관련한 특정한 슬림 단면 구조로 인해서만 가능한 것이다. 최대 단면 두께 구역에 있는 러더 포스트의 설비로 인해서 러더 브레이드로의 러더 트렁크와 러더 포스트의 안내를 할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양호한 실시예에 따라서, 러더 브레이드의 높이에 대한 프로펠러 직경의 비율은 0.8 내지 0.95, 양호하게는 0.82 내지 0.9, 특히 바람직하게는 0.85 내지 0.9 범위에 있다. 따라서, 프로펠러 제트가 러더 브레이드의 전체 단면에 대항하여 흐를 수 있어서,최대 리프트가 확실하게 이루어지게 한다. 본 발명에 따르는 구조로 인하여, 상기 베어링이 러더 브레이드 내측 장소를 취하여 굽힘 모멘트 하중이 위에서 지지된 러더 브레이드와 대비하여 상당히 낮게 있음으로 상당히 높은 러더 브레이드를 제공할 수 있다. 따라서, 상기 러더 브레이드의 높이로 있는 한에서는 종래기술에서 공지된 러더용의 것보다 다 크게 할 수 있다.
바람직하게, 상기 러더 단면은 중앙 구역(러더 단면의 최광폭 지점)과 후방 구역(러더 단면의 최협폭 지점)과의 사이에서 대체로 직선 라인 또는 대략 볼록하게 굽어진 코스를 갖는다. 이러한 방식에서는, 최적한 형태가 러더의 흐름 성질과 관련하여 이루어진다.
본 발명에 따르는 고성능 러더의 러더 구성은 예를 들어 매우 큰 치수를 갖는 매우 큰 대형 선박용으로 유효한 것이다. 또한, 재료가 적게 사용되어서, 종래 러더와 대비하여 제작 비용이 감소된다. 러더 폭의 감소는 특히 본 발명에 따른 단면 형태를 가진 러더용으로 유익한 것인데, 그 이유는 러더가 그 형태로 인해서 러더 브레이드에 작용하는 리프트 힘이 증가되어 러더 브레이드가 다른 단면을 가진 러더용의 경우에 비해 어찌되었든 더 두텁거나 더 넓은 치수로 되어야 함으로 러더가 러더 폭의 감소로 인해 감소되는 상당히 높은 항력을 가지기 때문이다. 따라서, 상기 단면으로 이루어진 러더의 사용은 본 발명에 따른 베어링 설비를 갖지 않은 대형 선박용으로는 적합하지 않은 것이다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라서, 본 발명에 따르는 러더가 상기 러더를 선정하고 그리고 가동성 프로펠러 스핀들에 위치한 프로펠러를 포함하는 선박에 설치되어질 수 있다. 또한, 러더 브레이드와의 러더 포스트의 연결부는 프로펠러 스핀들 중간 위에 배치된다. 러더 브레이드와의 러더 포스트의 연결부가 프로펠러 스핀들 중간 위에 위치하고 그리고 러더 포스트가 특히 압입-끼움(press-fit) 방식으로 러더 포스트와 단부 구역에서 연결됨으로, 이러한 구성으로, 프로펠러 스핀들을 대체하기 위해 러더 포스트를, 러더 브레이드가 벗겨진 후에 러더 트렁크에서 제거할 필요가 없다는 이점이 있다.
또한, 좌현 측과 마찬가지로 우현 측에서도 동일한 리프트 상태에 있게 러더 단면이 대칭성으로 있게 구조된다. 이러한 실시예는 선박의 코스 유지 특성(course keeping characteristics)에 유익한 것이다.
도1은 선박의 선체 상에서 지지를 받는 러더 브레이드와 러더에 선정된 프로펠러를 가진 고성능 러더의 측면을 개락적으로 나타낸 도면이다.
도2a는 도1의 A-A선을 따라 절취하여 개략적으로 나타낸 수직 단면도이다.
도2b는 도2a의 도면을 통하는 개별 교차선을 따라서 도시한 러더 단면을 개략적으로 횡단면으로 하여 나타낸 도면이다.
도3a는 대응 모멘트 곡선을 함께 도시한 종래기술의 일체형 러더로서 개략적으로 나타낸 고성능 러더의 측면도 이다.
도3b는 대응 모멘트 곡선을 함께 도시한 일체형 러더로서 본 발명에 따르는 고성능 러더의 측면도 이다.
도4a는 횡단면을 함께 도시한 러더 단면을 개략적으로 나타낸 사시도 이다
도4b는 횡단면을 함께 도시한 부가적인 러더 단면을 개략적으로 나타낸 사시도 이다.
도4c는 횡단면을 함께 도시한 다른 러더 단면을 개략적으로 나타낸 사시도 이다.
도5는 종래기술에서 공지된 단면에 겹쳐진 본 발명에 따르는 횡단면을 개략적으로 부분 도시한 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 러더 브레이드 11: 경사부 12: 교차선
13: 전연 14: 중앙 구역 15: 접선
16: 후방 구역 17: 접선 18: 후연
18a, 18b: 후연 섹션 19: 어긋난 면 20: 경과 구역
30: 프로펠러 31: 프로펠러 스핀들 중간 40: 러더 포스트
41: 자유 단부 42: 잠금 너트 43: 회전축 지점
50: 러더 트렁크 51: 자유 단부 52: 내부 길이방향 구멍
53: 베어링 60: 선박의 선체 70: 상부 베어링
71: 하부 베어링 100: 러더
α: 제1플랭크 각도 β: 제2플랭크 각도
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고로 이하에 설명하면 다음과 같다. 설명되는 다양한 실시예에서, 동일한 구성요소에는 동일한 도면번호를 부여하였다.
도1 및 도2a에서, 러더 브레이드(10)를 가진 러더(100)와 프로펠러(30)를 포함하는 러더 설비가 설명된다. 프로펠러(30)는 도시하지 않은 선박의 선체와 연결된다. '40'은 러더 포스트를 가리키고 그리고 '50'은 러더 포스트(40)를 둘러싸고 있는 러더 트렁크를 가리킨다. 프로펠러(30)는 러더 브레이드(10)에 배정된다. 상기 러더 브레이드(10)는 러더 포스트(40)에 의해 선박의 선체(60)와 연결된다. 러더 브레이드(30)는 프로펠러(30)쪽으로 전환되는 전방 전연(13)과 프로펠러(30)를 외면하는 쪽으로 전환하는 후방 후연(18)을 갖는다.
러더 브레이드(10)는 양호한 원통형의 경사부(11)를 갖는다. 상기 경사부(11)는 러더 트렁크(50)의 자유 단부(51)를 수용하게 형성된다.
러더 트렁크(50)는, 대략적으로 튜브 형태를 이루어 러더 브레이드(10)용 러더 포스트(40)를 수용하는 중앙 내부 길이방향 구멍(52)에 외팔보 거더로서 제공된다. 또한, 러더 트렁크(50)는 러더 브레이드(10)를 관통하는 구조로 이루어진다. 내부 길이방향 구멍(52)에서, 러더 트렁크(50)는 러더 포스트(40)를 받치기 위한 베어링(53)을 갖고, 이러한 베어링(53)은 러더 트렁크(50)의 하부 단부 구역(51)에 위치하게 된다. 러더 포스트(40)는 자유 단부(41)를 가진 베어링(53)에서 또는 러더 트렁크(50)에서 안내를 받게 된다. 러더 트렁크(50)에서 돌출된 러더 포스트(40)의 이러한 자유 단부(41)는 압입 끼움(press-fit)방식으로 러더 브레이드(10)에 강력하게 연결되는데, 여기에서는 프로펠러 스핀들의 교체 시에 러더 포스트(40)에서 러더 브레이드(10)를 배출할 수 있는 연결으로 된다. 상기 구역(41)에서의 러더 브레이드(10)와의 러더 포스트(40)의 연결부는 프로펠러 스핀들 중간부(31) 위에 위치하여(도1에 도시), 프로펠러 스핀들을 제거하기 위해서만, 러더 브레이드(10)가 러더 포스트(40)에서 제거되어지는 반면에, 다른 한편에선, 러더 포스트(40)의 자유 하단부(41)와 마찬가지로 러더 트렁크(50)의 자유 하단부(51)도 프로펠러 스핀들 중간부(31) 위에 위치되기 때문에 러더 트렁크(50)에서 러더 포스트(40)를 추출할 필요가 없다. 러더 브레이드(10)와 러더 포스트(40)의 자유 단부(41) 사이에 조립체를 고정시키기 위해 잠금 너트(42)가 제공된다. 자유 단부(41)를 둘러싸는 러더 브레이드(10)의 구역은 연철(wrought iron)로 제조된 단조편(forged piece)으로 이루어지고 그리고 "허브(hub)"로서 설계되기도 한다.
도1 및 도2a에 도시된 실시예에서는, 오직 1개 만의 내부 베어링(53)이 러더 트렁크(50) 내에 러더 포스트(40)의 베어링용으로 제공된다. 즉, 러더 트렁크(50)의 외부 벽에 러더 브레이드(10)를 위한 부가 베어링은 없다.
도2b는 교차선(12)을 따라서 있는 러더 브레이드(10)의 단면을 나타낸 도면이다. 상기 도면으로부터 둥글게 절결된 전방 전연(13)을 가진 단면의 러더 브레이드(10)를 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 전연(13)에서, 러더 브레이드(10)의 단면은 중앙 구역(44)에 대해 제1플랭크 각도(α)로 확장되고, 상기 중앙 구역은 단면의 또는 러더 브레이드의 최광폭 지점을 이룬다. 제1플랭크 각도(α)가 전방 전연(13)과 중앙 구역(14)과의 사이에 확장 구역과 교차선(12)에 접선(15)으로 이루어지면서, 동시에 상기 교차선은 러더 브레이드(10)의 단면의 길이방향 축선을 구성한다. 중앙 구역(14)에서부터, 러더 브레이드(10)의 단면은 러더 단면의 최협폭 지점을 이루는 후방 구역(16)으로 다시 경사진다. 경사는 접선(17)과 교차면(12)으로 형성된 제2플랭크 각도(β)로 생긴다. 후방 구역(16)에서부터, 상기 단면은 직선 라인으로 이루어진 후방 후연(18)에 의해 형성된 단부로 다시 확장된다. 이 경우에선, 확장부가 러더 단면이 물고기 꼬리 모양으로 확장되게 러더 브레이드의 높이에 대한 중앙 구역에 양쪽 측부에 구성된다. 러더 브레이드의 상부와 하부 구역에서, 상기 확장부는 물고기 꼬리의 절반부를 이루는 일측에 구성된다. 상기 일측 확장부는 좌현 측에 주어지고 그리고 타측 확장부는 우현 측에 주어진다. 기본적으로 상기 확장부는 물고기 꼬리모양으로 또는 일측이 전체 러더 브레이드 높이를 넘는 절반의 물고기 꼬리모양으로 구성된다.
도4a는 도2a 및 도2b의 러더 단면에 대응하는 러더 단면의 사시도 이다. 따라서, 도4a의 횡단면은 도2b의 횡단면과 같은 것이다. 도4a에 나타낸 바와 같이, 러더 브레이드(10)는 그 후방 구역에서 비틀려진다. 즉, 예를 들어, 후연(18)은, 위에 놓여지게 배치된 2개의 후연 섹션(18a, 18b)으로 분할된 구조로 이루어진다. 2개 후연 섹션(18a, 19b)은 대략 동일한 길이를 갖고 그리고 러더 브레이드(10)의 중간에 배치된 수평방향 연장 분리선 또는 분리면에 의해 나누어진다. 상기 후연 섹션은 서로 어긋나게 위치되어서, 상부 후연 섹션(18a)이 좌현 측에 어긋나게 되고, 이러한 구성은 선박의 동작방향이 고려된 것이며, 그리고 하부 후연 섹션(18b)은 우현 측에 어긋나게 된다. 이러한 구성은 상부 횡단면으로 보았을 때에 러더 브레이드의 단부 구역에서 절반의 물고기 꼬리 모양을 취하는 좌현 측 확장부(18a)와 하부 횡단면으로 보았을 때에 거울 역상의 우현 측 확장부(18b)로 이루어지게 한다. 중앙 횡단면으로 보았을 때에는, 2개의 절반 물고기 꼬리 모양 후연 섹션(18a, 18b)이 위에 놓여지는 형태로 나타나서, 함께 놓였을 때는 완전한 물고기 꼬리 모양으로 이루어진다. 서로에 대한 후연 섹션(18a, 18b)의 어긋난 설치로 인해서, 양측 후연 섹션(18a, 18b)이 서로 인접하여 있는 구역에서의 어긋난 면(19)은, 러더 브레이드의 각각의 측에 형성된다. 상기 어긋난 면(19)은, 측방향으로 돌출한 후연 섹션(18b)의 상부 엣지 구역 또는 후연 섹션(18a)의 하부 엣지 구역에 의해 형성된다.
도4b는 서로에 대한 어긋난 형태로 있는 2개 후연 섹션(18a, 18b)을 가진 러더 단면을 나타낸 도면으로, 경과 구역(20)이 2개 후연 섹션(18a, 18b) 사이에 설치된다. 상기 경과 구역(20)은 수직 축선에 대해 비스듬하게 경사져 연장 형성되어 양측 후연 섹션(18a, 18b)을 서로 연결시키어서, 엣지 또는 어긋난 면 같은 부분을 갖지 않은 연속한 경과부를 생성한다. 따라서, 폐쇄된 흐름 단면부가 후연(18) 구역에 형성된다. 도4b의 러더 단면의 횡단면도는 도4a 또는 도2b의 러더 단면과 유사한 것이다.
도4c는 부가적인 러더 단면을 사시도로 나타낸 도면이다. 상기 러더 단면에서는 후연(18)이 연속하여 이어져 구성된다. 예를 들어, 러더 단면은 서로 어긋나게 되는 어떠한 섹션도 갖지 않는다. 따라서, 하부 구역이 더해진 상부 구역에서 후방 구역(16)에서부터 후연(18)까지 물고기 꼬리 모양의 확장부가, 단면을 횡단면으로 보았을 때에 알아볼 수 있을 것이다. 기본적으로, 도4a 내지 도4c의 단면은 제1플랭크 각도(α)의 단면 확장과 제2플랭크 각도(β)의 단면 경사부에 대한 도2b에서의 과정과 유사한 것이다.
도3a는 종래 기술에서 일체형(full spade) 또는 완전 평형식 러더(fully balanced rudder)의 러더 브레이드(10)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이러한 러더 브레이드(10)는 여기에선 설명되지 않은 선박의 선체에 있는 러더 포스트(40)와 연결되고, 러더 포스트(40)는 러더 브레이드와 러더 브레이드(10)의 상부 구역에서 연결되어 고정된다. 상기 러더 포스트(40)는 제1상부 베어링(70)과 제2하부 베어링(71)에 의해 놓여지고, 상기 제2하부 베어링은 러더 브레이드(10) 바로 위에 위치하여 있다.
도3b는 이러한 본 발명에 따르는 러더 브레이드(10)를 가진 일체형 러더를 개략적으로 나타낸 도면이며, 러더 포스트(40)는 러더 브레이드(10)에서 러더 포스트의 하부 구역에 위치한 베어링(53)에 의해 그리고 상부 베어링(70)에 의해 그 상부 구역에 위치하게 된다. 상기 러더 포스트(40)는 도3a의 종래기술의 경우가 아닌 상기 러더 안을 관통하여 있다. 러더 트렁크는 명료한 도시를 위해 여기서는 도시하지 않았다. 따라서, 본 발명에 따르는 실시예에서 도3b에 도시한 러더의 하부 베어링(53)은 도3a에 따르는 종래기술의 경우에 있는 것보다 러더 브레이드(10)의 리프트 중앙에 더 가깝게 위치하게 된다. 따라서, 도3b의 러더용으로, 도3a의 러더에 대해서 다른 모멘트 곡선을 나타내고, 연산은 양측 경우에서 러더 브레이드(10)상에 작용하는 스트레스 로서 동일한 대형 상수의 균일 하중(an equally big constant uniform load)에 기본하게 된다. 도3a에서의 최대 모멘트(Mb)는 상부 베어링(71) 구역에서 발생하는 반면에, 도3b에 따르는 러더에서는 러더 브레이드(10) 내측에 배치된 하부 베어링(53) 구역에서 발생한다. 또한, 도3b의 최대 모멘트(Mb)는 도3a의 모멘트보다 상당히 낮다(대략 50% 미만). 이러한 사실은 하중(PR)이 도3b의 설비의 러더 브레이드에 작용하는 레버리지(leverage)가 도3a의 설비의 러더 브레이드보다 상당히 낮게 있다는 사실로 인한 것이다. 따라서, 도3a의 설비에서 보다 상당히 더 큰 대형 선박용으로 도3b에 따른 러더 설비를 사용할 수 있다.
도5는 서로 위에 위치하게 2개 러더 단면(10, 10')의 절반부를 개별적으로 나타낸 도면이다. 두터운 선으로 특징적으로 나타낸 러더 단면(10)은 본 발명에 따르는 러더의 단면에 대응하고 반면에 단면(10')은 종래기술에서 알려진 바와 같이 러더에 대응한다. 러더 단면(10, 10')은 교차선(12)에 의해 길이방향으로 분할되고, 동시에 상기 교차선(12)은 러더 단면의 길이방향 축선에 대응한다. 러더 단면(10, 10')의 다른 절반은 거울 역상으로 이루어지며, 명확한 도시를 위해 나타내지 않았다. 도5의 도면은 본 발명에 따르는 단면(10)과 종래기술에 의한 알려진 단면(10')과의 사이에 차이를 설명하기 위해 간략하게 나타낸 것으로서, 정확한 척도로 그려지지 않은 것이다.
본 발명에 따르는 단면(10)은 제1플랭크 각도(α)로 러더의 길이방향으로 둥글게 절결된 구조의 전연(13)에서 중앙 구역(14)으로 넓어지는 형상이다. 이곳에서부터, 상기 단면은 다시 플랭크 각도(β)로 후방 구역(16)쪽으로 경사진다. 후방 구역(16)은 러더 단면의 최협폭 지점을 이루고, 반면에 상기 중앙 구역(14)은 러더 단면의 최광폭 지점을 이룬다. 후방 구역(16)에서부터, 상기 단면은 다시 물고기 꼬리 모양으로 후연(18)쪽으로 확장된다. 이 곳에 위치한 러더 포스트를 가진 러더 트렁크(50)는 러더 단면의 중앙 구역(14)에 설치된다. 러더 포스트 중앙 및 러더 단면의 회전축 지점(43)은 가장 두터운 단면 지점(14)의 구역에 각각 위치한다. 전방 전연(13)과 가장 두터운 단면 지점 또는 회전축 지점과의 사이에 거리는 "a"로 나타내었으며, 러더의 전체 길이의 대략 40% 정도에 상당한다.
본원의 단면과 대비하여, 종래기술에서 알려진 단면(10')은 상당히 더 큰 플랭크 각도(α')로 전연(13)에서 확장된다. 따라서, 가장 두터운 단면 두께(14')의 구역이, 본 발명에 따르는 단면(10)의 경우에 비해서 전방 전연(13)에 상당히 더 많이 가깝게 있다. 전연(13)과 단면(10')의 중앙 구역(14') 사이에 거리는 러더 단면(10')의 전체 길이의 대략 20%에 상당하고, "b"로 나타내었다. 상기 러더 단면(10')은 후방 구역(16)쪽으로 플랭크 각도(β')로 중앙 구역(14')에서부터 경사져 형성되고, 상기 플랭크 각도(β')도 또한 상기 플랭크 각도(β)보다 더 크다. 중앙 구역(14')과 후방 구역(16) 사이에 구역에서, 단면(10')이 오목한 곡선부를 형성하는 반면에, 단면(10)의 단면 코스는 중앙 구역(14)과 후방 구역(16) 사이에서 약간 볼록한 형상이다. 본 발명에 따른 러더 단면(10)의 구조로 인하여, 러더 브레이드(10) 안으로 깊숙하게 관통하는 러더 트렁크(50)를 설치할 수 있다. 종래기술에서 공지된 단면(10')에서는, 회전축 지점(43)의 구역에 러더 트렁크(50)용 공간이 충분하지 않아서 상기 구성을 이룰 수가 없었다. 또한, 단면(10')이 중앙 구역(14)에 단면(10)보다 중앙 구역(14')에서 더 확장되어서, 단면(10)의 항력보다 더 높은 단면(10')의 항력이 있다.

Claims (13)

  1. 전연(13)과 후연(12)을 가진 러더 브레이드(10)와, 러더 트렁크(50) 및 러더 포스트(40)를 포함하는, 일체형 러더로서 구조된 고성능 선박 러더(100)에 있어서:
    상기 러더 브레이드(10)의 단면은, 러더(100)의 길이방향으로 전연(13)에서부터, 러더 단면의 최광폭 지점을 이루는 중앙 구역(14)쪽으로, 횡단면으로 보았을 때에 제1플랭크 각도(α)로 확장하고; 상기 러더 브레이드(10)의 단면은, 제2플랭크 각도(β)로, 중앙 구역(14)에서부터, 러더 단면의 최협폭 지점을 이루는 후방 구역(16)쪽으로 경사지고; 러더 브레이드(10)의 단면은 다시, 후방 구역(16)에서부터 후연(18)쪽으로, 특히 물고기 꼬리 모양으로 확장되고, 그리고; 러더 트렁크(50)는, 러더 포스트(40)를 수용하는 중앙 내부 길이방향 구멍(52)을 가진 외팔보 거더로서 제공되고 그리고 러더 브레이드(10) 안을 관통하는 구조로 이루어지고; 베어링(53)은 상기 러더 포스트(40)를 받치게 러더 트렁크(50)의 내부 길이방향 구멍(52)에 배치되고, 상기 베어링은 러더 브레이드(10)에 오목부(recess) 또는 경사부(taper) 같은 부분(11) 안으로 자유 단부(51)가 관통하고; 러더 포스트(40)의 단부 구역(41)은 러더 트렁크(50)에서 안내되어 러더 브레이드(10)와 연결되고; 러더 브레이드(10)와 러더 트렁크(50) 사이에는 베어링이 설치되지 않고 그리고; 러더 포스트(40)를 지지하는 베어링(53)을, 러더 트렁크(50)의 자유 단부(51)의 구역에서 러더 트렁크(50)에 배치시킨 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 러더 단면은 대칭형 구조인 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 후연(18)은 2개의 포개져 위치한 후연 섹션(18a, 18b)을 포함하고, 상기 후연 섹션(18a, 18b)은 측방향으로 어긋나게 배치된 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  4. 제3항에 있어서, 상기 후연 섹션(18a, 18b)은 횡단면으로 보았을 때에 절반의 길이방향으로 분할된 물고기 꼬리 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1플랭크 각도(α)는 5도 내지 25도의 범위에, 바람직하게는 10도 내지 20도 범위에, 그리고 더욱 바람직하게는 12도 내지 16도 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2플랭크 각도(β)는 5도 내지 17도의 범위에, 바람직하게는 8도 내지 13도 범위에, 그리고 더욱 바람직하게는 11도에 있는 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙 구역(14)의 폭에 대한 후연(18) 폭의 비율은 0.3 내지 0.5의 범위에, 바람직하게는 0.35 내지 0.45 범위에, 그리고 더욱 바람직하게는 0.38 내지 0.43 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 러더(10)의 전체 길이에 대한 러더 포스트 중간에서 후연(13)까지의 거리의 길이 비율은 0.25 내지 0.45의 범위에, 바람직하게는 0.35 내지 0.43 범위에, 그리고 더욱 바람직하게는 0.38 내지 0.42 범위에 있는 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 러더 포스트(40)는 중앙 구역(14)에 배치되는 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 후방 구역(16)과 중앙 구역(14)과의 사이에 러더 단면은 대략 직선적이거나 볼록한 곡선 코스를 갖는 것을 특징으로 하는 고성능 선박 러더.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 러더(100)를 가진 것을 특징으로 하는 선박.
  12. 제11항에 있어서, 러더(100)에 전해지고 그리고 구동식 프로펠러 스핀들에 배치된 프로펠러(30)를 포함하며;
    상기 러더 브레이드(10)와의 러더 포스트(40)의 연결부를, 상기 프로펠러 스핀들 중간(31) 위에 위치 시킨 것을 특징으로 하는 선박.
  13. 제12항에 있어서, 러더 브레이드(10)의 높이에 대한 프로펠러 직경의 비율은 0.8 내지 0.95의 범위에, 바람직하게는 0.82 내지 0.9 범위에, 그리고 더욱 바람직하게는 0.85 내지 0.87 범위에 있는 것을 특징으로 하는 선박.
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