KR20090112265A - 선박의 방향타 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 진행방향을 제어하는 방향타에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체역학적으로 높은 압력을 받는 방향타의 고정부에 슬롯(Slot)을 장착하여 인위적인 동력 없이 고정부와 가동부의 틈새의 유동을 가속화시킬 수 있도록 구성함으로써, 가속된 틈새의 유동이 타면의 압력을 낮추어 타의 조종성능을 향상시킬 수 있도록 발명된 선박의 방향타에 관한 것으로,

본 발명은 선미 프로펠러의 후방에 설치되는 고정부와, 상기 고정부에 축에 의해 회전 가능하도록 결합되어 선박의 방향을 제어하는 가동날개로 이루어진 선박의 방향타에 있어서, 상기 방향타의 고정부에 전방에서 후방으로 즉, 수평으로 슬롯을 설치하여 상기 고정부와 가동날개 사이의 틈새 유동을 가속시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있으며,

본 발명은 방향타 전방의 유체를 고정부에 설치되는 슬롯을 통해 고정부와 가동날개 사이 틈새로 분사하여 고정부와 가동날개 사이의 압력을 변화시켜줌으로써 가동날개 주위의 양력을 높여 조타 성능을 향상시키게 되는데, 이는 도 4의 수치해석을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이 도 4의 (A)에서 (B)로 약 40% 정도의 향상된 성능을 보여주고 있으며, 또한 가동날개 주위의 유동이 더욱 매끄럽게 흐름을 알 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 방향타의 고정부에 설치된 슬롯을 입구에서 출구로 향할수록 슬롯의 단면적이 완만하게 좁아지거나 같도록 구성함으로써 유체의 흐름을 가속화시켜 보다 빠르게 분사될 수 있도록 하는 효과가 있다.

선박의 방향타,선박용 조타장치,

Description

선박의 방향타{A Rudder of Ship}

본 발명은 선박의 진행방향을 제어하는 방향타에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체역학적으로 높은 압력을 받는 방향타의 고정부에 슬롯을 장착하여 인위적인 동력 없이 고정부와 가동부의 틈새의 유동을 가속화시킬 수 있도록 구성함으로써, 가속된 틈새의 유동이 타면의 압력을 낮추어 타의 조종성능을 향상시킬 수 있도록 된 선박의 방향타에 관한 것이다.

각종의 선박에는 그 진행방향을 제어하기 위한 수단의 하나로서 방향타(rudder)가 사용되고 있으며, 방향타의 대부분은 흐름 속에 놓인 날개모양의 물체가 받음각(迎角)을 가질 때, 그 물체에 가해지는 양력의 키판에 수직인 성분을 회두력으로 이용하게 되어 있다. 따라서 큰 양력을 발생시킬 수 있고 받음각을 크게 하더라도 실속(失速)이 잘 안되는 것(실속각이 큰 것)이 키의 성능으로서 중요하다. 또 받음각을 크게 변화시키더라도 양력의 착력점(着力點)의 위치 변화가 작아야 한다. 이것은 착력점의 위치 변화가 작으면 양력의 착력점 바로 위에 키축을 장치함으로써 키축의 회전으로 타각(舵角)을 바꾸는데 필요한 토크를 작게 할 수 있기 때문이다. 판모양의 키는 만들기 쉽다는 장점은 있으나 날개로서의 성능이 좋 지 않아 현재는 단면이 유선형인 대칭 날개모양의 키를 주로 쓰고 있으며, 측면의 윤곽 형상도 직사각형이나 스페이드형인 것이 많다.

키는 배의 구조·종류·크기에 따라 여러 가지가 있지만 대표적인 것과 특수한 키로 다음과 같은 것이 있다.

첫째, 단판키는 키판이 1장의 판모양이며 구조가 간단하여 이전에는 흔히 사용되었다. 그러나 키의 뒷면에서 유체가 박리하므로 키의 효과가 상실되는 실속각이 작고, 또 키 저항도 크므로 최근에는 소형선을 제외하고는 거의 쓰이지 않는다. 둘째, 심플렉스키는 단면이 유선형이고 단면의 두께를 두껍게 하여 키판에 작용하는 힘의 착력점이 넓은 범위의 조타각에 대해 이동하지 않도록 설계된 평형키(키판에 작용하는 힘의 착력점 바로 위에 타축을 설치한 키)이다. 단판키에 비해 키축에 걸리는 모멘트가 작아 조타기의 마력을 줄일 수 있는 이점이 있다. 셋째, 에르츠키는 전체적으로는 유선형이지만 앞쪽의 약 1/3은 고정되고 뒤쪽부분만 움직이게 되어 있어 키에 작용하는 힘의 일부를 고정부에 부담시킨 것으로, 조타기의 마력을 줄일 수 있고 타각이 크더라도 실속을 일으키지 않는 등의 이점이 있다. 넷째, 반동키는 키판의 앞가장자리에 붙인 날개모양의 지느러미로 스크루프로펠러의 후류의 비틀림을 정류하여 키 자체에 추진력을 발생시켜 선박의 추진력을 증대시킨다. 다섯째, 콘트라키는 반동키와 마찬가지로 스크루프로펠러의 후류를 정류해서 추진 효율을 높이기 위해 타주의 모양을 상반부는 좌현으로, 하반부는 우현으로 비틀어지게 한 반동키이다. 여섯째, 플레트너키는 보통의 평형키를 주키(主舵)로 하고, 그 뒤끝에 작은 부키를 장치하여 부키에 작용하는 힘으로 주키를 회전시켜 조타기의 마력을 줄이는 형식의 키이다. 이상의 키들은 모두 키판에 작용하는 양력을 회두력으로 이용하는 것인데, 이밖에 스크루프로펠러 후류의 분출 방향을 조작하여 회두력을 발생시키는 키로서 스크루프로펠러를 원통상의 노즐 안에 넣고 노즐을 연직축의 둘레에서 회전시켜 추진력의 방향을 바꾸는 콜트노즐키, 2개의 반원형의 통으로 스크루프로펠러를 둘러싸고 그 통의 개폐와 방향 변환으로 선박에 추진력 또는 회두력을 갖게 하는 키첸 키 등이 있다.

본 발명은 유체역학적으로 높은 압력을 받는 방향타의 고정부에 슬롯을 장착하고 이 슬롯을 통하여 유체를 이동시켜 방향타의 고정부와 가동날개 사이의 틈새 유동을 가속화시킴으로써, 가동날개면에 작용하는 압력을 낮추어 방향조종 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 선박의 방향타를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방향타의 고정부에 설치되는 슬롯을 입구에서 출구로 향할수록 단면적이 좁아지거나 같도록 구성함으로써 유체의 흐름을 가속화시킬수 있도록 하는 선박의 방향타를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선미 프로펠러의 후방에 설치되는 고정부와, 상기 고정부에 축에 의해 회전 가능하도록 결합되어 선박의 방향을 제어하는 가동날개로 이루어진 선박의 방향타에 있어서,상기 방향타(10)의 고정 부(20)에 전방에서 후방으로 슬롯(21)을 설치하여 상기 고정부(20)와 가동날개(30) 사이의 틈새 유동을 가속시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은 상기 방향타(10)의 고정부(20)에 설치되는 슬롯(21)의 입구(21a)는 고정부(20)와 가동날개(30) 틈새(D)의 1-3배로 되어 있고, 출구(21b)는 0.5-2배로 구성되어 출구(21b)가 입구(21a)에 비하여 횡단면이 좁아지거나 같도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 바와 같은 본 발명은 방향타 전방의 유체를 고정부에 설치되는 슬롯을 통해 고정부와 가동날개 사이 틈새로 분사하여 고정부와 가동날개 사이의 압력을 변화시켜줌으로써 가동날개 주위의 양력을 높여 조타성능을 향상시키게 되는데, 이는 도 4의 수치해석을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이 도 4의 (A)에서 (B)로 약 40% 정도의 향상된 성능을 보여주고 있으며, 또한 가동날개 주위의 유동이 더욱 매끄럽게 흐름을 알 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 방향타의 고정부에 설치된 슬롯을 입구에서 출구로 향할수록 슬롯의 단면적이 완만하게 좁아지거나 같도록 구성함으로써 유체의 흐름을 가속화시켜 보다 빠르게 분사될 수 있도록 하는 효과가 있다.

상기와 같은 본 발명은 선미 프로펠러의 후방에 설치되는 고정부와, 상기 고정부에 축에 의해 회전 가능하도록 결합되어 선박의 방향을 제어하는 가동날개로 이루어진 선박의 방향타에 있어서, 상기 방향타(10)의 고정부(20)에 전방에서 후방 으로 슬롯(21)을 설치하여 상기 고정부(20)와 가동날개(30) 사이의 틈새 유동을 가속시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이하 본 발명에 따른 선박의 방향타를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 방향타의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 방향타의 설치구조를 도시한 종단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 방향타의 설치구조를 도시한 횡단면도이다. 도 4의 (A) 및 (B)도는 가동날개 주위의 유체 흐름 상태를 예시한 도면이다.

상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 방향타(10)는 선미 프로펠러의 후방에 설치되는 고정부(20)와, 상기 고정부(20)에 축(22)에 의해 회전 가능하도록 결합되어 선박의 방향을 조정하는 가동날개(30)로 구성되어 있다.

상기 방향타(10)의 고정부(20)에는 전방에서 후방 즉, 가동날개(30)가 있는 방향으로 관통하는 슬롯(21)이 설치되어 있다.

상기 슬롯(21)은 고정부(20)의 높이방향으로 길게 형성되는 장홈 형태로서 입구(21a)에서 출구(21b) 방향으로 슬롯(21)의 횡단면이 완만하게 좁아지거나 같도록 구성되어 있는데, 상기 슬롯(21)의 입구(21a)는 고정부(20)와 가동날개(30) 틈새(D)의 1-3배로 되어 있고, 출구(21b)는 상기 틈새(D)의 0.5-2배로 구성되어 출구(21b)를 입구(21a)에 비하여 좁아지거나 같도록 구성함으로써 상기 슬롯(21)을 통과하는 유체의 흐름을 가속화시켜 고정부(20)와 가동날개(30)의 틈새(D)로 분사할 수 있도록 구성되어 있다.

그리고, 상기 슬롯(21)은 본 발명에 따른 실시예에 있어서는 상기 고정부(20)에 종방향으로 3개를 설치한 구성으로 도시되고 설명하고 있으나 이는 어디까지나 바람직한 하나의 실시예로서 결코 본 발명을 이러한 구성에 한정하는 것이 아니며,상기 슬롯(21)은 1개 혹은 2이상 다수로 설치할 수 있음은 물론, 또한 본 발명의 실시예에 있어서는 상기 슬롯(21)을 별도로 제작하여 설치한 구성으로 설명하고 도시되어 있으나 상기 고정부(20)에 직접 슬롯(21)형태의 홈을 형성함으로써 이 홈이 상기 슬롯을 대체하는 구성을 포함할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 방향타 전방의 유체를 고정부에 설치되는 슬롯을 통해 고정부와 가동날개 사이 틈새로 분사하여 고정부와 가동날개 사이의 압력을 변화시켜줌으로써 가동날개 주위의 양력을 높여 조타성능을 향상시키게 되는데, 이는 도 4의 수치해석을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이 도 4의 (A)에서 (B)로 약 40% 정도의 향상된 성능을 보여주고 있으며, 또한 가동날개 주위의 유동이 더욱 매끄럽게 흐름을 알 수 있다.

그리고, 본 발명에 따른 방향타의 고정부에 설치된 슬롯을 입구에서 출구로 향할수록 슬롯의 단면적이 완만하게 좁아지거나 같도록 구성함으로써 유체의 흐름을 가속화시켜 보다 빠르게 분사될 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방향타의 사시도

도 2는 본 발명에 따른 방향타의 설치구조를 도시한 종단면도

도 3은 본 발명에 따른 방향타의 설치구조를 도시한 횡단면도

도 4의 (A)(B)도는 가동날개 주위의 유체 흐름 상태를 예시한 도면

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 방향타 20 : 고정부

21 : 슬롯 21a : 입구

21b : 출구 22 : 축

30 : 가동날개

Claims (4)

1. 선미 프로펠러의 후방에 설치되는 고정부와, 상기 고정부에 축에 의해 회전 가능하도록 결합되어 선박의 방향을 제어하는 가동날개로 이루어진 선박의 방향타에 있어서,상기 방향타(10)의 고정부(20)에 전방에서 후방으로 슬롯(21)을 설치하여 상기 고정부(20)와 가동날개(30) 사이의 틈새 유동을 가속시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 방향타(10)의 고정부(20)에 설치되는 슬롯(21)의 입구(21a)는 고정부(20)와 가동날개(30) 틈새(D)의 1-3배로 되어 있고, 출구(21b)는 0.5-2배로 구성되어 출구(21b)가 입구(21a)에 비하여 횡단면이 좁아지거나 같도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 방향타(10)의 고정부(20)에 설치되는 슬롯(21)은 2개 이상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 선박의 방향타.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 방향타(10)의 고정부(20)에 설치되는 슬롯(21)을 상기 슬롯(21)형상의 홈으로 고정부(20)에 직접 형성함으로써 상기 슬롯(21)을 동일형상의 홈으로 대체하는 구성을 포함하는 선박의 방향타.

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