KR20100098686A - 물갈퀴 추진을 위한 병진 채리엇 - Google Patents

Abstract

진동 물갈퀴(4)을 포함하는 해양 추진 장치가 개시된다. 상기 장치는 추진 동력을 추진 동력원(10)으로부터 물갈퀴(4)으로 전달하기 위한 채리엇(3)을 구비한다. 채리엇(3)을 진동시키기 위한, 제 1 회전축(17)을 가진 추진 동력원(10)에 의해 구동되는 추진 수단이 제공된다. 물갈퀴(4)들은 제 2 회전축(6) 둘레로 회전 가능하며, 제 1 회전축(12)은 제 2 회전축(6)과 각도(α)를 형성한다. 물갈퀴들은 2 개의 연결 지점(5,16)들을 통해서 채리엇(3)에 연결된다. 진동 수단은 2 개의 채리엇(3) 사이에 배치될 수 있고, 진동 수단은 플라이휘일 효과를 시스템에 부여한다. 채리엇에 가해진 힘은 채리엇(3)을 통해 전달되고, 베어링(9)에 의해 지탱된다.

Description

물갈퀴 추진을 위한 병진 채리엇{Translating chariot for fin propulsion}

본 발명은 해양 선박을 위한 추진 시스템에 관한 것으로서, 추진을 위해 채용된 수단이 플랩핑(flapping) 작용 및 횡방향으로 병진 작용하는 포일(foil) 또는 물갈퀴를 포함하는 추진 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 본 발명은 물에 닿는 물갈퀴 또는 포일에 의해서 추진되는 해양 선박을 위한 추진 장치에 관한 것이다.

물갈퀴 또는 포일은 해양 선박의 길이 방향 축에 실질적으로 횡단하는 방향으로 병진되도록 구동된다.

그 장치는:

- 제 1 회전축을 형성하는 출력 샤프트를 가진 적어도 하나의 추진 동력원,

- 해양 선박의 선체내에 제공되고 추진 동력을 추진 동력원으로부터 물갈퀴 또는 포일에 전달하기 위한, 적어도 하나의 채리엇(chariot),

- 크랭크를 포함하는 채리엇의 병진을 제공하는 수단 및,

- 물갈퀴 또는 포일을 채리엇에 연결하고, 상기 물갈퀴 또는 포일이 제어된 방식으로 제 2 회전축 둘레로 회전하는 것을 허용하는, 설비를 구비한다.

채리엇이 바람직스럽게는 선박 선체의 내측에 제공되고 진동 수단 또는 병진 수단을 통해, 추진 동력의 적어도 일부를 전개시키는 적어도 하나의 에너지원에 연결된다.

선박 또는 배의 선체는 모든 필요한 기술적 수단을 포함하는, 물과 맞닿는 포일 또는 물갈퀴와는 별개로, 추진 시스템을 수용한다는 점이 이해되어야 한다.

진동하는 물갈퀴(fin)에 의해 물에서 움직이고 기동하는 해양 포유류 및 물고기들이 오늘날의 해양 선박보다 높은 추진 효율을 가지고 움직인다는 점이 인정된다.

지금까지는 물갈퀴 추진과 대등한 기술이 해양 선박에서 구현되지 않았다.

본 발명은 배 아래에 있는 하나 또는 수개의 물갈퀴들의 한 번의 주기적인 병진 운동 및 가능하게는 한 번의 주기적인 회전 운동의 조합에 기초하여, 효율적으로 작동하는 플랩 추진(flapping propulsion)을 용이하게 구현하는, 중요하고 실제적인 요소에 관한 것이다.

물고기 꼬리의 진동 움직임은 물갈퀴의 회전에 의해서 시뮬레이션되고 발생될 수 있거나, 또는 해양 포유류 및 참치류의 물고기의 경우에 그런 것처럼, 꼬리 물갈퀴의 한번의 주기적인 회전 및 적어도 한번의 주기적인 병진의 조합에 의해 시뮬레이션되고 발생될 수 있다.

오늘날, 거의 모든 수상 선박은, 크기, 항해 속력 및 적용에 관계없이, 하나 또는 그 이상의 회전 추진 요소들에 의해 추진된다.

예를 들어 프로펠러, 제트, 덕트 프로펠러(ducted propeller) 또는 펌프 제트등과 같은 추진 요소들은 그 자체의 축을 중심으로 회전한다. 대형 선박에서는 프로펠러가 약 50 내지 500 rpm 으로 회전한다.

프로펠러들은 특정의 적용을 위해서 주의 깊게 설계된다.

설계자들의 중요한 목적은 선박의 전체적인 연료 소비를 제한하는 것이다. 이것은 선체 형태, 추진 플랜트 및 추진 요소들과 같은 몇가지 파라미터들의 주의 깊은 설계를 통해서 달성된다.

오늘날 가장 효율적인 프로펠러의 효율은 거의 80 % 를 넘지 않으며, 사실상 30 내지 70 % 의 효율이 일반적으로 수용되며, 이는 불필요하게 대형의 동력 플랜트 및 연료 소비 증가로 이어진다.

따라서, 위에 언급된 불편을 고려하면, 완전히 작동성이 있고 향상된 낮은 기술의 고효율 해양 추진 시스템이 유용하다는 점은 명백하다.

진동하는 물갈퀴에 의한 추진은 회전 프로펠러보다 높은 효율 및 본래부터의 조향(steering)과 같은 유리한 특징을 가지며, 이것은 관련 비용 및 그에 관련된 신뢰성 문제와 함께 분리된 방향타에 대한 필요성을 제거한다; 또한 이것은 화물의 수용 능력을 증가시키기 위하여 선체 내부의 체적을 비우게 한다. 높은 효율은 낮은 충격 손실, 낮은 유체 역학적 마찰 손실, 낮은 유도 드래그(induced drag) 손실 및, 선체 자체에 대한 낮은 드래그를 통해서 달성되며, 낮은 연료 소비 및 원동기의 낮은 설치 동력의 결과를 가져오거나, 또는 동일한 설치 추진 동력 및 연료 소비를 가지고 높은 항해 속력의 결과를 가져온다.

진동 물갈퀴에 대한 중요한 도전은 커다란 기계적 마찰 손실을 회피하는 것으로 이루어지고, 회전 프로펠러에 비교될 수 있는 신뢰성 및 안전성을 제공하는 것으로 이루어진다.

1995.3.28.자에 공개된 미국 특허 US 5,401,196 (TRIANTAFYLLOU 등)은 플랩핑 포일(flapping foil)을 이용한 추진 시스템을 개시한다. 적어도 하나의 포일을 이용하는 시스템을 개시하는 상기 특허에서는, 선박의 항해 방향에 횡방향으로 포일이 진동하고 또한 포일이 수직 축을 중심으로 회전되게 진동하는 추진 시스템이 개시되어 있다. 바람직스럽게는, 상기 미국 특허에 따라서, 추진 시스템은 복수개의 포일들로부터 구성되며, 포일들은 위상이 다르게 진동하여 추진 요소들이 항해 방향에 대하여 횡방향으로 추력을 발생시키는 결과를 초래하므로 이는 무가치한 것이다.

짝수의 포일들이 이용되는 경우에, 절반의 포일들이 바람직스럽게는 다른 절반의 포일과 위상이 180°다르게 진동한다. 예를 들어 3 개의 포일들이 이용되는 경우에, 포일들은 서로에 대하여 위상이 120°다르게 진동한다.

미국 특허에 개시된 추진 시스템의 기계적인 예의 주 특징은 아래에 설명될 것이다.

도 4a, 4b, 5a, 5b 및 5c 에는 상기 미국 특허에 따른 포일 추진 시스템의 구현예가 도시되어 있다. 추진 시스템은 2 개의 포일(10)들로부터 구성되며, 샤프트(34)를 경유하여, 선체(30)의 고물 부분에 있는 슬릿(36)을 통해 테이블(40))에 연결된다. 도 4a 에 도시되고 화살표(38)로 표시된 바와 같이, 슬릿(36)의 범위는 포일에 대한 최대 히브 진폭(maximum heave amplitude)보다 크다. 도 4b 에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 각각의 테이블(40)은 전방의 하부 및 후방의 하부에 장착된 2 개 또는 그 이상의 휘일 또는 롤러(42)를 가지고, 휘일 또는 롤러는 선체(32)에 장착된 대응 트랙(44)들에서 주행한다. 따라서 그곳에 부착된 테이블(40) 및 포일(10)은 하나의 축(38)을 따라서 양쪽 방향으로 자유롭게 움직이고, 임의의 다른 방향에서 움직이는 것에 대해서는 고정된다.

결론적으로, 미국 특허에 따른 메카니즘은 선체(32)에 설정된 다수의 슬릿(36)을 통해서 작동하며, 슬릿은 선박의 전방 항해 방향에 횡방향이고, 슬릿(36)의 길이는 포일의 횡방향 운동을 초과한다. 또한 선박의 운동 방향에 대한 포일의 각도에 회전이 실질적으로 영향을 미치도록 배치된 축들의 둘레에서 물갈퀴들이 힘을 받으면서 회전한다. 개시된 모든 회전축들은 실질적으로 수직의 축들로서 설정된다. 더욱이, 물갈퀴들은 분리된 모터들에 의해 구동된다; 모터들은 실질적으로 수직의 축들 둘레에서 회전된다.

상기 미국 특허에 개시된 내용은 지금까지 해양 선박의 추진에서 제한적으로실제 적용된 예가 있을 뿐이다.

2005. 4.12. 자로 간행된 미국 특허 US 6,877,692 B2 (LIU)는 잠수함을 위한 추진 시스템을 개시한다. 상기 특허는 포일 부재의 "서니 형태(thuni-form)" 에 기초한 추진을 개시한다. 포일 부재는 서로를 향하고 서로로부터 이탈되는 왕복 진동 운동을 위해서 선체에 장착되어 포일 부재 사이의 물의 압축에 기인한 전방 운동을 발생시킨다. 상기 특허는 수면 선박을 위한 물갈퀴 추진의 이용을 제시하지 않는다.

국제 공개 WO 99/06272 A1(R.R. SAIL INC)는 수선 아래에 연장된 추진 수단을 가진 수상 선박을 위한 추진 시스템을 개시한다. 추진 수단은 한쌍의 플래퍼(flapper)들을 포함하는데, 플래퍼 각각은 수상 선박의 중심 길이 방향에 대하여 전체적으로 횡방향인 원호형의 경로를 통해서 진동하도록 적합화된다. 추진 수단에 입력의 힘을 적용하기 위하여 추진 수단과 작동 가능하게 결합된 수단이 있다. 플래퍼는 원호형의 경로를 따라서 양쪽 방향으로 움직이면서 수상 선박의 길이 방향차원에 대하여 전방의 추력을 제공하기 위한 받음각을 형성하도록 비틀린다.

미국 특허 6877692 B2 (LIU PENGFEI 등)는 무인 잠수함과 같은 선박을 소망의 방향으로 움직이도록 포일 부재의 "서니 형태(thuni-form)" 운동에 기초한 추진시스템을 개시한다. 한쌍의 포일 부재들은 서로를 향하고 서로로부터 이탈되는 왕복 진동 운동을 위하여 선체에 장착되어, 포일 부재들 사이의 유체 매체의 압축 및 포일 부재들 후방으로의 압축된 유체의 압출에 기인한 전방 운동을 발생시킨다. 각각의 포일 부재는 운반체에 대하여 제한된 회전 운동을 위해 피봇 샤프트에 장착된다. 댐핑 수단은 각각의 피봇 샤프트와 관련 포일 부재 사이에 연결됨으로써, 추진 시스템의 작동 동안에 댐핑 토크는 유체 매체에 의해서 포일 부재들에 부과된 유체 역학적 부하와 오프셋(offset)될 것이다. 댐핑 수단은 작동중에 포일 부재들의 피치 각도를 제어하는데, 이는 제로의 전방 속도에서 움직일 때 추력이 단단한 포일 부재들에 대하여 발생되는 것을 의미한다.

2003.4.3. 자로 간행된 국제 공개 WO 03/026954 A1 (Inocean)은 추진 또는 에너지 회수를 위한 사인 패턴(sinusoidal pattern)의 운동을 이용하는 시스템을 제안한다. 그 시스템은 열(row)을 지어 배치된 복수개의 견고한 선체 요소들을 구비하는데, 그 요소들은 선체 요소들 열(row)의 길이 방향 차원을 가로질러 평행한 회전축을 중심으로 회전되도록 서로에 대하여 회전 가능하게 부착된다. 그 시스템은 서로에 대한 선체 요소들의 회전을 위한 운동 장치 또는 서로에 대한 선체 요소들의 회전의 결과로서의 에너지를 회수하기 위한 운동 장치를 더 구비한다.

2006. 4.13.자로 공개된 국제 공개 WO 03/026954 A1 (Clavis BIiopropulsion)은 적어도 하나의 횡방향으로 병진되는 물갈퀴을 구비하는 장치를 제안한다. 상기 장치는 실질적으로 자유로운 물갈퀴의 진동 운동을 허용하는 작동 및 구동 수단을 포함한다. 상기 장치는 구동 수단에 의해 설정된 충격력에 의해서 매번의 사이클 동안 작동하며, 구동 수단에 의해 제공되는 맥동 운동을 저장하도록 스프링을 이용한다.

오늘날의 공지된 물갈퀴 추진 시스템은 다수의 기초적인 부적합성을 가지는데, 이들중 일부는 다음과 같다:

물갈퀴으로부터 유래되는 반작용의 힘, 진동 또는 병진 부분으로부터 유래되는 가속 및 감속의 힘 및, 시스템상에서 유도되는 선체의 반작용의 힘을 포함하는, 진동 또는 병진 수단의 힘으로부터 기원하는 횡방향 평면에서의 실질적인 힘들이 최소의 마찰 손실과 함께 선체에 의해서 안전하고 신뢰성 있게 최소화되고 흡수되는 해법을 개시하지 않는다.

선체상의 반작용의 힘을 포함하는, 추진력으로부터 기원하는 길이 방향 평면에서의 실질적인 힘들이 제한된 마찰 손실로써 안전하고 신뢰성 있게 전달되는 해법을 개시하지 않는다.

더욱이, 추진 동력원이 해양 선박용의 통상적인 엔진이고, 직접적으로 또는 간접적으로 엔진이 추진 시스템에 기계적으로 결합되어 있는, 횡방향 병진 물갈퀴 추진 시스템을 종래 기술에서 제안하지 않는다.

진동 추진 부재들에서 필요한 병진 속도는 빠르며, 때때로 10 m/s 에 달한다. 특정의 적용예에 따라서, 시스템에 적용된 G 의 힘(G force)은 쉽사리 5 G 에 도달할 수 있어서 진동하는 추진 시스템의 작동을 위하여 극단적으로 단단한 지지 구조에 대한 필요성이 있다.

본 발명의 목적은, 위에서 개시된 공지의 횡방향 병진 및 플랩핑 작용하는 포일 또는 물갈퀴를 이용하지만, 본 발명에 따라서, 종래 기술보다 장점이 있고 특유의 기여를 가져오는 작동 메카니즘을 구비한 추진 메카니즘을 개시하는 것이다. 본 발명에 따른 장점은 다음과 같다:

선박의 베이스라인에 실질적으로 평행하게 지향된 크랭크샤프트가 설치되어 있는, 통상적인 2 행정 또는 4 행정 해양 엔진이 물갈퀴 추진과 연결되어 적용되는 것을 허용하는 간단하고 신뢰성 있는 시스템을 제공하며, 물갈퀴들은 선박의 길이 방향 축에 대하여 횡방향의 병진으로서 구동된다.

다음중 하나 또는 그 이상의 실질적인 힘에 대처할 수 있는 시스템을 제공한다:

(a) 물과 상호 작용하는 추진 수단

(b) 시스템 자체로부터 유래되는 힘 및,

(c) 선체의 편향으로부터 유래되는 힘.

본 발명의 도입 부분에 따라서 추진 시스템을 구성하는 것은 상기 언급된 명백한 장점들에 이르게 될 것이며, 특히 추진 동력원의 출력 샤프트의 제 1 회전축은 물갈퀴 또는 포일의 제 2 회전축과 각도(α)를 형성한다.

더욱이, 일 구현예에 따라서, 추진 동력원의 제 1 회전축은 상기 선박의 상기 길이 방향 축에 실질적으로 평행하며, 물갈퀴 또는 포일의 제 2 회전축은 각도(α)가 90°+/- 45°또는 그보다 작게 되도록 지향되고, 예를 들면 90°+/- 30°또는 90°+/- 25°이도록 지향된다.

일 구현예에 따라서, 물갈퀴 또는 포일은 적어도 2 개의 연결 지점을 통해서 채리엇에 연결되어, 물갈퀴 또는 포일이 제 2 축을 중심으로 회전하는 것을 허용한다.

일 구현예에 따라서, 추진 메카니즘은 적어도 2 개의 채리엇을 구비하고, 하나의 채리엇은 다른 채리엇의 앞에 배치되고, 하나 또는 그 이상의 채리엇의 병진을 적어도 부분적으로 제공하는 수단이 그 사이에 배치된다.

일 구현예에 따라서 채리엇의 병진을 제공하기 위한 수단의 적어도 일부는 추진 메카니즘에 플라이휘일 효과를 부여한다.

일 구현예에 따라서, 선체, 물갈퀴 또는 포일, 채리엇의 병진을 제공하는 수단에 의해 적어도 하나의 채리엇에 가해지는 힘 및, 그 힘들의 결과적인 모멘트(moment)는 채리엇을 통해 적어도 부분적으로 전달되거나 이송되고, 적어도 2 개의 베어링들에 의해 지탱된다.

일 구현예에 따라서, 채리엇은 회전 운동을 물갈퀴 또는 포일로 적용하기 위한 수단을 수용한다.

일 구현예에 따라서, 물갈퀴 또는 포일을 회전시키는 수단은 선박이 추진되는 물과 물갈퀴 또는 포일 사이의 최적 또는 소망의 받음각(angle of attack)이 얻어지도록 제어된다.

일 구현예에 따라서, 하나 또는 그 이상의 채리엇은 하나의, 바람직스럽게는 단일의, 추진 동력원으로부터 동력을 받는다.

일 구현예에 따르면, 채리엇은 물갈퀴 또는 포일을 수용하지 않고 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 명세서에 개시된 바에 따른 추진 메카니즘에 의해 해양 선박을 추진하는 방법이 제공된다.

도 1 은 플랩핑 물갈퀴 또는 포일에 의한 추진을 위해서 마련된 해양 선박의 측면도를 도시한다.
도 2 는 도 1 에 따른 해양 선박의 평면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 추진 장치를 포함하는 해양 선박의 횡단 단면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 추진 메카니즘을 포함하는 해양 선박의 추진 설비에 대한 측단면도이다.

도 1 은 해양 선박의 선체(2)내에 제공된 엔진 룸 또는 추진 플랜트(20)를 구비하는 해양 선박(1)의 측단면도이다. 물갈퀴(fin) 또는 포일(foil, 2)의 형태인 추진 수단은 추진 플랜트(20) 아래의 영역으로부터 연장된 것으로 볼 수 있다. 추진 수단의 적어도 일부는 정상의 작동 조건하에서 수선(30) 아래에 잠길 것이다.

도 2 는 도 1 에 따른 해양 선박의 상부 단면도를 도시한다.

도 3 은 해양 선박(1)의 추진 플랜트(20) 또는 엔진 룸을 통한 횡단면도이다. 진동 또는 병진 채리엇(chariot, 3)이 선체(2)내에 제공되고, 물갈퀴 또는 포일(4) 형태인 추진 수단에 연결된다.

도 4 는 본 발명에 따른 추진 메카니즘을 도시하는 주된 측면도이다.

채리엇(3)은 일 부분에서 채리엇(3)을 진동시키거나 또는 횡방향으로 병진시킬 수 있는 수단을 통하여, 제 1 회전축(17)을 형성하는 출력 샤프트를 가진 추진 동력원(10)에 연결된다.

채리엇(3)은 제 2 부분에서, 이미 위에서 언급된 바와 같이 물갈퀴 또는 포일(4)에 연결된다.

물갈퀴 또는 포일(4)은 적어도 2 개의 연결 지점(5,16)들을 통하여 채리엇(3)에 연결된다. 연결 지점(5,16)은 물갈퀴 또는 포일(4)이 제 2 회전축(6) 둘레로 회전하는 것을 허용하는 베어링을 구성할 수 있다.

제 1 회전축(17)은 제 1 회전축(6)과 각도 α를 형성한다 (도 4 에 도시됨).

구현예에 따라서, 각도는 둔각, 예각 또는 직각일 수 있다. 각도(α)는 추진력을 전개시키는 엔진(10)의 크랭크샤프트에 의해 형성되는 실질적으로 수평의 선(17)에 대한 물갈퀴 또는 포일(4)의 경사에 의해서 실질적으로 결정될 것이다.

물갈퀴 또는 포일(4)과 전달된 회전 추진 파워의 축(17) 사이에서 각도를 형성하는 것은, 통상적이고 경제적인 것으로 증명된, 신뢰성 있고 유용한 에너지원으로부터 동력을 받는 물갈퀴 또는 포일에 의해서 추진을 실현시키려는 강력한 요구를 해결한다.

추진 파워는 하나 또는 그 이상의 엔진으로부터 발생될 수 있으며, 예를 들면 저속 엔진 또는 중간 속도 엔진으로부터 발생될 수 있다. 또한, 개스, 증기 또는 심지어 핵 에너지에 의해 동력을 받는 그 어떤 종류의 터빈을 이용해서라도 본 발명을 구현할 수 있다.

추진 수단(4)은 위에서 이미 언급된 바와 같이 물갈퀴 또는 포일을 진동지키거나 또는 횡방향 병진시키는 것을 이용하는 물갈퀴 추진에 의해서 추진하는데 적절한 물갈퀴 또는 포일을 구성할 수 있다.

추진 수단(4)의 특성은 본 명세서의 도입 부분에서와 같이 작동되었을 때 최적의 쓰러스트(thrust) 전개가 달성되도록 선택될 수 있다.

채리엇(3)은 추진 수단(4)을 피봇시키거나 또는 회전시키기 위한 수단(7)을 수용할 수 있다. 수단(7)은 몇가지 상이한 구성의 형태일 수 있는데, 예를 들면, 전기 모터 또는 유압 모터, 램(ram), 스프링을 포함하는 기계적인 링크등이다.

채리엇(3)은 채리엇(3)을 진동시키거나 또는 횡방향으로 병진시킬 수 있는 수단(8)의 일부를 형성할 수 있는데, 예를 들면 회전 가능 전동 요소에 연결된 크랭크 장치의 일부분을 형성한다.

도 3 및 도 4 는 특히 피구동 휘일(11) 위에 위치된 구동 휘일(8)을 구비하는 진동 또는 횡방향 병진을 위한 수단을 도시한다. 진동 또는 횡방향 병진을 위한 수단은 구동 휘일(8)이 아래의 내측에 위치되거나 또는 피구동 휘일(11)의 측에 위치되는 구현예들에서 동등하게 유리한 것으로 증명되었다.

구동 휘일 및 피구동 휘일(8,11)은 상호 연결되거나 연결되지 않은, 치를 가진 휘일(toothed wheel), 마찰 구동부 벨트/체인 구동부 또는 그 어떤 다른 적절한 구동 메카니즘을 구성할 수 있다.

더욱이, 추진 동력원(10)과 채리엇(3)의 진동 또는 횡방향 병진을 위한 수단 사이에 오프셋 기어(offset gear; 미도시)를 배치할 수 있어서, 추진 동력원을 소망의 위치들에 배치할 수 있다.

채리엇(3)은 밀봉 구조의 일부를 형성할 수 있어서 밀봉 구조가 밀봉 및 격벽을 위한 수단으로서 작동하는데, 즉, 선체(2)의 내부를 선체(2) 외부의 환경으로부터 분리시킨다.

채리엇(3)은 연강, 고장력강(high tensile steel), 스테인레스 스틸, 또는 섬유 강화 플라스틱이나 또는 섬유 강화 금속과 같은 그 어떤 다른 적절한 재료로써도 통합된 부분 또는 구성 요소 또는 상호 연결된 부분들로서 제조될 수 있다. 더욱이, 채리엇(3)은 그 어떤 적절한 형상으로도 제조될 수 있으며, 예를 들면, 강철이 아닌 재료로 제조된 벌집 구조 또는 개방된 웹(web), 튜브형 요소들의 용접 구조일 수 있다.

일 구현예에 따라서, 2 개의 추진 시스템이 해양 선박의 선체 안에서 좌현 및 우현 측에 각각 제공된다.

시스템들은 하나의 추진 동력원(10)에 의해서 구동될 수 있으며, 추진 동력원은 트랜스미션에 직접 또는 간접적으로 결합된 저속 2 행정 주 엔진을 구성할 수 있고, 트랜스미션은 횡방향 병진 또는 진동 수단의 일부를 형성할 수 있다.

시스템들은 도 2 에 도시된 바와 같이 선박(1) 내에서 길이 방향으로 오프셋되어 배치될 수 있다. 시스템을 오프셋시키는 것은, 횡방향 병진 또는 진동 시일링 수단을 위한 공간의 제공을 포함하는, 채리엇(5)의 들어올리는(heave) 움직임을 위한 공간을 제공할 수 있다.

하나의 채리엇(5)에 각각 작용하는 2 개의 크랭크들을 더 포함할 수 있는 진동 수단은 도 4 에서 알 수 있는 바와 같이 채리엇(3)들 사이에 배치된다. 더욱이, 진동 수단은 메카니즘에 플라이휘일 효과(flywheel effect)를 부여할 수 있다.

독립적이든 아니든, 추가적인 플라이휘일이 시스템에 더 제공될 수 있다.

그 어떤 플라이휘일이라도 편리하게 하나 또는 그 이상의 기어 작용(gearing)을 통해 구동될 수 있으며, 플라이휘일들은 하나 또는 그 이상의 커플링(coupling) 또는 클러치를 통해서 시스템에 결합될 수 있다.

시스템들이 작동할 때, 추진 동력원은 제 1 치 휘일(toothed wheel, 8)을 회전시키며, 제 1 치 휘일은 제 2 치 휘일(11)에 맞물린다.

2 개의 휘일(8,11)들은 함께 기어 작용을 형성할 수 있는데, 적절한 기어 작용은 다양한 파라미터들로부터 결정될 수 있으며, 예를 들면, 선택된 메인 엔진(main engine)의 특성 및 추진 요소의 선택된 특성에 의해서 결정될 수 있다.

제 2 치 휘일(11)에는, 고물 및 전방 측부상에 그리고 180°각도 변위하에, 저널(journal, 12)이 제공될 수 있고, 그 저널들은 미끄럼 장치(13)들에 연결될 수 있다.

미끄럼 장치(13)들은 채리엇(3)에 단단하게 연결된 미끄럼 바아(14)에 미끄러질 수 있게 상호 연결된다.

제 2 치 휘일(11)의 회전시에, 미끄럼 장치(13)들은 미끄럼 바아(14)를 따라서 길이 방향으로 기동하는 반면에, 횡방향으로는 결과적으로 채리엇(3)이 진동하거나 또는 병진하도록 하여, 추진 파워가 추진 수단(3)을 통해서 환경으로 전달된다.

상기의 바람직한 구현예는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 아니된다.

선체(2), 추진 수단(4) 및 진동 또는 횡방향 병진 수단에 의해 채리엇(3)에 가해지는 힘은 그것의 결과적인 모멘트를 포함해서 적어도 부분적으로 채리엇(3)을 통해 전달되고, 적어도 2 개의 베어링(9)들에 의해 지탱된다. 베어링(9)들은 편리하게는 적어도 2 개의 결합된 자유도를 포함할 수 있다.

선체(2) 및 추진 요소(4)에 의해 채리엇(3)에 가해지는 힘들의 성분은, 채리엇(3)의 그 어떤 구조라도 기준 모멘트의 1/5 보다 적은 결합된 모멘트를 겪는 방식으로 길이 방향 평면에서 채리엇(3)을 통해 전달될 수 있다. 길이 방향 평면에서의 힘들은 선체에 비교하여 적어도 2 개의 결합된 자유도를 가진 적어도 2 개의 베어링에 의해서 유지된다.

본 발명에 따른 추진 시스템은 몇가지 구성으로서 해양 선박의 선체(2)내에 제공되거나 배치될 수 있으며, 이들중 일부는 다음과 같다:

A. 도 2 에 도시된 바와 같이 좌현 및 우현 시스템으로서 길이 방향에서 오프셋되어 있다.

B. 2 개의 시스템들이 완전히 또는 부분적으로, 길이 방향에서 하나가 다른 것의 앞에 배치되거나, 또는 병치된다.

C. 하나의 단일 시스템이 실질적으로 선박 길이 방향의 중심선(8)에 배치된다.

본 발명에 따른 추진 메카니즘은 그 어떤 경우에도 위의 구성들중 하나의 구성에 제한되지 않는다.

환경에 전달된 추진 파워(즉, 유체의 힘(hydro force))의 횡방향 성분들과 함께, 예를 들어 추진 시스템의 구성 요소들의 가속(즉, 진동)으로부터 유래되는, 선체에 작용하는 힘들은 중화되거나 또는 균등화되는 것이 바람직스러울 수 있으므로, 2 개 또는 그 이상의 시스템들을 포함하는 구현예는 특정의 예에서 오직 하나의 추진 시스템을 포함하는 시스템에 비하여 바람직할 수 있다 (위의 C 항목).

위의 C 항목에 따른 구현예에서, 선체에 작용하는 힘들은 특정의 전용 장치들에 의해서 중화되고/균등화되거나 또는 평형이 이루어질 수 있다.

평형화의 문제는 2 개의 성분들로 나뉘어질 수 있는 2 가지 측면을 포함한다.

- 질량(즉, 추진 시스템의 구성 요소들)의 가속으로부터 유래되는 부차적인 작용력의 평형화/상쇄화(cancelling).

- 유체의 힘으로부터 유래되는 부차적인 작용력의 평형화/상쇄화.

더욱이, 평형화 문제는 에너지 측면의 포함할 수 있는데, 이는 채리엇(5)에 필요한 에너지 사이클이 제어된 방식으로 제공될 수 있는 큰 진폭의 진동 성분 및 일정한 성분을 가지기 때문이다.

진동 문제는 제 2 병진 요소 또는 채리엇(물갈퀴를 가지거나 또는 가지지 않음)의 제공에 의해서 해결될 수 있는데, 이것은 질량, 위상의 변화(phase shift), 진폭 및 가능하게는 유체의 힘(hydro-force)의 주의 깊은 선택을 통해서 부정적인 부차적 힘을 상쇄시킨다.

에너지 측면에 관한 문제는 아래의 2 가지 제안들에 의해서 해결될 수 있으며, 그 제안들은 물과 상호 작용하는 물갈퀴 또는 포일(4)에 의해 발생된 부차적인 힘들을 중화시킬 수 있다:

-진동을 서로 평형화시키는 질량을 가진 2 개의 병진 요소를 제공하고, 그에 의해서 조화된 에너지 특성을 가진 시스템을 구성하고, 그것의 에너지 사이클이 시스템(채리엇 및 충격 평형추)의 에너지 사이클과 반대인 위상이 되도록 위상 변화를 선택함으로써, 사이클 전체를 통하여 에너지 공급의 변화가 제한될 필요성을 가지며 따라서 디젤 엔진, 전기 구동과 같은 통상적인 동력원에 의해 구동될 수 있는 대형 시스템을 구성하거나; 또는

- 필요에 따라 시스템(채리엇+충격 평형추+동력원)에 에너지를 저장하거나 공급하고, 크랭크샤프트에 연결될 수 있고 다시 슬라이더를 통해 채리엇(3)에 연결되는 적어도 하나의 플라이휘일을 제공하고, 그에 의해서 크랭크샤프트의 실질적으로 일정한 회전 속도를 보장함으로써 채리엇의 조화된 병진을 수반하게 한다.

충격이 실제적일 때 평형화되는 것이 바람직스러운 진동은, 역으로 움직이는 물갈퀴(fin)에 의해서 보다는 질량체에 의해서 평형화될 수 있다.

진동에 관한 문제는 채리엇/병진 요소의 가속/감속에 의해 발생되는 힘들을 중화시키는 제 2 병진 요소 또는 채리엇에 의해 해결될 수 있는데, 여기에서 질량 가속 및 주의 깊게 선택된 채리엇(3)과의 위상 변화 때문에, 병진 요소 또는 채리엇은 질량을 가지고 진동하는 횡방향 힘을 나타내게 되며, 이것은 수용된 추진 수단(4)을 구비하는 상기 채리엇(5)으로부터 발생되는 횡방향 힘들을 적어도 부분적으로 중화(counteract)시킨다.

더욱이, 평형화 문제뿐만 아니라 진동 문제는 변화되는 질량 및 변화되는 반경과 같이 변화되는 기계적 특성을 가진 장치들에 의해 중화될 수 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 추진 요소(4)들의 회전 또는 피봇 작용은 수단(7)에 의해서 실현될 수 있다. 수단(7)은 플랩핑 포일(flapping foil) 또는 물갈퀴들을 제어할 수 있어서, 효율적인 추진을 위하여, 물갈퀴들은 평균적으로 병진 요소 또는 채리엇(5)의 병진 속도 및 선체 둘레의 물의 유동에 의해 야기되는 외견상의 유동 각도보다 덜 흔들리게 되고, 물갈퀴들에 걸친 유동에 의해 야기되는 양력(lift)은 전방 추진의 경우에 평균적으로 전방을 향하게 된다.

정의

횡단 평면: 물갈퀴의 회전축 및 채리엇의 평균 진동 방향에 의해 정의된 평면. 그 평면은 전방으로 또는 후방으로 경사(tilt)질 수 있고, 약간 우현 또는 좌현으로 향할 수 있다.

길이 방향 평면: 수직 방향 및 횡단 평면에 법선인 방향에 의해 정의되는 평면.

기준 모멘트: 진동 수단에 의해 가해지는 최대 힘과 물갈퀴의 길이(span)를 곱해서 얻어지는 값.

본원 명세서에서 사용될 때 "포함하는/포함하고 있는/포함되는"과 같은 용어는 설명된 특징, 전체, 단계 또는 구성 요소들의 존재를 특정하도록 취해지지만, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 정수, 단계 구성 요소 또는 그들의 그룹의 추가나 존재를 배제하는 것이 아니라는 점이 감조되어야 한다.

3. 채리엇(chariot) 4. 물갈퀴 또는 포일
6. 제 2 회전축 10. 추진 동력원
16. 연결 지점 17. 제 1 회전축

Claims (12)

1. 물갈퀴 또는 포일(4)이 해양 선박의 길이 방향 축에 실질적으로 횡단하는 방향으로 병진하도록 구동되는, 물과 닿는 물갈퀴 또는 포일(4)에 의해 추진되는 해양 선박용 추진 장치로서, 상기 추진 장치는:
   - 제 1 회전축(17)을 형성하는 출력 샤프트를 가진, 적어도 하나의 추진 동력원(10);
   - 상기 해양 선박의 선체(2)내에 제공되고, 추진 동력을 상기 추진 동력원(10)으로부터 상기 물갈퀴 또는 포일(4)로 전달하는, 적어도 하나의 채리엇(chriot, 3);
   - 크랭크를 포함하는 상기 채리엇(5)의 병진을 제공하는 수단(8);
   - 상기 물갈퀴 또는 포일(4)을 상기 채리엇(3)에 연결하고 상기 물갈퀴 또는 포일(4)이 제 2 회전축(6) 둘레에서 제어된 방식으로 회전하는 것을 허용하는, 설비;를 구비하고,
   상기 제 1 회전축(17)은 상기 물갈퀴 또는 포일(4)의 상기 제 2 회전축(6)과 각도(α)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 해양 선박용 추진 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 추진 동력원(10)의 상기 제 1 회전축(17)은 상기 선박의 길이 방향 축에 실질적으로 평행하고, 상기 물갈퀴 또는 포일(4)의 상기 제 2 회전축(6)은 상기 각도(α)가 90°+/- 45°이도록 지향되는, 해양 선박용 추진 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 물갈퀴 또는 포일(4)은 적어도 2 개의 연결 지점(5,16)들을 통해 상기 채리엇(3)에 연결되어, 상기 물갈퀴 또는 포일(4)이 상기 제 2 회전축(6) 둘레로 회전하는 것을 허용하는, 해양 선박용 추진 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   해양 선박용 추진 장치는 적어도 2 개의 채리엇(3)을 구비하고, 하나의 채리엇은 다른 채리엇의 앞에 배치되는, 해양 선박용 추진 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 채리엇(5)의 병진을 제공하는 상기 수단(8)은 적어도 부분적으로 2 개의 채리엇(3) 사이에 개재되는, 해양 선박용 추진 장치.
6. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
   상기 채리엇(3)의 병진을 제공하기 위한 상기 수단(8)의 적어도 일부는 상기 추진 메카니즘에 플라이휘일 효과(flywheel effect)를 부여하는, 해양 선박용 추진 장치.
7. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선체(2), 상기 물갈퀴 또는 포일(4) 및, 상기 채리엇(5)의 병진(8)을 제공하기 위한 상기 수단에 의해 적어도 하나의 채리엇(3)에 가해지는 힘들 및 상기 힘들의 결과적인 모멘트(moment)는, 상기 채리엇(3)을 통하여 적어도 부분적으로 전달되거나 또는 이전되고, 적어도 2 개의 베어링(9)들에 의해 지탱되는, 해양 선박용 추진 장치.
8. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
   상기 채리엇(3)은 상기 물갈퀴 또는 포일(4)의 회전 운동을 적용하기 위한 수단(7)을 수용하는, 해양 선박용 추진 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 물갈퀴 또는 포일(4)을 회전시키기 위한 수단(7)은, 상기 선박이 추진되는 물과 상기 물갈퀴 또는 포일(4) 사이에서 최적 또는 소망의 받음각(angle of attack)이 얻어지도록 제어되는, 해양 선박용 추진 장치.
10. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 채리엇(3)들은 하나의 추진 동력원(10)으로부터 동력을 받는, 해양 선박용 추진 장치.
11. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    물갈퀴 또는 포일(4)을 수용하지 않은 적어도 하나의 채리엇이 제공되는, 해양 선박용 추진 장치.
12. 전기한 항들중 어느 한 항에 따른 추진 장치에 의해 해양 선박을 추진하는 방법.
    

Images