KR20110007720A - 선박용 방향타 - Google Patents

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KR20110007720A
KR20110007720A KR1020090065305A KR20090065305A KR20110007720A KR 20110007720 A KR20110007720 A KR 20110007720A KR 1020090065305 A KR1020090065305 A KR 1020090065305A KR 20090065305 A KR20090065305 A KR 20090065305A KR 20110007720 A KR20110007720 A KR 20110007720A
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propeller
axis
ship
leading edge
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장영훈
전동수
최영복
이수호
이영만
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대우조선해양 주식회사
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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Abstract

선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서, 상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 날개와 하부 날개로 나누어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부와 전연부가 각각 상기 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향 및 그 반대방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 일정 각도 비틀린 형상으로 형성되되, 상기 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부에서 각각 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 인접한 부분은 그 비틀림 각도가 변하는 비틀림 각도 변이부를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타가 개시된다.
선박, 프로펠러, 방향타, 전연부, 후연부, 비틀림 각도 변이부

Description

선박용 방향타{rudder for ship}
본 발명은 선박용 방향타에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전연부 및 후연부가 모두 비대칭 단면을 갖는 선박용 방향타에 관한 것이다.
일반적으로, 선박에는 이동 방향을 조정하기 위해, 프로펠러의 후방에 방향타가 설치되고, 이때 선박의 방향타는 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류에 놓이게 된다. 이와 같은 입사류에 따라 프로펠러의 축선을 중심으로 상하 위치에 따라 방향타의 좌우측 압력이 각각 다르게 형성된다.　 선박의 후방에서 볼 때, 오른나사 방향으로 회전하는 프로펠러에 의해, 방향타에서 발생하는 압력 분포는 방향타의 좌측 상부과 우측 하부에서는 압력면이 형성되고, 방향타의 우측 상부과 좌측 하부에서는 흡입면이 형성된다.　 이러한 방향타 면의 비대칭 압력 분포 특성으로 인하여, 고속(20Knots 이상) 또는 고부하 추진기를 장착한 선박의 방향타가 좌우 대칭 단면을 갖는다면, 흡입면이 형성되는 방향타의 부위에서 캐비테이션에 의한 침식 손상이 발생되어 왔다. 이와 같은 방향타의 캐비테이션 침식 손상을 최소화시키기 위하여, 프로펠러의 축선을 중심으로 방향타의 상부 및 하부 날개의 앞부분인 전연부(leading edge part)를 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입 사류 방향의 반대방향으로 편향되도록 일정 각도 비틀린 형상으로 형성하거나, 상부및 하부 뒷부분인 후연부(trailing edge part)를 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향으로 편향되도록 일정 각도 비틀린 형상으로 형성한 비대칭 방향타가 개발되었다.　 즉, 종래의 비대칭 방향타는, 선박의 후방에서 볼 때, 프로펠러가 방향타를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하는 경우, 프로펠러의 축선을 중심으로 방향타의 상부 및 하부 날개의 전연부가 각각 좌현과 우현으로 또는 상부 및 하부 날개의 후연부가 각각 우현과 좌현으로 비틀어져 있다.　 이러한 구조는 방향타의 전연부 또는 후연부가 프로펠러의 축선을 중심으로 어긋난 형상을 취한다.　 이에 의해, 프로펠러의 일방향(오른나사 방향) 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타에 입사되어 작용하는 비대칭 압력을 상쇄시키는 것이 가능하여 기존의 대칭형 방향타의 문제점을 해결할 수 있었다.
그러나, 이러한 방향타는 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 및 하부 날개의 전연부 또는 후연부가 좌우로 비틀어짐에 따라 불연속 단면부가 존재하게 되고, 구조 강성 확보를 위하여 전단 판(scissors plate)이 설치되어야 한다. 또한 상기 불연속 단면부를 갖는 전연부 비대칭 방향타의 경우 프로펠러의 허브 보오텍스(vortex)에 의해 전연부 및 전단 판의 불연속면에 침식을 야기하는 캐비테이션이 발생하는 문제점이 있다. 반면에 후연부 비대칭 방향타의 경우 후연부의 불연속 구간 후방에서 강한 보오텍스 발생으로 인한 타 진동 문제 발생 가능성과 전연부 비대칭에 대비하여 방향타의 길이방향으로의 긴 불연속 구간으로 인한 구조적 안전성이 떨어지는 문제점이 있다.
특히, 종래에는 방향타의 상부 및 하부 날개의 전연부 또는 후연부에서 비틀림에 의해 형성된 어긋난 부위의 불연속면에 설치되는 전단판이 방향타에 대하여 직각으로 만나게 설치되므로, 전단 판에서 캐비테이션의 발생이 많은 문제점이 있다.
불연속 단면부를 갖는 전연부 비대칭 방향타의 예는 한국특허공개 제10-2005-0103137호, 일본실개소 제62-031000호 등에 개시되어 있다.
또한, 불연속 단면부를 갖는 후연부 비대칭 방향타의 예는 독일 공개 제20 2007 017448 U1호, 일본특개소 제56-063598호 등에 개시되어 있다.
또한, 전연부 비대칭 방향타에서 상부 및 하부 날개의 전연부들 사이에 형성된 어긋난 부위의 불연속면을 최소화하기 위하여, 상부 및 하부 날개의 전연부의 프로펠러의 축선을 중심으로 일정구간 내에서의 비틀린 각도가 선형적으로 감소하여 전연부가 연속면을 형성하는 전연부 비대칭 방향타의 예는 한국등록실용신안공보 제20-395385호에 개시되어 있다.
그러나, 이들 종래기술들은 본 발명과 대비하여 그 구성이나 작용이 전혀 상이하거나 그 효과가 아직 만족스럽지 못하다.
따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 프로펠러의 일방향 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타에 입사되어 작용하는 비대칭 압력이 방향타에 미치는 영향을 최소화시키면서도 불연속 단면을 갖는 전연부 및 후연부 비대칭 방향타의 불연속면에서 캐비테이션 손상이 발생하는 것을 방지하도록 구성된 선박용 방향타를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서, 상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 날개와 하부 날개로 나누어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부와 전연부가 각각 상기 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향 및 그 반대방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 일정 각도 비틀린 형상으로 형성되되, 상기 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부에서 각각 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 인접한 부분은 그 비틀림 각도가 변하는 비틀림 각도 변이부를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타가 제공된다.
상기 상부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 상단으로부터 상기 비틀림 각도 변이부의 상단까지는 비틀림 각도가 유지되는 상측 비틀림 각도 유지부를 형성하고, 상기 하부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 하단으로부터 상기 비틀림 각 도 변이부의 하단까지는 비틀림 각도가 유지되는 하측 비틀림 각도 유지부를 형성하고, 상기 비틀림 각도 변이부는 상기 상측 비틀림 각도 유지부의 하단과 상기 하측 비틀림 각도 유지부의 상단을 연결하는 것이 바람직하다.
상기 프로펠러는 상기 방향타를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하고, 상기 상부 및 하부 날개의 전연부는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 각각 좌현과 우현으로 비틀어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 각각 우현과 좌현으로 비틀어진 것이 바람직하다.
상기 상부 날개의 전연부와 상기 하부 날개의 전연부는 상기 프로펠러의 축선에 대하여 각각 2~8°의 각도로 비틀리고, 상기 상부 날개의 후연부와 상기 하부 날개의 후연부는 상기 프로펠러의 축선에 대하여 각각 2~8°의 각도로 비틀린 것이 바람직하다.
상기 방향타의 상기 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 단면을, 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선과 상기 방향타의 최대 두께 폭방향 중심선의 교차점에서, 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선을 기준으로 하여 직선적으로 또는 곡선적으로 비틀어서 비대칭 단면으로 형성한 것이 바람직하다.
상기 비틀림 각도 변이부는 선형적으로 변하는 사선 형태인 것이 바람직하다.
상기 비틀림 각도 변이부는 곡선적으로 변하는 곡선 형태인 것이 바람직하다.
상기 비틀림 각도 변이부가 상기 상측 비틀림 각도 유지부 및 상기 하측 비틀림 각도 유지부와 만나는 부분은 라운딩 처리된 것이 바람직하다.
상기 라운딩 반경은 상기 방향타의 최대 두께의 10~30%에 대응하는 길이인 것이 바람직하다.
상기 비틀림 각도 변이부는 상기 프로펠러의 축선 높이에서 상기 방향타의 두께방향 단면의 중심부에 수렴되어 비틀림 각도가 0°가 되는 것이 바람직하다.
상기 비틀림 각도 변이부의 수직 길이는 상기 프로펠러 직경의 15~30%에 대응하는 길이인 것이 바람직하다.
상기 비틀림 각도 변이부에서 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상기 상부 날개에 해당하는 부분의 수직 길이는 상기 상부 날개의 수직 길이의 20~50%의 범위이고, 상기 비틀림 각도 변이부에서 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상기 하부 날개에 해당하는 부분의 수직 길이는 상기 하부 날개의 수직 길이의 20~50%의 범위인 것이 바람직하다.
상기 방향타의 상기 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부는 각각 상기 방향타의 두께방향의 최대크기 범위 내에서 상기 비틀림 각도를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서, 상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 날개와 하부 날개로 나누어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부와 전연부가 각각 상기 프로펠러로부 터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향 및 그 반대방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 일정 각도 비틀린 형상으로 형성되되, 상기 방향타의 상부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 하단과 하부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 상단은 수직방향으로 위상차를 가지면서 사선으로 연결된 것을 특징으로 하는 선박용 방향타가 제공된다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일측면에 의하면, 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서, 상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 날개와 하부 날개로 나누어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부와 전연부가 각각 상기 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향 및 그 반대방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 일정 각도 비틀린 형상으로 형성되되, 상기 방향타의 상부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 하단과 하부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 상단은 수직방향으로 위상차를 가지면서 곡선으로 연결된 것을 특징으로 하는 선박용 방향타가 제공된다.
본 발명에 의하면, 방향타의 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부에서 프로펠러의 축선에 수직방향으로 인접한 부분이 그 비틀림 각도가 변하는 비틀림 각도 변이부를 형성하게 구성되어 있으므로, 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부에 형성된 어긋난 부위의 불연속면이 최소화되어, 프로펠러의 일방향 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타에 입사되어 작용하는 비대칭 압력이 방향 타에 미치는 영향을 최소화시키면서도 프로펠러의 허브에서 발생된 보오텍스에 의해 방향타의 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부의 어긋난 부위의 불연속면의 주위 표면에 침식을 야기하는 캐비테이션이 발생하는 것을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 방향타의 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부가 동시에 비틀림으로써 캐비테이션의 발생을 약 2~4°더 지연시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 비틀림 각도 변이부가 곡선적으로 변하는 곡선 형태로 이루어져 있으므로, 직선적으로 변하는 경우에 비해 프로펠러에 의해 발생된 유체의 흐름이 방향타에 부딪힐 때 고르게 분포하게 되므로 캐비테이션의 발생을 현저하게 줄이는 효과가 있다. 이와 함께 비틀림 각도 변이부와 비틀림 각도 유지부가 만나 이루는 방향타 표면의 둔각을 형성하면서 도출된 부위는 캐비테이션에 의해서 뿐만 아니라 도장피막의 손상에 취약하고 일반적인 해수환경 아래에서도 부식에 취약한 구조가 되기 때문에 비틀림 각도 변이부가 곡선적으로 변하는 곡선 형태로 변경하면 이를 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 비틀림 각도 변이부가 상부 및 하부 날개의 나머지 전연부 및 후연부와 만나는 부분이 라운딩 처리되어 있으므로, 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부에 형성된 어긋난 부위의 불연속면을 최소화하기 위해 형성한 비틀림 각도 변이부에 의해 야기되는 회전 입사류와의 마찰을 감소할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 선박용 방향타는 전후연부 비대칭 방향타이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선박용 방향타(4)는 선박(1)의 후미의 프로펠러(2)의 후방에 설치되어 선박(1)의 이동 방향을 조정하는 것이다.
본 실시예에서는, 방향타(4)로서 전가동타(full-spade rudder)를 예를 들어 설명하고 있다.　 방향타(4)는 선박(1)의 후미에 마련된 타 트렁크(rudder trunk, 3)에 설치되어 있다. 도 1은 방향타를 타 트렁크에 설치된 상태로 도시한 것이고, 도 2 및 도 3은 타 트렁크를 생략하고 방향타만 도시한 것이다.
최근에는 전가동타가 대형 선박의 방향타로서 개발되어 사용되고 있다.
전가동타는 그 상면에 타 축(rudder stock)이 형성되어 있고, 선박의 후미에 마련된 타 트렁크의 하면에 타 축이 베어링을 개재하여 삽입되어 회전가능하게 지지되도록 구성되어 있다.　 이러한 전가동타의 구성은 공지의 기술이므로, 도 1에서는 전가동타의 구성에 대하여 상세하게 도시하지 않기로 한다.
선박용 방향타(4)는 일반적으로 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개(4a)와 하부 날개(4b)로 나누어진다. 또한, 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 각각은 방향타(4)의 앞부분인 전연부(leading edge part, 41)와 방향타(4)의 뒷부분인 후연부(trailing edge part, 42)로 나누어진다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 전연부(41)는 최대 두께 폭방향 중심선(L3)을 기준으로 방향타(4)의 전방 부분을 지칭하고, 후연부(42)는 최대 두께 폭방향 중심선(L3)을 기준으로 방향타(4)의 후방 부분을 지칭한다.
본 발명의 실시예에 따른 선박용 방향타(4)는, 도 2 내지 도 4와 및 도 9에 도시된 바와 같이, 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 후연부(42)와 전연부(41)가 각각 프로펠러(2)로부터 유기되는 회전 입사류 방향 및 그 반대방향으로 편향되도록 일정 각도 비틀린 형상으로 형성되어 있으며, 여기에서, 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)에서 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 인접한 부분은 그 비틀림 각도가 변하는 비틀림 각도 변이부를 형성한다. 이러한 비틀림 각도 변이부는 프로펠러(2)의 축선(L1) 높이에서 방향타(4)의 두께방향 단면의 중심부에 수렴되어 비틀림 각도가 0°가 된다.
다시 말하면, 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)에서 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 인접한 부분은 그 비틀림 각도가 프로펠러(2)의 축선(L1)을 기준으로 수직방향으로 선형적으로 변하는 사선 형태의 변이 구간을 형성하는 것이다.
또한, 상부 날개(4a)의 후연부(42)의 상단으로부터 비틀림 각도 변이부의 상단까지는 비틀림 각도가 유지되는 상측 비틀림 각도 유지부가 형성되고, 하부 날개(4b)의 후연부(42)의 하단으로부터 비틀림 각도 변이부의 하단까지는 비틀림 각도가 유지되는 하측 비틀림 각도 유지부가 형성된다.
프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개(4a)의 전연부(41)에서 비틀림 각도가 그대로 유지되는 부분을 전연부 상측 비틀림 각도 유지부(41a)라 하고, 프 로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 하부 날개(4a)의 전연부(41)에서 비틀림 각도가 그대로 유지되는 부분을 전연부 하측 비틀림 각도 유지부(42b)라 한다. 그리고, 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41)에서 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 인접한 부분인 비틀림 각도가 변하는 전연부 비틀림 각도 변이부를 부재번호 41c로 표시하기로 한다.
또한, 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개(4a)의 후연부(42)에서 비틀림 각도가 그대로 유지되는 부분을 후연부 상측 비틀림 각도 유지부(42a)라 하고, 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 하부 날개(4a)의 후연부(42)에서 비틀림 각도가 그대로 유지되는 부분을 후연부 하측 비틀림 각도 유지부(42b)라 한다. 그리고, 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 후연부(42)에서 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 인접한 부분인 비틀림 각도가 변하는 후연부 비틀림 각도 변이부를 부재번호 42c로 표시하기로 한다.
전연부 비틀림 각도 변이부(41c)는 전연부 상측 비틀림 각도 유지부(41a)의 하단과 전연부 하측 비틀림 각도 유지부(41b)의 상단을 연결하고, 후연부 비틀림 각도 변이부(42c)는 후연부 상측 비틀림 각도 유지부(42a)의 하단과 후연부 하측 비틀림 각도 유지부(42b)의 상단을 연결한다.
도 2 내지 도 6에서는 전연부 및 후연부 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)가 선형적으로 변하는 사선 형태인 것으로 예시되어 있고, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 전연부 및 후연부 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)는 곡선적으로 변하는 곡선 형태인 것으로 예시되어 있다.
따라서, 본 발명에서는 방향타(4)의 상부 날개(4a)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 각각의 하단과 방향타(4)의 하부 날개(4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 각각의 상단이 수직방향으로 위상차가 있게 되며, 방향타(4)의 상부 날개(4a)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 각각의 하단과 방향타(4)의 하부 날개(4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 각각의 상단은 사선 또는 곡선으로 연결된 것이다.
보다 상세하게는, 선박의 후방에서 볼 때, 프로펠러(2)가 방향타(4)를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하는 경우, 본 발명의 실시예에 따른 전후연부 비대칭 방향타(4)는 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개(4a)의 전연부(41)와 하부 날개(4b)의 전연부(41)가 각각 좌현과 우현으로 비틀어져 있고, 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개(4a)의 후연부(42)와 하부 날개(4b)의 후연부(42)가 각각 우현과 좌현으로 비틀어져 있다.
프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41)와 후연부(42)가 각각 일정 각도 비틀어지는 경우에는, 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41)가 각각 좌현과 우현으로 비틀어지고 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 후연부(42)가 각각 우현과 좌현으로 비틀어져야 프로펠러의 일방향(오른나사 방향) 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타에 입사되어 작용하는 비대칭 압력을 상쇄시킬 수 있다.
또한, 도 9에 예시된 바와 같이, 방향타(4)의 상부 날개(4a)의 전연부(41)의 상측 비틀림 각도 유지부(41a)와 하부 날개(4b)의 전연부(41)의 하측 비틀림 각도 유지부(41b)는 프로펠러(2)의 축선(L1)에 대하여 각각 2~8°의 각도(α, β)로 비 틀린 것이 바람직하고, 방향타(4)의 상부 날개(4a)의 후연부(42)의 상측 비틀림 각도 유지부(42a)와 하부 날개(4b)의 후연부(42)의 하측 비틀림 각도 유지부(42b)는 프로펠러(2)의 축선(L1)에 대하여 각각 2~8°의 각도(α, β)로 비틀린 것이 바람직하다. 여기에서, 비틀림 각도(α)와 비틀림 각도(β)는 서로 동일한 각도로 형성될 수도 있고 서로 다른 각도로 형성될 수도 있다.
도 3 및 도 4에서, 프로펠러(2)의 축선(L1)은 점으로 표시되고, L2는 방향타(4)의 종방향 중심선으로 프로펠러(2)의 축선(L1)과 교차한다. 여기에서, 방향타(4)의 상부 날개(4a)의 전연부(41) 및 후연부(42)는 각각 방향타(4)의 상단에서 프로펠러(2)의 축선(L1)까지의 구간(D1)으로 설정되며, 방향타(4)의 하부 날개(4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)는 각각 방향타(4)의 하단에서 프로펠러(2)의 축선(L1)까지의 구간(D2)으로 설정된다.　 또한, 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개(4a)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 각각의 하단 및 하부 날개(4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 각각의 하단으로부터 프로펠러(2)의 축선(L1)의 주위 부분까지 비틀림 각도가 그대로 유지되는 구간(d1, d2)이 각각 존재하게 되는데, d1 구간은 전연부 및 후연부 상측 비틀림 각도 유지부(41a, 42a)를 이루고, d2 구간은 전연부 및 후연부 하측 비틀림 각도 유지부(41b, 42b)를 이룬다. 또한, d1 구간과 d2 구간의 사이의 구간(d3)은 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 각각의 비틀림 각도가 변하는 전연부 및 후연부 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)를 이룬다.
여기에서, 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)의 수직 길이(구간 d3의 길이)는 프로펠러(2)의 직경의 15~30%에 대응하는 길이인 것이 바람직하다.　 특히, 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)의 수직 길이에 대하여, 방향타(4)의 전연부(41) 및 후연부(42)를 상,하로 분리하여 설명하면, 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)에서 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개(4a)에 해당하는 부분의 수직 길이(구간 d31의 길이)는 상부 날개(4a)의 수직 길이(구간 D1의 길이)의 20~50%의 범위이고, 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)에서 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 하부 날개(4b)에 해당하는 부분의 수직 길이(구간 d32의 길이)는 0보다 크고 하부 날개(4b)의 수직 길이(구간 D2의 길이)의 20~50%의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 도 3 및 도 4로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)는 그 비틀림 각도가 수직방향으로 선형적으로 변하는 사선의 형태로 형성되어 있다.
그리고, 본 발명에서는, 도 3 및 도 4의 일부 확대도인 도 5 및 도 6에 상세하게 도시된 바와 같이, 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)가 상측 비틀림 각도 유지부(41a, 42a) 및 하측 비틀림 각도 유지부(41b, 42b)와 만나는 부분은 라운딩 처리되어 있다. 이러한 라운딩 반경은 방향타(4)의 최대 두께의 10~30%에 대응하는 길이인 것이 바람직하다. 이렇게 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)가 상부 및 하부 날 개(4a, 4b)의 나머지 전연부(41) 및 후연부(42)와 만나는 부분이 라운딩 처리되어 있으면, 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)에 형성된 어긋난 부위의 불연속면을 최소화하기 위해 형성한 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)에 의해 야기되는 회전 입사류와의 마찰을 감소할 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)는 그 비틀림 각도가 수직방향으로 곡선적으로 변하는 곡선의 형태로 형성되어 있다. 이렇게 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)가 곡선적으로 변하는 곡선 형태로 이루어져 있으면, 직선적으로 변하는 경우에 비해 프로펠러(2)에 의해 발생된 유체의 흐름이 방향타(4)에 부딪힐 때 고르게 분포하게 되므로 캐비테이션의 발생을 현저하게 줄이는 효과가 있다. 이와 함께 비틀림 각도 변이부부(41c, 42c)와 상부 날개(4a)의 비틀림 각도 유지부(41a, 42a)와 하부 날개(4b)의 비틀림 각도 제외부(41b, 42b)가 각각 만나 이루는 방향타 표면의 둔각을 형성하면서 도출된 부위는 캐비테이션에 의해서 뿐만 아니라 도장피막의 손상에 취약하고 일반적인 해수환경 아래에서도 부식에 취약한 구조가 되기 때문에 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)가 곡선적으로 변하는 곡선 형태로 변경하면 이를 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42), 그리고 비틀림 각도 변이부(41c, 42c)에서 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 상부 날개에 해당하는 수직 길이와 하부 날개에 해당하는 수직 길이는 방향타(4)와 프로펠러(2)의 위치에 따라 각각 대칭 또는 비대칭으로 형성될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)는 방향타(4)의 최대 두께 폭방향 중심선(L3)과 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선의 교차점에서 프로펠러의 축선(L1)에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선에 대하여 각각 비틀어져 있다.
본 실시예에서는, 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 각각의 단면을, 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선과 방향타(4)의 최대 두께 폭방향 중심선(L3)의 교차점에서, 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선을 기준으로 하여 직선적으로 비틀어서 비대칭 단면으로 형성한 것으로 예시하였지만, 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선을 기준으로 하여 곡선적으로 비틀어서 비대칭 단면으로 형성할 수도 있다. 즉, 본 실시예에서는 도 9에서 각도(α, β)의 기준선이 직선으로 형성되어 있지만, 각도(α, β)의 기준선이 곡선으로 형성될 수도 있다.
본 발명에서는 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41)와 후연부(42)가 프로펠러(2)의 축선(L1)을 중심으로 일정 각도 비틀리게 구성되고, 또한, 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)에서 프로펠러(2)의 축선(L1)에 수직방향으로 인접한 부분이 그 비틀림 각도가 변하는 비틀림 각도 변이부를 형성하게 구성되어 있으므로, 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(42) 및 후연부(42)에 형성된 어긋난 부위의 불연속면이 최소화되어, 프로펠러(2)의 일방향 회전운동에 의해 일방향으로 회전하는 후류가 방향타(4)에 입사되 어 작용하는 비대칭 압력이 방향타(4)에 미치는 영향을 최소화시키면서도 프로펠러(2)의 허브(2a)에서 발생된 보오텍스에 의해 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부(41) 및 후연부(42)의 어긋난 부위의 불연속면의 주위 표면에 침식을 야기하는 캐비테이션이 발생하는 것을 최소화시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 방향타(4)의 상부 및 하부 날개(4a, 4b)의 전연부 및 후연부(41, 42)가 동시에 비틀림으로써 캐비테이션의 발생을 약 2~4°더 지연시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 방향타를 포함하는 선박의 일부 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 선박용 방향타의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 방향타를 선박의 전방에서 본 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선박용 방향타를 선박의 후방에서 본 후면도이다.
도 5는 도 3의 일부 확대도이다.
도 6은 도 4의 일부 확대도이다.
도 7은 도 5와 유사한 도면으로서 곡선 형태의 비틀림 각도 변이부를 예시한 도면이다.
도 8은 도 6과 유사한 도면으로서 곡선 형태의 비틀림 각도 변이부를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 선박용 방향타의 평면도이다.

Claims (15)

  1. 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서,
    상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 날개와 하부 날개로 나누어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부와 전연부가 각각 상기 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향 및 그 반대방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 일정 각도 비틀린 형상으로 형성되되, 상기 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부에서 각각 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 인접한 부분은 그 비틀림 각도가 변하는 비틀림 각도 변이부를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 상단으로부터 상기 비틀림 각도 변이부의 상단까지는 비틀림 각도가 유지되는 상측 비틀림 각도 유지부를 형성하고,
    상기 하부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 하단으로부터 상기 비틀림 각도 변이부의 하단까지는 비틀림 각도가 유지되는 하측 비틀림 각도 유지부를 형성하고,
    상기 비틀림 각도 변이부는 상기 상측 비틀림 각도 유지부의 하단과 상기 하 측 비틀림 각도 유지부의 상단을 연결하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 프로펠러는 상기 방향타를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하고, 상기 상부 및 하부 날개의 전연부는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 각각 좌현과 우현으로 비틀어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 각각 우현과 좌현으로 비틀어진 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 날개의 전연부와 상기 하부 날개의 전연부는 상기 프로펠러의 축선에 대하여 각각 2~8°의 각도로 비틀리고, 상기 상부 날개의 후연부와 상기 하부 날개의 후연부는 상기 프로펠러의 축선에 대하여 각각 2~8°의 각도로 비틀린 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 방향타의 상기 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 단면을, 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선과 상기 방향타의 최대 두께 폭방향 중심선의 교차점에서, 상기 프로펠러의 축선에 수직방향으로 평행한 가상의 단면 중심선을 기준으로 하여 직선적으로 또는 곡선적으로 비틀어서 비대칭 단면으로 형성한 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 비틀림 각도 변이부는 선형적으로 변하는 사선 형태인 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 비틀림 각도 변이부는 곡선적으로 변하는 곡선 형태인 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 비틀림 각도 변이부가 상기 상측 비틀림 각도 유지부 및 상기 하측 비틀림 각도 유지부와 만나는 부분은 라운딩 처리된 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 라운딩 반경은 상기 방향타의 최대 두께의 10~30%에 대응하는 길이인 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 비틀림 각도 변이부는 상기 프로펠러의 축선 높이에서 상기 방향타의 두께방향 단면의 중심부에 수렴되어 비틀림 각도가 0°가 되는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 비틀림 각도 변이부의 수직 길이는 상기 프로펠러 직경의 15~30%에 대응하는 길이인 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 비틀림 각도 변이부에서 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상기 상부 날개에 해당하는 부분의 수직 길이는 상기 상부 날개의 수직 길이의 20~50%의 범위이고,
    상기 비틀림 각도 변이부에서 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상기 하부 날개에 해당하는 부분의 수직 길이는 상기 하부 날개의 수직 길이의 20~50%의 범위인 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  13. 청구항 4에 있어서,
    상기 방향타의 상기 상부 및 하부 날개의 전연부 및 후연부는 각각 상기 방향타의 두께방향의 최대크기 범위 내에서 상기 비틀림 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  14. 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서,
    상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 날개와 하부 날개로 나누어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부와 전연부가 각각 상기 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향 및 그 반대방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 일정 각도 비틀린 형상으로 형성되되, 상기 방향타의 상부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 하단과 하부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 상단은 수직방향으로 위상차를 가지면서 사선으로 연결된 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
  15. 선박의 후미의 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 이동 방향을 조정하는 선박용 방향타로서,
    상기 방향타는 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 상부 날개와 하부 날개로 나누어지고, 상기 상부 및 하부 날개의 후연부와 전연부가 각각 상기 프로펠러로부터 유기되는(induced) 회전 입사류 방향 및 그 반대방향으로 편향되도록 상기 프로펠러의 축선을 중심으로 일정 각도 비틀린 형상으로 형성되되, 상기 방향타의 상부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 하단과 하부 날개의 전연부 및 후연부의 각각의 상단은 수직방향으로 위상차를 가지면서 곡선으로 연결된 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
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KR20200105249A (ko) * 2019-02-28 2020-09-07 한국조선해양 주식회사 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박

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