KR20110041096A - 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러에 관한 것으로, 프로펠러 날개의 간격을 다르게 하여 프로펠러 날개에서 발생하는 소음 및 진동 기진력 주파수 특성을 변경시켜 선박이 운항 또는 운전 중에 발생하는 진동 및 소음을 줄여줄 수 있는 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러를 제공함에 있다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명은 다수의 날개들이 날개 기준선에 대하여 일정한 날개 사이각을 가지도록 구성되는 선박용 프로펠러에 있어서, 상기 날개들은 날개 사이각을 서로 동일하지 않게 구성하여 날개 사이각 편차가 형성되도록 하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

프로펠러, 날개, 날개기준선, 날개 사이각, 날개 사이각 편차

Description

저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러{The marine propeller to have low level multiple frequency characteristics}

본 발명은 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러에 관한 것으로, 프로펠러의 날개 사이각을 조절함으로써 프로펠러에서 발생하는 소음 및 진동 기진력이 저진폭 다주파수 특성을 가지도록 함으로써 궁극적으로 선박 진동을 감소시킬 수 있는 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러에 관한 것이다.

일반적으로 선박용 프로펠러의 날개는 도 1에서와 같이 인접하는 날개와의 간격이 일정하다.

이에 따라 프로펠러 모든 날개에 대하여 일정한 날개 사이각을 가지고 있으며, 그 사이각의 크기는 날개수에 따라 결정된다.

예를 들어 도 1 에서와 같이 프로펠러(10)의 날개(11)수가 4개인 경우 날개 기준선(20)에 대하여 날개 사이각(21)은 90ㅀ로 모든 날개(11)에 대하여 동일하다.

상기와 같은 날개(11)가 동일한 간격으로 위치할 경우의 날개 사이각(21)을 균일 날개 사이각(Degree)이라 하며 이러한 균일 날개 사이각은 "360/날개수"에 의해 형성된다.

이러한 날개(11) 배치는 프로펠러(10) 회전시에 발생하는 편심력을 최소화하여 축계의 회전 진동을 최소화할 수 있다.

그러나 운항하는 선박의 프로펠러(10)에 유입되는 유속 분포는 선체에 의한 반류 효과로 인하여 불균일하기 때문에 도 2에서 예시한 바와 같이 프로펠러(10) 회전수와 날개(11)수를 곱한 날개주파수(Blade Frequency)의 배수 특성을 가지는 진동 기진력을 발생시킨다. 이때, 날개주파수에 따른 진동 기진력의 크기는 각각의 날개에 발생시키는 진동 기진력의 합으로 결정된다.

이러한 진동 기진력은 그 크기가 클수록 선체 각 부분의 진동 및 소음이 크게 나타나며, 특정 주파수 성분을 가지기 때문에 선체 특정 부분에서 공진을 일으키기도 한다. 또한 엔진의 실린더수에 따라 결정되는 엔진에서의 진동 기진력과 맞추어지는 경우 공진 현상으로 보다 심각한 진동 및 소음이 발생하기도 한다.

이러한 문제가 발생하거나 예상되는 경우에 날개수를 증가시켜 기진력 주파수를 변경시키거나 프로펠러 날개의 스큐(Skew)등 날개 형상을 변경시켜 기진력 크기를 감소시킬 수 있으나, 통상적으로 이러한 방법이 적용되면 프로펠러 추진 효율이 감소하는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 프로펠러 날개의 간격을 다르게 하여 프로펠러 날개에서 발생하는 소음 및 진동 기진력 주파수 특성을 변경시켜 선박이 운항 또는 운전 중에 발생하는 진동 및 소음을 줄여줄 수 있는 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은, 다수의 날개들이 날개 기준선에 대하여 일정한 날개 사이각을 가지도록 구성되는 선박용 프로펠러에 있어서, 상기 날개들은 날개 사이각을 서로 동일하지 않게 구성하여 날개 사이각 편차가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 다수의 날개들이 날개 기준선에 대하여 일정한 날개 사이각을 가지도록 구성되는 선박용 프로펠러에 있어서, 상기 날개들 중 일부 날개의 날개 사이각이 서로 동일하지 않게 구성하여 날개 사이각 편차가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 날개 사이각의 편차는 균일 날개 사이각의 30% 이내로 구성하는 것을 특징으로 한다.0

단, 균일 날개 사이각(Degree) = 360/날개 수

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 프로펠러 날개의 날개 사이각을 서로 동일하지 않게 구성하여 진동 기진력의 특성을 변화시킴으로써 기존의 날개 수 증가 등의 방법에 비하여 추진 효율의 감소가 없으며, 특히 선체의 구조적 변경 없이 프로펠러만으로 소음을 및 진동 기진력 특성을 변화시켜 공진 등을 회피할 수 있어, 궁극적으로 선박의 소음 및 진동을 줄일 수 있는 매우 유용한 발명이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 의한 선박용 프로펠러를 나타낸 예시도로서,

본 발명의 프로펠러(10)는 도면에서와 같이 5개의 날개(11)를 가지는 프로펠러(10)로서, 각각의 날개(11)가 이루는 날개 사이각(21)이 서로 동일하지 않게 구성된다.

이렇게 날개 사이각(21)을 서로 동일하지 않게 구성함으로써 각각의 날개(11)가 발생시키는 진동 기진력의 주파수가 다르게 나타나 프로펠러(10) 전체의 진동 기진력 특성을 변경시켰다.

즉 프로펠러(10)에서는 선체에 인하여 만들어진 최대 반류 지역을 각각의 날개(11)가 회전하면서 지나갈 때 큰 힘이 걸리면서 진동 및 소음 기진력이 발생되고, 이에 따라 날개 사이각(21)이 동일한 경우 프로펠러(10) 회전수와 날개(11)수를 곱한 주파수 즉, 날개 주파수(Blade Frequency)의 기진력이 발생되나, 본 발명은 날개 사이각(21)을 서로 다르게 구성함으로써 각각의 날개(11)가 회전하면서 발생하는 기진력은 날개 주파수가 아니라 프로펠러(10)의 회전 주파수의 특성을 가지게 된다. 그러나 이때 각각의 날개(11)에 발생하는 기진력은 위상차가 다르기 때문에 서로 연성되어 매우 다양한 주파수의 기진력 특성을 가지게 된다.

이와 동시에 위상차를 조절할 경우 기진력을 서로 상쇄시킬 수 있어 궁극적으로 전체의 진동 기진력의 크기를 감소시킬 수 있다.

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 선박용 프로펠러를 나타낸 예시도이고, 도 5 는 본 발명에 의한 도 4 의 선박용 프로펠러의 진동 기진력 특성을 나타낸 예시도로서, 4개의 날개(11)를 가지는 프로펠러(10)에 대하여 날개 사이각(21)을 변형시키되, 4개의 날개(11)들 중 일부 날개(11)의 날개 사이각(21)만 동일하지 않게 구성하는 것이다.

이와 같이 4개의 날개(11)들 중 일부 날개(11)의 날개 사이각(21)을 변화시킨 경우 도 5 에서와 같이 다양한 주파수 특성을 가지지만 기진력의 크기는 크게 감소한다는 것을 알 수 있다.

이때 이웃하는 날개(11)끼리 균일 날개 사이각에서 벗어난 만큼의 각도를 날개 사이각 편차(22)라 하고, 이러한 날개 사이각 편차(22)는 균일날개 사이각의 30%이하가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

이는 날개 사이각 편차(22)가 발생되면 프로펠러(10) 회전시에 편심력에 의해 축계 진동이 발생하게 되는데, 날개 사이각 편차(22)가 균일날개 사이각에 비하여 30%를 초과하게 되면 축계 진동이 매우 크게 발생하여 프로펠러(10)의 작동이 불가능한 문제점이 있어, 프로펠러(10)의 축계에 무리를 주지 않는 범위 내에서 날개 사이각 편차(22)를 조절하여 기진력을 최소화하는 것이다.

이와 같이 구성되는 본 발명은 선체의 구조적인 변경 없이 프로펠러(10)의 날개(11) 간격을 조절하는 것으로 소음 및 진동 기진력 특성을 변화시켜 공진 등을 회피하고, 궁극적으로 선박의 진동 소음을 줄일 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 일반적인 선박용 프로펠러를 나타낸 예시도,

도 2 는 일반적인 선박용 프로펠러에 의한 진동 기진력 특성을 나타낸 예시도,

도 3 은 본 발명의 일실시예에 의한 선박용 프로펠러를 나타낸 예시도,

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 의한 선박용 프로펠러를 나타낸 예시도,

도 5 는 본 발명에 의한 선박용 프로펠러의 진동 기진력 특성을 나타낸 예시도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 프로펠러 (11) : 날개

(20) : 날개기준선 (21) : 날개사이각

(22) : 날개 사이각의 편차

Claims (3)

1. 다수의 날개들이 날개 기준선에 대하여 일정한 날개 사이각을 가지도록 구성되는 선박용 프로펠러에 있어서,

   상기 날개들은 날개 사이각을 서로 동일하지 않게 구성하여 날개 사이각 편차가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러.
2. 다수의 날개들이 날개 기준선에 대하여 일정한 날개 사이각을 가지도록 구성되는 선박용 프로펠러에 있어서,

   상기 날개들 중 일부 날개의 날개 사이각이 서로 동일하지 않게 구성하여 날개 사이각 편차가 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 날개 사이각의 편차는 균일 날개 사이각의 30% 이내로 구성하는 것을 특징으로 하는 저진폭 다주파수 소음 및 진동 특성을 가지는 선박용 프로펠러.

   단, 균일 날개 사이각(Degree) = 360/날개 수

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