KR20110108696A - 선박용 방향타 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

선박용 방향타 및 이를 포함하는 선박이 개시된다. 이 방향타는 프로펠러 축선을 중심으로 상부에 위치하고 타 스케그에 회전 가능하게 결합된 상부 몸체; 및 프로펠러 축선을 중심으로 하부에 위치하고 상부 몸체와 일체로 형성된 하부 몸체를 포함하고, 상부 몸체의 상부 앞날(upper leading edge) 및 하부 몸체의 하부 앞날(lower leading edge)이 각각 프로펠러의 회전방향의 반대측으로 편향되어 위치하고, 상부 앞날과 하부 앞날은 프로펠러 축선을 중심으로 상호 연속적으로 연결되고, 상부 앞날은 타 스케그의 스케그 앞날과 연속적으로 연결된 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 방향타 및 이를 포함하는 선박{Rudder for ship and ship including the same}

본 발명은 선박용 방향타 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 해상 운송수단으로 사용되는 선박은 통상 내부에 장착된 엔진을 통해 동력을 발생시키고, 발생된 동력으로 선미에 장착된 프로펠러를 수중 회전시킴으로써, 추진력을 얻는다.

즉, 상기 프로펠러는 회전에 의하여 주위의 물을 후방으로 밀어냄으로써, 선박이 이동할 수 있는 추진력을 발생시키는 것이다.

이러한 선박은 이동되는 방향을 조정할 수 있도록 방향타가 설치되는데, 상기 방향타는 프로펠러의 후방에 위치하게 된다. 여기서, 상기 프로펠러는 일방향 회전운동을 함에 기인하여 선미 부위에는 프로펠러축을 중심으로 상하 위치에 따라 좌우측의 압력이 각각 다르게 형성된다. 좀 더 상세히 설명하면, 선박 선미의 프로펠러 부근에는 상기 프로펠러의 회전방향을 따라 회전하는 회전류가 존재하게 된다. 또한, 상기와 같이 회전류에 의해 상기 방향타에 작용하는 압력의 분포는 상기 방향타를 중심으로 오른나사 방향으로 회전하는 프로펠러에서 좌측 상단과 우측 하단에서는 압력면이, 우측 상단과 좌측 하단에서는 흡입면이 각각 형성된다. 이에 따라, 프로펠러 후방에 형성되는 유선은 상기 방향타의 좌, 우측에서 각각 다른 비대칭으로 형성된다.

이러한 비대칭 압력분포 하에서 상기 방향타가 단순 평판의 형상을 취하게 되면 타의 저항에 크게 될 뿐 아니라 흡입면이 발생하는 부위에서 캐비테이션이 발생하게 되는 등의 문제점이 발생하게 된다.

최근에는 상기와 평판 형상을 갖는 방향타의 문제점을 보완하기 위해 앞날 부분을 좌우 비대칭으로 편향시킨 방향타가 개발되었다. 예를 들어, 한국 특허출원번호 제 10-2008-0112137호에는 프로펠러 축 부근에서 상부와 하부가 각각 좌현과 우현으로 비틀린 방향타가 개시되어 있다. 이 방향타는 프로펠러 축을 중심으로 어긋난 형상을 취한다. 이에 따르면, 프로펠러의 후류의 비대칭 압력을 상쇄시키는 것이 가능하여 기존의 평판형 방향타의 문제점을 해결할 수 있다. 그러나 이 방향타는 좌, 우 비틀린 상부 및 하부가 상호 단절되어 있기 때문에 단절 부위에서 프로펠러 휴류에 영향을 주어 동력손실을 증가시킴은 물론 선박의 진동 및 타의 침식을 야기시키는 이른바, 캐비테이션이 발생하는 문제점이 있었다.

한편, 이러한 방향타는 선체의 선미에 마련된 타 스케그에 회전 가능하게 결합될 수 있다. 일반적으로 타 스케그는 프로펠러 축에 대해 좌우대칭인 형상으로 이루어진다. 좌현 또는 우현으로 비틀린 방향타가 좌우대칭인 타 스케그에 결합되는 경우, 결합부위가 불연속적으로 연결되어 결합부위에 단차가 형성될 수 있다. 이와 같이 단차가 형성된 결합부위에서 변동 압력이 증가하여 방향타에 의한 저항이 증가하는 문제가 있었다.

본 발명의 실시예들은 프로펠러 후류에 의해 발생하는 저항 및 캐비테이션을최소화하도록 구성된 방향타 및 이를 포함하는 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 선미부에 마련되고 프로펠러 축선에 대해 좌우대칭인 타 스케그에 회전 가능하게 결합된 선박용 방향타에 있어서, 상기 프로펠러 축선을 중심으로 상부에 위치하고 상기 타 스케그에 회전 가능하게 결합된 상부 몸체; 및 상기 프로펠러 축선을 중심으로 하부에 위치하고 상기 상부 몸체와 일체로 형성된 하부 몸체를 포함하고, 상기 상부 몸체의 상부 앞날(upper leading edge) 및 상기 하부 몸체의 하부 앞날(lower leading edge)이 각각 상기 프로펠러의 회전방향의 반대측으로 편향되어 위치하고, 상기 상부 앞날과 상기 하부 앞날은 상기 프로펠러 축선을 중심으로 상호 연속적으로 연결되고, 상기 상부 앞날은 상기 타 스케그의 스케그 앞날과 연속적으로 연결된 것을 특징으로 하는 선박용 방향타가 제공된다.

상기 타 스케그의 하단면과 상기 타 스케그와 대면하는 상기 상부 몸체의 상단면은 상호 동일한 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 상부 몸체는 상기 프로펠러 축선으로부터 상측으로 상호 연속하여 순차적으로 형성된 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역을 포함하고, 상기 하부 몸체는 상기 프로펠러 축선으로부터 하측으로 상호 연속하여 순차적으로 형성된 제 4 영역 및 제 5 영역을 포함하고, 상기 제 1 영역에서는 상기 상부 몸체의 비틀림 각도가 상측으로 갈수록 선형적으로 증가하고, 상기 제 2 영역에서는 상기 상부 몸체의 비틀림 각도가 일정하고, 상기 제 3 영역에서는 상기 상부 몸체의 비틀림 각도가 상측으로 갈수록 선형적으로 감소하고, 상기 제 4 영역에서는 상기 하부 몸체의 비틀림 각도가 하측으로 갈수록 선형적으로 증가하고, 상기 제 5 영역에서는 상기 하부 몸체의 비틀림 각도가 일정할 수 있다.

상기 제 2 영역에서 상기 상부 몸체의 비틀림 각도는 3도 이상 7도 이하이고, 상기 제 5 영역에서 상기 하부 몸체의 비틀림 각도는 3도 이상 7도 이하일 수 있다.

상기 제 3 영역의 시작점은 프로펠러 반경의 80%~100% 범위에서 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체의 선미부에 프로펠러 축선에 대해 좌우대칭인 타 스케그가 마련된 선체; 및 상기 타 스케그에 회전 가능하게 결합되는 상기 방향타를 포함하는 선박이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 상부 몸체의 상부 앞날과 하부 몸체의 하부 앞날이 프로펠러 축선을 중심으로 상호 연속적으로 연결됨으로써, 상부 몸체 및 하부 몸체의 연결부위는 상호 단절되지 않고, 부드럽게 연결될 수 있고, 프로펠러 휴류에 의한 캐비테이션의 발생하지 않는다.

또한, 상부 몸체의 상부 앞날과 타 스케그의 스케그 앞날이 연속적으로 연결됨으로써, 타 스케그와 상부 몸체의 결합부위는 단차가 형성되지 않고 연속적으로 형성될 수 있고, 타 스케그와 상부 몸체의 결합부위에서 변동 압력 및 저항이 증가하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선미부를 우측에서 바라본 개략적인 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 포함된 방향타를 전방에서 바라본 도면이고,
도 3은 도 2의 A-A 단면, B-B 단면 및 C-C 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일하거나 대응하는 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선미부를 우측에서 바라본 개략적인 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(1)은 선체(10)와 방향타(30)를 포함하여 구성된다.

선체(10)의 선미부에는 타 스케그(11)가 마련된다. 타 스케그(11)는 후술하는 방향타(30)를 회전 가능하게 지지하기 위한 것으로 프로펠러 축선(L₁)에 대해 좌우대칭 형상으로 이루어진다.

타 스케그(11)에 방향타(30)가 회전 가능하게 결합될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 포함된 방향타를 전방에서 바라본 도면이고, 도 3은 도 2의 A-A 단면, B-B 단면 및 C-C 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다. 참고로, 도 2는 방향타(30)를 전방에서 바라본 도면이기 때문에 도 2에서 볼 때 좌측이 선박(1)(도 1 참조)의 우현이고, 우측이 선박(1)의 좌현이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 방향타(30)는 프로펠러 축선(L₁) (도 1 참조)을 중심으로 상부에 위치하는 상부 몸체(31)와, 하부에 위치하는 하부 몸체(35)를 포함할 수 있다. 여기서, 프로펠러 축선(L₁) (도 1 참조)은 P₁을 통과한다.

상부 몸체(31)는 유선형 단면을 갖는 기둥 형상으로 이루어지고, 타 스케그(11)에 회전 가능하게 결합된다. 하부 몸체(35)는 유선형 단면을 갖는 기둥 형상으로 이루어지고, 상부 몸체(31)와 일체로 형성된다.

본 실시예에 따르면, 상부 몸체(31)의 상부 앞날(38) 및 하부 몸체(35)의 하부 앞날(39)은 각각 프로펠러(20)의 회전방향의 반대측으로 편향되어 위치한다. 일반적으로 프로펠러(20)는 도 2에서 볼 때 반시계 방향으로 회전한다. 즉, 프로펠러 축선(L₁)의 상측에서 프로펠러(20)의 회전 방향은 도 2에서 볼 때 우측(선박의 좌현 방향)에서 좌측(선박의 우현 방향)이고, 프로펠러 축선(L₁)의 하측에서 프로펠러(20)의 회전 방향은 좌측(선박의 우현 방향)에서 우측(선박의 좌현 방향)이다. 이 경우, 상부 몸체(31)의 상부 앞날(38)은, 프로펠러 축선(L₁)에 대해 프로펠러(20)의 회전방향의 반대측으로서 도 2에서 볼 때 우측으로 편향되어 위치한다. 또한, 하부 몸체(35)의 하부 앞날(39)은, 프로펠러 축선(L₁)에 대해 프로펠러(20)의 회전방향의 반대측으로서 도 2에서 볼 때 좌측으로 편향되어 위치한다. 이와 같은 본 실시예에 따른 방향타(30)는, 프로펠러의 후류에 의해 비대칭 압력분포를 갖는 단순 평판의 형상의 방향타에 비해, 저항이 감소하고, 프로펠러 후류의 비대칭 압력분포에 의한 캐비테이션이 발생하지 않는다.

본 실시예에 따르면, 상부 앞날(38)과 하부 앞날(29)은 프로펠러 축선(L₁)(도1 참조)을 중심으로 상호 연속적으로 연결된다. 이에 따라, 상부 몸체(31) 및 하부 몸체(35)의 연결부위는 상호 단절되지 않고, 부드럽게 연결될 수 있다. 이와 같은 본 실시예에 따른 방향타(30)는, 한국 특허출원번호 제 10-2008-0112137호에 개시된 좌, 우 비틀린 상부 및 하부가 상호 단절된 방향타와 비교할 때, 상부 몸체(31) 및 하부 몸체(35)의 연결부위에서 프로펠러 휴류에 의한 캐비테이션의 발생하지 않는다.

본 실시예에 따르면, 상부 몸체(31)의 상부 앞날(34)과 타 스케그(11)의 스케그 앞날(12)은 연속적으로 연결된다. 이 경우, 타 스케그(11)의 하단면과 타 스케그(11)와 대면하는 상부 몸체(31)의 상단면은 상호 동일한 현상으로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 타 스케그(11)와 상부 몸체(31)의 결합부위는 단차가 형성되지 않고 연속적으로 형성될 수 있다. 이와 같은 본 실시예에 따른 방향타(30)는, 방향타와 스케그의 결합부위가 불연속적으로 연결되어 그 결합부위에 단차가 형성된 종래의 방향타와 달리, 타 스케그(11)와 상부 몸체(31)의 결합부위에서 변동 압력 및 저항이 증가하지 않는다.

본 실시예에 따르면, 상부 몸체(31)는 프로펠러 축선(L₁)(도 1 참조)으로부터 상측으로 상호 연속하여 순차적으로 형성된 제 1 영역(32), 제 2 영역(33) 및 제 3 영역(34)을 포함하고, 하부 몸체(35)는 프로펠러 축선(L₁)으로부터 하측으로 상호 연속하여 순차적으로 형성된 제 4 영역(36) 및 제 5 영역(37)을 포함한다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이 제 1 영역(32)은 P₁에서 P₂까지의 연장 형성되고, 제 2 영역(33)은 P₂에서 P₃까지 연장 형성되고, 제 3 영역(34)은 P₃에서 P₄까지의 연장 형성된다. 또한, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 제 4 영역(36)은 P₁에서 P₅까지의 연장 형성되고, 제 5 영역(37)은 P₅에서 P₆까지 연장 형성된다.

이 경우, 제 1 영역(32)에서 상부 몸체(31)의 비틀림 각도(a₁)는 상측으로 갈수록 선형적으로 증가하고, 상기 제 2 영역(33)에서 상부 몸체(31)의 비틀림 각도(a₁)는 일정하고, 제 3 영역(34)에서 상부 몸체(31)의 비틀림 각도(a₁)가 상측으로 갈수록 선형적으로 감소한다. 제 4 영역(36)에서 하부 몸체(35)의 비틀림 각도(a₂)는 하측으로 갈수록 선형적으로 증가하고, 제 5 영역(37)에서 하부 몸체(35)의 비틀림 각도(a₂)는 일정하다. 여기서, 상부 몸체(31) 및 하부 몸체(35)의 비틀림 각도(a₁, a₂)는 각각, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 상부 앞날(38)과 하부 앞날(39)의 중심선(L₂, L₃)이 프로펠러 축선(L₁)과 이루는 각도를 의미한다.

프로펠러 후류는 프로펠러 축선(L₁)에 대해 3도 내지 7도 사이 범위의 각도를 가지고 방향타로 유입되는 경향이 있다. 이와 관련하여, 상부 몸체의 비틀림 각도와, 제 5 영역에서 하부 몸체의 비틀림 각도가 각각 3도 미만이거나 7도를 초과하는 경우, 프로펠러 후류에 대한 상부 몸체 및 하부 몸체의 받음각(angle of attack)이 증가하게 되어 프로펠러 후류의 비대칭 압력분포가 심화되고, 캐비테이션이 증가하게 된다. 따라서, 제 2 영역(33)에서 상부 몸체(31)의 비틀림 각도(a₁)와, 제 5 영역(39)에서 하부 몸체(35)의 비틀림 각도(a₂)는 각각 3도 이상 7도 이하의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 프로펠러 후류에 대한 상부 몸체(31) 및 하부 몸체(35)의 받음각이 적절한 값을 갖게 되어 방향타의 비대칭 압력분포가 효과적으로 감소하고 캐비테이션 및 저항이 효과적으로 감소된다.

또한, 제 2 영역(33)에서 상부 몸체(31)의 비틀림 각도(a₁)와, 제 5 영역(39)에서 하부 몸체(35)의 비틀림 각도(a₂)는 상호 동일할 수 있으나 이에 국한되지 않는다.

프로펠러 후류는 프로펠러 반경의 80% 이상 100% 이하의 크기를 가지고 방향타 측으로 유입된다. 이 경우, 프로펠러 후류의 비대칭 압력 분포를 효과적으로 감소시키기 위해서는 제 2 영역은 프로펠러 후류에 대응하여 연장 형성되어야 한다. 따라서, 제 3 영역의 시작점(P₃)은, 프로펠러 후류의 크기에 대응하여 프로펠러(20)(도 1 참조)의 반경의 80% 이상 100% 이하의 범위에서 형성되는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 선체
11 : 타 스케그
30 : 방향타
31 : 상부 몸체
35 : 하부 몸체
38 : 상부 앞날
39 : 하부 앞날

Claims (6)

1. 선체의 선미부에 마련되고 프로펠러 축선에 대해 좌우대칭인 타 스케그에 회전 가능하게 결합된 선박용 방향타에 있어서,
   상기 프로펠러 축선을 중심으로 상부에 위치하고 상기 타 스케그에 회전 가능하게 결합된 상부 몸체; 및
   상기 프로펠러 축선을 중심으로 하부에 위치하고 상기 상부 몸체와 일체로 형성된 하부 몸체를 포함하고,
   상기 상부 몸체의 상부 앞날(upper leading edge) 및 상기 하부 몸체의 하부 앞날(lower leading edge)이 각각 상기 프로펠러의 회전방향의 반대측으로 편향되어 위치하고,
   상기 상부 앞날과 상기 하부 앞날은 상기 프로펠러 축선을 중심으로 상호 연속적으로 연결되고,
   상기 상부 앞날은 상기 타 스케그의 스케그 앞날과 연속적으로 연결된 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 타 스케그의 하단면과 상기 타 스케그와 대면하는 상기 상부 몸체의 상단면은 상호 동일한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 상부 몸체는 상기 프로펠러 축선으로부터 상측으로 상호 연속하여 순차적으로 형성된 제 1 영역, 제 2 영역 및 제 3 영역을 포함하고,
   상기 하부 몸체는 상기 프로펠러 축선으로부터 하측으로 상호 연속하여 순차적으로 형성된 제 4 영역 및 제 5 영역을 포함하고,
   상기 제 1 영역에서는 상기 상부 몸체의 비틀림 각도가 상측으로 갈수록 선형적으로 증가하고, 상기 제 2 영역에서는 상기 상부 몸체의 비틀림 각도가 일정하고, 상기 제 3 영역에서는 상기 상부 몸체의 비틀림 각도가 상측으로 갈수록 선형적으로 감소하고,
   상기 제 4 영역에서는 상기 하부 몸체의 비틀림 각도가 하측으로 갈수록 선형적으로 증가하고, 상기 제 5 영역에서는 상기 하부 몸체의 비틀림 각도가 일정한 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제 2 영역에서 상기 상부 몸체의 비틀림 각도는 3도 이상 7도 이하이고,
   상기 제 5 영역에서 상기 하부 몸체의 비틀림 각도는 3도 이상 7도 이하인 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제 3 영역의 시작점은 프로펠러 반경의 80% 이상 100% 이하의 범위에서 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 방향타.
   
6. 선체의 선미부에 프로펠러 축선에 대해 좌우대칭인 타 스케그가 마련된 선체; 및
   상기 타 스케그에 회전 가능하게 결합되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방향타를 포함하는 선박.

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