KR20110117834A - 덕트형 추진기용 추력 증가 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 익형 덕트부의 내표면에 볼록한 형상의 흡입면을 형성하고, 익형 덕트부의 외표면에 평활한 압력면을 형성한 후, 내표면을 따라 제트 유동을 형성시킴에 따라 선박의 추력 방향으로 양력을 증가시켜 추진기 전체 추력을 향상시킬 수 있는 덕트형 추진기용 추력 증가 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 덕트형 추진기용 추력 증가 장치는 중공(E) 구조의 익형 단면이 환형으로 연장 형성된 덕트몸체(109)의 일단부(109a)를 추진기 케이싱(16)의 홈(16a)에 삽입하고, 이런 덕트몸체(109)의 타단부(109b)를 추진기 케이싱(16)에서 연장된 지지대(16b)에 결합하고, 양력 발생 가능한 내표면(118)에 제트 분사용 분사구(N)가 형성된 익형 덕트부(110)와, 선체(9) 내에 설치되고, 물 흡입구(11)로부터 흡입된 물을 압축시켜 상기 분사구(N)에 고압수를 제공하는 압축기(124)가 구비된 유체 공급장치(120)를 포함할 수 있다.

Description

덕트형 추진기용 추력 증가 장치{PROPULSION INCREASE APPARATUS FOR DUCT TYPE THRUSTER}

본 발명은 덕트형 추진기용 추력 증가 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 드릴쉽(drillship), 부상 구조물, 식 원유 생산 저장 설비등과같이첨단특수선박등의선회형또는덕트형추진장치(azimuth thruster)에 적용될 수 있는 덕트형 추진기용 추력 증가 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 선회형 또는 덕트형 추진장치는 해당 선박의 위치 및 선수각 유지를 위한 동적 위치 제어(Dynamic Positioning)에 사용된다.

덕트형 추진기는 조류와 파랑이 심하고, 또한 저속에서도 좀 더 큰 추력을 내야 하기 때문에 프로펠러형 추진기와 덕트를 포함할 수 있다.

최근 선박의 용량이 커지고, 요구되는 작업이 고도화됨에 따라, 선박에 필요한 추력이 증가하고 있다.

이에 비해, 종래의 일반적인 선회형 추진장치의 추력 용량은 제한되어 있기 때문에, 선박에 설치되는 선회형 추진장치의 수가 3 ~ 6개 이상으로 증가하고 있는 상황이다. 즉 보다 경쟁력 있는 첨단 선박을 수주/건조하기 위해서는 추력 효율이 향상된 선회형 추진장치가 필요한 실정이다.

종래 기술에 따른 선회형 추진장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 덕트(1) 및 프로펠러(2)를 포함한 언더워터유닛(3)(Under Water Unit)과, 언더워터유닛(3)을 전방향 중 어느 하나의 방향으로 선회시키기 위한 선회작동장치와, 프로펠러(2)에게 회전력을 전달하기 위해 동력 전달 기구를 구비한 프로펠러 구동장치를 갖는다.

프로펠러(2)는 덕트(1) 내부에서 회전되도록 설치되어 선회형 추진장치 앞쪽의 유체를 선회형 추진장치의 뒤쪽으로 유동시켜 추력을 발생시킨다.

이렇게 추력 발생은 프로펠러(2)에 의존하고, 드릴쉽의 경우는 다수의 선회형 추진기를 이용하여 위치 및 선수각을 유지하게 된다.

덕트(1)는 프로펠러(2) 구동시 유체의 유입 및 분출 효율을 향상시키기 위해 설치되어 있으며, 특히 동적 위치 제어가 수행되는 매우 저속 조건, 예컨대 볼라드(Bollard) 조건에서 큰 추력을 내게 된다. 여기서, 볼라드(Bollard) 조건은 프로펠러(2)가 구동하더라도 선박은 거의 움직이지 않고 부유되어 있는 상태 조건을 의미할 수 있다.

또한, 유체 내 프로펠러 구동에 의한 캐비티(C)(cavity) 발생으로 인한 캐비테이션 현상은 선회형 추진장치의 대형화 추세 및 고속 회전 성능 향상에 따라 언더워터유닛(3)의 프로펠러(2)에서 더욱 심각하게 발생될 수 있다.

또한, 캐비테이션은 프로펠러(2)의 프로펠러 샤프트(PS)에게 회전력을 전달하기 위한 수직구동 샤프트(VS) 외부의 케이싱(4)에 의해 유속이 감소되는 영역에서도 발생될 수 있다.

이런 캐비테이션은 진동 및 소음을 발생시켜 덕트(1), 케이싱(4)을 따라 선체 쪽으로 전달되기도 하고, 선체 외부로 전파되어, 수중 소음 규제 문제를 일으킨다.

최근 국제적으로 수중 소음 규제 대상지역은 선속을 제한하는 등 규제가 강화되기 시작하고 있는데, 이러한 국제 규제들을 미리 예비 또는 만족시키면서도 추력을 증가시킬 수 있으면서도, 캐비테이션 및 진동을 저감시킬 수 있는 기술이 요구된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명의 목적은 익형 덕트부의 내표면에 볼록한 형상의 흡입면을 형성하고, 익형 덕트부의 외표면에 평활한 압력면을 형성한 후, 내표면을 따라 제트 유동을 형성시킴에 따라 선박의 추력 방향으로 양력을 증가시켜 추진기 전체 추력을 향상시킬 수 있는 덕트형 추진기용 추력 증가 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 익형 덕트부의 내표면의 제트 유동에 의해 프로펠러 쪽으로 유입되는 유동의 유속을 증가시킴에 따라 반류에서 속도가 감소되는 영역이 개선되어 캐비테이션 및 진동을 저감을 시킬 수 있는 덕트형 추진기용 추력 증가 장치를 제공하고자 한다.

상술한 본 발명의 목적은, 중공 구조의 익형 단면이 환형으로 연장 형성된 덕트몸체의 일단부를 추진기 케이싱의 홈에 삽입하고, 상기 덕트몸체의 타단부를 추진기 케이싱에서 연장된 지지대에 결합하고, 양력 발생 가능한 내표면에 제트 분사용 분사구가 형성된 익형 덕트부와, 선체 내에 설치되고, 물 흡입구로부터 흡입된 물을 압축시켜 상기 분사구에 고압수를 제공하는 압축기가 구비된 유체 공급장치를 포함하는 덕트형 추진기용 추력 증가 장치에 의해 달성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 유체 공급장치는 상기 물 흡입구에 배관된 흡입관과, 상기 흡입관에 연결되어 관로를 개폐시키는 밸브장치와, 상기 밸브장치의 물을 저장탱크 쪽으로 공급하는 펌프와, 상기 저장탱크에 공급된 물을 압축하여 고압수로 만드는 압축기와, 상기 압축기와 익형 덕트부의 이송출구 사이에 배관된 덕트이송관과, 물의 유속 또는 유량을 조절하도록 상기 밸브장치와 상기 펌프 및 상기 압축기의 작동을 제어하는 추력 증감 제어기를 포함할 수 있다.

본 발명의 덕트형 추진기용 추력 증가 장치는 물 제트 분사용 분사구를 구비한 중공 구조의 익형 덕트부를 구비하여, 익형 덕트부의 내표면에서 코안다 효과(coanda effect)를 발생시켜서, 캐비테이션으로 유기되는 변동압력과 소음을 저감시키면서 추진기 전체 추력을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 덕트형 추진기용 추력 증가 장치는 익형 덕트부의 형상적 특징과 제트 유동을 이용하여 양력과 항력을 발생시킨 후, 이 두 힘의 합력에 대응하는 부가 추력이 프로펠러에 의한 메인 추력에 더해져서 추진기 전체 추력을 향상 및 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 덕트형 추진기용 추력 증가 장치는 프로펠러에 유입되는 유동의 유속을 증가시킴으로서, 수직구동 샤프트의 케이싱 주변에서 발생되는 반류에서 속도가 감소되는 영역을 저감시켜 캐비테이션의 발생을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 덕트형 추진기용 추력 증가 장치는 물 제트에 의해 부가된 질량이 프로펠러 날개 끝에서 발생하는 보오텍스의 회전속도를 감쇠시킴으로서, 캐비테이션의 발생이 감소되어, 이를 통해 캐비테이션으로 유기되는 변동압력과 소음을 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 선회형 추진장치의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 덕트형 추진기용 추력 증가 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 익형 덕트부의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 익형 덕트부에서 물 제트 분사에 따른 유동장 변화를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 2에 도시된 익형 덕트부에서 물 제트 분사 유무에 따른 압력 분포의 변화를 설명하기 위한 그래프이다.

이하, 첨부한 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 덕트형 추진기용 추력 증가 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이하의 구체적인 실시예는 본 발명에 따른 덕트형 추진기용 추력 증가 장치에 대하여 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 덕트형 추진기용 추력 증가 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 덕트형 추진기용 추력 증가 장치는 선회형 또는 전방위 추진기, 덕트 프로펠러, 덕트를 구비 또는 이용하는 추진장치 중 어느 하나에 해당하는 덕트형 추진기(10)에 장착되어 사용될 수 있다.

본 발명 관련 추력 증가 장치는 물 제트 분사와 코안다 효과(coanda effect)를 발생시키기 위해, 물 제트 분사용 분사구(N)를 내표면(118)에 구비한 중공(E) 구조의 덕트몸체(109)를 갖는 익형 덕트부(110)와, 이런 익형 덕트부(110)의 중공(E)에 고압수를 제공하는 유체 공급장치(120)를 포함할 수 있다.

익형 덕트부(110)의 덕트몸체(109)는 중공(E) 구조의 익형 단면을 환형으로 연장 형성하는 덕트케이싱일 수 있다.

덕트몸체(109)의 일단부(109a)는 추진기 케이싱(16)의 홈(16a)에 삽입 및 고정될 수 있고, 이런 덕트몸체(109)의 타단부(109b)는 추진기 케이싱(16)에서 연장된 고정익단면을갖는중공샤프트형상의지지대(16b)에 결합될 수 있다.

이렇게 익형 덕트부(110)의 덕트몸체(109)는 추진기 케이싱(16)의 홈(16a)과 지지대(16b)에 고정되어 지지될 수 있다.

익형 덕트부(110)는 본 발명의 작동 효율을 위해 실험에 의해 설계된 익형을 갖거나, 기존 익형 데이터(예 : NACA 익형 등)로부터 덕트형 추진기의 규격에 따라 선택된 익형을 가질 수 있다.

익형 덕트부(110)의 내표면(118)은 기능적으로 프로펠러(19) 쪽에 형성된 흡입면을 의미할 수 있고, 구조 형상적으로 환형의 원주 형상을 갖는 익형 덕트부(110)의 안쪽 공간쪽 내주면을 의미한다. 예컨대, 익형 덕트부(110)의 내표면(118)은 본 발명에 맞게 최적화 될 수 있는 익형에 상응하게 볼록한 형상을 갖는 흡입면으로 정의될 수 있다.

또한, 익형 덕트부(110)의 외표면(119)은 상대적으로 평활한 형상을 갖는 압력면으로 정의될 수 있다. 이런 외표면(119)은 역시 구조 형상적으로, 익형 덕트부(110)의 바깥쪽 공간에 위치한 외주면에 해당 될 수 있다.

중공(E) 구조는 유체 공급장치(120)로부터 공급받는 고압수를 분사구(N)쪽으로 전달하기 위한 유동 공간을 제공할 수 있다.

이런 중공(E) 구조는 익형 덕트부(110)의 내부에서 원주 방향을 따라 환형으로 형성될 수 있다.

물 제트 분사용 분사구(N)는 익형 덕트부(110)의 앞단, 즉 전연(leading edge)쪽 내표면(118)에서 익형 덕트부(110)의 뒷단, 즉 후연(trailing edge)쪽 방향으로 통공되고 익형 덕트부(110)의 내원주 방향을 따라 환형으로 형성될 수 있다.

물 제트란 해수 등의 물을 유체 공급장치(120)로 흡입한 후, 유체 공급장치(120)에서 가압하여 익형 덕트부(110)의 중공(E) 내부에 공급할 때, 분사구(N)를 통해 분사된 고압수가 익형 덕트부(110)의 내표면(118)을 따라 고속으로 흐르는 제트 유동을 의미한다.

코안다 효과란 유체가 익형(airfoil)과 같이 곡선 처리된 표면 또는 익형 덕트부(110)의 볼록한 내표면(118)을 따라 유동함에 따라 자연적인 압력 강하와 함께 유동의 방향이 내표면(118)을 따라 굴절되는 현상을 의미한다.

본 발명에 사용할 덕트형 추진기(10)는 선회형 추진기의 기술 규격에 부합한 선회작동장치와 프로펠러 구동장치(도시 안됨)를 기본적으로 장착할 수 있다.

예컨대, 덕트형 추진기(10)는 선회작동장치에 의해 전방향 중 어느 한 방향을 향하도록 선회 가능한 추진기 케이싱(16)을 가질 수 있다.

덕트형 추진기(10)는 프로펠러 구동장치로부터 회전 가능하게 연결되어 추진기 케이싱(16) 내부에 장착된 수직구동 샤프트(17)를 가질 수 있다.

덕트형 추진기(10)는 수직구동 샤프트(17)에 의해 회전되도록 베벨 기어 등의 동력 전달 기구를 통해 연결된 프로펠러 샤프트(18)와, 프로펠러 샤프트(18)의 끝단에 장착된 프로펠러(19)를 가질 수 있다.

물 흡입구(11)는 유체 공급장치(120) 쪽으로 물을 유입 또는 흡입시키기 위한 수단으로 사용될 수 있다.

물 흡입구(11)는 추진기 케이싱(16)에서 프로펠러(19)의 반대쪽 단부에 형성되어서, 추진에 따라 물이 직접적으로 들어오도록 구성 될 수 있다.

물 흡입구(11)에는 흡입관(13)의 일단이 관통하게 배관되어 있다. 흡입관(13)의 타단은 전자변 형식의 밸브장치(121)의 유입포트에 각각 배관될 수 있다.

밸브장치(121)는 주지의 밸브 기구 또는 구조로 이루어져, 흡입관(13)의 관로를 개폐하거나, 개폐량을 조절하여 유량을 조절하는 역할을 담당하도록 구성될 수 있다.

밸브장치(121)의 배출포트에는 밸브연결배관의 일단이 결합되고, 이후 밸브연결배관의 타단에는 흡입한 물을 이송하도록 차례로 펌프(122), 저장탱크(123), 압축기(124)가 연결될 수 있다.

펌프(122), 저장탱크(123), 압축기(124) 등을 포함한 유체 공급장치(120)는 선체(9) 내부에 설치될 수 있다.

밸브장치(121)는 흡입관(13)을 개폐시키는 전자변 구조의 구동기를 가질 수 있다.

구동기는 주지의 밸브 제어 기술에서 사용되는 밸브 개폐를 위한 것으로서 추력 증감 제어기(125)에 접속될 수 있다.

추력 증감 제어기(125)는 펌프(122), 압축기(124)에 접속될 수 있고, 펌프(122) 또는 압축기(124)의 온오프를 제어하거나, 또는 압축기(124)의 작동 속도를 제어하여서, 고압수의 유속 또는 유량을 제어함에 따라 추력의 상대적 증가 또는 감소를 제어할 수 있도록 구성될 수 있다.

추력 증감 제어기(125)에는 밸브장치(121)의 개폐작동(예: 밸브 개방 또는 폐쇄 작동)을 제어하는 바와 같이, 유량 등을 제어하는 통상의 밸브제어회로가 마련될 수 있다.

이런 추력 증감 제어기(125)는 미리 정한 선박의 운항 및 작업 상태(예: 선박의 일반적인 운항 상태 또는 동적 위치 제어 상태)에 따라, 상기 펌프(122), 압축기(124), 밸브장치(121)를 제어하여, 물 제트의 유속 또는 유량을 조절할 수 있다.

펌프(122)는 펌핑 작동을 통해 물을 이송시키는 것으로서, 저장탱크(123) 또는 압축기(124) 쪽으로 공급하는 역할을 담당할 수 있다.

저장탱크(123)은 물을 미리 저장하는 저장 기능, 또는 압축기(124) 쪽의 급작스러운 출력에 대비한 보충 또는 보상 기능을 담당할 수 있다.

압축기(124)는 저장탱크(123)로부터 이송 받을 수 있게 연결된 것으로서, 물을 압축하여 고압수로 만들어 덕트이송관(111) 쪽으로 공급하는 역할을 담당할 수 있다. 압축기(124)는 유체 압축 장치를 의미할 수 있다.

덕트이송관(111)은 압축기(124)와 제1, 제2 이송출구(112, 112a) 사이에 배관될 수 있다.

덕트이송관(111) 또는 상기 흡입관(13)은 가요성 재질로 제작되어 추진기 케이싱(16)의 유한한 각도 범위 내에서 선회 가동시 절단되지 않게 구성하거나, 별도의 회전 밀폐형 조인트(도시 안됨) 또는 스위블 장비(swivel)를 덕트이송관(111) 또는 상기 흡입관(13)에 설치하여, 추진기 케이싱(16)의 선회에도 불구하고 안전하게 물을 흡입 또는 공급할 수 있도록 설계될 수 있다.

덕트이송관(111)은 선체(9)와 추진기 케이싱(16) 내측 상부를 경유한 후 덕트몸체(109)의 상부쪽 제1이송출구(112)까지 연장되거나, 분지배관(111a)을 통해 추진기 케이싱(16) 내측 하부와 지지대(16b)의 내부를 경유한 후 덕트몸체(109)의 하부쪽 제2이송출구(112a)까지 연장될 수 있다.

덕트이송관(111)과 분지배관(111a)은 추진기 케이싱(16)의 내부에서 기 설치된 기계장치 사이의 여유 공간을 이용하여 설치될 수 있다.

이런 제1, 제2 이송출구(112, 112a)는 익형 덕트부(110)의 중공(E)에 고압수를 공급하도록 형성될 수 있다.

익형 덕트부(110)의 골격 구조는 선체(9) 또는 추진기 케이싱(16)에 지지되도록 설치된 것으로서, 덕트형 추진기(10)의 기술 규격 또는 설계값에 부합하는 크기와 용량을 가질 수 있다.

이하, 유체 공급장치(120)의 작동 방법을 설명하고자 한다.

추력 증감 제어기(125)는 밸브장치(121)를 개방시켜, 물이 물 흡입구(11) 및 흡입관(13)을 통해 펌프(122) 쪽으로 유입될 수 있게 한다.

추력 증감 제어기(125)는 펌프(122)를 작동시켜, 물을 저장탱크(123) 또는 압축기(124) 쪽으로 공급한다.

이후, 추력 증감 제어기(125)는 압축기(124)를 작동시키고, 이에 의해 물의 압력을 증가시켜 고압수로 만들 수 있다.

이렇게 만들어진 고압수는 덕트이송관(111)과 제1, 제2 이송출구(112, 112a)를 통해서 익형 덕트부(110)의 중공(E) 전체에 유입될 수 있다.

중공(E)에 전달된 고압수는 익형 덕트부(110)의 분사구(N)를 통해서, 익형 덕트부(110)의 내표면(118)에서 분사되어 물 제트를 발생시킨다.

물 제트는 코안다 효과에 의해 익형 덕트부(110)의 내표면(118)에서 더욱 가속되어 제트 유동을 형성한다.

여기서, 익형 덕트부(110)의 익형 단면의 배치는 상하 대칭 형상을 갖고 있으므로, 중복 설명을 피하기 위해 어느 한쪽의 익형 단면을 기준으로 설명하되, 예컨대 도 4에서는 익형 덕트부(110)의 아래쪽 익형 단면을 보여준다.

본 발명의 도 2에 도시된 익형 덕트부(110)와 유체 공급장치(120)를 이용하여 발생되는 물 제트는 도 3에 도시된 바와 같은 분사구(N)에서 분사되어서 익형 덕트부(110)의 후연쪽으로 제트 유동을 형성할 수 있다.

본 발명의 덕트형 추진기용 추력 증가 장치는 하기에 설명할 본 발명에 의해 증가된 추력(T)(도 3 참조)을 프로펠러(19)에 의한 메인 추력에 더하여 추진기 전체 추력을 향상시킬 수 있다.

익형 덕트부(110)의 형상적 특징과 그 곳에서 분사되는 물 제트는 압력차에 따른 유체력(예: 양력, 항력)의 변화를 일으킨다. 익형 덕트부(110)에 가해진 양력(L)과 항력(D)의 합력(F)은 프로펠러의 회전 방향의 힘인 토크(Q)와 선박의 추진방향의 힘인 추력(T)으로 나눌 수 있게 된다. 익형 덕트부(110)의 형상에 의한 합력(F)의 방향이 추력을 증가시키는 쪽으로 형성되어, 덕트에 의한 부가적인 추력을 얻을 수 있게 된다.

즉, 양력(L)과 항력(D)의 합력(F)은 선박의 추진방향의 힘으로 증가된 추력이될 수 있다.

도 3을 참조하면, 상대적으로 낮은 동 압력(dynamic pressure)은 익형 덕트부(110)의 내표면(118)의 형상, 예컨대 익형 덕트부(110)에서 상대적으로 만곡되어 볼록한 형상의 흡입면에서 발생될 수 있다.

상대적으로 높은 동 압력은 익형 덕트부(110)의 외표면(119)의 형상, 예컨대 익형 덕트부(110)에서 상대적으로 평활한 형상의 압력면에서 발생될 수 있다.

이런 익형 덕트부(110)의 흡입면과 압력면간 압력차로 인해 양력(L)과 항력(D)이 발생될 수 있다.

결국 이들의 합력(F)의 방향이 선박의 추력 증가 방향으로 추력방향이 형성되어 부가적인 추력(T)이 발생한다.

도 4는 도 3에 도시된 익형 덕트부(110) 중 아래쪽 익형 단면의 유동장을 보여준다.

도 4를 참조하면, 익형 덕트부의 분사구(N)에서 분사된 물은 익형 덕트부의 내표면을 따라 코안다(Coanda) 효과를 일으켜 그의 유동이 더욱 가속되어 물 제트 또는 제트 유동이 형성될 수 있다.

이에 따라, 유동장의 측면에서, 제트 유동 주위는 그의 영향이 적은 곳에 비해 상대적으로 빠른 속도를 갖게 될 수 있다. 이는 베르누이 법칙에 따라 낮은 압력, 즉 낮은 동 압력(dynamic pressure)이 발생됨을 알 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 물 제트 분사 유무에 따른 익형 덕트부 주위의 압력 분포를 비교하여 설명한다.

(a)의 그래프를 보면, 물 제트 분사 전에는 코안다 효과에 의한 가속이 없으므로 익형 덕트부에 의해 비접촉으로 감싸진 안쪽 공간의 압력이 상대적으로 크고, 이로 인한 추력 증가 효과를 크게 기대하기 어렵다.

반면, (b)의 그래프를 보면, 물 제트 분사 후에는 유동에 의해 유도된 코안다 효과에 의해 가속된 제트 유동의 유속만큼 익형 덕트부에 의해 비접촉으로 감싸진 안쪽 공간의 압력이 감소된 것을 볼 수 있다. 또한, 익형 덕트부에 의해 비접촉으로 감싸진 안쪽 공간으로 유동의 유입이 유도되기 때문에, 익형 덕트부 바깥쪽의 압력은 상대적으로 증가하는 것을 알 수 있다.

즉, 익형 덕트부에서 정의한 흡입면의 압력은 더 낮아지고, 압력면의 압력은 더 높아져 양력이 더 증가된다. 이와 같이, 물 제트 분사에 의한 익형 덕트부의 유동장 변화는 유체력(예: 양력, 항력)의 변화를 일으킨다. 이런 양력과 항력의 합력은 선박의 추진방향의 힘인 추력을 증가시키는 쪽으로 발생시켜, 결국 추력방향의 힘도 증가하게 됨을 알 수 있다.

본 발명에서는 유체유동을 지배하는 미분방정식들을 컴퓨터를 통해 수치해석하는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 수행하여 분사된 제트에 의해 개선되는 덕트 추력을 평가할 수 있다.

그 결과, 선박의 일반적인 운항 상태에서, 익형 덕트부 측으로 유입되는 유동의 유속에 비해 4배 크기의 유속을 갖도록 물 제트를 분사하여 주었을 때, 20% 이상의 추력 작용 방향 힘이 개선되는 것을 확인할 수 있다.

동적 위치 제어(Dynamic Positioning) 상태에서 수행하는 상대적으로 낮은 속도에서는 익형 덕트부 측으로 유입되는 유동과 같은 유량의 유동을 갖도록 물 제트를 분사하여 주었을 때, 30% 이상의 추력방향의 힘이 개선되는 것을 확인할 수 있다.

익형 덕트부에 의해서 발생하는 비율이 전체 덕트형 추진기의 추력에서 작업 조건에 따라 40 ~ 90% 정도 임을 감안할 경우, 본 발명의 물 제트 분사용 분사구를 구비한 익형 덕트부에 의해서 10 ~ 20%의 덕트형 추진기 전체 추력 증감을 기대할 수 있다.

또한, 분사구를 통해 분사된 물 제트는 선체에 가깝거나 추진기 케이싱에 의해 속도가 감소되는 영역의 캐비테이션에게 영향을 줄 수 있다.

즉, 분사된 물 제트는 프로펠러의 유입류[예: 반류(wake)]를 변화시킬 수 있고, 프로펠러에 유입되는 유동의 유속을 증가시킴으로서 반류에서 속도가 감소되는 영역이 개선될 수 있고, 이로 인하여 캐비테이션의 심화를 감소시킬 수 있다.

또한, 분사된 물 제트에 의해 부가된 질량이 프로펠러 날개 끝에서 발생하는 보오텍스의 회전속도를 감쇠시킴으로서 캐비테이션의 심화를 역시 감소시킬 수 있다.

또한, 캐비테이션으로 유기되는 변동압력과 소음을 저감할 수 있다.

이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 덕트형 추진기 11 : 물 흡입구
16 : 추진기 케이싱 110 : 익형 덕트부
120 : 유체 공급장치 121 : 밸브장치
122 : 펌프 123 : 저장탱크
124 : 압축기 125 : 추력 증감 제어기

Claims (4)

1. 중공 구조의 익형 단면이 환형으로 연장 형성된 덕트몸체의 일단부를 추진기 케이싱의 홈에 삽입하고, 상기 덕트몸체의 타단부를 추진기 케이싱에서 연장된 지지대에 결합하고, 양력 발생 가능한 내표면에 제트 분사용 분사구가 형성된 익형 덕트부와,
   선체 내에 설치되고, 물 흡입구로부터 흡입된 물을 압축시켜 상기 분사구에 고압수를 제공하는 압축기가 구비된 유체 공급장치를 포함하는
   덕트형 추진기용 추력 증가 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 익형 덕트부는
   상기 분사구가 상기 익형 덕트부의 전연(leading edge)쪽 내표면에서 상기 익형 덕트부의 후연(trailing edge)쪽 방향으로 상기 중공과 통공되고 상기 익형 덕트부의 내원주 방향을 따라 환형으로 형성되는
   덕트형 추진기용 추력 증가 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 물 흡입구는 추진기 케이싱에 형성되어 있는
   덕트형 추진기용 추력 증가 장치.
   
4. 제1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유체 공급장치는
   상기 물 흡입구에 배관된 흡입관과,
   상기 흡입관에 연결되어 관로를 개폐시키는 밸브장치와,
   상기 밸브장치의 물을 저장탱크 쪽으로 공급하는 펌프와,
   상기 저장탱크에 공급된 물을 압축하여 고압수로 만드는 압축기와,
   상기 압축기와 익형 덕트부의 이송출구 사이에 배관된 덕트이송관과,
   물의 유속 또는 유량을 조절하도록 상기 밸브장치와 상기 펌프 및 상기 압축기의 작동을 제어하는 추력 증감 제어기를 포함하는
   덕트형 추진기용 추력 증가 장치.

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