KR20120058632A

KR20120058632A - Ducted Pre-Swirl Stator

Info

Publication number: KR20120058632A
Application number: KR1020100072052A
Authority: KR
Inventors: 장영훈; 전동수; 김용수; 최영복
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-06-08
Also published as: KR101684367B1

Abstract

PURPOSE: A pre-swirl stator having a duct and a method for fixing a duct are provided to maximize propelling efficiency of a ship through an eccentric arrangement for optimal joint between ducts by varying incident angles of fluid flowing into a propeller. CONSTITUTION: A pre-swirl stator having a duct comprises a duct(16) and a supporting structure. The duct is joined with a free end of the pre-swirl stator. The supporting structure fixes the duct to a hull. The center of the duct is eccentric from a center(X) of a propeller(12) to a right upward facing from a stern part to a stem part. The supporting structure comprises an upper supporting structure(18a) and a lower supporting structure. The upper supporting structure connects the upper outer surface of the duct and the lower part of the hull. The lower supporting structure connects the lower inner surface of the duct and the lower part of a stern boss part.

Description

Ducted Pre-Swirl Stator with Duct < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 덕트를 구비한 전류고정날개에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전류고정날개와 덕트 사이의 최적 결합을 위한 배치를 매개로 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있도록 하는 덕트를 구비한 전류고정날개에 관한 것이다.The present invention relates to a current-carrying blade having a duct, and more particularly, to a current-carrying blade having a duct for improving the propulsion efficiency of the ship through an arrangement for optimal coupling between the current- .

일반적으로 선박의 선미부에서 추진기의 전방에는 방사상으로 배치되는 다수의 전류고정날개(Pre-Swirl Stator)가 설치되는 바, 상기 전류고정날개는 추진기의 전방에서 추진기로 향하는 유체의 유입각을 변경하여 추진기의 추진 효율을 향상시키는 것으로 회전방향의 운동에너지 손실을 회수하는 장치이다.In general, a plurality of pre-swirl stator radially disposed in front of the propeller is installed at the stern of the ship. The current stabilizing vane changes the inflow angle of the fluid from the front of the propeller to the propeller, And is a device for recovering kinetic energy loss in the rotational direction by improving the propulsion efficiency of the propeller.

그러나 종래 전류고정날개는 자체 캐비테이션에 의한 블레이드의 손상 및 블레이드 끝단부에서 발생하는 팁 보오텍스 캐비테이션에 의한 추진기의 손상 문제를 초래할 수 있고, 전류고정날개로 인한 추진기 면에서의 반류 증가는 추진기의 회전 속도를 저하시킴으로 인해 이를 고려한 추진기의 재설계가 수반되어야 하므로 기 운항 선박에 대한 전류고정날개 장치의 적용에는 많은 제약이 있다.However, the conventional current stabilization blade may cause damage to the blade due to its own cavitation and damage to the propeller due to tip vortex cavitation generated at the blade tip, and the increase of the rebound at the propeller plane due to the current- Because of the speed reduction, it is necessary to redesign the propulsion system considering this, so there are many restrictions on the application of the current fixed wing device to the ship operating on the ship.

또한, 전류고정날개의 블레이드 끝단부를 연결하는 원통 형상의 덕트는 추진기의 작동시 발생되는 흡입 작용에 의해 추진기의 전방 유체를 가속함으로부터 덕트 자체에 발생하는 선박 진행 방향으로의 부가 추력과 추진기의 전방 유체를 가속 정류하여 추진 효율의 향상과 추진기의 기진력을 감소시키는 장치이다. 그러나 원통형 덕트에서는 그 크기가 대형화될 경우 구조적 손상 문제 발생 가능성이 높고, 구조적 안전성의 확보에 많은 어려움이 있다.In addition, a cylindrical duct connecting the blade end of the current-stabilizing blade accelerates the forward fluid of the propeller due to the suction action generated during the operation of the propeller, and the additional thrust to the ship forward direction generated in the duct itself, It improves the propulsion efficiency by accelerating and rectifying the fluid and reducing the propulsion force of the propeller. However, if the size of the cylindrical duct is enlarged, there is a high possibility of a structural damage problem, and there is a great difficulty in securing the structural safety.

이에 따라, 종래에는 다양한 형태의 전류고정날개와 덕트의 구조를 제안하는 기술이 있었으나, 전류고정날개와 덕트의 최적 결합을 통해 추진효율을 극대화시키고 덕트의 구조적 안정성을 보다 적극적으로 확보할 수 있는 기술은 개발되지 못한 실정이다.Accordingly, in the past, there has been proposed a structure of various types of current-stabilizing vanes and ducts. However, a technology capable of maximizing the propulsion efficiency through more optimal combination of the current-stabilizing vanes and the ducts and more positively securing the structural stability of the ducts Has not been developed.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 추진기로 유입되는 유체의 유입각을 변경시켜 추진효율을 향상시키는 전류고정날개와 추진기의 전방 유체를 가속 정류하여 추진효율을 향상시키는 덕트 사이의 최적 결합을 위한 형상 및 배치 상태를 구현하여 선박의 추진효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a duct for improving the propulsion efficiency by accelerating and rectifying the forward fluid of the propeller, And to maximize the propulsion efficiency of the ship by implementing the shape and arrangement state for optimal coupling between the ship and the ship.

또한, 본 발명은 전류고정날개와 덕트 사이의 최적 배치를 통해 추진기에서 발생하는 캐비테이션에 의한 손상을 줄임과 더불어 캐비테이션에 의해 발생되는 선박의 진동을 최소화하고, 선체에 대한 덕트의 구조적 지지 강성을 보다 효율적으로 확보하는 데 그 목적이 있다.In addition, the present invention minimizes the damage caused by cavitation generated in the propeller, and minimizes the vibration of the ship caused by cavitation, by optimizing the arrangement between the current-carrying wing and the duct, This is the purpose of securing it efficiently.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선체의 선미부에서 추진기의 축방향 중심에 대해 방사상으로 배치되는 적어도 하나 이상의 전류고정날개와, 상기 전류고정날개의 외측 자유단부와 결합되는 원통형상의 덕트 및, 상기 덕트를 선체에 대해 고정되도록 설치하는 지지 구조물을 구비하고, 상기 덕트의 중심은 상기 추진기의 중심을 기준으로 선미부에서 선수부를 향해 우상향의 방향으로 편심되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an electric power steering system including at least one current fixing vane disposed radially with respect to an axial center of a propeller at a stern portion of a hull, a cylindrical duct coupled with an outside free end of the current fixing vane, And a supporting structure for fixing the duct to the hull, wherein the center of the duct is eccentric in the right-upward direction from the stern to the forefront with respect to the center of the propeller.

상기 추진기의 중심에 대한 상기 덕트의 중심의 편심 정도는 상기 추진기의 직경(Dp)을 기준으로 상방향 편심량(Hc)은 0＜Hc＜0.3*Dp이고, 우방향 편심량(Bc)은 0＜Bc＜0.2*Dp이며, 상기 덕트의 내경(Dd)은 상기 추진기의 직경에 대해 0.5*Dp≤Dd≤1.0*Dp인 것을 특징으로 한다.The degree of eccentricity of the center of the duct with respect to the center of the propeller is 0 <Hc <0.3 * Dp with respect to the diameter Dp of the propeller, and the rightward eccentricity Bc is 0 <Bc <0.2 * Dp, and the inner diameter (Dd) of the duct is 0.5 * Dp? Dd? 1.0 * Dp with respect to the diameter of the propeller.

상기 덕트는 전연부의 내면부에 20도 내지 30도 범위의 경사 곡선부와, 후연부의 내면부에 2도 내지 6도 범위의 경사 직선부 및, 상기 경사 곡선부와 상기 경사 직선부 사이에서 상기 전류고정날개의 자유단부를 결합하는 수평 직선부를 구비하고, 상기 경사 곡선부와 상기 경사 직선부가 갖는 경사각은 각각 상기 수평 직선부의 연장선을 기준으로 설정되는 것을 특징으로 한다.Wherein the duct has an inclined curved portion in the range of 20 to 30 degrees on the inner surface portion of the leading edge portion, an inclined straight portion in the range of 2 to 6 degrees in the inner surface portion of the rearward portion, and the inclined curved portion in the inclined curved portion and the inclined straight portion, And a horizontal straight portion connecting the free ends of the current fixing vanes. The inclination angle of the inclined curve portion and the inclined straight portion is set with reference to an extension of the horizontal straight portion.

상기 경사 곡선부와 상기 수평 직선부 및 상기 경사 직선부의 길이는 상기 덕트의 코드 길이를 기준으로 각각 0.4배와 0.2배 및 0.4배로 설정되고, 상기 덕트의 후연부 끝단부와 상기 추진기의 블레이드 중심선 사이의 선체 길이방향 간극(H)은 상기 추진기의 직경을 기준으로 0.1Dp≤H≤0.3Dp 인 것을 특징으로 한다.The length of the inclined curve portion, the horizontal straight line portion and the inclined straight line portion is set to 0.4 times, 0.2 times, and 0.4 times, respectively, based on the cord length of the duct, and between the rear end portion of the duct and the blade center line Is in the range of 0.1 Dp? H? 0.3 Dp based on the diameter of the propeller.

상기 지지 구조물은 상기 덕트의 외면부와 선체의 하부 사이를 연결하는 상부 지지 구조물과, 상기 덕트의 내면부와 스턴 보스부의 하부 사이를 연결하는 하부 지지 구조물로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The support structure includes an upper support structure for connecting the outer surface of the duct to a lower portion of the hull, and a lower support structure for connecting the inner surface of the duct and the lower portion of the stern boss.

상기 전류고정날개는 상기 추진기의 중심에 대해 좌현 2개와 우현 1개 또는 좌현 2개와 우현 2개로 배치되고, 상기 좌/우현의 전류고정날개중 적어도 한 쌍은 상기 추진기의 중심에 대해 수평하게 배치되고, 나머지 전류고정날개는 상기 추진기의 수평중심에 대해 상방향으로 경사지게 배치되는 것을 특징으로 한다.Wherein the current-stabilizing vane is disposed at two ports and one starboard or two ports and two starboards with respect to the center of the propeller, and at least one pair of the current-stabilizing vanes of the left and right starboards are disposed horizontally with respect to the center of the propeller , And the remaining current fixing vanes are arranged to be inclined upward with respect to the horizontal center of the propeller.

본 발명에 따른 덕트를 구비한 전류고정날개에 의하면, 선박의 항주시 추진기의 전방에 설치되어 추진기로 유입되는 유체의 유입각을 변경시켜 추진효율을 향상시키는 전류고정날개와 추진기의 전방에서 추진기로 유입되는 유체의 유동을 가속 정류하여 추진효율을 향상시키는 덕트 사이의 최적 결합을 위한 편심 배치를 통해 선박의 추진효율을 극대화시킬 수 있게 된다.According to the present invention, there is provided a current stabilizing blade having a current stabilizing blade installed in front of a propeller of a ship to change the inflow angle of a fluid flowing into the propeller to improve propulsion efficiency, It is possible to maximize the propulsion efficiency of the ship through the eccentric arrangement for the optimal coupling between the ducts which accelerate and rectify the flow of the incoming fluid and improve the propulsion efficiency.

또한, 본 발명은 전류고정날개와 덕트 사이의 최적 배치 구조를 구현하여 추진기에서 발생하는 캐비테이션의 발생볼륨을 축소하고, 이를 통해 선체로 전달되는 추진기의 변동압력을 줄여 선박의 진동을 최소화할 수 있게 된다.In addition, the present invention realizes an optimum arrangement structure between a current-carrying blade and a duct to reduce the volume of cavitation generated in the propeller, thereby minimizing the vibration of the ship by reducing the fluctuating pressure of the propeller transmitted to the ship do.

도 1은 본 발명에 따른 덕트를 구비한 전류고정날개의 설치상태를 도시한 사시도.
도 2a,2b는 덕트를 구비한 전류고정날개의 설치상태를 도시한 측면도와, 덕트를 절단하여 전류고정날개와 덕트 및 선체 사이의 결합상태를 도시한 도면.
도 3과 도 4는 각각 도 1과 도 2에 도시된 전류고정날개와 덕트 사이의 배치관계를 설명하기 위해 선미부에서 선수부를 향해 바라본 정면도.
도 5는 추진기의 중심과 덕트의 중심 사이의 편심 정도를 도시한 도면.
도 6은 추진기의 중심으로부터 편심된 덕트의 배치관계로부터 전류고정날개의 각 블레이드 길이를 도시한 도면.
도 7은 덕트의 단면을 도시한 도면.
도 8은 전류고정날개만을 설치한 경우와 전류고정날개와 덕트를 동시에 구비한 경우에 있어 반류 분포를 비교한 그래프.
도 9는 전류고정날개만을 설치한 경우와 전류고정날개와 덕트를 동시에 구비한 경우에 있어 캐비테이션의 발생 정도를 비교한 그래프.
도 10은 전류고정날개와 덕트가 없는 경우와 전류고정날개만을 설치한 경우 및 전류고정날개와 덕트를 동시에 구비한 경우에 있어 추력의 증가량과 변동압력을 각각 비교한 그래프.
도 11은 추진기의 중심에 대해 덕트의 중심을 상방향으로 편심한 경우에 있어 반류 분포를 비교한 그래프.
도 12는 추진기의 중심에 대해 덕트의 중심을 우상향의 방향으로 편심한 경우에 있어 반류 분포를 비교한 그래프.
도 13은 덕트의 단면 형상에 따른 유속 변화의 분포를 도시한 도면.
도 14는 덕트의 후연부 끝단부와 추진기 중심선 사이의 간극에 따른 정류 효과를 비교한 그래프.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a state where an electric current fixing blade having a duct according to the present invention is installed. FIG.
FIGS. 2A and 2B are side views showing the installation state of a current fixing blade having a duct, and FIGS. 2A and 2B are views showing a state of coupling between a current fixing blade and a duct and a hull by cutting the duct.
FIGS. 3 and 4 are front views of the stator and the fore end of the stator shown in FIG. 1 and FIG. 2, respectively, for explaining the arrangement relationship between the current fixing wing and the duct.
5 is a view showing the degree of eccentricity between the center of the propeller and the center of the duct;
6 shows the length of each blade of a current-carrying blade from the arrangement relationship of ducts eccentric from the center of the propeller;
7 is a cross-sectional view of a duct.
8 is a graph comparing a half-current distribution in the case where only the current-stabilizing vanes are provided, and in the case where the current-stabilizing vanes and the duct are provided at the same time.
Fig. 9 is a graph comparing the occurrence of cavitation in the case where only the current fixing wing is provided and the case where the current fixing wing and the duct are provided at the same time.
10 is a graph comparing the increase amount of the thrust with the fluctuation pressure in the case where the current fixing wing and the duct are not provided, only the current fixing wing is installed, and the current fixing wing and the duct are provided at the same time.
FIG. 11 is a graph comparing the half-current distribution when the center of the duct is eccentric upwardly with respect to the center of the propeller.
12 is a graph comparing a half-current distribution when the center of the duct is eccentric in the upward direction with respect to the center of the propeller.
13 is a view showing a distribution of a change in flow velocity according to a cross-sectional shape of a duct;
FIG. 14 is a graph comparing the rectification effect according to the gap between the rear end portion of the duct and the center line of the propeller.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying exemplary drawings.

도면에 도시된 바와 같이, 선체의 선미부에 위치하는 스턴 보스부(10)에 추진기(12)가 기관으로부터 제공되는 구동력에 의해 회전 가능하게 설치되고, 상기 추진기(12)의 전방에 추진기(12)의 축방향 중심(X)에 대해 전류고정날개(14)가 방사상으로 배치되며, 상기 전류고정날개(14)의 둘레에는 전류고정날개(14)의 외측 자유단부를 내주면에 결합시키는 원통형상의 덕트(16)가 설치된다.As shown in the drawing, a stern boss unit 10 located at a stern of a hull is rotatably installed by a driving force provided from an engine, and a propeller 12 A current-carrying blade 14 is disposed radially with respect to the axial center X of the current-carrying blade 14 and a cylindrical duct 14 is provided around the current-carrying blade 14 to couple the free- (16).

이 경우, 상기 전류고정날개(14)는 상기 추진기(12)의 중심(X)에 대해 방사상으로 적어도 하나 이상으로 설치되는 블레이드로 이루어지는 바, 예컨대 상기 전류고정날개(14)는 상기 추진기(12)의 중심(X)에 대해 좌현 2개와 우현 1개 또는 좌현 2개와 우현 2개 등 다양한 형태로 배치될 수 있다. 즉, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 좌/우현의 전류고정날개(14)중 적어도 한 쌍은 상기 추진기(12)의 중심(X)에 대해 수평하게 배치되고, 나머지 전류고정날개(14)는 상기 추진기(12)의 중심(X)을 지나는 수평선에 대해 상방향으로 대략 45도의 각도로 경사지게 배치된다.In this case, the current fixing vane 14 is made up of at least one or more blades installed radially with respect to the center X of the propeller 12. For example, The center can be arranged in various forms such as two ports and one starboard or two ports and two starboards. 3 and 4, at least one pair of the left and right current fixing vanes 14 is disposed horizontally with respect to the center X of the propeller 12, (14) is disposed obliquely at an angle of approximately 45 degrees upward with respect to a horizontal line passing through the center (X) of the propeller (12).

상기 덕트(16)는 선체에 대해 지지 구조물(18)을 매개로 고정되도록 설치되는 데, 상기 지지 구조물(18)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 덕트(16)의 외면부와 선체의 하부 사이를 연결하는 상부 지지 구조물(18a)과, 상기 덕트(16)의 내면부와 상기 스턴 보스부(10)의 하부 사이를 연결하는 하부 지지 구조물(18b)로 이루어진다.The duct 16 is fixed to the hull through a support structure 18. The support structure 18 may be formed as an outer surface of the duct 16 as shown in FIGS. An upper support structure 18a connecting the lower portions of the hull and a lower support structure 18b connecting between the inner surface of the duct 16 and the lower portion of the stern boss 10. [

도 5는 본 발명에 있어서 상기 추진기(12)의 중심(X)과 상기 덕트(16)의 중심(Y) 사이의 편심 정도를 도시하고 있는 바, 우회전 방식인 통상의 추진기(12)에 있어 상기 추진기(12)의 중심(X)에 대해 상기 덕트(16)의 중심(Y)은 선미부에서 선수부를 향한 방향을 기준으로 볼 때 우상향의 방향으로 편심된다. 이때, 상기 추진기(12)의 중심(X)에 대한 상기 덕트(16) 중심(Y)의 편심량은 0＜Hc＜0.3*Dp이고, 0＜Bc＜0.2*Dp이다. 이 경우, Dp는 상기 추진기(12)의 직경이고, Hc는 상기 추진기(12)의 중심(X)으로부터 상기 덕트(16)의 중심(Y)에 이르는 상방향 편심량이며, Bc는 상기 추진기(12)의 중심으로부터 상기 덕트(16)의 중심(Y)에 이르는 우방향 편심량이다.5 shows the degree of eccentricity between the center X of the propeller 12 and the center Y of the duct 16 according to the present invention. In the normal propeller 12, The center Y of the duct 16 with respect to the center X of the propeller 12 is eccentric in the upward direction with respect to the direction from the stern section toward the bow. At this time, the eccentricity amount of the center Y of the duct 16 with respect to the center X of the propeller 12 is 0 <Hc <0.3 * Dp and 0 <Bc <0.2 * Dp. In this case, Dp is the diameter of the propeller 12, Hc is the upward eccentric amount from the center X of the propeller 12 to the center Y of the duct 16, Bc is the eccentricity of the propeller 12 To the center (Y) of the duct (16).

또한, 상기 덕트(16)의 내경(Dd)은 상기 추진기(12)의 직경(Dp)에 대해 0.5*Dp≤Dd≤1.0*Dp로 설정된다. 이에 따라, 상기 추진기(12)의 중심(X)을 기준으로 상기 덕트(16)의 중심(Y)에 대한 편심 정도가 결정되고, 상기 덕트(16)의 내경(Dd)이 상기 추진기(12)의 직경(Dp)에 대해 상기 범위(0.5*Dp≤Dd≤1.0*Dp)내로 설정되면, 상기 전류고정날개(14)의 각 블레이드가 가지는 길이(D1,D2,D3)는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 스턴 보스부(10)의 외주면으로부터 상기 덕트(16)의 내주면에 이르기까지 종속적으로 결정된다. 또한, 상기 각 전류고정날개(14)는 상기 스턴 보스부(10)의 외주면에서 상기 추진기(12)의 축방향 중심(X)을 기준으로 방사상으로 배치되면, 각각의 블레이드는 상기 추진기(12)의 중심(X)에 대해 수평하게 배치됨과 더불어 상기 추진기(12)의 중심(X)을 지나는 수평선에 대해 상방향으로 경사지게 배치된다.The inner diameter Dd of the duct 16 is set to 0.5 * Dp? Dd? 1.0 * Dp with respect to the diameter Dp of the propeller 12. The degree of eccentricity of the duct 16 with respect to the center Y of the duct 16 is determined based on the center X of the propeller 12 and the inner diameter Dd of the duct 16 is greater than the inner diameter Dd of the propeller 12, The lengths D1, D2 and D3 of the respective blades of the current fixing blade 14 are set to be within the range (0.5 * Dp? Dd? 1.0 * Dp) As determined from the outer peripheral surface of the stern boss portion 10 to the inner peripheral surface of the duct 16 as shown in FIG. When each of the current fixing vanes 14 is disposed radially with respect to the axial center X of the propeller 12 at the outer circumferential surface of the stern boss portion 10, And is arranged obliquely upward with respect to a horizontal line passing through the center X of the propeller 12.

도 7은 상기 덕트(16)의 단면을 도시하는 바, 상기 덕트(16)는 단면의 전연부와 후연부의 끝단에 각각 봉재(16a)를 내장하고서 상기 봉재(16a)를 기준으로 내/외측 부위에서 판재를 접합하여 이루어지는 중공물의 형태로 제작된다. 이에 따라 상기 덕트(16)는 상기 봉재(16a)를 매개로 판재를 보다 용이하게 접합할 수 있게 된다.7 shows a cross section of the duct 16. The duct 16 has a tubular member 16a at the front end and a rear end of the tubular member 16 and has an inner side / And is formed in the form of a hollow body formed by joining a plate material to a part of the plate. Accordingly, the duct 16 can more easily join the plate material through the rod 16a.

이 경우, 상기 덕트(16)는 내면부에서 전연부로부터 후연부에 이르도록 경사 곡선부(16b)와 수평 직선부(16c) 및 경사 직선부(16d)를 각각 순차적으로 일체로 형성하도록 절곡된다. 상기 수평 직선부(16c)는 상기 전류고정날개(14)의 외측 자유단부가 접합되는 부위로서 상기 추진기(12)의 축방향 중심(X)에 대해 평행하게 형성되어 있어 상기 전류고정날개(14)와의 결합을 용이하게 한다. 이때, 상기 덕트(16)의 외면부는 상기 경사 곡선부(16b)의 자유단부와 상기 경사 직선부(16d)의 자유단부 사이를 직선의 형태로 연결하도록 형성된다.In this case, the duct 16 is bent so as to integrally form the inclined curved portion 16b, the horizontal straight portion 16c and the inclined straight portion 16d so as to sequentially reach the rear edge from the front edge portion in the inner surface portion . The horizontal rectilinear section 16c is formed in parallel with the axial center X of the propeller 12 as a portion to which the free end of the current fixing vane 14 is joined, Lt; / RTI > At this time, the outer surface of the duct 16 is formed as a straight line connecting the free end of the inclined curve portion 16b and the free end of the inclined straight portion 16d.

또한, 상기 경사 곡선부(16b)와 상기 수평 직선부(16c) 및 상기 경사 직선부(16d)의 수평길이(L1,L2,L3; 수평 직선부의 연장선을 기준으로 함)는 상기 덕트(16)의 코드(chord) 길이를 기준으로 각각 0.4배와 0.2배 및 0.4배의 길이로 갖도록 설정된다.The horizontal lengths L1, L2, and L3 of the inclined curved portion 16b, the horizontal straight line portion 16c, and the inclined straight line portion 16d, Are set to have a length of 0.4 times, 0.2 times, and 0.4 times, respectively, on the basis of the chord length of the input signal.

이때, 상기 경사 곡선부(16b)가 가지는 경사각(α)은 선체의 선수부를 향하는 상기 덕트(16)의 전연부의 내면부에서 상기 수평 직선부(16c)의 연장선을 기준으로 볼 때 대략 20도 내지 30도 범위의 완만한 각도로 설정되고, 상기 경사 직선부(16d)가 가지는 경사각(β)은 선체의 선미부를 향하는 상기 덕트(16)의 후연부의 내면부에서 상기 수평 직선부(16c)의 연장선을 기준으로 볼 때 대략 2도 내지 6도 범위로 설정된다.The inclination angle a of the inclined curved portion 16b is approximately 20 degrees or more when viewed from the extension line of the horizontal straight portion 16c at the inner surface portion of the leading edge portion of the duct 16 toward the forefront of the hull. And the inclination angle beta of the inclined straight line portion 16d is set to a gentle angle in the range of 30 degrees to the horizontal straight line portion 16c at the inner surface portion of the rear edge portion of the duct 16 facing the stern portion of the hull. And is set in a range of about 2 to 6 degrees with respect to the extension line.

이에 따라, 상기 덕트(16)의 전연부에서 상기 경사 곡선부(16b)가 가지는 경사각(α)은 상기 덕트(16)의 내부로 유체의 원활한 유입을 유도하여 유체의 유입부에서 압력 강하를 통한 유속의 상승을 초래하게 되고, 상기 덕트(16)의 후연부에서 상기 경사 직선부(16d)가 가지는 경사각(β)은 유체의 유출부에서 상승된 유속을 갖는 유체가 상기 추진기(12)를 향해 유입될 수 있도록 하여 상기 덕트(16)의 흐름가속 정류작용에 의한 상기 추진기(12)에서의 기진력 저감에 기여하게 된다.The angle of inclination a of the inclined curved portion 16b at the front edge of the duct 16 induces smooth inflow of the fluid into the duct 16, The inclination angle beta of the inclined straight line portion 16d at the rear edge of the duct 16 causes the fluid having the flow rate increased at the outlet of the fluid to flow toward the propeller 12 Thereby contributing to reducing the excitation force in the propeller 12 by the flow accelerating and rectifying action of the duct 16.

상기 덕트(16)의 후연부 끝단부와 상기 추진기(12)의 블레이드 중심선 사이에서 형성되는 선체 길이방향 간극(H)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 덕트(16)가 상기 추진기(12)의 블레이드와의 간섭을 회피할 수 있는 최소 이격거리를 확보하면서 상기 추진기(12)의 직경(Dp)을 기준으로 최대 0.3배를 초과하지 않도록 설정된다. 즉, 상기 간극(H)의 최소 이격거리는 상기 추진기(12)의 직경(Dp)을 기준으로 0.1배 이상이다. 또한, 상기 간극(H)의 최대 이격거리는 상기 추진기(12)의 직경(Dp)을 기준으로 0.3배 이하인 바, 이와 같은 최대 이격거리의 설정은 상기 덕트(16)에 의한 흐름가속 정류작용의 효과가 감소되지 않도록 하기 위함이다.The duct longitudinal gap H formed between the rear end portion of the duct 16 and the blade center line of the propeller 12 is formed by the duct 16 extending from the propeller 12, (Dp) of the propeller (12) while ensuring a minimum clearance distance for avoiding interference with the blades of the blade (12). That is, the minimum clearance distance of the clearance H is 0.1 times or more based on the diameter Dp of the propeller 12. The maximum clearance distance of the clearance H is 0.3 times or less based on the diameter Dp of the propeller 12. The setting of the maximum clearance distance is not limited to the effect of the flow accelerated rectifying action by the duct 16 Is not reduced.

이하, 본 발명에 따른 덕트를 구비한 전류고정날개의 작동 및 효과를 설명한다.Hereinafter, the operation and effects of the current fixing vane having the duct according to the present invention will be described.

전술한 바와 같이, 선체의 선미부에 위치한 스턴 보스부(10)의 외주면에 방사상으로 다수의 전류고정날개(14)를 설치하고, 상기 추진기(12)의 중심(X)으로부터 우상향의 방향으로 편심된 위치에 덕트(16)의 중심(Y)을 위치시킴과 더불어 상기 덕트(16)를 상기 전류고정날개(14)의 자유단부와 결합되도록 설치하며, 상기 덕트(16)는 선체와 스턴 보스부(10)에 대해 지지 구조물(18)을 매개로 견고하게 설치하면, 상기 전류고정날개(14)로부터 추진기(12)로 유입되는 유체의 유입각을 변화시켜 유체의 운동에너지 손실을 줄이고, 상기 덕트(16)로부터 축방향 운동에너지를 증대시켜 추진기(12)에 의한 추진효율의 향상을 극대화시킬 수 있게 된다.As described above, a plurality of current fixing vanes 14 are radially provided on the outer circumferential surface of the stern boss portion 10 located at the stern portion of the hull, and eccentrically arranged in the upward direction from the center X of the propeller 12 And the duct 16 is connected to the free end of the current fixing vane 14. The duct 16 is connected to the hull and the stern boss 14. In addition, (14) to the propeller (12) to reduce the kinetic energy loss of the fluid, and the duct (14) is connected to the duct It is possible to maximize the improvement of the propulsion efficiency by the propeller 12 by increasing the axial kinetic energy from the propeller 16.

이때, 상기 추진기(12)의 중심(X)으로부터 상기 덕트(16)의 중심(Y)을 우상향의 방향으로 편심시키는 것은, 상기 추진기(12)에서 캐비테이션이 주로 발생되는 부위가 선미부에서 선수부를 향해 추진기(12)의 중심(X)을 기준으로 11시 내지 3시 영역이기 때문이고, 이 영역에서 유속을 가속시켜 캐비테이션을 줄이기 위함인 것이다.Eccentricity of the center (Y) of the duct (16) from the center (X) of the propeller (12) to the upward direction is such that the portion where cavitation is mainly generated in the propeller (12) This is because it is the 11 to 3 o'clock region with respect to the center X of the propeller 12 in order to accelerate the flow velocity in this region to reduce cavitation.

이는 도 8에서 선미부의 스턴 보스부(10)에 전류고정날개(14)만을 설치한 경우와 전류고정날개(14)와 함께 덕트(16)를 우상향의 방향으로 편심되게 설치한 경우에 있어 반류의 분포를 비교한 그래프를 참조하면 보다 명확하게 이해된다. 이 경우, 상기 추진기(12)의 중심(X)에 대한 상기 덕트(16)의 중심(Y)의 상방향 편심량(Hc)과 우방향 편심량(Bc)은 각각 전술한 바와 같이 설정된다.This is because in the case where only the current fixing vanes 14 are provided in the stern boss portion 10 of the stern portion in FIG. 8 and the duct 16 is provided eccentrically in the right upward direction together with the current fixing vanes 14, It can be understood more clearly by referring to the graph comparing the distributions. In this case, the upward eccentricity amount Hc and the rightward eccentricity amount Bc of the center Y of the duct 16 with respect to the center X of the propeller 12 are set as described above.

도 8에서 전류고정날개(14)만을 설치한 경우(적색도시)와 전류고정날개(14)와 함께 덕트(16)를 우상향의 방향으로 편심되게 설치한 경우(청색도시)에 있어, 상기 추진기(12)의 축방향 반류의 속도분포(Vx)는 블레이드 반경 50% 영역과 70% 영역에서 각각 전류고정날개(14)와 함께 덕트(16)를 우상향의 방향으로 편심되게 설치한 경우가 전류고정날개(14)만을 설치한 경우에 비해 대략 15% 정도의 유속이 상승하는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.In the case where the duct 16 is provided eccentrically in the upward direction (blue color) together with the current fixing vanes 14 (red circles) and the current fixing vanes 14 (blue circles) in FIG. 8, 12 are arranged such that the duct 16 is eccentrically arranged in the right-upward direction together with the current fixing vanes 14 in the blade radius 50% area and the 70% area, The effect of increasing the flow velocity by about 15% can be obtained as compared with the case where only the heat exchanger 14 is provided.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이 전류고정날개(14)만을 설치한 경우와 전류고정날개(14)와 덕트(16)를 동시에 설치한 경우에 있어 캐비테이션의 발생 정도를 비교해 보면, 상기 덕트(16)는 상기 전류고정날개(14)의 끝단부를 감싸도록 설치되어 있어 유체의 흐름가속 정류작용을 하여 캐비테이션의 발생 부피를 대략 60% 정도 감소시키게 된다. 이때, 상기 덕트(16)는 지지 구조물(18)을 매개로 선체와 스턴 보스부(10)에 견고하게 결합됨으로써 덕트(16)의 구조적 안전성은 더욱 향상될 수 있게 된다.9, in the case where only the current fixing vane 14 is provided, and the current fixing vane 14 and the duct 16 are installed at the same time, when the degree of occurrence of cavitation is compared, Is installed so as to surround the end portion of the current fixing vanes 14, thereby performing a flow accelerating and rectifying operation of the fluid, thereby reducing cavitation generation volume by about 60%. At this time, the duct 16 is firmly coupled to the hull and the stern boss portion 10 via the support structure 18, so that the structural safety of the duct 16 can be further improved.

이 결과, 상기 추진기(12)에서의 기진력은 대략 50% 정도 저감될 수 있고, 이를 통해 캐비테이션의 발생으로부터 선체에 전달되는 진동이 저감되어 선체의 진동 성능을 개선할 수 있게 된다. 이는 도 10에서 전류고정날개(14)와 덕트(16)가 없는 경우와 전류고정날개(14)만을 설치한 경우 및 전류고정날개(14)와 덕트(16)를 동시에 구비한 경우에 있어 추력의 증가량과 변동압력을 각각 비교한 그래프로부터 명확하게 이해될 수 있다. 즉, 상기 전류고정날개(14)의 회전 방향 에너지 손실 회수와 덕트의 부가추력 발생 및 유입류 가속은 추진기의 전체 추력을 증가시키고, 또한 상기 덕트(16)는 추진기(12)에서의 변동압력을 감소시키는 기능을 수행한다.As a result, the exciting force in the propeller 12 can be reduced by about 50%, and the vibration transmitted to the hull from the occurrence of cavitation is reduced, thereby improving the vibration performance of the hull. 10 shows the case where the current fixing vane 14 and the duct 16 are not provided and only the current fixing vane 14 is provided and when the current fixing vane 14 and the duct 16 are provided at the same time, It can be clearly understood from the graph comparing the increase amount and the fluctuation pressure, respectively. That is, the number of revolutions in the rotational direction of the current-stabilizing vane 14, the additional thrust generation of the duct, and the acceleration of the inflow flow increase the overall thrust of the propeller, and the duct 16 also increases the fluctuation pressure in the propeller 12 .

또한, 상기 추진기(12)의 중심(X)에 대해 상기 덕트(16)의 중심(Y)을 상방향으로 편심시킨 경우와, 상방향과 우방향으로 모두 편심시킨 경우에 있어, 상기 추진기(12)에서 축방향 반류의 속도분포(Vx)를 각각 비교해 보면 도 11과 도 12에 도시된 바와 같다.In the case where the center Y of the duct 16 is eccentric upwardly with respect to the center X of the propeller 12 and both are eccentric both upward and rightward, , The velocity distribution (Vx) of the axial direction counterflow is as shown in Figs. 11 and 12, respectively.

부연하자면, 선체의 선미부에서 회전방향이 우회전인 통상의 추진기(12)의 경우에 있어 회전 구간이 -10~50도인 영역, 즉 선체의 선미부에서 선수부를 향해 추진기(12)의 중심(X)을 기준으로 11~3시 사이의 영역에서 캐비테이션이 주로 발생하므로, 이 구간에서 추진기(12)로 유입되는 유체의 축방향 속도 성분을 증가시키기 위해 상기 덕트(16)의 중심(Y)을 상기 추진기(12)의 중심(X)으로부터 우상향의 방향으로 편심되게 설정한 것이다.In other words, in the case of a conventional propeller 12 in which the rotational direction of the propeller 12 is right-angled at the stern portion of the hull, the rotational center of the propeller 12 in the region of -10 to 50 degrees, Since the cavitation is mainly generated in the region between 11 and 3 o'clock on the basis of the axial center velocity Y of the duct 16 in order to increase the axial velocity component of the fluid flowing into the propeller 12, And is eccentrically set in the direction of the upward direction from the center X of the propeller 12. [

이 결과, 상기 추진기(12)의 회전 구간중 -10~50도인 영역에서 상기 추진기(12)로 유입되는 유체의 축방향 속도 성분이 증가될 수 있어 캐비테이션의 발생 정도를 줄일 수 있게 되고, 이에 따라 상기 추진기(12)에서 발생되는 캐비테이션에 의해 선체로 유기되는 변동압력을 저감시킬 수 있게 된 것이다.As a result, the axial velocity component of the fluid flowing into the propeller 12 in the region of -10 to 50 degrees of the rotation section of the propeller 12 can be increased, thereby reducing the occurrence of cavitation, The fluctuation pressure induced in the hull by the cavitation generated in the propeller 12 can be reduced.

즉, 본 발명에서 덕트(16)의 중심(Y)을 추진기(12)의 중심(X)에 대해 우상향의 방향으로 편심되게 하여 추진기 유입 속도 분포를 개선한 것은 도 11에서 추진기(12)의 중심(X)에 대해 덕트(16)의 중심(Y)을 상방향으로 편심시킨 경우와, 도 12에서 추진기(12)의 중심(X)에 대해 덕트(16)의 중심(Y)을 상방향과 우방향으로 모두 편심시킨 경우에 있어 상기 추진기(12)에서 축방향 반류의 속도분포(Vx)를 각각 비교해 보면 알 수 있다.That is, in the present invention, the center Y of the duct 16 is eccentrically eccentric with respect to the center X of the propeller 12 to improve the propeller inflow velocity distribution, The center Y of the duct 16 is eccentric upward relative to the center X of the propeller 12 and the case where the center Y of the duct 16 is directed upward relative to the center X of the propeller 12 in Fig. And the velocity distribution Vx of the axial direction of the propeller 12 when they are all eccentric to the right direction.

먼저, 도 11은 덕트(16)의 중심(Y)이 편심되지 않은 경우와 상방향으로 편심된 경우에 있어 축방향 반류의 속도분포(Vx)를 도시하고 있는 데, 추진기(12)의 회전구간중 0도 부근에서 상방향으로 편심된 경우가 편심되지 않은 경우에 비해 축방향 속도가 증가됨을 알 수 있다. 이에 반해 추진기(12)의 회전구간중 50도 부근에서 상방향으로 편심된 경우가 편심되지 않은 경우에 비해 축방향 속도가 감소됨을 알 수 있다.11 shows the velocity distribution Vx of the axial direction counterflow when the center Y of the duct 16 is not eccentric and when it is eccentric upward, It can be seen that the axial velocity is increased in the case of being eccentric in the upward direction in the vicinity of 0 degree, compared with the case of not being eccentric. On the other hand, it can be seen that the axial velocity is reduced in the case of being eccentric up to about 50 degrees in the rotation section of the propeller 12, as compared with the case where it is not eccentric.

또한, 도 12는 덕트(16)의 중심(Y)이 상방향으로만 편심된 경우와 우상향의 방향으로 모두 편심된 경우에 있어 축방향 반류의 속도분포(Vx)를 도시하고 있는 데, 이 경우, 추진기(12)의 회전구간중 50도 부근에서 우상향의 방향으로 편심된 경우가 상방향으로만 편심된 경우에 비해 축방향 속도가 증가됨을 알 수 있다.12 shows the velocity distribution Vx of the axial direction counterflow in the case where the center Y of the duct 16 is eccentric only in the upward direction and in the case of eccentricity in the right upward direction, , It can be seen that the axial velocity is increased compared with the case where the eccentricity is eccentric in the upward direction at about 50 degrees in the rotation section of the propeller 12,

따라서, 본 발명에서와 같이 덕트(16)의 중심(Y)을 추진기(12)의 중심(X)에 대해 상방향 및 우방향으로 각각 편심시킬 경우에는 편심시키지 않은 경우와 상방향으로만 편심시킨 경우에 비해 각각 축방향 속도가 증가함을 알 수 있고, 이러한 추진기(12)의 유입류에 대한 축방향 속도 성분의 증가는 캐비테이션의 발생 정도를 줄임과 더불어 선체의 변동압력을 저감하게 되는 것이다. 특히 추진기(12)의 유입류에 대한 축방향 속도 성분의 증가가 수반되는 영역이 추진기(12)의 회전구간중 캐비테이션이 주로 발생하는 영역으로 집중됨으로써 그 효과는 극대화되는 것이다.Therefore, when the center Y of the duct 16 is eccentric to the center X of the propeller 12 in the upward direction and the right direction, respectively, as in the present invention, The increase in the axial velocity component with respect to the inflow of the propeller 12 reduces the occurrence of cavitation and reduces the fluctuating pressure of the hull. The effect is maximized because the region where the axial velocity component increases with respect to the influent of the propeller 12 is concentrated in the region where the cavitation mainly occurs during the rotation section of the propeller 12.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 덕트(16)의 단면에 있어, 전연부의 경사 곡선부(16b)가 가지는 경사각(α)은 상기 덕트(16)의 내부로 유체의 원활한 유입을 유도하여 유속의 증가를 도모하고, 후연부의 경사 직선부(16d)가 가지는 경사각(β)은 상기 덕트(16)를 거친 유체가 상기 추진기(12)를 향해 유입될 수 있도록 하여 상기 덕트(16)의 흐름가속 정류작용을 하여 상기 추진기(12)에서 기진력을 저감시키게 되는 데, 이는 도 13에 도시된 유속 변화로부터 알 수 있다. 즉 단면의 형상으로부터 비교한 유속의 변화를 살펴보면, 본 발명의 덕트(16;도 13의 우측 단면)는 내면측 후연부에 위치한 경사 직선부(16d)가 가지는 경사각(β)을 매개로 상기 덕트(16) 내부에서의 유속을 상승시킬 수 있는 데, 이러한 기능은 덕트의 내면측 후연부가 직선의 형태로 형성된 종래 덕트(도 13의 좌측 단면)에 비해 대략 5% 정도의 유속 증가 효과를 달성할 수 있고, 이와 같은 유속의 증가는 덕트(16)의 흐름가속 정류작용에 의한 추진기(12)에서의 캐비테이션의 발생을 억제시켜 기진력을 저감시키게 된다. 참고로 도 13에서 등고선의 형태로 표시된 부위는 덕트(16)의 내부에서 선체의 축방향을 향한 유속에 있어 등속 영역를 나타낸 것으로, 특히 적색부위의 영역은 유속중 최고 영역에 해당하는 부위를 의미하고, 청색부위는 유속중 상대적으로 최저영역에 해당하는 부위를 의미한다.7, the inclination angle a of the inclined curved portion 16b of the leading edge portion of the cross section of the duct 16 induces smooth inflow of the fluid into the duct 16, And the angle of inclination beta of the oblique linear portion 16d of the rear edge portion allows the fluid flowing through the duct 16 to flow toward the propeller 12, The accelerating and rectifying action is performed to reduce the excitation force in the propeller 12, which can be known from the flow velocity change shown in Fig. That is, the duct 16 (the right side in FIG. 13) of the present invention has the inclination angle? Of the inclined straight line portion 16d located on the inner rear side, It is possible to increase the flow velocity inside the duct 16, and this function achieves a flow velocity increasing effect of about 5% as compared with the conventional duct (the left side section in FIG. 13) in which the inner surface side edge portion of the duct is formed in the form of a straight line Such an increase in the flow velocity suppresses the occurrence of cavitation in the propeller 12 due to the flow accelerating and rectifying action of the duct 16, thereby reducing the excitation force. In FIG. 13, the contour line represents the constant velocity region in the axial direction of the hull within the duct 16. In particular, the region of the red region corresponds to the highest region of the flow velocity , And the blue region refers to a region corresponding to the lowest region of the flow velocity.

또한, 상기 덕트(16)의 후연부 끝단부와 상기 추진기(12)의 중심선 사이의 간극(H)에 따른 정류 효과는 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 간극(H)이 추진기(12)의 직경(Dp) 대비 0.3배 미만일 때 최대 효과를 얻을 수 있음을 보여 주고 있다. 즉, 상기 간극(H)이 추진기(12)의 직경(Dp) 대비 0.3배 이상이면 0.2배인 경우에 비해 속도분포(Vx)가 급격하게 감소하게 되고, 이는 추진 효율과 변동압력 저감 효과의 저하를 입증하는 것이다. 이에 따라, 본 발명에서 상기 덕트(16)의 후연부 끝단부와 상기 추진기(12)의 중심선 사이의 간극(H)은 추진기(12)와 덕트(16) 사이의 간섭을 회피할 수 있는 최소 거리와 유속 저하를 초래하지 않는 최대 거리 사이의 범위내에서 설정된 것이다.The rectifying effect of the gap H between the rear end portion of the duct 16 and the center line of the propeller 12 is as shown in FIG. And the maximum effect is obtained when the diameter is less than 0.3 times the diameter (Dp). That is, when the gap H is 0.3 times or more as large as the diameter Dp of the propeller 12, the velocity distribution Vx is drastically reduced as compared with the case where the gap H is 0.2 times, It is to prove. The gap H between the rear end portion of the duct 16 and the center line of the propeller 12 in the present invention is the minimum distance that can avoid the interference between the propeller 12 and the duct 16 And the maximum distance which does not cause the flow velocity to decrease.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limited to the particular details of the embodiments set forth herein. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

10: 스턴 보스부
12: 추진기
14: 전류고정날개
16: 덕트
18: 지지 구조물
X: 추진기의 중심
Y: 덕트의 중심
Hc: 상방향 편심량
Bc: 우방향 편심량10: Stern Boss Department
12: Propeller
14: Fixed blade
16: Duct
18: support structure
X: center of thrust
Y: Center of the duct
Hc: Upward eccentricity
Bc: Right eccentricity

Claims

At least two current fixing vanes 14 radially disposed with respect to the center X of the propeller 12 at the stern of the hull and a cylindrical duct (not shown) associated with the free end of the current fixing vane 14 And a support structure (18) for fixing the duct (16) to the hull so that the center (Y) of the duct (16) And the support structure 18 has an upper support structure 18a connecting between the upper outer portion of the duct 16 and the lower portion of the hull 16 and a lower support structure 18b connecting the upper portion of the duct 16 to the lower portion of the duct 16. [ And a lower support structure (18b) connecting between the inner surface portion and the lower portion of the stern boss portion (10).