KR20120134300A - Rudder for ship, control method of the rudder, and ship having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박용 러더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양력을 높이면서도 회전축의 구동부하를 줄일 수 있는 선박용 러더 및 그 제어방법과 이를 갖춘 선박에 관한 것이다. The present invention relates to a rudder for ships, and more particularly, to a rudder for ships and a control method thereof and a ship having the same which can reduce the driving load of the rotating shaft while increasing the lift.
선박의 추진기(프로펠러 등) 후방 또는 선체 하부에는 선박의 진행방향을 제어하기 위한 러더(Rudder)가 설치된다. 러더는 선체 내부의 조타기(Rudder Steering Gear)에 의해 좌현 또는 우현 측으로 회전하여 측력(Side Force)을 발생시킴으로써 선박의 선회가 이루어질 수 있도록 한다.A rudder is installed at the rear of the ship's propeller (such as a propeller) or at the bottom of the hull to control a ship's traveling direction. The rudder is rotated to the port or starboard side by a steering steering gear inside the hull to generate side force so that the ship can turn.
통상적인 러더의 단면 형상은 전후방향 중심선을 기준으로 양측이 대칭을 이룬다. 또 전연(Leading Edge)으로부터 후연(Trailing Edge) 쪽으로 갈수록 그 폭이 점차 증가하다 최대 폭부분에서 다시 후연에 이르기까지 점차 폭이 감소하는 형태이다.The cross-sectional shape of a typical rudder is symmetrical on both sides with respect to the center line in the forward and backward directions. The width gradually increases from the leading edge to the trailing edge and gradually decreases from the maximum width to the trailing edge.
이러한 러더는 회전에 의해 타각(Rudder Angle)이 증가함으로써 선박의 선회 조종을 위한 양력을 얻는다. 이때 통상적인 러더의 양력중심은 상대적으로 타각이 작을 경우 회전축의 전방에 위치하고 상대적으로 타각이 클 경우 회전축의 후방에 위치한다. 타각이 증가함에 따라 러더 후연 쪽의 압력면과 흡입면의 압력차가 커지면서(후연 쪽 양력이 커지면서) 양력중심이 후연 쪽으로 이동하기 때문이다.These rudders gain lift for steering control of the ship by increasing the Rudder Angle. At this time, the lifting center of the general rudder is located in front of the rotating shaft when the steering angle is relatively small and is located behind the rotating shaft when the steering angle is relatively large. This is because the lift center of gravity moves toward the trailing edge as the pressure difference between the rudder trailing edge and the suction side increases (as the trailing edge lift increases) as the rudder angle increases.
이러한 이유로 타각이 작을 때(양력중심이 회전축 전방에 위치할 때)는 러더가 회전하는 방향으로 토오크가 작용하므로 회전축에 걸리는 구동부하가 작다. 반면에 타각이 클 때(양력중심이 회전축 후방에 위치할 때)는 러더가 회전하는 방향과 반대로 토오크가 작용하므로 회전축에 걸리는 구동부하가 매우 커진다. For this reason, when the rudder angle is small (when the lift center is located in front of the rotating shaft), the torque is applied in the direction in which the rudder rotates, so the driving load on the rotating shaft is small. On the other hand, when the rudder angle is large (when the center of lift is located behind the rotary shaft), the torque acts against the direction in which the rudder rotates, so the driving load on the rotary shaft becomes very large.
러더의 최대 구동부하는 타각이 가장 클 때(대략 35도) 발생하는데, 선박 제조사는 이를 고려하여 조타기의 용량을 결정한다. 즉 최대 구동부하를 이기고 러더를 제어할 수 있는 정도의 힘을 가진 조타기를 적용하고 있다. 그러나 조타기는 용량이 커질수록 설치비용이 큰 폭으로 증가하기 때문에 대용량 조타기의 적용은 과도한 설치비용을 초래하는 문제가 있었다. The maximum drive load of the rudder occurs when the rudder angle is the largest (approximately 35 degrees) and the ship manufacturer takes this into account in determining the steering capacity. In other words, a steering gear with a force enough to control the rudder is overcome by the maximum drive load. However, since the installation cost increases greatly as the steering capacity increases, there is a problem that the application of the large-capacity steering system causes excessive installation cost.
또 통상적인 러더는 타각이 큰 상태에서 회전축 전방의 흡입면 측과 압력면 측의 압력차가 작을 뿐 아니라 흡입면 쪽 후방에서 유체의 실속(Stall)이 크기 때문에 선박의 선회 조종을 위한 양력을 높이는데 한계가 있었다.In addition, the general rudder increases the lifting force for maneuvering the ship because not only the pressure difference between the suction side and the pressure side in front of the rotating shaft is small, but also the stall of the fluid at the rear side of the suction side is large. There was a limit.
본 발명의 실시 예들은 타각을 크게 할 때 양력을 높이면서도 회전축에 걸리는 구동부하를 줄일 수 있도록 하는 선박용 러더 및 그 제어방법과 이를 갖춘 선박을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention to provide a rudder for ships and a control method and a ship having the same to increase the lifting force and increase the driving load on the rotating shaft while increasing the steering angle.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 회전 가능하게 설치되며 그 회전중심 전방의 양쪽 측면에 각각 하나 이상의 개구가 형성된 러더블레이드; 상기 러더블레이드가 좌현 또는 우현 측으로 회전할 때 상기 러더블레이드의 흡입면 측 개구로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구로 토출시키는 유체압송장치를 포함하는 선박용 러더가 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a rudder blade is rotatably installed on the hull and at least one opening is formed on each side of the front of the center of rotation; When the rudder blade rotates to the port or starboard side, there may be provided a rudder for ship including a fluid conveying device for sucking the fluid from the suction surface side opening of the rudder blade to discharge to the pressure surface side opening.
상기 러더는 상기 러더블레이드의 회전방향 및 타각 변화에 기초하여 상기 유체압송장치의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함할 수 있다.The rudder may further include a control device for controlling the operation of the fluid delivery device based on the rotational direction and the change in the rudder angle of the rudder blade.
상기 제어장치는 타각이 설정각도 이상일 때 상기 유체압송장치를 동작시킬 수 있다. The control device may operate the fluid delivery device when the rudder angle is greater than or equal to the set angle.
상기 유체압송장치는 상기 선체에 설치된 펌프, 상기 펌프와 상기 러더블레이드 양측 개구를 연결하는 복수의 연결유로, 상기 러더블레이드의 회전방향에 따라 상기 펌프의 흡입경로와 토출경로를 변경할 수 있도록 상기 복수의 연결유로와 연결된 유로전환장치를 포함할 수 있다. The fluid pumping device includes a plurality of connection flow paths connecting the pumps installed in the hull, the pumps and the openings of the rudder blades, and the suction paths and the discharge paths of the pumps to be changed according to the rotation direction of the rudder blades. It may include a flow path switching device connected to the connection channel.
상기 유체압송장치는 상기 러더블레이드 내에 설치된 펌프, 상기 펌프와 상기 러더블레이드 양측 개구를 연결하도록 상기 러더블레이드 내에 마련된 복수의 연결유로, 상기 러더블레이드의 회전방향에 따라 상기 펌프의 흡입경로와 토출경로를 변경할 수 있도록 상기 복수의 연결유로와 연결된 유로전환장치를 포함할 수 있다. The fluid conveying apparatus may include a pump installed in the rudder blade, a plurality of connection passages provided in the rudder blade to connect the pump and the rudder blade openings, and the suction path and the discharge path of the pump according to the rotational direction of the rudder blade. It may include a flow path switching device connected to the plurality of connection flow paths to be changed.
상기 유체압송장치는 상기 러더블레이드 내에 마련되며 그 양측이 유로에 의해 상기 러더블레이드 양측의 개구와 각각 연결된 펌프실, 상기 펌프실 내에 설치된 프로펠러, 상기 러더블레이드의 회전방향에 따라 상기 프로펠러를 정방향과 역방향으로 회전시키는 모터를 포함할 수 있다.The fluid conveying apparatus is provided in the rudder blade, both sides of which are connected to openings on both sides of the rudder blade by a flow path, propellers installed in the pump chamber, and the propeller rotated in a reverse direction according to the rotational direction of the rudder blade. It may include a motor.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체에 회전 가능하게 설치되고 그 회전중심 전방의 양쪽 측면에 각각 개구가 형성된 러더블레이드와, 러더블레이드의 한쪽 개구로부터 유체를 흡입하여 반대편 개구로 토출시키는 유체압송장치를 포함하는 선박용 러더에 있어서, 상기 러더블레이드의 회전방향 및 타각을 감지하고, 상기 타각이 설정각도 이상이면 상기 러더블레이드의 흡입면 측 개구로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구로 토출시키도록 상기 유체압송장치를 동작시키는 선박용 러더의 제어방법이 제공될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a rudder blade rotatably installed in the hull and having openings formed at both sides of the front of the center of rotation thereof, and a fluid conveying device for sucking fluid from one opening of the rudder blade and discharging the fluid to the opposite opening. In the ship rudder comprising: the rotational direction and the rudder angle of the rudder blade, and if the rudder angle is more than the set angle, the fluid transport to suck the fluid from the suction surface side opening of the rudder blade to discharge to the pressure surface side opening A control method of a marine rudder for operating the device may be provided.
상기 유체압송장치의 동작은 상기 타각이 증가할수록 점차 빨라져 유체의 토출량을 증가시키도록 제어될 수 있다.The operation of the fluid conveying apparatus may be controlled to increase gradually as the rudder angle increases to increase the discharge amount of the fluid.
본 발명의 실시 예에 따른 선박용 러더는 러더블레이드가 좌현 또는 우현 측으로 회전할 때 유체압송장치가 회전축 전방의 흡입면 측 개구로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구로 토출시킴으로써 회전축 전방의 압력면과 흡입면의 압력차를 증대시켜 러더블레이드 전연 쪽의 양력을 상승시킬 수 있다. 따라서 통상적인 러더에 비하여 선박의 선회 조종성능을 높일 수 있다.In the rudder for ship according to the embodiment of the present invention, when the rudder blade rotates to the port or starboard side, the fluid pressure device sucks fluid from the suction surface side opening in front of the rotating shaft and discharges the fluid to the pressure surface opening so that the pressure surface and suction of the rotating shaft are in front. By increasing the pressure difference between the faces, the lift on the leading edge of the rudder blade can be increased. Therefore, it is possible to improve the ship's turning maneuverability compared to the general rudder.
또 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 러더는 유체압송장치의 동작을 통해 러더블레이드의 전연과 인접하는 흡입면 측 개구 주위의 압력이 낮아지도록 할 수 있기 때문에 흡입면 쪽으로 진행하는 유체흐름이 통상적인 경우에 비하여 러더블레이드 측면에 근접하도록 할 수 있다. 그리고 이러한 현상은 흡입면 쪽 후방에서 생기는 유체의 실속(Stall)을 줄임으로써 통상적인 러더에 비하여 양력을 향상시킬 수 있다.In addition, the rudder for ships according to the embodiment of the present invention can lower the pressure around the opening of the suction surface side adjacent to the leading edge of the rudder blade through the operation of the fluid pressure device, so that the fluid flow toward the suction surface is normal It can be closer to the side of the rudder blade than the blade. And this phenomenon can improve the lift force compared to the normal rudder by reducing the stall (Stall) of the fluid generated in the rear side of the suction surface.
또 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 러더는 타각이 증가할 때 회전축 전방의 흡입면 측 개구로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구로 유체를 토출시키기 때문에 타각이 증가하는 방향으로 토오크를 발생시킬 수 있어 회전축에 걸리는 구동부하를 줄일 수 있다.In addition, the rudder for ship according to the embodiment of the present invention can generate a torque in the direction of increasing the angle of incidence because the rudder inhales the fluid from the suction side side opening in front of the rotating shaft and discharges the fluid to the pressure side side opening when the steering angle increases. The driving load on the rotating shaft can be reduced.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 선박용 러더를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 선박용 러더의 유체압송장치 유압회로도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 선박용 러더의 단면도로, 러더블레이드의 후연이 우현 측으로 회전한 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 선박용 러더의 단면도로, 러더블레이드의 후연이 좌현 측으로 회전한 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 선박용 러더의 유체압송장치 제어과정을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시 예에 따른 선박용 러더를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 제3실시 예에 따른 선박용 러더의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시 예에 따른 선박용 러더의 유체압송장치 제어과정을 나타낸 흐름도이다. 1 shows a rudder for ships according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II 'of FIG. 1.
3 is a hydraulic circuit diagram of a fluid pressure device of the rudder for ships according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view of the rudder for ships according to the first embodiment of the present invention, showing a state that the trailing edge of the rudder blade is rotated to the starboard side.
5 is a cross-sectional view of the rudder for ships according to the first embodiment of the present invention, showing a state that the trailing edge of the rudder blade is rotated to the port side.
6 is a flowchart illustrating a process of controlling a fluid pressure device of a rudder for ships according to a first embodiment of the present invention.
Figure 7 shows a rudder for ships according to a second embodiment of the present invention.
8 is a cross-sectional view of the rudder for ships according to the third embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a process of controlling a fluid pressure device of a rudder for ships according to a third embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 선박용 러더를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, 제1실시 예의 러더(10)는 선박의 선체(1) 후미에 마련된 프로펠러(2) 후방에 설치될 수 있다. 이러한 러더(10)는 선박의 종류나 사용목적에 따라 선체(1) 하부의 다른 위치에도 설치될 수 있을 것이므로 설치위치가 이에 한정되지는 않는다. 1 to 5 show a ship rudder according to the first embodiment of the present invention. As shown, the
러더(10)는 선체(1)의 후미에 고정된 고정부(20)와, 고정부(20)에 회전 가능하게 결합된 러더블레이드(30)를 구비한다. 러더블레이드(30)는 선체(1) 내부로부터 하측으로 연장된 회전축(11)에 결합되고, 회전축(11)이 선체(1) 내부의 조타기(스티어링 기어 등)에 의해 좌현 측 또는 우현 측으로 회전함으로써 선체(1)의 선회를 위한 측력(Side Force)을 발생시킨다. 여기서는 러더블레이드(30)가 고정부(20)와 회전축(11)에 의해 지지되는 세미스페이드형(Semi-Spade Type)인 경우를 예시하였으나, 러더블레이드(30)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 러더블레이드(30)는 회전축(11)에 의해서만 지지되는 풀 스페이드형(Full-Spade Type)일 수도 있다.The
러더블레이드(30)는 도 2에 도시한 바와 같이, 단면의 형상이 전후방향 중심선(X)을 기준으로 양측이 대칭을 이룬다. 즉 원호형의 전연(30a)으로부터 후연(30c) 쪽으로 갈수록 단면의 폭이 점차 증가하다 최대폭부분(30b)에서 다시 후연(30c) 쪽으로 갈수록 단면 폭이 점차 감소하는 형태이다. As shown in FIG. 2, the
또 제1실시 예의 러더(10)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 러더블레이드(30)의 양쪽 측면에 각각 형성된 하나 이상의 개구(31,32)를 구비한다. 그리고 러더블레이드(30)가 좌현 또는 우현 측으로 회전할 때 러더블레이드의 한쪽 개구(31 또는 32)로부터 유체를 흡입하여 반대편 개구(31 또는 32)로 토출시키는 유체압송장치(40)와, 이 유체압송장치(40)를 제어하는 제어부(50)를 포함한다.In addition, the
양측의 개구(31,32)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 회전축(11)으로부터 전방으로 이격된 위치, 즉 러더블레이드(30)의 전연(30a)과 인접하는 양쪽 측면에 각각 형성된다. 또 이들 개구(31,32)는 도 1과 같이 복수개가 상하방향으로 길게 배치될 수 있다. 도 1은 개구(31)의 형태가 상하로 길게 형성된 경우를 예시하였으나 그 형태가 이에 한정되는 것은 아니다. 개구는 상호 이격된 다수의 구멍이 상하 방향으로 길게 배열된 형태일 수 있다. 또 러더블레이드가 풀 스페이드형(Full-Spade Type)인 경우에는 다수의 개구가 러더블레이드 상부(도 1에서 고정부가 점유하는 위치)로부터 하부까지 배열될 수도 있다.1 and 2, the
도 1과 도 3을 참조하면, 유체압송장치(40)는 선체(1) 내에 설치되는 펌프(41), 러더블레이드(30) 양측의 개구(31,32)와 펌프(41)를 연결하는 복수의 연결유로(42,43), 러더블레이드(30)의 회전방향에 따라 펌프(41)의 흡입경로와 토출경로를 변경할 수 있도록 복수의 연결유로(42,43)에 연결된 유로전환장치(44)를 구비한다.1 and 3, the
복수의 연결유로(42,43)는 도 1에 도시한 바와 같이, 회전축(11)의 내부를 통하여 러더블레이드(30) 양측의 개구(31,32)에 각각 연결되는 배관으로 구성될 수 있다. 또 연결유로(42,43)는 도 3에 도시한 바와 같이, 하나(42)가 러더블레이드(30)의 우현 측 개구(31)와 연결되고 다른 하나(43)가 러더블레이드(30)의 좌현 측 개구(32)와 연결된다. As illustrated in FIG. 1, the plurality of
유로전환장치(44)는 두 연결유로(42,43)와 펌프(41)의 흡입 및 토출 측 배관에 연결되는 전동식 사방밸브(4 Way Valve)로 구성될 수 있다. 이는 유로전환장치(44)의 동작에 의해 펌프(41)의 토출 측이 러더블레이드(30)의 좌현 측 개구(32)에 연결됨과 동시에 흡입 측이 러더블레이드(30)의 우현 측 개구(31)에 연결되거나, 이와 반대로 연결될 수 있도록 한 것이다. 도 3에서 실선 화살표는 좌현 측 개구(32)로부터 유체를 흡입하여 우현 측 개구(31)로 토출시키는 상태의 유체흐름을 나타낸 것이다. 파선 화살표는 우현 측 개구(31)로부터 유체를 흡입하여 좌현 측 개구(32)로 토출시키는 상태의 유체흐름을 나타낸 것이다. 이러한 유체흐름은 유로전환장치(44)의 유로변경동작에 의해 구현될 수 있다.The flow
펌프(41)와 유로전환장치(44)는 도 1과 도 3에 도시한 바와 같이, 제어부(50)에 의해 동작이 제어된다. 제어부(50)는 러더블레이드(30)의 회전방향 및 타각을 감지하는 회전감지부(52)의 정보에 기초하여 펌프(41)의 구동 및 유로전환장치(44)의 유로전환동작을 제어할 수 있다. 이러한 제어부(50)는 조타기를 제어하는 제어장치와 함께 구성되거나 별도로 구성될 수 있다. 또 회전각감지부(52)는 회전축(11)의 회전방향 및 회전각을 감지하는 회전각센서 등으로 구성될 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 3, the
다음은 제1실시 예에 따른 러더(10)의 동작에 대하여 설명한다.Next, the operation of the
도 2에 도시한 바와 같이, 선박의 직진 시에는 러더블레이드(30) 양측의 유체 유동 특성이 거의 대등한 수준이므로 선박의 선회에 영향을 미치는 양력은 거의 발생하지 않는다. 그리고 도 4에 도시한 바와 같이, 러더블레이드(30)가 회전하여 타각이 증가하면, 화살표 F방향으로 양력이 발생하므로 선박이 선회한다. 타각이 증가함에 따라 러더블레이드(30)의 흡입면과 압력면의 압력차가 커지기 때문이다. As shown in FIG. 2, since the fluid flow characteristics on both sides of the
통상적인 경우 러더블레이드(30)의 양력중심(C)은 상대적으로 작은 타각(α1)일 때 회전축(11)의 전방(회전축과 전연 사이)에 위치하고, 상대적으로 큰 타각(α3)일 때 회전축(11)의 후방(회전축과 후연 사이)에 위치한다. 즉 타각이 α1일 경우에는 러더블레이드(30)의 단면형상으로 인해 양력중심(C)이 회전축(11) 전방에 위치하고, 타각이 α3일 경우(대략 35도)에는 후연(30c) 쪽의 압력면과 흡입면의 압력차가 급격히 커지기 때문에 양력중심(C)이 후연 쪽으로 이동한다. 그리고 타각이 α2(대략 10 ~ 20도)인 경우에는 양력중심(C)과 러더블레이드(30)의 회전중심이 거의 일치한다. In general, the lifting center C of the
따라서 러더블레이드(30)는 타각이 α1일 경우 양력중심(C)이 회전축(11) 전방에 위치하므로 회전축(11)이 회전하는 방향으로 토오크가 생겨 구동부하가 작게 걸린다. 반면에 큰 타각(α3)에서는 양력중심(C)이 회전축(11) 후방에 위치하므로 러더블레이드(30)가 회전하는 방향과 반대로 토오크가 생겨 회전축(11)에 큰 구동부하가 걸린다. 이는 통상적인 러더에서 발생할 수 있는 현상이다.Therefore, when the
한편, 제1실시 예의 러더(10)는 이러한 현상을 감안하여, 타각이 α2 ~ α3으로 증가할 경우 도 4에 도시한 바와 같이, 러더블레이드(30)의 흡입면 측 개구(32)로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구(31)로 토출시키도록 유체압송장치(40)가 동작한다. 이때 펌프(41)의 동작에 의한 유체 흐름은 도 3에서 실선 화살표로 나타낸 바와 같이, 러더블레이드(30)의 흡입면 측 개구(32)로부터 흡입된 후 선체(1) 내부의 유로전환장치(44)와 펌프(41)를 경유하여 러더블레이드(30)의 압력면 측 개구(31)로 토출될 수 있다.On the other hand, in view of this phenomenon, the
유체압송장치(40)가 러더블레이드(30)의 흡입면 측 개구(32)로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구(31)로 토출시키면, 회전축(11) 전방의 압력면 측(A) 압력이 상승하고 흡입면 측(B) 압력이 낮아진다. 그리고 이러한 현상은 회전축(11) 전방의 압력면과 흡입면의 압력차를 증대시켜 러더블레이드(30) 전연(30a) 쪽의 양력을 상승시키므로, 통상적인 러더에 비하여 선박의 선회 조종성능을 높여줄 수 있도록 한다. When the
또 회전축(11) 전방의 흡입면 측(B) 압력이 낮아지는 현상은 흡입면 측 유체의 흐름을 변화시켜 러더의 양력을 향상시킨다. 즉 도 4에 도시한 바와 같이, 흡입면 측 개구(32)로 유체가 흡입되면 흡입면 측 개구(32) 주위의 압력이 낮아지므로, 러더블레이드(30) 전연(30a)에서 분기되어 흡입면 쪽으로 진행하는 유체흐름이 통상적인 경우에 비하여 러더블레이드(30) 측면에 근접하도록 변한다. 그리고 이러한 유체흐름은 흡입면 쪽 후방에서 생기는 실속(Stall)을 줄여 러더블레이드(30)의 양력을 향상시킨다. In addition, the phenomenon that the pressure on the suction surface side B in front of the
또 앞서 언급한 바와 같이, 흡입면 측 개구(32)로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구(31)로 유체를 토출시키면, 타각이 증가하는 방향으로 토오크(T2)가 발생하는데, 이 토오크(T2)는 회전축(11)의 구동부하를 줄여준다. 통상적으로 큰 타각(α3)에서는 양력중심(C)이 회전축(11) 후방에 위치하는 관계로 타각이 증가하는 방향과 반대로 토오크(T1)가 생긴다. 그러나 이 토오크(T1)를 유체의 흡입 및 토출에 의해 생기는 토오크(T2)가 일부 상쇄시킴으로써 타각의 증가에도 불구하고 회전축(11)에 걸리는 구동부하를 줄일 수 있다. In addition, as mentioned above, when the fluid is sucked from the suction
도 5는 러더블레이드(30)가 좌현 측으로 회전한 상태를 나타낸 것이다. 이때는 우현 측이 흡입면이 되고 좌현 측이 압력면이 된다. 이 경우는 도 4와 반대로 유체압송장치(40)가 흡입면 측(우현 측) 개구(31)로부터 유체를 흡입하여 압력면 측(좌현 측) 개구(32)로 토출시킨다. 따라서 도 4의 상태와 실질적으로 동일하게 동작할 수 있고 동일한 효과를 얻을 수 있다.5 shows a state in which the
도 4에서 타각이 α2보다 작은 경우에는 러더블레이드(30)의 양력중심(C)이 회전축(11) 전방에 위치하므로 타각이 증가하는 방향으로 토오크가 생겨 회전축(11)에 걸리는 구동부하가 작다. 따라서 이때는 유체압송장치(40)가 동작하지 않는다. 유체압송장치(40)의 동작은 러더블레이드(30)의 회전방향 및 타각 변화에 따라 제어부(50)가 펌프(41)와 유로전환장치(44)의 동작을 제어함으로써 가능해진다. 아래에서는 유체압송장치(40)의 제어에 대하여 설명한다.In the case in which the rudder angle is smaller than α2 in FIG. 4, since the lift center C of the
도 6은 러더블레이드(30)의 회전 및 타각의 변화에 따른 유체압송장치(40)의 동작 제어를 설명하기 위한 흐름도이다. 도시한 바와 같이, 제어부(50)는 회전감지부(52)를 통해 러더블레이드(30)의 회전방향 및 타각을 감지하고(61), 타각이 미리 설정한 각도 이상인지를 판단한다(62). 6 is a flow chart for explaining the operation control of the
여기서 설정각도는 러더블레이드(30)의 양력중심(C)이 회전중심과 거의 일치하는 상황에서의 타각으로 결정할 수 있다. 예를 들어 러더블레이드(30)의 단면형상이 통상적인 경우라면 설정각도는 대략 10 ~ 20도 일 수 있다. 하지만 러더블레이드(30)의 단면형상이나 회전축(11) 위치는 선박의 설계조건에 따라 변경이 가능할 것이므로 설정각도가 반드시 이러한 범위로 한정되는 것은 아니다. Here, the set angle may be determined as the rudder angle in a situation in which the lift center C of the
단계 62에서 타각이 설정각도 미만으로 판단되면, 제어부(50)는 펌프(41)의 동작을 정지시키고(63, 정지된 상태라면 계속 정지상태를 유지하고), 다시 단계 61과 단계 62를 반복한다.If the rudder angle is determined to be less than the set angle in
단계 62에서 타각이 설정각도 이상으로 판단되면, 제어부(50)는 앞서 감지한 회전방향에 기초하여 유로전환장치(40)를 동작시킨다(64). 예를 들어 도 4와 같이 러더블레이드(30) 후연(30c)이 우현 측으로 회전한 경우, 흡입면 쪽 개구(32)로부터 유체를 흡입하여 압력면 쪽 개구(31)로 토출시킬 수 있도록 유로를 전환한다. If it is determined in
유로전환이 완료된 후에는 펌프(41)를 가동시킨다(65). 펌프(41)의 동작은 타각이 도 4의 α2 ~ α3인 범위에서 계속되도록 할 수 있다. 또 타각이 증가할수록 그 동작도 점차 빨라져 유체의 흡입 및 토출이 증가하도록 할 수도 있다. 이처럼 펌프(41)의 동작이 타각변화에 연동하여 변하도록 하면, 타각이 증가할수록 러더블레이드(30) 전연(30a) 쪽에서 생기는 토오크(T2)가 증가하여 그 만큼 회전축(11)에 걸리는 구동부하를 줄일 수 있다. After the flow path switching is completed, the
한편, 제1실시 예는 타각이 설정각도(대략 10 ~ 20도) 이상인 경우에 유체압송장치(40)가 동작하는 경우를 설명하였지만, 러더블레이드(30)의 단면형상 등 선박의 설계조건이 변할 경우에는 선박의 직진 상태를 제외한 모든 상황에서 유체압송장치(40)가 동작하도록 할 수도 있을 것이다. 이러한 경우에는 설정각도를 매우 작게 하면 될 것이다.
On the other hand, the first embodiment has described the case in which the
도 7은 제2실시 예에 따른 선박용 러더를 나타낸다. 제2실시 예에서 유체압송장치(140)는 펌프(141)와 유로전환장치(142)가 러더블레이드(130) 내에 설치되고, 복수의 연결유로(142,143) 또한 러더블레이드(130) 내에 마련된 것이다. 그 밖에 러더블레이드(30) 양측의 개구, 제어부(150), 회전감지부(152) 등의 구성 및 유체압송장치(140)의 제어동작은 제1실시 예와 실질적으로 동일하게 이루어질 수 있다.7 shows a rudder for ships according to a second embodiment. In the second embodiment, the
도 8은 제3실시 예에 따른 선박용 러더를 나타낸다. 제3실시 예에서 유체압송장치(240)는 러더블레이드(230) 내에 마련되며 그 양측이 유로(242,243)에 의해 러더블레이드(30) 양측의 개구(231,232)에 각각 연결된 펌프실(241), 펌프실(241) 내에 설치된 프로펠러(244), 그리고 러더블레이드(230)의 회전방향 변화에 따라 프로펠러(244)를 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 모터(245)를 포함한다. 제어부(250)는 러더블레이드(230)의 회전방향 및 타각을 감지하는 회전감지부(252)의 정보에 기초하여 모터(245)의 동작을 제어할 수 있다.8 shows a rudder for ships according to a third embodiment. In the third embodiment, the
제3실시 예에서 제어부(250)는 도 9에 도시한 바와 같이, 회전감지부(252)를 통해 러더블레이드(230)의 회전방향 및 타각을 감지하고(261), 타각이 미리 설정한 각도 이상인지를 판단한다(262). 그리고 타각이 설정각도 미만으로 판단되면, 프로펠러(244)를 구동하는 모터(245)의 동작을 정지시키고(263, 정지된 상태라면 계속 정지상태를 유지하고), 다시 단계 261과 단계 262를 반복한다.In the third embodiment, as shown in FIG. 9, the
단계 262에서 타각이 설정각도 이상으로 판단되면, 제어부(250)는 앞서 감지한 회전방향에 기초하여 프로펠러(244)를 구동하는 모터(245)를 가동시킨다(264). 즉 흡입면 쪽 개구(231 또는 232)로부터 유체를 흡입하여 압력면 쪽 개구(232 또는 231)로 토출시킬 수 있도록 펌프실(241) 내의 프로펠러(244)를 동작시킨다. 제3실시 예도 타각이 증가할수록 모터(245)의 동작을 점차 빠르게 하여 유체의 흡입 및 토출이 증가하도록 할 수 있다. If it is determined in
10: 러더, 11: 회전축,
20: 고정부, 30: 러더블레이드,
31,32: 개구, 40: 유체압송장치,
41: 펌프, 42,43: 연결유로,
44: 유로전환장치, 50: 제어부,
52: 회전감지부. 10: rudder, 11: axis of rotation,
20: fixed part, 30: rudder blade,
31, 32: opening, 40: fluid conveying device,
41: pump, 42, 43: connection flow path,
44: flow path switching device, 50: control unit,
52: rotation detection unit.
Claims (9)
상기 러더블레이드가 좌현 또는 우현 측으로 회전할 때 상기 러더블레이드의 흡입면 측 개구로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구로 토출시키는 유체압송장치를 포함하는 선박용 러더.A rudder blade rotatably installed on the hull and having at least one opening formed at both sides of the front of the center of rotation thereof;
And a fluid conveying apparatus for sucking fluid from the suction face side opening of the rudder blade and discharging the fluid to the pressure face side opening when the rudder blade rotates to the port or starboard side.
상기 러더블레이드의 회전방향 및 타각 변화에 기초하여 상기 유체압송장치의 동작을 제어하는 제어장치를 더 포함하는 선박용 러더.The method of claim 1,
And a control device for controlling the operation of the fluid delivery device based on the rotational direction and the change of the steering angle of the rudder blade.
상기 제어장치는 타각이 설정각도 이상일 때 상기 유체압송장치를 동작시키는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.The method of claim 2,
The control device is a rudder for ships, characterized in that for operating the fluid pressure device when the rudder angle is more than the set angle.
상기 유체압송장치는 상기 선체에 설치된 펌프, 상기 펌프와 상기 러더블레이드 양측 개구를 연결하는 복수의 연결유로, 상기 러더블레이드의 회전방향에 따라 상기 펌프의 흡입경로와 토출경로를 변경할 수 있도록 상기 복수의 연결유로와 연결된 유로전환장치를 포함하는 선박용 러더.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The fluid pumping device includes a plurality of connection flow paths connecting the pumps installed in the hull, the pumps and the openings of the rudder blades, and the suction paths and the discharge paths of the pumps to be changed according to the rotation direction of the rudder blades. A rudder for ships comprising a flow path switching device connected to a connection flow path.
상기 유체압송장치는 상기 러더블레이드 내에 설치된 펌프, 상기 펌프와 상기 러더블레이드 양측 개구를 연결하도록 상기 러더블레이드 내에 마련된 복수의 연결유로, 상기 러더블레이드의 회전방향에 따라 상기 펌프의 흡입경로와 토출경로를 변경할 수 있도록 상기 복수의 연결유로와 연결된 유로전환장치를 포함하는 선박용 러더.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The fluid conveying apparatus may include a pump installed in the rudder blade, a plurality of connection passages provided in the rudder blade to connect the pump and the rudder blade openings, and the suction path and the discharge path of the pump according to the rotational direction of the rudder blade. A rudder for ships comprising a flow path switching device connected to the plurality of connection flow paths so as to be changed.
상기 유체압송장치는 상기 러더블레이드 내에 마련되며 그 양측이 유로에 의해 상기 러더블레이드 양측의 개구와 각각 연결된 펌프실, 상기 펌프실 내에 설치된 프로펠러, 상기 러더블레이드의 회전방향에 따라 상기 프로펠러를 정방향과 역방향으로 회전시키는 모터를 포함하는 선박용 러더.4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The fluid conveying apparatus is provided in the rudder blade, both sides of which are connected to the openings on both sides of the rudder blade by a flow path, propellers installed in the pump chamber, and the propeller rotated in a forward and reverse direction according to the rotation direction of the rudder blade. Marine rudder comprising a motor to let.
상기 러더블레이드의 회전방향 및 타각을 감지하고,
상기 타각이 설정각도 이상이면 상기 러더블레이드의 흡입면 측 개구로부터 유체를 흡입하여 압력면 측 개구로 토출시키도록 상기 유체압송장치를 동작시키는 선박용 러더의 제어방법.And a rudder blade rotatably mounted on the hull and having openings formed at both sides of the front of the center of rotation thereof, and a fluid conveying device for sucking fluid from one opening of the rudder blade and discharging it to the opposite opening. In
Detect the rotation direction and the steering angle of the rudder blade,
And controlling the fluid conveying apparatus to suck the fluid from the suction face side opening of the rudder blade and discharge the fluid to the pressure face side opening when the rudder angle is equal to or greater than a set angle.
상기 유체압송장치 동작은 상기 타각이 증가할수록 점차 빨라져 유체의 토출량을 증가시키도록 제어하는 선박용 러더의 제어방법.9. The method of claim 8,
The control method of the rudder rudder is controlled to increase the discharge amount of the fluid is gradually faster as the rudder angle increases.
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