KR20120139397A - 워터젯 타력장치를 구비한 선박 - Google Patents

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Abstract

워터젯 타력장치를 구비한 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 타력장치를 구비한 선박은, 선체와; 상기 선체의 진행 방향을 제어하도록 상기 선체에 회동 가능하게 결합되는 러더와; 전방에서 볼 때 상기 러더의 후단부 양측면에 각각 형성되며, 워터젯(waterjet)을 분사하는 노즐부; 및 상기 러더 내부에 형성된 배관을 통해 상기 노즐부에 물을 공급하는 물공급부를 포함할 수 있다.

Description

워터젯 타력장치를 구비한 선박 {SHIP HAVING WATERJET RUDDER}
본 발명은 워터젯 타력장치를 구비한 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 추진력을 발생시키는 추진기와 이 추진기로부터 발생된 추진력을 이용하여 선박의 진행방향을 조정하는 방향타(즉, 러더)를 포함한다.
방향타는 선체에 대해 회전 가능하게 설치되며, 프로펠러로부터 발생된 추진력의 작용방향을 변경하여 선박의 진행방향을 조정한다.
특히, 단면 형상이 물고기 형상을 닮은 방향타를 피쉬테일(fish-tail) 러더라고 하며, 이러한 러더의 특징은 전단부에서 후단부로 갈수록 단면의 폭이 좁아지다가 꼬리부분에서 다시 두꺼워진다.
이런 러더는 단면의 두께가 얇아지다가 두꺼워지는 부분에서 물의 흐름이 가속화되어 러더의 양력이 증가하는 효과가 있다.
그러나, 이러한 러더는 꼬리부분의 두께가 두꺼움으로 인해 선박이 운항 시 엔진의 추력을 감소시키는 저항으로 작용한다.
본 발명의 실시예는 러더의 후단부에서 워터젯을 분사함으로써 피쉬테일 러더와 같이 물의 흐름을 가속화시킬 수 있으며, 러더의 양력을 증가시킬 수 있는 워터젯 타력장치를 구비한 선박을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체와; 상기 선체의 진행 방향을 제어하도록 상기 선체에 회동 가능하게 결합되는 러더와; 전방에서 볼 때 상기 러더의 후단부 양측면에 각각 형성되며, 워터젯(waterjet)을 분사하는 노즐부; 및 상기 러더 내부에 형성된 배관을 통해 상기 노즐부에 물을 공급하는 물공급부를 포함하는 워터젯 타력장치를 구비한 선박이 제공된다.
상기 노즐부는 상기 워터젯의 형상이 워터커튼 형상이 되도록 상기 러더의 상단부에서 하단부까지 설치될 수 있다.
상기 물공급부는 상기 선체의 내부에 설치되고, 상기 배관은 러더 스톡 내부에 삽입될 수 있다.
상기 물공급부는 상기 러더 내부에 설치될 수 있다.
상기 물공급부는 상기 러더 외측면에 형성된 홀을 통해 해수를 공급받거나 러더 스톡 내부에 삽입된 상기 배관을 통해 물을 공급받을 수 있다.
상기 물공급부는 펌프를 포함할 수 있다.
상기 워터젯 타력장치를 구비한 선박은 상기 노즐부로 공급되는 물의 양, 분사 방향 및 압력 중 어느 하나 이상을 제어하도록 상기 물공급부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 러더의 후단부에서 워터젯을 분사함으로써 피쉬테일 러더와 같이 물의 흐름을 가속화시킬 수 있으며, 이를 통해 러더의 양력을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 타력장치가 구비된 선박을 나타낸 측면도.
도 2 및 도 3은 도 1의 A-A단면을 기준으로 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 타력장치가 구비된 선박의 작동상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 타력장치가 구비된 선박에서 러더가 회동할 때의 노즐부의 작동 상태를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 워터젯 타력장치를 구비한 선박을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 타력장치가 구비된 선박을 나타낸 측면도이다.
본 발명에서의 선박은, FPSO(floating production storage offloading), FSRU (floating storage and regasification unit)와 같은 부유식 해양 구조물 뿐만 아니라, 자항능력을 가지고 추진가능한 선박을 모두 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(100)은 선체(1), 러더(110), 노즐부(120), 물공급부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 선박(100)은 러더(110)의 후단부 양측면에 각각 형성된 노즐부(120)를 통하여 워터젯(waterjet)을 분사함으로써 피쉬테일(fish-tail) 러더와 같이 물의 흐름을 가속화시킬 수 있으며, 이를 통해 러더(110)의 양력을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 러더(110)의 타력(즉, 조정성능)을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 러더(110)를 거의 사용하지 않는 조건(예를 들어, 고속으로 운항할 경우)에서는 노즐부(120)에서 워터젯을 분사하지 않기 때문에 러더(110)가 일반적인 러더와 동일한 단면을 형성하게 된다. 즉, 본 실시예에 따른 러더(110)에서는 종래의 피쉬테일 러더의 후단부, 즉 꼬리 부분에서 발생할 수 있는 저항 증가에 따른 추력 감소가 없다.
이러한 러더(110)는 선체(1)의 선미부에 배치될 수 있다. 러더(110)는 선체의 진행 방향을 제어하기 위한 것으로, 추진 프로펠러(10)의 후류에 대해 받음각을 가질 때 러더(110)의 몸체에 작용하는 양력의 수직성분을 회두력으로 이용하여 선박(100)의 진행방향을 조정한다.
본 실시예에 따른 러더(110)는, 도 1에 도시된 바와 같이 전가동타 타입(full-spade rudder type)으로서 익형 단면을 갖는다.
이외에도, 비록 도시되지는 않았으나, 본 실시예에 따른 러더(110)는 예를 들어 혼타(horn type rudder)와 같은 다양한 러더에 적용될 수 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 A-A단면을 기준으로 본 실시예에 따른 워터젯 타력장치가 구비된 선박(100)의 작동상태를 나타낸 도면이다.
여기서, 도 2는 러더(110)의 후단부 양측면에 각각 형성된 노즐부(120)에서 제트 유동이 분사되는 상태를 나타낸 도면이며, 도 3은 제트 유동의 분사가 멈춘 상태에서 러더(110)가 앞으로 전진하는 상태를 나타낸 도면이다.
노즐부(120)는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 선체(1)의 전방에서 볼 때 러더(110)의 후단부 양측면에 각각 형성될 수 있다. 노즐부(120)는 워터젯(즉, 제트 유동)을 분사하는 장치로서 도 1에 도시된 바와 같이 적어도 하나 이상의 노즐이 일렬 또는 다수열로 러더(110)의 후단부 양측면에 각각 형성될 수 있다.
이때, 노즐부(120)에서 분사되는 워터젯의 형상이 워터커튼(water curtain) 형상이 되도록, 노즐부(120)는 러더(110)의 상단부에서 하단부까지 설치되며, 이런 노즐부(120)에서 워터커튼과 같은 유체막이 분사될 수 있다. 즉, 노즐부(120)는 러더(110)의 상단부에서 하단부까지 긴 형태로 하나가 설치될 수 있으며, 다수개의 노즐부가 일렬 또는 다수열로 설치될 수 있다.
노즐부(120)에서 워터젯이 분사되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 물 유동의 형상이 피쉬테일(fish-tail) 러더와 같은 물고기 모양을 형성하게 된다.
이 경우, 러더(110)의 전방에서 러더(110)의 표면을 따라 유입된 물이 노즐부(120)가 설치된 러더(110)의 후단부에서 워터젯의 표면을 따라 외측으로 유도된다.
특히, 러더(110)의 후단부에서 워터젯의 표면을 따라 물의 흐름이 빨라지게 되는데, 이는 러더(110)의 양력을 증가시키는 효과가 있다. 결과적으로, 러더(110)의 타력(즉, 조정성능)을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 선박(100)이 고속으로 운항할 때에는 노즐부(120)가 작동을 멈추게 되며, 이때 러더(110)의 횡단면 형상은 일반적인 러더와 동일한 단면을 가지게 된다. 이 경우, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 러더(110)의 후단부는 종래의 피쉬테일 러더에서 볼 수 있는 러더 단면의 증가가 없음으로 저항 증가에 따른 추력 감소가 발생하지 않는다.
이외에도, 노즐부(120)로부터 분사되는 유체의 양을 조절함으로써 이에 수반되는 추가적인 추력을 얻을 수 있으며, 결과적으로 이때 발생하는 추력만큼 주 엔진(미도시)의 부담을 줄일 수 있다.
한편, 도 4는 본 실시예에 따른 워터젯 타력장치가 구비된 선박(100)에서 러더(110)가 회동할 때의 노즐부(120)의 작동 상태를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 선박(100)의 진행 방향을 틀고자(즉, 선회하고자) 러더(110)를 회동시키는 경우, 선박(100)의 진행 방향에 따라 러더(110)의 후단부 양측면에 각각 형성된 노즐부(120) 중 한쪽 측면에 형성된 노즐부(120)만 작동시킴으로써 러더(110)의 러더 스톡(rudder stock, 112)에 작용하는 스티어링 토오크를 감소시키는 효과가 있다.
즉, 선박(100)이 예를 들어 시계 방향으로 선수 방향을 틀 경우, 러더(110)는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 이 경우, 러더(110)의 러더 스톡(112)에는 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 반시계 방향으로 회전한 러더(110)가 제자리로 회전하지 못하도록 스티어링 토오크가 강하게 걸리는데, 이런 힘은 러더 스톡(112)에 응력으로 작용한다.
이 경우, 도 4의 큰 화살표에서 알 수 있듯이, 러더(110)의 후단부 왼쪽 측면에 형성된 노즐부(120)를 작동시킴으로써, 상기 노즐부(120)에서 분사된 워터젯이 러더(110)를 반시계 방향으로 밀어주는 추력을 발생하게 된다.
이와 같이 러더 스톡(112)에 반시계 방향으로 작용하는 추력으로 인해, 러더 스톡(112)에 작용하는 스티어링 토오크를 감쇠시킬 수 있다.
이는, 러더 스톡(112)의 피로 파괴 또는 기계적 마모를 최소화할 수 있으며, 장비의 수명을 연장시키는 효과가 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 물공급부(130)는 노즐부(120)에 물을 고압으로 공급하는 장치이다. 이를 위해, 러더(110) 내부에는 노즐부(120)와 물공급부(130) 간을 서로 이어주는 배관(132)이 설치되어 있다.
본 실시예의 경우, 물공급부(130)는 도 1에 도시된 바와 같이 선체(1) 내에 설치될 수 있다. 이 경우, 배관(132)은 러더 스톡(112)의 외부에 설치될 수도 있으며 내부에 설치될 수도 있다. 배관(132)이 러더 스톡(112) 내부에 설치되는 경우, 러더 스톡(112)의 내부에는 별도의 관통홀(미도시)이 형성되어 관통홀(미도시) 내부에 배관이 삽입될 수 있다.
이외에도, 비록 도시되지는 않았으나, 물공급부(130)는 러더(110) 내에 배치될 수도 있다. 물공급부(130)가 러더(110) 내에 배치될 경우, 물공급부는(130)는 러더 스톡(112) 내부에 삽입된 배관(132)을 통해 선체(1) 등 외부로부터 물을 공급받을 수 있다.
또한, 비록 도시되지는 않았으나, 러더(110)의 외측면에 별도로 홀(미도시)이 형성되고, 상기 홀(미도시)을 통해 유입된 해수가 물공급부(130)로 공급될 수도 있다.
구체적으로, 물공급부(130)는 펌프를 포함하여 구성될 수 있다. 펌프는 노즐부(120)에서 워터젯이 분사될 수 있도록 물에 압력을 가하여 노즐부(120)로 공급하는 역할을 한다.
이 경우, 물공급부(130)는 상기 압축된 물을 노즐부(120)로 선택적으로 공급하는 제어밸브(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 워터젯 타력장치를 구비한 선박(100)은, 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.
제어부(140)는 노즐부(120)로 공급되는 물을 제어하도록 물공급부(130)를 제어하는 장치이다.
제어부(140)는 사용자의 조작에 따른 전기적 신호를 전달받아 펌프에 동작 신호를 인가함으로써 노즐부(120)로 공급되는 물의 양, 분사 방향 및 압력 중 어느 하나 이상을 제어할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 러더의 후단부 양측면에 각각 형성된 노즐부를 통하여 워터젯을 분사함으로써 피쉬테일 러더와 같이 물의 흐름을 가속화시킬 수 있으며, 이를 통해 러더의 양력을 증가시킬 수 있다. 결과적으로, 러더의 타력(즉, 조정성능)을 향상시킬 수 있다.
또한, 러더를 거의 사용하지 않는 조건(예를 들어, 고속으로 운항할 경우)에서는 노즐부에서 워터젯을 분사하지 않기 때문에 본 실시예에 따른 러더가 일반적인 러더와 동일한 단면을 형성하게 된다. 즉, 본 실시예에 따른 러더에서는 종래의 피쉬테일 러더의 후단부, 즉 꼬리 부분에서 발생할 수 있는 저항 증가에 따른 추력 감소가 없다.
또한, 러더를 거의 사용하지 않는 조건(예를 들어, 고속으로 운항할 경우)에서 워터젯의 양을 조절하여 분사함으로써 메인 엔진의 부하를 감소시키고 추가 추력을 발생시킬 수 있다.
또한, 러더의 후단부 양측면에 각각 형성된 노즐부 중 한쪽 측면에 형성된 노즐부만 작동시킴으로써, 러더의 러더 스톡에 작용하는 스티어링 토오크를 감소시키는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 선체 10 : 추진 프로펠러
100 : 선박 110 : 러더
112 : 러더 스톡 120 : 노즐부
130 : 물공급부 132 : 배관
140 : 제어부

Claims (7)

  1. 선체;
    상기 선체의 진행 방향을 제어하도록 상기 선체에 회동 가능하게 결합되는 러더;
    전방에서 볼 때 상기 러더의 후단부 양측면에 각각 형성되며, 워터젯(waterjet)을 분사하는 노즐부; 및
    상기 러더 내부에 형성된 배관을 통해 상기 노즐부에 물을 공급하는 물공급부를 포함하는, 워터젯 타력장치를 구비한 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐부는 상기 워터젯의 형상이 워터커튼 형상이 되도록 상기 러더의 상단부에서 하단부까지 설치되는 것을 특징으로 하는, 워터젯 타력장치를 구비한 선박.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 물공급부는 상기 선체의 내부에 설치되고,
    상기 배관은 러더 스톡 내부에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 워터젯 타력장치를 구비한 선박.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 물공급부는 상기 러더 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는, 워터젯 타력장치를 구비한 선박.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 물공급부는 상기 러더 외측면에 형성된 홀을 통해 해수를 공급받거나 러더 스톡 내부에 삽입된 상기 배관을 통해 물을 공급받는 것을 특징으로 하는, 워터젯 타력장치를 구비한 선박.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 물공급부는 펌프를 포함하는, 워터젯 타력장치를 구비한 선박.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐부로 공급되는 물의 양, 분사 방향 및 압력 중 어느 하나 이상을 제어하도록 상기 물공급부를 제어하는 제어부를 더 포함하는, 워터젯 타력장치를 구비한 선박.
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