KR20130019335A

KR20130019335A - 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치

Info

Publication number: KR20130019335A
Application number: KR1020120014427A
Authority: KR
Inventors: 장호윤; 박충환; 이병성; 박희승
Original assignee: 재단법인 중소조선연구원
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2013-02-26
Anticipated expiration: 2032-02-13
Also published as: KR101312972B1

Abstract

본 발명은 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치에 관한 것으로, 안벽에 안착고정되도록 수평판 및 절곡판으로 이루어진 'ㄱ' 형상의 베이스플레이트; 절곡판의 하단 양측면 및 상단 양측면에 돌출형성된 하부가이드부 및 상부가이드부; 하부가이드부 및 상부가이드부에 각각 끼워져 슬라이딩 가능한 하부작동바 및 상부작동바를 구비하고, 절곡판의 앞쪽에 배치된 작동판; 작동판의 하단에 수직하게 고정되어 안벽 반대쪽으로 돌출되게 배치되고, 추진시스템이 장착되는 고정베이스; 절곡판의 중앙부에 장착되어 작동판의 가압력을 측정하는 추력계측센서; 추진시스템을 구성하는 프로펠러의 축계에 설치된 토크센서; 수평판의 상면에 고정되고, 추력계측센서 및 토크센서와 전기적으로 연결되어 계측값으로부터 추력과 토크를 산출하는 제어부를 포함한 컨트롤판넬; 수평판의 상면 일부에 설치되어 무게중심을 잡아주는 무게조절부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 고속선의 선외기 프로펠러의 추력과 토크를 계측할 수 있는 시험용 장치 구현을 통해 다양한 프로펠러의 계측값을 정량화할 수 있고, 이를 데이터베이스화 할 수 있어 프로펠러의 효율적인 설계가 가능하고, 정확한 효율에 맞는 프로펠러 설계가 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

Description

안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치{APPARATUS FOR MEASURING PROPELLER THRUST AND TORQUE OF OUTBOARD ENGINE FIXED QUAY WALL}

본 발명은 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고속선의 선내기와 선외기의 실제 추력과 토크를 실험적으로 구할 수 있도록 장치를 구성하여 정량적인 값을 얻을 수 있고, 또한 제작된 고속 프로펠러들의 탈부착을 통해 다양한 프로펠러의 효율을 정확하게 산출할 수 있어 고속선 설계에 유용하게 활용할 수 있도록 한 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치에 관한 것이다.

대형선박의 경우, 모형선의 저항시험, 프로펠러 단독시험 및 자항시험을 통하여 실제 선박에 적용되는 목표속도(Design speed)에 대한 RPM 값과 추력 및 토크를 예측하게 된다.

그 중에서도, 프로펠러의 단독시험, 즉 단독특성(Open water characteristics)은 선체의 영향을 받지 않는 개방된 공간에서 측정된 프로펠러의 성능 변수(추력, 토크, 회전수 등) 사이의 관계를 확인하기 위한 시험이다.

이러한 프로펠러의 단독특성 모형시험은 프로펠러 설계의 검증, 계열 프로펠러의 설계 차트 작성, 프로펠러를 장착시 선박의 속도를 추정하는 기초 자료 및 프로펠러 성능 예측 이론의 정확성 평가용 데이터 공급과 같은 목적 때문에 수행되는 것으로 매우 중요한 시험중 하나이다.

그런데, 대형선박의 프로펠러 단독특성은 여전히 다양한 설계 인자(날개 개수, 피치, 전개면적비, 스큐 및 레이크, 단개단면 형상 등)의 지배를 받는다.

전통적으로, 프로펠러의 설계는 미리 그 특성이 데이터베이스화 된 계열 시험 자료를 활용하여 왔다.

계열 시험 자료는 통상적으로 200~300mm 정도의 축소 모형에 대하여 측정되고 있는데, 이는 실험이 수행되는 시설 자체가 예인수조/회류수조/공동수조 등의 모형시험수조이기 때문이다.

즉, 모형 프로펠러의 측정 결과로부터 실물 프로펠러의 성능을 예측하거나 역으로 실물 프로펠러의 예상되는 동작 조건을 반영한 모형 프로펠러의 실험 조건을 유추하기 위해서는 상사법칙이 적용된다.

예컨대, 실제 대형선박의 경우 100RPM~300RPM 정도로 회전을 하게 되므로 이를 기준으로 목표속도와 최대속도를 맞추어야 하는데, 예인수조를 통한 모형시험의 경우에는 그 축적비를 고려하여 시험시 프로펠러는 약 1000RPM ~ 1500RPM의 기계장치를 작동시켜 추력과 토크를 계측해야 한다.

반면, 소형고속선의 경우에는 약 3000RPM으로 항주하게 되므로, 모형시험시 그 축적비를 고려할 경우 약 4500RPM이상으로 올려 모형시험을 수행하여야 상사비를 맞출 수 있게 된다.

하지만, 예인수조나 회류수조의 경우, 모형시험시에 최대 2000RPM을 넘는 추력, 토크 계측장비는 구하기가 어려워, 주로 대형상선용 모형시험 위주로 장비가 설치되어 있는 실정이다.

따라서, 모형시험만으로 실제 고속선의 프로펠러의 효율을 구하는 방법은 거의 없고, 실제 해상시운전을 통해서 엔진마력과 프로펠의 RPM 대비 선속과 토크를 구하고 있지만, 이러한 시운전도 다양한 환경적인 요인으로 인해서 프로펠러의 정확한 효율을 구할 수 없다는 한계에 봉착해 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 한계점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 고속선의 선외기 프로펠러의 추력과 토크를 계측할 수 있는 시험용 장치를 구성하여 이를 측정하고 그 측정값을 정량적으로 데이터베이스화 하여 자료를 구축함으로써 고속선 설계에 유용하게 활용할 수 있도록 한 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 안벽에 안착고정되도록 수평판 및 절곡판으로 이루어진 'ㄱ' 형상의 베이스플레이트; 절곡판의 하단 양측면 및 상단 양측면에 돌출형성된 하부가이드부 및 상부가이드부; 하부가이드부 및 상부가이드부에 각각 끼워져 슬라이딩 가능한 하부작동바 및 상부작동바를 구비하고, 절곡판의 앞쪽에 배치된 작동판; 작동판의 하단에 수직하게 고정되어 안벽 반대쪽으로 돌출되게 배치되고, 추진시스템이 장착되는 고정베이스; 절곡판의 중앙부에 장착되어 작동판의 가압력을 측정하는 추력계측센서; 추진시스템을 구성하는 프로펠러의 축계에 설치된 토크센서; 수평판의 상면에 고정되고, 추력계측센서 및 토크센서와 전기적으로 연결되어 계측값으로부터 추력과 토크를 산출하는 제어부를 포함한 컨트롤판넬; 수평판의 상면 일부에 설치되어 무게중심을 잡아주는 무게조절부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치를 제공한다.

이때, 상기 수평판의 양측면에는 상기 상부가이드부와 일직선상에 간격을 두고 배치되어 상부작동바가 끼워질 수 있는 보조가이드부가 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 절곡판의 안쪽면에는 안벽과의 간격을 유지하는 다수의 간격유지구가 더 설치된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 무게조절부재는 중량물을 가감하거나 혹은 수평판을 따라 이동되면서 무게중심을 잡도록 설치된 것에도 그 특징이 있다.

아울러, 상기 작동판과 고정베이스에는 이들을 사선방향으로 결속하는 보강바가 더 구비된 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 고속선의 선외기 프로펠러의 추력과 토크를 계측할 수 있는 시험용 장치 구현을 통해 다양한 프로펠러의 계측값을 정량화할 수 있고, 이를 데이터베이스화 할 수 있어 프로펠러의 효율적인 설계가 가능하고, 정확한 효율에 맞는 프로펠러 설계가 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 장치로서, 아웃보드 엔진의 설치예를 보인 예시도이다.
도 2는 도 1을 좀더 이해하기 쉽게 색상을 입혀 모식화 한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치로서, 스턴드라이브 엔진의 설치예를 보인 예시도이다.
도 4는 도 3을 좀더 이해하기 쉽게 색상을 입혀 모식화 한 도면이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치는 추진시스템의 형태와 관계없이 추진시스템에 의해 추진되는 추력과, 이때 구동수단인 프로펠러의 토크를 정량적으로 정확하게 계측할 수 있도록 구성된 것에 특징이 있다.

따라서, 추진시스템의 형태에 따라 엔진과 프로펠러의 조립구조에 있어 약간 상이할 뿐 발명이 추구하는 특징적인 구성은 동일하다할 것이다.

예컨대, 본 발명과 관련된 고속선용 추진시스템에는 도 1,2와 같은 아웃보드 엔진(Outboard Engine)과, 도 3,4와 같은 스턴드라이브 엔진(Sterndrive Engine)이 있다.

이들은 고속선 분야에서 널리 알려져 있으므로 구체적인 설명은 생략하며, 다만 구분상 아웃보드 엔진은 엔진과 프로펠러가 모두 보트 밖 고물 뒤에 장착된 엔진-프로펠러 일체형 추진시스템이라고 보면 되고, 스턴드라이브 엔진은 프로펠러만 보트 밖 고물 뒤에 있고 엔진은 보트 안에 장착된 엔진-프로펠러 분리형 추진시스템이라고 이해하면 된다.

이와 같은 이유로, 도 3,4는 다른 추진시스템의 적용예를 보이기 위한 예시에 불과한 것이므로, 본 발명 장치의 구성과 관련된 구체적인 사항은 도 1,2를 참조하여 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 안벽(100)에 수평판(112)과 절곡판(114)을 갖는 대략 'ㄱ' 형상의 베이스플레이트(110)가 설치된다.

이때, 상기 베이스플레이트(110)의 수평판(112)은 상기 안벽(100)의 상면에 안착되고, 상기 베이스플레이트(110)의 절곡판(114)은 해수(120)가 위치된 상기 안벽(100)의 수직면에 안착된다.

여기에서, 설명의 편의상 해수(120)로 한정하였지만, 반드시 해수로 한정할 필요는 없고 담수에서도 사용가능함은 물론이다.

이 경우, 상기 절곡판(114)의 안쪽면, 즉 안벽(100)과 절곡판(114) 사이에는 다수의 간격유지구(116)가 개재되어 상기 절곡판(114)을 상기 안벽(100)으로부터 일정거리 이격시킨 상태로 유지시킨다.

그리고, 상기 절곡판(114)의 하단 양측면과, 상단 양측면 다시 말해 수평판(112)의 선단 양측면에는 각각 하부가이드부(118a)와, 상부가이드부(118b)가 돌출 형성된다.

뿐만 아니라, 상기 상부가이드부(118b)와 평행하게 간격을 두고, 상기 수평판(112)의 양측면 일부에는 보조가이드부(118c)가 더 형성된다.

한편, 상기 절곡판(114)의 앞쪽에는 상기 절곡판(114)과 대응되는 크기를 갖는 판상의 작동판(200)이 배치되고, 상기 작동판(200)의 하단에는 그와 수직하게 고정베이스(210)가 일체로 구비되어 전체적으로 'ㄴ' 형상을 갖도록 구성된다.

이때, 상기 고정베이스(210)는 안벽(100) 반대쪽, 즉 해수(120) 측으로 돌출되게 배치되며, 변 일부가 절개되어 엔진을 포함한 프로펠러 등의 추진시스템(S)이 설치될 수 있도록 구비된다.

다만, 추진시스템(S)은 앞서 설명한 바와 같이, 아웃보드형과 스턴드라이브형이 다르기 때문에 그에 맞춰 이를 고정할 수 있도록 구성되는 것은 당연한 사항이므로 생략한다.

덧붙여, 상기 고정베이스(210)는 상기 추진시스템(S)에 의해 발생된 추력을 받기 때문에 고정성을 높이기 위해 작동판(200)과 고정베이스(210)를 사선방향으로 결속하는 별도의 보강바(220)를 더 구비함이 특히 바람직하다.

그리고, 상기 작동판(200)의 배면 하단 양측과 상단 양측에는 각각 하부작동바(230a)와 상부작동바(230b)가 일체로 고정되고, 상기 하부작동바(230a)와 상부작동바(230b)는 각각 하부가이드부(118a)와 상부가이드부(118b)에 끼워진다.

특히, 상부가이드부(118b)에 끼워진 상부작동바(230b)는 다시 보조가이드부(118c)에 까지 끼워진다.

여기에서, 상기 하부작동바(230a)와 상부작동바(230b) 각각에 끼워진 상태로 상기 하부가이드부(118a), 상부가이드부(118b), 보조가이드부(118c) 내부에서 걸림되는 코일스프링(미도시)이 더 구비되어 상기 하부작동바(230a)와 상부작동바(230b)에 탄성복귀력을 제공하도록 구성되면 더욱 좋다.

이에 따라, 상기 작동판(200)은 상기 고정베이스(210)에 설치된 추진시스템(S)에 의해 추력을 받았을 때 하부작동바(230a)와 상부작동바(230b)의 안내에 따라 베이스플레이트(110)를 구성하는 절곡판(114) 쪽으로 슬라이딩되면서 밀려갈 수 있게 된다.

다른 한편, 상기 절곡판(114)의 적소, 바람직하게 중앙부에는 추력계측센서(300)가 설치된다.

즉, 상기 추력계측센서(300)는 상기 절곡판(114)과 작동판(200) 사이에 배치되어 작동판(200)이 미는 힘을 계측함으로써 추력을 산출할 수 있게 되는 것이며, 계측값은 컨트롤판넬(400)에 탑재된 제어부(미도시)로 전송된다.

이때, 컨트롤판넬(400)은 베이스플레이트(110)의 수평판(112) 상에 설치되며, 또한 수평판(112)의 상면 일부에는 엔진의 무게중심으로 조절하기 위한 중량물로 무게조절부재(410)가 구비된다.

이 경우, 상기 무게조절부재(410)는 중량을 가감하는 형태가 될 수도 있고, 정해진 중량물의 위치를 옮기는 형태, 즉 수평판(112)을 따라 이동가능하게 구성하여 추진시스템(S) 탑재시 판들에 걸리는 하중과 대응되는 중량을 주어 판이 과도하게 해수(120) 측으로 기울어지지 않게 하여 줌으로써 추진시스템(S) 동작시 정확한 추력 산출이 가능하도록 안내하게 된다.

또한, 추진시스템(S)에 포함된 프로펠러(P)의 축계에 토크센서(미도시)를 장착하면, 축계에 걸리는 토크도 쉽게 계측할 수 있게 되며, 이또한 컨트롤판넬(400)의 제어부와 전기적으로 연결되어 계측값을 송신할 수 있도록 구성되어야 한다.

아울러, 도 3,4에 도시된 예는 앞서 설명하였듯이, 추진시스템(P)만 다를 뿐이고, 나머지 구성은 모두 갖기 때문에 설명을 생략한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동관계는 다음과 같다.

먼저, 프로펠러(P)가 해수(120)에 잠긴 상태로 추력을 발생시킬 수 있도록 추진시스템(S)을 고정베이스(210)에 장착하고, 무게조절부재(410)를 이용하여 본 발명 장치 전체의 무게중심을 잡도록 한다.

이 상태에서, 추진시스템(S)을 구동하게 되면 프로펠러(P)에 의해 발생된 추력은 고정베이스(210)로 전달되고, 고정베이스(210)는 작동판(200)과 일체로 구성되어 있으므로 작동판(200)이 안벽(100) 쪽으로 이동하게 된다.

이 과정에서, 절곡판(114) 상에 설치되어 있는 추력계측센서(300)를 작동판(200)이 가압하게 되고, 상기 추력계측센서(300)는 가해진 압력을 검출하여 제어부(미도시)로 송신하면 제어부에서는 이때의 추력을 산출하게 된다.

마찬가지로, 이때 프로펠러(P)의 축계에 설치된 토크센서(미도시)는 축계의 토크를 계측하고, 제어부에서 이를 판독한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 장치는 고속선에 적용되는 추진시스템의 추력과 토크를 자유롭고 정확하게 계측할 수 있게 되므로 향후 개발될 고속선의 프로펠러 형상에 대한 효율값을 정량적으로 데이터베이스화 할 수 있게 되어 고속선 설계에 유용하게 활용될 것으로 기대된다.

100 : 안벽 110 : 베이스플레이트
120 : 해수 200 : 작동판
210 : 고정베이스 220 : 보강바
230a : 하부작동바 230b : 상부작동바
300 : 추력계측센서 400 : 컨트롤판넬
410 : 무게조절부재

Claims

안벽에 안착고정되도록 수평판 및 절곡판으로 이루어진 'ㄱ' 형상의 베이스플레이트;
절곡판의 하단 양측면 및 상단 양측면에 돌출형성된 하부가이드부 및 상부가이드부;
하부가이드부 및 상부가이드부에 각각 끼워져 슬라이딩 가능한 하부작동바 및 상부작동바를 구비하고, 절곡판의 앞쪽에 배치된 작동판;
작동판의 하단에 수직하게 고정되어 안벽 반대쪽으로 돌출되게 배치되고, 추진시스템이 장착되는 고정베이스;
절곡판의 중앙부에 장착되어 작동판의 가압력을 측정하는 추력계측센서;
추진시스템을 구성하는 프로펠러의 축계에 설치된 토크센서;
수평판의 상면에 고정되고, 추력계측센서 및 토크센서와 전기적으로 연결되어 계측값으로부터 추력과 토크를 산출하는 제어부를 포함한 컨트롤판넬;
수평판의 상면 일부에 설치되어 무게중심을 잡아주는 무게조절부재;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치.
청구항 1에 있어서;
상기 수평판의 양측면에는 상기 상부가이드부와 일직선상에 간격을 두고 배치되어 상부작동바가 끼워질 수 있는 보조가이드부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치.
청구항 1에 있어서;
상기 절곡판의 안쪽면에는 안벽과의 간격을 유지하는 다수의 간격유지구가 더 설치된 것을 특징으로 하는 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치.
청구항 1에 있어서;
상기 무게조절부재는 중량물을 가감하거나 혹은 수평판을 따라 이동되면서 무게중심을 잡도록 설치된 것을 특징으로 하는 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치.
청구항 1에 있어서;
상기 작동판과 고정베이스에는 이들을 사선방향으로 결속하는 보강바가 더 구비된 것을 특징으로 하는 안벽 고정식 선외기 프로펠러 추력 및 토크 계측장치.