KR20130053094A

KR20130053094A - 선박

Info

Publication number: KR20130053094A
Application number: KR1020110118621A
Authority: KR
Inventors: 배준환; 김주성
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-23
Also published as: KR101323795B1

Abstract

선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 회전샤프트를 축으로 선체에 회전 가능하게 결합되는 프로펠러; 프로펠러의 일측에 배치되어 선체의 진행 방향을 조종하는 러더; 및 프로펠러와 러더 사이에 배치되며, 프로펠러의 회전 시 발생되는 프로펠러의 후류에 작용하여 러더의 동작에 기초한 선체의 조종 성능을 향상시키는 조종 성능 향상부를 포함한다.

Description

선박{Ship}

본 발명은, 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 선박의 조종 성능을 향상시킬 수 있는 선박에 관한 것이다.

일반적으로 선박은, 추진력을 발생시키는 추진기인 프로펠러와, 프로펠러로부터 발생된 추진력을 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하는 러더(rudder, 방향타)를 포함한다.

러더(rudder)는 선체에 대해 회전 가능하게 설치되어 프로펠러로부터 발생된 추진력을 이용하여 선박의 진행 방향을 조정한다. 이러한 러더는 물의 흐름에 따른 받음각을 가질 때 여기에 작용하는 양력의 수직 성분을 회두력으로 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하는 원리로 동작된다. 그리고 일반적으로 러더(rudder)는 그 회전 범위가 0˚에서 35˚ 이상에 이르는 넓은 범위에서 움직이게 되어 있다.

또한 러더에 요구되는 성능 중에는, 큰 양력을 발생시킬 수 있을 것, 받음각을 크게 하더라도 실속(失速)이 잘 안될 것, 받음각을 크게 변화시키더라도 양력의 착력점 위치 변화가 작을 것 등이 중요한 것으로 알려져 있다.

최근 선박이 과거보다 대형화되면서 선박의 조종 성능이 보다 중요한 이슈로 부각되고 있으며, 선박의 조종 성능을 향상시키기 위해서 러더의 면적을 늘리거나 고양력 러더를 적용하는 방법을 사용하고 있다.

그러나 러더의 면적을 증가시키는 방법은, 러더의 면적을 증가시키게 되면 선박의 제원이 바뀌고 제작 원가가 상승하는 문제점이 있다.

한편 고양력의 러더를 사용하는 방법들에는, 물고기 형상을 닮은 러더 즉 쉴링러더 또는 피쉬테일 러더(fish-tail rudder)를 적용하는 방법과, 러더에 추가적인 부가 연결 장치를 부착하여 러더의 꼬리 부분을 움직여줌으로써 러더의 곡면을 형성할 수 있도록 한 러더인 플랩러더(flap rudder)를 적용하는 방법 등이 있다.

피쉬테일 러더(fish-tail rudder)는 전단부에서 후단부로 갈수록 단면의 폭이 좁아지다가 꼬리 부분에서 다시 넓어지는 구조를 갖는데, 이러한 피쉬테일 러더(fish-tail rudder)는 단면의 두께가 얇아지다가 두꺼워지는 부분에서 물의 흐름이 가속화되어 러더의 양력이 증가하는 효과가 있다.

그러나, 피쉬테일 러더(fish-tail rudder)는 꼬리 부분의 두께가 두꺼움으로 인해 피쉬테일 러더 자체에 걸리는 저항이 일반 러더에 비하여 크기 때문에 선박의 운항 시 엔진의 추력을 감소시키는 저항으로 작용하게 되고, 저항이 증가하게 되면 동일한 속도를 내기 위해서는 엔진 출력이 더 필요하게 되는 문제점이 있다.

그리고 플랩러더(flap rudder)는, 러더본체에 회동가능하게 결합되는 플랩을 러더본체에 대하여 적절히 회동시키게 되면 플랩러더의 받음각에 더해서 플랩이 꺾이는 부분에서 물의 흐름이 가속화되어 플랩러더의 양력이 증가하는 효과가 있다.

그러나 플랩러더(flap rudder)는 플랩 부분이 결합된 플랩 회전용 회전축의 작동이 불가능한 경우, 예를 들어 플랩 회전용 회전축을 회전시키기 위한 장치들이 고장나는 경우 전체 러더의 기능이 제대로 발휘될 수 없어 선박의 조종 성능에 치명적인 문제를 일으킬 수 있는 문제점이 있고, 나아가 러더의 제작비용이 크게 증가하는 문제점이 있다.

한편 선박의 조종 성능을 향상시키기 위하여 전술한 러더의 면적을 늘리거나 고양력 러더를 적용하는 방법 외에 또 다른 방법으로는 트윈 러더 시스템(Twin Rudder System)이 고려될 수 있는데, 이러한 기술은 대한민국 등록특허번호 제10-0950951호에 개시된 바 있다.

트윈 러더 시스템(Twin Rudder System)은, 프로펠러 후방에 한 쌍의 러더를 설치하고 프로펠러에 대해 상대 회전하는 각각의 러더의 회전 각도를 개별적으로 제어하여 프로펠러의 후류를 유용하게 이용하는 시스템이다.

그런데, 이러한 트윈 러더 시스템 역시 러더 제작비용이 많이 증가하여 다소 비효율적인 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-0950951호(2010.03.26.)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 효율적인 구조로 선박의 조종 성능을 향상시킬 수 있는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 회전샤프트를 축으로 선체에 회전 가능하게 결합되는 프로펠러; 상기 프로펠러의 일측에 배치되어 상기 선체의 진행 방향을 조종하는 러더; 및 상기 프로펠러와 상기 러더 사이에 배치되며, 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 상기 프로펠러의 후류에 작용하여 상기 러더의 동작에 기초한 상기 선체의 조종 성능을 향상시키는 조종 성능 향상부를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.

상기 조종 성능 향상부는, 상기 프로펠러와 상기 러더 사이에서 상기 선체에 결합되는 적어도 하나의 러더 전방 스케그(skeg)일 수 있다.

상기 적어도 하나의 러더 전방 스케그는 복수 개의 러더 전방 스케그이며, 상기 복수 개의 러더 전방 스케그는, 제1 러더 전방 스케그; 및 상기 제1 러더 전방 스케그와 상호 이격되게 배치되는 제2 러더 전방 스케그를 포함할 수 있다.

상기 제1 러더 전방 스케그와 상기 제2 러더 전방 스케그는, 상기 프로펠러의 회전중심과 상기 러더를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 배치될 수 있다.

상기 프로펠러를 향한 상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그의 일단부 측 이격간격이 상기 러더를 향한 상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그의 타단부 측 이격간격보다 넓도록 상기 프로펠러의 회전중심과 상기 러더를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 경사 배치될 수 있다.

상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그에서 상호 마주보는 내벽면은 볼록한 아크(arc) 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그의 내벽면의 반대측 벽면인 외벽면은 볼록한 아크 형상 또는 직선형 형상을 가질 수 있다.

상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그 각각은 동일한 횡단면을 유지하면서 상하 방향으로 연장되어 마련될 수 있다.

상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그 각각의 횡단면 면적은 상기 러더의 횡단면 면적보다 작을 수 있다.

상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그는, 상기 러더 길이의 50% 이상 100% 이하에 해당하는 길이와, 상기 러더 높이의 80% 이상 110% 이하에 해당하는 높이를 가질 수 있다.

상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그의 높이는 상기 러더의 높이와 동일할 수 있다.

상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그 중 적어도 어느 하나는 상기 선체에 상대 회전 가능하게 결합될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 효율적인 구조로 선박의 조종 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박의 개략적인 측면 구조도이다.
도 2는 도 1의 선박에서 러더 전방 스케그가 설치되는 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 선박의 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더의 사시도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ에 따른 러더 전방 스케그 및 러더의 단면에 프로펠러를 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ에 따른 러더 전방 스케그 및 러더의 단면에 프로펠러를 도시한 도면이다.
도 6은 도 1의 선박에서 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더를 저면에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박에서 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더를 저면에서 바라본 개략적인 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 선박에서 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더를 저면에서 바라본 개략적인 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 개략적인 측면 구조도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박은, 선체(100)와, 선체(100)에 회전 가능하게 결합되는 프로펠러(200)와, 프로펠러(200)의 일측에 배치되어 선체(100)의 진행 방향을 조종하는 러더(300, rudder)와, 프로펠러(200)와 러더(300) 사이에 배치되어 프로펠러(200)의 회전 시 발생되는 프로펠러(200)의 후류에 작용하여 러더(300)의 동작에 기초한 선체(100)의 조종 성능을 향상시키는 조종 성능 향상부(400)를 포함한다. 자세히 후술하겠지만 본 실시예에서 조종 성능 향상부(400)는 러더(300) 전방에 배치되는 러더 전방 스케그(400)이다.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 상선, 군함, 어선, 운반선, 드릴쉽 및 특수 작업선 등과 같이 자항능력을 가지며 사람이나 화물을 이송시키는 선박을 모두 포함할 수 있다.

다음으로 선체(100)는 길이방향을 따라 선수부(미도시), 중앙평행부, 선미부(미도시)로 구분될 수 있다. 이러한 선체(100)의 일 영역에는 스러스터(110, thruster)가 마련될 수 있다. 모든 종류의 선박에 스러스터(110)가 마련되는 것은 아니지만 스러스터(110)가 마련되면 선박의 정지 또는 항해 시 조정 성능을 향상시키고 선박의 오퍼레이션(operation)을 용이하게 한다. 도 1처럼 선체(100)의 선수부에 마련되는 스러스터(110)를 바우 스러스터(bow thruster)라 부르기도 한다.

한편 본 실시 예에서 프로펠러(200)는, 프로펠러 블레이드(210)와, 프로펠러 블레이드(210)의 중앙 영역에 연결되어 프로펠러 블레이드(210)의 회전 축심을 형성하는 회전 샤프트(220)의 후단부를 형성하는 허브(230)와, 허브(230)의 후단부에 결합되는 보스 캡(240)을 포함한다.

프로펠러 블레이드(210)는 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시킨다. 즉 프로펠러 블레이드(210)가 회전하게 되면, 그 전후의 압력의 차이로 인해, 프로펠러 블레이드(210) 주변의 해수를 밀어냄으로써, 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시키게 된다.

허브(230)가 후단부에 마련되는 회전 샤프트(220)는 선체(100) 내부의 엔진(미도시)과 연결되어 회전력을 프로펠러 블레이드(210)에 전달하는 프로펠러 블레이드(210)의 회전축이다. 이 경우 프로펠러 블레이드(210)가 결합되는 영역과, 후단부를 형성하는 허브(230)는 선체(100) 외부에 노출되나, 회전 샤프트(220)의 전단부(미도시)를 포함하여 대부분은 선체(100) 내부에 위치된 상태로 엔진과 연결된다.

도 2는 도 1의 선박에서 러더 전방 스케그가 설치되는 부분의 확대도이고, 도 3은 도 1의 선박의 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더의 사시도이며, 도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ에 따른 러더 전방 스케그 및 러더의 단면에 프로펠러를 도시한 도면이고, 도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ에 따른 러더 전방 스케그 및 러더의 단면에 프로펠러를 도시한 도면이며, 도 6은 도 1의 선박에서 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더를 저면에서 바라본 개략적인 도면이다.

이들 도면들과 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 러더(300)는 선체(100)의 선미부에 마련된다. 러더(300)는 프로펠러(200)의 일측에 배치되어 선체(100)의 진행 방향을 조종하는 역할을 한다.

본 실시예의 러더(300)는, 러더본체(310)와, 러더본체(310)가 결합되는 러더스톡(320, rudder stock)을 포함한다. 러더스톡(320)은 선체(100)에 회전가능하게 결합되고 러더스톡(320)에 러더본체(310)가 결합된다.

이러한 러더(300)는 선체(100)의 진행 방향을 제어하기 위한 것으로, 추진기인 프로펠러(200)의 후류에 대해 받음각을 가질 때 러더(300)의 러더본체(310)에 작용하는 양력을 회두력으로 이용하여 선박의 진행방향을 조정한다.

본 실시예에 따른 선박의 러더(300)에서, 러더본체(310)의 후단부 단면이, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 전방에서 볼 때 후단으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 갖는다. 이와 같이 본 실시예에 따른 러더(300)는, 피쉬테일(fish-tail) 러더와 달리 러더(300)의 후단부에서 러더(300)의 단면 증가가 없는 단면을 가지기 때문에, 종래의 피쉬테일 러더의 후단부 즉 꼬리 부분에서 발생할 수 있는 저항 증가에 따른 추력 감소가 없는 구조를 갖는다.

그리고, 본 실시 예에 따른 러더(300)는 전가동타 타입(full-spade rudder type)의 러더(300)이나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며 러더(300)는 예를 들어 혼타 타입 러더(horn type rudder)일 수도 있으며 이외에도 다양한 형태의 러더일 수도 있다.

또한 본 실시 예에서는 러더(300)가 상하의 중심 축선에 대하여 양측이 서로 대칭되는 구조로 되어 있으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 비대칭 구조의 러더가 적용될 수 있으며, 또한 본 실시예에서는 벌브(bulb)가 러더본체에 결합되어 있지 않으나, 벌브(bulb)가 러더본체에 결합된 벌브 러더(bulb rudder)나, 나아가 벌브(bulb)에 러더 핀(rudder fin)이 결합된 러더도 적용될 수 있을 것이다.

한편, 조종 성능 향상부(400)는 프로펠러(200)와 러더(300) 사이에 배치된다. 이러한 조종 성능 향상부(400)는 프로펠러(200)의 회전 시 발생되는 프로펠러(200)의 후류에 작용하여 러더(300)의 동작에 기초한 선체(100)의 조종 성능을 향상시키는 역할을 한다.

본 실시예에서 조종 성능 향상부(400)는, 프로펠러(200)와 러더(300) 사이에서 선체(100)에 결합되는 한 쌍의 러더 전방 스케그(400)이다. 본 실시예에서는 러더 전방 스케그(400)가 러더(300) 전방에 한 쌍 마련되어 있으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며 러더(300) 전방에 3개 이상으로 구성될 수도 있을 것이다.

또한 본 실시 예에서 한 쌍의 러더 전방 스케그(400)는 높은 중량과 선박의 회전에 의한 응력을 견디기 위해 강도가 높은 주강품으로 제작될 수 있으며, 제작의 용이성을 위해 주강품과 고장력 철판을 용접하여 제작될 수 있다.

이러한 한 쌍의 러더 전방 스케그(400)는, 제1 러더 전방 스케그(410)와, 제1 러더 전방 스케그(410)와 상호 이격되게 배치되는 제2 러더 전방 스케그(420)를 포함한다.

본 실시예에서 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420) 각각은 동일한 횡단면을 유지하면서 상하 방향으로 연장되어 마련된다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 필요한 경우 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)는 다른 횡단면을 유지하면서 상하 방향으로 연장되어 마련될 수도 있을 것이다.

그리고 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)는 러더(300) 높이의 80% 이상 110% 이하에 해당하는 높이를 가질 수 있는데, 본 실시 예의 경우 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 높이는 러더(300)의 높이와 실질적으로 동일하게 제작될 수 있다. 이와 같이 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 높이를 러더(300)의 높이와 실질적으로 동일하도록 하고 있는 이유는, 러더(300) 높이의 80% 미만으로 짧게 제작되는 경우에는 프로펠러(200)와 러더(300) 사이에 러더 전방 스케그(410,420)가 없는 영역에서는 프로펠러(200)에 의해 발생되는 후류를 정류하거나 노즐효과가 나타나지 않을 수 있기 때문이며, 러더(300) 높이의 110%를 초과하여 길게 제작되는 경우에는 선체(100)의 진행 방향에 대한 저항으로 작용하기 때문이다.

또한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)는 러더(300) 길이의 50% 이상 100% 이하에 해당하는 길이를 가질 수 있다. 이는 러더 전방 스케그(410, 420)의 길이가 러더(300) 길이의 50% 미만일 경우, 충분히 후류를 정류하기에는 짧으며, 반대로 러더(300) 길이의 100%를 초과하는 경우에는 선체(100)의 진행 방향에 대한 저항으로 작용하기 때문이다.

한편 본 실시예에서 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420) 각각의 횡단면 면적은 러더(300)의 횡단면 면적보다 작게 제작될 수 있다. 이는 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420) 각각의 횡단면 면적이 너무 크면 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)에 의한 저항이 커지기 때문이다.

그리고 이러한 제1 러더 전방 스케그(410)와 제2 러더 전방 스케그(420)는, 프로펠러(200)의 회전중심과 러더(300)를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 배치되는데, 프로펠러(200)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 일단부 측 이격간격이 러더(300)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 타단부 측 이격간격보다 넓도록 프로펠러(200)의 회전중심과 러더(300)를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 경사 배치된다.

이러한 구성으로 제1 러더 전방 스케그(410)와 제2 러더 전방 스케그(420)에 의하여 프로펠러(200) 후방의 회전류가 이들을 지나면서 정류되어 후방의 러더(300)는 캐비테이션 발생이 억제되며 이에 따라 러더(300)의 캐비테이션 침식을 줄어주여 러더(300)의 수명이 증가된다.

또한 본 실시 예에서는 제1 러더 전방 스케그(410)와 제2 러더 전방 스케그(420)가 상호 경사 배치되어 있기 때문에 두 러더 전방 스케그(410, 420)의 후방으로 갈수록 유체가 지나가는 면적이 줄어들어 러더(300) 쪽에 유입되는 유동의 속도가 증가되는데, 이에 의하여 프로펠러(200)의 후류에 발생되는 노즐효과에 의해 회전류를 추력으로 변경할 수 있고 또한 후방에 있는 러더(300)에 강한 유동을 분사함으로써 타력을 증가시켜서 조정 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 노즐효과란 유체역학에서 말하는 연속의 법칙, 즉 관속을 가득 차게 흐르고 있는 정상류(定常流)에서는 모든 단면을 통과하는 중량 유량은 일정하다는 법칙이다. 연속의 법칙에 의하면 단면적이 변화하는 관에서 모든 단면을 통과하는 유량은 일정하기 때문에 일정한 유량이 단면적이 좁은 단면을 통과하기 위해서는 단면적이 넓은 단면에서보다 단위 시간당 이동하는 유량이 많아야 한다. 즉, 단면적이 좁은 단면에서는 단면적이 넓은 단면에서보다 유속이 빨라야 한다.

또한 프로펠러(200)의 후류 회전류에 대해 각각의 전방 스케그(400)는 상부 및 하부의 프로펠러(200) 회전류를 추력으로 변경할 수 있어 선체(100) 저항을 줄여주는 역할도 하게 된다.

이에 대하여 먼저 제1 러더 전방 스케그(410)와 제2 러더 전방 스케그(420)가 프로펠러(200)의 후류에 작용하여 프로펠러(200)의 후류를 정류시키는 과정에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 3은 도 1의 선박의 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더의 사시도로서, 러더 전방 스케그(400)의 정류 작용을 설명하기 위하여 즉 프로펠러(200)에 의한 후류의 흐름을 자세히 도시하기 위하여 제2 러더 전방 스케그(420)는 파선으로 도시하고 있다.

이에 도시된 바와 같이, 프로펠러 블레이드(210)가 회전하게 되면, 그 전후의 압력의 차이로 인해, 프로펠러 블레이드(210) 주변의 해수를 밀어내게 되어 후류가 발생된다. 이러한 후류는 프로펠러(200)의 회전방향(A)과 같은 방향(B)으로 회전하면서 러더(300) 방향으로 이동하는 회전류가 될 수 있다. 본 실시예에서와 같이 제1 러더 전방 스케그(410)와 제2 러더 전방 스케그(420)가 마련되면 이러한 회전류는 러더(300) 방향으로 이동하는 도중에 제1 러더 전방 스케그(410)와 제2 러더 전방 스케그(420)의 내벽면에 충돌하여 그 진로가 바뀌게 되고 러더(300)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 일단부 측 공간을 통과하면서 러더(300)를 향하는 방향(C)으로 직진하며 이동하게 된다.

도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ에 따른 러더 전방 스케그 및 러더의 단면에 프로펠러를 도시한 도면으로서, 도 4는 프로펠러(200)의 회전 샤프트(220)를 기준으로 상부의 영역에서의 해수의 흐름을 도시하고 있는데, 이 영역에서 프로펠러(200)의 후류인 회전류의 회전방향에 따라 해수의 흐름이 제1 러더 전방 스케그(410)를 향하여 흐르게 된다. 즉 프로펠러(200)에 의해 발생한 후류는 제1 러더 전방 스케그(410)를 향하여 경사를 유지하며 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 사이의 공간으로 유입되고 그 후 제1 러더 전방 스케그(410)의 내벽면(411)에 충돌하면서 진행방향이 바뀌어 러더(300)를 향해 직진하게 된다.

도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ에 따른 러더 전방 스케그 및 러더의 단면에 프로펠러를 도시한 도면으로서, 도 5는 프로펠러(200)의 회전 샤프트(220)를 기준으로 하부의 영역에서의 해수의 흐름을 도시하고 있는데, 이 영역에서는 프로펠러(200)의 후류인 회전류의 회전방향에 따라 해수의 흐름이 제2 러더 전방 스케그(420)를 향하여 흐르게 된다. 즉 프로펠러(200)에 의해 발생한 후류는 제2 러더 전방 스케그(420)를 향하여 경사를 유지하며 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 사이의 공간으로 유입되고 그 후 제2 러더 전방 스케그(420)의 내벽면(421)에 충돌하면서 진행방향이 바뀌어 러더(300)를 향해 직진하게 된다.

결과적으로 프로펠러(200)에 의해 발생한 후류는 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 사이의 공간을 통과하면서 제1 러더 전방 스케그(410)와 제2 러더 전방 스케그(420)의 내벽면(411, 421)에 충돌함으로써 진행방향이 바뀌게 되고 또한 회전이 상쇄되어 러더(300)를 향해 직진을 하게 되므로 결국 회전류가 정류되며 이에 의하여 프로펠러(200)의 후류에 의한 캐비테이션의 영향을 종래보다 줄여 러더(300)의 손상을 방지할 수 있게 된다.

다음으로, 프로펠러(200)의 후류가 러더 전방 스케그(400)에 의해 추진효율이 향상되는 과정에 대해 상세히 설명한다.

도 4 에서는 상부에 유입되는 프로펠러(200)의 후류 유동을 보여주고 있는데, 제1 러더 전방 스케그(410)에 유입되는 유동은 일정한 받음각을 가지면서 양력을 발생하게 된다. 이 양력을 선박의 진행방향으로 작용하는 힘과 진행방향에 수직한 방향의 두 힘으로 나누었을 때, 이때 선박의 진행방향과 나란히 작용하는 힘은 선체를 앞으로 밀게 되며 이는 선박의 추진력으로 작용하게 된다. 한편, 제2 러더 전방 스케그(420)는 프로펠러(200) 후류에 대해 받음각이 0도와 가깝기 때문에 제2 러더 전방 스케그(420)에 작용하는 힘은 미미하게 되어 전체적으로 러더 전방 스케그(400)는 추력을 발생하게 된다.

마찬가지로 도 5에서는 하부에 유입되는 프로펠러(200) 후류 유동을 보여주고 있는데, 상부면과 반대로 제1 러더 전방 스케그(410)에 유입되는 추진기 후류는 받음각이 거의 없으며, 제2 러더 전방 스케그(420)에는 일정한 받음각을 가지게 되어 추력을 발생하게 된다. 결국, 전체적으로 프로펠러(200) 후류 회전류에 의해 두 러더 전방 스케그(400)에서 추력이 발생하여 선박의 추진 효율이 향상된다.

도 6은 도 1의 선박에서 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더를 저면에서 바라본 개략적인 도면이다.

이에 자세히 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 프로펠러(200)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 일단부 측 이격간격이 러더(300)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 타단부 측 이격간격보다 넓도록 프로펠러(200)의 회전중심과 러더(300)를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 경사 배치된다.

따라서 러더(300)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 일단부 측의 단면적이 프로펠러(200)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 타단부 측의 단면적보다 좁기 때문에, 러더(300)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 일단부 측의 유속은 프로펠러(200)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 타단부 측의 유속보다 빠르다.

따라서 이러한 노즐효과로 인하여 러더(300)로 향하는 유속이 빨라지게 되므로 러더(300)의 타력이 증가되어 러더(300)의 동작에 기초한 선체(100)의 조종 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

한편 본 실시예에서 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)에서 상호 마주보는 내벽면(411,421)과, 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 내벽면(411,421)의 반대측 벽면인 외벽면(412,422)이 볼록한 아크 형상을 갖는다. 이 경우 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)는 유선형을 이루게 되고 유선형은 항력계수가 낮기 때문에 유체에 대한 저항력이 작아서 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420) 자체의 마찰 및 압력 저항 증가는 최소가 되어 선박의 추진효율에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며 운항 조건에 따라 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)에서 상호 마주보는 내벽면(411, 421)이 직선형 형상을 가질 수도 있다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박에서 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더를 저면에서 바라본 개략적인 도면이다.

본 실시예는 전술한 일 실시예와 비교하여 제1 러더 전방 스케그(410a) 및 제2 러더 전방 스케그(420a)의 형태에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 일 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 차이점이 있는 구성에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제1 러더 전방 스케그(410a) 및 제2 러더 전방 스케그(420a)의 내벽면(411a, 421a)은 볼록한 아크 형상을 가지지만 제1 러더 전방 스케그(410a) 및 제2 러더 전방 스케그(420a)의 내벽면(411a, 421a)의 반대측 벽면인 외벽면(412a, 422a)은 직선에 가까운 형상을 갖는다.

본 실시예와 같이 프로펠러(200)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 일단부 측 이격간격이 러더(300)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410) 및 제2 러더 전방 스케그(420)의 타단부 측 이격간격보다 넓도록 프로펠러(200)의 회전중심과 러더(300)를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 경사 배치되는 경우에는, 내벽면(411, 421)은 유체가 직접 충돌하여 흘러가는 부분이기 때문에 저항력이 크게 작용하지만 외벽면(412, 422)은 유체가 흘러가는 부분이기 때문에 내벽면(411, 421)보다 저항력이 작게 작용하게 된다. 따라서 외벽면(412, 422)의 형상은 본 실시 예에서와 같이 직선에 가까운 형상을 갖거나 또는 외벽면을 흐르는 유체를 보다 더 가이드할 수 있도록 적절히 변경될 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 선박에서 프로펠러와 러더 전방 스케그 및 러더를 저면에서 바라본 개략적인 도면이다.

본 실시예는 전술한 일 실시예와 비교하여 제1 러더 전방 스케그(410b) 및 제2 러더 전방 스케그(420b)의 형태에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 일 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 차이점이 있는 구성에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 제1 러더 전방 스케그(410b) 및 제2 러더 전방 스케그(420b)는 경사 배치되지 않았지만 제1 러더 전방 스케그(410b) 및 제2 러더 전방 스케그(420b)의 내벽면(411b, 421b)과 외벽면(412b, 422b)의 형상의 변화만으로 프로펠러(200)의 후류에 작용하여 후류를 정류하거나 또는 후류에 노즐효과가 발생하도록 하여 러더에 유입되는 유동의 속도를 증가시킴으로써, 러더의 동작에 기초한 선체(100)의 조종 성능을 향상시킬 수 있다.

한편 전술한 실시 예들에서는 제1 러더 전방 스케그(410, 410a, 410b) 및 제1 러더 전방 스케그(420, 420a, 420b)가 프로펠러(200)와 러더(300) 사이에서 선체(100)에 고정되어 결합된 것에 대하여 상술하였으나, 필요한 경우 제1 러더 전방 스케그(410, 410a, 410b) 및 제1 러더 전방 스케그(420, 420a, 420b) 중 적어도 어느 하나는 프로펠러(200)와 러더(300) 사이에서 선체(100)에 상대 회전 가능하게 결합될 수 있을 것이다.

이 경우 프로펠러(200)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410, 410a, 410b) 및 제2 러더 전방 스케그(420, 420a, 420b)의 일단부 측 이격간격이 러더(300)를 향한 제1 러더 전방 스케그(410, 410a, 410b) 및 제2 러더 전방 스케그(420, 420a, 420b)의 타단부 측 이격간격보다 넓도록 프로펠러(200)의 회전중심과 러더(300)를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 경사 배치되는 경우에 경사의 정도를 조절할 수 있는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 선체 110 : 스러스터
200 : 프로펠러 300 : 러더
310 : 러더본체 320 : 러더스톡
400 : 조종 성능 향상부, 러더 전방 스케그 410 : 제1 러더 전방 스케그
420 : 제2 러더 전방 스케그 411, 421 : 내벽면
412, 422 : 외벽면

Claims

회전샤프트를 축으로 선체에 회전 가능하게 결합되는 프로펠러;
상기 프로펠러의 일측에 배치되어 상기 선체의 진행 방향을 조종하는 러더; 및
상기 프로펠러와 상기 러더 사이에 배치되며, 상기 프로펠러의 회전 시 발생되는 상기 프로펠러의 후류에 작용하여 상기 러더의 동작에 기초한 상기 선체의 조종 성능을 향상시키는 조종 성능 향상부를 포함하는 선박.
제1항에 있어서,
상기 조종 성능 향상부는, 상기 프로펠러와 상기 러더 사이에서 상기 선체에 결합되는 적어도 하나의 러더 전방 스케그(skeg)인 것을 특징으로 하는 선박.
제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 러더 전방 스케그는 복수 개의 러더 전방 스케그이며,
상기 복수 개의 러더 전방 스케그는,
제1 러더 전방 스케그; 및
상기 제1 러더 전방 스케그와 상호 이격되게 배치되는 제2 러더 전방 스케그를 포함하는 선박.
제3항에 있어서,
상기 제1 러더 전방 스케그와 상기 제2 러더 전방 스케그는, 상기 프로펠러의 회전중심과 상기 러더를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는 선박.
제4항에 있어서,
상기 프로펠러를 향한 상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그의 일단부 측 이격간격이 상기 러더를 향한 상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그의 타단부 측 이격간격보다 넓도록 상기 프로펠러의 회전중심과 상기 러더를 잇는 가상의 직선라인을 기준으로 하여 상호 대칭되게 경사 배치되는 것을 특징으로 하는 선박.
제3항에 있어서,
상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그에서 상호 마주보는 내벽면은 볼록한 아크(arc) 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
제6항에 있어서,
상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그의 내벽면의 반대측 벽면인 외벽면은 볼록한 아크 형상 또는 직선형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
제3항에 있어서,
상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그 각각은 동일한 횡단면을 유지하면서 상하 방향으로 연장되어 마련되는 것을 특징으로 하는 선박.
제3항에 있어서,
상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그 각각의 횡단면 면적은 상기 러더의 횡단면 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 선박.
제3항에 있어서,
상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그는, 상기 러더 길이의 50% 이상 100% 이하에 해당하는 길이와, 상기 러더 높이의 80% 이상 110% 이하에 해당하는 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 선박.
제10항에 있어서,
상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그의 높이는 상기 러더의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 선박.
제3항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 러더 전방 스케그 및 상기 제2 러더 전방 스케그 중 적어도 어느 하나는 상기 선체에 상대 회전 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 선박.