KR20130075482A - 선박 - Google Patents

Abstract

선박이 개시된다. 본 발명에 따른 선박은, 프로펠러가 일측에 마련되는 선체; 및 프로펠러의 인접한 영역에 배치되어 선체의 진행 방향을 조종하는 러더를 포함하며, 러더는, 선체에 결합되는 러더 본체; 및 러더 본체에 적어도 일 영역이 회전 가능하게 결합되는 회전형 러더 벌브를 포함한다.

Description

선박{A Ship}

본 발명은, 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 러더(rudder, 방향타)에 러더 벌브(rudder bulb)가 부착되는 선박에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 프로펠러가 회전하면서 발생되는 추진력을 이용하여 운항하게 된다. 프로펠러가 회전하게 되면, 그 전후의 압력의 차이로 인해, 프로펠러 주변의 해수를 밀어냄으로써, 선박을 추진하는데 필요한 추력을 발생시키게 된다.

프로펠러가 회전하면 프로펠러 블레이드의 단면은 받음각을 가지게 되고, 이 때, 블레이드 전후에서 발생되는 압력 차이에 의해 양력과 항력이 발생된다.

이러한 프로펠러 블레이드의 단면의 양력과 항력의 합력이 프로펠러의 추력과 토오크로 작용하게 되므로 프로펠러 블레이드의 단면의 형상 및 그에 따른 유체 역학적 특성은 프로펠러의 추진 효율과 관련된 주요한 인자로 작용하게 된다. 따라서 이를 바탕으로 프로펠러의 추진 효율을 향상시키기 위해 다양한 형태의 연구가 꾸준히 이루어져 왔다.

그러한 연구들에는, 프로펠러의 후류에 의한 영향을 최대한 줄여 프로펠러의 추진 효율을 향상시키기 위한 연구들이 있다. 이에 대하여 간략히 소개하면, 일반적으로 프로펠러에 의해 유기되는 후류는, 프로펠러 블레이드에 의해 유기되는 회전류와, 프로펠러의 허브에 의해 유기되는 허브 볼텍스(hub vortex, 중심소용돌이)로 나눌 수 있으며, 이 중 허브 볼텍스는 프로펠러에 공급되는 에너지의 2~3%로 알려져 있는데 이 허브 볼텍스에 의한 영향을 감소시켜 프로펠러의 추진 효율을 향상시키기 위한 연구들이 있다.

그 예들로, 프로펠러의 허브의 끝단에서 발생하는 와류의 감소를 위해, 캡에 부착되는 프로펠러 보스 캡 핀(PBCF, Propeller Boss Cap with Fin)이나 러더(rudder, 방향타)에 형성되는 러더 벌브(rudder bulb) 등이 제안된 바 있다.

이 중에서 러더(rudder)에 형성되는 러더 벌브(rudder bulb)를 부착한 종래 기술에 대하여 이하 상세히 살펴보기로 하는데, 이를 위하여 먼저 러더(rudder)부터 설명하면, 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.

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.

최초 선박에 적용된 러더는 한 장의 판 형상으로 된 키판을 선미에 장착하는 간단한 구성의 단판형 러더였다. 그런데, 이러한 단판형 러더는 그 후면에서의 유체 박리로 인하여 방향 조정의 효과가 상실될 뿐만 아니라 실속각이 작고, 또한 저항이 매우 커지는 등의 여러 가지 문제점을 발생시켜 왔다.

이에, 이러한 문제점을 해결하여 러더의 성능을 최적화시키기 위한 다양한 형태의 러더가 지속적으로 개발되고 있다.

예컨대, 양력을 증가시키기 위해 개발되고 있는 러더에는, 러더의 가동부와 고정부 사이의 틈새를 통과하는 가속된 유체가 러더 후면의 유속을 증가시켜 양력을 증가시키는 하이드로 갭 러더(hydro gap rudder), 러더 후방의 일부를 가동 가능하게 구성하여 사용 상태에 따라 러더의 단면 캠버를 변형시킴으로써 양력을 증가시키는 베카 러더(becker rudder), 러더에 프로펠러를 장착한 것으로 저속에서도 타력을 발생시키는 능동 러더(active rudder) 등이 있다.

최근 선박이 대형화되고 고속화됨에 따라 프로펠러에서 발생하는 후류(slip stream)는 매우 높은 하류 방향 속도를 갖게 되었고 이러한 후류에 의해 직접적으로 영향을 받게 되는 러더는 양력이나 항력뿐만 아니라 캐비테이션(cavitation, 공동현상) 관점에서 많은 관심을 불러일으키고 있다.

러더의 표면에서 발생하는 캐비테이션은 과도한 경우 타의 표면에 침식을 일으켜 유지 보수비용을 증가시키거나 심각한 수중 소음을 발생시킬 수 있다. 게다가 선박에 항력을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.

캐비테이션은, 프로펠러에 의해 발생되는 팁 볼텍스(tip vortex) 캐비테이션과 허브 볼텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 영향과, 입사류의 유속 증가 또는 입사각의 증가에 의해 러더에서 발생하는 러더 자체 캐비테이션의 영향 등으로 구분될 수 있으며, 캐비테이션에 의한 손상은 주로 프로펠러로부터 발생하는 팁 볼텍스(tip vortex) 캐비테이션에 의해 러더의 상부 및 하부 손상, 허브 볼텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 러더의 중간 부분 손상, 특별한 경우 러더 자체 캐비테이션 등에 의한 러더의 하부 손상 및 소울(sole) 캐비테이션에 의한 하부 끝 단 부분 손상으로 구분될 수 있다.

캐비테이션에 의한 영향을 최대한 줄여 선박의 조종 성능을 향상시키기 위한 일환으로 러더의 형상을 바꾸거나, 캐비테이션으로 발생하는 충격을 흡수하는 특수코팅을 러더의 표면에 입히기도 하며, 캐비테이션이 일어나는 공간을 최소화하기 위해 러더에 혹 모양의 러더 벌브(rudder bulb)를 달기도 한다.

이 중, 러더에 혹 모양의 러더 벌브(rudder bulb)를 부착한 선박에 대한 종래 기술이 대한민국특허청 등록특허공보 등록번호 10-0833118호에 개시된 바 있다.

이러한 러더 벌브는, 혼타(horn rudder)나 전가동타(full spade rudder)에 있어서, 프로펠러 후방의 러더 전방에서 프로펠러의 보스 캡에 대응되는 위치, 다시 말해 프로펠러의 보스 캡과 가장 가까운 거리의 러더 부분에 러더 벌브가 돌출되도록 부착하여 프로펠러 허브에 의해 발생하는 허브 볼텍스를 억제하고 프로펠러 효율을 증가시키며 허브 볼텍스에 의한 러더 캐비테이션(cavitation)을 지연하는 역할을 한다.

그런데, 이러한 러더 벌브를 장착하더라도 기존 대비 프로펠러 허브 볼텍스의 생성이 억제되나 허브 볼텍스가 완전히 사라지지 않으며, 따라서 종래 기술에 따른 러더 벌브로는, 허브 볼텍스에 의한 영향을 감소시켜 프로펠러의 추진 효율을 향상시키는 데 한계가 있을 수밖에 없어 개선이 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-0899737호, 2009.05.06.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 프로펠러의 허브에 의해 유기되는 허브 볼텍스(hub vortex, 중심소용돌이)에 의한 영향을 종래보다 더욱 감소시켜 프로펠러의 추진 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러가 일측에 마련되는 선체; 및 상기 프로펠러의 인접한 영역에 배치되어 상기 선체의 진행 방향을 조종하는 러더를 포함하며, 상기 러더는, 상기 선체에 결합되는 러더 본체; 및 상기 러더 본체에 적어도 일 영역이 회전 가능하게 결합되는 회전형 러더 벌브를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.

상기 회전형 러더 벌브는, 상기 러더 본체에 고정되는 고정 벌브 파트; 및 상기 고정 벌브 파트에 상대 회전 가능하게 연결되는 회전 벌브 파트를 포함할 수 있다.

상기 회전형 러더 벌브는, 상기 고정 벌브 파트에 대해 상기 회전 벌브 파트가 상대 회전되도록 하는 회전동력을 제공하는 회전동력 제공모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 회전형 러더 벌브는, 상기 프로펠러의 회전 시 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex)의 억제를 위하여 상기 회전 벌브 파트가 상기 프로펠러 회전방향의 역방향으로 상기 고정 벌브 파트에 대해 상대 회전되도록 하는 회전동력을 상기 회전동력 제공모듈이 상기 회전 벌브 파트에 제공하도록 상기 회전동력 제공모듈을 제어하는 제어모듈을 더 포함할 수 있다.

상기 회전동력 제공모듈는, 상기 회전동력을 발생시키는 회전동력 발생유닛; 및 일단부는 상기 회전동력 발생유닛과 연결되고, 타단부는 상기 회전 벌브 파트에 연결되어 상기 회전동력 발생유닛에서 발생된 회전동력을 상기 회전 벌브 파트로 전달하는 회전축을 포함할 수 있다.

상기 회전동력 발생유닛은, 상기 회전형 러더 벌브, 상기 러더 본체 및 상기 선체 중 적어도 어느 한 곳에 마련될 수 있다.

상기 회전동력 제공모듈는, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 더 포함할 수 있다.

상기 회전동력 발생유닛은 상기 회전축에 연결되는 모터를 포함할 수 있다.

상기 모터는 상기 회전형 러더 벌브에 마련되어 상기 회전축에 직결될 수 있다.

상기 회전동력 발생유닛은, 상기 선체에 마련되어 바람에 의해 회전되는 풍력 블레이드; 상기 풍력 블레이드의 회전축심에 연결되는 블레이드 샤프트; 및 상기 블레이드 샤프트와 상기 회전축에 연결되어 상기 풍력 블레이드 쪽의 회전운동을 상기 회전축의 회전운동으로 전달하는 동력 전달부를 포함할 수 있다.

상기 동력 전달부는, 상기 블레이드 샤프트에 연결되는 제1 베벨기어; 상기 제1 베벨기어와 기어결합되는 제2 베벨기어; 상기 제2 베벨기어가 일단부에 결합되는 연결 샤프트; 상기 연결 샤프트의 타단부에 결합되는 제3 베벨기어; 및 상기 제3 베벨기어와 기어결합되며, 상기 회전축의 일단부에 결합되는 제4 베벨기어를 포함할 수 있다.

상기 회전동력 발생유닛은, 상기 선체에 설치되어 상기 풍력 블레이드를 지지하며, 상기 제1 베벨기어와 상기 제2 베벨기어가 설치되는 풍력타워를 더 포함할 수 있다.

상기 러더 본체는, 상기 선체에 고정되는 러더 샤프트에 결합되는 러더 혼; 및 상기 러더 혼에 연결되어 상기 러더 혼에 대해 상대 회전되는 러더 가동부를 포함하며, 상기 회전형 러더 벌브는 상기 러더 혼에 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 러더 벌브가 러더 본체에 대하여 적어도 일 영역이 회전 가능하게 마련됨으로써 프로펠러의 허브에 의해 유기되는 허브 볼텍스(hub vortex, 중심소용돌이)에 의한 영향을 종래보다 더욱 감소시켜 프로펠러의 추진 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 개략적인 측면 구조도이다.
도 2는 도 1의 선박에서 러더가 설치되는 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 선박의 프로펠러와 러더의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 러더가 설치되는 부분의 확대도이다.

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)의 일측에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러(200)와, 프로펠러(200)의 인접한 영역에 배치되어 선박의 진행 방향을 조정하는 러더(300, rudder)를 포함한다.

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

한편 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.

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 러더가 설치되는 부분의 확대도이고, 도 3은 도 1의 선박의 프로펠러와 러더의 사시도이다.

이들 도면과 도 1을 함께 참조하면, 본 실시 예에서 러더(300)는, 선체(100)의 선미부에 마련되는데, 선체(100)에 결합되는 러더 본체(310)와, 러더 본체(310)에 적어도 일 영역이 회전 가능하게 결합되는 회전형 러더 벌브(330)를 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 본 실시 예에서 회전형 러더 벌브(330)는 프로펠러(200)의 회전 시 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex)의 억제를 위하여 적어도 일 영역이 회전한다.

본 실시예에서 러더 본체(310)는, 선체(100)에 고정되는 러더 혼(311)과, 러더 혼(311)에 연결되어 러더 혼(311)에 대해 상대 회전되는 러더 가동부(313)를 포함한다.

이와 같이 본 실시예에서 러더(300)는, 고정된 러더 혼(311) 대하여 러더 가동부(313)가 회전되면서 선박의 진행 방향을 조정하는 혼 타입 러더(horn type rudder) 즉 혼(horn) 타가 적용되고 있는데, 혼 타는 구조적으로 안정될 뿐만 아니라 구조적으로 강한 특성을 갖는 이점이 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 풀 스페이드 러더(full spade rudder) 등과 같이 일체형 러더에도 적용될 수 있을 것이다.

또한 본 실시 예에서 러더 가동부(313)가 상하의 중심 축선에 대하여 양측이 서로 대칭되는 구조로 되어 있으나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며 비대칭 구조의 러더 가동부(313)가 적용될 수도 있을 것이다.

러더 혼(311)은 선체(100)에 결합된 러더 샤프트(312)에 고정되고, 러더 가동부(313)를 지지해주는 역할을 한다. 높은 중량과 선박의 회전에 의한 응력을 견디기 위해 강도가 높은 주강품으로 제작될 수 있으며, 제작의 용이성을 위해 주강품과 고장력 철판을 용접하여 제작된다.

러더 가동부(313)는 방향타 혹은 방향키라고도 하며 선박의 진행 방향을 조정한다. 이러한 러더 가동부(313)는 유체의 흐름에 따른 양력이 잘 발생되도록 유선형 형상을 가지며, 선박의 좌우 조향시 큰 힘을 받을 수 있으므로 주강소재와 고장력강 및 일반 탄소강을 용접하여 제작될 수 있다.

그리고 러더 가동부(313)는, 도면에 미도시되어 있으나 러더 블레이드(미도시, rudder blade), 러더 스톡(미도시, rudder stock), 핀틀(미도시, pintle) 및 스티어링 기어(미도시, streering gear)를 포함할 수 있다.

러더 블레이드(미도시, rudder blade)는 선미 프로펠러(200) 뒤쪽에 위치하며 프로펠러(200)로부터 추진되는 추력을 이용하여 만들어진 양력에 의해 선박의 방향을 전환하는 기능을 하고, 스티어링 기어(미도시, streering gear) 혹은 조타기는 러더 블레이드에 회전력을 제공하는데 일반적으로 유압 실린더를 이용하여 움직이는 랩슨 슬라이드형과 유압모터를 러더 축에 달아 돌려주는 로우터리 베인형으로 구분된다.

또한 러더 스톡(미도시, rudder stock)은 선박 운항시 방향 전환을 위해 스티어링 기어에서 발생하는 회전력을 러더 블레이드에 전달하는 매개체 역할을 하며, 핀틀(미도시, pintle)은 선박에 러더 블레이드를 설치시 러더 혼(311)과의 결합을 위한 연결에 사용된다.

한편, 회전형 러더 벌브(330)는, 프로펠러(200)의 회전 시 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex)의 억제를 위하여 러더 본체(310)에 적어도 일 영역이 회전가능하게 결합된다. 즉 회전형 러더 벌브(330)는 프로펠러(200)의 정 중앙에 배치되는 보스 캡(240)에 미리 결정된 거리만큼 인접되게 배치되어 프로펠러(200) 후방의 유체 흐름을 정류시킴으로써 추진 효율을 향상시키기 위해 러더 본체(310)에 결합된다.

이러한 회전형 러더 벌브(330)는 본 실시 예에서 러더 본체(310)의 러더 혼(311)에 결합된다. 보다 상세하게는 본 실시 예에서 회전형 러더 벌브(330)는 러더 혼(311)과 프로펠러(200) 사이에서 프로펠러(200)의 허브(230) 중앙에 대향되도록 배치되어 러더 혼(311)에 결합된다.

이와 같이 본 실시예에서 회전형 러더 벌브(330)가 러더 혼(311)에 결합되는 이유는 만약 회전형 러더 벌브(330)가 러더 가동부(313)에 결합되는 경우 러더 가동부(313) 면적 변화로 인해 러더(300)를 회전시키는 데 필요한 토크의 크기가 달라지며 즉 역토크가 증가하여 이를 보정하기 위해 러더(300)의 재설계 및 러더(300)의 축 이동이 필요하여 이로 인해 설계 및 제작비용이 증가하게 되는 문제가 있기 때문이며, 또한 본 실시 예에서 회전형 러더 벌브(330)를 프로펠러(200)의 허브(230) 중앙에 대향되도록 배치하는 이유는 이와 같이 회전형 러더 벌브(330)를 배치할 때 유체의 정류 효과가 크기 때문이다.

그러나 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 회전형 러더 벌브(330)가 러더 가동부(313)에 결합될 수도 있을 것이고 또한 상황에 따라 회전형 러더 벌브(330)의 배치 위치도 변할 수 있을 것이다.

그리고 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 회전형 러더 벌브(330)의 전체적인 외관 형상은 물방울 형태의 유선형 구조를 가질 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며 회전형 러더 벌브(330)의 형상은 상황에 따라 적절히 변할 수 있을 것이다.

이러한 회전형 러더 벌브(330)는, 러더 혼(311)에 고정되는 고정 벌브 파트(331)와, 고정 벌브 파트(331)에 상대 회전 가능하게 연결되는 회전 벌브 파트(332)와, 회전형 러더 벌브(330)와 연결되되 고정 벌브 파트(331)에 대해 회전 벌브 파트(332)가 상대 회전되도록 하는 회전동력을 제공하는 회전동력 제공모듈(333)과, 회전동력 제공모듈(333)을 제어하는 제어모듈(미도시)을 포함한다.

이러한 구성으로 제어모듈이 회전동력 제공모듈(333)을 제어하여, 프로펠러(200)의 회전 시 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex)의 억제를 위하여 회전 벌브 파트(332)가 고정 벌브 파트(331)에 대해 상대 회전되도록 한다. 본 실시 예의 경우, 회전 벌브 파트(332)는 프로펠러(200) 회전방향(A, 도 3 참조)의 역방향(B, 도 3 참조)으로 고정 벌브 파트(331)에 대해 상대 회전한다.

고정 벌브 파트(331)는 회전형 러더 벌브(330)에서 선미측 방향에 위치하는 부분으로서 러더 혼(311)에 고정되며, 회전 벌브 파트(332)는 회전형 러더 벌브(330)의 선수측 방향의 부분으로서 프로펠러(200)의 보스 캡(240)과 대향되게 배치되어 고정 벌브 파트(331)에 대하여 상대 회전한다.

회전 벌브 파트(332)의 회전반경은 프로펠러(200)의 허브(230)의 직경과 동일하거나 유사한 직경으로 제작될 수 있다. 이는 회전 벌브 파트(332)의 회전반경이 너무 크면 회전 시 저항이 커질 수 있고 회전반경이 너무 작으면 허브 볼텍스에 대한 영향이 작아서 허브 볼텍스 억제 효과가 적을 수 있기 때문이다.

종래 기술과 같이 고정형 러더 벌브를 적용하는 경우에는 비록 러더 벌브가 없는 경우보다 프로펠러 허브 볼텍스의 생성이 억제되기는 하나 허브 볼텍스가 완전히 사라지지 않으며, 따라서 허브 볼텍스에 의한 영향을 감소시켜 프로펠러(200)의 추진 효율을 향상시키는 데 한계가 있을 수밖에 없었다. 그러나 본 발명의 일 실시예에서와 같이 회전형 러더 벌브(330)를 적용하게 되면, 회전 벌브 파트(332)가 허브 볼텍스의 회전 방향과 반대로 회전하면서 허브 볼텍스를 상쇄시킴으로써 종래보다 허브 볼텍스에 의한 영향을 종래보다 더욱 감소시켜 프로펠러(200)의 추진 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

한편 회전동력 제공모듈(333)은, 회전 벌브 파트(332)가 고정 벌브 파트(331)에 대해 상대 회전하도록 회전동력을 제공한다.

본 실시 예에서 회전동력 제공모듈(333)은, 회전동력을 발생시키는 회전동력 발생유닛(334)과, 일단부는 회전동력 발생유닛(334)과 연결되고 타단부는 회전 벌브 파트(332)에 연결되어 회전동력 발생유닛(334)에서 발생된 회전동력을 회전 벌브 파트(332)로 전달하는 회전축(335)과, 회전축(335)을 회전가능하게 지지하는 베어링(336)을 포함한다.

본 실시 예에서 회전축(335)은 회전축(335)을 가상으로 연장한 직선 상에 프로펠러(200)의 회전중심이 위치하도록 마련된다. 본 실시 예에서는 프로펠러(200)의 회전중심과 회전 벌브 파트(332)의 회전중심이 일치하도록 함으로써 허브 볼텍스의 발생을 보다 효과적으로 방지하고 있다.

또한 베어링(336)은 러더 혼(311)에 설치되되 회전축(335)의 회전을 허용하면서 회전축(335)을 지지할 수 있도록 회전축(335)에 결합되어 있다.

그리고 본 실시예에서는, 회전동력 발생유닛(334)은 회전형 러더 벌브(330)에 마련되어 회전축(335)에 직결되는 직결식 모터일 수 있다. 이와 같이 직결식 모터를 이용하는 경우에는 프로펠러(200)의 회전속도에 대응되게 회전 벌브 파트(332)의 회전속도를 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 실시예에서는, 회전동력 발생유닛(334)이 회전형 러더벌브(330) 내에 위치하고 있으나, 본 발명의 권리범위가 회전동력 발생유닛(334)의 위치에 한정되지 않으며, 예를 들어 회전동력 발생유닛(334)이 선체(100) 내 또는 러더 본체(310) 내에 위치하고 베벨기어(미도시)와 연결샤프트(미도시) 등을 이용하여 회전 벌브 파트(332)로 회전동력을 전달할 수도 있을 것이다.

한편 제어모듈(미도시)은, 회전 벌브 파트(332)가 고정 벌브 파트(331)에 대해 상대 회전되도록 하는 회전동력을 회전동력 제공모듈(333)이 회전 벌브 파트(332)에 제공하도록 회전동력 제공모듈(333)을 제어한다. 본 실시 예에서 제어모듈은 프로펠러(200)의 회전 시 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex)의 억제를 위하여 회전 벌브 파트(332)가 프로펠러(200) 회전방향(A)의 역방향(B)으로 고정 벌브 파트(331)에 대해 상대 회전하도록 회전동력 제공모듈(333)을 제어한다.

이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 작동을 설명하면 다음과 같다.

선체(100)의 항해에 필요로 하는 추진력을 발생시키기 위하여 프로펠러(200)가 회전하게 된다.

그런데 프로펠러(200)가 회전하면, 프로펠러 블레이드(210) 사이에서 형성되어 허브(230)와 보스 캡(240)을 지나면서 수축되어 한 가닥으로 합류되는 볼텍스(Vortex)가 허브(230)의 후방에서 발생되는데, 이러한 볼텍스는 프로펠러 블레이드(210)에 의해 유기되는 회전류와, 프로펠러(200)의 허브(230)에 의해 유기되는 허브 볼텍스(hub vortex, 중심소용돌이)로 구분되며, 특히 허브 볼텍스는 프로펠러(200)의 보스 캡(240)을 지난 지점부터 압력의 영향으로 수축되어 프로펠러(200)의 축심 위치에서 합쳐지면서 한 가닥의 강력한 볼텍스를 생성하게 된다.

그런데, 이와 같이 프로펠러(200)의 회전시 수반되는 허브 볼텍스의 집중현상은 선박 추진기의 효율 감소와 추진기 자체의 진동 및 소음 발생의 원인으로 작용하게 됨과 더불어 프로펠러(200)의 후미에 위치한 러더(300)에서의 캐비테이션(Cavitation)에 의한 침식 문제까지 초래하게 된다.

전술한 바와 같이 허브 볼텍스의 집중현상은 러더에 러더 벌브를 고정 장착함으로써 어느 정도 해소가 가능하지만 허브 볼텍스는 여전히 존재하여 러더 벌브를 감싸면서 후방으로 흐르게 되므로 선박 추진기의 효율 감소와 러더에서의 캐비테이션(Cavitation)에 의한 침식 문제가 여전히 존재하고 있다.

그러나 본 실시 예의 경우, 프로펠러(200)의 회전에 의해 발생된 허브 볼텍스는 프로펠러(200)의 회전방향과 같은 방향으로 회전하는 것을 고려하여 회전형 러더 벌브(330)의 회전 벌브 파트(332)가 이와 반대되는 방향으로 회전하도록 구성함으로써 허브 볼텍스를 종래보다 훨씬 더 많이 상쇄시킴으로써 고정형 러더 벌브만 있는 종래 보다 허브 볼텍스를 훨씬 더 억제시키게 된다.

이와 같이, 본 실시 예에서는 회전 벌브 파트(332)의 회전에 의해 허브 볼텍스의 발생이 종래보다 더욱 억제되어, 허브 볼텍스 발생에 의한 추진기 효율 저하 및 연비 감소가 방지되고 캐비테이션에 의한 러더(300)의 침식이 종래보다 더욱 효과적으로 방지될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 러더가 설치되는 부분의 확대도이다.

본 실시예는 전술한 일 실시예와 비교할 때에 일부의 구성에 있어서 차이가 있을 뿐, 다른 구성에 있어서는 일 실시예의 구성과 동일하므로, 이하에서는 본 실시예의 차이점이 있는 구성에 대해서만 상세히 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박은, 선체(100)와, 선체(100)의 일측에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러(200)와, 프로펠러(200)의 인접한 영역에 배치되어 선박의 진행 방향을 조정하는 러더(300a, rudder)를 포함한다.

여기서 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.

또한 러더(300a)는, 선체(100)에 결합되는 러더 샤프트(312)에 결합되는 러더 본체(310)와, 러더 본체(310)에 적어도 일 영역이 회전 가능하게 결합되는 회전형 러더 벌브(350)를 포함한다. 그리고 러더 본체(310)는, 선체(100)에 고정되는 러더 혼(311)과, 러더 혼(311)에 연결되어 러더 혼(311)에 대해 상대 회전되는 러더 가동부(313)를 포함한다.

한편 회전형 러더 벌브(350)는, 러더 본체(310) 즉 본 실시 예에서 러더 혼(311)에 고정되는 고정 벌브 파트(331)와, 고정 벌브 파트(331)에 상대 회전 가능하게 연결되는 회전 벌브 파트(332)와, 회전형 러더 벌브(350)와 연결되되 고정 벌브 파트(331)에 대해 회전 벌브 파트(332)가 상대 회전되도록 하는 회전동력을 제공하는 회전동력 제공모듈(미도시)과, 회전동력 제공모듈을 제어하는 제어모듈(미도시)을 포함한다.

여기서 회전동력 제공모듈은, 회전동력을 발생시키는 회전동력 발생유닛(360)과, 일단부는 동력전달부(363)와 연결되고 타단부는 회전 벌브 파트(332)에 연결되어 회전동력 발생유닛(360)에서 발생된 회전동력을 회전 벌브 파트(332)로 전달하는 회전축(335)과, 회전축(335)을 회전가능하게 지지하는 베어링(336)을 포함한다.

본 실시예에서 회전동력 발생유닛(360)은, 전술한 일 실시 예와 달리, 선체(100)에 마련되어 바람에 의해 회전되는 풍력 블레이드(361)와, 풍력 블레이드(361)의 회전축심에 연결되는 블레이드 샤프트(362)와, 블레이드 샤프트(362)와 회전축(335)에 연결되어 풍력 블레이드(361) 쪽의 회전운동을 회전축(335)의 회전운동으로 전달하는 동력 전달부(363)와, 선체(100)에 설치되어 풍력 블레이드(361)를 지지하는 풍력타워(364)를 포함한다.

그리고 동력 전달부(363)는, 블레이드 샤프트(362)에 연결되는 제1 베벨기어(363a)와, 제1 베벨기어(363a)와 기어결합되는 제2 베벨기어(363b)와, 제2 베벨기어(363b)가 일단부에 결합되는 연결 샤프트(363c)와, 연결 샤프트(363c)의 타단부에 결합되는 제3 베벨기어(363d)와, 제3 베벨기어(363d)와 기어결합되며 회전축(335)의 일단부에 결합되는 제4 베벨기어(363e)를 포함한다. 본 실시 예에서 제1 베벨기어(363a)와 제2 베벨기어(363b)는 풍력타워(364)에 설치된다.

이러한 구성으로, 선체(100)가 전진함에 따라 선체(100)의 선수부로부터 선미부를 향하여 바람이 불게 되고 이러한 바람에 의해 풍력 블레이드(361)가 회전하게 되며 이때 풍력 블레이드(361)의 회전축심에 연결된 블레이드 샤프트(362)가 회전하게 된다.

블레이드 샤프트(362)가 회전하게 되면 블레이드 샤프트(362)의 회전력은 제1 베벨기어(363a)를 통하여 이에 기어결합된 제2 베벨기어(363b)에 전달되고, 제2 베벨기어(363b)가 회전하게 되면 제2 베벨기어(363b)의 일단부에 마련된 연결 샤프트(363c)가 회전하게 되고 이에 따라 연결 샤프트(363c)의 타단부에 마련된 제3 베벨기어(363d)가 이에 기어 결합된 제4 베벨기어(363e)를 회전시키게 된다. 이에 의하여 제4 베벨기어(363e)의 일단부에 결합된 회전축(335)이 회전하여 결과적으로 회전 벌브 파트(332)가 회전된다.

본 실시 예에서도 회전 벌브 파트(332)는 프로펠러(200)의 회전방향과 반대되는 방향으로 회전함으로써 허브 볼텍스를 상쇄시키도록 구성된다.

만약 선체(100)의 속도를 조절하는 프로펠러(200)의 회전속도가 증가하면 선체(100)의 전진속도가 증가하고 이에 따라 풍력 블레이드(361)의 회전속도도 증가하게 되므로 결과적으로 회전 벌브 파트(332)의 회전속도도 증가하게 된다. 반대로 프로펠러(200)의 회전속도가 감소하는 경우에는 선체(100)의 전진속도가 감소하고 이에 따라 풍력 블레이드(361)의 회전속도도 감소하게 되므로 결과적으로 회전 벌브 파트(332)의 회전속도가 감소하게 된다.

프로펠러(200)의 회전속도에 대응되는 회전 벌브 파트(332)의 속도의 조절은 물론 기어비를 조절함으로써 조절할 수 있을 것이다.

이와 같이 풍력 블레이드(361)를 이용하는 경우에는 회전 벌브 파트(332)를 회전시키기 위해 별도의 전원이 필요하지 않는 장점이 있다.

그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며, 풍력 블레이드(361)와 연결되는 풍력 발전기(미도시)를 설치하여 전력을 생산하고 이 전력을 전술한 제1 실시예의 모터에 공급하여 회전 벌브 파트(332)를 회전시킬 수도 있을 것이며, 이와 달리 풍력 블레이드(361), 제1 베벨기어(363a) 및 제2 베벨기어(363b)를 생략하되 모터를 선체(100)에 설치하고 모터의 회전축(335)을 연결 샤프트(363c)에 연결하여 회전 벌브 파트(332)를 회전시킬 수도 있을 것이다.

한편 전술한 실시 예들에서는 회전형 러더 벌브(330)의 일 영역 즉 회전 벌브 파트(332)가 회전하는 것에 대하여 상술하였으나, 필요한 경우 회전형 러더 벌브(330) 전체가 회전하도록 구성할 수도 있을 것이다.

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 200 : 프로펠러
210 : 프로펠러 블레이드 220 : 회전 샤프트
230 : 허브 240 : 보스 캡
300 : 러더 310 : 러더 본체
311 : 러더 혼 312 : 러더 샤프트
313 : 러더 가동부 330 : 회전형 러더 벌브
331 : 고정 벌브 파트 332 : 회전 벌브 파트
333 : 회전동력 제공모듈 334 : 회전동력 발생유닛
335 : 회전축 336 : 베어링
361 : 풍력 블레이드 362 : 블레이드 샤프트
363 : 동력 전달부 364 : 풍력타워

Claims (13)

1. 프로펠러가 일측에 마련되는 선체; 및
   상기 프로펠러의 인접한 영역에 배치되어 상기 선체의 진행 방향을 조종하는 러더를 포함하며,
   상기 러더는,
   상기 선체에 결합되는 러더 본체; 및
   상기 러더 본체에 적어도 일 영역이 회전 가능하게 결합되는 회전형 러더 벌브를 포함하는 선박.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전형 러더 벌브는,
   상기 러더 본체에 고정되는 고정 벌브 파트; 및
   상기 고정 벌브 파트에 상대 회전 가능하게 연결되는 회전 벌브 파트를 포함하는 선박.
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전형 러더 벌브는,
   상기 고정 벌브 파트에 대해 상기 회전 벌브 파트가 상대 회전되도록 하는 회전동력을 제공하는 회전동력 제공모듈을 더 포함하는 선박.
4. 제3항에 있어서,
   상기 회전형 러더 벌브는,
   상기 프로펠러의 회전 시 발생하는 허브 볼텍스(hub vortex)의 억제를 위하여 상기 회전 벌브 파트가 상기 프로펠러 회전방향의 역방향으로 상기 고정 벌브 파트에 대해 상대 회전되도록 하는 회전동력을 상기 회전동력 제공모듈이 상기 회전 벌브 파트에 제공하도록 상기 회전동력 제공모듈을 제어하는 제어모듈을 더 포함하는 선박.
5. 제3항에 있어서,
   상기 회전동력 제공모듈는,
   상기 회전동력을 발생시키는 회전동력 발생유닛; 및
   일단부는 상기 회전동력 발생유닛과 연결되고, 타단부는 상기 회전 벌브 파트에 연결되어 상기 회전동력 발생유닛에서 발생된 회전동력을 상기 회전 벌브 파트로 전달하는 회전축을 포함하는 선박.
6. 제5항에 있어서,
   상기 회전동력 발생유닛은, 상기 회전형 러더 벌브, 상기 러더 본체 및 상기 선체 중 적어도 어느 한 곳에 마련되는 것을 특징으로 하는 선박.
7. 제5항에 있어서,
   상기 회전동력 제공모듈는, 상기 회전축을 회전가능하게 지지하는 베어링을 더 포함하는 선박.
8. 제5항에 있어서,
   상기 회전동력 발생유닛은 상기 회전축에 연결되는 모터를 포함하는 선박.
9. 제8항에 있어서,
   상기 모터는 상기 회전형 러더 벌브에 마련되어 상기 회전축에 직결되는 것을 특징으로 하는 선박.
10. 제5항에 있어서,
    상기 회전동력 발생유닛은,
    상기 선체에 마련되어 바람에 의해 회전되는 풍력 블레이드;
    상기 풍력 블레이드의 회전축심에 연결되는 블레이드 샤프트; 및
    상기 블레이드 샤프트와 상기 회전축에 연결되어 상기 풍력 블레이드 쪽의 회전운동을 상기 회전축의 회전운동으로 전달하는 동력 전달부를 포함하는 선박.
11. 제10항에 있어서,
    상기 동력 전달부는,
    상기 블레이드 샤프트에 연결되는 제1 베벨기어;
    상기 제1 베벨기어와 기어결합되는 제2 베벨기어;
    상기 제2 베벨기어가 일단부에 결합되는 연결 샤프트;
    상기 연결 샤프트의 타단부에 결합되는 제3 베벨기어; 및
    상기 제3 베벨기어와 기어결합되며, 상기 회전축의 일단부에 결합되는 제4 베벨기어를 포함하는 선박.
12. 제11항에 있어서,
    상기 회전동력 발생유닛은,
    상기 선체에 설치되어 상기 풍력 블레이드를 지지하며, 상기 제1 베벨기어와 상기 제2 베벨기어가 설치되는 풍력타워를 더 포함하는 선박.
13. 제1항에 있어서,
    상기 러더 본체는,
    상기 선체에 고정되는 러더 샤프트에 결합되는 러더 혼; 및
    상기 러더 혼에 연결되어 상기 러더 혼에 대해 상대 회전되는 러더 가동부를 포함하며,
    상기 회전형 러더 벌브는 상기 러더 혼에 설치되는 것을 특징으로 하는 선박.

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