KR20140015918A - 선박용 러더 및 선박용 추진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것으로서, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 메인 프로펠러; 상기 메인 프로펠러보다 상대적으로 작은 회전면을 가지며 상기 메인 프로펠러의 후방에 결합되는 보조 프로펠러; 상기 보조 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 러더; 및 상기 러더의 중앙부를 감싸도록 상기 러더의 양측면에 결합되는 러더 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 러더의 중앙부에 러더 노즐을 구비하고 프로펠러의 후방에 보조 프로펠러를 구비함으로써, 보조 프로펠러가 프로펠러의 후류를 압축하여 러더에 유입되도록 하고, 러더 노즐이 러더에 흐르는 유류를 내측으로 통과시켜서, 추력을 대폭 향상시킬 수 있다.

Description

선박용 러더 및 선박용 추진 장치{A rudder for ship and a propulsion apparatus for ship}

본 발명은 선박용 러더 및 선박용 추진 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 한국산업기술평가관리원의 산업융합원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 10040060, 과제명: 저항추진성능 향상 선종별 에너지절감 부가장치 개발 및 실선 적용].

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 오일이 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 2010년에 선박 운항 시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.

이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 니즈에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.

연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감 부가 장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.

에너지 절감 부가 장치 중에서, 특히 러더의 좌우 표면에 핀을 구비하여 유체의 흐름을 제어하는 장치가 다양한 선박에 널리 적용되고 있다. 그러나 종래 사용되고 있는 러더 핀 장치는, 핀에 의해 불필요한 저항이 발생될 수 있고, 핀을 통한 추진 향상이 좋지 못하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 러더의 중앙부를 감싸는 러더 노즐을 구비함으로써, 프로펠러의 후류를 러더 노즐에 통과시켜 추력을 대폭 향상시킬 수 있는 선박용 러더 및 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치는, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 메인 프로펠러; 상기 메인 프로펠러보다 상대적으로 작은 회전면을 가지며 상기 메인 프로펠러의 후방에 결합되는 보조 프로펠러; 상기 보조 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 러더; 및 상기 러더의 중앙부를 감싸도록 상기 러더의 양측면에 결합되는 러더 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 러더 및 선박용 추진 장치는, 러더의 중앙부에 러더벌브를 감싸는 러더 노즐을 구비하여, 프로펠러의 후류가 러더에 유입될 시, 러더 노즐을 통과하도록 하여 추진 효율을 높일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 선박용 러더 및 선박용 추진 장치는, 러더의 중앙부에 러더 노즐을 구비하고 프로펠러의 후방에 보조 프로펠러를 구비함으로써, 보조 프로펠러가 프로펠러의 후류를 압축하여 러더에 유입되도록 하고, 러더 노즐이 러더에 흐르는 유류를 내측으로 통과시켜서, 추력을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 평면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 정면도.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 러더(10)는, 프로펠러(도시하지 않음)의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 러더에 있어서, 러더 벌브(11), 러더 노즐(12a)을 포함한다.

러더 벌브(11)는, 러더(10)의 리딩 에지(123a)에 결합된다. 러더 벌브(11)의 전단은 리딩 에지(123a)로부터 돌출된 구 형태이며, 러더 벌브(11)의 후단은 선박용 러더(10) 측면의 일정 지점까지 후방으로 연장되며 점으로 모이는 뾰족한 형태이다.

러더 벌브(11)는, 유체의 흐름을 원활하게 제어하여 공동 현상을 감소시키는 역할을 한다. 구체적으로는 러더(10)의 축심 주위에 영향을 미치는 프로펠러 허브 보텍스(Hub Vortex)의 영향을 완화시켜서, 선박용 러더(10) 표면의 침식을 최소화한다.

러더 노즐(12a)은, 러더 벌브(11)를 감싸도록 결합된다. 러더 벌브(11)가 선박용 러더(10)의 중앙부에 구비됨에 따라 러더 노즐(12a) 역시 중앙부분에 결합될 수 있다. 이때 러더 벌브(11)는 정단면이 원형 또는 상하 길이가 좌우 길이보다 상대적으로 큰 타원형인 원통 형태일 수 있으며, 물론 러더 벌브(11)는 러더 벌브(11)를 감싸도록 배치되는바, 러더 벌브(11)의 정단면은 선박용 러더(10)에 의해 일부분이 단절된 형태일 수 있다.

러더 노즐(12a)의 중심 축은 프로펠러 중심 축과 동일할 수 있다. 즉 프로펠러에 의해 발생되는 후류는 러더 벌브(11)와 러더 노즐(12a) 사이의 공간에 균일하게 유입될 수 있다.

러더 노즐(12a)은, 전후 방향을 따라 직경이 가변되는 형태이다. 구체적으로 러더 노즐(12a)은, 에어포일 형태의 측단면을 갖는 전방 노즐(121a)과, 후방으로 갈수록 연속적으로 직경이 감소하는 형태를 갖는 후방 노즐(122a)을 포함할 수 있다.

전방 노즐(121a)은 전단이 곡면 형태이며, 후방으로 갈수록 두께가 두꺼워졌다가 후단에서 다시 두께가 얇아지는 에어포일 형태이다. 즉 전방 노즐(121a)의 단면을 살펴보면, 최대 두께를 갖는 지점은 전방 노즐(121a)의 중간 지점에서 전방으로 치우쳐 있을 수 있다.

반면 후방 노즐(122a)은, 후방으로 갈수록 직경이 감소하며, 직경과 함께 두께 또한 연속적으로 감소하는 형태일 수 있다. 전방 노즐(121a)의 경우 프로펠러의 후류가 유입되기 때문에 저항을 발생시키지 않기 위하여 에어포일 형태일 갖게 되며, 반면 후방 노즐(122a)의 경우 전방 노즐(121a)을 통과한 유류의 유속을 증가시켜 추력을 높이기 위해, 직경이 점차 좁아지는 형태를 가질 수 있다.

후방 노즐(122a)은 전방 노즐(121a)에 비하여 전후 길이가 상대적으로 작을 수 있으며, 후방 노즐(122a)의 전단과 전방 노즐(121a)의 후단은 저항의 발생을 방지하기 위하여 부드럽게 연결될 수 있다.

러더 노즐(12a)의 전후 길이는, 외부로 노출된 러더 벌브(11)의 전후 길이보다 상대적으로 작을 수 있다. 즉 러더 노즐(12a)은 러더 벌브(11)의 일부만을 감싸는 형태로 배치될 수 있다. 이때 러더 노즐(12a)의 리딩 에지(123a)는 러더 벌브(11)의 전단보다 후방에 위치하고, 러더 노즐(12a)의 트레일링 에지(124a)는 러더 벌브(11)의 후단보다 후방에 위치할 수 있다. 러더 노즐(12a)의 리딩 에지(123a)는 전방 노즐(121a)의 전단을 의미하고, 러더 노즐(12a)의 트레일링 에지(124a)는 후방 노즐(122a)의 후단을 의미한다.

물론 본 발명이 러더 노즐(12a)의 위치를 상기와 같이 한정하는 것은 아니며, 러더 벌브(11) 주변으로 유입된 유류가 러더 노즐(12a)에 의해 추력이 향상될 수 있다면, 러더 노즐(12a)은 어떠한 위치에도 설치가 가능하다.

본 실시예는 러더 벌브(11)를 통해 공동 현상을 감소시키고, 러더 벌브(11)를 둘러싸는 러더 노즐(12a)을 통해서 추력을 향상시킬 수 있다. 즉 본 실시예는 러더 노즐(12a)이 프로펠러에 의해 발생된 후류를 내부로 통과시키는 과정에서 유류의 속도를 증가시켜서 선박의 전진 방향으로의 힘이 발생되도록 하여, 추진 성능을 극대화하여 많은 양의 에너지를 절감할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 정면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치(1)는, 메인 프로펠러(21), 보조 프로펠러(22), 러더(10), 러더 노즐(12b)을 포함한다.

메인 프로펠러(21)는, 선미(2)에 결합되어 추진력을 발생시킨다. 본 실시예가 포함하고 있는 메인 프로펠러(21)는 일반적으로 사용되고 있는 프로펠러와 동일한 구성이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

보조 프로펠러(22)는, 메인 프로펠러(21)보다 상대적으로 작은 회전면을 가지며 메인 프로펠러(21)의 후방에 결합된다. 구체적으로 보조 프로펠러의 회전면(221)은 메인 프로펠러의 회전면(211)의 10 내지 60% 정도의 크기일 수 있다.

따라서 본 실시예는, 전방에 메인 프로펠러(21), 후방에 보조 프로펠러(22)를 구비한 이중 프로펠러 구조를 가질 수 있으며, 이때 보조 프로펠러(22)의 중심 축은 메인 프로펠러(21)의 중심 축과 동일하고, 보조 프로펠러(22)는 메인 프로펠러(21)의 보스 캡 역할을 수행할 수 있다. 즉 보조 프로펠러(22)의 보스(부호 미도시)는 후방으로 갈수록 직경이 좁아지는 형태일 수 있다.

보조 프로펠러(22)는, 메인 프로펠러(21)를 통과한 후류를 제어하여 후술할 러더 노즐(12b)에 압축 공급함으로써 추진 효율을 향상시킬 수 있다. 이때 보조 프로펠러(22)는 메인 프로펠러(21)와 별도로 구동될 수 있으며, 이를 위하여 본 실시예는, 메인 프로펠러(21)를 구동하는 제1 구동부(도시하지 않음)와, 보조 프로펠러(22)를 구동하는 제2 구동부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.

제1 구동부와 제2 구동부는 메인 프로펠러(21)와 보조 프로펠러(22)의 회전 속도와 회전 방향을 적절하게 조절하여, 프로펠러(20)를 통과하여 러더 노즐(12b)에 유입되는 유량을 증가시킬 수 있다. 이때 메인 프로펠러(21)와 보조 프로펠러(22)의 회전 방향은 반대가 될 수 있고, 보조 프로펠러(22)의 회전 속도는 메인 프로펠러(21)의 회전 속도보다 상대적으로 클 수 있다. 물론 본 발명이 프로펠러(20)의 회전 방향과 회전 속도를 상기와 같이 한정하는 것은 아니며, 프로펠러(20)의 회전은 선박이 놓인 상황에 따라 가변될 수 있다.

러더(10)는, 보조 프로펠러(22)의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종한다. 일반적인 선박에 구비되는 러더(10)와 유사하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다. 다만 러더(10)는, 중앙부에 러더 벌브(도시하지 않음)를 구비하거나, 또는 양측면에 러더 핀(도시하지 않음)을 구비할 수 있다.

러더 노즐(12b)은, 러더(10)의 중앙부를 감싸도록 러더(10)의 양측면에 결합된다. 이때 러더(10)의 중앙부는 상하 방향의 중앙부를 의미한다. 러더 노즐(12b)은 정단면이 원형 또는 타원형일 수 있고, 제1 실시예와 유사하게 러더(10)에 의해 단절된 곡선 형태의 단면을 가질 수 있다.

러더 노즐(12b)은, 전후 방향을 따라 직경이 가변되는 원통 형태일 가질 수 있다. 구제적으로는 전방 노즐(121b)과 후방 노즐(122b)로 구분하여 볼 수 있는데, 전방 노즐(121b)은 에어포일 형태의 측단면을 갖는 반면, 후방 노즐(122b)은 후방으로 갈수록 연속적으로 직경이 감소하는 형태를 가질 수 있다.

전방 노즐(121b)과 후방 노즐(122b)의 세부적인 형태는 제1 실시예와 동일하다. 즉 전방 노즐(121b)은 측단면 두께가 전단에서 후단으로 갈수록 두꺼워졌다가 다시 얇아지는 형태이며, 후방 노즐(122b)은 후단으로 갈수록 두께가 연속적으로 얇아지는 형태일 수 있다.

본 실시예가 러더 노즐(12b)을 이와 같은 형태로 제작하는 것은, 러더(10)의 전단을 따라 유입된 후 러더(10)의 양측 표면을 따라 흐르는 유류의 속도를 높여서 추진 성능을 충분히 확보하기 위함이다.

러더 노즐(12b)의 전후 길이는, 러더(10)의 전후 길이보다 상대적으로 작을 수 있다. 러더 노즐(12b)의 길이를 너무 길게 형성하면 러더 노즐(12b)의 내부를 통과하는 동안 불필요한 저항 발생 또는 추력 감소 등이 우려되기 때문이다.

러더 노즐(12b)은, 정단면이 보조 프로펠러의 회전면(221)보다 상대적으로 크며 메인 프로펠러의 회전면(211)보다는 상대적으로 작을 수 있다. 즉 메인 프로펠러(21)에 의해 발생된 후류 중에서 일부가 보조 프로펠러(22)를 통해 러더 노즐(12b)에 압축 공급되며, 러더 노즐(12b)은 보조 프로펠러(22)에 의해 발생된 후류가 최대한 많이 러더 노즐(12b)의 내측에 유입되도록 하기 위해서, 보조 프로펠러(22)보다는 상대적으로 큰 직경을 가질 수 있다.

본 실시예는 메인 프로펠러(21)에 의해 발생되는 후류를 보조 프로펠러(22)를 이용하여 러더 노즐(12b)에 압축 공급하고, 이때 유류가 러더 노즐(12b)을 통과하면서 추진력이 발생되도록 함으로써 추진 성능을 향상시킬 수 있다. 즉 보조 프로펠러(22)는 터보 제트의 압축기와 유사한 기능을 구현할 수 있으며, 보조 프로펠러(22)의 후방에 배치된 러더 노즐(12b)은 압축된 유류를 내부에 통과시키면서 추력을 높일 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 선박용 추진 장치 2: 선미
10: 선박용 러더 11: 러더 벌브
12a,12b: 러더 노즐 121a,121b: 전방 노즐
122a,122b: 후방 노즐 123a,123b: 리딩 에지
124a,124b: 트레일링 에지 20: 프로펠러
21: 메인 프로펠러 211: 메인 프로펠러의 회전면
22: 보조 프로펠러 221: 보조 프로펠러의 회전면

Claims (6)

1. 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 메인 프로펠러;
   상기 메인 프로펠러보다 상대적으로 작은 회전면을 가지며 상기 메인 프로펠러의 후방에 결합되는 보조 프로펠러;
   상기 보조 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 러더; 및
   상기 러더의 중앙부를 감싸도록 상기 러더의 양측면에 결합되는 러더 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 러더 노즐은,
   정단면이 원형 또는 타원형이며 전후 방향을 따라 직경이 가변되는 원통 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 러더 노즐은,
   정단면이 상기 보조 프로펠러의 회전면보다 상대적으로 크며 상기 메인 프로펠러의 회전면보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 러더 노즐은,
   에어포일 형태의 측단면을 갖는 전방 노즐과,
   후방으로 갈수록 연속적으로 직경이 감소하는 형태를 갖는 후방 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 러더 노즐의 전후 길이는, 상기 러더의 전후 길이보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 메인 프로펠러를 구동하는 제1 구동부; 및
   상기 보조 프로펠러를 구동하는 제2 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.

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