KR20140045660A - 선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이크가 부여된 선박용 프로펠러에 관한 것이며, 그 목적은 프로펠러 허브로부터 선미를 향하며 최대 변곡점을 형성하다가 끝단이 다시 선수를 향하는 곡선의 레이크가 적용된 프로펠러 날개를 구성하여, 볼텍스(vortex) 및 캐비테이션(cavitation 공동 현상)으로 인하여 프로펠러 날개에 발생되는 소음과 진동을 감소시키고 프로펠러의 추진효율을 향상시킬 수 있는 선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 프로펠러 허브와 이 허브의 둘레에 부착되는 프로펠러 날개들로 이루어진 선박용 프로펠러에 있어서; 상기 프로펠러 날개는 결합부로부터 선미방향으로 휘어지는 제1곡선부와; 상기 제1곡선부와 연결되어 끝단이 선수방향을 향하도록 휘어지는 제2곡선부; 및 상기 제1곡선부와 제2곡선부를 이어주며, 최대 변곡점이 프로펠러 기준선으로부터 선미방향으로 프로펠러 반경에 대하여 2 ~ 3% 이격하여 위치하는 변곡부를 일체로 형성한 선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러{Ship propeller raked to the stern}

본 발명은 선박 추진기인 프로펠러에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러의 추진력을 향상시킬 수 있도록 선미방향을 향해 레이크(rake)를 부여한 선박용 프로펠러에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 추진기인 프로펠러는 도 1에 도시된 바와 같이, 허브(11)와, 이 허브(11)의 둘레에 부착되어 회전하는 날개(12)들로 구성된다. 이때 상기 날개(12)들은 일정 두께를 가지며 프로펠러 기준선(9)을 기준으로 수직하게 배치된다.

이러한 선박용 프로펠러(1)는 선박의 운항 중 그 주위에 공동현상을 발생하게 되는데, 이러한 공동현상은 자유수면과 가까운 프로펠러 날개(12)의 끝단에 집중되어 발생하게 된다. 즉, 공동현상은 회전하는 프로펠러에 대하여 생성과 소멸을 반복하며 프로펠러 주위(끝단에 집중) 유체영역에 압력변화를 유발하게 되고, 이러한 압력변화는 프로펠러의 추진효율을 떨어뜨리는 것뿐만 아니라 선체로 이어지는 진동과 소음을 유발하게 된다.

이상과 같이 프로펠러 끝단에 집중하여 발생되는 공동현상을 줄이기 위하여 프로펠러의 끝단에 레이크 형상을 부여한 다양한 모양의 프로펠러들이 제시되고 있다.

즉, 도 2 및 도 3은 각각 종래 레이크를 부여한 선박용 프로펠러를 보이는 것이다.

먼저 도 2에 도시된 선박용 프로펠러는 대한민국 특허공개 제2002-0028601호 "팁(tip) 부분에 곡선 레이크를 형성한 선박용 프로펠러"를 제시한 것으로,

제시된 종래 프로펠러(2)의 날개(22)는, 전체적으로 프로펠러의 선수(전방)를 향해 변곡점이 배치되며 날개(22)의 끝단이 선미(후방)를 향해 휘어져 나가는 곡선형의 레이크를 형성하고 있으며, 보다 구체적으로 프로펠러 기준선(9)에 대하여 팁(끝단)에서 15 ~ 45°, 허브(21)에서는 3 ~ 10°를 유지하며 선수를 향하는 최대 레이크 지점은 0.6 ~ 0.95r/R에 위치하도록 하고 있다.

이러한 종래 선박용 프로펠러(2)는, 프로펠러의 끝단에서 발생되는 공동현상에 대한 해소는 구현할 수 있었으나, 프로펠러 전면을 향해 진입하는 유체가 곡선형 레이크 형상에 의하여 프로펠러의 끝단으로 쏠리는 현상이 발생됨으로서 오히려 프로펠러의 추진효율을 떨어뜨리는 문제점이 발생하게 되었다.

한편, 도 3에 도시된 선박용 프로펠러는 대한민국 특허공개 제2005-0102971호 "팁(tip) 부분에 곡선 레이크와 코드길이를 갖는 선박용 프로펠러"를 제시한 것으로,

제시된 다른 형태의 종래 프로펠러(3) 날개(32)는, 특허공개 제2002-0028601호와 마찬가지 전체적으로 프로펠러 선수(전방)를 향해 변곡점이 배치되며 선미(후방)를 향해 휘어져 나가는 레이크를 날개(32) 끝단(33)에 형성하고 있으며, 보다 구체적으로 프로펠러 기준선(9)으로부터 15 ~ 50°로 기울어진 레이크 각을 가지고, 프로펠러 팁(끝단)에서 프로펠러 기준선(9)까지의 거리가 프로펠러 직경의 2 ~ 5%인 레이크 거리를 가지고, 프로펠러 끝단은 0.7R의 10 ~ 30%인 코드길이를 갖도록 하고 있다.

이러한 또 다른 종래 선박용 프로펠러는, 공동현상이 집중되는 프로펠러의 끝단에만 레이크를 집중하여 배치하되, 프로펠러 기준선에 대하여 대략 절곡상태에 가까운 레이크를 프로펠러 끝단에 배치하도록 함으로서, 프로펠러 끝단에서 발생되는 공동현상을 줄이는 동시 프로펠러의 추진효율에도 많은 개선을 도모하고자 하고 있으나, 상기와 같이 프로펠러 끝단에 형성된 절곡에 가까운 레이크는 실제 선박에 적용 시 끝단에 형성되는 레이크를 프로펠러 본체와 별도로 제작하여 용접 등의 고정수단으로 연결하는 방식을 취해야 하는 바 그 제작이 어렵고, 이러한 경우 레이크와 프로펠러본체를 연결하는 연결부위인 꺾임 부위가 오히려 유체의 유동을 방해하여 부가저항이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 프로펠러 허브로부터 선미를 향하며 최대 변곡점을 형성하다가 끝단이 다시 선수를 향하는 곡선의 레이크가 적용된 프로펠러 날개를 구성하여, 프로펠러의 추진효율을 향상시킬 수 있는 선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 프로펠러 허브와 이 허브의 둘레에 부착되는 프로펠러 날개들로 이루어진 선박용 프로펠러에 있어서,

상기 프로펠러 날개는, 결합부로부터 선미방향으로 휘어지는 제1곡선부와; 상기 제1곡선부와 연결되어 끝단이 선수방향을 향하도록 휘어지는 제2곡선부; 및 상기 제1곡선부와 제2곡선부를 이어주며, 최대 변곡점이 프로펠러 기준선으로부터 선미방향으로 프로펠러 반경에 대하여 2 ~ 3% 이격하여 위치하는 변곡부를 일체로 형성한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 변곡부의 최대 변곡점은, 프로펠러 중심선으로부터 프로펠러 반경에 대하여 60 ~ 80% 사이에 위치하도록 한다.

또한, 상기 제2곡선부의 끝단은, 프로펠러 기준선으로부터 선미방향으로 프로펠러 반경에 대하여 1 ~ 1.5% 이격하여 위치하도록 한다.

상기와 같은 수단으로부터 본 발명은 선미방향 즉, 허브 결합부로부터 선미를 향하며 휘어지다가 최대 변곡점을 지난 날개의 끝단부가 선수를 향하는 레이크가 부여된 프로펠러를 구성함으로서, 날개 전면에 작용하는 받음 하중을 증대시켜 회전하는 프로펠러 날개의 추진효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 선박용 프로펠러의 측면 예시도
도 2는 종래 레이크가 부여된 선박용 프로펠러의 예시도
도 3은 종래 레이크가 부여된 선박용 프로펠러의 다른 예시도
도 4는 본 발명에 따른 레이크가 부여된 선박용 프로펠러의 측면 예시도
도 5는 도 4의 부분 확대도
도 6은 종래와 본 발명에 의한 프로펠러 날개의 반경(r)별 순환분포를 비교하여 보인 그래프

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 의하여 선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러의 형상을 보이기 위한 측면 예시도이다.

본 발명에 적용되는 레이크를 부여한 프로펠러(날개)의 형상을 설명함에 있어, 날개의 전연과 후연 즉, 회전방향에 대하여 형성되는 프로펠러 날개의 뒤틀림(skew)각에 의한 레이크는 고려하지 않는다.

본 발명은 프로펠러 허브(101)와, 상기 허브(101)의 둘레에 부착되는 다수의 프로펠러 날개(102)로 이루어진 선박용 프로펠러(100)에 있어서, 상기 각 프로펠러 날개(102)는 허브(101)와 연결되는 결합부(1101)로부터 선미방향으로 휘어지는 제1곡선부(110)와; 상기 제1곡선부(110)와 연결되어 그 끝단(1301)이 선수방향을 향하도록 휘어지는 제2곡선부(130)와; 상기 제1곡선부(110)와 제2곡선부(130)를 이어주는 변곡부(120)를 일체로 형성한다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 프로펠러 날개(102)는 전반적으로 프로펠러 기준선(9)으로부터 선미방향으로 치우치게 형성되어 있다.

보다 구체적으로, 상기 변곡부(120)는 상호 반대방향으로 휘어지는 상기 제1곡선부(110)와 제2곡선부(130)를 이어주는 것으로, 최대 변곡점(1201)이 프로펠러 기준선(9)으로부터 선미방향으로 일정 거리 이격되어 배치된다. 바람직하게 상기 최대 변곡점(1201)은 프로펠러 반경(r)에 대하여 2 ~ 3% 의 거리를 유지하며 프로펠러 기준선(9)으로부터 선미방향으로 이격 배치된다.

또, 상기 변곡부(120)의 최대 변곡점(1201)은 프로펠러 중심(8)으로부터 프로펠러 반경(r)에 대하여 60 ~ 80% 사이에 위치하도록 한다.

상기와 같은 변곡부(120)의 위치한정으로 인하여, 상기 제1곡선부(110)는 허브(101)와 결합되는 결합부(1101)로부터 선미방향으로 휘어지며, 프로펠러 중심(8)으로부터 프로펠러 반경(r)에 대하여 60 ~ 80% 사이까지 연장된다. 이러한 제1곡선부(110)는 도시된 바와 같이 대략 선형에 근접한 기울기를 가진다.

계속해서 프로펠러 날개(102)의 팁(tip) 부분에 해당하는 제2곡선부(130)는 변곡부(120)로부터 연장되어 끝단(1301)이 선수방향을 향하도록 휘어진다. 이때 제2곡선부(130)의 끝단(1301)은, 프로펠러 기준선(9)으로부터 선미방향으로 프로펠러 반경(r)에 대하여 1 ~ 1.5% 이격하여 위치하도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 프로펠러 날개(102)는 레이크의 변곡부가 선수방향을 향하는 종래 프로펠러 날개와 달리, 레이크의 변곡부(120)가 선미방향을 향하도록 배치되고, 이와 함께 프로펠러 날개 끝단(1301)이 선수를 향하도록 배치함으로서, 유체의 받음면에 해당하는 제2곡선부(130)의 전면에는 많은 받음 하중이 발생하여 추진효율을 향상시키는 결과를 가져올 수 있는 것이다.

즉, 도 6은 종래와 본 발명에 의한 프로펠러 날개의 반경(r)별 순환분포를 비교하여 보인 그래프로서, 점선은 도 1에 도시된 종래 프로펠러 날개에 해당하고, 실선은 본 발명에 의한 프로펠러 날개에 대한 순환분포를 보인 것이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 프로펠러 날개(실선)는 종래 프로펠러 날개(점선)와 비교하여 레이크가 부여된 프로펠러 팁(tip) 부근에서 상대적으로 강한 순환분포가 형성됨을 확인할 수 있으며, 결국 이러한 유체의 순환분포는 프로펠러 추진효율의 향상을 가져오게 되는 것이다.

물론 도시된 바와 같이, 프로펠러의 중심선 부근에서는 본 발명에 의한 프로펠러 날개보다 종래 프로펠러 날개의 순환분포가 오히려 강하게 형성되고 있음을 확인할 수 있으나, 프로펠러 반경(r)에 대한 전체적인 순환분포를 고려하여 보면 본 발명에 의한 프로펠러 날개가 종래 프로펠러 날개보다 대략 2 ~ 3%의 추진효율 향상을 만족할 수 있는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(8) : 프로펠러 중심선 (9) : 프로펠러 기준선
(100) : 프로펠러 (101) : 허브
(102) : 날개 (110) : 제1곡선부
(1101) : 결합부 (120) : 변곡부
(1201) : 최대 변곡점 (130) : 제2곡선부
(1301) : 끝단

Claims (3)

1. 프로펠러 허브(101)와 이 허브의 둘레에 부착되는 프로펠러 날개(102)들로 이루어진 선박용 프로펠러(100)에 있어서,
   상기 프로펠러 날개(102)는, 결합부(1101)로부터 선미방향으로 휘어지는 제1곡선부(110)와; 상기 제1곡선부와 연결되어 끝단(1301)이 선수방향을 향하도록 휘어지는 제2곡선부(130); 및 상기 제1곡선부와 제2곡선부를 이어주며, 최대 변곡점(1201)이 프로펠러 기준선(9)으로부터 선미방향으로 프로펠러 반경(r)에 대하여 2 ~ 3% 이격하여 위치하는 변곡부(120)를 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러.
2. 제1항에 있어서,
   상기 변곡부(120)의 최대 변곡점(1201)은, 프로펠러 중심선(8)으로부터 프로펠러 반경(r)에 대하여 60 ~ 80% 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2곡선부(130)의 끝단(1301)은, 프로펠러 기준선(9)으로부터 선미방향으로 프로펠러 반경(r)에 대하여 1 ~ 1.5% 이격하여 위치하는 것을 특징으로 하는 선미방향으로 레이크를 부여한 선박용 프로펠러.

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