KR20140122438A - 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명의 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키는 선박의 길이방향과 평행한 직선에 대해 제1설정 각도로 회전된 횡 단면 축을 갖는 제1영역; 선박의 길이 방향 수직 단면에 대해 제2설정 각도로 회전된 종 단면 축을 갖는 제2영역; 및 상기 제1영역과 상기 제2영역을 연결하도록 비틀린 형상을 갖는 제3영역;을 포함할 수 있다.

Description

뒤틀림 형상을 갖는 방향 키 및 이를 구비한 선박{Twist type rudder and vessel including the same}

본 발명은 선박용 방향 키 및 이를 구비한 선박에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압력 저항 및 유체 저항을 감소시킬 수 있는 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.

선박의 선미에는 프로펠러가 장착된다. 프로펠러는 선박의 내부에 탑재된 내연기관과 연결되며, 내연기관의 왕복운동에 의해 선박의 운항에 필요한 추진력을 제공한다. 부연 설명하면, 프로펠러는 회전운동을 통해 주변의 물을 일 방향으로 밀어냄으로써, 선박이 전진 또는 후진하는데 필요한 추진력을 발생시킬 수 있다.

일반적으로 소형 선박은 저속 및 고속 운항에 따른 연료 손실이 크지 않으므로 선박의 형상에 따른 유체 저항을 크게 고려할 필요가 없다. 그러나 대형 화물선 및 대형 여객선은 저속 및 고속 운항에 따른 연료 손실이 크므로 선박의 형상에 따른 유체 저항을 반드시 고려해야 한다.

일 예로, 선박의 선미 부분은 유체 저항이 프로펠러 및 방향 키가 장착되어 있으므로, 선박의 운항효율(즉, 연료절감효율)과 운항속도를 향상시키기 위해서는 이들 부재의 설계가 매우 중요하다. 특히, 방향 키에는 프로펠러의 회전운동에 의한 압력 저항 및 마찰 저항이 상당히 크므로, 유체 저항을 최소화시키기 위한 방향 키의 개발이 절실히 요청된다.

한편, 선박의 방향 키에 대한 선행기술문헌으로는 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1은 일 방향으로 회전하는 프로펠러의 회전운동에 의해 방향 키의 좌우 측면에 서로 다른 크기의 압력이 발생하는 점을 개서하고자 방향 키의 좌우 형상을 비대칭으로 형성하는 기술사상을 소개하고 있다.

그러나 특허문헌 1에 소개된 방향 키는 방향 키의 좌우 압력 편차만을 고려하고 있으므로, 방향 키에 작용하는 모든 압력 편차를 해소하는데 한계가 있다.

KR 2009-049551 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방향 키에 의해 발생하는 압력 저항과 유체 저항을 최소화하여 선박의 운항효율을 향상시킬 수 있는 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키 및 이를 구비한 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키는 선박의 길이방향과 평행한 직선에 대해 제1설정 각도로 회전된 횡 단면 축을 갖는 제1영역; 선박의 길이 방향 수직 단면에 대해 제2설정 각도로 회전된 종 단면 축을 갖는 제2영역; 및 상기 제1영역과 상기 제2영역을 연결하도록 비틀린 형상을 갖는 제3영역;을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키에서 상기 제1설정 각도는 1 ~ 4도일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키에서 상기 제2설정 각도는 1 ~ 10도일 수 있다. 여기서, 상기 제2설정 각도는 4도인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키에서 상기 제2설정 각도는 프로펠러의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된 각도일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박은 상기 일 실시 예에 따른 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 선박에서 복수의 프로펠러와 복수의 방향 키가 각각 좌우 대칭으로 장착될 수 있다.

본 발명은 방향 키에 의해 야기되는 압력 저항과 유체 저항을 최소화할 수 있다.

따라서, 본 발명은 방향 키에 의한 저항을 감소시켜 선박의 운항효율을 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 선박의 운항에 소모되는 연료를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방향 키의 배면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 방향 키의 제1영역을 X-Y 평면 방향으로 절단한 단면도이고,
도 3은 도 1에 도시된 방향 키의 제2영역을 X-Z 평면 방향으로 절단한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방향 키와 프로펠러 간의 배치 관계를 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 선미 부분을 나타낸 선박의 배면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방향 키의 배면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 방향 키의 제1영역을 X-Y 평면 방향으로 절단한 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 방향 키의 제2영역을 X-Z 평면 방향으로 절단한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방향 키와 프로펠러 간의 배치 관계를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 선미 부분을 나타낸 선박의 배면도이다.

도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 방향 키의 전체적인 구성을 설명한다.

본 실시 예에 따른 방향 키(100)는 선박에 장착되는 장치일 수 있다. 부연 설명하면, 방향 키(100)는 선박의 선미에 장착되어 프로펠러로부터 생성되는 추진력의 방향을 임의로 변경할 수 있다. 이를 위해 방향 키(100)는 프로펠러의 뒤쪽에 배치될 수 있다.

방향 키(100)는 수심방향(도 1 기준으로 Z축 방향)을 따라 3개의 부분으로 구획될 수 있다. 부연 설명하면, 방향 키(100)는 제1영역(110), 제2영역(120), 제3영역(130)으로 구획될 수 있다. 여기서, 제1영역(110)은 방향 키(100)의 상부에 배치되고, 제2영역(120)은 방향 키(100)의 하부에 배치되고, 제3영역(130)은 제1영역(110)과 제2영역(120) 사이에 배치될 수 있다. 참고로, 이와 같은 영역의 구획은 단지 발명의 효율적인 설명을 위한 것이므로, 방향 키(100)가 실질적으로 3개의 부분으로 분리되거나 나누어지는 것이 아님을 밝혀둔다. 즉, 방향 키(100)는 하나의 부재로 일체화될 수 있다.

제1영역(110)은 방향 키(100)의 상부를 포함하는 영역일 수 있다. 부연 설명하면, 제1영역(110)은 방향 키(100)의 상단으로부터 방향 키(100)의 상하 이등분 지점 또는 상기 상하 이등분 지점의 아래쪽까지 연장되는 범위를 포함할 수 있다. 또는, 제1영역(110)은 방향 키(100)의 상단으로부터 프로펠러의 회전 중심까지 연장되는 범위를 포함할 수 있다.

제1영역(110)의 단면 형상은 프로펠러의 추진방향(도 1 기준으로 Y축 방향)에 대해 소정의 각도로 기울어진 형태일 수 있다. 부연 설명하면, 제1영역(110)은 도 2에 도시된 바와 같이 선박의 길이방향과 평행한 직선(Y-Y)에 대해 제1설정 각도(θ1)로 회전된 횡 단면 축(A-A)을 가질 수 있다. 여기서, 제1설정 각도(θ1)는 1 ~ 10도일 수 있고, 바람직하게는 4도일 수 있다. 이와 같이 형성된 제1영역(110)은 방향 키(100)의 상부에서 발생하는 압력 저항을 감소시킬 수 있다. 한편, 제1영역(110)의 선단(leading edge)은 프로펠러의 회전 방향과 반대로 위치될 수 있다.

제2영역(120)은 방향 키(100)의 하부를 포함하는 영역일 수 있다. 부연 설명하면, 제2영역(120)은 방향 키(100)의 하단으로부터 방향 키(100)의 상하 이등분 지점 또는 상기 상하 이등분 지점의 아래쪽까지 연장되는 범위를 포함할 수 있다. 또는, 제2영역(120)은 방향 키(100)의 하단으로부터 프로펠러의 회전 중심 축과 교차하는 지점까지 연장되는 범위를 포함할 수 있다.

제2영역(120)의 단면 형상은 수심방향(도 1 기준으로 Z축 방향)에 대해 소정의 각도로 기울어진 형태일 수 있다. 부연 설명하면, 제2영역(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 수직선 Z-Z에 대해 제2설정 각도(θ2)로 회전된 종 단면 축(B-B)을 가질 수 있다. 더욱 상세히 설명하면, 상기 종 단면 축(B-B)은 선박의 길이 방향 수직 단면(도 3 기준으로 Y-Z 평면)에 대해 제2설정 각도(θ2)만큼 기울어질 수 있다. 여기서, 여기서, 제2설정 각도(θ2)는 1 ~ 10도일 수 있고, 바람직하게는 4도일 수 있다. 이와 같이 형성된 제2영역(120)은 방향 키(100)의 하부에서 발생하는 마찰 저항을 감소시킬 수 있다. 한편, 제2영역(120)의 선단(leading edge)은 프로펠러의 회전 방향과 반대로 위치될 수 있다.

제3영역(130)은 제1영역(110)과 제2영역(120) 사이에 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 제3영역(130)은 제1영역(110)의 하단과 제2영역(120)의 상단을 연결하는 영역일 수 있다. 이에 따라 제3영역(130)의 상부는 제1영역(110)과 유사한 특성(프로펠러의 추진방향(도 1 기준으로 Y축 방향)에 대해 소정의 각도로 기울어진 형태)을 가질 수 있고, 제3영역(130)의 하부는 제2영역(120)와 유사한 특성(수심방향(도 1 기준으로 Z축 방향)에 대해 소정의 각도로 기울어진 형태)을 가질 수 있다. 부연 설명하면, 제3영역(130)은 제1영역(110)과 제2영역(120)의 특성을 부분적으로 포함할 수 있으며, 이에 따라 입체적으로 뒤틀린 형상을 가질 수 있다.

위와 같이 구성된 방향 키(100)는 방향 키(100)에 작용하는 압력 특성에 따라 서로 다른 단면 형상을 가지므로, 방향 키(100)로 인한 유체 저항을 최소화시킬 수 있으며 이를 통해 선박(1000)의 운항효율을 향상시킬 수 있다.

다음에서는 도 4를 참조하여 프로펠러(200)에 대한 방향 키(100)의 상대적인 배치 구조를 설명한다.

방향 키(100)는 선박(1000)의 선미에 장착되며 프로펠러(200)의 뒤쪽에 배치될 수 있다. 여기서, 방향 키(100)의 제1영역(110)은 도 4에 도시된 바와 같이 프로펠러(200)의 회전 중심 축(Pc)보다 위쪽에 위치될 수 있고, 제2영역(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 프로펠러(200)의 회전 중심 축(Pc)보다 아래쪽에 위치될 수 있다.

한편, 방향 키(100)에서 제1영역(110)의 상단 기준점(P1)과 제2영역(120)의 하단 기준점(P2)은 동일한 수직선(C-C) 상에 배치될 수 있다. 아울러, 상기 상단 기준점(P1)과 상기 하단 기준점(P2) 그리고 프로펠러(200)의 회전 중심 축(Pc)은 동일한 수직선(C-C) 상에 배치될 수 있다. 그러나 상기 회전 중심 축(Pc)이 상기 상단 기준점(P1)과 상기 하단 기준점(P2)을 연결하는 수직선(C-C) 상에 반드시 배치되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 수직선(C-C)으로부터 벗어난 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 프로펠러(200)가 도 4 기준으로 시계방향으로 회전하는 경우, 상기 수직선(C-C)은 상기 회전 중심 축(Pc)에 대해 왼쪽으로 편향되게 배치될 수 있다. 이와 반대로, 프로펠러(200)가 도 4 기준으로 반 시계방향으로 회전하는 경우, 상기 수직선(C-C)은 상기 회전 중심 축(Pc)에 대해 오른쪽으로 편향되게 배치될 수 있다.

다음에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박(1000)을 설명한다.

본 실시 예에 따른 선박(1000)은 복수의 프로펠러(200, 202)와 복수의 방향 키(100, 102)를 포함할 수 있다. 부연 설명하면, 선박(1000)은 2개의 프로펠러(200, 202)와 2개의 방향 키(100, 102)가 좌우 대칭으로 배치되는 쌍축선일 수 있다. 여기서, 도 5 기준으로 왼쪽에 배치되는 프로펠러(200)는 시계방향으로 회전할 수 있고, 오른쪽에 배치되는 프로펠러(202)는 반 시계방향으로 회전할 수 있다. 그리고, 왼쪽에 배치되는 방향 키(100)는 도 1에 도시된 형태와 같이 제1영역(110)이 시계방향으로 뒤틀리고 제2영역(120)이 반 시계방향으로 뒤틀린 형태일 수 있고, 오른쪽에 배치되는 방향 키(102)는 이와 반대로 제1영역(110)이 반 시계방향으로 뒤틀리고 제2영역(120)이 시계방향으로 뒤틀린 형태일 수 있다.

이와 같이 구성된 선박(1000)은 방향 키(100, 102)와 프로펠러(200, 202) 사이에 발생하는 압력 손실을 최소화시킬 수 있으므로, 선박(1000)의 운항속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 선박(1000)의 연료소모를 절감시킬 수 있다.

이러한 사실은 도 5에 도시된 압력분포도를 통해서 확인할 수 있다. 즉, 본 실시 예에 따른 방향 키(100, 102)의 선단은 도 5에 도시된 바와 같이 파란색으로 표시되어 있다. 이는 프로펠러(200, 202)의 작동 중에도 방향 키(100, 102)의 선단에 큰 압력 저항이 발생하지 않음을 의미한다. 따라서, 본 실시 예에 따른 방향 키(100, 102) 및 이를 구비한 선박은 운항속도 및 운항효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

100 방향 키
110 제1영역
120 제2영역
130 제3영역
1000 선박

Claims (7)

1. 선박의 길이방향과 평행한 직선에 대해 제1설정 각도로 회전된 횡 단면 축을 갖는 제1영역;
   선박의 길이 방향 수직 단면에 대해 제2설정 각도로 회전된 종 단면 축을 갖는 제2영역; 및
   상기 제1영역과 상기 제2영역을 연결하도록 비틀린 형상을 갖는 제3영역;
   을 포함하는 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1설정 각도는 1 ~ 4도인 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제2설정 각도는 1 ~ 10도인 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2설정 각도는 4도인 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2설정 각도는 프로펠러의 회전 방향과 반대 방향으로 회전된 각도인 뒤틀림 형상을 갖는 방향 키.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 방향 키를 포함하는 선박.
7. 제6항에 있어서,
   복수의 프로펠러와 복수의 방향 키가 각각 좌우 대칭으로 장착되는 선박.

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