KR20150043467A - 전방 스크류를 갖는 링 프로펠러 - Google Patents

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Abstract

추력기(10)용 링 프로펠러(12)가 설명된다. 링 프로펠러(12)는 링(15), 중심 요소(16) 및 중심 요소(16)와 링(18) 사이에서 연장하고 상기 중심 요소 및 상기 링에 각각 부착되는 하나 이상의 프로펠러 블레이드(18)를 포함한다. 하나 이상의 프로펠러 블레이드(18)에는 전방 경사가 제공되고 하나 이상의 프로펠러 블레이드(18)의 선단 에지 프로파일(19)은 링 프로펠러(12)의 회전 축선(A)에 수직한 횡단면에 S-형상을 가진다.

Description

전방 스크류를 갖는 링 프로펠러 {RING PROPELLER WITH FORWARD SCREW}
본 발명은 링 프로펠러 및 영구 자석 모터(permanent magnet motor)에 의해 구동되는 링 프로펠러를 포함하는 추력기(thruster)에 관한 것이다.
영구 자석 모터에 의해 구동되는 링 프로펠러를 갖는 이러한 타입의 추력기는 상이한 타입들의 베셀(vessel)들에 이용된다. 그러나, 공지된 영구 자석-구동 링 프로펠러들은 큰 경사(skew) 없이 디자인되었다.
본 링 프로펠러 및 영구 자석 모터에 의해 구동되는 추력기를 개량함에 있어서, 목적은 공지된 추력기들보다 더 큰 효율성을 갖는 영구 자석-구동 추력기를 제공하는 것이다.
캐비테이션(cavitation)의 시작 및 캐비테이션의 크기에 대한 더 양호한 제어를 제공하는 링 프로펠러를 갖는 영구 자석-구동 추력기를 제공하는 것이 추가적인 목적이다.
이러한 목적들은 제 1 항에서 정의되는 것과 같은 본 링 프로펠러, 제 7 항에서 정의되는 것과 같은 추력기 및 제 8 항에서 정의되는 것과 같은 링 프로펠러의 용도에 의해 달성된다. 링 프로펠러의 추가적인 실시예들은 제 2 항 내지 제 6 항에서 정의된다.
링 프로펠러는 추력기용으로 제공된다. 링 프로펠러는 링, 중심 요소 및 중심 요소와 링 사이에서 연장하고 상기 중심 요소 및 상기 링에 부착되는 하나 이상의 프로펠러 블레이드를 포함한다. 프로펠러 블레이드는 선단 에지 프로파일(leading edeg profile) 및 단말 에지 프로파일(trailing edge profile)을 가지고, 전방 경사가 제공된다. 게다가 하나 이상의 프로펠러 블레이드의 선단 에지 프로파일은 링 프로펠러의 회전 축선에 수직한 횡단면 내에 S-형상을 가진다. 하나 이상의 프로펠러 블레이드의 단말 에지 프로파일은 링 프로펠러의 회전 축선에 수직한 횡단면 내에 S-형상을 또한 가질 수 있다. 하나 이상의 프로펠러 블레이드의 선단 에지 프로파일 및/또는 단말 에지 프로파일 상의 S-형상과 하나 이상의 프로펠러 블레이드의 전방 경사의 조합은 더 양호한 캐비테이션 조건들, 즉 감소된 캐비테이션을 제공한다.
선단 에지는 링 프로펠러의 회전 축선에 수직한 단면에서 본 선단 에지 프로파일을 가진다. 따라서, 프로펠러 블레이드들의 단말 에지는 자연스럽게, 링 프로펠러의 회전 축선에 수직한 단면에서 본 단말 에지 프로파일을 갖는 프로펠러 블레이드의 반대 측 상의 에지가 될 것이다. 링 프로펠러의 블레이드들이 전방 경사를 가진다는 사실은 링에 부착되는 프로펠러 선단부(tip)가 프로펠러의 회전에 대한 수직 방향을 향하여 전방으로 경사지며, 그 결과로써 블레이드의 최외측(outermost) 부분이 이전에 변경된 속도를 갖는 영역과 만난다는 것을 의미한다. 프로펠러 블레이드들의 전방 경사와 관련하여, 경사 각도가 정의될 수 있다. 경사 각도는, 링 프로펠러의 회전 축선에 수직한 횡단면에서 본, 프로펠러 블레이드의 중심 시위선(centre chord line)/경사선(skew line)이 링 프로펠러의 포위 링(emcompassing ring) 및 회전 축선과 만나는 점으로부터 그려지는 직선과 프로펠러 블레이드의 중심 시위선 및 회전 축선 상의 점에 접하는 선 사이에서 측정된 가장 큰 가능 각도이다. 상기 링 프로펠러 상의 프로펠러 블레이드의 경사 각도 및프로펠러 블레이드의 중심 시위선이 첨부된 도면들에 도시된다.
링에 대한 부착점에서의 일부분에서, S-형 선단 에지 프로파일은 오목한 형상을 가질 수 있다. 실제로 이것은 링 프로펠러의 포위 링에 대한 부착점에서의 선단 에지 프로파일에 대한 접선 및 동일한 부착점에서의 포위 링에 대한 접선이 0˚보다 크고 90˚보다 작은 각도를 형성한다는 것을 의미할 것이다.
본 발명의 실시예에 있어서, S-형 단말 에지 프로파일은 링에 대한 부착점에서의 일부분에 오목한 형상을 또한 가질 수 있다. 위와 동일한 방법으로, 이것은 링 프로펠러의 포위 링에 대한 부착점에서의 단말 에지 프로파일에 대한 접선 및 동일한 부착점에서의 포위 링에 대한 탄젠트부가 0˚보다 크고 90˚보다 작은 각도를 형성한다는 것을 의미한다.
블레이드들의 강도에 관련하여, 블레이드들은 바람직하게는 프로펠러 링으로의 천이부에 두꺼운 형상(필릿(fillet))으로 주어진다. 블레이드들의 최외측 부분 상에 오목한 형상을 사용함으로써, 간격(space)이 더 얇은 필릿(slimmer fillet)을 위해 제공되고 그에 의해 프로펠러의 최외측 부분 상의 더 양호한 유체역학적 조건들을 위해 제공된다.
본 발명의 실시예에서, 링 프로펠러의 링에는 바람직하게는, 링 프로펠러가 추력기 내에 장착될 때 상기 영구 자석들은 영구 자석 모터의 일부분을 형성하는 곳에 영구 자석들이 제공된다.
링 프로펠러 및 영구 자석 모터를 포함하는 추력기가 또한 제공된다. 추력기는 전술된 바와 같은 링 프로펠러 및 링 프로펠러의 링을 둘러싸고 영구자석 모터의 고정자 권취부들을 포함하는 추력기 하우징을 포함한다. 이에 의해 영구 자석 모터는 링 프로펠러를 구동시키기 위해 제공된다. 추력기의 링 프로펠러는 바람직하게는 전술된 것과 다르게 디자인되고 유리하게는 베셀에 사용될 수 있다.
본 발명의 비제한적인 실시예가 도면들을 참조로 하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 링 프로펠러의 회전 축선(A)에 수직한 본 발명에 따른 링 프로펠러를 갖는 추력기의 횡단면이다.
도 2는 위와 동일한 도면을 예시하지만, 링과 선단 에지 프로파일 그리고 단말 에지 프로파일 사이의 각도들이 각각 표시된 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 추력기(10)를 예시한다. 추력기(10)는 추력기 하우징(13) 및 회전 축선(A)을 중심으로 추력기 하우징(13) 내에 회전가능하게 장착될 수 있는 링 프로펠러(12)를 포함한다. 링 프로펠러(12)는 링(15) 및 중심 요소(16)를 포함한다. 링(15)과 중심 요소(16) 사이에서 다수의 프로펠러 블레이드(18)들이 바람직하게는 중심 요소(16) 및 링(15)에 장착되고 부착된다. 따라서 링 프로펠러(12)는 프로펠러 블레이드(18)들이 일정한 피치(pitch)를 가지는 모노블록(monoblock)이다. 추력기(10)는 (도면들에 도시되지 않은) 베셀에 부착을 위해 배열된다. 이러한 목적을 위하여 추력기(10)에는 부착 요소(17)가 제공될 수 있으며, 이에 의해 예를 들어 추력기(10)가 베셀에 나사결합되고, 볼트 결합(bolt)되거나 용접되는 것을 가능하게 한다.
링 프로펠러(12)는 바람직하게는 링(15) 내에 장착되는 (도면들에 도시되지 않은) 영구 자석들을 더 포함한다. 추력기 하우징(13) 내에서 (도면에 도시되지 않은) 고정자 권취부(stator winding)들이 유사하게 제공되며, 그 결과로써 링 프로펠러가 영구 자석 모터에 의해 구동된다. 영구 자석 모터를 위한 전력은 예를 들어 부착 요소(17)를 통해 공급될 수 있다.
프로펠러 블레이드(18)들은 도 1에서 나타낸 것처럼 링 프로펠러(12)의 회전 축선(A)에 수직한 단면에 선단 에지 프로파일(19) 및 단말 에지 프로파일(20)을 가진다. 선단 에지 프로파일(19) 및 단말 에지 프로파일(20)은 도 1 에서 예시되는 것처럼 링 프로펠러(12)의 회전 방향(R)에 대해 한정된다.
프로펠러 블레이드(18)는 중심 요소(16)으로부터 중심선이 링(15)과 교차하는 점(27)으로 연장하는 가상 중심 시위선(24)을 가진다. 중심 시위선(24)은 프로펠러 블레이드(18) 상의 단말 에지 프로파일(20)로부터의 거리와 동일한 선단 에지 프로파일(19)로부터의 거리에 위치되는 가상 선이다.
도면들에서 나타낸 것처럼, 프로펠러에는 전방 경사가 디자인되며, 즉, 프로펠러 블레이드(18)가 프로펠러의 회전(R)에 대해 수직 방향의 방향으로 전방으로 경사지며, 그 결과로써 블레이드의 최외측 부분이 이전에 변경된 속도를 갖는 영역과 만나게 된다. 전방 경사의 정도는 경사 각도(V)에 의해 나타낼 수 있다. 경사 각도(V)는 중심 선(24)이 링(15)의 내경을 횡단하는 점(27) 및 회전 축선(A)을 통과하는 제 1 선(25)과 중심 선(24) 상의 점(28) 및 회전 축선(A)을 통과하는 제 2 선(26) 사이에서 형성되는 가장 큰 각도이다. 프로펠러 블레이드의 전방 경사의 정도에 따라, 중심 선 상의 점(28)은 변경될 수 있다. 도 1에서, 가장 큰 각도, 즉 경사 각도(V)를 제공할 중심 선(24) 상의 점(28)은 정확히 중심 요소(16)에 있다. 다른 디자인들에서 점(28)은 중심 요소(16)과 링(15) 사이의 중심 선 상의 어딘가에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로 전방 경사를 갖는 링 프로펠러(12)를 제공함으로써, 링 프로펠러(12)는 더 양호한 캐비테이션 특성들을 획득할 것인데, 이는 프로펠러 블레이드(18)의 선단부(tip)가 총 추력의 더 작은 부분을 취하기 때문이다.
도면들에서 예시되는 것처럼, 프로펠러 블레이드(18)들의 선단 에지 프로파일(19)는 약간 S-형상으로 디자인된다. 이것은 링(15)으로의 천이부에 있어서, 프로펠러 블레이드(18)를 얇은 단면으로 디자인하는 것이 가능하여 양호한 유체역학 효과를 제공하는 동시에 충분한 강도를 제공할 것이라는 것을 의미한다. 단말 에지 프로파일들은 도면들에서 나타낸 것처럼 약간 S-형상으로 또한 디자인될 수 있다.
프로펠러 블레이드들의 선단 에지 프로파일(19)과 링(15) 사이의 천이부에 있어서, 프로펠러 블레이드(18)들은 바람직하게는 오목한 형상을 가진다. 이것은, 부착점(37) 내의 프로펠러 블레이드의 선단 에지 프로파일(19)에 대한 접선(30) 및 링에 대한 부착점(37) 내의 링(15)에 대한 접선(31)이 표시된 도 2에서 더 자세하게 예시된다. 프로펠러 블레이드(18)는 오목한 형상을 가진다는 사실로 인해, 링 상의 개방 각도(35)는 90˚보다 작고 0˚보다 크다.
유사한 방식으로, 프로펠러 블레이드들의 단말 에지(19)와 링(15) 사이의 천이부에 있어서, 프로펠러 블레이드(18)는 바람직하게는 오목한 형상을 가진다. 이것은, 부착점(38) 내의 프로펠러 블레이드의 선단 에지 프로파일(20)에 대한 접선(tangent)(32) 및 링에서의 부착점(38) 내의 링(15)에 대한 접선(33)이 표시된 도 2에서 또한 예시된다. 프로펠러 블레이드(18)들이 오목한 형상을 가진다는 사실로 인해, 링 상의 개방 각도(36)는 또한 90˚보다 작고 0˚보다 크다.

Claims (8)

  1. 추력기(10)용 링 프로펠러(12)로서,
    링 프로펠러(12)는 링(15), 중심 요소(16) 및 중심 요소(16)와 링(18) 사이에서 연장하고 상기 중심 요소 및 상기 링에 각각 부착되는 하나 이상의 프로펠러 블레이드(18)를 포함하며, 하나 이상의 프로펠러 블레이드(18)는 링 프로펠러(12)의 회전 축선(A)에 수직한 횡단면에 선단 에지 프로파일(19) 및 단말 에지 프로파일(20)을 가지는 추력기용 링 프로펠러에 있어서,
    하나 이상의 프로펠러 블레이드(18)에는 전방 경사가 제공되고 하나 이상의 프로펠러 블레이드(18)의 선단 에지 프로파일(19)은 S-형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
    추력기용 링 프로펠러.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 프로펠러 블레이드(18)의 단말 에지 프로파일(20)은 링 프로펠러(12)의 회전 축선(A)에 수직한 횡단면에 S-형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
    추력기용 링 프로펠러.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    링(15)에 대한 선단 에지의 부착점(37)에서의 프로펠러 블레이드(18)의 일부분에서, 하나 이상의 프로펠러 블레이드의 S-형 선단 에지 프로파일(19)은 오목한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
    추력기용 링 프로펠러.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    링(15)에 대한 단말 에지의 부착점(38)에서의 프로펠러 블레이드(18)의 일부분에서, 하나 이상의 프로펠러 블레이드의 S-형 단말 에지 프로파일(20)은 오목한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는,
    추력기용 링 프로펠러.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    링 프로펠러의 링(15)에는 영구 자석들이 제공되며, 링 프로펠러(12)가 추력기(10) 내에 장착될 때, 상기 영구 자석들은 영구 자석들의 모터의 일부분을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    추력기용 링 프로펠러.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    링 프로펠러(12)가 프로펠러 블레이드(18)들이 일정한 피치를 가지는 모노블록인 것을 특징으로 하는,
    추력기용 링 프로펠러.
  7. 링 프로펠러(12) 및 영구 자석 모터를 포함하는 추력기(10)에 있어서,
    상기 추력기(10)는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 링 프로펠러(12) 및 링 프로펠러(12)의 링(15)을 에워싸며 영구 자석 모터의 고정자 권취부들을 포함하는 추력기 하우징(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    링 프로펠러 및 영구 자석 모터를 가지는 추력기.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    링 프로펠러(12)가 영구 자석 모터에 의해 구동되는 베셀 상의 추력기(10)에서의 링 프로펠러(12)의 용도.



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