KR20150050918A - 추진 장치 - Google Patents

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KR20150050918A
KR20150050918A KR1020130132165A KR20130132165A KR20150050918A KR 20150050918 A KR20150050918 A KR 20150050918A KR 1020130132165 A KR1020130132165 A KR 1020130132165A KR 20130132165 A KR20130132165 A KR 20130132165A KR 20150050918 A KR20150050918 A KR 20150050918A
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duct
propeller
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convex portion
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KR1020130132165A
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송지수
노재욱
박광근
이동현
박형길
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삼성중공업 주식회사
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
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Abstract

추진 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 추진 장치는 프로펠러; 및 프로펠러가 내측에 배치되는 덕트를 포함하고, 덕트의 전단부는 덕트의 원주 방향으로 연속하는 파형(wavy)을 가진다.

Description

추진 장치{PROPULSION APPARATUS}
본 발명은 추진 장치에 관한 것이다.
프로펠러는 선체 내부에 설치된 엔진과 프로펠러 축(shaft)으로 연결되어 회전하면서 엔진이 주는 동력을 사용하여 선박의 선속을 발생시키는 추진장치이다.
선박이 고속화 및 대형화 되면서 프로펠러에 작용하는 부하가 증가함에 따라 프로펠러에서 발생하는 캐비테이션이 점차 심화되어 왔다. 이러한 상황은 프로펠러의 추진효율 감소, 선체(10)를 진동시키는 기진력 발생, 프로펠러 표면 침식 및 유동소음 유발 등 공학적으로 많은 문제점을 주고 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해, 덕트 프로펠러(duct propeller)가 개발되었다. 덕트는 선체(10)에 고정되며 프로펠러는 덕트로 싸여진 내부공간에서 회전하면서 추력을 발생시킨다. 이와 같은 덕트 프로펠러의 경우, 덕트 내측면과 프로펠러 날개 팁 사이에는 일정한 간격을 유지하게 되어 있는데 이는 덕트 내부면과 날개 끝 사이의 공간에서 발생하는 날개 끝 유동손실로 인한 추진효율 감소의 요인으로 작용한다.
현재 덕트 프로펠러의 추진 효율을 향상시키기 위한 기술개발이 시급한 실정이다.
한국공개특허공보 제10-2012-0132082(2012.12.05)
본 발명의 실시예는, 추진 효율을 향상시키는 추진 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프로펠러; 및 상기 프로펠러가 내측에 배치되는 덕트를 포함하고, 상기 덕트의 전단부는 상기 덕트의 원주 방향으로 연속하는 파형(wavy)을 갖는, 추진 장치가 제공될 수 있다.
상기 덕트의 전단부에는 상기 덕트의 원주 방향으로 교번적으로 형성되는 오목부와 볼록부가 형성될 수 있다.
상기 오목부를 지나 상기 덕트 내부로 유입되는 유체의 경로는 상기 볼록부를 지나 상기 덕트 내부로 유입되는 유체의 경로보다 짧거나 같을 수 있다.
상기 덕트의 후단부는 상기 덕트의 원주 방향으로 연속하는 파형(wavy)을 가질 수 있다.
상기 덕트의 후단부에는 상기 덕트의 원주 방향으로 교번적으로 형성되는 오목와 볼록부가 형성될 수 있다.
상기 덕트의 내측면을 따라 이동하다가 상기 오목부를 지나는 유체의 이동 경로는, 상기 덕트의 내측면을 따라 이동하다가 상기 볼록부를 지나는 유체의 이동 경로보다 짧을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 덕트의 전단부가 원주 방향으로 연속하는 파형(wavy)을 가짐으로써, 덕트 주변의 유체가 보다 신속하고 원활하게 덕트 내부로 유입되고 이에 따라 프로펠러의 추진 효율이 현저하게 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 장치를 포함하는 선박 또는 해양구조물의 측면을 나타내는 부분 절개도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 장치를 나타내는 사시도이고,
도 3은 도 1의 덕트 전단부의 오목부와 볼록부의 위치에서 덕트의 단면을 오버랩시킨 도면이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 추진 장치를 나타내는 도면이고,
도 5는 도 4의 덕트 후단부의 오목부와 볼록부의 위치에서 덕트의 단면을 오버랩시킨 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 장치를 포함하는 선박의 측면을 나타내는 부분 절개도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추진 장치를 나타내는 사시도이다. 도 1에서 볼 때 좌측 방향은 선박(1) 또는 추진 장치(100)의 전방을 의미한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(1)은 선체(10) 및 추진 장치(100)를 포함한다.
선체(10)에는 추진 장치(100)가 제공된다. 추진 장치(100)는 추력을 제공하여 선체(10)를 전진시킨다. 추진 장치(100)는 프로펠러(110) 및 덕트(130)를 포함한다. 프로펠러(110)는 선체(10)의 스턴 보스(13) 후방에 배치된다. 프로펠러(110)는 선체(10)를 전진시키기 위한 추력을 제공한다. 프로펠러(110)는 스턴 보스(13)를 관통하여 후방으로 돌출된 메인 샤프트(미도시)에 결합되고, 박용 기관(미도시)에 의해 메인 샤프트가 회전할 때 메인 샤프트와 함께 회전한다.
프로펠러(110)는 덕트(130)의 내측에 배치된다. 덕트(130)는 프로펠러(110)의 추력을 향상시킨다. 덕트(130)는 프로펠러(110)를 둘러싸는 링 형상을 가진다. 덕트(130)의 단면은 에어포일(airfoil) 형상을 가질 수 있다. 덕트(130)는 스트럿(15)에 의해 선체(10)에 고정 설치될 수 있다. 에어포일의 리딩에지는 덕트(130)의 전단부를 형성하고, 에어포일의 트레일링 에지는 덕트(130)의 후단부를 형성한다.
본 실시예에 따르면, 덕트(130)의 전단부는 덕트(130)의 원주 방향으로 연속하는 파형을 갖는다. 달리 표현하면 덕트(130)의 전단부에는 덕트(130)의 원주 방향으로 교번적으로 형성되는 오목부(131)와 볼록부(133)가 형성된다.
이와 같이 덕트(130)의 전단부가 오목부(131)와 볼록부(133)가 교번하는 파형을 가지는 경우, 덕트(130) 주변의 유체가 덕트(130)로 원활하게 유입될 수 있다. 이 경우, 전단부가 파형을 가지지 않은 통상적인 덕트에 비해 추진 효율이 향상된다.
도 3은 도 1의 덕트 전단부의 오목부와 볼록부의 위치에서 덕트의 단면을 오버랩시킨 도면이다. 이하 도 3을 참조하여 본 실시예에 따른 덕트(130)가 추진 효율을 향상시키는 메커니즘을 설명한다.
프로펠러(도 1의 110)가 회전하여 선체(도 1의 10)가 전진하면 덕트(130) 주변의 유체는 덕트(130) 내부로 유입될 수 있다. 예컨대 A1에 위치하는 유체가 덕트(130) 내부의 A2위치로 이동하는 과정을 살펴보면, 먼저 유체가 오목부(131) 를 지나 덕트(130) 내부로 이동하는 경우 경로 R1을 따라 이동하고, 유체가 볼록부(133)를 지나 덕트(130) 내부로 이동하는 경우 경로 R2를 따라 이동한다.
이때, 경로 R1는 경로 R2에 비해 짧아, R1을 따라 이동하는 유체가 보다 신속하고 원활하게 덕트(130) 내부로 유입될 수 있다. 유체가 신속하고 원활하게 덕트(130) 내부로 유입되면 프로펠러(110)를 회전시키기 위한 토크가 감소하여 추진 효율이 전체적으로 향상된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 덕트(130)는 덕트(130)의 전단부에 원주 방향으로 복수의 오목부(131)가 형성되는데, 이러한 오목부(131)들에 의해 덕트(130) 주변의 유체가 보다 신속하고 원활하게 덕트(130) 내부로 유입되고 이에 따라 프로펠러(110)의 추진 효율이 현저하게 향상될 수 있다.
한편, 도 3에서 덕트(130)의 길이방향 중심선(미도시) 상의 유체가 덕트(130) 내부로 유입되는 경우 오목부(131)를 지나는 경로와 볼록부(133)를 지나는 경로는 모두 같은 길이를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 추진 장치를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 추진 장치(200)는 프로펠러(210) 및 덕트(230)를 포함한다.
본 실시예에 따른 덕트(230)는, 앞선 실시예에 따른 덕트(130)와 같이 전단부에 원주 방향으로 교번적으로 형성되는 오목부(231)와 볼록부(233)가 형성된다. 이와 같은 전단부의 형상에 의해 추진 효율이 효과적으로 향상된다.
본 실시예에 따른 덕트(230)는, 앞선 실시예에 달리 후단부에 원주 방향으로 교번적으로 형성되는 오목부(236)와 볼록부(237)를 형성된다. 달리 표현하면 덕트(230)의 후단부는 덕트(230)의 원주 방향으로 연속하는 파형을 갖는다.
통상적으로 에어포일에서 트레일링 에지 근방 난류 경계층의 압력섭동성분이 후류로 이동하면서 음향학적 저항을 의미하는 임피던스 차이가 급격하게 난다. 본 실시예와 같이 덕트(230)의 후단부가 파형을 갖는 경우, 이와 같은 임피던스 차이가 급격하게 나는 것을 분산하거나 완화하여 소음 수준을 감소시킨다. 따라서 본 실시예에 따른 덕트(230)는 후단부가 파형을 가지지 않은 통상적인 덕트에 비해 소음히 현저하게 감소된다.
도 5는 도 4의 덕트 후단부의 오목부와 볼록부의 위치에서 덕트의 단면을 오버랩시킨 도면이다. 이하 도 5를 참조하여 본 실시예에 따른 덕트(230)가 소음을 저감하는 메커니즘을 설명한다.
유체(f)는 덕트(230) 내측면을 따라 이동한 후 덕트(230)의 트레일링 에지에서 떨어져 나갈 수 있다. 이때, 덕트(230) 내측면을 따라 이동하는 유체 일부는 덕트(230) 후단에 형성된 오목부(236)에서 떨어져 나가고 나머지는 볼록부(237)에서 떨어져 나간다.
이 경우, 덕트(230) 내측면을 따라 이동하는 유체(f)가 동시에 트레일링 에지에서 떨어져 나가는 것이 아니라 일부와 나머지가 시간차를 두고 떨어져 나가기 때문에 임피던스 차이가 급격하게 나는 것이 분산되거나 완화될 수 있고, 소음 수준을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 추진 장치들(100, 200)은 선박(1)에 제공되는 것으로 설명하였으나 이에 국한되지 않고 해양구조물에 제공될 수 있음은 물론이다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1 : 선박 10 : 선체
13 : 스턴 보스 15 : 스트럿
100, 200 : 추진 장치 110, 210 : 프로펠러
130, 230 : 덕트

Claims (6)

  1. 프로펠러; 및
    상기 프로펠러가 내측에 배치되는 덕트를 포함하고,
    상기 덕트의 전단부는 상기 덕트의 원주 방향으로 연속하는 파형(wavy)을 갖는, 추진 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 덕트의 전단부에는 상기 덕트의 원주 방향으로 교번적으로 형성되는 오목부와 볼록부가 형성되는, 추진 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 오목부를 지나 상기 덕트 내부로 유입되는 유체의 경로는 상기 볼록부를 지나 상기 덕트 내부로 유입되는 유체의 경로보다 짧거나 같은, 추진 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 덕트의 후단부는 상기 덕트의 원주 방향으로 연속하는 파형(wavy)을 갖는, 추진 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 덕트의 후단부에는 상기 덕트의 원주 방향으로 교번적으로 형성되는 오목와 볼록부가 형성되는, 추진 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 덕트의 내측면을 따라 이동하다가 상기 오목부를 지나는 유체의 이동 경로는, 상기 덕트의 내측면을 따라 이동하다가 상기 볼록부를 지나는 유체의 이동 경로보다 짧은, 추진 장치.
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