KR20150076706A

KR20150076706A - 선박용 타원형 덕트의 지지구조

Info

Publication number: KR20150076706A
Application number: KR1020130165225A
Authority: KR
Inventors: 허재욱
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-07
Also published as: KR102117385B1

Abstract

본 발명은 선박용 타원형 덕트의 지지구조에 관한 것으로, 선미와 프로펠러의 사이에 중앙 평행 부를 갖는 타원형 덕트가 설치되며, 타원형 덕트에는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 위치되는 전류고정날개가 타원형 덕트와 수평방향으로 교차하거나 타원형 덕트 안에 배치됨으로써, 타원형 덕트로부터 추력을 얻고 전류고정날개가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 하도록 구성하여 선박의 추진효율을 높일 수 있다.

Description

선박용 타원형 덕트의 지지구조{SUPPORTING STRUCTURE OF DUCT FOR SHIP}

본 발명은 선박용 타원형 덕트의 지지구조에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 선미와 프로펠러의 사이에 중앙 평행 부를 갖는 타원형 덕트가 설치되며, 그 타원형 덕트에는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 위치되는 전류고정날개가 덕트와 수평방향으로 교차하거나 타원형 덕트 안에 배치됨으로써, 타원형 덕트로부터 추력을 얻고 전류고정날개가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 하도록 구성하여 선박의 추진 효율을 높일 수 있는 선박용 덕트의 지지구조에 관한 것이다.

일반적으로 선박에 있어 추진 성능의 향상은 연료의 절감을 통한 경제적 운항으로 귀결되므로 추진 효율의 향상을 위한 많은 노력이 이루어지고 있다.

덕트(Duct)는 프로펠러의 회전시 발생하는 흡입 작용에 의해 프로펠러의 전방 유체를 가속함으로 덕트 자체에서 발생하는 선박 진행 방향으로의 부가 추력을 발생시키고, 선체의 선미 형상에 기인하여 발생하는 프로펠러의 전방에서의 불규칙한 유체를 가속 정류하여 추진 효율의 향상과 프로펠러의 기진력을 감소시키는 역할을 한다.

도 1은 종래 선박용 덕트의 지지구조를 보인 측면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 선박용 덕트의 지지구조는 선체(10)의 선미부에 위치한 스턴 보스(12)에 프로펠러(14)가 기관으로부터 제공되는 구동력에 의해 회전 가능하게 설치된다.

상기 프로펠러(14)의 전방으로 프로펠러 중심(X)에 대해 다수의 전류고정날개(15)가 방사상으로 이격되어 배치되고, 상기 전류고정날개(15)의 둘레에는 전류고정날개(15)의 외측 자유 단부와 결합되어 지지되는 덕트(18)가 설치된다.

그러나, 종래 선박용 덕트는 선박의 선미에 부착되는 덕트가 부가적인 추력을 발생시켜서 선박의 전체 저항을 감소하는 역할을 하지만, 덕트 부착 부근에 가속 유동이 발생하고, 그 가속 유동 발생으로 인해서 선미 측 압력 회복이 느려지게 되는 현상이 발생하여 전체적인 추진 효율성이 떨어진다.

선박은 선속(Vs)으로 항해하는 경우에, 선체가 받는 저항을 RTS로 하면, 필요한 주기관으로부터의 전달 마력 DHP는, DHP = RTSVs/ηD로 표시된다. 여기서, ηD는 준 추진효율로서, ηD= ηH ㆍ ηO ㆍ ηR의 식으로 산출된다. ηH = (1-t)/(1-W)이다. ηH 는 선체효율이라 불리는 프로펠러와 선체와의 간섭에 기인하는 요소이고, t는 추진 감소 계수, W는 유효 반류 계수이다.

또한, ηO 는 프로펠러의 단독효율이며, ηR 은 상대 회전효율이라고 불리며, 프로펠러가 선미의 흐트러진 흐름 속에서 작동하는 경우의 토오크 Q와 단독상태에서의 토오크 Qo 와의 비를 표시한다.

따라서, 선박의 성능개선의 하나로서 동일 속력에 대하여 필요한 마력을 감소시키기 위해서는 저항 RTS를 감소시키거나 프로펠러로 인해 발생하는 부가저항 즉, 추력 감소와 같은 선박의 성능요소를 개선해야 한다.

그런데, 종래의 덕트는 선체의 선미 부분과 프로펠러 사이에 통 형상의 덕트를 설치하여 프로펠러 전방의 선체 주위에 박리를 억제한다.

또한, 프로펠러 평면에서의 공칭 반류를 개선하여 추진효율을 직접적으로 향상시키거나 향상할 수 있는 잠재력을 부여토록 한 것이지만, 덕트의 외형을 이루는 상부 면과 하부 면의 경사진 각도가 선미 부분의 경사진 패턴과 맞지 않아서 와류가 발생하고, 그에 따라 저항이 증가하여 추진효율이 저하되어 결국, 에너지 소비가 증대되는 비효율적인 문제점이 있다.

다시 말해서, 선미 벌브(stern bulb) 주위에서 상승하는 유체 흐름으로 덕트 하부와 큰 입사각을 가짐으로써, 와류가 발생하고, 저항이 커져 대부분의 덕트효과를 상쇄시키게 된다.

따라서, 종래의 덕트는 덕트 하부의 저항을 감소시키기 위해 덕트 하부를 신중히 설계하거나 전체 덕트 길이를 짧게 설계하여야 하며, 이로 인해 덕트에 의한 에너지 절약 개선 효과를 충분히 누리지 못하는 문제점을 항상 가지게 된다.

더욱이, 덕트 상부의 추력에 의해 선체를 후방으로 당기는 작용으로 추력 감소 계수(t)가 줄어드는 효과가 덕트 하부에서 발생하는 강력한 상승 유체 흐름에 저항하는 드래그(drag)의 발생으로 상쇄되거나 오히려 저항이 커지는 형태로 나타날 가능성도 크다.

공개번호 제10-2012-0063246호

전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 선미와 프로펠러의 사이에 중앙 평행 부를 갖는 타원형 덕트가 설치되며, 그 타원형 덕트에는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 위치되는 전류고정날개가 타원형 덕트와 수평방향으로 교차하거나 타원형 덕트 안에 배치됨으로써, 타원형 덕트로부터 추력을 얻고 전류고정날개가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 하도록 구성하여 선박의 추진 효율을 높일 수 있는 선박용 타원형 덕트의 지지구조를 제공함에 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 선박용 타원형 덕트의 지지구조는 선미와 프로펠러의 사이에 중앙 평행 부를 갖는 타원형 덕트가 설치되며, 상기 타원형 덕트에는 전류고정날개가 교차하여 배치된다.

상기 전류고정날개는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 각각 설치될 수 있다.

상기 타원형 덕트로부터 추력을 얻고, 상기 전류고정날개가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 하도록 구성된다.

상기 타원형 덕트의 직경은 상기 프로펠러의 직경 30~50 % 이내로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 타원형 덕트의 위치는 상기 프로펠러 중심에서 상기 프로펠러 직경 대비 0~30%로 설정하는 것이 바람직하다.

상기 타원형 덕트의 위치는 좌현 또는 우현으로 상기 프로펠러 직경의 -20~20%로 편심되게 배치하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 선박용 타원형 덕트의 지지구조는 선미와 프로펠러의 사이에 중앙 평행 부를 갖는 타원형 덕트가 설치되며, 상기 타원형 덕트 내부에 전류고정날개가 배치되고, 상기 전류고정날개는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 각각 설치된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 선미와 프로펠러의 사이에 중앙 평행 부를 갖는 타원형 덕트가 설치되며, 타원형 덕트에는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 위치되는 전류고정날개가 타원형 덕트와 수평방향으로 교차하거나 타원형 덕트 안에 배치됨으로써, 타원형 덕트로부터 추력을 얻고 전류고정날개가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 하도록 구성하여 선박의 추진 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 전류고정날개와 덕트 사이의 최적 배치 구조를 구현하여 추진기에서 발생하는 캐비테이션의 발생 볼륨을 축소하고, 이를 통해 선체로 전달되는 추진기의 변동압력을 줄여 선박의 진동을 최소화할 수 있게 된다.

도 1은 종래 선박용 덕트의 지지구조를 보인 측면도
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 타원형 덕트의 지지구조를 보인 측면도
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 타원형 덕트의 지지구조를 보인 배면도
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 타원형 덕트를 보인 종단면도
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 타원형 덕트의 지지구조를 보인 배면도
도 6은 선체 저항 변화를 보인 도면
도 7은 덕트 사이즈에 따른 선체 추진력을 보인 그래프

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박용 타원형 덕트에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 타원형 덕트의 지지구조를 보인 측면도이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 타원형 덕트의 지지구조를 보인 배면도이며, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 타원형 덕트를 보인 종단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 선체(10)의 선미부에 위치한 스턴 보스(12)에 프로펠러(14)가 기관으로부터 제공되는 구동력에 의해 회전 가능하게 설치된다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 덕트 지지구조는 선미와 프로펠러(14)의 사이에 타원형 덕트(100)가 설치되며, 상기 타원형 덕트(100)에 전류고정날개(110)가 교차하여 배치된다.

상기 타원형 덕트(100)는 2개의 반호 부(101)와, 그 반호 부(101)를 연결하는 중앙 평행 부(102)로 구성된다.

상기 전류고정날개(110)는 프로펠러 중심(X)의 하부 측 좌현과 우현에 각각 설치됨으로써, 상기 타원형 덕트(100)로부터 추력을 얻고, 상기 전류고정날개(110)가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 한다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 덕트 지지구조에서는, 타원형 덕트 직경(d)은 상기 프로펠러 직경(D)의 30%~50% 이내로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 타원형 덕트(100)의 위치는 상기 프로펠러 중심(X)에서 상기 프로펠러 직경(D) 대비 0~30%로 설정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 타원형 덕트(100)의 위치는 좌현 또는 우현으로 상기 프로펠러 직경(D)의 -20%~+20%로 편심되게 배치되는 것이 바람직하다.

상기 타원형 덕트(100)의 크기는 가로 방향이 세로 방향보다 1~2배의 크기를 가지는 타원으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 덕트 지지구조를 보인 배면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 덕트 지지구조에서는 선미와 프로펠러(14)의 사이에 타원형 덕트(200)가 설치되며, 상기 타원형 덕트(200) 내부에 전류고정날개(210)가 배치된다. 상기 타원형 덕트(200)는 2개의 반호 부(201)와, 그 반호 부(201)를 연결하는 중앙 평행 부(202)로 구성된다.

상기 전류고정날개(210)는 프로펠러 중심(X)의 하부 측 좌현과 우현에 각각 설치됨으로써, 상기 타원형 덕트(200)로부터 추력을 얻고, 상기 전류고정날개(210)가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 한다.

한편, 도 6은 선체 저항 변화를 보인 도면으로서, 선체에 덕트가 부착된 상태에서 프로펠러가 작동할 때에 걸리는 압력에 의하여 선체는 저항을 받게 되고, 그 선체 저항 변화를 보인 도면이다.

좌측 도면은 덕트 본체의 상단 또는 하단은 프로펠러 중심에 대하여 상기 프로펠러 직경의 -20% ∼+20% 위치에서 벗어난 경우의 선체 저항 변화를 보인 것이고, 반면에 우측 도면은 덕트 본체의 상단 또는 하단은 프로펠러 중심에 대하여 프로펠러 직경의 -20% ∼+20% 위치에 편심되게 배치되는 경우의 선체 저항 변화를 보인 것이다.

좌측 도면에서는, 선체에 저항이 높게 걸리게 되는 원인이 된다. 이러한 높은 저항을 개선하기 위해서 덕트 위치를 우측 도면과 같이 조정하면 선체에 저항이 낮아지는 것을 수치해석을 통해서 확인하였다.

도 7은 덕트 사이즈에 따른 선체 추진력을 보인 그래프로서, 프로펠러 직경 대비 덕트의 사이즈가 40% 내지 45% 일 때, 선체 추진력을 향상시키는 효과를 얻게 됨을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 선미와 프로펠러의 사이에 중앙 평행 부를 갖는 타원형 덕트가 설치되며, 타원형 덕트에는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 위치되는 전류고정날개가 타원형 덕트와 수평방향으로 교차하거나 타원형 덕트 안에 배치됨으로써, 타원형 덕트로부터 추력을 얻고 전류고정날개가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 하도록 구성하여 추진효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은 전류고정날개와 덕트 사이의 최적 배치 구조를 구현하여 추진기에서 발생하는 캐비테이션의 발생 볼륨을 축소하고, 이를 통해 선체로 전달되는 추진기의 변동압력을 줄여 선박의 진동을 최소화할 수 있다.

그리고, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 선체
12: 스턴 보스
14: 프로펠러
100: 타원형 덕트
101: 반호 부
102: 중앙 평행 부
110: 전류고정날개

Claims

선미와 프로펠러의 사이에 타원형 덕트가 설치되며, 상기 타원형 덕트에 전류고정날개가 교차하여 배치되는 선박용 타원형 덕트의 지지구조.
청구항 1에 있어서,
상기 전류고정날개는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 타원형 덕트의 지지구조.
청구항 2에 있어서,
상기 타원형 덕트로부터 추력을 얻고, 상기 전류고정날개가 회전에너지로 감소하는 부분을 없애주는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 선박용 타원형 덕트의 지지구조.
청구항 1에 있어서,
상기 타원형 덕트의 직경은 상기 프로펠러의 직경 30%~50% 이내로 설정되는 것을 특징으로 하는 선박용 타원형 덕트의 지지구조.
청구항 1에 있어서,
상기 타원형 덕트는 2개의 반호 부와, 그 반호 부를 연결하는 중앙 평행 부로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 타원형 덕트의 지지구조.
청구항 1에 있어서,
상기 타원형 덕트의 위치는 좌현 또는 우현으로 상기 프로펠러 직경의 -20%~+20%로 편심되는 것을 특징으로 하는 선박용 타원형 덕트의 지지구조.
청구항 1에 있어서,
상기 타원형 덕트의 크기는 가로 방향이 세로 방향보다 1~2배의 크기를 가지는 타원인 것을 특징으로 하는 선박용 타원형 덕트의 지지구조.
선미와 프로펠러의 사이에 중앙 평행 부를 갖는 타원형 덕트가 설치되며, 상기 타원형 덕트 내부에 전류고정날개가 배치되고, 상기 전류고정날개는 프로펠러 중심의 하부 측 좌현과 우현에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 타원형 덕트의 지지구조.