KR20150133385A - 모형선박용 계측장치 - Google Patents

Abstract

베인 휠이 설치된 선박에 대한 모형선박을 구성하여 데이터를 계측함에 있어서, 정확한 계측 데이터를 얻을 수 있고, 계측 데이터의 정확성이 지속적으로 유지될 수 있는 모형선박용 계측장치가 소개된다. 이러한 모형선박용 계측장치는 시험용 모형선박에 설치되는 모터와, 상기 모터에 연결되는 동력계와, 상기 동력계에 연결되고, 상기 모터에 의해 회전하는 중공 형상의 아우터 축과, 상기 동력계에 연결되고, 상기 아우터 축의 내측에 위치되는 인너 축과, 상기 아우터 축에 고정되어, 상기 아우터 축과 일체로 회전하는 프로펠러와, 상기 인너 축에 회전 가능하게 설치되는 베인 휠과, 상기 시험용 모형선박에 설치되어 상기 프로펠러의 추력과 토오크를 계측하고, 상기 베인 휠의 추력을 계측하는 계측모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모형선박용 계측장치{Measuring Device For Model Ship}

본 발명은 모형선박용 계측장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 모형 선박을 이용한 계측 시험시 정확한 계측 데이터를 얻을 수 있고, 계측 데이터의 정확성이 지속적으로 유지될 수 있도록 구성된 모형선박용 계측장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박이 추진하기 위해서는 선박의 후미에 설치된 프로펠러가 회전되어야 하는데, 선박 추진시 가장 이상적인 조건은 프로펠러만 회전하고, 그 주위의 유체는 회전하지 않게 되는 것이며, 이는 유체가 프로펠러의 축 방향 즉, 선박의 진행 방향으로만 흐르는 경우에 해당한다.

그러나 점성을 가지고 있는 유체(해수)의 특성 때문에 이러한 이상적인 상태는 실제 상황에서는 나타나지 않으며, 프로펠러 주위에서는 유체의 회전에 따른 회전류가 발생한다. 이러한 회전류는 선박의 추진력에 아무런 도움을 주지 못할 뿐만 아니라 선박 동력에너지의 손실에 해당한다. 따라서 선박의 실제 추진효율은 이상적인 추진효율에 비해 떨어질 수 밖에 없다.

따라서 현재까지 회전류에 의한 손실 에너지를 회수하기 위한 여러가지 제안들이 제시되어 왔는데, 그 중에서 미국특허 제4,623,299호(이하, "특허문헌 1"이라 한다)에 개시된 선박용 추진장치가 있으며, 도면을 참조하여 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 추진장치를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 추진장치는 선미(2)의 허브(4)상에 복수의 날개(5a)를 가지는 프로펠러(5)가 형성되고, 그 후방으로 베인 휠(6)이 형성된 구조이다. 여기서, 베인 휠(6)은 허브(7)로부터 방사형으로 연장되는 복수의 날개(6a)를 가진다.

상기 날개(6a)는 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 구별되는 제1,2 세그먼트(segment)로 분할되어 있으며, 프로펠러 흐름(P) 내에 배열된 제1 세그먼트(8)가 터빈의 날개 형태로 형성되어 있고, 제2 세그먼트(9)는 부가의 추진흐름(A)을 발생시키게 된다.

상기 베인 휠(6)은 선체로부터의 동력전달을 받지 않게 자유회전될 수 있도록 구성된다.

선박이 진행할 때, 베인 휠(6)을 회전시킬 수 있는 힘은 프로펠러 (5)의 직경 안쪽에서 얻어지고, 얻어진 회전력이 프로펠러(5)의 직경보다 큰 외곽 부분의 날개(제2 세그먼트)에서 추력으로 변환될 수 있도록 하기 위해서 베인 휠(6)의 반경은 프로펠러(5)의 반경보다 더 크도록 설계된다.

따라서 베인 휠(6)의 내측 부분을 이루는 제1 세그먼트(8)는 회전류를 흡수하여 동력을 얻는 터빈부의 역할을 하고, 베인 휠(6)의 외측 부분을 이루는 제2 세그먼트(9)는 제1 세그먼트(80)에서 얻은 회전력을 이용하여 추력을 얻는 임펠러부의 역할을 하게 된다.

한편, 일반적으로 실제 선박의 추진장치에 대한 여러가지 데이터를 추정하기 위해 도 3에 도시된 것처럼, 모형선박용 계측장치(10)와 모형선박(20)을 이용하여 프로펠러의 추력과 토크를 계측하였다.

도 3에 도시된 종래의 모형선박용 계측장치(10)는 모터(11)와, 모터(11)에 의해 회전하는 구동축(12)과, 구동축(12)에 연결되는 동력계(13)와, 구동축(12)에 설치되는 계측모듈(14)과, 구동축(12)에 설치되고 모형선박(20)의 선미에 고정되는 스턴튜브(15)와, 구동축(12)의 단부에 설치되는 프로펠러(16)로 구성된다.

그런데 종래의 모형선박용 계측장치(10)의 경우, 한 개의 추진장치에 대한 추력, 토오크 및 회전수만을 계측 할 수는 있었으나, 프로펠러 및 베인 휠 모두의 물리량 계측을 할 수는 없었고, 이로 인해 정확한 계측이 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.

특허문헌 1 미국특허 제 4,623,299호(1986.11.18.)

본 발명은 상기와 같은 필요성을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 베인 휠이 설치된 선박에 대한 모형선박을 구성하여 데이터를 계측함에 있어서, 베인 휠이 무마찰 자유회전할 수 있도록 구성함으로써, 프로펠러의 추력과 토오크를 계측할 수 있을 뿐만 아니라 자유회전 하는 베인 휠의 추력도 동시에 계측 할 수 있는 모형선박용 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모형선박용 계측장치는, 시험용 모형선박에 설치되는 모터와, 상기 모터에 연결되는 동력계와, 상기 동력계에 연결되고, 상기 모터에 의해 회전하는 중공 형상의 아우터 축과, 상기 동력계에 연결되고, 상기 아우터 축의 내측에 위치되는 인너 축과, 상기 아우터 축에 고정되어, 상기 아우터 축과 일체로 회전하는 프로펠러와, 상기 인너 축에 회전 가능하게 설치되는 베인 휠과, 상기 시험용 모형선박에 설치되어 상기 프로펠러의 추력과 토오크를 계측하고, 상기 베인 휠의 추력을 계측하는 계측모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 베인 휠은 상기 아우터 축에 설치됨에 있어서, 축 방향 전후 양측에서 볼 베어링을 매개로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 베인 휠과 상기 회전축 사이에는 니들 베어링이 설치되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 모형선박용 계측장치에 따르면, 베인 휠이 설치된 선박에 대한 모형선박을 구성하여 데이터를 계측함에 있어서, 동력계에 연결되는 축을 두 개의 축으로 구성하고, 두 개의 축 중 아우터 축에는 프로펠러를 설치하고 인너 축에는 베인 휠을 무마찰 자유회전하도록 설치함으로써, 프로펠러의 추력과 토오크 뿐만 아니라 자유회전 하는 베인 휠의 추력도 계측 할 수 있게 되어 정확한 계측이 이루어질 수 있게 된다.

도 1은 종래의 추진장치의 배열상태를 나타낸 도면.
도 2는 종래의 추진장치를 이루는 베인 휠을 나타낸 도면.
도 3은 종래의 모형선박용 계측장치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모형선박용 계측장치를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모형선박용 계측장치의 주요 구성부를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 모형선박용 계측장치를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 모형선박용 계측장치의 주요 구성부를 나타낸 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하되, 앞서 설명한 도 3을 부분적으로 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 모형선박용 계측장치는 실제 선박의 추진장치에 대한 여러가지 데이터를 추정하기 위해 모형선박(20)에 설치되며, 모터(100)와, 동력계(200)와, 인너 축(300)과, 플로펠러(400)와, 아우터 축(500)과, 베인 휠(600)과, 계측모듈(700)을 포함한다.

상기 모터(100)는 선박의 추진을 위해 회전하는 프로펠러(400)에 회전력을 공급하기 위한 구성으로서, 실제 선박의 엔진에 해당하는 구성이다. 이러한 모터(100)는 계측시험에 알맞는 다양한 토크 범위에서 구동할 수 있도록 구성된다.

상기 동력계(200)는 상기 모터(100)의 회전력을 다양한 속도의 회전력으로 변환하기 위한 수단으로서, 그 내부에는 다수의 기어 장치들이 구비된다. 또한, 상기 동력계(200)는 구비된 기어 장치들을 제어할 수 있는 제어모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.

상기 아우터 축(500)은 그 일단은 상기 동력계(200)에 설치되고, 타단은 모형선박(20)의 후미부에 설치된다. 이러한 아우터 축(500)은 동력계(200) 및 상기 모형선박(20)의 후미부에 설치됨에 있어서, 회전될 수 있도록 설치되며, 상기 인너 축(300)을 그 내부에 수용하여 상기 인너 축(300)의 일부분을 감싸는 형태로 설치된다.

상기 프로펠러(400)는 상기 아우터 축(500)에 설치되어 상기 아우터 축(500)과 일체로 회전하며, 상기 아우터 축(500)에 키에 의해 고정되는 프로펠러 허브(410)와, 이 플로펠러 허브(410)에 형성되는 복수의 프로펠러 날개(420)로 구성된다. 또한, 상기 프로펠러 허브(410)의 전후 양측에는 더미링(430)이 설치된다.

이러한 프로펠러(400)는 모형선박(20)이 추진할 수 있도록 유체인 물을 회전축(300)의 길이 방향으로 유동시킨다.

상기 인너 축(300)은 그 일단은 상기 동력계(200)에 설치되고, 타단은 모형선박(20)의 후미부를 지나서 모형선박(20)의 외부로 노출된다. 이러한 인너 축(300)은 그 일단이 동력계(200)에 연결되지만, 회전하지 않도록 구성된다.

또한, 상기 인너 축(300)은 그 일부분이 상기 아우터 축(500)에 의해 감싸지며, 나머지 일부분은 상기 아우터 축(500)의 외부로 돌출된다.

상기 베인 휠(600)은 상기 프로펠러(400)로부터 일정 거리 이격된 위치에서 상기 인너 축(300)에 회전 가능하게 설치되어 보조 추력을 발생시키는 구성으로서, 상기 인너 축(300)에 회전 가능하게 설치되는 베인 휠 허브(310)와, 이 베인 휠 허브(310)에 형성되는 복수의 베인 휠 날개(320)로 구성된다. 또한, 상기 베인 휠 허브(310)의 축 방향 전후 양측에는 한 쌍의 더미링(330)이 설치된다.

상기 베인 휠 날개(320)는 상기 프로펠러(400)의 회전에 의해 발생하는 회전류에 의해 회전하여 축방향 가속 흐름과 회전류를 흡수하는 터빈 날개부와, 이러한 터빈 날개부와 동일 평면상에 형성되면서 터빈 날개부에 의한 회전력으로 추진력을 발생시키는 임펠러 날개부를 포함한다. 이러한 터빈 날개부와 임펠러 날개부의 구체적인 형상 및 구분은 앞서 설명된 종래 기술에 대한 구성도인 도 1 및 도 2에 도시된다.

한편, 상기 베인 휠(600)은 상기 인너 축(500)에 회전 가능하게 설치됨에 있어서, 축 방향 전후 양측에서 볼 베어링(800)을 매개로 상기 한 쌍의 더미링(330)에 연결된다. 또한, 상기 베인 휠(600)과 상기 회전축(300) 사이에는 회전축(300)을 지지하기 위한 니들 베어링(900)이 설치된다. 이처럼 볼 베어링(800) 및 니들 베어링(900)을 매개로 설치되는 베인 휠(600)은 회전하지 않는 인너 축(300)에 설치되기 때문에 아우터 축(500)의 회전에 의해 영향을 받지 않게 되며, 아우터 축(500)의 회전은 베인 휠(600)의 토크에는 영향을 주지 않게 된다.

상기 계측모듈(700)은 상기 프로펠러(400)의 추력 및 토크를 계측하기 위한것으로서, 상기 아우터 축(500)에 설치되며, 상기 프로펠러(400)의 전방에 위치된다.

한편, 위와 같이 베인 휠(600)을 설치한 경우, 프로펠러(400)와 아우터 축(500)의 회전은 베인 휠(600)의 회전으로부터 영향을 받지 않게되고, 반대로 베인 휠(600)은 프로펠러(400)의 회전에 의해 영향을 받게 된다. 따라서 프로펠러(400)의 추력과 토크를 계측하고, 베인 휠(600)의 토크를 계측함에 있어서, 정확한 계측이 이루어질 수 있게 된다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 모형선박용 계측장치에 따르면, 베인 휠이 설치된 선박에 대한 모형선박을 구성하여 데이터를 계측함에 있어서, 동력계에 연결되는 축을 두 개의 축으로 구성하고, 두 개의 축 중 아우터 축에는 프로펠러를 설치하고 인너 축에는 베인 휠을 무마찰 자유회전하도록 설치함으로써, 프로펠러의 추력과 토오크 뿐만 아니라 자유회전 하는 베인 휠의 추력도 계측 할 수 있게 되어 정확한 계측 데이터를 얻을 수 있게 되고, 계측 데이터의 정확성이 지속적으로 유지될 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음이 이해될 필요가 있다.

100 : 모터
200 : 동력계
300 : 회전축
400 : 플로펠러
500 : 아우터 축
600 : 베인 휠
700 : 계측모듈
800 : 볼 베어링
900 : 니들 베어링

Claims (3)

1. 시험용 모형선박에 설치되는 모터;
   상기 모터에 연결되는 동력계;
   상기 동력계에 연결되고, 상기 모터에 의해 회전하는 중공 형상의 아우터 축;
   상기 동력계에 연결되고, 상기 아우터 축의 내측에 위치되는 인너 축;
   상기 아우터 축에 고정되어, 상기 아우터 축과 일체로 회전하는 프로펠러;
   상기 인너 축에 회전 가능하게 설치되는 베인 휠;
   상기 시험용 모형선박에 설치되어 상기 프로펠러의 추력과 토오크를 계측하고, 상기 베인 휠의 추력을 계측하는 계측모듈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 모형선박용 계측장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 베인 휠은 상기 인너 축에 설치됨에 있어서, 축 방향 전후 양측에서 볼 베어링을 매개로 설치되는 것을 특징으로 하는 모형선박용 계측장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 베인 휠과 상기 인너 축 사이에는 니들 베어링이 설치되는 것을 특징으로 하는 모형선박용 계측장치.

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