KR20160006987A

KR20160006987A - 트림 조절 장치

Info

Publication number: KR20160006987A
Application number: KR1020140086795A
Authority: KR
Inventors: 진정현
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2016-01-20

Abstract

본 발명은 별도의 기구적 장치를 통해 동적 트림을 조절할 수 있도록 트림 조절 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 본 발명에 따른 트림 조절 장치는, 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 선체로부터 연장되는 한 쌍의 지지 프레임(10a, 10a); 좌우 양쪽의 지지 프레임(10a, 10a)을 가로질러서 상하방향으로 회전 가능하게 설치되며, 상하방향으로의 각도 변화에 의해 선체에 양력이나 침력을 제공하는 트림 컨트롤 블레이드(100a)를 구비하여 이루어진다.
이러한 본 발명은, 2개의 지지 프레임(방향타)를 가로지르는 트림 컨트롤 블레이드에 의해 운항시 동적 트림을 조절함으로써, 선박의 운항 상황에 따라 신속하게 대응할 수 있고 즉각적인 조절 효과를 얻을 수 있다. 또한, 방향타와 트림 컨트롤 블레이드가 프로펠러의 허브 직후방을 피한 지점에 설치되어 허브 보텍스 캐비테이션에 의한 영향을 근본적으로 회피할 수 있으며, 좌우 양측에 방향타를 배치함으로써 외력에 의한 횡동요 현상도 억제할 수 있다.

Description

트림 조절 장치{TRIM CONTROLER FOR A SHIP}

본 발명은 선박의 트림 조절 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 별도의 기구적 장치를 통해 선박의 동적 트림을 조절할 수 있도록 함으로써 추진효율과 운항 안정성을 향상시키고, 더 나아가서는 방향타와 트림 조절 장치를 조화시켜 프로펠러 허브의 보텍스 캐비테이션에 의한 방향타의 공동 침식을 회피하고 추진저항도 줄일 수 있도록 하는 한편, 외력에 의한 선박의 횡동요 현상도 억제할 수 있는 트림 조절 장치에 관한 것이다.

선박은 소정의 운항 안정성과 추진 효율을 확보하기 위해 선수와 선미 사이의 흘수 차이를 조절하여, 운항중에도 선수와 선미의 흘수가 정해진 범위 내에서 일정하게 유지되도록 한다.

'트림(trim)'이란, 선박이 길이 방향으로 기울어진 것을 말하며, 선수와 선미의 흘수(Draft) 차이로 표시하고, '흘수'는 선체가 물에 잠긴 양을 말하므로, 운항 중의 '트림 조절'은 운항중에 선수와 선미가 물속에 잠기는 양을 조절하는 것이다.

통상적으로, 선박에는 선수 탱크(Fore Peak Tank)와 선미 탱크(After Peak Tank)가 있으며, 운항중의 트림의 조절은 선수 탱크와 선미 탱크의 평형수 양을 조절함으로써 이루어지는데, 조절 펌프를 통해 선수 탱크나 선미 탱크 내의 평형수를 옮기거나 더 채우게 되므로 즉각적인 조절이 어렵다.

또한, 해상에서 선박은 파도나 바람에 의해 선체가 좌우로 흔들리는 현상인 횡동요(rolling)가 일어난다. 횡동요가 심할 경우에는 배가 전복되거나 선원들이 다치고 화물에 손상이 갈 수 있다.

이러한 횡동요에 대비해서, 선박의 좌우 측에 안티 힐링 탱크(Anti-Heeling Tank)를 두고, 펌프를 통해 좌현의 탱크와 우현의 탱크 사이의 평형수 량을 조절하여 평형을 유지함으로써 선박이 좌우로 기울어지는 것을 방지하고 있다.

또한, 안티 힐링 탱크에 더하여, 특허문헌 3 내지 5와 프로펠러와 방향타를 좌우 한 쌍으로 구비하여 횡동요를 억제하는 '쌍축 선박'이나 '이중 또는 트윈 스케그'의 형태가 있다.

그런데 프로펠러 직후방에 방향타가 배치되는 일반적인 형태를 벗어나지 못하므로, 허브 보텍스(hub vortex) 및 그에 따른 캐비테이션(cavitation)에 의해 방향타에 심각한 손상을 일으키므로, 그것을 방지하기 위한 별도의 수단을 구비하여야 한다.

도 1은 일반적으로 프로펠러(4)의 직후방에 방향타(Rudder)(8)를 설치한 형태에서의 허브 보텍스, 그리고 방향타(8)의 팁 보텍스(tip vortex)의 영향을 설명하기 위한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 프로펠러(4)의 허브(6) 후방에서 강력한 허브 보텍스가 발생하여, 허브(6)의 직후방에 설치된 방향타(8)를 쳐서 심각한 손상을 주게 되며, 허브 보텍스에 의해 발생한 캐비테이션이 방향타(8)의 표면에서 파괴되면서 방향타(8)에 심각한 표면 침식을 일으키게 된다.

또한, 방향타(8)의 하단부인 팁부(tip part)에서는 팁 보텍스가 발생하여 방향타의 팁 부분에 침식을 야기하는 한편, 팁 보텍스에 의한 유도 항력(induced drag)이 발생하여 선박의 추진 성능을 떨어뜨린다.

공개특허공보 제10-2013-0135532호 공개특허공보 제10-2012-0054167호 공개특허공보 제10-2013-0055876호 공개특허공보 제10-2014-0019704호 등록특허공보 제10-1099698호

본 발명은 상기와 같은 제반 문제를 해결하기 위해 연구된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 목적은 평형수의 이동이 아니라 기구적 장치에 의해 별도로 동적 트림을 조절할 수 있도록 함으로써, 운항 상황에 따라 신속하게 대응하고 즉각적인 조절 효과를 얻을 수 있으며, 그에 따라 추진효율과 운항 안정성을 향상시킬 수 있는 트림 조절 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 두 번째 목적은, 트림 조절 기구를 방향타와 조합시켜 구성하되, 방향타를 허브 보텍스 캐비테이션에 의한 영향으로부터 근본적으로 회피시켜 방향타의 공동 침식을 억제하고 추진저항도 줄일 수 있도록 하는 한편, 외력에 의한 횡동요 현상도 억제할 수 있도록 하는 것에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 트림 조절 장치는, 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 선체로부터 연장되는 한 쌍의 지지 프레임(10a, 10a); 좌우 양쪽의 지지 프레임(10a, 10a)을 가로질러서 상하방향으로 회전 가능하게 설치되며, 상하방향으로의 각도 변화에 의해 선체에 양력이나 침력을 제공하는 트림 컨트롤 블레이드(100a)를 구비하여 이루어진다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 지지 프레임(10a, 10a)의 상하방향 중간 지점을 가로질러 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(100)를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 지지 프레임(10a, 10a)의 하단부를 가로질러 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(200)를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 지지 프레임(10a, 10a)의 상하방향 중간 지점에 설치되는 상부 트림 컨트롤 블레이드(100)와, 지지 프레임(10a, 10a)의 하단부에 설치되는 하부 트림 컨트롤 블레이드(200)를 포함하여 구성하여도 좋다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박의 방향타로서, 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 각각 선체로부터 하향 연장되는 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10)과, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)의 아래쪽에 각각 설치되는 방향타 조향익(20, 20)을 포함하여 구성할 수 있고, 이 경우 상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)을 가로질러 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(100)를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박의 방향타로서, 각각 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 선체로부터 하향 연장되는 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10)과, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)의 아래쪽에 각각 설치되는 방향타 조향익(20, 20)을 포함하여 구성할 수 있고, 이 경우 상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 양쪽의 방향타 조향익(20, 20)을 가로질러 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(200)를 포함하는 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박의 방향타로서, 각각 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 선체로부터 하향 연장되는 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10)과, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)의 아래쪽에 각각 설치되는 방향타 조향익(20, 20)을 포함하여 구성할 수 있고, 이 경우 상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)을 가로질러 설치되는 상부의 트림 컨트롤 블레이드(100)와 함께, 상기 양쪽의 방향타 조향익(20, 20)을 가로질러 설치되는 하부의 트림 컨트롤 블레이드(200)를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박 추진용 프로펠러(4)의 후방에서 선체로부터 하향 연장됨과 함께, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 좌현 및 우현 방향으로 벗어난 지점에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 선박 추진용 프로펠러(4)의 후방에 위치함과 함께, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 상방 또는 하방으로 벗어난 지점에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 트림 조절 장치에 있어서, 상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박 추진용 프로펠러(4)의 후방에서 선체로부터 하향 연장됨과 함께, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 좌현 및 우현 방향으로 벗어난 지점에 위치하도록 구성하고; 이와 더불어 상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)를, 선박 추진용 프로펠러(4)의 후방에 위치함과 함께, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 상방 또는 하방으로 벗어난 지점에 위치하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 방향에 따른 트림 조절 장치는, 선박 추진용 프로펠러(4) 및 허브(6); 상기 허브(6)로부터 각각 좌현 및 우현 방향으로 서로 동일한 거리만큼 벗어난 지점에서 선체로부터 하향 연장되는 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10); 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10) 하단부에서 각각 아래로 연장되는 형태로 설치되는 방향타 조향익(20, 20); 상기 허브(6)로부터 상방으로 벗어난 지점에서 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)을 가로질러 설치되고, 횡단면 형상이 유선형의 날개 형태로 이루어지며, 상하방향으로의 각도 변화에 의해 선체에 양력이나 침력을 제공하는 상부의 트림 컨트롤 블레이드(100); 상기 허브(6)로부터 하방으로 벗어난 지점에서 상기 양쪽의 방향타 조향익(20, 20)을 가로질러 설치되며, 횡단면 형상이 유선형의 날개 형태로 이루어지며, 상하방향으로의 각도 변화에 의해 선체에 양력이나 침력을 제공하는 하부의 트림 컨트롤 블레이드(200) 구비하여 이루어진다.

본 발명에 따른 트림 조절 기능을 갖춘 방향타 장치에 의하면, 선박의 좌현 측과 우현 측에 나란하게 설치되는 2개의 지지 프레임(방향타) 및 양측의 지지 프레임을 가로지르는 트림 컨트롤 블레이드에 의해 운항시 동적 트림을 조절함으로써, 선박의 운항 상황에 따라 신속하게 대응할 수 있고 즉각적인 조절 효과를 얻을 수 있으며, 그에 따라, 추진효율과 운항 안정성도 향상된다.

또한, 방향타와 트림 컨트롤 블레이드가 프로펠러의 허브 직후방을 피한 지점에 설치되는 것에 의해 방향타를 허브 보텍스 캐비테이션에 의한 영향으로부터 근본적으로 회피시킬 수 있으며, 그에 따라 방향타의 공동 침식을 억제하고 추진저항도 줄일 수 있다.

또한, 좌우 양측에 방향타를 배치함으로써, 외력에 의한 횡동요 현상도 억제할 수 있다.

도 1은 일반적인 프로펠러 직후방에 방향타를 설치한 형태에서의 허브 보텍스 및 방향타의 팁 보텍스의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 트림 조절 장치를 선미 좌현 쪽에서 선수 우현 쪽을 향해 비스듬하게 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 트림 조절 장치를 선미에서 선수를 향해 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 트림 조절 장치를 선수 우현 쪽에서 선미 좌현 쪽을 향해 비스듬하게 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 트림 조절 장치의 저면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 트림 조절 장치의 측면도이다.
도 7은 발명에 따른 트림 조절 장치의 트림 컨트롤 블레이드를 양력이 작용하도록 조절한 상태의 도면이다.
도 8은 도 7의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 9은 본 발명에 따른 트림 컨트롤 블레이드를 구동하기 위한 장치의 구성 예를 보여주는 측면도이다.
도 10는 본 발명에 따른 방향타 고정익에 설치된 트림 컨트롤 블레이드의 구동 장치의 사시도이다.
도 11은 도 10의 평면도이다.
도 12은 본 발명에 따른 방향타 조향익에 설치된 트림 컨트롤 블레이드의 구동 장치의 사시도이다.
도 13는 도 12의 평면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명에 따른 트림 조절 장치의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 트림 조절 장치를 보인 도면이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 트림 조절 장치는, 선체의 좌우방향 양쪽에 한 쌍의 지지 프레임(10a, 10a)을 구비하고, 지지 프레임(10a, 10a)을 가로지르는 트림 컨트롤 블레이드(100a)를 구비한다.

트림 컨트롤 블레이드(100a)는 상하방향으로 회전할 수 있는 상태로 지지 프레임(10a, 10a)에 연결된다.

트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 유선형의 날개 모양, 즉 익형(翼型)으로 구성된다. 이는 물의 저항을 최소한으로 하기 위한 것으로서, 트림 컨트롤 블레이드(100a)의 앞쪽 끝 부분, 즉 선행단부(leading edge)를 곡선으로 만들고, 뒤쪽 끝 부분, 즉 추종단부(trailing dege)로 갈수록 뾰족하게 한 형태이다.

트림 컨트롤 블레이드(100a)를 상하방향으로 회전시킨다는 것은, 트림 컨트롤 블레이드(100a)의 선행단부는 상승 회동되고, 추종단부는 하강 회동 또는 거의 제자리에 머물도록 한다는 것이다.

트림 컨트롤 블레이드(100a)의 선행 단부를 일정 각도만큼 상승 회동시켜서 트림 컨트롤 블레이드(100a)의 선행단부가 들어 올려지면 받음각은 위쪽으로 형성된다. 즉, 트림 컨트롤 블레이드(100a)의 받음면(선박 전진시 물이 부딪히는 면)이 트림 컨트롤 블레이드(100a)의 아래면에 형성되면 상승 양력을 발생시키므로 선미부를 상승시키고 선수부는 하강시키는 힘이 생성된다.

이처럼, 트림 컨트롤 블레이드(100a)를 상하방향으로 적절한 각도로 회전시킴으로써 선박의 트림을 조절할 수 있는 것이다.

본 발명에서, 지지 프레임(10a, 10a)은 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현쪽과 우현쪽에서 선체(2)로부터 연장된다. 선체(2)로부터의 연장은, 선체 후미에서 후방쪽으로의 연장이어도 좋고, 선체 후미에서 하방으로의 연장이어도 좋다. 즉, 트림 컨트롤 블레이드(100a)를 견고하게 지지하면서도 추진 저항을 최소화하는 방향으로 한다.

도면에 도시된 실시예에서는, 지지 프레임(10a, 10a)이 선체 후미에서 하방으로의 연장되어 있다. 이러한 지지 프레임(10a, 10a)의 단면형상은 당연히도 '익형'으로 구성하는 것이 좋다.

지지 프레임(10a, 10a)은, 트림 컨트롤 블레이드(100a)를 지지하는 역할을 하지만, 선체의 좌, 우 양측에서 연장된 형태를 가지므로, '이중 또는 트윈 스케그'처럼 선체의 횡동요를 억제하는데 유리하다.

본 발명에서 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 1개의 블레이드를 구비하여도 좋고, 상하 방향으로 복수의 블레이드를 간격을 유지하여 구비하여도 좋다.

본 명세서에서는, 트림 컨트롤 블레이드(100a)가 상하 방향으로 2개의 블레이드를 간격을 유지하여 구비한 형태를 예시하고 있다. 즉, 지지 프레임(10a, 10a)의 상하방향 중간 지점을 가로질러 설치되는 위쪽 트림 컨트롤 블레이드(100)와, 지지 프레임(10a, 10a)의 하단부를 가로질러 설치되는 아래쪽 트림 컨트롤 블레이드(200)이다.

1개의 트림 컨트롤 블레이드를 구비하는 경우에는, 위쪽 트림 컨트롤 블레이드(100)나 아래쪽 트림 컨트롤 블레이드(200) 중 하나만을 선택하면 된다.

다음으로, 본 발명에서는, 지지 프레임(10a, 10a)을 추가로 또는 별도로 설치하는 대신에, 방향타를 지지 프레임으로 활용하는 방안을 제공한다. 본 발명의 도면들에서 도시된 지지 프레임(10a, 10a)은 방향타이다. 선박의 방향타는 추진용 프로펠러 후방에 위치하여 침로를 결정한다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 선체 후미부에는 선박 추진용 프로펠러(4)가 설치된다. 프로펠러(4)는 구동장치에 의해 회전하는 허브(6)에 부착되어 있다. 허브(6)는 선체(2)의 후미부에 회전가능하게 설치된다.

방향타는 프로펠러(4)의 후방에 설치되어 조타실에서의 키 조작에 의해 회전되어 선박의 침로를 조정한다. 따라서, 본 발명에서는 방향타가 침로를 조정하는 역할과 함께 트림 컨트롤 블레이드(200)를 설치하기 위한 구조물의 역할을 한다.

방향타로서의 지지 프레임(10a, 10a)은, 선체(2)의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 선체(2)로부터 하향 연장된다. 그리고, 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)에는 각각 방향타 조향익(20, 20)이 구비된다. 방향타 조향익(20, 20)을 좌우로 회전시킴에 따라 침로가 바뀐다.

'선체(2)의 좌우 방향 중앙'이란, 선체를 선미에서 선수방향으로 바라보았을 때, 좌우방향의 가운데 지점이다. 따라서, 도 2 내지 도 5에서는 프로펠러(4) 허브(6)의 축 중심을 수직으로 그은 선이 된다.

결국, 2개의 방향타가 선체(2)의 좌우 양측에 설치된 형태이다.

이중 1개의 방향타(좌측의 방향타)는 선체(2)의 좌우방향 중앙으로부터 좌현 쪽으로 일정거리 치우친 지점에서 고정익(10)이 하향 연장되고, 고정익(10)의 하단에 조향익(20)이 설치된다. 나머지 1개의 방향타(우측의 방향타)는 선체(2)의 좌우방향 중앙으로부터 우현 쪽으로 일정거리 치우친 지점에서 고정익(10)이 하향 연장되고, 고정익(10)의 하단에 조향익(20)이 설치된다.

그리고 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)을 가로질러서 하나의 트림 컨트롤 블레이드(즉, 위쪽 트림 컨트롤 블레이드)(100)가 설치되고, 양쪽의 방향타 조향익(20, 20)을 가로질러서 또 하나의 트림 컨트롤 블레이드(아래쪽 트림 컨트롤 블레이드)(200)가 설치된다.

방향타를 지지 프레임으로 구성하는 경우에도, 앞에서 이미 설명한 바와 같이, 트림 컨트롤 블레이드는, 방향타 고정익(10, 10)을 가로지르는 위쪽 트림 컨트롤 블레이드(100) 하나만 설치할 수도 있고, 방향타 조향익(20, 20)을 가로지르는 아래쪽 트림 컨트롤 블레이드(200) 하나만 설치할 수도 있으며, 도면에 도시된 실시예처럼 위, 아래 두 개의 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)를 모두 설치할 수도 있다.

방향타 조향익(20, 20)에 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(200)는, 방향타 조향익(20, 20)의 팁 부분에 접하거나 최대한 가깝게 설치한다.

방향타 조향익(20, 20)의 팁 부분에 트림 컨트롤 블레이드(200)가 설치되는 것에 의해, 도 2에 보인 바와 같이, 방향타 조향익(20, 20)의 팁 보텍스의 생성이 억제되어 침식을 줄일 수 있으며 유도 항력의 강도를 낮추어 선박의 추진성능을 향상시킨다.

앞에서 지지 프레임(10a, 10a)에 대한 설명에서 이미 언급한 바와 같이, 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10) 및 방향타 조향익(20)은, 선체(2)의 좌우방향의 가운데 지점으로부터 좌현과 우현 쪽으로 일정거리 치우친 지점에서 설치되어, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 좌현 및 우현 방향으로 벗어남으로써 허브(6)의 직후방에 설치되는 것을 회피하는 것이 좋다.

마찬가지로, 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)도, 허브(6)로부터 상방 또는 하방으로 벗어나서 허브(6)의 직후방을 회피할 수 있는 지점에 설치된다. 즉, 위쪽의 트림 컨트롤 블레이드(100)는 허브(6)로부터 상방으로 벗어난 지점에서 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)을 가로질러 설치되고, 아래쪽의 트림 컨트롤 블레이드(200)는 허브(6)로부터 하방으로 벗어난 지점에서 상기 양쪽의 방향타 조향익(20, 20)을 가로질러 설치된다.

위와 같은 구성에 의하면, 방향타 고정익(10, 10), 방향타 조향익(20, 20), 트림 컨트롤 블레이드(200)는 모두 허브(6)의 직후방 중심 지점에서 반경방향 외측으로 치우친 지점에 설치되므로, 이것들은 모두 허브(6)에서 발생하는 보텍스 및 캐비테이션에 의한 기포에 맞닥뜨리거나 타격받지 않게 된다.

즉, 도 2에 보인 바와 같이, 방향타 고정익(10, 10), 방향타 조향익(20, 20), 트림 컨트롤 블레이드(200)는 허브(6)의 중심을 기준으로 반경방향 외측에 대략 사각형 틀 모양으로 배치된다. 그러면, 허브(6)에서 발생한 보텍스 및 기포는 사각형 틀 가운데를 통해 그대로 후방으로 빠져나간다. 따라서, 방향타 고정익(10, 10), 방향타 조향익(20, 20), 트림 컨트롤 블레이드(200)가 모두 허브 보텍스 및 캐비테이션에 의한 피해를 근본적으로 회피할 수 있게 된다.

또한, 일반적으로 방향타는, 그 특성상 선체 후미에서 아래로 대략 수직으로 연장되어서 물속에 잠기게 된다. 본 발명에서는 이러한 특성을 가지는 방향타를 지지 프레임으로 활용함으로써, 2개의 방향타가 위에서 아래로 연장되어서 물속에 잠기는 형태를 취하게 된다. 따라서, 선체(2)가 안정적인 자세를 유지하는데 도움을 주어 외력(파도, 바람 등)에 의한 횡동요를 억제할 수 있다.

또한, 2개의 방향타 조향익(20, 20)에 의해, 조향을 위한 총 제어 표면(total control surface)의 면적이 커지고, 그에 따라 제어 표면에 작용하는 힘이 커져서 조종성을 향상시킬 수도 있다.

도 6에는 본 발명에 따른 트림 조절 기능을 갖춘 방향타 장치의 측면도가 도시되어 있고, 도 7에는 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)를 양력이 작용하도록 조절한 상태의 도면이 도시되어 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)는, 그것의 횡단면이 익형으로 이루어져서 물의 저항을 최소한으로 받도록 구성된다.

트림 조절에 있어서, 일반적으로 선박을 설계할 때에는 초기트림을 선미 트림이 되도록 설계하는 경우가 많은데, 선박의 종류, 운항 조건, 선적 화물의 종류 등에 따라서 선미 흘수가 큰 선미 트림(trim by stern), 선수 흘수가 큰 선수 트림(trim by head), 또는 선수와 선미의 흘수가 같은 등 흘수 중에서 적절한 형태로 설계된다.

일반적으로, 선미 트림인 경우에는 선수부가 수면으로부터 위쪽으로 올라오기 때문에 선수에 부딪히는 파랑의 피해(deck wetness)를 줄일 수 있고, 선박의 중심이 선미 측으로 이동되어 선체 후부의 안전성이 증가하는 한편, 방향타가 수중 깊이 잠겨 조종이 원활하다.

또한, 선수 트림의 경우에는 선수부가 수면으로부터 낮아지므로, 선수부에 파도가 덮어쓸 위험이 많고 속력도 줄어드는 한편, 선미의 안정성이 낮아지고 방향타의 효과가 떨어진다.

또한, 예를 들어, 선수 벌브(bulb)가 큰 컨테이너선의 경우에는, 선수 벌브를 적절한 깊이만큼 수중에 잠기도록 해야만 조파저항(wave resistance)이 작아져서 선박의 추진성능을 향상시킬 수 있다. 하지만, 실제 컨테이너선의 운항 상황에서는, 컨테이너의 배치나 화물의 적재 등의 문제로 인하여 선수 벌브가 적정치보다 덜 잠기는 상황들이 자주 발생한다.

본 발명은 위의 예들처럼, 선박의 운항 중에 발생하는 여러 가지 상황들에 직면하여 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)를 조절함으로써, 적합한 트림 조건을 즉각적으로 만들어 줄 수 있다.

그 중 하나의 예로써, 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)를 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같은 상태로 조절한 경우를 설명한다. 도 8에는 도 7의 작용을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

예를 들어, 선수 벌브가 큰 컨테이너선의 만재 상황 하에서, 선수 벌브(B)가 위로 들어 올려져서 수면 아래로 충분히 잠기지 못하는(설계치보다 덜 잠기는) 상황이 발생하면, 도 8의 위쪽 그림처럼, 선미부의 흘수는 크고 선수부의 흘수는 작아져서(즉, 선미부는 많이 잠기고 선수부는 덜 잠겨서) 선박의 설계 흘수선(Ld)의 앞쪽이 수면(HL)보다 과도하게 많이 올라가게 된다.

그러면, 선수 벌브(B)가 위로 상승하여 수면 아래로 충분히 잠기지 못하므로, 선수 벌브(B)가 큰 컨테이너선은 조파저항이 커지고 추진성능이 떨어지게 된다.

이 경우, 선수부를 수면 아래로 더 잠기도록 트림을 조절하여, 도 8의 아래쪽 그림처럼 설계 흘수선(Ld)을 수면(HL)에 일치시켜서 선수 벌브(B)를 수면 아래에 적절히 잠기도록 할 필요가 있다.

도 8의 위쪽 그림처럼 어긋나버린 트림을 정상으로 되돌리기 위해, 도 7이나 도 8의 아래쪽 도면처럼, 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)를, 그것의 선행단부(leading edge)가 들어 올려지도록 회동시킨다.

트림 컨트롤 블레이드(100, 200)가 그것의 선행단부가 들어 올려지도록 회동시키면, 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)의 받음각이 위쪽으로 형성되어(즉, 받음면이 트림 컨트롤 블레이드의 아래면에 형성되어) 선미부에 상승 양력을 발생시킨다.

이렇게 하여 선미부가 수면 위쪽으로 더 올라가려는 작용에 의해 그만큼 선수부는 물속으로 더 잠기게 됨으로써, 선박의 설계 흘수선(Ld)이 수면(HL)과 일치되도록 조정할 수 있다. 그러면, 선수 벌브(B)는 도 8의 아래쪽 도면처럼 수면(HL) 아래로 적절히 잠겨 조파저항을 줄일 수 있다.

위아 같은 트림 조절과는 달리, 선수부가 수면 아래로 지나치게 많이 잠겨 선수부를 수면 위로 더 올라오게 조절하려면, 도 7 및 도 8과는 반대로, 즉 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)를, 그것의 선행단부가 아래로 내려가도록 회동시킨다. 그러면 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)의 받음각이 아래쪽으로 형성되어(즉, 받음면이 트림 컨트롤 블레이드의 윗면에 형성되어) 선미부에 침력을 발생시킨다. 침력의 발생에 의해 선미부는 수중으로 더 잠기고 그만큼 선수부는 수면 위로 더 올라오게 조정된다.

이처럼 방향타에 설치된 트림 컨트롤 블레이드를 통해 동적 트림을 조절할 수 있으므로, 평형수를 이동시키는 것보다 신속하고 우수한 조절 효과를 얻을 수 있다.

도 9 내지 도 13는 본 발명에 따른 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)의 구동 장치에 대한 구성 예 중 하나를 보여주는 도면이다.

도 9을 참조하면, 고정익(10)에 설치되는 상부 트림 컨트롤 블레이드(100)는 제1 구동장치(300)에 의해 회전구동되고, 조향익(20)에 설치되는 하부 트림 컨트롤 블레이드(200)는 제2 구동장치(400)에 의해 회전구동된다.

제1 및 제2 구동장치(300)(400)는, 모터 등으로 이루어지는 제1 및 제2 구동원(302)(402)을 제1 및 하부 트림 컨트롤 블레이드(100)(200)의 제1 및 제2 축(102)(202)에 제1 및 제2 기어 기구(304, 306)(404, 406)를 통해 동력 연결한 형태로 이루어진다. 그 이외에도 유압 실린더 기구나 스텝 모터 등을 이용할 수도 있다.

제1 구동원(302)은 고정익(10)의 내부를 가로질러 배치되는 격벽(12)(14)에 고정하는 형태로 설치할 수 있고, 제2 구동원(402)은 고정익(10)의 하단벽(16)에 고정한 후 그 축을 하단벽(16)과 조향익(20)을 관통시켜 연장하는 형태로 설치할 수 있다.

도 10에는 본 발명에 따른 고정익(10)에 설치되는 상부 트림 컨트롤 블레이드(100)의 구동 장치(300)를 좀 더 자세하게 보인 도면이 도시되어 있고, 도 11에는 도 10의 평면도가 도시되어 있다.

도 10 내지 도 11을 참조하면, 상부 트림 컨트롤 블레이드(100)의 양측에서 연장되는 축(102, 104)은 베어링 지지 블록(306a, 308)에 의해 회전가능하게 지지 된다. 오른쪽의 축(102)에는 기어(306)가 구비되어 기어(304)로부터 동력을 받아 회전하게 되고, 기어(306)의 회전에 의해 상부 트림 컨트롤 블레이드(100)가 상하 방향으로 회전한다.

도 12에는 본 발명에 따른 조향익(20)에 설치되는 하부 트림 컨트롤 블레이드(200)의 구동 장치(400)를 좀 더 자세하게 보인 도면이 도시되어 있고, 도 13에는 도 12의 평면도가 도시되어 있다.

도 12 내지 도 13를 참조하면, 하부 트림 컨트롤 블레이드(200)의 양측에서 축(202, 204)이 연장되고, 축(202, 204)은 구형(球形) 단부(202a, 204a)를 가진다.

축(202, 204)의 구형 단부(202a, 204a)는 지지 블록(406a, 408)의 구형 홈(406b, 408a)에 구면 접촉에 의해 회전 가능하게 결합되어 조향익(20)의 움직임을 허용할 수 있다.

하부 트림 컨트롤 블레이드(200)의 오른쪽의 축(202)에는 기어(406)가 구비되어 기어(404)로부터 동력을 받아 회전하게 되고, 기어(306)의 회전에 의해 하부 트림 컨트롤 블레이드(200)가 상하 방향으로 회전한다.

이상에서는 트림 컨트롤 블레이드(100, 200)의 구동 장치를, 모터와 기어를 이용하여 구동하는 형태의 것을 설명하였으나, 이에 한하지 않고 유, 공압 실린더나 링크 기구 등, 다른 여러 가지 구동 장치 또는 시스템을 채용할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

2 : 선체
4 : 프로펠러
6 : 허브
10 : 고정익
20 : 조향익
100 : (위쪽)트림 컨트롤 블레이드
200 : (아래쪽)트림 컨트롤 블레이드

Claims

선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 선체로부터 연장되는 한 쌍의 지지 프레임(10a, 10a);
좌우 양쪽의 지지 프레임(10a, 10a)을 가로질러서 상하방향으로 회전 가능하게 설치되며, 상하방향으로의 각도 변화에 의해 선체에 양력이나 침력을 제공하는 트림 컨트롤 블레이드(100a)를 구비하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 지지 프레임(10a, 10a)의 상하방향 중간 지점을 가로질러 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 지지 프레임(10a, 10a)의 하단부를 가로질러 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는,
상기 지지 프레임(10a, 10a)의 상하방향 중간 지점을 가로질러 설치되는 위쪽 트림 컨트롤 블레이드(100)와,
상기 지지 프레임(10a, 10a)의 하단부를 가로질러 설치되는 아래쪽 트림 컨트롤 블레이드(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박의 방향타로서, 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 각각 선체로부터 하향 연장되는 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10)과, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)의 아래쪽에 각각 설치되는 방향타 조향익(20, 20)을 포함하고,
상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)을 가로질러 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(100)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박의 방향타로서, 각각 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 선체로부터 하향 연장되는 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10)과, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)의 아래쪽에 각각 설치되는 방향타 조향익(20, 20)을 포함하고,
상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 양쪽의 방향타 조향익(20, 20)을 가로질러 설치되는 트림 컨트롤 블레이드(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항에 있어서,
상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박의 방향타로서, 각각 선체의 좌우방향 중앙을 기준으로 좌현 및 우현 양쪽에서 선체로부터 하향 연장되는 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10)과, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)의 아래쪽에 각각 설치되는 방향타 조향익(20, 20)을 포함하고,
상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)을 가로질러 설치되는 상부의 트림 컨트롤 블레이드(100)와, 상기 양쪽의 방향타 조향익(20, 20)을 가로질러 설치되는 하부의 트림 컨트롤 블레이드(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박 추진용 프로펠러(4)의 후방에서 선체로부터 하향 연장됨과 함께, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 좌현 및 우현 방향으로 벗어난 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 선박 추진용 프로펠러(4)의 후방에 위치함과 함께, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 상방 또는 하방으로 벗어난 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지지 프레임(10a, 10a)은, 선박 추진용 프로펠러(4)의 후방에서 선체로부터 하향 연장됨과 함께, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 좌현 및 우현 방향으로 벗어난 지점에 위치하고,
상기 트림 컨트롤 블레이드(100a)는, 선박 추진용 프로펠러(4)의 후방에 위치함과 함께, 프로펠러(4)의 허브(6)로부터 상방 또는 하방으로 벗어난 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.
선박 추진용 프로펠러(4) 및 허브(6);
상기 허브(6)로부터 각각 좌현 및 우현 방향으로 서로 동일한 거리만큼 벗어난 지점에서 선체로부터 하향 연장되는 한 쌍의 방향타 고정익(10, 10);
상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10) 하단부에서 각각 아래로 연장되는 형태로 설치되는 방향타 조향익(20, 20);
상기 허브(6)로부터 상방으로 벗어난 지점에서 상기 양쪽의 방향타 고정익(10, 10)을 가로질러 설치되고, 횡단면 형상이 유선형의 날개 형태로 이루어지며, 상하방향으로의 각도 변화에 의해 선체에 양력이나 침력을 제공하는 상부의 트림 컨트롤 블레이드(100);
상기 허브(6)로부터 하방으로 벗어난 지점에서 상기 양쪽의 방향타 조향익(20, 20)을 가로질러 설치되며, 횡단면 형상이 유선형의 날개 형태로 이루어지며, 상하방향으로의 각도 변화에 의해 선체에 양력이나 침력을 제공하는 하부의 트림 컨트롤 블레이드(200) 구비하는 것을 특징으로 하는 트림 조절 장치.