KR20160047716A - 추진장치 - Google Patents

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Abstract

추진장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 추진장치는 선체에 추력을 제공하는 프로펠러; 상기 프로펠러를 둘러싸는 덕트; 및 상기 프로펠러의 후방에 위치하고, 상기 덕트에 지지되며, 상기 프로펠러의 후류의 회전류를 감쇠시키는 핀을 포함한다.

Description

추진장치{Propulsion apparatus}
본 발명은 추진장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박 또는 해양 구조물의 추진장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 추진장치는 엔진과 연결된 추진축이 선체의 외측으로 돌출되며, 이 추진축의 단부에 설치된 프로펠러(propeller)를 회전시켜 추진력을 얻는다.
이러한 선박은 프로펠러가 유체 중에서 회전함에 따라 유체가 빨려지는 면과 유체가 방출되는 면의 압력차가 발생되며, 이에 따라 각 날개에 양력이 발생한다.　 이와 같이 프로펠러에서 발생된 양력은 선박의 추진력으로 작용한다.
이러한 프로펠러의 추진효율을 향상시키기 위해 덕트가 사용된다.
프로펠러가 덕트에 둘라싸인 덕트 프로펠러 추진장치의 경우, 덕트에서 빠져 나오는 프로펠러의 후류 중 회전류가 차지하는 비중이 제법 크다. 이러한 회전류는 추진장치의 효율 손실의 요인이 된다.
본 발명의 실시예는, 프로펠러의 후류 중 회전류를 효과적으로 감쇠시키는 추진장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 추력을 제공하는 프로펠러; 상기 프로펠러를 둘러싸는 덕트; 및 상기 프로펠러의 후방에 위치하고, 상기 덕트에 지지되며, 상기 프로펠러의 후류의 회전류를 감쇠시키는 핀을 포함하는, 추진장치가 제공될 수 있다.
상기 추진장치는 상기 덕트에 대한 상기 핀의 위치를 변환시키는 위치변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 위치변환부는, 상기 핀이 고정되고, 링 형상을 가지며, 상기 덕트에 회전 가능하게 결합되는 회전부재; 및 상기 회전부재를 회전시키는 회전구동부를 포함할 수 있다.
상기 추진장치는 운항 조건에 따라 회전류 감쇠 효과가 극대화되도록 상기 핀의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 프로펠러의 회전수, 상기 선체의 속도 및 상기 선체의 선회 각도 별로 상기 프로펠러의 후류의 회전류 분포에 대한 데이터를 미리 저장하고, 상기 프로펠러의 회전수, 상기 선체의 속도 및 상기 선체의 선회 각도에 대한 실시간 정보를 입수하고, 상기 실시간 정보를 상기 데이터에 대입하여 상기 핀의 회전류 감쇠 효과가 극대화되는 상기 핀의 위치를 결정하고, 상기 핀이 결정된 위치에 배치되도록 상기 위치변환부를 제어할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 선체가 전진할 때, 상기 핀의 배치각이 0도 이상 180도 이하가 되도록, 상기 선체가 좌현으로 선회할 때, 상기 핀의 배치각이 160도 이상 270도 이하가 되도록, 상기 선체가 우현으로 선회할 때, 상기 핀의 배치각이 -110도 이상 45이하가 되도록 위치변환부를 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 덕트에서 빠져나오는 프로펠러의 후류 중 회전류가 차지하는 비중을 상대적으로 줄임으로써, 추진장치의 효율 손실을 만회해준다.
나아가 운항 조건에 따라 핀의 위치를 제어함으로써, 운항 조건에 따라 추진장치의 성능을 향상시킨다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 추진장치를 측면에서 바라본 도면이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 추진장치를 후방에서 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 추진장치를 나타내는 도면이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 핀이 고정된 회전부재를 전방에서 바라본 도면이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 추진장치의 제어부의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 추진장치의 핀이 선체의 선회 방향에 따라 배치되는 위치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 위치변환부의 일 변형례를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 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 제1실시예에 따른 추진장치를 측면에서 바라본 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 추진장치를 후방에서 바라본 도면이다. 참고로, 도 1에서 볼 때 좌측방향은 선체 또는 추진장치의 전방이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 추진장치(100)는 프로펠러(110)와, 덕트(120)와, 핀(130)을 포함한다. 이하, 설명의 편의를 위해 추진장치(100)는 프로펠러(110)가 선체(미도시)의 스턴 보스(미도시)를 통해 돌출된 메인 샤프트(미도시)의 끝단과 결합되는 형태를 가지는 것으로 설명하나, 이에 국한되지 않고, 선체에 대해 수직선을 중심축으로 선회 가능한 아지무스 스러스터 형태를 가질 수 있음은 물론이다.
프로펠러(110)는 선체에 회전 가능하게 설치된다. 프로펠러(110)는 회전하며 추력을 발생시킨다. 선체는 프로펠러(110)로부터 추력을 제공받아 움직인다.
프로펠러(110)는 덕트(120)에 둘러싸인다. 덕트(120)는 링 형상을 가지며, 선체에 지지된다. 덕트(120)의 내측에 배치되는 프로펠러(110)의 추진효율은 향상된다.
덕트(120)는 에어포일 형상의 단면을 가질 수 있다. 이 경우, 선체가 이동하는 과정에서 덕트(120) 자체에도 추력이 발생하여 추진 효율이 향상될 수 있다.
프로펠러(110)의 후방에 핀(130)이 위치한다. 핀(130)은 덕트(120)에 지지된다. 예컨대, 핀(130)은 덕트(120)의 내측면에서 프로펠러(110)의 회전축(X) 방향을 향하여 연장된 형태를 가질 수 있다.
핀(130)은 프로펠러(110)의 후류의 회전류를 감쇠시킨다. 이때, 프로펠러(110)의 후류에 포함되는 회전류는 핀(130)과 부딪혀 감쇠된다. 이 경우, 덕트(120)에서 외부로 배출되는 유동은 대부분 프로펠러(110)의 회전축(X)에 평행한 상태에 놓이게 되어 프로펠러(110)의 회전에너지 발생을 감소시켜 효율이 향상될 수 있다.
핀(130)은 복수로 제공된다. 복수의 핀(130)은 프로펠러(110)의 회전축(X)을 중심으로 방사상으로 이격되어 배치될 수 있다.
핀(130)은 프로펠러 반경(R)의 0.8배 이상 1.0배 이하를 커버하도록 제공된다. 핀(130)이 프로펠러 반경(R)의 전체 범위를 커버하도록 형성될 필요 없이 프로펠러 반경의 0.8배 이상 1.0배 이하를 커버하도록 형성되는 경우, 핀(130)의 크기를 소형화할 수 있어 제작비와 저항을 저감시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 본 실시예에 따른 추진장치(100)는 덕트(120)에서 빠져나오는 프로펠러(110)의 후류 중 회전류가 차지하는 비중을 상대적으로 줄여 추진장치(100)의 효율을 향상시킨다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 추진장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 핀이 고정된 회전부재를 전방에서 바라본 도면이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 추진장치의 제어부의 작동을 설명하기 위한 도면이다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 추진장치(200)는 프로펠러(210), 덕트(220), 핀(230), 위치변환부(240) 및 제어부(250)를 포함한다.
본 실시예에 따른 프로펠러(210), 덕트(220), 핀(230)은 앞선 실시예에 따른 프로펠러(110), 덕트(120), 핀(130)과 동일하여 설명을 생략한다.
위치변환부(240)는 덕트(220)에 대한 핀들(230)의 위치를 변환시킨다. 위치변환부(240)는 회전부재(241)와 회전구동부(242)를 포함한다.
회전부재(241)는 링 형상을 가질 수 있으나 이에 국한되지 않는다. 회전부재(241)는 덕트(220)에 회전 가능하게 결합된다. 예컨대, 회전부재(241)는 덕트(220)의 내측면에 형성된 가이드홈(221)에 삽입되어 회전할 수 있다.
회전부재(241)에는 핀들(230)이 고정된다. 핀들(230)은 회전부재(241)의 내측면에 상호 이격되어 고정된다. 예컨대, 핀(230)의 개수는 4개이며, 4개의 핀들(230)은 각각 도 4와 같이 90도 간격으로 상호 이격되어 배치될 수 있으나 이게 국한되지 않는다.
회전구동부(242)는 회전부재(241)를 회전시키기 위한 구동력을 제공한다. 일례로 회전구동부(242)는 덕트(220)의 에어포일 단면 내측에 위치하는 구동모터(242a)와, 구동모터(242a)에 의해 회전하는 피니언기어(242b)와, 피니언기어(242b)와 맞물리도록 회전부재(241)의 일측에 형성된 랙기어(242c)를 포함할 수 있다.
이때, 랙기어(242c)는 도 4와 같이 링 형상의 회전부재(241)의 전방측에 원주방향으로 부분적으로 형성될 수 있다. 대안적으로 도시되지 않았으나 랙기어(242c)는 링 형상의 회전부재(241)의 전방측에 원주방향으로 전체적으로 형성될 수 있다.
위와 같은 회전구동부(242)는 구동모터(242a)의 회전력이 피니언기어(242b)와 랙기어(242c)를 통해 회전부재(241)로 전달되어 회전부재(241)를 회전시키도록 작동한다. 회전부재(241)가 회전하면 회전부재(241)에 고정된 핀들(230)의 위치가 달라진다.
제어부(250)는 운항 조건에 따라 회전류 감쇠 효과가 극대화되도록 핀들(230)의 위치를 제어한다. 운항 조건은 프로펠러(210)의 회전수, 선체의 속도 및 선체의 선회 각도를 포함할 수 있다.
일례로, 제어부(250)는 프로펠러(210)의 회전수, 선체의 속도 및 선체의 선회 각도 별로 덕트(220) 내 프로펠러(210)의 후류의 회전류 분포에 대한 데이터를 미리 저장한다. 위와 같은 데이터는 모형선 실험 등을 통해 얻어진다.
그리고 제어부(250)는 프로펠러(210)의 회전수, 선체의 속도 및 선체의 선회 각도에 대한 실시간 정보를 입수한다. 이때, 프로펠러(210)의 회전수, 선체의 속도 및 선체의 선회 각도는 별도의 센서(270)에 의해 감지되고, 감지된 값이 제어부(250)로 전송된다.
그리고 제어부(250)는 입수된 실시간 정보를 미리 획득한 데이터에 대입하여 핀들(230)의 회전류 감쇠 효과가 극대화되는 핀들(230)의 위치를 결정한다. 이때, 제어부(250)는 미리 획득한 데이터에서 실시간 정보와 동일하거나 가장 유사한 값을 가지는 케이스를 선택하고 해당 케이스의 회전류 분포에서 회전류가 상대적으로 강한 범위를 핀들(230)의 위치로 결정한다.
그리고 제어부(250)는 핀들(230)이 결정된 위치에 배치되도록 위치변환부(240)를 제어한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 추진장치의 핀이 선체의 선회 방향에 따라 배치되는 위치를 나타내는 도면이다. 참고로, 도 6 내지 도 8은 후방에서 프로펠러(210)를 바라본 도면이며, 프로펠러(210)는 시계방향으로 회전한다.
도 6을 참조하면, 선체가 전진할 때 핀(도 3의 230)의 배치각은 0도 이상 180도 이하일 수 있다. 여기서 핀(도 3의 230)의 배치각은 프로펠러(210)의 회전축(X)을 중심으로 하고, 회전축(X)을 지나는 수직선(V)의 상측 구간을 0도로 하여 핀(도 3의 230)이 배치되는 위치까지 반시계방향으로 회전하여 얻어지는 각도를 의미한다.
도 7을 참조하면, 선체가 좌현으로 선회할 때, 핀(도 3의 230)의 배치각은 160도 이상 270도 이하일 수 있다.
도 8을 참조하면, 선체가 우현으로 선회할 때, 핀(도 3의 230)의 배치각은 -110도 이상 45이하일 수 있다.
위와 같은 핀(도 3의 230)의 배치각은 프로펠러(210)의 후류의 회전류 분포를 통해 도출될 수 있다. 일례로, 핀(도 3의 230)의 배치각은 프로펠러(210)의 후류의 회전류 분포 중 회전류가 상대적으로 강한 영역을 결정될 수 있다.
프로펠러(210)의 후류의 회전류 분포는 운항 조건에 따른 모형선 실험 등을 통해 도출될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 운항 조건은 프로펠러의 회전수, 선체의 속도 및 선체의 선회 각도를 포함할 수 있다.
도 6 내지 도 8에 나타난 핀(도 3의 230)의 배치각은 운항 조건 별로 모형선 실험을 수행한 후 얻어진 회전류 분포를 선체가 전진하는 경우, 선체가 좌현으로 선회하는 경우 그리고 선체가 우현으로 선회하는 경우의 세가지 경우로 러프하게 분류하고, 이를 기초로 도출된다.
분류 결과, 선체가 직진하는 경우 핀(도 3의 230)의 배치각 범위(a1)인 0도 이상 180도 이하에서, 선체가 좌현으로 선해하는 경우 핀(도 3의 230)의 배치각 범위(a2)인 160도 이상 270도 이하에서, 선체가 우현으로 선회하는 경우 핀(도 3의 230)의 배치각 범위(a3)인 -110도 이상 45이하에서 회전류가 상대적으로 강한 것으로 나타났다. 이러한 결과를 기초로 핀(도 3의 230)의 배치각이 결정된다.
한편, 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 위치변환부의 일 변형례를 나타내는 도면이다. 도 9를 참조하면, 위치변환부(240')는 회전부재(241)와 회전구동부(242)를 포함한다. 위치변환부(240')는 복수의 회전부재(241)와 각각의 회전부재(241)를 회전시키기 위한 복수의 회전구동부(242)를 포함한다는 점에서 앞선 위치변환부(240)와 차이가 있다.
이 경우, 하나의 회전부재(241)를 사용하는 앞선 위치변환부(240)에 비해 핀들(230)의 위치를 자유롭게 제어할 수 있다.
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.
100 : 추진장치
110, 210 : 프로펠러
120, 220 : 덕트
130, 230 : 핀
240 : 위치변환부
250 : 제어부
260 : 센서

Claims (6)

  1. 선체에 추력을 제공하는 프로펠러;
    상기 프로펠러를 둘러싸는 덕트; 및
    상기 프로펠러의 후방에 위치하고, 상기 덕트에 지지되며, 상기 프로펠러의 후류의 회전류를 감쇠시키는 핀을 포함하는, 추진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 덕트에 대한 상기 핀의 위치를 변환시키는 위치변환부를 더 포함하는, 추진장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 위치변환부는,
    상기 핀이 고정되고, 링 형상을 가지며, 상기 덕트에 회전 가능하게 결합되는 회전부재; 및
    상기 회전부재를 회전시키는 회전구동부를 포함하는, 추진장치.
  4. 제3항에 있어서,
    운항 조건에 따라 회전류 감쇠 효과가 극대화되도록 상기 핀의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하는, 추진장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 프로펠러의 회전수, 상기 선체의 속도 및 상기 선체의 선회 각도 별로 상기 프로펠러의 후류의 회전류 분포에 대한 데이터를 미리 저장하고, 상기 프로펠러의 회전수, 상기 선체의 속도 및 상기 선체의 선회 각도에 대한 실시간 정보를 입수하고, 상기 실시간 정보를 상기 데이터에 대입하여 상기 핀의 회전류 감쇠 효과가 극대화되는 상기 핀의 위치를 결정하고, 상기 핀이 결정된 위치에 배치되도록 상기 위치변환부를 제어하는, 추진장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 선체가 전진할 때, 상기 핀의 배치각이 0도 이상 180도 이하가 되도록,
    상기 선체가 좌현으로 선회할 때, 상기 핀의 배치각이 160도 이상 270도 이하가 되도록,
    상기 선체가 우현으로 선회할 때, 상기 핀의 배치각이 -110도 이상 45이하가 되도록 위치변환부를 제어하는, 추진장치.
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