KR20160062926A - 선박용 덕트 - Google Patents

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KR20160062926A
KR20160062926A KR1020140166215A KR20140166215A KR20160062926A KR 20160062926 A KR20160062926 A KR 20160062926A KR 1020140166215 A KR1020140166215 A KR 1020140166215A KR 20140166215 A KR20140166215 A KR 20140166215A KR 20160062926 A KR20160062926 A KR 20160062926A
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김성훈
최길환
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 선박용 덕트에 관한 것으로, 본 발명에서는 선박용 덕트의 형상을 프로펠러의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방을 커버할 수 있는 반원형 타입으로 개선하여, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방으로 유입되는 유체의 유속을 균일하게 증가시킴과 아울러, 이 덕트와 연계하여, <프로펠러의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방 측으로 일련의 공기를 분사할 수 있는 공기분사유닛(예를 들어, 공기분사구멍, 공기유통라인, 공기저장박스, 공기분사 제어모듈 등으로 구성)>을 추가로 배치하고, 이를 통해, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방에서, <대형 체적을 가지는 악성 케비테이션>의 생성이 억제될 수 있도록 유도함과 아울러, 해당 영역 내에, 케비테이션에 기인한 압력파를 차단할 수 있는 공기층을 추가 형성시킴으로써, 선박 운영주체 측에서, 덕트 자체에 의한 후류 문제점은 물론, 케비테이션에 기인한 각종 문제점(예를 들어, 케비테이션 영향으로 인해, 프로펠러의 추진성능이 대폭 저하되는 문제점, 케비테이션 붕괴로 인해 프로펠러의 발생부위가 침식되는 문제점, 변동압력으로 인해 선체진동이 야기되는 문제점 등)까지도 손쉽게 회피하면서, 별다른 문제점 없이, 선박의 추진효율을 효과적으로 개선시킬 수 있도록 가이드 할 수 있다.

Description

선박용 덕트{Duct for a ship}
본 발명은 선박의 선미에 설치되는 선박용 덕트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박용 덕트의 형상을 프로펠러의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방을 커버할 수 있는 반원형 타입으로 개선하여, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방으로 유입되는 유체의 유속을 균일하게 증가시킴과 아울러, 이 덕트와 연계하여, <프로펠러의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방 측으로 일련의 공기를 분사할 수 있는 공기분사유닛(예를 들어, 공기분사구멍, 공기유통라인, 공기저장박스, 공기분사 제어모듈 등으로 구성)>을 추가로 배치하고, 이를 통해, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방에서, <대형 체적을 가지는 악성 케비테이션>의 생성이 억제될 수 있도록 유도함과 아울러, 해당 영역 내에, 케비테이션에 기인한 압력파를 차단할 수 있는 공기층을 추가 형성시킴으로써, 선박 운영주체 측에서, 덕트 자체에 의한 후류 문제점은 물론, 케비테이션에 기인한 각종 문제점(예를 들어, 케비테이션 영향으로 인해, 프로펠러의 추진성능이 대폭 저하되는 문제점, 케비테이션 붕괴로 인해 프로펠러의 발생부위가 침식되는 문제점, 변동압력으로 인해 선체진동이 야기되는 문제점 등)까지도 손쉽게 회피하면서, 별다른 문제점 없이, 선박의 추진효율을 효과적으로 개선시킬 수 있도록 가이드 할 수 있는 선박용 덕트에 관한 것이다.
최근, 선박 관련 기술이 급격한 발전을 이루면서, 예를 들어, 선박용 덕트의 채용을 통해 선박의 추진성능을 개선시킬 수 있는 다양한 유형의 기술들이 개발 보급되고 있다.
예를 들어, 국내등록특허 제10-193347호(명칭: 선미 덕트 부착 선박)(1999.6.15.자 공고), 국내공개특허 제10-2010-97000호(명칭: 선박용 반작용 핀 장치 및 이 반작용 핀 장치를 구비하는 선박)(2010.9.2.자 공개), 국내등록특허 제10-1046088호(명칭: 선미 덕트 및 그것을 부착한 선박)(2011.7.1.자 공고) 등에는 이러한 종래의 기술에 따른 선박 추진성능 개선기술들이 좀더 상세하게 개시되어 있다.
한편, 이러한 종래의 체제 하에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 선박(1)의 선미에 장착된 선박용 덕트(3) 측에서는 프로펠러(2)가 회전운동을 하게 되는 경우, 그에 상응하는 양력(揚力)을 선수(전방) 방향으로 발생시킴으로써, 선박(1) 측에서 해당 양력을 자신의 추력(推力)으로 활용할 수 있도록 유도하는 역할을 수행하게 된다.
또한, 선박용 덕트(3) 측에서는 프로펠러(2)의 작동 시, 일련의 흡인작용을 통해, 전방에서의 유체흐름(F)을 정류한 후, 정류된 유체흐름을 프로펠러(2)로 출력시킴으로써, 프로펠러(2) 면에 초래되는 마찰 반류의 확산을 억제시키고, 이를 통해, 선박(1)의 추진효율을 향상시키는 역할을 수행하게 된다.
이러한 종래의 체제 하에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 선박용 덕트(3)의 후방에 배치된 프로펠러(2) 측에서는 시계방향의 회전운동을 하게 되는데(이러한 시계방향의 회전운동은 선미(후방) 쪽에서 선수(전방) 쪽을 바라볼 때를 기준으로 함), 이 경우, 프로펠러(2)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)에는 프로펠러(2)의 회전운동에 상응하는 일련의 케비테이션(Cavitation)이 상대적으로 심하게 발생하게 된다.
이는 프로펠러(2)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)은 다른 곳에 비해 유체흐름의 유속이 느리기 때문에, 프로펠러(2)의 날개단면 측 받음각(Angle of attack)이 커지게 되고, 그에 따라, 케비테이션 형성에 유리한 조건이 불필요하게 조성되기 때문이다.
그러나, 상황이 이러함에도 불구하고, 종래의 선박용 덕트(3)는 프로펠터(2) 보다 더 적은 사이즈를 가져, 프로펠러(2)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)을 전혀 커버하지 못함으로써, 케비테이션의 발생 방지에 아무런 기여도 하지 못하게 된다.
특히, 선박용 덕트(3)는 그 자체로 다량의 후류를 발생시켜, 프로펠러(2)의 기능수행에 불가피한 악성요인으로 작용할 수도 있게 되는데, 이러한 사정에도 불구하고, 종래의 선박용 덕트(3)는 프로펠러(2)의 좌현 및 우현을 모두 커버하는 원형의 패턴을 무모하게 이루고 있었기 때문에, 선박 운영주체 측에서는 상기 케비테이션 발생문제에 더하여, 선박용 덕트(3)에 기인한 후류 문제까지도 고스란히 감수할 수밖에 없게 된다.
나아가, 상술한 바와 같이, 프로펠러(2)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측에서 일련의 케비테이션이 심하게 발생하게 되는 경우, 해당 케비테이션은 프로펠러(2)와 충돌/붕괴하면서, 일련의 압력파를 선박(1) 측으로 강하게 가할 수밖에 없게 되며, 결국, 선박(1) 측에서는 자가 변동압력이 대폭 증가하는 심각한 피해를 고스란히 감수할 수밖에 없게 된다.
물론, 상기 여러 조건에 의해, 프로펠러(2)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)에 일련의 케비테이션이 심하게 발생하게 되고, 이 케비테이션이 그대로 방치되는 경우, 프로펠러(2) 측에서는 해당 케비테이션의 악영향으로 인해, 자가 추진성능이 대폭 저하되는 문제점은 물론, 케비테이션 붕괴로 인해 케비테이션 발생부위에 침식이 야기되거나, 케비테이션 붕괴 시 발생되는 압력변동으로 인해 불필요한 선체진동이 야기되는 심각한 문제점까지도 추가로 겪을 수밖에 없게 되며, 결국, 선박 운영주체 측에서는 선박용 덕트(3)의 추가 배치에도 불구하고, 선박(1)의 추진효율을 효과적으로 개선시키는데 있어서, 큰 어려움을 겪을 수밖에 없게 된다.
국내등록특허 제10-193347호(명칭: 선미 덕트 부착 선박)(1999.6.15.자 공고) 국내공개특허 제10-2010-97000호(명칭: 선박용 반작용 핀 장치 및 이 반작용 핀 장치를 구비하는 선박)(2010.9.2.자 공개) 국내등록특허 제10-1046088호(명칭: 선미 덕트 및 그것을 부착한 선박)(2011.7.1.자 공고)
따라서, 본 발명의 목적은 선박용 덕트의 형상을 프로펠러의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방을 커버할 수 있는 반원형 타입으로 개선하여, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방으로 유입되는 유체의 유속을 균일하게 증가시킴과 아울러, 이 덕트와 연계하여, <프로펠러의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방 측으로 일련의 공기를 분사할 수 있는 공기분사유닛(예를 들어, 공기분사구멍, 공기유통라인, 공기저장박스, 공기분사 제어모듈 등으로 구성)>을 추가로 배치하고, 이를 통해, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방에서, <대형 체적을 가지는 악성 케비테이션>의 생성이 억제될 수 있도록 유도함과 아울러, 해당 영역 내에, 케비테이션에 기인한 압력파를 차단할 수 있는 공기층을 추가 형성시킴으로써, 선박 운영주체 측에서, 덕트 자체에 의한 후류 문제점은 물론, 케비테이션에 기인한 각종 문제점(예를 들어, 케비테이션 영향으로 인해, 프로펠러의 추진성능이 대폭 저하되는 문제점, 케비테이션 붕괴로 인해 프로펠러의 발생부위가 침식되는 문제점, 변동압력으로 인해 선체진동이 야기되는 문제점 등)까지도 손쉽게 회피하면서, 별다른 문제점 없이, 선박의 추진효율을 효과적으로 개선시킬 수 있도록 가이드 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 선박의 선미에 장착된 프로펠러의 전방에 배치되며, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방을 커버하는 반원형 형상의 덕트 바디(Duct body)와; 상기 덕트 바디의 내부 골격을 형성하며, 상기 덕트 바디와의 조합에 의해, 전방에서의 유체흐름을 정류하여, 상기 프로펠러의 우현 바깥쪽으로 유입시키는 덕트 리브(Duct rib)와; 상기 덕트 바디의 테두리에 배열된 상태에서, 상기 프로펠러의 우현 바깥쪽으로 분사되는 공기의 분사통로를 정의하는 공기분사구멍과; 공기가 저장되어 있는 공기저장박스 및 상기 공기분사구멍을 연결하면서, 상기 공기의 분사경로를 제공하는 공기유통라인과; 상기 선박에 설치되어 있는 선박운영모듈과 온라인 연결되며, 상기 선박운영모듈 측으로부터 전송되는 공기분사 요청메시지에 따라, 공기펌핑모듈(Air pumping module)을 제어하여, 상기 공기저장박스에 저장되어 있던 공기가 상기 공기유통라인 및 공기분사구멍을 통해 상기 프로펠러의 우현 바깥쪽으로 분사되도록 제어하는 공기분사 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 덕트를 개시한다.
본 발명에서는 선박용 덕트의 형상을 프로펠러의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방을 커버할 수 있는 반원형 타입으로 개선하여, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방으로 유입되는 유체의 유속을 균일하게 증가시킴과 아울러, 이 덕트와 연계하여, <프로펠러의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방 측으로 일련의 공기를 분사할 수 있는 공기분사유닛(예를 들어, 공기분사구멍, 공기유통라인, 공기저장박스, 공기분사 제어모듈 등으로 구성)>을 추가로 배치하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방에서는, <대형 체적을 가지는 악성 케비테이션>의 생성이 최소한으로 억제될 수 있음과 아울러, 해당 영역 내에는, 케비테이션에 기인한 압력파를 차단할 수 있는 공기층이 추가 형성될 수 있게 되며, 결국, 선박 운영주체 측에서는, 덕트 자체에 의한 후류 문제점은 물론, 케비테이션에 기인한 각종 문제점(예를 들어, 케비테이션 영향으로 인해, 프로펠러의 추진성능이 대폭 저하되는 문제점, 케비테이션 붕괴로 인해 프로펠러의 발생부위가 침식되는 문제점, 변동압력으로 인해 선체진동이 야기되는 문제점 등)까지도 손쉽게 회피하면서, 별다른 문제점 없이, 선박의 추진효율을 효과적으로 개선시킬 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 선박용 덕트를 개념적으로 도시한 예시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 선박용 덕트를 개념적으로 도시한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 선박용 덕트를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박용 덕트(13)는 선박(11)의 선미에 장착된 프로펠러(12)의 전방에 배치되는 덕트 바디(13a)(Duct body)와, 이 덕트 바디(13a)의 내부 골격을 형성하는 덕트 리브(13b)(Duct rib)가 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이때, 선박용 덕트(13) 측에서는 프로펠러(12)가 회전운동을 하는 경우, 그에 상응하는 양력(揚力)을 선수(전방) 방향으로 발생시킴으로써, 선박(11) 측에서 해당 양력을 자신의 추력(推力)으로 활용할 수 있도록 유도하는 역할을 수행하게 된다.
또한, 선박용 덕트(13) 측에서는 프로펠러(12)의 작동 시, 일련의 흡인작용을 통해, 전방에서의 유체흐름(F)을 정류한 후, 정류된 유체흐름을 프로펠러(12)로 출력시킴으로써, 프로펠러(12) 면에 초래되는 마찰 반류의 확산을 억제시키고, 이를 통해, 선박(11)의 추진효율을 향상시키는 역할을 수행하게 된다.
이러한 본 발명의 체제 하에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 선박용 덕트(13)의 후방에 배치된 프로펠러(12) 측에서는 시계방향의 회전운동을 하게 되는데(이러한 시계방향의 회전운동은 선미(후방) 쪽에서 선수(전방) 쪽을 바라볼 때를 기준으로 함), 이 경우, 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)에는 프로펠러(12)의 회전운동에 상응하는 일련의 케비테이션(Cavitation)이 상대적으로 심하게 발생하게 된다.
이는 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)은 다른 곳에 비해 유체흐름의 유속이 느리기 때문에, 프로펠러(12)의 날개단면 측 받음각(Angle of attack)이 커지게 되고, 그에 따라, 케비테이션 형성에 유리한 조건이 불필요하게 조성되기 때문이다.
특히, 선박용 덕트(13)는 그 자체로 다량의 후류를 발생시켜, 별다른 조치가 취해지지 않으면, 프로펠러(12)의 기능수행에 불가피한 악성요인으로 작용할 수도 있게 된다.
이러한 민감한 상황에서, 본 발명에서는 선박용 덕트(13)의 형상을 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)을 커버할 수 있는 반원형 타입으로 개선하는 조치를 강구하게 된다.
이 경우, 본 발명의 선박용 덕트(13)를 구성하는 덕트 바디(13a)는 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)을 커버하는 반원형 형상을 이루게 되며, 이 덕트 바디(13a)의 내부 골격을 형성하는 덕트 리브(13b) 측에서는 덕트 바디(13a)와의 조합에 의해, 전방에서의 유체흐름을 정류하여, 프로펠러(12)의 우현 바깥쪽으로 유입시키는 역할을 수행하게 된다.
이때, 본 발명의 덕트 바디(13a) 및 덕트 리브(13b) 측에서는 바람직하게 후방(선미방향)으로 갈수록 그 두께가 얇아지는 날개형(翼型) 단면형상을 가지면서, 유체의 흐름을 가속시키기 위한 최적의 받음각(Angle of attack)을 형성하게 된다.
이처럼, 본 발명의 덕트 바디(13a)는 종래의 선박용 덕트와 달리, 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 측만을 선택적으로 커버하는 반원형 타입을 이루고 있기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 덕트 바디(13a)에 의한 후류 발생문제는 자연스럽게 최소화 될 수 있게 되며, 결국, 선박 운영주체 측에서는 후류에 기인한 프로펠러(12)의 기능저하 문제를 효과적으로 회피할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 구현환경 하에서, 선박(11)의 운항이 이루어지게 되면, 덕트 바디(13a) 및 덕트 리브(13b) 측 전방에서의 각 유체흐름(F,f)은 자연스럽게 상기 덕트 바디(13a) 및 덕트 리브(13b)를 통과하는 절차를 겪게 된다.
이때, 상술한 바와 같이, 본 발명의 덕트 바디(13a) 및 덕트 리브(13b)는 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)을 커버함과 아울러, 후방(선미방향)으로 갈수록 그 두께가 얇아지는 날개형(翼型) 단면형상을 가지면서, 유체의 흐름을 가속시키기 위한 최적의 받음각(Angle of attack)을 형성하고 있기 때문에, 유체흐름(f)이 선박용 덕트(13)를 통과하게 되는 경우, 해당 유체흐름(f)은 선박용 덕트(13) 측 정류작용에 의해 그 유속이 급속히 빨라지게 된다.
물론, 선박용 덕트(13) 측 정류작용에 의해 유체흐름(f)의 속도가 급속하게 빨라지게 되고, 이 빠른 속도의 유체흐름이 프로펠러(12) 측으로 유입되는 경우, 그 여파로 인해, 선박용 덕트(13)의 형성위치에 상응하는 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)은 유속이 균일하게 높아지게 된다.
이처럼, 선박용 덕트(13) 측 정류작용에 의해 빠른 속도의 유체흐름이 프로펠러(12) 측으로 유입되고, 그 여파로 인해, 선박용 덕트(13) 형성위치에 상응하는 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측 유속이 균일하게 높아지게 되는 경우, 해당 영역(L)은 자연스럽게 <그 체적이 크거나 악성인 케비테이션>의 발생 가능성이 매우 작아지게 되며, 결국, 이 상황 하에서, 선박용 덕트(13)의 후방에 배치된 프로펠러(12)가 시계방향의 회전운동을 하게 되더라도(이러한 시계방향의 회전운동은 선미(후방) 쪽에서 선수(전방) 쪽을 바라볼 때를 기준으로 함), 그로 인한 케비테이션은 그 체적이 작아지거나, 선박의 추진성능에 영향을 주지 못하는 미미한 상태를 보일 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 선박용 덕트(13)의 형상을 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)을 커버할 수 있는 반원형 타입으로 개선하여, 프로펠러(12)의 우현 바깥쪽 전방(L)으로 유입되는 유체의 유속을 균일하게 증가시키기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 덕트(13) 자체에 의한 후류는 그 발생이 최소화될 수 있음은 물론, 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)에서는 체적이 크거나 악성인 케비테이션의 생성이 최대한 억제될 수 있게 되며, 결국, 선박 운영주체 측에서는 덕트(13) 자체에 의한 후류 문제점은 물론, 케비테이션에 기인한 각종 문제점(예를 들어, 케비테이션 영향으로 인해, 프로펠러(12)의 추진성능이 대폭 저하되는 문제점, 케비테이션 붕괴로 인해 프로펠러(12)의 발생부위가 침식되는 문제점, 변동압력으로 인해 선체진동이 야기되는 문제점 등)까지도 손쉽게 회피하면서, 별다른 문제점 없이, 선박의 추진효율을 효과적으로 개선시킬 수 있게 된다.
한편, 이러한 본 발명의 체제 하에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 덕트 바디(13a)의 반경 R2는 프로펠러(12)가 가지는 반경 R1의 1.1배~1.5배인 특징을 보유하게 된다.
물론, 이처럼, <덕트 바디(13a)의 반경 R2는 프로펠러(12)가 가지는 반경 R1의 1.1배~1.5배인 특징>이 구현된 상황 하에서, 선박용 덕트(13)에 의해 발생된 후류는 별다른 문제 발생 없이, 프로펠터(12)의 외측으로 흐르게 되며, 결국, 프로펠러(12) 측에서는 후류에 의한 피해를 손쉽게 회피할 수 있게 된다.
또한, <덕트 바디(13a)의 반경 R2는 프로펠러(12)가 가지는 반경의 1.1배~1.5배인 특징>이 구현된 상황 하에서, 선박용 덕트(13) 측에서는 <프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L)>을 정확하게 커버할 수 있게 되며, 결국, 자신에게 주어진 <전방에서의 유체흐름(f)을 정류시켜, 유체의 유속을 균일하게 증가시키고, 이를 통해, 케비테이션의 발생을 억제시키는 기능>을 별다른 문제점 없이, 매우 효과적으로 수행할 수 있게 된다.
한편, 상술한 바와 같이, 선박용 덕트(13)의 후방에 배치된 프로펠러(12) 측에서 시계방향의 회전운동을 하게 되면, 해당 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측에는 프로펠러(12)의 회전운동에 상응하는 일련의 케비테이션(Cavitation)이 상대적으로 심하게 발생하게 되며, 이 경우, 해당 케비테이션은 프로펠러(12)와 충돌/붕괴하면서, 일련의 압력파를 선박(11) 측으로 강하게 가할 수밖에 없게 되고, 결국, 선박(11) 측에서는 자가 변동압력이 대폭 증가하는 심각한 피해를 고스란히 감수할 수밖에 없게 된다.
이러한 민감한 상황 하에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 상기 덕트 바디(13a) 및 덕트 리브(13b)와 연계하여, <프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측으로 일련의 공기를 분사할 수 있는 공기분사유닛>을 추가 배치하는 조치를 강구하게 된다.
이 경우, 본 발명의 공기분사유닛은 예를 들어, 공기분사구멍(41), 공기유통라인(42), 공기저장박스(43), 공기펌핑모듈(44)(Air pumping module), 공기분사 제어모듈(45) 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이때, 공기분사구멍(41) 측에서는 덕트 바디(13a)의 일부, 예컨대, 덕트 바디(13a)의 테두리에 일렬로 배열된 상태에서, 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측으로 공기가 분사되는 경우, 해당 공기의 분사통로를 정의하는 역할을 수행하게 된다(도 4 및 도 5 참조).
또한, 공기유통라인(42) 측에서는 공기가 저장되어 있는 공기저장박스(43) 및 상기 공기분사구멍(41)을 연결하면서, 공기의 분사경로를 제공하는 역할을 수행하게 된다(도 5 참조).
나아가, 공기분사 제어모듈(45) 측에서는 선박(11)에 설치되어 있는 선박운영모듈(50)과 온라인 연결되는 구조를 취하면서, 이 선박운영모듈(50) 측으로부터 공기분사 요청메시지가 전송되는 경우, 이를 수신/접수한 후, 수신/접수 완료된 공기분사 요청메시지를 판독하고, 판독 완료된 내역에 따라, 공기펌핑모듈(44)을 제어하여, 공기저장박스(43)에 저장되어 있던 공기가 공기유통라인(42) 및 공기분사구멍(41)을 통해 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측으로 분사되도록 제어하는 역할을 수행하게 된다.
이러한 공기분사유닛의 배치 상황 하에서, 선박 운영주체 측에서는 공기의 분사가 필요한 시점이 도래하면, 선박운영모듈(50)을 제어하여, 예컨대, 공기의 분사량, 공기의 분사속도 등이 기재된 공기분사 요청메시지를 생성한 후, 선박운영모듈(50) 및 공기분사 제어모듈(45) 간의 온라인 통신을 개시시켜, 생성 완료된 공기분사 요청메시지를 공기분사 제어모듈(45) 측으로 전송하는 절차를 진행하게 된다(도 5 참조).
이렇게 하여, 공기분사 요청메시지가 수신/접수 완료되면, 공기분사 제어모듈(45) 측에서는 수신/접수 완료된 공기분사 요청메시지를 판독하여, 공기의 분사량, 공기의 분사속도 등을 확인한 후, 확인된 내역에 상응하도록 공기펌핑모듈(44)을 제어함으로써, 공기저장박스(43)에 저장되어 있던 공기를 펌핑하는 절차를 진행하게 된다.
물론, 이러한 펌핑절차 하에서, 공기저장박스(43)에 저장되어 있던 공기는 공기펌핑모듈(44)의 펌핑동작에 맞추어, 공기유통라인(42)을 경유한 후, 공기분사구멍(41)을 통해 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측으로 분사되는 절차를 겪게 된다.
물론, 상술한 절차를 통해, 공기저장박스(43)에 저장되어 있던 공기가 공기분사구멍(41)을 통해 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측으로 분사되는 경우, 해당 영역에는 물과 전혀 다른 형태의 매질인 공기층이 자연스럽게 형성될 수 있게 되며, 결국, 이 상황 하에서, 케비테이션과 프로펠러(12)와의 충돌/붕괴에 의해 압력파가 생성된다 하더라도, 해당 압력파는 공기층의 버퍼작용을 통해 선박(11) 측으로 전달되는 양이 급격히 줄어들 수밖에 없게 되고, 그 결과, 선박(11) 측에서는 자가 변동압력이 크게 줄어드는 이점을 손쉽게 향유할 수 있게 된다.
특히, 상술한 절차를 통해, 공기저장박스(43)에 저장되어 있던 공기가 공기분사구멍(41)을 통해 프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방(L) 측으로 분사되는 경우, 선박(1) 측에서는 해당 분사 공기(A)를 자신의 부가 추력으로 추가 활용할 수 있게 되며, 결국, 선박 운영주체 측에서는 별다른 어려움 없이, 선박의 추진효율을 효과적으로 개선시킬 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 상기 덕트 바디(13a) 및 덕트 리브(13b)와 연계하여, <프로펠러(12)의 우현(즉, 0°~ 180°사이, 직교좌표의 1사분면 및 4사분면) 바깥쪽 전방 측으로 일련의 공기를 분사할 수 있는 공기분사유닛(예를 들어, 공기분사구멍, 공기유통라인, 공기저장박스, 공기분사 제어모듈 등으로 구성)>을 추가로 배치하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 프로펠러(12)의 우현 바깥쪽 전방에는, 케비테이션에 기인한 압력파를 차단할 수 있는 공기층이 추가 형성될 수 있게 되며, 결국, 선박 운영주체 측에서는, <케비테이션과 프로펠러(12)의 충돌/붕괴에 의한 압력파로 인해 선박(11)의 변동압력이 증가하는 문제점>을 손쉽게 회피하면서, 별다른 문제점 없이, 선박의 추진효율을 효과적으로 개선시킬 수 있게 된다.
이러한 본 발명은 케비테이션의 발생 방지가 필요한 여러 분야에서, 전반적으로 유용한 효과를 발휘한다.
그리고, 앞에서, 본 발명의 특정한 실시 예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
1,11: 선박 2,12: 프로펠러 3,13: 선박용 덕트
13a: 덕트 바디 13b: 덕트 리브
41: 공기분사구멍 42: 공기유통라인 43: 공기저장박스
44: 공기펌핑모듈 45: 공기분사 제어모듈
50: 선박운영모듈

Claims (3)

  1. 선박의 선미에 장착된 프로펠러의 전방에 배치되며, 프로펠러의 우현 바깥쪽 전방을 커버하는 반원형 형상의 덕트 바디(Duct body)와;
    상기 덕트 바디의 내부 골격을 형성하며, 상기 덕트 바디와의 조합에 의해, 전방에서의 유체흐름을 정류하여, 상기 프로펠러의 우현 바깥쪽으로 유입시키는 덕트 리브(Duct rib)와;
    상기 덕트 바디의 테두리에 배열된 상태에서, 상기 프로펠러의 우현 바깥쪽으로 분사되는 공기의 분사통로를 정의하는 공기분사구멍과;
    공기가 저장되어 있는 공기저장박스 및 상기 공기분사구멍을 연결하면서, 상기 공기의 분사경로를 제공하는 공기유통라인과;
    상기 선박에 설치되어 있는 선박운영모듈과 온라인 연결되며, 상기 선박운영모듈 측으로부터 전송되는 공기분사 요청메시지에 따라, 공기펌핑모듈(Air pumping module)을 제어하여, 상기 공기저장박스에 저장되어 있던 공기가 상기 공기유통라인 및 공기분사구멍을 통해 상기 프로펠러의 우현 바깥쪽으로 분사되도록 제어하는 공기분사 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 덕트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트 바디 및 덕트 리브는 후방으로 갈수록 그 두께가 얇아지는 날개형(翼型) 단면형상을 가지면서, 유체의 흐름을 가속시키기 위한 받음각을 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 덕트
  3. 제 1 항에 있어서, 덕트 바디의 반경은 상기 프로펠러가 가지는 반경의 1.1배~1.5배인 것을 특징으로 하는 선박용 덕트.
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