KR20160102044A

KR20160102044A - 선박용 추진 장치

Info

Publication number: KR20160102044A
Application number: KR1020167019953A
Authority: KR
Inventors: 엔스-하겐 브랜트
Original assignee: 하이드로 블래스터 임펠러 에이피에스
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-08-26
Also published as: EP3086999A1; CN105873818A; US20160325811A1; JP2017501083A; WO2015096841A1

Abstract

선박용 추진 장치를 제공하는데, 상기 장치는 유선형 본체를 포함하고, 상기 본체는 전단부 및 후단부를 가지며, 사용중에 전단부는 상류로 향하게 하고, 후단부는 하류로 향하게 하며, 전단부는 후단부보다 의도된 이동 방향에 수직인 더 큰 단면을 갖고, 전단부 또는 전단부에 인접한 부분에는 물 입구 개구가 제공되며, 상기 개구는 임펠러와 연통되고, 임펠러는 의도된 이동 방향에 평행한 축 주변을 회전하며, 상기 임펠러는 하나 이상의 날개를 가져 입구 개구에 들어가는 물이 임펠러의 회전축으로부터 반경 방향으로 배출되며, 상기 배출된 물은 유선형 본체의 후단부로 외부 표면을 따라 상기 배출된 물을 나아가게 하는 하나 이상의 노즐들을 강제로 통과하게 된다.

Description

선박용 추진 장치{MARINE PROPULSION UNIT}

본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는 유선형 몸체를 포함하고, 추진 장치는 통상/기존의 선박용 추진 수단에 비해 에너지 소비가 훨씬 적다.

에너지 자원들 및 환경 문제들이 전세계적인 과제가 되고 있는 시대에, 새로운 아이디어는 알려진 선박 기술들의 정제 공정으로부터 기인한다. 이러한 공정에서, 선박용 추진 시스템들의 부품들에서 발생하는 손실의 소스가 몇 년 동안 지속적인 초점과 분석 대상이 되고 있다. 복합 재료의 개선은 더욱 효율적인 선박용 추진 기술들의 개발에 영향을 미치고 있다.

이러한 제안된 새로운 추진 시스템의 목표는 고유 수동 에너지 흡수 장치와 함께 기계적 에너지를 물로 전달하기 위해 새롭고 상이한 활성 에너지 전달 장치를 이용하여 전체적으로 높은 추진 효율을 얻기 위한 것이다.

기본적으로, 여기에는 상업적으로 이용되는 두 가지 주요 추진 시스템들 또는 개념들이 있다. 즉, 선박의 후단에 배치된 프로펠러에 의한 추진과 물 분사(water jet)부는 선박 후단에서 물을 분사하고, 선체의 침수 부분의 다른 곳에서 물 입구를 갖는다.

오늘날의 선박용 추진 시스템들의 손실들의 핵심 영역은 최대 30%일 수 있는 프로펠러 소용돌이 손실들 또는 각 운동량 손실들과, 30%까지 플러시 덕트 입구(flush ducted inlet)(선체 측에 대해 경사진 입구) 및 두 시스템들에 대한 피부 마찰 또는 전단 벽 응력(경계 층 효과)에서 기인하는 물 분사 설치의 손실의 여전히 기존의 주요 손실들이다

이와 관련하여 소용돌이 손실들은 물에 부여되는 에너지로서, 이것은 프로펠러가 물을 휘젓고, 프로펠러 주변과 뒤에서 물의 각도 회전량 (각 운동량 손실)을 생성하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 량의 교반되는 물(agitated water)은 높은 에너지 손실을 가지며, 그렇지 않으면 전진 추진에 이용될 수 있는 에너지를 갖는다.

표면 마찰 또는 전단 벽 응력은 특히 물 분사 시스템들의 입구에서 두드러진다. 습식 표면상에는, 물의 속도가 0인 표면에 가까운 물의 경계층이 있으며, 동시에 표면과의 마찰 관계는 에너지 사용을 증가시키는 표면 마찰 또는 전단 벽 응력을 극복하기 위해 여분의 에너지를 필요로 할 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래의 추진 시스템들의 손실들을 제거할 뿐만 아니라 추가적인 이점들을 제공하는 추진 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 선박용 추진 장치를 제공함으로써 이러한 목적을 해결하며, 상기 장치는 유선형 본체를 포함하고, 상기 본체는 전단부 및 후단부를 가지며, 사용중에 전단부는 상류로 향하게 하고, 후단부는 하류로 향하게 하며, 전단부는 후단부보다 의도된 이동 방향에 수직인 더 큰 단면을 갖고, 전단부 또는 전단부에 인접한 부분에는 물 입구 개구가 제공되며, 상기 개구는 임펠러와 연통되고, 임펠러는 의도된 이동 방향에 평행한 축 주변을 회전하며, 상기 임펠러는 하나 이상의 날개를 가져 입구 개구에 들어가는 물이 임펠러의 회전축으로부터 반경 방향으로 배출되며, 상기 배출된 물은 유선형 본체의 외부 표면을 따라 상기 배출된 물을 나아가게 하는 하나 이상의 노즐들을 강제로 통과하게 된다.

배출된 물은 하나 이상의 노즐들, 바람직하게는 상기 배출된 물의 접선 성분을 임펠러가 회전하고, 유선형 본체의 외부 표면을 따라 축에 대하여 반경 방향으로 지향하는 조정 노즐(rectifying nozzle)들을 강제로 통과하게 되고, 유선형 본체의 곡률이 유선형 본체의 후단부를 향해 축 방향으로 흐름을 전환하는 경우, 이러한 효과는 두드러진다.

이러한 문맥에서 용어 조정 노즐은 미리 정해지고 잘 정의된 방향/흐름으로 조정 노즐을 강제로 통과하게 되는 물을 지향시키고 제어하는 노즐로서 이해되어야 한다.

본 발명의 새로운 선박용 추진 장치의 개념에 대한 배경은 테스트 격리(tested isolated)될 때 펌프 기술로부터의 현대 임펠러가 유선형의 본체의 낮은 총 드래그 계수와 조합될 때, 또한 종래의 장치와 비교할 때 매우 효율적 추진을 제공하는 90% 이상의 효율을 달성할 수 있다는 사실이다.

새로운 추진 시스템의 구성 요소들은 각각 조합하여 적은 손실을 생성하며, 따라서 더 높은 전체적인 추진 효율에 도달하는 매우 낮은 개개의 마찰 손실들을 갖는다.

새로운 추진 시스템은 바람직하게는 이상적으로 제로 입사각(zero incidence)에서 회전 유선형 본체로 구성되며, 아래 본문중에서 또한 전체 시스템을 의미하는 포드(POD)로 지칭될 것이다.

추진 시스템으로부터의 추력은 시스템상에서 반응하는 물에서 발생한다. 시스템을 통과하는 물의 상대 운동량 변화로 인해, 물 흐름이 유선형 본체에 의해 통과하고 유선형 본체를 따라 통과할 때 노즐에 의해 유발되는(다시 임펠러 회전축에 대한) 반경 방향으로의 접선 성분의 흐름 방향의 변화와 물을 임펠러 동적 메커니즘에 의해 가속시키고, 흐름 방향은 유선형 본체의 후단부를 향해 POD의 표면의 곡률에 의해 발생되는 축 방향으로 변경된다.

적어도 본 문맥에서, "이상적으로 제로 입사각에서의 회전 유선형 본체"는 이론적 정의에 가깝게 설계되는 대칭 본체로서 이해되어야 하지만, 실제 응용을 위해 본체를 이용할 수 있도록 하기 위해 약간의 편차를 허용한다. 예를 들면, 추진력을 상기 선박으로 전달하기 위해 본체를 선박에 부착하기 위해 본체에는 하나 이상의 버팀대/빔(strut/beam)들이 공급된다.

따라서, 임펠러는 포드의 앞의 영역에서 물을 끌어당기는 펌프로서 작용하고, 물을 가속화하고, 포드의 만곡된 외부 표면을 따라 하나 이상의 노즐의 제공으로 인해 제어된 방식으로 물을 배출시킨다.

임펠러가 회전함에 따라, 그것은 압력하에 생성하며, 이에 의해 임펠러의 회전력으로 인한 물이 임펠러의 주변을 따라 가속화되고 배출되는 임펠러로 물을 흡입할 것이다. 이 위치에서, 하나 이상의 조정 노즐은 실질적으로 임펠러를 둘러싸 배치될 것이다. 조정 노즐은 반경 방향으로 배출된 물 흐름의 접선 성분의 방향을 변경한 다음, 포드의 본체를 따라 가속화된 물을 지향시키는 역할을 하며, 포드의 표면 곡률은 축 방향 및 꼬리 날개 흐름으로 흐름 방향을 변경하지만, 본체는 반대 방향으로 추진된다. 하나의 조정 노즐만이 제공되는 본 발명의 실시예에서, 이 노즐은 임펠러의 주변 또는 전체 주변의 부분을 커버할 수 있으며, 이러한 방식으로 실질적으로 포드의 표면 위에 고르게 분포된 실질적으로 동종의 물 흐름을 생성한다. 더 많은 노즐들이 제공되는 경우, 포드의 본체를 따라 물 흐름의 운동량 변화의 변동이 있어 포드가 조종하게 되도록 포드의 표면 위로 흐르는 가속화된 물이 상이한 층 두께, 속도 및 운동 에너지 내용을 가질 수 있도록 노즐은 개별적으로 조정될 수 있는 것으로 예상된다.

다른 실시예들에서, 조정 노즐의 외부 부분은 본체의 표면의 시작에서의 곡선이 반경 방향에서 축 방향으로 흐름 방향을 변경하는 균등한 평활 곡률을 갖는 경우에 조정 노즐의 외부 부분은 감소되거나 제거될 수 있는 것으로 예상된다.

또한, 노즐은 역 추력을 제공하여 포드의 전진을 차단하고, 이에 의해 포드가 장착되는 선박의 전진을 차단하도록 지향될 수 있는 것으로 예상된다.

또한, 노즐은 접선 흐름 구성 요소를 미세 조정하여, 유선형 본체의 후방을 향한 방향으로 노즐로 지향되는 물의 흐름 방향을 최적화하도록 지향될 수 있는 것으로 예상된다.

원활한 동작을 위해 포드로부터 실질적으로 동질의 추력을 생성하기 위하여, 포드의 표면에 걸쳐 물 흐름의 방향의 변화에 의해 생성된 추력이 실질적으로 전체 포드의 표면에 걸쳐 균일하도록 대칭적 포드 구성을 갖는 것이 유리하다.

본 발명의 또 다른 유리한 실시예에서, 유선형 본체의 길이 방향의 평면을 통한 일반적인 단면은 일반적으로 후단부가 뾰족한 단부를 향해 테이퍼상(taper)으로 되는 방울 형상(drop shape)을 갖는다.

이러한 구성은 포드의 본체에 걸쳐 흐르는 물이 최대 추력을 생성하는 최적의 에너지 소산(energy dissipation)을 가질 것이라는 점에서 중요한 양태를 포드에 제공한다. 특히 테이퍼가 난류 및 난류 흐름을 생성하는 경향을 최소화하는 후단부를 가짐으로써, 흐름에 저장된 운동 에너지는 포드의 표면을 따라 임펠러의 회전으로부터 포드의 테이퍼상(후) 단부로부터의 추력으로 효율적으로 전달할 것이다.

포드에는 당연히 또한 장치를 선박에 부착하기 위한 수단이 제공되며, 상기 수단은 추력(추진력)을 상기 선박으로 전달하기에 적합하다. 부착 수단은 포드에 의해 생성되는 추진력을 전달할 수 있도록 하는 성질이어야 하며, 동시에 에너지 손실이 최소화되도록 흐름 저항을 최소화한 부착을 설계하는 것이 유리할 것이다.

이를 위해, 일부 실시예에서 장치를 선박에 부착하기 위한 수단의 영향을 보상하기 위해 포드의 대칭 구조에서 벗어날 필요가 있을 수 있다. 부착 수단(즉, 버팀대 및/또는 빔) 및 포드 자체의 완전히 조합된 설계는 포드 주변 또는 포드와 선박 사이에서의 난류의 발생을 최소화하기 위해 자연스럽게 수행될 것이다.

본 발명의 또 다른 유리한 실시예에서, 물 입구 개구, 임펠러 및 하나 이상의 노즐들은 유선형 본체의 표면 상에 배치되며, 따라서 노즐들을 통해 나가는 배출된 물이 유선형 본체의 외부 표면을 따라(직접적으로) 안내될 것이다.

입구 개구 및 임펠러를 유선형 본체의 표면상에 배치함으로써, 상류 물이 임펠러에 부딪치기 전에 교란되지 않는다는 것이 달성된다. 동시에 노즐을 통해 임펠러에서 내뿜는 물은 유선형 본체의 표면상으로 직접 지향되는 반면에, 임펠러가 더욱 보호된 위치에 배치되는 다른 실시예에서는 보호 배치가 임펠러로 들어갈 때와 임펠러에서 나갈 때 물 흐름을 교란시킬 수 있다.

가속화된 물이 포드의 표면을 따라 직접 배출되도록 임펠러가 배치되지 않는 경우에는, 노즐에서 포드의 표면까지의 표면은, 즉 층류(laminar flow)가 보장되도록 수압으로 정확히 설계된다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에서, 노즐은 유선형 본체의 표면에서 임펠러 주위에 배치된 원형의 형상을 가지며, 노즐은 섹션으로 분리된다.

노즐은 임펠러를 빠져 나가는 물을 제어하고 지향시키며, 따라서 유선형 본체를 따라 가속화된 물을 지향시키는 역할을 한다. 노즐을 분리된 부분으로 분할하고, 각 부분의 기하학적 형상을 제어할 수 있게 함으로써, 유선형 본체를 따라 물 흐름을 제어하고, 이에 의해 포드의 상이한 부분을 따라 물의 추진력을 제어하며, 이에 의해 포드가 부착되는 선박의 제어를 개선하는 것이 가능하다.

추가의 매우 중요한 실시예에서, 임펠러 상에 배치된 날개는 모두 임펠러의 회전 중심으로부터 반경 거리에서 이격되고, 임펠러의 중앙 영역을 날개 없는 표면으로 두며, 상기 표면은 임펠러의 회전 축에 실질적으로 수직인 평면을 갖는다. 날개 없는 표면은 이동 방향으로 원뿔 모양을 이루게 될 수 있거나 다른 적절한 다른 적절한 윤곽을 가질 수 있다.

임펠러의 중앙 부분에 개방부를 제공함으로써, 임펠러는 임의의 스위블(swivel) 또는 난류를 발생시키지 않으며, 이와 같이 임펠러를 가동하는데 이용되는 에너지와 임펠러에서 나가는 물로 전달되는 에너지 사이의 양호한 비율을 임펠러에 제공하는 임펠러에 들어가는 물에는 에너지 손실이 없을 것이다. 기존의 선박용 스크류에 비해, 스크류가 스크류의 축 순방향으로 정상적으로 배치되고, 통상적으로 각 운동량 손실(축에 가까운 손실, 블레이드의 끝에서의 손실과 프로펠러에 의해 주위에서 끌려지는 물 량으로 인한 손실)의 절반은 물이 블레이드들에 의해 추진 에너지로 부여되는 스크류 블레이드에 도달하기 전에 생성된다는 사실로 인해 스크류 프로펠러의 실질적인 에너지 손실이 있다.

임펠러의 중심에 개방면을 배치함으로써, 이러한 각 운동량의 손실은 또한 제거되거나 적어도 크게 감소된다.

본 발명은 또한 추진을 제공하는 방법에 관한 것으로서, 상술한 바와 같은 추진 장치는 물이 추진 장치의 입구 개구로 표출되고, 물이 회전하는 임펠러 상에 배치된 날개와 접촉할 때에 가속화되는 해양 선박의 잠긴 부분에 배치됨으로써, 물은 추진 장치의 표면을 따라 임펠러로부터 노즐을 통해 배출되고, 추진 장치의 전면부의 가속화된 물은 압력을 받아 생성하며, 장치의 후면부를 따라 추력을 제공하고, 추진을 제공한다.

추진 장치를 구현함으로써 달성되는 이점은 상술한 이점에 대응한다.

추진 시스템에서 캐비테이션(cavitation)을 손상시키는 위험이 선박과 추진 장치의 속도가 증가함에 따라 최소화되기 때문에, 본 실시예는 캐비테이션의 개시가 제어 가능하고, 더 높은 선박 속도가 획득 가능하며, 제공된 더 많은 전력이 추가되는 고속 추진 시스템으로서 선호된다.

이러한 문맥에서, 임펠러에 배치된 날개가 반경 방향에 대해 배향되거나 조정될 수 있는 본 발명의 또 다른 유리한 실시예가 중요하다. 임펠러 상의 날개를 조정할 수 있음으로써, 물 흐름과 날개 사이의 최적의 받음 각은 속도, 즉 임펠러의 회전 속도, 물을 통한 선박 속도 등의 실질적으로 속도의 임의의 조합으로 달성될 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 추진 장치를 도시한다.
도 2는 임펠러가 배치된 어떤 개구에서의 물 유입구 개구(13)를 도시한다.
도 3은 노즐이 노즐 부재에 배치되는 실시예를 도시한다.
도 4는 회전되는 축에 부착된 기존의 스크류의 컴퓨터 시뮬레이션을 도시한다.
도 5는 물을 통해 이동하는 장치를 도시한다.
도 6은 몸체의 표면이 함몰부(dimple)들을 가지며, 구동 샤프트가 이동하는 방향으로 연장하는 실시예를 도시한다.

도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 선박용 추진 장치(1)가 도시된다. 추진 장치(1)는 유선형 본체(10)를 포함하며, 본체(10)는 전단부(11) 및 후단부(12)를 갖는다. 사용 시에 전단부(11)는 상류로 향하게 하고, 장치가 부착되는 선박의 이동 방향으로 배치될 것이다. 전단부(11)는 후단부(12)보다 이동 방향에 수직인 더 큰 단면을 갖는다.

더욱이, 전단부(11)에는 도 2에 도시된 바와 같이 임펠러가 배치되는 어떤 개구에서의 물 입구 개구(13)가 제공된다. 임펠러는 축(14) 주변을 회전하여 입구 개구(13)를 통해 들어가는 물을 가속화시킴과 동시에 실질적으로 회전축에 반경인 방향으로 물 흐름의 방향을 변경한다. 선박용 추진 장치(1)는 선박에 부착된 물을 통해 이동하기 때문에, 포드의 앞에서 축(14)을 따라 물 흐름은 물을 통한 선박 속도와 동일할 것이다. 임펠러의 회전으로 인해, 물은 실질적으로 더 높은 속도로 임펠러에서 가속화되고 배출될 것이다. 가속화된 물은 하나 이상의 조정 노즐(15)들을 강제로 통과하게 되고, 이에 의해 유선형 본체(10)의 외부면을 따라 지향될 것이다.

도 1을 참조하여 도시된 실시예에서, 노즐(15)은 또한 도 3에 도시된 바와 같이 노즐 부재(16)에 배치된다. 도 1 및 3에 도시된 실시예에서, 조정 노즐(15)들은 임펠러의 전체 주변을 따라 배치되지만, 노즐의 임의의 설계 및 조합은 선박용 추진 장치(1)의 본체(10)를 따라 물이 원하는 흐름에 따라 이용될 수 있다.

도 2에는 개략적인 임펠러(17)가 도시된다. 본 실시예에서, 임펠러(17)가 화살표(20)로 나타낸 방향에서 물을 수용하고, 화살표(21)로 나타낸 방향으로 실질적으로 동일한 양의 물을 배출하며, 즉 바람직하게는 디스크(18)로부터 반경 방향으로 균등히 분배된 반경 방향 및 접선 성분의 조합을 갖도록, 임펠러는 중심(19) 주위를 회전하기 위해 배치된 디스크(18)를 포함한다(화살표(21)만이 두 방향을 나타낸다고 하더라도, 가속화된 물은 디스크(18))의 전체 주변을 따라 반경 방향으로 배출된다는 것이 명백하다). 임펠러의 회전으로 인해, 물은 방향(21)으로 임펠러에서 나간 물이 임펠러(17)로 들어가는 물(20)보다 높은 운동 에너지 레벨을 갖도록 가속화될 것이다.

임펠러(17)에는 실질적으로 반경 방향으로 임펠러 표면을 따라 원하는 간격으로 배치된 날개(22)가 제공된다. 본 실시예에서, 날개의 설계는 곡선을 이루지만, 또한 똑바른 및 평평한 날개로 설계될 수 있다. 통상적으로, 날개는 반경 방향(23)에 대하여 약간 각을 이룰 것이다. 또한, 날개의 방향은 원하는 추력, 임펠러의 회전 수, 선박 속도 등에 따라 조절/미세 조정될 수 있다는 것이 예견된다. 따라서, 물에 대한 선박 받음각(즉, 날개가 얼마나 많이 반경 방향에 대해 회전되는지에 대한 각)은 전체 날개 또는 날개의 부분을 간단히 회전함으로써 조절될 수 있다.

본 실시예에서, 임펠러는 중앙 영역을 실질적으로 열고 교란되게 하는 디스크(18)의 중심(19)로부터 특정한 거리에 위치되는 날개를 갖는다. 이것은 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 입구 개구(13)를 통해 들어가는 물이 디스크(18)와 맞물릴 때까지 실질적으로 교란되지 않을 것이고, 날개의 회전은 물을 방향(21)으로 배출한다. 도 4를 참조하여 논의되는 종래 기술로부터, 스위블 손실은 날개가 예를 들어 디스크의 중심으로부터 바로 시작하여 물과 즉시 맞물릴 경우에 발생한다. 이것은 임펠러의 효과를 감소시킨 일정량의 입구 선회류를 생성한다.

도 4에는 회전되는 축(31)에 부착되어, 해양 선박에 대한 통상의 방식으로 추진력을 생성하는 기존의 스크류(30)의 컴퓨터 시뮬레이션이 도시된다. 스크류의 회전으로 인해, 난류 물 흐름을 나타내는 다수의 스위블이 발생한다. 중앙으로 축 방향에서, 허브 스위블 손실은 축(31)과, 축이 추진력에 기여하지 않도록 축 주위를 회전하는 프로펠러(30)의 블레이드의 내측 부분의 회전으로 유발되는 회전 스위블(32)의 생성으로 인해 발생한다.

더욱이, 프로펠러(30)의 단일 블레이드(33)는 선단 손실(34)이 발생하고, 추진력에 기여하지 않는 말단부(distal end)들을 갖지만, 물만을 교란하여, 각 프로펠러 블레이드(33)의 말단부에서 난류(34)를 생성한다. 이러한 난류(34)들은 프로펠러 장치의 추력에 기여하지 않는다.

더욱이, 물이 스크류를 통해 가속화될 때, 물은 대부분 축 방향으로 가속화되지만, 일부는 소용돌이 손실에 더 부가하는 각도 방향으로 가속화되고, 이러한 방식으로 전체적으로 토크로 인해 물에 부여된 운동 에너지의 최대 30%에 달하는 상술한 손실에 기여한다.

선박 설계자는 통상의 프로펠러 해결책을 위해 가장 최적의 에너지 사용 및 단위 에너지 당 최고 추진력이 달성되도록 블레이드의 수, 블레이드의 영역 및 상술한 손실 사이의 가장 최적의 관계를 자연스럽게 발견할 것이다. 그러나, 본 발명에 따르면, 이러한 소용돌이와 난류 손실(32, 34) 중 어떤 것도 발생하지 않는다.

장치(1)가 물을 통해 이동함에 따라, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 주어진 속도로 물은 도 5에 도시된 바와 같이 추진 장치의 본체(10)를 따라 임펠러 및 조정 노즐 내로 흐르고 이러한 노즐 외로 흐를 것이다.

임펠러(17)의 회전으로 인해(도 2 참조), 물은 장치(1)의 전단부(11)에 흡인된다. 이러한 흡인은 흐름 라인(41)으로 나타낸다. 임펠러의 회전 및 날개(22)의 펌프 작용으로 인해(도 2를 참조), 물이 장치(1)의 표면(10)을 따라 조정 노즐(15)을 통해 배출되도록 물은 유입 방향(41)에 실질적으로 수직으로 배출될 것이다. 코안다 효과(Coanda-effect)로 인해, 가속화된 물(42)은 곡면(curved surface)을 따를 것이다. 코안다 효과는 직선으로 흐르고, 곡면에서 벗어나는 대신에 유체, 예를 들어 공기 또는 물의 제트는 부착되어 만곡된 경로를 따라 표면을 따르는 오랫동안 확립된 현상이다. 유체, 이 경우에는 물과, 물이 흐르는 표면, 이 경우에는 장치(1)의 외부 표면(10) 사이의 마찰이 무시되는 경우, 유체 입자에 작용하는 유일한 힘은 외부 압력이 내부 압력보다 크도록 가속화된 물의 층(42)의 내부와 외부 사이의 압력차를 발생시키는 압력으로 인한 것이다.

받은 압력이 장치의 표면을 따라 흐름을 유지하는 표면(10)에 가까이 존재하도록 흐름(42)에 걸쳐 압력 경도(pressure gradient)가 있을 것이다.

따라서, 가속화된 물(42)은 선박용 추진 장치(1)의 표면(10)을 따라 흐르기 때문에, 추력은 가압된 물이 선박용 추진 장치(1)의 후(테이퍼된) 단부(12)에서 이탈함에 따라 생길 것이다. 이런 방식으로, 임펠러가 물을 가속화하도록, 즉 선박용 추진 장치(1) 및 이것이 부착되는 선박의 추진력을 제공하는 추력(43)을 생성하는 선박용 추진 장치(1)의 표면(10)을 따라 물 흐름(42)의 운동량 변화를 생성하는 물에 운동 에너지를 부여하도록 추력이 생성된다.

따라서 선박 및 이에 따른 물을 통한 선박용 추진 장치의 스피드, 즉 속도, 선박용 추진 장치(1)의 곡률, (온도, 염 함량 등에 따라 달라지는) 물의 밀도에 따라, 조정 노즐 개구(15)는 설계될 수 있거나, 장치의 표면(10)을 통해 가압된 물(42)의 흐름 패턴을 변경하기 위해 조절될 수 있다. 운동 에너지화된 물 흐름(42)의 두께 또는 이것의 속도를 변화시킴으로써, 생성된 추력의 변동으로 인해 추진 장치(1)를 상이한 방향으로 재촉할 수 있고, 이런 방식으로 선박용 추진 장치를 조종하여 선박을 원하는 방향으로 조종할 수 있다.

도면을 참조하여 도시된 실시예에서, 임펠러는 선박용 추진 장치(1)의 표면(10) 상에 실질적으로 배치되지만, 다른 실시예는 임펠러 및 선택적으로 조정 노즐을 포함하고, 조정 노즐은 선택적으로 입구 개구(13)가 임펠러와 연통하고, 임펠러가 추진 장치(1)의 외부 표면(10)과 원활하게 연통하는 표면을 따라 조정 노즐을 통해 물을 배출하도록 장치(1)의 전면의 공동부의 표면 아래에 배치된다. 선박 및 이에 의한 선박용 추진 장치(1)의 속도에 따라, 침수된 임펠러 및 조정 노즐과 접촉한 물에서의 주위 압력 상승은 로컬 압력에 관한 상대적 흐름 속도에서 발생하는 전체 추진 시스템의 추력 생성 부분에서의 캐비테이션의 개시를 지연시킬 것이다. 추진 시스템에서 캐비테이션을 손상시키는 위험이 선박과 추진 장치의 속도가 증가함에 따라 최소화되기 때문에, 본 실시예는 캐비테이션의 개시가 제어 가능하고, 더 높은 선박 속도이 획득 가능하며, 제공된 더 많은 전력이 부가되는 고속 추진 시스템으로서 선호된다.

도 6에서, 표면(10)에는 함몰부(48)들이 제공되며, 이에 의해 상술한 바와 같이 물을 통해 이동하는 동안 장치의 외부에 형성하는 경계층은 성장하는 것이 방지되며, 이에 의해 흐름(42)으로부터의 압력 경도가 유지되고, 받은 압력이 더 두드러질 것이다. 함몰부 대신에, 작은 압입 자국(indentation)(즉, 장치의 본체 내로 볼록한 부분) 또는 볼록한 부분(장치의 표면(평면)에서 나온 볼록한 부분) 또는 "상어의 피부"(특히 고속 선박에 잘 알려진 습식 표면 처리)는 동일한 목적을 달성하기 위해, 즉 경계층이 성장하는 것을 억제하기 위해 제공될 수 있다

또한, 도 6에는 포드의 이동 방향으로 연장하는 구동축(44)이 도시된다. 이러한 구동축은 선박의 선체 내부의 종래 선박용 모터 설치 및 배치가 본 발명에 따라 포드를 맞출 때에 변경될 필요가 없도록 기존의 프로펠러 축과 비교할 수 있다.

또한, 포드에는 부착 빔 또는 버팀대(46)의 형상의 부착 수단이 제공된다. 이러한 빔(46)은 포드를 선박에 부착하고, 포드를 운반하며, 또한 포드로부터 선박으로 추력의 적어도 일부를 전달하는데 이용된다.

통상의 선박용 프로펠러와 물 제트와 본 발명을 비교할 수 있도록 하기 위해, "Principles of Naval Architecture, Second revision Vol. II, 1988"에 개시되어 있는 잘 확립되고 인식된 계산 모델은 특히 페이지 132-135 및 225-227를 참조하며, 이 문헌은 여기서 참조로 통합된다. 계산 시에 작은 추정 및 적응만이 필요하다. 이론은 아래 표에서 요약된 바와 같이 통상적인 방법에 비해 본 발명을 이용하여 상당히 양호한 에너지 사용을 위해 제공한다. 계산적인 목적을 위해, 본 발명은 Maersk 라인으로 전달되는 최신 시리즈 트리플 E Container 캐리어에 사용된 프로펠러와 비교된다. 이러한 프로펠러는 지금까지 설계되고 이용되는 대부분 (에너지) 효율 프로펠러인 것으로 생각된다.

"HBI"는 본 발명을 지칭한다.

Thor Peter Andersen - 작은 구조 선박용 림 구동 물 제트 펌프의 설계 6.6 - 6.7 - 6.8

Norbert Willem Herman Bulten - 물 제트 추진 시스템의 수치 분석 1.2 - 1.3

위의 표는 본 발명과 머스크 라인 트리플 E 시리즈 컨테이너 캐리어의 프로펠러 용도 사이의 비교 계산을 예시한다. 각 열은 상이한 입구 영역을 나타낸다.

제 2의 마지막 라인의 결과치는 31.42 m²의 입구 영역이 에너지 소비가 더 적은 더 많은 추력을 제공한다는 것을 나타낸다. 입구 영역이 클수록 그 결과치는 더 양호하다.

Claims

선박용 추진 장치로서,
상기 추진 장치는 유선형 본체를 포함하고, 상기 본체는 전단부 및 후단부를 가지며, 사용중에 상기 전단부는 상류로 향하게 하고, 상기 후단부는 하류로 향하게 하며, 상기 전단부는 상기 후단부보다 의도된 이동 방향에 수직인 더 큰 단면을 갖고, 상기 전단부 또는 전단부에 인접한 부분에는 물 입구 개구가 제공되며, 상기 개구는 임펠러와 연통되고, 상기 임펠러는 상기 의도된 이동 방향에 평행한 축 주변을 회전하며, 상기 임펠러는 하나 이상의 날개를 가져 상기 입구 개구에 들어가는 물이 임펠러의 회전축으로부터 반경 방향으로 배출되며, 상기 배출된 물은 상기 유선형 본체의 외부 표면을 따라 상기 배출된 물을 나아가게 하는 하나 이상의 노즐들을 강제로 통과하게 되는 선박용 추진 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 유선형 몸체 또는 제로 입사각에서의 회전 몸체는 임펠러의 회전 축 주위에서 대칭인 선박용 추진 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유선형 몸체의 길이 방향의 평면을 통한 일반적 단면은 일반적으로 상기 후단부가 테이퍼상으로 되는 방울 형상을 갖는 선박용 추진 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유선형 몸체에는 상기 장치를 선박에 부착하기 위한 수단이 제공되며, 상기 수단은 상기 추력을 상기 선박으로 전달하기에 적합한 선박용 추진 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 수단은 상기 선박의 프로펠러 축이며, 상기 장치는 상기 프로펠러 대신에 설치되며, 상기 축은 상기 장치의 임펠러를 회전시키는 선박용 추진 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유선형 몸체의 모터 수단은 상기 임펠러의 축을 회전시키기 위해 제공되는 선박용 추진 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 물 입구 개구, 상기 임펠러 및 상기 하나 이상의 노즐들은 상기 노즐을 통해 나가는 배출된 물이 상기 유선형 몸체의 외부 표면을 따라 지향되도록 상기 유선형 몸체의 표면상에 배치되는 선박용 추진 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노즐은 상기 유선형 몸체의 표면상의 상기 임펠러의 주위에 배치된 원형의 형상을 갖는 선박용 추진 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 임펠러 상에 배치된 날개는 모두 상기 임펠러의 회전 중심으로부터 반경 거리에서 이격되고, 상기 임펠러의 중앙 영역을 날개없는 표면으로 두며, 상기 표면은 상기 임펠러의 회전 축에 실질적으로 수직한 평면을 갖는 선박용 추진 장치.
제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
상기 하나 이상의 날개는 상기 임펠러 상에 실질적으로 반경 방향으로 배치되고, 상기 하나 이상의 날개는 상기 날개를 통해 진행하는 반경 방향에 대해 만곡되며, 이에 의해 상기 날개는 상기 임펠러로부터 실질적으로 반경 방향으로 물을 배출하는 선박용 추진 장치.
제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 임펠러 상에 배치된 날개는 상기 반경 방향에 대하여 배향되거나 조절될 수 있는 선박용 추진 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 노즐에는 벽 및 뚜껑의 형상의 조정 수단이 제공되고, 상기 벽 및 뚜껑은 상기 물 흐름에 대하여 제어될 수 있고, 상기 조정 수단은 상기 배출된 물을 상기 임펠러 축에 대하여 반경 방향으로 지향시키며, 이에 의해 상기 배출된 물은 상기 몸체의 표면을 따라 안내되는 선박용 추진 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유선형 몸체의 표면 영역의 적어도 부분은 복수의 함몰부 및/또는 압입 자국 및/또는 볼록한 부분이 제공되는 선박용 추진 장치.
추진 제공 방법으로서,
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 선박용 추진 장치는 물이 추진 장치의 입구 개구로 표출되고, 물이 회전하는 임펠러 상에 배치된 날개와 접촉할 때에 가속화되는 해양 선박의 잠긴 부분에 배치됨으로써, 상기 물은 상기 추진 장치의 표면을 따라 상기 임펠러로부터 노즐을 통해 배출되고, 상기 추진 장치의 전면부의 가속화된 물은 압력을 받아 생성하며, 상기 장치의 후면부를 따라 추력을 제공하고, 추진을 제공하는 추진 제공 방법.
추진 제공 방법으로서,
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 선박용 추진 장치는 포드의 전단부의 침수된 부분 또는 침수된 공동부 아래에 배치되는 반면에, 선박 및 이에 의한 선박용 추진 장치(1)의 속도, 주위 압력은 침수된 임펠러 및 조정 노즐과 접촉한 물에서 상승하고, 로컬 압력에 관한 상대적 흐름 속도에서 생겨나는 전체 추진 시스템의 추력 생성 부분에서의 캐비테이션의 개시를 지연시키는 추진 제공 방법.