KR20170003005A - 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박에 관한 것으로서, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 후방에 마련되며, 선박의 추진 방향을 조절하는 러더에 있어서, 선체 측에 마련되는 상부 러더; 상기 상부 러더의 하부에 마련되는 하부 러더; 및 상기 상부 러더와 상기 하부 러더 사이에 마련되는 러더 벌브를 포함하고, 상기 러더 벌브는, 전후 방향 단면적을 직교하는 두 선으로 사분할 때, 상부에서 좌현 또는 우현 중 일측 부분과 상부에서 타측 일부분과 하부에서 일측 일부분을 포함하는 일정 부분이, 나머지 부분 대비 적어도 부분적으로 곡률반경이 상대적으로 작은 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 러더 및 이를 포함하는 선박{A rudder and a ship having the rudder}

본 발명은 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 오일이 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 선박 운항 시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.

이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 니즈에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.

연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감 부가 장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.

그러나 이와 같은 에너지 절감 부가 장치는, 선박의 추진 효율을 높이면서도 한편으로는 저항을 증가시키게 되므로, 저항 증가를 최소화하면서 추진 효율을 극대화할 수 있는 에너지 절감 부가 장치에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상부 러더와 하부 러더로 이루어지는 러더에 대해서 상부 러더의 리딩 에지를 효율적으로 개선하고 하부 러더와 상부 러더의 면적비를 개선하여, 프로펠러로 인해 발생하는 후류를 이용한 조타성능을 극대화하면서도 유동을 안정적인 상태로 제어할 수 있도록 하는 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 러더 벌브의 형상을 개선하여 저항 증가를 억제하면서도 유동을 효과적으로 제어하여 최적 조타 효율을 확보할 수 있는 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은, 선박의 트랜섬에 웨지를 마련하여 트랜섬의 하면을 타고 오르는 유체의 흐름을 억제함으로써 불필요한 저항 발생을 차단할 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박용 러더는, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 후방에 마련되며, 선박의 추진 방향을 조절하는 러더에 있어서, 선체 측에 마련되는 상부 러더; 상기 상부 러더의 하부에 마련되는 하부 러더; 및 상기 상부 러더와 상기 하부 러더 사이에 마련되는 러더 벌브를 포함하고, 상기 러더 벌브는, 전후 방향 단면적을 직교하는 두 선으로 사분할 때, 상부에서 좌현 또는 우현 중 일측 부분과 상부에서 타측 일부분과 하부에서 일측 일부분을 포함하는 일정 부분이, 나머지 부분 대비 적어도 부분적으로 곡률반경이 상대적으로 작은 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 곡률반경은, 전후 방향 단면에서 상기 러더 벌브의 중심축과 상기 러더 벌브의 표면까지의 거리일 수 있다.

구체적으로, 상기 일정 부분은, 상기 전후 방향의 단면적에서 우현 상부 90도 부분, 좌현 상부 일부분, 우현 하부 일부분을 포함하는 180도 부분일 수 있다.

구체적으로, 상기 나머지 부분은, 상기 중심축과 상기 표면까지의 거리가 일정할 수 있다.

구체적으로, 상기 일정 부분은, 상기 중심축을 기준으로 상기 나머지 부분에 연결된 일측에서 상기 나머지 부분에 연결된 타측으로 갈수록 상기 곡률반경이 축소되었다가 증가할 수 있다.

구체적으로, 상기 일정 부분에서 상기 나머지 부분과 맞닿는 부분은, 상기 나머지 부분 대비 상기 곡률반경이 동일할 수 있다.

구체적으로, 상기 러더 벌브는, 상기 프로펠러의 회전축과 나란하게 위치할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 상기 선박용 러더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박은, 러더를 구성하는 상부 러더 및 하부 러더의 리딩 에지 및/또는 트레일링 에지의 형상을 개선함으로써 저항을 줄이고 조타 성능을 극대화할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박은, 상부 러더와 하부 러더 사이를 연결하도록 마련되는 러더 벌브의 형상을 최적화함으로써 보텍스를 저감하여 추진 효율을 높일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 선박은, 트랜섬의 하면에 스케그의 좌우 양측으로 웨지를 마련하고 웨지가 트랜섬의 하면을 따라 흐르는 유체를 하방으로 유도함으로써 유체의 유동을 안정화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.
도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도 및 측면도이다.
도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.
도 10은 종래의 선박용 러더의 정면도 및 측면도이다.
도 11은 종래의 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도 및 측면도이다.
도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.
도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도 및 측면도이다.
도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.
도 16은 본 발명에 따른 선박용 러더들의 정면도이다.
도 17은 본 발명에 따른 선박용 러더들의 추력 효율을 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 제9 실시예에 따른 선박용 러더에서 러더 벌브의 정면도이다.
도 19는 본 발명의 제10 실시예에 따른 선박용 러더에서 러더 벌브의 정면도이다.
도 20은 본 발명의 제11 실시예에 따른 선박용 러더에서 러더 벌브의 정면도 및 측면도이다.
도 21은 본 발명의 제12 실시예에 따른 선박의 측면도이다.
도 22는 본 발명의 제13 실시예에 따른 선박의 배면도이다.
도 23은 도 22의 A-A' 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제13 실시예에 따른 선박의 성능 그래프이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만 본 발명은 선박용 러더 및 이를 포함하는 선박에 대한 것이므로, 본 발명의 선박은 이하에서 설명하는 실시예들의 선박용 러더를 갖는 선박일 수 있음을 알려둔다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 상부 러더(10), 하부 러더(20), 러더 벌브(30)를 포함한다.

이때 본 발명의 선박용 러더(2)는, 선미(3)에 설치되어 추진력을 발생시키는 프로펠러(100)의 후방에 마련될 수 있다. 프로펠러(100)는 선미(3)의 스턴보스에 설치되며, 스턴보스에 회전 가능하게 연결되는 허브(110)와, 허브(110)에 방사상으로 결합되는 날개(120)로 구성될 수 있다. 또한 허브(110)의 후방에는 선미(3)와 고정되며 허브(110)가 회전할 때 허브(110)의 후퇴를 방지할 수 있도록 하는 캡(130)이 마련될 수 있다.

프로펠러(100)가 회전하게 되면, 선체에서 프로펠러(100)의 전방으로부터 후방으로 유입류가 발생한다. 이때 유입류는 프로펠러(100)를 거치면서 강하게 배출되어 후류로서 선박용 러더(2)에 유입될 수 있다.

선박용 러더(2)는 후류를 전달받되 후류의 흐름이 좌현으로 치우치도록 하여 선박(1)이 좌측으로 선회하도록 하거나, 후류의 흐름이 우현으로 치우치도록 하여 선박(1)이 우측으로 선회하도록 할 수 있다. 이를 위해 선박용 러더(2)는 선미(3)에 회전 가능하게 마련될 수 있으며, 구체적으로는 트랜섬의 하부에 스케그(40)를 통해 연결될 수 있다.

상부 러더(10)는, 선체 측에 마련된다. 본 발명의 선박용 러더(2)를 상하 방향으로 볼 때 상부는 상부 러더(10), 하부는 하부 러더(20)로 정의될 수 있다. 다만 상부 러더(10)와 하부 러더(20)가 명백하게 구분되는 것은 아닐 수 있다. 이는 상부 러더(10)의 표면과 하부 러더(20)의 표면이 부드럽게 연결될 수도 있기 때문이다.

상부 러더(10)는, 리딩 에지(11)와 트레일링 에지(12)를 구비한다. 상부 러더(10)는 에어포일 형태의 단면을 가질 수 있는데, 최대 두께가 형성되는 지점으로부터 리딩 에지(11)까지의 거리는 해당 지점으로부터 트레일링 에지(12)까지의 거리보다 짧을 수 있다.

상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 프로펠러(100)에 의해 발생되는 후류가 유입되는 지점을 의미하며, 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)는 유입된 후류가 상부 러더(10)로부터 빠져나가는 지점을 의미할 수 있다.

리딩 에지(11)와 트레일링 에지(12)는, 각각 상부 러더(10)의 전면 및 후면에서 선으로 나타날 수 있다. 다만 트레일링 에지(12)는 상부 러더(10)의 후방이 뾰족하게 형성됨에 따라 뚜렷한 선으로 나타날 수 있으나, 리딩 에지(11)는 상부 러더(10)의 전방에 부드럽게 곡면으로 형성됨에 따라 선으로 뚜렷하게 나타나지 않을 수 있다. 이때 리딩 에지(11)는 상부 러더(10)의 각 단면에서의 최전단 지점을 상하로 연결한 선이라고 정의될 수 있다. 이는 트레일링 에지(12)에서도 마찬가지이다.

상부 러더(10)는, 선체 측에 마련되며 스케그(40)에 의해 선미(3)에 연결될 수 있다. 이때 스케그(40)는 선미(3)에 고정될 수 있는 반면, 상부 러더(10)는 스케그(40)를 기준으로 회전 가능하게 마련될 수 있다.

상부 러더(10)는 프로펠러(100)의 회전축을 중심으로 상부에 위치할 수 있고, 프로펠러(100)의 회전 시 후류 중 회전축 상방에서 발생하는 후류를 전달받을 수 있다. 실제로 조타 성능에 영향을 미치는 것은 후류 중에서 프로펠러(100) 축의 상방에 위치한 유동이므로, 상부 러더(10)의 면적은 하부 러더(20)의 면적보다 상대적으로 클 수 있다. 이는 이하에서 다시 설명한다.

상부 러더(10)는 좌우 폭이 상단에서 하단으로 갈수록 감소하는 형태일 수 있다. 즉 좌우 폭이 최대가 되는 지점에서의 상부 러더(10)의 정단면은, 뒤집어진 사다리꼴 형태일 수 있다.

하부 러더(20)는, 상부 러더(10)의 하부에 마련된다. 하부 러더(20)는 상부 러더(10)의 하단에 연결될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 같이 상부 러더(10)와 하부 러더(20)는 적어도 부분적으로 구분되지 않게 연결될 수 있다. 물론 상부 러더(10) 및 하부 러더(20) 중 적어도 어느 하나의 리딩 에지(11, 21) 등이 편향될 경우에는, 서로 어긋나게 됨에 따라 상부 러더(10)와 하부 러더(20)가 적어도 부분적으로 구분될 수 있다.

하부 러더(20)는, 프로펠러(100)의 회전축을 기준으로 상부 러더(10)와 상하로 나뉠 수 있으며, 상부 러더(10)와 하부 러더(20) 사이에는 러더 벌브(30)가 마련될 수 있다. 러더 벌브(30)는 상부 러더(10)와 하부 러더(20)가 서로 어긋날 때 어긋나는 부분을 커버하기 위해 마련될 수 있다.

하부 러더(20)는 상부 러더(10)와 동일/유사한 단면을 가질 수 있다. 즉 하부 러더(20) 역시 리딩 에지(21)와 트레일링 에지(22)를 포함하는 에어포일 형태일 수 있다. 또한 하부 러더(20)도 좌우 폭이 상단에서 하단으로 갈수록 감소하는 형태일 수 있다.

러더 벌브(30)는, 상부 러더(10)와 하부 러더(20) 사이에 마련된다. 러더 벌브(30)는 중심축(31)이 프로펠러(100)의 회전축과 나란하도록 마련될 수 있으며, 프로펠러(100)의 캡(130)으로부터 발생될 수 있는 보텍스(vortex)를 저감하는 효과를 가질 수 있다.

이를 위해 러더 벌브(30)는 전단이 프로펠러(100) 방향으로 볼록한 곡면 형태일 수 있으며, 다만 부분적으로는 평면이 형성될 수 있다. 반면 러더 벌브(30)의 후단은 유체의 흐름을 원활하게 가이드할 수 있도록 전단보다 상대적으로 뾰족하게 모이는 형태일 수 있다.

본 발명의 러더 벌브(30)의 형상에 대해서는 다른 실시예에서 자세히 설명하도록 한다.

본 발명의 선박용 러더(2)는, 스케그(40)에 의해 선박(1)에 연결될 수 있다. 스케그(40)는 상부 러더(10)를 선체에 연결하는 구조물로서, 선체에 고정될 수 있다. 이때 스케그(40)를 기준으로 상부 러더(10)를 포함하는 선박용 러더(2)는 회전할 수 있으며, 스케그(40)에는 선박용 러더(2)의 회전을 위한 러더축(도시하지 않음)이 관통될 수 있다.

또한 선체 내부에서 스케그(40)의 인근에는 선박용 러더(2)의 회전을 제어하는 조타기실(도시하지 않음)이 마련될 수 있으며, 조타기실에서 러더축의 회전을 제어함으로써 선박(1)의 항해 방향을 조절할 수 있다. 물론 본 발명이 조타기실의 배치를 상기와 같이 한정하는 것은 아니며, 다만 조타기실은 선박(1)의 항해를 제어하는 브릿지 등에 연결될 수 있다.

이하에서는 본 발명이 갖는 상부 러더(10)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(11, 21)에 대해 설명하도록 한다.

상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는, 하부 러더(20)의 리딩 에지(21) 대비 전방으로 돌출될 수 있다. 이때 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)와 하부 러더(20)의 트레일링 에지(22)는 연직으로 마련될 수 있으므로, 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)가 하부 러더(20)의 리딩 에지(21) 대비 전방으로 돌출되면, 상부 러더(10)의 면적이 하부 러더(20)의 면적보다 확대될 수 있다.

상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는, 상단에서 하단으로 갈수록 전방으로 경사지게 마련될 수 있다. 이때 앞서 언급한 바와 같이 상부 러더(10)의 좌우 폭은 상단에서 하단으로 갈수록 감소할 수 있는데, 다만 상부 러더(10)의 단면적은, 상단에서 하단까지 증가하도록 형성될 수 있다.

즉 상부 러더(10)는, 리딩 에지(11)가 상단에서 하단으로 갈수록 전방으로 경사지면서 단면적이 상단에서 하단까지 증가하도록 형성될 수 있고, 또한 좌우 폭이 상단에서 하단으로 갈수록 감소하면서 단면적이 상단에서 하단까지 증가하도록 형성될 수 있다.

다만 상부 러더(10)의 단면적은 리딩 에지(11)가 경사지게 마련되더라도 좌우 폭의 감소로 인해 상단에서 하단으로 갈수록 선형적으로 증가하지 않을 수 있다. 즉 상부 러더(10)의 단면적은 상단에서 하단으로 갈수록 비선형적으로 증가할 수 있다.

이때 상부 러더(10)의 단면적은, 프로펠러(100)의 회전축에서 최대로 형성될 수 있다. 상부 러더(10)의 단면적이 최대가 되는 지점은, 러더 벌브(30)를 제외하고 상부 러더(10)와 하부 러더(20)를 포함한 선박용 러더(2)에서 최대 단면적 지점일 수 있다.

이와 같이 선박용 러더(2)에서 단면적이 최대가 되는 지점이 프로펠러(100)의 회전축과 나란한 지점에 형성되도록 함으로써, 본 발명은 조타 성능을 극대화하면서도 저항을 줄일 수 있다.

상부 러더(10)와 하부 러더(20)의 트레일링 에지(12, 22)가 연직으로 연속하게 연결되고 좌우 폭이 상부 러더(10)의 상단에서 하부 러더(20)의 하단까지 지속적으로 감소할 때, 단면적의 최대 지점이 프로펠러(100)의 회전축과 나란한 위치에 형성된다는 것은, 프로펠러(100)와 선박용 러더(2) 사이의 거리가, 프로펠러(100)의 회전축 지점에서 가장 최소가 됨을 의미할 수 있다.

프로펠러(100)와 선박용 러더(2) 사이의 거리, 특히 프로펠러(100)의 회전축 지점에서 프로펠러(100)와 선박용 러더(2) 사이의 거리는 가까울수록 조타 성능의 향상을 가져올 수 있다. 따라서 본 발명은, 선박용 러더(2) 전체를 프로펠러(100)에 가깝게 설치하지 않더라도, 선박용 러더(2)에서 프로펠러(100)의 회전축과 나란한 지점에 단면적이 최대가 되도록 하여, 부분적으로 프로펠러(100)와의 간격을 줄여서 조타 성능을 높일 수 있다.

상부 러더(10)의 리딩 에지(11)가 상기와 같이 마련될 때, 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는 상하 연직방향으로 형성될 수 있다. 이 경우 상부 러더(10)의 하단 단면적과 하부 러더(20)의 상단 단면적의 차이는, 상부 러더(10)의 상단 단면적과 하부 러더(20)의 상단 단면적의 차이보다 상대적으로 클 수 있다.

또한 상부 러더(10)의 하단 단면적이 상단 단면적보다 확대됨에도 불구하고 하부 러더(20)의 상단 단면적이 상부 러더(10)의 상단 단면적보다 작게 형성될 경우, 상부 러더(10)의 하단과 하부 러더(20)의 상단이 연결될 때 상부 러더(10)의 하단 일부 면이 하방으로 노출될 수 있다. 이를 커버하기 위해 본 발명은 러더 벌브(30)를 마련할 수 있다.

상부 러더(10)가 이와 같이 하부 러더(20) 대비 확대됨에 따라, 상부 러더(10)의 측면적은 하부 러더(20)의 측면적 대비 1.5배 내지 3배일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 조타에 영향을 미치는 후류는 프로펠러(100) 회전축의 상부에서 발생하는 후류이다. 따라서 본 발명은 조타에 영향을 미치는 후류를 전달받는 상부 러더(10)의 면적을 종래 대비 확대하고, 조타에 영향을 덜 미치는 후류를 전달받는 하부 러더(20)의 면적을 종래 대비 축소할 수 있다.

이 경우 상부 러더(10)는, 도면에 나타난 바와 같이 리딩 에지(11)가 하부 러더(20)의 리딩 에지(21) 대비 전방으로 돌출되도록 할 수 있고, 또는 도면과 달리 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)가 하부 러더(20)의 트레일링 에지(22) 대비 후방으로 돌출되도록 할 수도 있다.

또한 상부 러더(10)의 측면적을 확대하더라도, 상부 러더(10)가 스케그(40)보다 확대되는 것은 이루어지지 않을 수 있다. 즉 면적이 확대된 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는, 스케그(40)의 리딩 에지(41)와 연결될 수 있다. 구체적으로 스케그(40)의 리딩 에지(41)는 하단이 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)의 상단과 연결될 수 있다. 이를 위해 스케그(40)는 상부 러더(10)가 확대된 만큼 함께 확대될 수 있다.

이때 스케그(40)의 트레일링 에지(41) 역시 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)에 연결될 수 있으며, 다만 스케그(40)의 트레일링 에지(41)와 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)는 수직으로 연직하게 연결되거나, 또는 스케그(40)의 트레일링 에지(41)의 적어도 일부분이 전후로 경사지게 형성됨에 따라 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)와 절곡되도록 연결될 수 있다.

물론 스케그(40)의 리딩 에지(41)는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 연결되도록 마련되는바, 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는 스케그(40)의 리딩 에지(41)보다 후방으로 후퇴되도록 마련될 수 있다.

본 발명이 하부 러더(20)의 면적을 축소하고 상부 러더(10)의 면적을 확대함에 따라, 러더축을 기준으로 선박용 러더(2)가 회전할 때 하부 러더(20)에 의해 발생하는 토크가 줄어들도록 할 수 있으며, 프로펠러(100)가 회전할 때 후류를 이용한 조타 성능이 감소되지 않도록 할 수 있다.

따라서 본 발명은 조타 성능을 충분히 확보하면서도 러더축에 의한 회전토크를 줄여 조타에 소모되는 연료량을 대폭 절감할 수 있다.

이하에서는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 러더 벌브(30) 사이의 관계에 대해 설명하도록 한다.

상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 상기와 같이 하부 러더(20)의 리딩 에지(21) 대비 전방으로 돌출될 수 있는데, 이때 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는, 러더 벌브(30)의 전단과 전후 방향으로 기설정 범위 내에 위치할 수 있다.

즉 본 발명이 상부 러더(10)와 하부 러더(20)가 어긋나는 부분을 커버하기 위해 러더 벌브(30)를 구비할 경우, 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 적어도 부분적으로 러더 벌브(30)의 전단과 인접하게 마련될 수 있다.

이때 인접한 정도는, 상기의 기설정 범위가 0.1 내지 1m인 것으로 나타날 수 있다. 물론 기설정 범위가 0일 수도 있으며, 이 경우 러더 벌브(30)의 전단과 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 동일한 위치에 놓일 수 있다.

러더 벌브(30)의 전단과 상부 러더(10)의 리딩 에지(11) 사이의 전후 거리는, 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21) 사이의 전후 거리보다 상대적으로 작을 수 있다. 일례로 러더 벌브(30)의 전단과 상부 러더(10)의 리딩 에지(11) 사이의 전후 거리는, 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21) 사이의 전후 거리 대비 0.5 이내일 수 있다.

이하에서는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)의 뒤틀림(Twist)에 대해 설명하도록 한다.

상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21) 중 적어도 어느 하나는, 좌우로 연직하게 편향될 수 있다. 즉 전방에서 볼 때 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 좌현 또는 우현으로 편향되면서 상하 수직 방향으로 마련되며, 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는 우현 또는 좌현으로 편향되면서 상하 수직 방향으로 마련될 수 있다. 물론 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는 서로 다른 방향으로 편향될 수 있거나, 및/또는 같은 방향으로 편향되되 편향되는 정도가 상이할 수 있다.

반면 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21) 중 적어도 어느 하나는, 좌우로 경사지게 편향될 수도 있다. 즉 전방에서 볼 때 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 상단이 좌현 및 우현 중 일측으로 편향되면서 하단으로 갈수록 편향 정도가 감소하는 사선으로 나타날 수 있고, 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는 상단이 우현 및 좌현 중 일측으로 편향되면서 하단으로 갈수록 편향 정도가 감소하는 사선으로 나타날 수 있다.

물론 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는, 상단에서 하단으로 갈수록 편향 방향이 바뀌거나, 및/또는 편향 정도가 감소 또는 증가하는 등 편향이 다양하게 나타날 수 있다. 즉 일례로 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는, 상단이 좌현 편향되었다가 하단이 중앙 또는 우현 편향될 수 있고, 또는 상단이 중앙에 위치하였다가 하단이 우현 편향될 수 있다.

이와 같이 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)의 뒤틀림은 다양한 형태로 나타날 수 있으며, 상기에서 설명한 예시로 한정되는 것은 아님을 알려둔다.

이하에서는 본 발명이 갖는 상부 러더(10)와 하부 러더(20)의 트레일링 에지(12, 22)에 대해 설명하도록 한다.

상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)는, 연직 방향으로 수직하게 마련될 수 있다. 즉 측방향에서 볼 때 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)는 상하 나란하게 마련될 수 있다.

또한 하부 러더(20)의 트레일링 에지(22) 역시 연직 방향으로 수직하게 마련될 수 있으며, 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)와 연속할 수 있다. 즉 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)와 하부 러더(20)의 트레일링 에지(22)는 서로 나란할 수 있다.

물론 앞서 상부 러더(10)의 리딩 에지(11) 등에서 설명한 내용이 트레일링 에지(12)에도 적용될 수 있다. 즉 상부 러더(10)의 트레일링 에지(12)가 하부 러더(20)의 트레일링 에지(22)와 어긋날 수 있으며, 이는 전후 및/또는 좌우 등으로 다양하게 나타날 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 제1 실시예와 대비할 때 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)만 달리 나타난다. 이하에서는 본 실시예가 다른 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명되지 않은 부분은 다른 실시예에서 설명된 내용으로 갈음될 수 있다. 이는 이하에서 설명할 나머지 실시예에 대해서도 마찬가지이다.

본 실시예에서 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는, 연직 방향이 아닌 경사 방향으로 나타날 수 있다. 즉 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와는 반대로, 상단에서 하단으로 갈수록 후방으로 경사지게 마련될 수 있다.

이 경우 선박용 러더(2)의 단면적은, 상부 러더(10)와 하부 러더(20)가 구분되는 프로펠러(100)의 회전축 부근에서 최대가 되고, 상부 러더(10)의 상단으로 갈수록 감소하며, 하부 러더(20)의 하단으로 갈수록 역시 감소하게 될 수 있다.

본 실시예에서도 러더 벌브(30)가 마련될 수 있는데, 본 실시예는 러더 벌브(30)로부터 하단으로 갈수록 단면적의 급감을 방지할 수 있어서, 유동의 흐름을 보다 효율적으로 가이드할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 제1 실시예와 대비할 때 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)가 다르게 나타날 수 있다.

상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는, 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)와 마찬가지로 연직 방향으로 마련될 수 있다. 즉 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 상단에서 하단으로 가더라도 전후 방향으로 경사지지 않을 수 있다.

이때 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 러더 벌브(30)의 전단과 전후 방향으로 기설정 범위 내에 위치할 수 있으며, 이는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)의 상단부터 하단까지 적용될 수 있다. 앞서 제1 실시예에서는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)의 하단이 러더 벌브(30)의 전단과 기설정 범위 내에 위치하였지만, 본 실시예는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)의 전체가 러더 벌브(30)의 전단과 기설정 범위 내에 위치할 수 있다. 물론 상부 러더(10)의 리딩 에지(11) 전부가 전부 방향으로 러더 벌브(30)의 전단과 나란하게 마련될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 러더 벌브(30)의 형상에 있어서 다른 실시예와 달라질 수 있다.

러더 벌브(30)는, 프로펠러(100)의 회전축과 나란하게 위치하되, 상하 비대칭 형상으로 마련될 수 있다. 즉 러더 벌브(30)는, 중심축(31)이 프로펠러(100)의 회전축과 나란하되, 상면이 상방으로 볼록한 형상이며, 하면의 적어도 일부분이 상방으로 볼록한 형상일 수 있다.

러더 벌브(30)의 중심축(31)이 프로펠러(100)의 회전축과 나란하다는 것은, 러더 벌브(30)에서 전후 방향으로 단면적이 최대인 지점에서의 단면 중심이 프로펠러(100)의 회전축과 나란하다는 것을 의미할 수 있다.

반면 러더 벌브(30)는, 전후 방향 단면적이 최대가 되는 지점을 기준으로, 하면에서 전측면은 하방으로 볼록할 수 있다. 즉 상기 지점을 기준으로 하면의 전측면은 상면과 대칭되도록 마련될 수 있다. 따라서 상기 지점의 전방에서 전후 방향 단면적의 중심은, 프로펠러(100)의 회전축 대비 나란하게 마련될 수 있다.

즉 상기 지점을 기준으로 하면에서 후측면은, 상방으로 볼록할 수 있다. 이때 러더 벌브(30)는, 상기 지점의 후방에서 전후 방향 단면적의 중심이 프로펠러(100)의 회전축 대비 상방으로 치우칠 수 있다.

본 실시예가 러더 벌브(30)의 형상을 이와 같이 개선함에 따라, 본 실시예는 추력을 높이고 토크를 낮출 수 있다. 이는 아래 표 1 및 도 4와 도 6의 비교를 통해 확인할 수 있다.

아래의 표는 선속(Vs)이 21.0knots이고, 흘수(draft)가 16.0m일 경우, 다양한 형태의 선박용 러더(2)에 대해 토크와 추력을 측정한 것이다. CASE 1은 일반적인 종래의 러더이며, CASE 2는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)가 각각 좌현, 우현으로 연직 편향된 트위스트 러더이고, CASE 3은 본 발명의 도 3으로 나타난 제3 실시예이며, CASE 4는 러더 벌브(30)의 형상이 개선된 본 발명의 제4 실시예이다.

CASE	RPS	T[N]	Q[N-m]	DIFF.N*Q
1	7.165	54.477	2.500	0.00%
2	7.135	53.786	2.471	-1.57%
3	7.086	53.693	2.449	-3.12%
4	7.083	53.371	2.439	-3.56%

표 및 도면을 살펴보면, 프로펠러(100)가 일방향으로 회전할 경우 선박용 러더(2)의 좌측과 우측에는 각각 서로 다른 유동이 발생하게 된다. 일례로 프로펠러(100)가 뒤에서 바라볼 때 시계 방향으로 회전하면, 이로 인해 선박용 러더(2)의 좌현 상부와 우현 하부에는 압력면이 형성되고, 좌현 하부와 우현 상부에는 흡입면이 형성된다.

이와 같은 압력분포에 따라, 프로펠러(100)로부터 선박용 러더(2)로 전달되는 후류에는 박리가 발생되며, 이로 인해 저항이 증가하여 선박용 러더(2)의 조향 성능을 저하시킬 수 있다.

그런데 도 4 대비 도 6을 살펴보면, 본 실시예는 러더 벌브(30)의 형상을 도면에 나타난 바와 같이 개선함으로써, 좌우 및 상하에서 발생하는 압력 편차를 감소시킬 수 있으며, 이를 통해 표 1에 나타난 바와 같이 추력 향상 및 토크 절감 효과를 확보할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도 및 측면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)가 다른 실시예 대비 달라질 수 있다.

상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는, 좌우로 경사지게 편향될 수 있는데, 이때 리딩 에지(11)는 경사방향이 바뀌도록 적어도 1회 절곡될 수 있다. 즉 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는 전방에서 바라볼 때 적어도 부분적으로 ">" 모양 또는 "<" 모양을 가질 수 있다.

구체적으로 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)는, 상부 러더(10)의 상단에서 일정 지점까지 이어지는 제1 리딩 에지(111)와, 일정 지점에서 상부 러더(10)의 하단까지 이어지는 제2 리딩 에지(112)를 포함할 수 있다.

이때 제1 리딩 에지(111) 및 제2 리딩 에지(112) 중 어느 하나는, 하단에서 상단으로 갈수록 좌현에서 우현 방향으로 경사질 수 있고, 다른 하나는 하단에서 상단으로 갈수록 우현에서 좌현 방향으로 경사질 수 있다.

일례로 도면에 도시된 바와 같이, 하측의 제2 리딩 에지(112)는 전면에서 볼 때 하단에서 상단으로 갈수록 우현에서 좌현으로 경사진 형태이며, 반대로 상측의 제1 리딩 에지(111)는 전면에서 볼 때 하단에서 상단으로 갈수록 좌현에서 우현으로 경사진 형태일 수 있다.

이때 제1 리딩 에지(111)와 제2 리딩 에지(112)는, 연직 방향 대비 경사각의 절대값은 동일할 수 있다. 다만 일정 지점은 상부 러더(10)의 상단과 하단 중 상단에 치우쳐 마련될 수 있는바, 제1 리딩 에지(111)의 길이가 제2 리딩 에지(112)의 길이보다 짧을 수 있으며, 이로 인해 제1 리딩 에지(111)의 좌우 폭은 제2 리딩 에지(112)의 좌우 폭보다 작을 수 있다.

또한 제1 리딩 에지(111)와 제2 리딩 에지(112)가 절곡 연결되는 일정 지점은, 좌현 또는 우현으로 치우칠 수 있으며, 도면에서는 좌현으로 치우친 것으로 도시되었다. 물론 본 발명에서 일정 지점은, 중앙에 위치할 수 있고, 제1 리딩 에지(111)는 하단에서 상단으로 갈수록 중앙으로부터 우현으로 경사지고, 제2 리딩 에지(112)는 하단에서 상단으로 갈수록 우현으로부터 중앙으로 경사질 수 있다.

이때 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는, 좌우로 경사지게 편향되거나, 또는 좌우로 연직하게 편향될 수 있다. 물론 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 같이 형성될 수도 있고, 또는 편향되지 않고 마련될 수도 있다.

도 8은 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.

도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 하부 러더(20)의 하면에 경사면(23)이 형성될 수 있다. 즉 하부 러더(20)의 하면은, 전방에서 후방으로 갈수록 상방으로 경사진 경사면(23)이 형성될 수 있으며, 이때 경사면(23)은 하부 러더(20)의 하면 중 적어도 일부분에 형성될 수 있다.

이때 하부 러더(20)의 트레일링 에지(12)는, 경사면(23)이 없는 경우와 대비할 때 짧아질 수 있다. 즉 하부 러더(20)는 측면에서 바라볼 때 후방 하측 모서리에 챔퍼가 형성될 수 있다.

프로펠러(100)의 후류 중 선박용 러더(2)에 유입되는 모든 후류가 조타에 유효한 것은 아니다. 즉 선박용 러더(2)의 면적 중 일부는 조타에 큰 영향을 미치지 못하는데, 특히 본 실시예와 같이 하부 러더(20)의 후방 하측 모서리는, 조타 성능에 거의 영향을 미치지 못한다.

따라서 본 실시예는, 경사면(23)을 형성하면서 하부 러더(20)의 면적을 부분적으로 축소하여 조타 성능은 그대로 유지할 수 있고, 이를 통해 하부 러더(20)의 후방 하측 모서리에서 발생할 수 있는 보텍스 유동을 억제해서, 유동이 안정적으로 흐르도록 할 수 있다.

도 10은 종래의 선박용 러더의 정면도 및 측면도이고, 도 11은 종래의 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이며, 도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도 및 측면도이고, 도 13은 본 발명의 제7 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.

또한 도 14는 본 발명의 제8 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도 및 측면도이고, 도 15는 본 발명의 제8 실시예에 따른 선박용 러더의 압력 및 유동 분포도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 종래의 선박용 러더(트위스트 러더로 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)와 하부 러더(20)의 리딩 에지(21)가 각각 좌현과 우현으로 연직 편향됨)의 경우, 프로펠러(100)의 일 방향 회전 시 선박용 러더의 우현 상부에서 나타나는 압력 편차가 상당한 것을 알 수 있다.

그에 반해 도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 상부 러더(10)와 하부 러더(20)가 연결되는 부분인 프로펠러(100)의 회전축 부근에서, 러더 벌브(30)를 마련하여 유동을 정류해 허브(110) 보텍스를 제거함으로써, 유동을 안정화할 수 있다.

또한 본 실시예는 상부 러더(10)의 리딩 에지(11)가 상단에서 하단으로 갈수록 전방으로 경사지게 하면서 일측으로 편향되게 함으로써, 선박용 러더(2)의 우측 상부에서 발생하는 압력 저하를 억제해 압력 편차를 줄일 수 있다.

도 14 및 도 15를 참고하면, 본 발명의 제8 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 러더 벌브(30)의 형상을 다른 실시예와 달리 하여 유동을 효과적으로 정류할 수 있다. 본 실시예의 러더 벌브(30)는, 물방울 형태를 가지며 상대적으로 뾰족한 부분이 전방에 마련되고 상대적으로 곡면인 부분이 후방에 마련될 수 있다.

이때 상대적으로 뾰족한 부분은, 전방으로 꼭지점을 형성할 수 있고, 또는 곡면을 형성할 수도 있으며, 다만 상대적으로 뾰족한 부분이라 함은 상대적으로 곡면인 부분 대비 곡률반경이 작은 형태인 것을 의미할 수 있다.

러더 벌브(30)는, 중심축(31)을 기준으로 회전 대칭일 수 있으며, 러더 벌브(30)의 중심축(31)은 프로펠러(100)의 회전축과 나란할 수 있다. 또한 러더 벌브(30)는, 전후 방향 단면적이 최대가 되는 지점이 전단과 후단 중 후단에 치우치도록 마련될 수 있다.

즉 본 실시예의 러더 벌브(30)는, 전후 방향 단면적이 최대가 되는 지점을 기준으로, 전단으로 갈수록 단면적이 감소하는 정도가, 후단으로 갈수록 단면적이 감소하는 정도보다 상대적으로 작을 수 있다.

이와 같이 러더 벌브(30)를 물방울 형태로 마련할 경우, 본 실시예는 도 11과 대비되는 도 15에 도시된 바와 같이 선박용 러더(2)의 우현 상부에서 나타나는 압력 저하를 억제할 수 있으면서도, 러더 벌브(30)에 의해 유동이 교란되는 것을 방지하고 유동이 선박용 러더(2)의 측면에서 집중되어 흐르도록 할 수 있는바, 조타 성능의 향상이 가능하다.

도 16은 본 발명에 따른 선박용 러더들의 정면도이며, 도 17은 본 발명에 따른 선박용 러더들의 추력 효율을 나타내는 그래프이다.

또한 도 18은 본 발명의 제9 실시예에 따른 선박용 러더에서 러더 벌브의 정면도이고, 도 19는 본 발명의 제10 실시예에 따른 선박용 러더에서 러더 벌브의 정면도이다.

프로펠러(100)가 일방향으로 회전할 경우(일례로 뒤에서 바라볼 때 시계 방향으로 회전), 프로펠러(100)의 회전에 의해 선박용 러더(2)로 유입되는 후류는 좌우 비대칭으로 나타날 수밖에 없다.

따라서 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 러더 벌브(30)의 단면이 어떠한 형상인지에 따라 추력의 향상 여부가 다르게 나타날 수밖에 없다. 이를 통해 본 발명은 러더 벌브(30)에서 어떠한 부분이 추력 향상에 도움이 되고, 어떠한 부분이 추력 향상에 도움이 되지 않는지를 확인할 수 있다.

러더 벌브(30)의 좌측(정면에서 볼 때 좌측이며 우현임)과 우측(정면에서 볼 때 우측이며 좌현임) 중 어느 부분이 효과적인지는 (d)와 (e)에서 극명하게 확인할 수 있다. 즉 도 17에 나타난 바와 같이 러더 벌브(30)는 좌현 부분이 효과적임을 알 수 있다.

또한 상측과 하측 중 어느 부분이 효과적인지 여부와 관련하여 (f)와 (g)를 비교해볼 수 있는데, 이는 추력 향상 여부에 있어서 큰 차이를 보이지 않았다.

다만 (b)와 (e)를 대비하여 보면, 러더 벌브(30)의 좌측 하부(우현 하부)는 추력 저하에 영향을 큰 영향을 미치지 않았음을 알 수 있으므로, 결국 러더 벌브(30)에서 가장 도움이 되지 않은 부분은 좌측 상부(우현 상부)임을 알 수 있다. 이는 러더 벌브(30)에서 전후 방향 단면적을 직교하는 두 선으로 사분할 때, 정면에서 좌측 상부(우현 상부)를 의미한다.

도 18을 참조하면, 본 발명의 제9 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 이러한 결과를 감안하여, 러더 벌브(30)에서 전후 방향 단면적을 사분할 때, 상부에서 좌현 또는 우현 중 일측 부분과 상부에서 타측 일부분과 하부에서 일측 일부분을 포함하는 일정 부분(32)이, 나머지 부분(33) 대비 적어도 부분적으로 곡률반경이 상대적으로 작도록 하였다.

일례로 본 실시예의 러더 벌브(30)는, 우현 상부, 좌현 상부 일부분, 우현 하부 일부분을 포함하는 일정 부분(32)을 정의하고, 일정 부분(32)에 대해서는 나머지 부분(33)보다 곡률반경이 작게 형성하였다. 특히 일정 부분(32)은 우현 상부 90도 부분, 좌현 상부 45도 일부분, 우현 하부 45도 일부분으로 구성될 수 있다.

즉 러더 벌브(30)는 전후 방향 단면에서 중심축(31)을 기준으로 러더 벌브(30)의 표면까지의 거리인 볼록한 정도가 나머지 부분(33) 대비 일정 부분(32)에서 상대적으로 작게 형성될 수 있다. 이는 러더 벌브(30)가 추력 향상에 유리한 부분 위주로 형성되도록 하기 위함이다.

다만 러더 벌브(30)를 추력에 큰 도움되지 않는 부분만 잘라낸 형태로 할 수 있으나, 이 경우 절단면이 형성됨에 따라 유체의 박리가 일어나 저항의 증가가 수반될 수 있다. 이는 도 17에서 (h)와 (j)의 비교로 알 수 있다.

즉 본 발명은, 러더 벌브(30)에서 추력에 큰 도움이 되지 않는 부분(우현 상부)을 완전히 잘라내지 않고 대신 크기를 축소함으로써, 저항의 증가를 억제하면서 추력 향상을 유도할 수 있다.

이때 나머지 부분(33)은 중심축(31)과 표면까지의 거리가 일정할 수 있고, 일정 부분(32)은 중심축(31)을 기준으로 나머지 부분(33)에 연결된 일측에서 나머지 부분(33)에 연결된 타측으로 갈수록 곡률반경이 축소되었다가 증가할 수 있다.

이는 일정 부분(32)에서 나머지 부분(33)과 맞닿는 부분은 러더 벌브(30)의 표면이 부드럽게 이어지도록 하기 위해서 곡률반경이 나머지 부분(33)의 곡률반경과 동일하게 형성되나, 일정 부분(32)의 중간에서는 곡률반경이 감소하게 되기 때문이다.

또는 본 발명은 도 19를 참조하면, 러더 벌브(30)에서 추력에 큰 도움이 되지 않는 부분인 우현 상부를 일정 부분(32)으로 정의하고, 우현 상부인 일정 부분(32)이 나머지 부분(33) 대비 적어도 부분적으로 곡률반경이 상대적으로 작도록 할 수 있다.

본 실시예의 경우 일정 부분(32)은 우현 상부 90도 부분일 수 있으며, 앞서 설명한 실시예와 대비할 때 일정 부분(32)이 상대적으로 작을 수 있다. 즉 본 실시예에서 일정 부분(32)은 러더 벌브(30)의 중심축(31)을 기준으로 약 90도 범위이며, 앞서 설명한 실시예에서 일정 부분(32)은 러더 벌브(30)의 중심축(31)을 기준으로 약 180도 범위일 수 있다.

물론 본 발명은 곡률반경이 부분적으로 축소되는 일정 부분(32)을 상기와 같은 90도 범위, 180도 범위로 한정하는 것은 아니며, 일정 부분(32)은 러더 벌브(30)에서 추력 향상에 큰 도움이 되지 않는 우현 상부를 포함하는 90도 내지 180도 범위일 수 있다.

도 20은 본 발명의 제11 실시예에 따른 선박용 러더에서 러더 벌브의 정면도 및 측면도이다.

도 20을 참조하면, 본 발명의 제11 실시예에 따른 선박용 러더(2)는, 러더 벌브(30)에 홈(34)을 형성할 수 있다.

이때 홈(34)은 러더 벌브(30)의 표면에 내측으로 함몰되는 형태일 수 있으며, 홈(34)은 잘린 구 형태이거나, 또는 러더 벌브(30)의 전후 방향으로 연장되는 형태일 수 있다. 이때 홈(34)은 러더 벌브(30)의 전후 방향으로 연장되면서 나선 모양을 갖는 형태일 수 있고, 복수 개로 마련되며 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

또한 홈(34)은, 복수 개로 마련되며 러더 벌브(30)의 전후 방향 단면을 기준으로 균등하게 배치될 수 있다. 일레로 도 20에 나타난 정면도와 같이, 홈(34)은 러더 벌브(30)의 중심축(31)을 기준으로 120도 간격으로 배치될 수 있다.

또한 홈(34)은 그 형태가 상기로 한정되지 않고 다양하게 마련될 수 있으며, 다만 홈(34)은 러더 벌브(30)에 좌우 비대칭으로 마련될 수 있다. 본 실시예가 러더 벌브(30)에 좌우 비대칭의 홈(34)을 형성하는 것은, 프로펠러(100)의 회전류가 좌우 비대칭이기 때문이다.

프로펠러(100)가 일방향으로 회전할 경우에, 선박용 러더(2)로 유입되는 후류는 좌우 비대칭으로 나타난다. 따라서 선박용 러더(2)가 0도에 맞춰져 있더라도, 선박용 러더(2)의 좌현과 우현 각각에 흐르는 유체의 유동이 서로 다르게 나타남에 따라, 선박(1)은 직진하지 못하고 일정 각도 선회할 수 있다. 이 경우 선박(1)의 직진을 위해서는 선박용 러더(2)를 0도가 아닌 일정 각도로 맞추고 항해해야 한다.

그러나 본 실시예는, 홈(34)이 러더 벌브(30)에 좌우 비대칭으로 마련됨으로써, 프로펠러(100)의 후류가 좌우 비대칭으로 나타나는 것을 상쇄할 수 있다. 즉 홈(34)은, 상부 러더(10) 및 하부 러더(20)가 회전하지 않은 상태, 선박용 러더(2)가 0도에 놓여있을 때, 좌우 비대칭의 후류가 상부 러더(10) 및 하부 러더(20)에 유입되더라도 선체가 직진하도록 할 수 있다.

따라서 본 실시예는, 러더 벌브(30)에 홈(34)을 마련하여 러더 벌브(30)의 표면을 좌우 비대칭으로 형성하고, 이를 통해 프로펠러(100)의 후류가 갖는 비대칭 성질을 완화하여, 선박용 러더(2)가 0도에 놓여있고 프로펠러(100)가 회전류인 후류를 선박용 러더(2)에 전달하더라도, 선박(1)의 직진이 가능하도록 할 수 있다.

도 21은 본 발명의 제12 실시예에 따른 선박의 측면도이다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 제12 실시예에 따른 선박(1)은, 러더 벌브(30)와 캡(130)을 포함한다.

러더 벌브(30)와 캡(130)은, 서로 마주하는 면이 서로 마주하는 방향으로 볼록할 수 있다. 이때 러더 벌브(30)와 캡(130)은 간극(36)을 두고 이격되되 간극(36)이 매우 좁게 형성되도록 할 수 있다(일례로 간극(36)은 0.1 내지 1m).

이와 같이 간극(36)을 좁히면, 프로펠러(100) 후류가 선박용 러더(2)에 유입될 때까지 유체가 교란되는 것을 방지할 수 있다. 즉 선박용 러더(2)는 프로펠러(100)에 근접하게 배치될수록 조타성능이 좋아지는바, 본 발명은 선박용 러더(2)의 러더 벌브(30)가 프로펠러(100)의 캡(130)에 근접되도록 할 수 있으며, 다만 러더 벌브(30)는 선박용 러더(2)의 회전 시 움직이는 것인 반면 캡(130)은 선미(3)에 고정되는 것이므로, 러더 벌브(30)와 캡(130)은 일정한 간극(36)을 형성할 수 있다.

본 실시예는 러더 벌브(30)와 캡(130) 사이의 간극(36)을 좁게 형성하기 위해서, 러더 벌브(30)가 벌브 연장부(35)를 포함하고 캡(130)이 캡 연장부(131)를 포함하도록 할 수 있다. 즉 러더 벌브(30)는 선박용 러더(2)의 전방에서 단면적이 일정하게 또는 선형으로 감소하게 전방으로 연장되는 벌브 연장부(35)를 포함하며, 캡(130)은 프로펠러(100)의 후방에서 단면적이 선형으로 감소하게 후방으로 연장되는 캡 연장부(131)를 포함할 수 있다.

이때 러더 벌브(30)의 전면은, 벌브 연장부(35)의 전방에 마련되고, 캡(130)의 후면은, 캡 연장부(131)의 후방에 마련되며, 러더 벌브(30)의 전면과 캡(130)의 후면은 간극(36)을 두고 서로 이격될 수 있다.

이때 벌브 연장부(35)의 전단과 캡 연장부(131)의 후단 사이의 거리는, 간극(36)의 2 내지 5배일 수 있으며, 일례로 0.2 내지 1m일 수 있다. 이와 같이 벌브 연장부(35)의 전단과 캡 연장부(131)의 후단 사이의 거리가 크지 않게 한 것은, 러더 벌브(30)의 전면과 캡(130)의 후면이 비교적 큰 곡률반경을 갖는 곡면(평면에 가까운) 또는 평면을 가지면서 서로 마주하게 되도록 하여 간극(36)을 최소화하기 위함이다. 이때 러더 벌브(30)의 전면과 캡(130)의 후면은, 동일한 곡률반경을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 러더 벌브(30)와 캡(130) 사이의 간극(36)을 최소화하는 동시에, 러더 벌브(30)의 전면과 캡(130)의 후면이 평면에 가까운 형태를 가지면서 매우 밀접하게 배치되도록 하여, 유체가 캡(130)과 러더 벌브(30) 사이에서 교란되지 않고 선박용 러더(2)로 원활히 전달되도록 할 수 있다.

도 22는 본 발명의 제13 실시예에 따른 선박의 배면도이고, 도 23은 도 22의 A-A' 단면도이며, 도 24는 본 발명의 제13 실시예에 따른 선박의 성능 그래프이다.

도 22 및 도 24를 참고하면, 본 발명의 제13 실시예에 따른 선박(1)은, 러더, 스케그(40), 웨지(50)를 포함한다. 러더와 스케그(40)는 앞서 다른 실시예에서 설명한 바와 동일/유사하므로 자세한 설명은 생략한다.

웨지(50)는, 스케그(40)에 인접하게 마련되며 트랜섬의 하면에서 하방으로 돌출된다. 이때 웨지(50)는 스케그(40)의 좌우에 마련되면서 트랜섬의 하면에 고정되며, 트랜섬의 하면에서 하방으로 돌출되는 높이가, 전방에서 후방으로 갈수록 증가하고 스케그(40)에서 멀어질수록 감소하는 형태를 가질 수 있다.

물론 웨지(50)의 높이 감소는, 선형적으로 이루어질 수 있고 비선형적으로 이루어질 수 있다. 웨지(50)의 높이 감소가 선형적으로 이루어질 경우, 웨지(50)는 정단면 및 측단면이 삼각형 형태일 수 있다. 반면 웨지(50)의 높이 감소가 비선형적으로 이루어질 경우, 웨지(50)는 정단면 및 측단면이 부분적으로 곡선을 갖는 삼각형 형태일 수 있다.

웨지(50)의 후면은 트랜섬의 후면과 나란하게 마련될 수 있다. 즉 선미(3)에서 웨지(50)는 후방으로 돌출되지 않을 수 있다. 또한 웨지(50)의 최대 높이는 스케그(40)의 최대 높이보다 같거나 작을 수 있다.

또한 웨지(50)의 하단은 흘수(구체적으로는 설계흘수, design draft)보다 높게 위치할 수 있다. 즉 선박(1)이 항해할 때 웨지(50)는 정수중에서 해수에 잠기지 않도록 마련될 수 있다.

선박(1)이 전진할 때 유체는 후방으로 유동하는데, 이때 유체는 트랜섬의 하면을 따라 상승하게 된다. 비록 흘수가 트랜섬의 하방에 위치하더라도, 유체는 트랜섬의 표면을 따라 유동하게 되는바, 유체가 트랜섬의 후방에서 상측 방향으로 흐르게 되므로, 선박(1)의 안정성이나 추력, 저항 측면에서 불리하게 작용할 수 있다.

반면 본 발명은 웨지(50)를 마련함으로써 저항 등에서 개선된 효과를 확보할 수 있다. 이는 아래 표와 같이 나타난다. 표 2는 흘수가 11.0m일 경우이고, 표 3은 흘수가 12.0m일 경우이며, Fn은 froude number이고, Cpx는 pressure induced resistance coefficient이며, Cfx는 frictional resistance coefficient이고, Ct는 total resistance coefficient이다.

Fn	0.18	0.2	0.25	0.275
w/o wedge	Cpx : 0.50679 Cfx : 2.87079 Ct : 3.37759	Cpx : 0.5159 Cfx : 2.83451 Ct : 3.35041	Cpx : 0.60106 Cfx : 2.88433 Ct : 3.4854	Cpx : 1.1604 Cfx : 2.7656 Ct : 3.92601
w/ wedge	Cpx : 0.51007 Cfx : 2.87097 Ct : 3.38104	Cpx : 0.49942 Cfx : 2.8331 Ct : 3.33253	Cpx : 0.56137 Cfx : 2.86134 Ct : 3.42271	Cpx : 1.06613 Cfx : 2.75698 Ct : 3.82312
Remark (Ct)	100.10%	99.40%	98.20%	97.40%

Fn	0.18	0.2	0.25	0.275
w/o wedge	Cpx : 0.58461 Cfx : 2.84716 Ct : 3.43177	Cpx : 0.61461 Cfx : 2.80186 Ct : 3.41647	Cpx : 0.91976 Cfx : 2.84136 Ct : 3.76112	Cpx : 1.46453 Cfx : 2.71088 Ct : 4.17542
w/ wedge	Cpx : 0.59745 Cfx : 2.84524 Ct : 3.4427	Cpx : 0.61485 Cfx : 2.83635 Ct : 3.45121	Cpx : 0.88623 Cfx : 2.83697 Ct : 3.7232	Cpx : 1.40357 Cfx : 2.7047 Ct : 4.10828
Remark (Ct)	100.32%	101%	99%	98.40%

상기의 표 및 도 24를 통해 확인할 수 있듯이, Fn이 증가할 경우(선속이 증가할 경우) 본 발명은 웨지(50)를 마련함에 따라, 웨지(50)가 없는 경우와 대비할 때 트랜섬을 따라 오르는 유동이 억제됨에 따라 저항의 증가 효과가 더욱 크게 확보될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

즉 본 발명은 상기의 실시예로 한정되지 않으며, 상기의 실시예들 중 적어도 어느 하나 이상과 공지기술을 조합한 새로운 실시예 및 상기의 실시예들 중 적어도 둘 이상을 조합한 새로운 실시예를 모두 포함한다.

1: 선박 2: 선박용 러더
3: 선미 10: 상부 러더
11 :리딩 에지 111: 제1 리딩 에지
112: 제2 리딩 에지 12: 트레일링 에지
20: 하부 러더 21: 리딩 에지
22: 트레일링 에지 23: 경사면
30: 러더 벌브 31: 중심축
32: 일정 부분 33: 나머지 부분
34: 홈 35: 벌브 연장부
36: 간극 40: 스케그
41: 리딩 에지 42: 트레일링 에지
50: 웨지 100: 프로펠러
110: 허브 120: 날개
130: 캡 131: 캡 연장부

Claims (8)

1. 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 후방에 마련되며, 선박의 추진 방향을 조절하는 러더에 있어서,
   선체 측에 마련되는 상부 러더;
   상기 상부 러더의 하부에 마련되는 하부 러더; 및
   상기 상부 러더와 상기 하부 러더 사이에 마련되는 러더 벌브를 포함하고,
   상기 러더 벌브는,
   전후 방향 단면적을 직교하는 두 선으로 사분할 때, 상부에서 좌현 또는 우현 중 일측 부분과 상부에서 타측 일부분과 하부에서 일측 일부분을 포함하는 일정 부분이, 나머지 부분 대비 적어도 부분적으로 곡률반경이 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 곡률반경은,
   전후 방향 단면에서 상기 러더 벌브의 중심축과 상기 러더 벌브의 표면까지의 거리인 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 일정 부분은,
   상기 전후 방향의 단면적에서 우현 상부 90도 부분, 좌현 상부 일부분, 우현 하부 일부분을 포함하는 180도 부분인 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 나머지 부분은,
   상기 중심축과 상기 표면까지의 거리가 일정한 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 일정 부분은,
   상기 중심축을 기준으로 상기 나머지 부분에 연결된 일측에서 상기 나머지 부분에 연결된 타측으로 갈수록 상기 곡률반경이 축소되었다가 증가하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 일정 부분에서 상기 나머지 부분과 맞닿는 부분은,
   상기 나머지 부분 대비 상기 곡률반경이 동일한 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 러더 벌브는,
   상기 프로펠러의 회전축과 나란하게 위치하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
8. 제 1 항 내지 제 7 항에 기재된 상기 선박용 러더를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
   
   
   
   
   
   

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