KR20170112880A - 선박용 키 - Google Patents

Abstract

선박(1)에 고정되어 하방으로 연장되는 러더 혼(12), 러더 혼(12)의 후방에 장착되어 키 축(15)을 중심으로 소정의 타각 범위(예를 들면, ±35°)에서 조타 가능한 방향키(14), 러더 혼(12)에 장착되어 선박(1)의 폭방향 양측으로 간격을 두고 위치하며, 연직 방향으로 연장되는 적어도 한 쌍의 핀(16)을 구비한다. 핀(16)은 바람직하게는 날개형이며, 진행 방향 성분을 가지는 양력(F)를 발생시키며, 타각 범위에서 방향키(14)에서의 흐름의 박리를 억제한다.

Description

선박용 키{RUDDER FOR SHIP}

본 발명은 선박의 프로펠러 바로 뒤에 마련된 선박용 키에 관한 것이다.

선박의 대부분이 수중에 키(이하, 「선박용 키」)를 가지며, 키에 의해 수류의 흐름을 바꾸어 진행 방향을 변경하거나 조절한다. 선박용 키는 대형선에서는 선체 후부의 배 바닥 부근에 장착되며, 선체 중심축에 대한 각도를 좌우로 바꿀 수 있다. 프로펠러를 가지는 선박에서는 키의 대부분이 프로펠러 바로 뒤에 위치하며, 전진 회전중의 프로펠러가 만들어 내는 강한 수류의 방향을 오른쪽 방향 또는 왼쪽 방향으로 바꿈으로써 선체의 방향을 변경한다.

상술한 선박용 키의 성능을 높이기 위해 이미 여러 가지가 제안되었다(예를 들면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2).

특허문헌 1의 「플랩(flap) 장착 키」에서는, 수면 상방에 상단부의 일부가 노출되는 가동 플랩을 키판의 뒤쪽 가장자리에 부설한다. 이 플랩은 연직 방향으로 틈을 두고 상하 방향으로 복수로 분할되어 있다.

특허문헌 2의 「선박용 키 장치」에서는, 선체에 키판을 회동 가능하게 지지하는 러더 혼(rudder horn)의 양측에 핀(fin)을 마련하고, 이 핀을 전진 날개로 함과 함께, 종래에 비해 날개 두께를 두껍게 만든다. 이에 따라, 프로펠러면에서의 흐름을 늦추어, 프로펠러면 유동장의 개선에 따른 반류(伴流)율 및 추진기 효율비의 개선을 도모하고 있다.

일본 특허 공개 평6-48373호 공보 일본 특허 공개 제2006-123849호 공보

선박용 키는, 키 면적을 크게 하면 키 수직 압력(normal pressure of rudder)이 증대되어 조종성은 좋아지나 추진 성능이 악화된다. 그 때문에, 키 면적을 크게 하지 않고 키 수직 압력을 증대시키는 것이 종래부터 요구되고 있다.

본 발명은 이러한 요구를 만족시키 위해 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은, 키 면적을 크게 하지 않고 키 수직 압력을 증대시키면서, 선박의 추진 성능을 개선할 수 있는 선박용 키를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 선박의 프로펠러 후방에 마련된 선박용 키로서,

상기 선박에 고정되어 하방으로 연장되는 러더 혼;

상기 러더 혼의 후방에 장착되며 키 축을 중심으로 소정의 타각 범위에서 조타 가능한 방향키; 및

상기 러더 혼에 장착되며 상기 선박의 폭방향 양측에 간격을 두고 위치하고, 연직 방향으로 연장되는 적어도 한 쌍의 핀;을 구비하고,

상기 핀이 상기 선박의 진행 방향 성분을 가지는 양력을 발생시키고, 상기 타각 범위에서 상기 방향키에서의 흐름의 박리를 억제하는 선박용 키가 제공된다.

상기 핀을 상기 러더 혼에 장착하는 스테이(stay)를 갖는다.

상기 핀의 단면 형상은 날개형이며,

진행 방향으로 상기 양력을 발생시키는 캠버 또는 영각을 갖는다.

상기 핀이 상기 키 축의 근방 또는 상기 키 축보다 전방에 위치한다.

상기 핀이 상기 방향키의 상기 타각 범위의 외측에 위치한다.

프로펠러의 축선상의 키 코드 길이에 대하여,

핀 코드 길이는 상기 키 코드 길이의 5 내지 30%의 범위이며,

상기 핀의 상기 러더 혼 외면으로부터의 간격이 상기 키 코드 길이의 3 내지 15%의 범위이다.

상기 핀의 프로펠러 축선으로부터의 높이가 적어도 프로펠러 지름의 30 내지 60%의 범위를 포함한다.

상기 핀이 상기 러더 혼의 전체 높이에 걸쳐 마련되어 있다.

상기 스테이의 단면 형상이 날개형이며, 상기 진행 방향 성분을 가지는 양력을 발생시킨다.

상기 본 발명의 구성에 의하면, 러더 혼에 핀을 장착함으로써 프로펠러 후방의 배제 두께 영향이 커지고, 프로펠러 전후의 흐름(반류(伴流))이 핀이 없는 경우보다 느려져, 유효 반류가 개선되어 프로펠러 효율이 향상된다.

또한, 프로펠러의 회전류 중에 있는 핀이 진행 방향 성분을 가지는 양력을 발생시키므로, 키의 항력를 저감시켜 양항비를 개선할 수 있다.

또한, 핀이 타각 범위에서 방향키에서의 흐름의 박리를 억제하므로, 키를 크게 꺾었을 때 박리를 억제할 수 있어, 종래의 키보다 키 수직 압력을 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 키 면적을 크게 하지 않고 키 수직 압력을 증대시키며, 선박의 추진 성능을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 선박용 키의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 (B)의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명에 의한 선박용 키의 실시예 1을 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예 1의 방향키의 조타력 계측 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 선박용 키의 실시예 2를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1 및 실시예 2의 선박용 키의 추진 성능 시험의 결과를 나타내는 도면이다.

본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.

도 1은, 본 발명에 의한 선박용 키(10)의 전체 구성도이다. 이 도면에서, 도 1의 (A)는 측면도이며, 도 1의 (B)는 도 1의 (A)의 화살표 B-B를 따라서 본 도면이다.

본 발명의 선박용 키(10)는 선박(1)의 프로펠러(2)의 후방에 마련된 키이다.

도 1에서, 본 발명의 선박용 키(10)는 러더 혼(rudder horn)(12), 방향키(14) 및 적어도 한 쌍의 핀(fin)(16)을 구비한다.

러더 혼(12)은 선박(1)의 후부에 고정되어 하방으로 연장된다.

도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이, 러더 혼(12)의 수평 단면은 상류측이 유선형으로 형성되어 흐름에 대한 저항을 저감시키게 되어 있다. 또한, 그 하류측은 상류측으로 오목한 원호상의 오목면으로 형성되며, 그 오목면에 방향키(14)의 상류측이 위치한다.

또한, 도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이, 러더 혼(12)은 그 하단에 하류측으로 돌출된 수평 지지부(12a)를 갖는다.

방향키(14)는 러더 혼(12)의 후방에 장착되며 키 축(15)를 중심으로 요동 가능하게 구성되어 있다. 키 축(15)은, 이 예에서 러더 혼(12)의 수평 지지부(12a)에 마련된 연직축이다.

이 예에서, 러더 혼(12)과 방향키(14)는 전체적으로 직사각형이며, 그 상부 상류측에 러더 혼(12)이 위치하고, 그 후방에 키 축(15)을 개재하여 방향키(14)가 키 축(15)을 중심으로 소정의 타각 범위에서 조타 가능하게 구성되어 있다. 소정의 타각 범위는, 예를 들면 ±35°이다.

수평 지지부(12a)보다 상방에서, 방향키(14)의 전방 가장자리의 수평 단면(도 1의 (B)의 전방 가장자리)은, 러더 혼(12)의 하류측의 오목면 내에 수용된 원호면이다. 또한, 수평 지지부(12a)보다 상방에서, 방향키(14)는 도 1의 (B)와 같이 러더 혼(12)과 함께 좌우 대칭의 날개 형상으로 되어 있다.

또한, 수평 지지부(12a)보다 하방에서, 방향키(14)는 방향키(14)만으로 일체로 좌우 대칭의 날개 형상으로 되어 있다.

한편, 러더 혼(12) 또는 방향키(14)의 구성은 상술한 예에 한정되지 않으며, 그 외의 구성이어도 무방하다.

적어도 한 쌍의 핀(16)은 러더 혼(12)에 장착되고, 선박(1)의 폭 방향 양측으로 간격을 두고 위치하며 연직 방향으로 연장된다. 또한, 핀(16)은 한 쌍에 한정되지 않으며 그 이상이어도 무방하다. 또한, 연직 방향이란, 엄밀한 의미의 연직에 한정되지 않으며, 연직에 대해 경사져도 무방하다. 이 경사 각도는 전후 방향 또는 폭 방향으로, 예를 들면 5~15°일 수 있다.

도 1에서, 본 발명의 선박용 키(10)는 핀(16)을 러더 혼(12)에 장착하는 스테이(18)을 더 갖는다. 즉, 핀(16)은 스테이(18)를 통하여 러더 혼(12)에 장착되어 있다.

　스테이(18)는 핀(16)의 길이 방향(도 1의 (A)에서 상하 방향)으로 간격을 두고 복수(적어도 2 이상) 마련하여, 핀(16)의 진동을 방지하도록 되어 있다.

이하, 설명의 편의상, 도 1에서 프로펠러(2)의 축선과 키 축(15)의 교점을 원점(O)으로 하고, 진행 방향을 X축, 폭 방향 좌향을 Y축, 연직 상향을 Z축으로 한다.

또한, 프로펠러(2)의 직경을 프로펠러 지름(Dp), 프로펠러(2)의 축선상에서 방향키(14)의 진행 방향 길이를 키 코드 길이(CR), 핀(16)의 전방 가장자리로부터 후방 가장자리까지의 길이를 핀 코드 길이(CF)로 한다.

도 1에서, 한 쌍의 핀(16)은 Z축을 따라, Z좌표가 Zmin부터 Zmax의 범위에서 연직 방향으로 연장된다.

또한, 각 핀(16)은 후방 가장자리의 X좌표가 Xf, Y좌표가 Yf로 위치 결정되고, 핀(16)의 외향 회전 각도가 영각(α)으로 설정되어 있다.

도 2는, 도 1의 (B)의 부분 확대도이다. 이 도면에서, 도 2의 (A)는 방향키(14)가 최대의 타각(이 예에서는 35°)의 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 2의 (B)는 도 2의 (A)를 더욱 확대한 도면이다.

도 1 및 도 2에서, 핀(16)은 진행 방향 성분을 가지는 양력(F)을 발생시키며, 소정의 타각 범위(예를 들면, ±35°의 범위)에서 방향키(14)에서의 흐름의 박리를 억제하도록 설정되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

<실시예 1>

도 3은, 본 발명에 의한 선박용 키(10)의 실시예 1을 나타내는 도면이다. 이 도면에서, 도 3의 (A)는 측면도이고, 도 3의 (B)는 도 3의 (A)의 화살표 B-B를 따라서 본 도면이다.

이 실시예에서, 한 쌍의 핀(16)은 Z축을 따라, 러더 혼(12)의 전체 높이에 걸쳐 연직 방향으로 연장된다. 즉, 한 쌍의 핀(16)은 러더 혼(12)의 최하단(Zmin≒0.4×Dp)으로부터 러더 혼(12)의 최상단(Zmax≒1.1×Dp)의 범위에서 연직 방향으로 연장된다.

또한, 각 핀(16)은 후방 가장자리의 X좌표 Xf가 0이고, Y좌표 Yf가 0.15×CR이 되도록 위치 결정되어 있다. 핀(16)의 외향 회전 각도(영각) α가 5°로 설정되어 있다.

이 실시예에서, 핀(16)의 단면 형상(수평면에 의한 단면 형상)은 날개형이다. 이 날개형은, 폭방향 외향으로 캠버(camber)를 가지며, 폭 방향 외향으로 부풀어 오른 형상을 갖는다.

또한, 이 예에서, 핀(16)은 방향키(14)의 요동 범위(프로펠러(2)의 축선으로부터 ±35°)의 외측에 위치한다.

도 4는, 실시예 1의 방향키(14)의 조타력 계측 시험의 결과를 나타내는 도면이다.

이 도면은, 타각을 ±30°의 범위에서 변화시켰을 때의 키 수직 압력 계수를 나타내고 있다.

한편, 「키 수직 압력 계수」란, 타각에 대한 키 수직 압력의 기울기이며, 키의 효능을 나타내고 있다.

이 도면으로부터, 실시예 1의 방향키(14)의 키 수직 압력 계수는, 핀(16)이 없는 키(이하, 「핀 없는 키」라고 함)에 대해 3% 증가하였으며, 키의 효능이 향상된 것을 알 수 있다.

<실시예 2>

도 5는, 본 발명에 의한 선박용 키(10)의 실시예 2를 나타내는 도면이다. 이 도면에서, 도 5의 (A)는 측면도이고, 도 5의 (B)는 도 5의 (A)의 화살표 B-B를 따라서 본 도면이다.

이 실시예에서, 한 쌍의 핀(16)은 Z축을 따라, Z좌표가 Zmin=0.3×Dp로부터 Zmax=0.6×Dp의 범위에서 연직 방향으로 연장된다.

또한, 각 핀(16)은 후방 가장자리의 X좌표가 Xf=0.20×CR, Y좌표가 Yf=0.15×CR이 되도록 위치 결정되어 있다. 핀(16)의 외향 회전 각도(영각) α는 0으로 설정되어 있다.

이 예에서, 핀(16)의 단면 형상은 날개형이다. 이 날개형은 폭 방향 내향으로 캠버를 가지며, 폭 방향 내향으로 부풀어 오른 형상을 갖는다.

도 6은, 실시예 1 및 실시예 2의 선박용 키(10)의 추진 성능 시험의 결과를 나타내는 도면이다.

이 도면은 핀(16)이 없는 키(「핀 없는 키」)를 100으로 한 경우에 대한 실시예 1 및 실시예 2의 필요 마력을 나타내고 있다.

이 도면으로부터, 핀 없는 키와 비교하여, 마력 저감율이 실시예 1에서 0.7%이고 실시예 2에서 0.5%로, 필요 마력이 저감된 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 핀(16)의 단면 형상은 바람직하게는 날개형이며, 진행 방향 성분을 가지는 양력(F)을 발생시키는 캠버 또는 영각(α)을 갖는다.

또한, 핀(16)은 키 축(15)의 근방 또는 키 축(15)보다 전방(상류측)에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 핀(16)은 방향키(14)의 소정의 타각 범위의 외측에 위치하는 것이 바람직하다.

한편, 선박용 키(10)는, 선박(1)의 프로펠러 후방에 위치하기 때문에, 선박용 키(10)에 유입되는 흐름은 복잡한 회전류 또는 크로스류가 된다.

그 때문에, 좌우의 핀(16)은 동일하지 않고 달라도 무방하다. 즉, 적어도 한 쌍의 핀(16)은 날개형이 아닐 수 있으며 캠버의 방향이 다를 수도 있고, 비대칭일 수도 있으며, 높이 방향으로 동일 형상이 아닐 수도 있다.

또한, 상술한 실시예로부터, 핀 코드 길이(CF)는 키 코드 길이(CR)의 10%에서 성능 향상이 확인되고 있다. 핀 코드 길이(CF)는 키 코드 길이(CR)의 5 내지 30%의 범위에서 동등 이상의 효과를 예측할 수 있다.

또한, 폭 방향 중심(도 5의 X축과 Z축을 포함하는 평면)으로부터의 핀(16)의 거리는 키 코드 길이(CR)의 15%에서 성능 향상이 확인되고 있다. 이 경우, 핀(16)(핀(16)의 X축쪽을 향하는 내면)과 러더 혼(12)의 외면의 간격은 키 코드 길이(CR)의 약 4%이다. 그러나, 핀(16)과 러더 혼(12)의 외면의 간격은 키 코드 길이(CR)의 3 내지 15%의 범위에서도 동등 이상의 효과를 예측할 수 있다.

또한, 프로펠러(2)의 축선으로부터의 핀(16)의 높이는, 프로펠러 지름(Dp)의 적어도 30 내지 60%의 범위를 포함하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 핀(16)은 적어도 프로펠러(2)의 축선으로부터의 높이가 30 내지 60%가 되는 범위 전체에 걸쳐 높이 방향으로 연장되어 있다. 또한, 핀(16)은 러더 혼(12)의 전체 높이에 걸쳐 마련되는 것이 바람직하다. 한편, 방향키(14)의 타각 범위의 외측에 위치하는 한, 핀(16)을 러더 혼(12)의 하방까지 마련해도 무방하다.

또한, 스테이(18)의 단면 형상(연직면에 의한 단면 형상)은 바람직하게는 날개형이며, 핀(16)과 마찬가지로 진행 방향 성분을 가지는 양력(F)를 발생시키는 것이 바람직하다.

상술한 본 발명의 구성에 의하면, 러더 혼(12)에 핀(16)을 장착함으로써, 프로펠러 후방의 배제 두께 영향이 커져, 프로펠러 전후의 흐름(반류)이 핀(16)이 없는 경우보다 느려져, 유효 반류가 개선되어 프로펠러 효율이 향상된다.

또한, 프로펠러(2)의 회전류 중에 있는 핀(16)이 진행 방향 성분을 가지는 양력(F)를 발생시키므로, 키의 항력을 저감시켜 양항비를 개선할 수 있다.

또한, 핀(16)이 타각 범위에서 방향키(14)에서의 흐름의 박리를 억제하므로, 키를 크게 꺾었을 때 박리를 억제할 수 있어, 종래의 키보다 키 수직 압력을 증가시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해, 키 면적을 크게 하지 않고 키 수직 압력을 증대시키면서 선박(1)의 추진 성능을 개선할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시의 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 가할 수 있음은 물론이다.

CR: 키 코드 길이 CF:　핀 코드 길이
Dp: 프로펠러 지름 F: 양력
O: 원점 α: 영각
1: 선박 2: 프로펠러
10: 선박용 키 12: 러더 혼
12a: 수평 지지부 14: 방향키
15: 키 축 16: 핀
18: 스테이

Claims (9)

1. 선박의 프로펠러 후방에 마련된 선박용 키로서,
   상기 선박에 고정되어 하방으로 연장되는 러더 혼;
   상기 러더 혼의 후방에 장착되며 키 축을 중심으로 소정의 타각 범위에서 조타 가능한 방향키; 및
   상기 러더 혼에 장착되며 상기 선박의 폭방향 양측에 간격을 두고 위치하고, 연직 방향으로 연장되는 적어도 한 쌍의 핀;을 구비하고,
   상기 핀이 상기 선박의 진행 방향 성분을 가지는 양력을 발생시키고, 상기 타각 범위에서 상기 방향키에서의 흐름의 박리를 억제하는 선박용 키.
2. 제1항에 있어서,
   상기 핀을 상기 러더 혼에 장착하는 스테이를 가지는 선박용 키.
3. 제1항에 있어서,
   상기 핀의 단면 형상은 날개형이며,
   진행 방향으로 상기 양력을 발생시키는 캠버 또는 영각을 가지는 선박용 키.
4. 제1항에 있어서,
   상기 핀이 상기 키 축의 근방 또는 상기 키 축보다 전방에 위치하는 선박용 키.
5. 제1항에 있어서,　
   상기 핀이 상기 방향키의 상기 타각 범위의 외측에 위치하는 선박용 키.
6. 제1항에 있어서,
   프로펠러의 축선상의 키 코드 길이에 대하여,
   핀 코드 길이는 상기 키 코드 길이의 5 내지 30%의 범위이며,
   상기 핀의 상기 러더 혼 외면으로부터의 간격이 상기 키 코드 길이의 3 내지 15%의 범위인 선박용 키.
7. 제1항에 있어서,
   상기 핀의 프로펠러 축선으로부터의 높이가 적어도 프로펠러 지름의 30 내지 60%의 범위를 포함하는 선박용 키.
8. 제1항에 있어서,
   상기 핀이 상기 러더 혼의 전체 높이에 걸쳐 마련되어 있는 선박용 키.
9. 제2항에 있어서,
   상기 스테이의 단면 형상이 날개형이며, 상기 진행 방향 성분을 가지는 양력을 발생시키는 선박용 키.

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