KR20180031418A - 선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박에 관한 것으로, 러더 본체의 전면에 가동 가능한 3개의 리딩 에지 부를 분할 구성하고, 선체의 회전방향에 따라 좌측 선회 시에는, 3개의 리딩 에지 부 중에서 좌측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시키며, 우측 선회 시에는, 3개의 리딩 에지 부 중에서 우측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시켜서 러더 본체에서의 유동 박리현상을 억제할 수 있다.

Description

선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박{RUDDER AND SHIP HAVING THE RUDDER}
본 발명은 선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 러더 본체의 전면에 가동(可動) 가능한 3개의 리딩 에지 부를 분할 구성하여서, 러더 본체에서의 유동 박리현상을 억제하고 안정적인 유동장을 형성시킴으로써, 러더의 성능저하를 방지할 수 있으며, 러더의 실질적 영역 증가를 구현하여 선박의 조타력을 향상시킬 수 있는 선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 선미에 설치된 추진 장치인 프로펠러(propeller)의 회전에 의하여 해상에서 추진력을 얻어 진행하게 되는 데, 이때 프로펠러는 선박 주위의 물을 뒤쪽으로 가속시켜 선박에 추진력을 부가함으로써 선박을 전진시키게 된다.
선박에는 선박의 진행 방향을 조정할 수 있도록 선미 중심선 상의 프로펠러 후방에 방향타인 러더(Rudder)가 회동 가능하게 설치된다.
러더는 타각을 조정함으로써, 프로펠러 후방의 유체의 흐름에 의해 받게 되는 양력의 수직 성분을 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하게 되는 것이다. 따라서 러더는 상대적으로 큰 양력을 발생시킴과 동시에 에너지 손실을 최소화하여 추진 효율을 향상시킨다.
도 1은 종래 선박용 러더를 도시한 측면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 러더(10)는 선미의 프로펠러(30) 후방에 방향 조정(타각)이 가능하도록 설치되며, 통상적으로 단면은 유체의 저항이 최소화되도록 유선형(Airfoil)으로 형성된다.
러더(10)는 프로펠러(30)의 회전축 상에 설치되기 때문에 프로펠러(30)가 일 방향으로 회전되는 특성상, 러더(10)의 양측의 유체 흐름이 동일하게 형성되지 못한다.
따라서 종래의 러더는 양력을 극대화하는 데에 한계가 있을 뿐 아니라, 이로 인해서 추진효율이 저하되는 문제점이 있었으며, 또한, 선박의 미세 조정이 용이하지 않고, 침로 안정성이 떨어지는 문제점이 있었다.
러더의 유선형은 베르누이 원리(Bernoulii Principle)에 의해서, 러더 아랫면과 윗면의 속도차이로 인해서 발생하는 압력차(Pressure difference)를 활용하여 양력(Lifting Force)을 발생시켜서 선박의 방향을 제어한다.
유선형의 원리를 활용하는 러더가 적절한 성능을 발휘하게 하기 위해서는, 러더의 아래 면과 윗면에 안정적인 유동장(Flow)을 형성하여야 하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 받음 각(Angle of Attack)이 커지거나, 자유류(Free Stream)의 속도가 낮아질 경우에는, 러더의 윗면에 적절한 유선(Streamline)이 형성되지 않는다.
유선이 형성되지 못하여 박리(Separation)가 발생할 경우, 러더의 위면, 아랫면의 속도와 압력 관계가 양력 발생에 적합하지 않은 상태가 된다. 이러한 상태가 지속 될 경우, 유선형의 기능을 완전히 상실하는 실속(Stall) 상태에 이르게 되고, 러더의 기능을 상실하게 된다.
한편, 도 3의 (a), (b)에 도시된 바와 같이, 실속(Stall)에 빠지기 쉬운 상태(고받음각, 저속)에서, 러더 아랫면의 유동 일부를 윗면으로 유도하여서 러더의 윗면의 유선이 박리 되지 않도록 러더에 슬랫(Slat) 또는 슬롯(Slot)을 형성하기도 한다. 그러나 이러한 종래의 러더는 선체의 좌측 선회 또는 우측 선회시 슬랫(Slat) 또는 슬롯(Slot)을 러더의 양쪽 모두에 적용하기 어려워서 어느 한쪽에만 적용하므로, 러더의 유동 박리현상을 방지하는 데에 한계가 있다.
국내 공개실용 제20-2010-0011037호 국내 공개특허 제10-2012-0140370호
본 발명은 러더 본체의 전면에 가동 가능한 3개의 리딩 에지 부를 분할 구성하고, 선체의 회전방향에 따라 좌측 선회 시에, 3개의 리딩 에지 부 중에서 좌측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시키며, 우측 선회 시에, 3개의 리딩 에지 부 중에서 우측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시켜서 러더 본체에서의 유동 박리현상을 억제함으로써, 러더의 성능저하 방지 및 선박의 조타력을 향상시킬 수 있는 선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박을 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박을 제공한다.
본 발명의 선박용 러더는 선미의 프로펠러 후방에 방향 조정을 위해 설치되는 유선형의 러더 본체; 상기 러더 본체의 전면 중앙에 전 후진 가능하게 설치되는 가동 메인 리딩 에지 부; 상기 가동 메인 리딩 에지 부를 가동시키는 메인 가동부; 상기 러더 본체의 전면 좌측에 전 후진 가능하게 설치되는 가동 레프트 리딩 에지 윙 부; 상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부를 가동시키는 레프트 가동부; 상기 러더 본체의 전면 우측에 전 후진 가능하게 설치되는 가동 라이트 리딩 에지 윙 부; 및 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부를 가동시키는 라이트 가동부를 포함한다.
상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부와 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부는, 상기 러더 본체와 상기 메인 가동부 사이에 위치한다.
상기 가동 메인 리딩 에지 부는 메인 조인트에 의해서 상기 러더 본체에 연결되고, 상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부는 레프트 조인트에 의해서 상기 러더 본체에 연결되며, 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부는 라이트 조인트에 의해서 상기 러더 본체에 연결된다.
상기 메인 가동부는 상기 러더 본체 안에 설치되고, 상기 메인 조인트를 전후방향으로 밀거나 당겨서 상기 가동 메인 리딩 에지 부를 작동시키며, 상기 레프트 가동부는 상기 러더 본체 안에 설치되고, 상기 레프트 조인트를 전후방향으로 밀거나 당겨서 상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부를 작동시키고, 상기 라이트 가동부는 상기 러더 본체 안에 설치되고, 상기 라이트 조인트를 전후방향으로 밀거나 당겨서 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부를 작동시킬 수 있다.
선체의 회전방향에 따라 좌측 선회 시, 상기 가동 메인 가동부와 상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부가 전진하며, 우측 선회 시, 상기 가동 메인 가동부와 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부가 전진하도록 구성되어, 유동 박리현상을 억제한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 러더 본체의 전면에 가동 가능한 3개의 리딩 에지 부를 분할 구성하여서, 러더의 저속/고받음각 상황에서, 선체의 회전방향에 따라 좌측 선회 시, 3개의 리딩 에지 부 중에서 좌측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시키며, 우측 선회 시, 3개의 리딩 에지 부 중에서 우측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시켜서 러더 본체에서의 유동 박리현상을 억제하고 안정적인 유동장을 형성시킴으로써, 러더의 성능저하를 방지할 수 있으며, 러더의 실질적 영역 증가를 구현하여 선박의 조타력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 선박용 러더를 도시한 측면도
도 2는 받음 각(Angle of Attack)이 커지거나, 자유류(Free Stream)의 속도가 낮아질 경우에, 러더 윗면에 생기는 와류 현상을 보인 도면
도 3의 (a), (b)는 러더 아랫면의 유동 일부를 윗면으로 유도하여 러더 윗면의 유선이 박리되지 않도록 하는 슬랫(Slat) 또는 슬롯(Slot)을 설명하는 도면
도 4는 본 발명의 선박용 러더를 도시한 평면도
도 5의 (a), (b)는 본 발명의 작동원리를 설명하는 평면도로 좌측 선회를 보인 도면
도 6의 (a), (b)는 본 발명의 작동원리를 설명하는 평면도로 우측 선회를 보인 도면
도 7은 가동 러더의 영역 증가를 설명하는 도면
본 발명의 선박용 러더는, 저속/고받음각 상황에서 러더 상부 후면에 발생하는 박리(Separation)를 감소시키고자, 러더 하부 유동 일부를 러더에 형성된 틈새를 통해서 상부로 유도하도록 한다.
유선형(Airfoil)의 원리를 적용하여서 선박의 조타력을 제공하는 러더(Rudder)에 Slotted Leading Edge 기술을 적용하는바, 좌우(또는 상, 하) 대칭형인 러더의 형상을 고려하여서 러더 본체의 전면에 가동 가능한 리딩 에지 부(Leading Edge)를 3개로 분할 구성하고, 분할된 3개의 리딩 에지 부는 러더의 작동방향에 상관없이 선회 방향에 따라 상이하게 움직여 Slotted Leading Edge의 역할을 할 수 있도록 한다.
본 발명에서는 슬릿을 러더의 좌우 양측에 형성하는 효과를 얻을 수 있어 저속/고받음각 상황에서 조타력을 향상할 수 있을 뿐만 아니라, 분할된 3개의 리딩 에지 부의 전진 작동에 의해서 통상적 운항 조건에서도 러더 작동시 실제 영역(Actual Area)을 증가시키는 효과를 기대할 수 있다.
즉, 본 발명의 선박용 러더는 러더 본체의 전면에 가동 가능한 3개의 리딩 에지 부로 분할 구성되고, 선체의 회전방향에 따라 좌측 선회 시에는, 상기 3개의 리딩 에지 부 중에서 좌측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시키며, 우측 선회 시에는, 상기 3개의 리딩 에지 부 중에서 우측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시켜서 유동 박리현상을 억제한다.
도 4는 본 발명의 선박용 러더를 도시한 평면도, 도 5의 (a), (b)는 본 발명의 작동원리를 설명하는 평면도로 좌측 선회를 보인 도면, 도 6의 (a), (b)는 본 발명의 작동원리를 설명하는 평면도로 우측 선회를 보인 도면, 및 도 7은 가동 러더의 영역 증가를 설명하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박에 대하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 명세서의 설명에서 러더의 좌우 측 또는 상하 측 방향은 러더를 보는 방향에 따라 표현을 달리한 것뿐 동일한 의미로 해석될 수 있다. 그리고 전후 방향이란 선체의 길이방향, 즉 X축 방향을 의미하며, X축과 직교하는 방향을 Y축 방향으로 정의한다.
도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선박용 러더(100)는 유선형의 러더 본체(110), 가동 메인 리딩 에지 부(120), 메인 가동부(130), 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140), 레프트 가동부(150), 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160), 및 라이트 가동부(170)를 포함한다.
유선형의 러더 본체(110)는 선미의 프로펠러 후방에 방향 조정을 위해 선회 가능하게 설치된다.
가동 메인 리딩 에지 부(120)는 러더 본체(110)의 전면 중앙에 전 후진 가능하게 설치된다.
메인 가동부(130)는 러더 본체(110) 안에 설치되며, 가동 메인 리딩 에지 부(120)를 가동시키는 역할을 한다.
가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)는 러더 본체(110)의 전면 좌측에 전 후진 가능하게 설치된다.
레프트 가동부(150)는 러더 본체(110) 안에 설치되며, 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)를 가동시키는 역할을 한다.
가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)는 러더 본체(110)의 전면 우측에 전 후진 가능하게 설치된다.
라이트 가동부(170)는 러더 본체(110) 안에 설치되며, 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)를 가동시키는 역할을 한다.
가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)와 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)는, 러더 본체(110)와 메인 가동부(130) 사이에 위치한다.
가동 메인 리딩 에지 부(120)는 메인 조인트(121)에 의해서 러더 본체(110)에 연결되고, 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)는 레프트 조인트(141)에 의해서 러더 본체(110)에 연결되며, 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)는 라이트 조인트(161)에 의해서 러더 본체(110)에 연결된다.
메인 가동부(130)는 메인 조인트(121)를 전후방향으로 밀거나 당겨서 가동 메인 리딩 에지 부(120)를 작동시키며, 레프트 가동부(150)는 레프트 조인트(141)를 전후방향으로 밀거나 당겨서 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)를 작동시키고, 라이트 가동부(170)는 라이트 조인트(161)를 전후방향으로 밀거나 당겨서 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)를 작동시키도록 구성된다.
가동 메인 리딩 에지 부(120)는 메인 가동부(130)에 의해서 전 후진 방향으로 이동하며, 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)는 레프트 가동부(150)에 의해서 전 후진 방향으로 이동하며, 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)는 라이트 가동부(170)에 의해서 전 후진 방향으로 이동한다.
메인 가동부(130), 레프트 가동부(150), 라이트 가동부(170)는 엑츄에이터로서, 한 예로 유압 실린더 등을 사용할 수 있다. 이러한 엑츄에이터는 조타 시스템상에서 전자동으로 제어하도록 구성될 수 있다.
선체의 회전 방향에 따라 좌측 선회 시, 가동 메인 가동부(130)와 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)가 전진하며, 우측 선회 시, 가동 메인 가동부(130)와 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)가 전진하도록 구성되어서, 유동 박리현상을 억제하도록 한다.
이와 같이 구성된 선박용 러더의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 선체의 좌측(STB) 선회를 위해서는, 가동 메인 리딩 에지 부(120) 및 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)는 전진하고, 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)는 러더 본체(110) 쪽으로 위치시킨다.
이때, 가동 메인 리딩 에지 부(120) 및 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)와 러더 본체 사이에 형성된 틈새(G)를 통해서, 러더 본체(110) 아랫면의 유동 일부가 윗면으로 유도되어 러더 본체(110) 윗면의 유선이 박리되지 않도록 한다.
반대로, 도 6에 도시된 바와 같이, 선체의 우측(PORT) 선회를 위해서는, 가동 메인 리딩 에지 부(120) 및 가동 라이트 리딩 에지 윙 부(160)는 전진하고, 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)는 러더 본체(110) 쪽으로 위치시킨다.
이때, 가동 메인 리딩 에지 부(120) 및 가동 레프트 리딩 에지 윙 부(140)와 러더 본체(110) 사이에 형성된 틈새(G)를 통해서, 러더 본체(110) 아랫면의 유동 일부가 윗면으로 유도되어 러더 본체(100) 윗면의 유선이 박리되지 않도록 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 리딩 에지 부(120,140,160)의 전진 작동에 의해서 D만큼 전진 위치하므로 통상적 운항 조건에서도 러더 작동시 실제 영역(Actual Area)을 증가시키는 효과를 기대할 수 있어 선박의 조타력을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 러더 본체의 전면에 3개의 리딩 에지 부를 분할 구성하여서, 러더의 저속/고받음각 상황에서, 선체의 회전방향에 따라 좌측 선회 시, 3개의 리딩 에지 부 중에서 좌측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시키며, 우측 선회 시, 3개의 리딩 에지 부 중에서 우측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시켜서 러더 본체에서의 유동 박리현상을 억제하고 안정적인 유동장을 형성시킴으로써, 러더의 성능저하를 방지할 수 있으며, 러더의 실질적 영역 증가를 구현하여 선박의 조타력을 향상시킬 수 있다.
100: 선박용 러더
110: 러더 본체
120: 가동 메인 리딩 에지 부
121: 메인 조인트
130: 메인 가동부
140: 가동 레프트 리딩 에지 윙 부
141: 레프트 조인트
150: 레프트 가동부
160: 가동 라이트 리딩 에지 윙 부
161: 라이트 조인트
170: 라이트 가동부

Claims (7)

  1. 선미의 프로펠러 후방에 방향 조정을 위해 설치되는 유선형의 러더 본체;
    상기 러더 본체의 전면 중앙에 전 후진 가능하게 설치되는 가동 메인 리딩 에지 부;
    상기 가동 메인 리딩 에지 부를 가동시키는 메인 가동부;
    상기 러더 본체의 전면 좌측에 전 후진 가능하게 설치되는 가동 레프트 리딩 에지 윙 부;
    상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부를 가동시키는 레프트 가동부;
    상기 러더 본체의 전면 우측에 전 후진 가능하게 설치되는 가동 라이트 리딩 에지 윙 부; 및
    상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부를 가동시키는 라이트 가동부를 포함하는 선박용 러더.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부와 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부는, 상기 러더 본체와 상기 메인 가동부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동 메인 리딩 에지 부는 메인 조인트에 의해서 상기 러더 본체에 연결되고, 상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부는 레프트 조인트에 의해서 상기 러더 본체에 연결되며, 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부는 라이트 조인트에 의해서 상기 러더 본체에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 메인 가동부는 상기 러더 본체 안에 설치되고, 상기 메인 조인트를 전후방향으로 밀거나 당겨서 상기 가동 메인 리딩 에지 부를 작동시키며,
    상기 레프트 가동부는 상기 러더 본체 안에 설치되고, 상기 레프트 조인트를 전후방향으로 밀거나 당겨서 상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부를 작동시키고,
    상기 라이트 가동부는 상기 러더 본체 안에 설치되고, 상기 라이트 조인트를 전후방향으로 밀거나 당겨서 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
  5. 청구항 4에 있어서,
    선체의 회전방향에 따라 좌측 선회 시, 상기 가동 메인 가동부와 상기 가동 레프트 리딩 에지 윙 부가 전진하며,
    우측 선회 시, 상기 가동 메인 가동부와 상기 가동 라이트 리딩 에지 윙 부가 전진하도록 구성되어, 러더의 유동 박리현상을 억제하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
  6. 러더 본체의 전면부를 가동 가능한 3개의 리딩 에지 부로 분할하고, 선체의 회전방향에 따라 좌측 선회 시, 상기 3개의 리딩 에지 부 중에서 좌측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시키며, 우측 선회 시, 상기 3개의 리딩 에지 부 중에서 우측의 리딩 에지 부와 중앙의 리딩 에지 부를 전진시켜서 상기 러더 본체에서의 유동 박리현상을 억제하는 것을 특징으로 하는 선박용 러더.
  7. 청구항 1 내지 6중에서 어느 하나의 항에 기재된 선박용 러더를 구비하는 선박.
KR1020160119998A 2016-09-20 2016-09-20 선박용 러더 및 그 선박용 러더를 구비하는 선박 KR102539434B1 (ko)

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