KR20190079282A - 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브에 관한 것으로서, 선박의 러더에 결합되는 러더 벌브에 있어서, 선박의 프로펠러 캡 단부와 동일 직경을 가지는 평탄면으로 형성되어 선박의 프로펠러 캡 단부와 대면하는 벌브 헤드와; 러더까지 원통형으로 직선 연장되는 벌브 몸체로; 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하여 러더 벌브에 집중되는 허브 볼텍스를 차단시켜 러더 벌브의 손상을 방지하고 러더 벌브의 제작이 쉬운 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브가 제공되는 이점이 있다.
본 발명에 의하여 러더 벌브에 집중되는 허브 볼텍스를 차단시켜 러더 벌브의 손상을 방지하고 러더 벌브의 제작이 쉬운 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브가 제공되는 이점이 있다.
Description
본 발명은 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브에 관한 것으로서, 러더 벌브의 형상을 변화시켜 프로펠러 후방의 회전류인 프로펠러 허브 볼텍스(hub vortex)를 저감시키는 러더 벌브에 관한 것이다.
일반적으로 선박은, 추진력을 발생시키는 추진기와, 추진기로부터 발생된 추진력을 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하는 러더(rudder, 방향타)를 포함한다.
이러한 러더는 물의 흐름에 따른 받음각을 가질 때 여기에 작용하는 양력의 수직 성분을 회두력으로 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하는 원리로 동작된다.
따라서 러더는 선체에 대해 회전 가능하게 설치되어 추진기의 프로펠러로부터 발생된 추진력의 작용방향을 변경하여 선박의 진행 방향을 조정하는 역할을 한다.
최근 선박이 대형화되고 고속화됨에 따라 프로펠러에서 발생하는 후류(slip stream)는 매우 높은 하류 방향 속도를 갖게 되었고 이러한 후류에 의해 직접적으로 영향을 받게 되는 러더는 양력이나 항력뿐만 아니라 캐비테이션(cavitation, 공동현상) 관점에서 많은 관심을 불러일으키고 있다.
일반적으로, 선박의 추진기는 주엔진에서 발생하는 동력의 약 70% 정도만 선박을 전진시키는 추진력으로 사용하며, 나머지 엔진의 동력은 프로펠러 마찰, 열 손실 및 프로펠러 후방의 회전류, 프로펠러 허브 볼텍스(hub vortex) 등으로 낭비된다.
이 중, 프로펠러 후방의 회전류와 허브 볼텍스는 동력의 약 5 ~ 7% 및 1 ~ 3%에 해당하며, 또한, 강한 허브 볼텍스는 허브 볼텍스 캐비테이션(hub vortex cavitation)을 생성하여 소음 및 진동, 러더의 침식과 부식과 같은 문제점을 야기 시키므로, 이와 같이 낭비되는 에너지의 회수와 캐비테이션에 의해 야기되는 문제점을 해결하기 위하여, 다양한 장치가 종래부터 개발되어 선박에 적용되어 왔다.
캐비테이션은, 프로펠러에 의해 발생되는 팁 볼텍스(tip vortex) 캐비테이션과 허브 볼텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 영향과, 입사류의 유속 증가 또는 입사각의 증가에 의해 러더에서 발생하는 러더 자체 캐비테이션의 영향 등으로 구분될 수 있으며, 캐비테이션에 의한 손상은 주로 프로펠러로부터 발생하는 팁 볼텍스(tip vortex) 캐비테이션에 의해 러더의 상부 손상, 허브 볼텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 러더의 중간 부분 손상, 특별한 경우 러더 자체 캐비테이션 등에 의한 러더의 하부 손상 및 소울(sole) 캐비테이션에 의한 하부 끝단 부분 손상으로 구분될 수 있다.
이와 같은 캐비테이션에 의한 영향을 최대한 줄여 선박의 조종 성능을 향상시키기 위한 일환으로 러더의 형상을 바꾸거나, 캐비테이션으로 발생하는 충격을 흡수하는 특수코팅을 러더의 표면에 입히기도 하며, 캐비테이션이 일어나는 공간을 최소화하기 위해 러더에 혹 모양의 러더 벌브(rudder bulb)를 결합시킨다.
도 4는 종래기술방식의 러더 벌브의 측면 구조도로서, 도 4에 도시된 바와 같이 허브 볼텍스 캐비테이션 C는 프로펠러의 회전에 의해 프로펠러 블레이드를 통과한 유체 흐름 A에 의해 형성되며, 유체 흐름 A가 프로펠러 허브(20)의 외주면을 따라 흐르다가 후방 중심에 집중되어 프로펠러 허브 후방 중심축을 따라 직선적으로 발사된다.
이와 같은 허브 볼텍스는 집중 직선 회전 흐름으로서 후방에 형성되는 러더(40) 또는 러더 벌브(30)에 악영향을 끼치게 되는 문제점이 있다.
또한, 종래기술방식에 의하면 허브 볼텍스 캐비테이션 C가 러더 벌브(30)에 집중됨에 따라 러더 벌브(30)의 교체 주기가 짧아지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 러더 벌브에 집중되는 허브 볼텍스를 차단시켜 러더 벌브의 손상을 방지하고 러더 벌브의 제작이 쉬운 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선박의 러더에 결합되는 러더 벌브에 있어서, 선박의 프로펠러 캡 단부와 동일 직경을 가지는 평탄면으로 형성되어 선박의 프로펠러 캡 단부와 대면하는 벌브 헤드와; 러더까지 원통형으로 직선 연장되는 벌브 몸체로; 구성되는 것을 특징으로 하는 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브를 기술적 요지로 한다.
여기서 상기 선박의 프로펠러 캡은 상기 벌브 몸체와 연속되는 원통 구조로 형성되고, 상기 벌브 헤드와 대면하는 프로펠러 캡 단부는 평탄면으로 형성되어, 상기 프로펠러 캡에서 러더 벌브까지 원통형 직선 표면을 형성시켜 프로펠러 캡에서 러더 벌브로 연속되는 유체 흐름에서 와류가 형성되는 것을 최소화시킨 것을 특징으로 하는 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브로 되는 것이 바람직하다.
상기한 본 발명에 의하여 러더 벌브에 집중되는 허브 볼텍스를 차단시켜 러더 벌브의 손상을 방지하고 러더 벌브의 제작이 쉬운 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브가 제공되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 측면 구조도
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예의 측면 구조도
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예의 측면 구조도
도 4는 종래기술방식의 측면 구조도
도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예의 측면 구조도
도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예의 측면 구조도
도 4는 종래기술방식의 측면 구조도
이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하의 도 1은 본 발명의 일실시예의 측면 구조도이며, 도 2는 본 발명의 또 다른 일실시예의 측면 구조도이며, 도 3은 본 발명의 또 다른 일실시예의 측면 구조도이며, 도 4는 종래기술방식의 측면 구조도이다.
도면에 도시된 바와 같이 본 발명은 선박의 러더 벌브(30)에 관한 것으로서, 크게 러더(40), 프로펠러 허브(20), 프로펠러 캡(10), 프로펠러 캡 단부(110), 벌브 헤드(310)와 벌브 몸체(300)로 된 러더 벌브(30)로 구성된다.
선박에는 선박의 진행 방향을 조정하는 러더(40)(rudder, 방향타)가 형성되는데, 러더(40)는 물의 흐름에 따른 받음각을 가질 때 여기에 작용하는 양력의 수직 성분을 회두력으로 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하는 원리로 동작된다.
따라서 러더(40)는 선체에 대해 회전 가능하게 설치되어 추진기의 프로펠러로부터 발생된 추진력의 작용방향을 변경하여 선박의 진행 방향을 조정하는 역할을 한다.
최근 선박이 대형화되고 고속화됨에 따라 프로펠러에서 발생하는 후류(slip stream)는 매우 높은 하류 방향 속도를 갖게 되었고 이러한 후류에 의해 직접적으로 영향을 받게 되는 러더는 양력이나 항력뿐만 아니라 캐비테이션(cavitation, 공동현상) 관점에서 많은 관심을 불러일으키고 있다.
러더(40)의 표면에서 발생하는 캐비테이션은 과도한 경우 타의 표면에 침식을 일으켜 유지 보수비용을 증가시키거나 심각한 수중 소음을 발생시킬 수 있으며, 선박에 항력을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.
캐비테이션은, 프로펠러에 의해 발생되는 팁 볼텍스(tip vortex) 캐비테이션과 허브 볼텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 영향과, 입사류의 유속 증가 또는 입사각의 증가에 의해 러더에서 발생하는 러더 자체 캐비테이션의 영향 등으로 구분될 수 있으며, 캐비테이션에 의한 손상은 주로 프로펠러로부터 발생하는 팁 볼텍스(tip vortex) 캐비테이션에 의해 러더의 상부 손상, 허브 볼텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 러더의 중간 부분 손상, 특별한 경우 러더 자체 캐비테이션 등에 의한 러더의 하부 손상 및 소울(sole) 캐비테이션에 의한 하부 끝 단 부분 손상으로 구분될 수 있다.
러더 벌브(30)(rudder bulb)는 이와 같은 러더(40)의 캐비테이션이 일어나는 공간을 최소화하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 러더(40)에 달아지는 것으로서, 본 발명의 러더 벌브(30)는 선박의 추진력을 발생시키는 프로펠러로부터 발생되는 팁 볼텍스 캐비테리션을 최소화시키기 위한 것이다.
이하의 본 발명 설명에 있어서 러더 벌브(30)를 벌브 헤드(310)와 벌브 몸체(300)로 구분하여 정의하고 설명하기로 한다.
본 발명의 벌브 헤드(310)는 선박의 프로펠러 캡 단부(110)와 대면하는 러더 벌브(30)의 단면부로서, 선박의 프로펠러 캡 단부(110)와 동일 직경을 가지는 평탄면으로 형성되는 특징을 가진다.
또한, 본 발명의 벌브 몸체(300)는 러더(40)까지 직선으로 연장되는 원통형으로 형성된다.
즉, 본 발명의 러더 벌브(30)는 원통형으로 평탄면 단부를 가지는 것으로 형성되어, 벌브 헤드(310)와 벌브 몸체(300)의 단면이 직사각형을 형성시키게 된다.
이와 같은 러더 벌브(30)의 구조에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이 반구형 또는 유선형으로 형성되는 종래의 러더 벌브(30)에 비하여 생산하기 매우 쉬운 이점이 있다.
한편, 본 발명의 러더 벌브(30)는 자체로 독립적인 사용으로 효과가 발생되기 보다는 대면하는 프로펠러 캡(10)과의 관계에서 더욱 효과가 발휘된다.
즉, 러더 벌브(30)에 대면하는 선박의 프로펠러 캡(10)을 도 1에 도시된 바와 같이 상기 벌브 몸체(300)와 연속되는 원통 구조로 형성시키고, 상기 벌브 헤드(310)와 대면하는 프로펠러 캡 단부는 벌브 헤드와 마찬가지로 평탄면으로 형성시켜, 상기 프로펠러 캡(10)에서 러더 벌브(30)까지 연속되는 직선 표면으로 유체 흐름 B가 발생되게 한다.
이에 의하면, 프로펠러 캡 몸체(100)를 따라 흐르는 유체 흐름 B는 프로펠러 캡 단부(110)에서도 흐름을 잃지않고 연속되어 러더 벌브(30)의 벌브 몸체(300)를 타고 흐르면서 러더(40)로 이어지게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이 허브 볼텍스 캐비테이션 C는 프로펠러의 회전에 의해 프로펠러 블레이드를 통과한 유체 흐름 A에 의해 형성되며, 유체 흐름 A가 프로펠러 허브(20)의 외주면을 따라 흐르다가 프로펠러 허브(20)의 후방 중심에서 집중되어 프로펠러 허브(20) 후방으로 직선적으로 발사되는 것으로 나타난다.
상기 프로펠러 허브(20)를 보호하기 위하여 후단에 프로펠러 캡(10)이 결합되므로 실제 허브 볼텍스 캐비테이션 C는 상기 프로펠러 캡 단부(110) 중심축선을 따라 회전류를 발생시킨다.
이와 같은 허브 볼텍스는 집중 직선 회전 흐름으로서 후방에 형성되는 러더(40) 또는 러더 벌브(30)에 악영향을 끼치게 되는데, 본 발명에 의하면 도 2에 도시된 바와 같이 프로펠러 캡 단부(110)와 벌브 헤드(310)가 평탄면으로 서로 밀접 배치시킬 수록, 프로펠러 허브(20)의 외주면을 따라 흐르는 유체 흐름 B는 프로펠러 캡 단부(110)와 벌브 헤드(310) 사이 공간으로 침투하지 못하고 벌브 몸체(300)로 안내되어 러더(40) 측으로 흐르게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 프로펠러 허브(20)와 프로펠러 캡(10) 외주면을 따라 흐르는 유체 흐름 B가 허브 볼텍스 C로 변화되는 과정없이 러더 벌브 몸체(300)를 따라 흐르면서 러더(40)로 안내된다.
즉, 본 발명에 의하면, 프로펠러 회전시 허브 볼텍스 캐비테이션 C의 형성을 차단시키면서, 반구형 또는 유선형으로 제작되는 종래기술방식과 달리 벌브 몸체가 원통형으로 형성되고 벌브 헤드(310)가 평탄 단면으로 형성되므로 제작이 간단하고 쉬운 이점이 있다.
한편, 본 발명은 상기 프로펠러 캡과 유체 연속성을 형성시키기 위한 것이므로, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 프로펠러 캡 단부(110)와 근접하는 벌브 헤드(310)의 형상만 원통형 평탄면으로 형성되어도 허브 볼텍스 캐비테이션이 저감된다.
이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.
따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : 프로펠러 캡 20 : 프로펠러 허브
30 : 러더 벌브 40 : 러더
100 : 프로펠러 캡 몸체 110 : 프로펠러 캡 단부
310 : 벌브 헤드 300 : 벌브 몸체
30 : 러더 벌브 40 : 러더
100 : 프로펠러 캡 몸체 110 : 프로펠러 캡 단부
310 : 벌브 헤드 300 : 벌브 몸체
Claims (2)
- 선박의 러더에 결합되는 러더 벌브에 있어서,
선박의 프로펠러 캡 단부와 동일 직경을 가지는 평탄면으로 형성되어 상기 선박의 프로펠러 캡 단부와 대면하는 벌브 헤드와;
선박의 러더까지 원통형으로 직선 연장되는 벌브 몸체로;
구성되는 것을 특징으로 하는 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브. - 제1항에 있어서
상기 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브는
상기 벌브 몸체와 연속되는 원통 구조로 형성되고, 상기 벌브 헤드와 대면하는 단부는 평탄면으로 형성된 프로펠러 캡에 대면하여 결합되어
상기 프로펠러 캡에서 러더 벌브까지 원통형 직선 표면을 형성시켜 프로펠러 캡에서 러더 벌브로 연속되는 유체 흐름에서 와류가 형성되는 것을 최소화시킨 것을 특징으로 하는 허브 볼텍스 캐비테이션 저감형 러더 벌브.
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