KR20200000045A - 선박용 덕트 구조체 - Google Patents

선박용 덕트 구조체 Download PDF

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KR20200000045A
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이승호
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필드지 주식회사
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose
    • B63H5/15—Nozzles, e.g. Kort-type

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Abstract

본 발명은 선박용 덕트 구조체에 관한 것으로서, 고속에서도 경계층에 의한 저항의 증가가 크지 않다는 장점을 가져서, 10노트 이하의 속도에서 추력이 우수할 뿐 아니라, 10노트를 넘는 고속에서도 덕트 형상에 의한 저항증가의 양보다 추력 발생이 크게 될 수 있게 함으로서 저속과 고속 모두 적용가능한 선박용 덕트 구조체에 관한 것이다.

Description

선박용 덕트 구조체{DUCT FOR SHIP}
본 발명은 선박용 덕트 구조체에 관한 것으로서, 고속에서도 경계층에 의한 저항의 증가가 크지 않다는 장점을 가져서, 10 노트 이하의 속도에서 추력이 우수할 뿐 아니라, 10 노트를 넘는 고속에서도 덕트 형상에 의한 저항증가의 양보다 추력 발생이 크게 될 수 있게 함으로서 저속과 고속 모두 적용가능한 선박용 덕트 구조체에 관한 것이다.
선박용 추진장치는 선체 내부에 설치된 엔진과 프로펠러 축(shaft)으로 연결되어 회전하면서 엔진이 주는 동력을 사용하여 선박의 선속을 발생시키는 것이다. 프로펠러의 추진효율 향상은 에너지 저감(energy saving) 및 선박의 운항비 절감 측면에서 매우 중요한 사항이다.
도 1 과 같이 종래의 프로펠러(4)는 소정의 허브(3)를 통해 소정의 구동축에 연결되어 선박(1)에 대해 추력을 발생시킨다. 이와 같이 종래의 프로펠러(4)만을 선박(1)에 설치하는 경우에는 유체역학적으로 선박용 프로펠러의 날개 끝(blade tip)에서 유동이 휘어 감기는 과정(flow roll up)에 의하여 날개 끝에 강한 보오텍스 유동(vortex flow)이 발생하며 이로 인하여 에너지 손실(energy loss)이 유발될 수 있다.
도 2 에서는 추진장치로서 프로펠러만 사용하는 기술을 보다 개선한 소정의 덕트 구조물을 더 갖는 프로펠러가 개시된다. 도 2 에서 보는 종래의 덕트 구조물을 갖는 프로펠러(duct propeller)의 경우 덕트(7)는 선체에 고정되며 프로펠러(4)는 덕트로 싸여진 내부공간에서 회전하면서 추진력을 발생시킨다.
이러한 덕트 구조물을 갖는 프로펠러에서 덕트 구조물의 단면형상은 도 3 에 도시한 바와 같이 Marin Nozzle 19a(Krpt Nozzle)를 기본으로 하고 있다. 이와 같이 덕트 구조물을 갖는 프로펠러는 10노트 이하의 저속에서는 프로펠러만 사용하는 추진장치와 대비할 때 더 높은 추력이 발생하게 되는데 반해, 그 이상의 속도에서는 오히려 덕트 구조물로 인하여 발생하는 저항이 크게 증가하게 되어 고속에서는 사용하지 못하고 있는 실정이다.
이에 따라서 덕트 구조물을 갖는 프로펠러는 저속운행에 적합한 터그보트(tugboat)나 어선에서 주로 사용되고 있다.
공개특허 제170730호
본 발명은 위 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 덕트 구조물의 단면의 기울기를 기존의 Marine Nozzle 19a(Krpt Nozzle) 단면보다 완만한 구성을 갖도록 함으로써, 고속에서도 경계층에 의한 저항의 증가가 크지 않다는 장점을 가져서, 10 노트 이하의 속도에서 추력이 우수할 뿐 아니라, 10 노트를 넘는 고속에서도 덕트 구조물의 형상에 의한 저항증가의 양보다 추력 발생이 크게 될 수 있게 함으로서 저속과 고속 모두 적용가능한 선박용 덕트 구조체를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 덕트 구조체는, 소정의 구동축을 통해 선박에 연결되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 외주 측에 배치되는 선박용 덕트 구조체로서, 상기 선박용 덕트 구조체의 단면은 익형 단면을 갖되, 상기 단면은, 선박용 덕트 구조체의 내주면의 후방부를 구성하고 소정의 길이의 직선 구간으로 구성되는 제1 내주 라인; 선박용 덕트 구조체의 내주면의 전방부를 구성하고 후단부가 상기 제1 내주 라인과 연결되며 상기 제1 내주 라인과 소정의 사이각을 갖되 전방으로 갈수록 사이각이 커지도록 외경 방향 외측으로 만곡되는 곡선 구간으로 구성되는 제2 내주 라인; 선박용 덕트 구조체의 외주면을 구성하고 소정의 길이의 직선 구간으로 구성되는 외주 라인; 및 상기 외주 라인의 전단부와 상기 제2 내주 라인의 전단부를 연결하는 헤드 라인; 을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2 내주 라인의 최 전단과 최 후단을 이은 가상의 직선과 상기 제1 내주 라인이 형성하는 기준각 α 의 크기는 7 내지 17 의 범위를 갖는다.
바람직하게는, 상기 외주 라인과 상기 제1 내주 라인이 형성하는 각도 β는 4° 내지 8° 의 범위를 갖는다.
바람직하게는, 선박용 덕트 구조체의 수평 방향 길이(L)와 상기 제1 내주 라인의 길이(M)의 비는, 0.3 < M/L < 0.7 의 범위를 갖는다.
바람직하게는, 상기 제1 내주 라인과 상기 구동축의 중심축이 형성하는 사이각은, 0° ~ 1°의 범위를 갖는다.
본 발명에 따른 선박용 덕트 구조체는, 기존의 Marine Nozzle 19a(Krpt Nozzle) 의 단면형상보다 외주면의 형상이 완만한 기울기를 가지도록 구성되어 있게 된다. 따라서, 고속에서도 경계층에 의한 저항의 증가가 크지 않다는 장점을 가져서, 10노트 이하의 속도에서 추력이 우수할 뿐 아니라, 10노트를 넘는 고속에서도 덕트 형상에 의한 저항증가의 양보다 추력 발생이 크게 될 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 덕트 구조체는, 제1 내주 라인은 구동축과 평행하거나, 또는 구동축과 X 이하의 사이각을 가져서, 그 내경이 거의 일정하게 유지되는 형상을 가져서, 출구측의 내경이 일정하게 유지되어 압력장이 낮게 형성되지 않으면서도 추력 감소를 방지할 수 있게 된다.
도 1 은 프로펠러 단독으로 작용하는 종래의 선박 추진장치를 나타내는 도면이다.
도 2 는 종래의 덕트 프로펠러 추진장치를 나타내는 도면이다.
도 3 은 도 2의 추진장치에서 덕트의 단면형상을 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 덕트 구조체를 구비한 선박 추진장치를 나타낸 도면이다.
도 5 는 도 4에서 선박용 덕트 구조체만을 도시한 도면이다.
도 6 은 도 5의 선박용 덕트 구조체의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 7 은 선박용 덕트 구조체의 단면의 상세 형상을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여설명한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 덕트 구조체(100)를 구비한 선박 추진장치를 나타낸 도면이고, 도 5 는 도 4 에서 선박용 덕트 구조체(100)만을 도시한 도면이며, 도 6 은 도 5 의 선박용 덕트 구조체(100)의 단면을 나타낸 단면도이고, 도 7 은 선박용 덕트 구조체(100)의 단면의 상세 형상을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 덕트 구조체(100)는, 소정의 구동축을 통해 선박에 연결되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 외주 측에 배치되는 선박용 덕트 구조체(100)이다.
상기 프로펠러(10)는 통상적으로 선박용 추진장치에 널리 사용되는 것으로서 선박의 후미, 즉 선미에 배치되는 구동축에 회전가능하게 결합되어 구동축의 회전에 따라서 함께 회전된다. 이러한 프로펠러(10)는 구동축에 결합되는 허브(11)와, 허브(11)의 외면에 마련되는 복수의 날개(12)로 이루어진다. 이때 날개(12)는 선박추진을 위한 것으로서 일정한 간격으로 복수개 배치된다. 구동축이 회전하면 상기 허브(11)가 회전하면서 상기 허브(11)의 외면에 마련된 날개(12)가 회전하면서 추진력을 발생시킨다.
상기 선박용 덕트 구조체(100)는 대략 원통형상으로 이루어지며 프로펠러(10)의 외주 축에 배치되어 프로펠러(10)를 둘러싸도록 구성된다. 구체적으로 선박용 덕트 구조체(100)는 전방에 유입구(102)를 갖고, 후방에 유출구(104)를 가질 수 있다.
선박용 덕트 구조체(100)는 선미형상을 따라서 프로펠러(10) 회전면에 유입되는 유동이 선박용 상기 유입구(102)를 따라 가속되어 프로펠러(10)로 유입되며, 프로펠러(10)의 반경방향 유기속도 성분과 상호 작용하게 된다. 이때 선박용 덕트 구조체(100)의 외주면과 내주면 사이의 작용하는 압력차이에 의하여 양력이 발생하며, 이는 추가적인 추력으로 작용하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 선박용 덕트 구조체(100)는 프로펠러(10) 주변에 양력을 발생시킴으로서 추가적인 추력을 발생시켜 추력을 향상시킬 수 있도록 하는 장치이다.
한편, 본 발명에 따른 선박용 덕트 구조체(100)는 전방에 소정의 핀부(30)를 구비할 수도 있다.
이하에서는 도 7 을 참조하여, 선박용 덕트 구조체(100)의 단면 구조에 관한 구체적인 구성에 관해 상세히 설명한다. 도 7은 선박용 덕트 구조체(100)의 단면의 상세 형상을 나타낸 도면으로서, 여기서 단면이란, 도 6 과 같이, 구동축의 중심축(C)을 지나는 외경 방향으로 선박용 덕트 구조체(100)를 절단한 단면을 확대하여 본 단면을 지칭한다.
선박용 덕트 구조체(100)는, 익형 단면을 갖되, 상기 단면은, 선박용 덕트 구조체(100)의 내주면의 후방부를 구성하고 소정의 길이의 직선 구간으로 구성되는 제1 내주 라인(110); 선박용 덕트 구조체(100)의 내주면의 전방부를 구성하고 후단부가 상기 제1 내주 라인(110)과 연결되며 상기 제1 내주 라인(110)과 소정의 사이각을 갖되 전방으로 갈수록 그 사이각이 커지도록 외경 방향 외측으로 만곡되는 곡선 구간으로 구성되는 제2 내주 라인(120); 선박용 덕트 구조체(100)의 외주면을 구성하고 후단부가 상기 제1 내주 라인(110)의 후단부와 연결되며 소정의 길이의 직선 구간으로 구성되는 외주 라인(130); 선박용 덕트 구조체(100)의 전방 단부를 구성하며 상기 외주 라인(130)의 전단부와 상기 제2 내주 라인(120)의 전단부를 연결하고 소정의 곡률을 갖는 헤드 라인(140); 를 포함한다.
제1 내주 라인(110)은 선박용 덕트 구조체(100)의 내주면의 후방부를 구성하는 부분이다. 제1 내주 라인(110)은, 소정의 길이를 갖는 직선 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 제1 내주 라인(110)과 상기 구동축의 중심축 C 는 서로 평행하거나, 소정의 사이각을 가질 수 있으며, 상기 사이각을 θ 라고 하면 상기 θ 는 1° 이하의 크기를 가질 수 있다. 이는 생산성을 고려한 것으로서, 따라서 상기 제1 내주 라인(110)은 구동축의 중심축과 거의 평행(θ = 0°)할 수 있다.
제2 내주 라인(120)은 선박용 덕트 구조체(100)의 내주면의 전방부를 구성하는 부분이다. 제2 내주 라인(120)은 전방이 상기 헤드 라인(140)의 하면과 연결되고, 후방은 제1 내주 라인(110)과 연결될 수 있다. 제2 내주 라인(120)은, 소정의 곡률을 갖는 곡선으로 구성된다. 제2 내주 라인(120)의 형상은, 상기 제1 내주 라인(110)과 소정의 사이각을 갖되, 전방으로 갈수록 상기 사이각이 커지도록 외경 방향 외측으로 만곡되는 곡선 형상을 갖는다. 즉, 제2 내주 라인(120)은 내경 방향으로 볼록한 곡선 형상을 갖는다.
이때, 제2 내주 라인(120)과 제1 내주 라인(110)이 형성하는 사이각을 고찰하면, 이하와 같다. 제1 내주 라인(110)의 전단(즉, 제2 내주 라인(120)의 후단으로서, 곡면이 시작되는 지점) 지점(Q)과 선박용 덕트 구조체(100)의 최 전단 지점(접선 기울기 값이 제1 내주 라인(110)과 직교하는 지점)(P)을 이은 선(R)과, 제1 내주 라인(110)이 형성하는 사이각을 기준각 α 라고 하면, 상기 α 는 7° 내지 17° 의 크기를 가질 수 있다. 즉, 달리 설명하면, 제2 내주 라인(120)의 최 전단과 최 후단을 직선 연결한 가상선(R)과 제1 내주 라인(110)과 평행한 선이 형성하는 사이각을 기준각이라고 할 수 있으며, 상기 기준각은 7° 내지 17° 일 수 있다.
외주 라인(130)은 선박용 덕트 구조체(100)의 외주면을 구성하는 부분이다. 외주 라인(130)은 전방이 상기 헤드 라인(140)의 상면과 연결되고, 후방은 제1 내주 라인(110)과 연결된다. 외주 라인(130)은, 소정의 빗면으로 구성되어 기울기를 갖는 직선 형상을 가진다. 제1 내주 라인(110)을 기준으로 하여, 상기 제1 내주 라인(110)과 상기 외주 라인(130) 사이의 기울기 값을β라고 하면, 상기 β 는 4° 내지 8° 의 크기를 가질 수 있다.
다만, 상기 설명에서 직선이라 함은 반드시 곡률 반경이 무한대인 완전한 직선을 의미하는 것이 아니라, 곡률 반경이 큰 곡선을 포함할 수도 있다.
헤드 라인(140)는 선박용 덕트 구조체(100)의 전방 단부를 구성하며, 소정의 곡률을 갖는 곡면으로 구성될 수 있다. 헤드 라인(140)은 제2 내주 라인(120)과 외주 라인(130)을 연결한다.
제1 내주 라인(110)의 후방 단부와 외주 라인(130)의 후방 단부는 서로 연결되되, 절곡된 형태로 각을 갖고 연결되거나, 또는 소정의 곡률을 갖고 연결될 수 있다. 이에 따라서, 외주 라인(130)의 후방 단부와 제2 내주 라인(120)의 후방 단부에는 서로를 연결하는 절곡면, 또는 만곡면으로 구성되는 소정의 테일부(150)가 구비될 수 있다.
상기 제1 내주 라인(110), 및 제2 내주 라인(120), 및 외주 라인(130)은 소정의 길이 비를 가질 수 있다.
이때, 선박용 덕트 구조체(100)의 수평 방향(회전 중심축 C 과 평행한 방향) 길이를 L 이라 하고, 상기 제1 내주 라인(110)의 수평 방향 길이를 M 이라 하면, 상기 L 과 M 은 소정의 비율을 가질 수 있다. 즉, 0.3 < M/L < 0.7 의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 프로펠러는 상기 선박용 덕트 구조체(100)의 내부에 위치하되, 상기 제1 내주 라인(110)의 전방 단부와 후방 단부 사이 지점에 위치할 수 있다. 이때, 바람직하게는, 상기 프로펠러는 상기 제1 내주 라인(110)의 전방 부분에 위치할 수 있다.
일 예에 따른 상기 선박용 덕트 구조체(100)의 외주면과 내주면의 프로파일(profile)은, 전방 최단부로부터 후방 최단부까지의 거리를 x/c라고 할 때, x/c에서 정의되는 상기 외주면 좌표값 y_upper/c와 내주면 좌표값 y_lower/c를 정의하고, x/c를 기준으로 아래의 표 1 과 같이, 외주면 좌표(y_upper/c)와 내주면 좌표(y_lower/c)를 따르는 폐곡면으로 구성된다. (수식에서 c는 전단에서 후단까지의 최대거리를 의미한다.)
x/c 0 0.01 0.025 0.095 0.1 0.2 0.3 0.4 0.3 0.6 1
y_lower/c 0.07324 0.06298 0.05587 0.04772 0.03574 0.02035 0.01083 0.005 0.00156 0 0
y_upper/c 0.07324 0.08362 0.08618 0.08695 0.08447 0.07633 0.06762 0.05846 0.04916 0.03984 0.0025
이하에서는 본 발명에 따른 선박용 덕트 구조체(100)를 구비한 선박용 추진장치의 α, β 값에 따른 실험 결과에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 선박용 덕트 구조체(100)를 구비한 선박용 추진장치의 α, β 값에 따른 성능 비교를 한 결과는 아래와 같다. 아래 표에서, Propeller 부분은 모두 선박용 덕트 구조체 없이, 프로펠러만을 설치한 경우이다.
먼저, β = 7.7° 로 고정하고 α=7°, 11°, 15.5° 인 세 가지의 각도에 대해 수치계산을 수행한 결과를 설명한다. 이때, 제1 내주라인(120)의 길이 L 은 선박용 덕트 구조체(100)의 수평 방향 전체 길이의 40% 를 차지하며, 제2 내주라인(130)의 후방 단부에서 헤드 라인(140)의 전방 단부까지의 수평 방향 길이는 선박용 덕트 구조체(100)의 수평 방향 전체 길이의 60% 를 차지한다.
먼저, 운항 제원이 3000 RPM, v=6m/s (11.7knots) 인 경우를 살피면 아래 표 2 와 같다.
　 Thrust(N) Torque(Nm) 효율
Propeller 19125.2 1331.0 0.274
7° 14554.2 965.2 0.288
11° 16552.1 1068.0 0.296
15.5° 18398.8 1152.1 0.305
위와 같이, 11.7노트에서는 α 가 큰 경우가 큰 추력을 가지며 아울러 프로펠러 효율이 좋다. 프로펠러 효율은 프로펠러만 사용하는 경우에 비해 덕트 구조체를 사용한 경우가 상대적으로 모두 좋았다. 그러나 덕트 구조체를 사용하게 되면 주어진 회전수에서 추력은 낮게 됨을 알 수 있다.
이어서, 운항 제원이 v=10m/s (19.4knots) 인 경우를 살피면 아래 표 3 과 같다.
　 Thrust(N) Torque(Nm) 효율
Propeller 13869.3 968.4 0.456
7° 13184.5 926.4 0.453
11° 13376.7 939.7 0.453
15.5° 13423.2 966.7 0.442
위와 같이, 19.4노트에서는 α 의 크기가 7° 와 11° 일 경우 프로펠러만 있는 경우에 비하여 프로펠러 효율의 저하없이 덕트 구조체를 사용할 수 있다. 즉, 효율 저하가 없다. α =15.5° 인 경우는 추력은 상대적으로 크지만 프로펠러 효율이 낮으며, 따라서 덕트 구조체를 사용하기에 적합하지 않다.
다음으로, α = 11° 로 고정하고 β = 7.7°, 와 5° 인 경우에 `수치 계산을 수행한 결과는 아래와 같다. 이때, β 의 크기를 5° 로 할 경우에는, 7.7° 인 경우보다 제1 내주 라인(110)의 길이가 늘어나게 된다. 즉, β 의 크기를 5° 로 할 경우에는, 제1 내주 라인(110)의 길이 L 은 선박용 덕트 구조체(100)의 수평 방향 전체 길이의 60% 를 차지하며, 제2 내주라인(130)의 후방 단부에서 헤드 라인(140)의 전방 단부까지의 수평 방향 길이는 선박용 덕트 구조체(100)의 수평 방향 전체 길이의 40% 를 차지한다.
우선, 운항 제원이 3000RPM, v=6m/s (11.7knots) 인 경우를 살피면 아래 표 4 와 같다.
　 Thrust(N) Torque(Nm) 효율
Propeller 19125.2 1331.0 0.274
7.7° 16552.1 1068.0 0.296
5.0° 16345.3 1030.3 0.303
위와 같이, β 의 크기를 5° 로 할 경우, 7.7° 인 경우보다 추력은 약간 감소하지만 프로펠러 효율이 증가하게 된다.
다음으로, α = 15.5° 이며, 운항 제원이 v=6m/s (11.7knots) 인 경우를 살펴보면 아래 표 5 와 같다.
　 Thrust(N) Torque(Nm) 효율
Propeller 19125.2 1331.0 0.274
7.7° 18398.8 1152.1 0.305
5.0° 18215.3 1115.0 0.312
β= 7.7° 과 5° 인 경우를 살펴보면, 제1 내주 라인(110)의 길이가 늘어난 경우 (β 의 크기가 작은 경우)가 프로펠러 효율이 더 좋음을 알 수 있다.
이어서, α = 11° 이며, 운항 제원이 v=10m/s (19.4knots) 인 경우를 살펴보면 아래 표 6 과 같다.
　 Thrust(N) Torque(Nm) 효율
Propeller 13869.3 968.4 0.456
7.7° 13376.7 939.7 0.453
5.0° 13116.7 911.6 0.458
즉, 19.4노트에서도 제1 내주 라인(110)의 길이가 늘어난 경우 (β 의 크기가 작은 경우)가 프로펠러 효율에 좋은 영향을 주는 것을 알 수 있다.
이어서, α = 15.5° 이며, 운항 제원이 v=10m/s (19.4knots) 인 경우를 살펴보면 아래 표 7 과 같다.
Thrust(N) Torque(Nm) 효율
Propeller 13869.3 968.4 0.456
7.7° 13423.2 966.7 0.442
5.0° 13242.3 938.8 0.449
이 경우에서도 제1 내주 라인의 길이가 늘어난 경우가 프로펠러 효율에 좋은 영향을 주는 것을 알 수 있다.
정리하면, 19노트까지 효율의 저하가 없는 덕트 단면을 제안할 수 있도록, 제1 내주 라인(110)과 외주 라인(130) 사이의 각도 β, 및 제1 내주 라인(110)과 제2 내주 라인(120) 사이의 각도 α 를 제시할 수 있다. 저속인 10노트에서는 α 가 큰 각을 유지하는 것이 추력의 증가 및 효율의 향상에 유리하다. 그러나 속도가 높아지면서 α 가 크면 덕트 자체의 저항이 증가하여 효율 면에서는 좋지 않았다.
저속과 고속에서 사용할 수 있도록, 상기 α 의 크기는 7°~ 13° 가 적당하다. 이보다 클 경우, 덕트 구조체의 저항이 크게 되며, 이보다 각도가 적게 되면 덕트 자체의 구조에 문제가 생길 수 있다.
제1 내주 라인(110)은 전체의 길이에서 30 ~ 70%, 또는 40 ~ 70% 를 정할 수 있다. 제1 내주 라인(110)이 긴 경우가 α 의 변화와 속도의 변화에서는 추력은 감소하지만 평균 2% 이상의 효율의 향상효과를 주었다.
이하에서는 본 발명에 따른 선박용 덕트 구조체(100)의 효과에 대해서 설명한다.
본 발명에서 선박용 덕트 구조물은 그 단면형상이 기존의 Marine Nozzle 19a(Krpt Nozzle) 의 단면형상보다 외주면의 형상이 완만한 기울기를 가지도록 구성되어 있게 된다.
기존의 선박용 덕트 구조물은 Marine Nozzle 19a(Krpt Nozzle) 단면을 그대로 적용하고 있으며, 따라서 외면의 기울기가 가파른 구성을 가졌다.
이러한 경우, 저속에서는 추력이 우수하나 고속에서는 저항이 급격하게 증가됨으로서 고속에서 사용하기에 부적합하였다. 그 원인으로는 유속이 느린 경우에는 선박용 덕트 구조물의 외형이 가지는 기울기가 가파르더라도 유체가 선박용 덕트 구조물의 외면을 따라서 갈 수 있으나, 유속이 빠른 경우에는 유체가 선박용 덕트 구조물의 외면을 따라서 갈 수 없고 이로 인하여 경계층이 두꺼워지게 됨으로서 저항이 급격하게 증가되기 때문이다.
즉, 저속에서는 주변의 유체가 선박용 덕트 구조물의 표면을 따라가면서 경계층이 두꺼워지지 않아 큰 저항이 발생되지 않아서 양력을 발생시키면서도 경계층이 얇아서 큰 저항이 없이 높은 추력을 얻을 수 있었다. 그러나, 10노트 이상의 고속에서는 선박용 덕트 구조물의 외면의 기울기로 인하여 유체가 선박용 덕트 구조물의 표면을 따라가지 못하고 경계층의 두께가 두꺼워짐에 따라서 저항증가가 크게 발생하게 되었다.
반면에, 본 발명은 유동계산을 통해서 최적의 기울기 각도를 선정하여 그 선정된 단면형상을 선박용 덕트 구조물에 적용함으로서, 저속에서 추력의 큰 손실없이 효율이 증가하며, 고속에서도 추력의 큰 손실이 없으면서 효율을 증가시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 유속이 빠른 경우에도 유체가 선박용 덕트 구조물의 외면을 최대한 따라갈 수 있도록 선박용 덕트 구조물의 외주면의 기울기를 기존의 Marine Nozzle 19a(Krpt Nozzle) 단면보다 제1 내주 라인(110)의 길이를 길게하여 프로펠러의 효율을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 고속에서도 경계층에 의한 저항의 증가가 크지 않다는 장점을 가지게 되었다.
따라서, 본 발명은, 10노트 이하의 속도에서 프로펠러 효율이 우수할 뿐 아니라, 10노트를 넘는 고속에서도 선박용 덕트 구조물의 형상에 의한 저항증가의 양보다 추력 발생이 크게 될 수 있게 함으로서 저속과 고속 모두 적용가능한 선박용 추진장치를 제공할 수 있다.
또한, 종래의 선박용 덕트 구조물에서 출구측 내경이 후단끝단으로 갈수록 줄어드는 형상을 가지게 되는 경우에는 프로펠러의 압력면(pressure side) 쪽에 낮은 압력장이 형성되고 전체적인 추력이 크게 되지만 토오크가 커져서 효율측면에서는 바람직하지 않다. 또한 종래의 선박용 덕트 구조물에서 출구측 내경이 후단 끝으로 갈수록 넓어지는 경우에는 높은 압력장이 형성되어 전체적인 추력이 크게 낮아져서 효율면에서는 좋지 않다.
반면에, 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 덕트 구조체(100)는, 제1 내주 라인(110)은 구동축과 평행하거나, 또는 구동축과 X 이하의 사이각을 가져서, 그 내경이 거의 일정하게 유지되는 형상을 갖는다. 따라서 본 발명에 따른 선박용 덕트 구조체(100)는, 출구측의 내경이 일정하게 유지될 수 있도록 함으로서 압력장이 낮게 형성되지 않으면서도 큰 추력 감소를 방지할 수 있으며, 효율은 증가시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 선박용 덕트 구조체
102: 유입구
104: 유출구
110: 헤드부
120: 제1 내주 라인
130: 제2 내주 라인
140: 외주 라인
150: 테일부

Claims (5)

  1. 소정의 구동축을 통해 선박에 연결되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 외주 측에 배치되는 선박용 덕트 구조체에 있어서,
    상기 선박용 덕트 구조체의 단면은 익형 단면을 갖되, 상기 단면은,
    선박용 덕트 구조체의 내주면의 후방부를 구성하고 소정의 길이의 직선 구간으로 구성되는 제1 내주 라인;
    선박용 덕트 구조체의 내주면의 전방부를 구성하고 후단부가 상기 제1 내주 라인과 연결되며 상기 제1 내주 라인과 소정의 사이각을 갖되 전방으로 갈수록 사이각이 커지도록 외경 방향 외측으로 만곡되는 곡선 구간으로 구성되는 제2 내주 라인;
    선박용 덕트 구조체의 외주면을 구성하고 소정의 길이의 직선 구간으로 구성되는 외주 라인; 및
    상기 외주 라인의 전단부와 상기 제2 내주 라인의 전단부를 연결하는 헤드 라인; 을 포함하는 선박용 덕트 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 내주 라인의 최 전단과 최 후단을 이은 가상의 직선과 상기 제1 내주 라인이 형성하는 기준각 α 의 크기는
    7° 내지 17° 인 선박용 덕트 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외주 라인과 상기 제1 내주 라인이 형성하는 각도 β는 4° 내지 8° 인 선박용 덕트 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    선박용 덕트 구조체의 수평 방향 길이(L)와 상기 제1 내주 라인의 길이(M)의 비는,
    0.3 < M/L < 0.7 인 선박용 덕트 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내주 라인과 상기 구동축의 중심축이 형성하는 사이각은
    0 ~ 1°인 선박용 덕트 구조체.
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JP3508811B2 (ja) * 1997-03-05 2004-03-22 株式会社石垣 ダクトプロペラ装置
JP5231878B2 (ja) * 2008-06-20 2013-07-10 川崎重工業株式会社 船舶用ダクト付きスラスタ
JP2011168075A (ja) * 2010-02-16 2011-09-01 Kawasaki Heavy Ind Ltd ダクト付きスラスタ及びそれを備えた船舶
KR20120030124A (ko) * 2012-02-24 2012-03-27 대우조선해양 주식회사 전류고정날개의 덕트 제조방법
KR101589124B1 (ko) * 2014-02-07 2016-01-27 삼성중공업 주식회사 선박의 추진장치

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