KR20200078669A

KR20200078669A - 선미 핀 및 그것을 구비한 선박

Info

Publication number: KR20200078669A
Application number: KR1020207017484A
Authority: KR
Inventors: 테츠야 하마노; 켄지로 고바시; 요시카즈 후치가미; 시노 요코야마
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-07-01
Also published as: KR102299230B1; JP2019094043A; JP6951291B2

Abstract

선미 핀은, 프로펠러가 설치되고, 계획 항해 속력의 프라우드 수가 0.17 이상인 선박의 선미부의 측면에 설치되는 선미 핀이고, 선미 핀은 프로펠러 보다 선박의 진행 방향 전방 측에서 또한 프로펠러의 회전축의 높이 근방에 위치하고, 선미부의 측면으로부터의 선미 핀의 돌출 방향에 대해 수직인 선미 핀의 단면 형상에서, 선미 핀의 상면과 하면의 중간 점을 차례로 연결하여 얻어지는 중심선은 아래로 볼록하며, 돌출 방향에서 선미부의 측면으로부터의 선미 핀의 최대 돌출 길이는 플로펠러의 직경의 2% 이상이고 15% 이하이다.

Description

선미 핀 및 그것을 구비한 선박

본 발명은 비교적 속도가 빠른 선박의 선미부, 예를 들어 계획 항해 속력의 푸라우드 수(Froude Number)가 0.17 이상의 선박의 선미부에 설치되는 선미 핀 및 그것을 구비한 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 선박이 항해하는 때에, 선박의 선미부에서 프로펠러의 전방에서는, 빌지 소용돌이(bilge vortex)가 발생한다. 빌지 소용돌이는 선박 항해 시의 저항을 증가시키는 것으로 연결된다. 따라서, 종래의 선박의 추진 효율을 향상하기 위해서, 선체의 선미부에 핀을 설치하여 빌지 소용돌이를 약화시키도록 정류하거나, 빌지 소용돌이를 선박의 추진력으로 이용하거나 하는 시도가 이루어지고 있다.

특허문헌 1에는, 선체 표면에서 프로펠러의 전방에 설치되고, 면 형상이 날개 형상이고, 그 캠버 라인이 아래로 볼록한 선미 핀이 개시되어 있다. 빌지 소용돌이는 그 중심 보다 선체 측에서는 선체의 표면을 따라 비스듬히 하방으로 흐르는 하강류로 되어 있고, 빌지 소용돌이의 중심 보다 외측에서는 비스듬히 상방으로 흐르는 상승류로 되어 있다. 특허문헌 1의 선미 핀에는 빌지 소용돌이의 하강류를 받음으로써 양력이 작용하고, 그 양력의 전방 방향 성분은 선체에 작용하는 추력이 된다. 또한, 선미 핀의 익단부는, 빌지 소용돌이의 거의 중심에 위치하고 있으며, 해당 익단부의 주위에 빌지 소용돌이와는 역방향으로 발생하는 익단 소용돌이에 의해 빌지 소용돌이를 없앤다. 이와 같이, 선미 핀을 설치함으로써 빌지 소용돌이의 회전 에너지를 추력으로 변환하는 동시에, 빌지 소용돌이에 의한 선체 저항을 저감하고, 선박의 추진을 어시스트하고 있다.

일본 특허 제3477564호 공보

그런데, 상대적으로 속도가 빠른 선박(예를 들어, 계획 항해 속력의 프라우드 수가 0.17 이상의 선박)에서는, 빌지 소용돌이가 발생하지 않을 수 있고, 빌지 소용돌이가 발생하더라도 저속선에 비해 빌지 소용돌이의 회전 에너지가 약하다. 따라서, 빌지 소용돌이의 거의 중심 위치에 익단부를 위치시키도록 설계된 상술한 선미 핀을 선미부에 설치하여도 빌지 소용돌이의 회전 에너지를 추력으로 변환하는 것에 의한 추진 어시스트 효과가 작다. 오히려 상대적으로 속도가 빠르기 때문에 선미 핀 자체의 저항이 커지게 됨으로써, 선미 핀의 존재가 오히려 선박의 추진에 악영향을 미칠 수도 있다. 따라서, 선박의 추진을 어시스트하는 효율을 확실하게 향상시키는 선미 핀에는, 비교적 속도가 빠른 선박에 적합한 설계를 할 필요가 있다.

따라서, 본 발명은 비교적 속도가 빠른 선박의 선미부에 장착된 선미 핀으로서, 선박의 추진을 어시스트하는 효율을 확실히 향상시킬 수 있는 선미 핀 및 그것을 구비하는 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 선미 핀은, 프로펠러가 설치되고, 계획 항해 속력의 프라우드 수가 0.17 이상인 선박의 선미부의 측면에 설치되는 선미 핀이고, 상기 선미 핀은 상기 프로펠러 보다 상기 선박의 진행 방향 전방 측에서 또한 상기 프로펠러의 회전축의 높이 근방에 위치하고, 상기 선미부의 측면으로부터의 상기 선미 핀의 돌출 방향에 대해 수직인 상기 선미 핀의 단면 형상에서, 상기 선미 핀의 상면과 하면의 중간 점을 차례로 연결하여 얻어지는 중심선은 아래로 볼록하며, 상기 돌출 방향에서, 상기 선미부의 측면으로부터의 상기 선미 핀의 최대 돌출 길이는 상기 프로펠러의 직경의 2% 이상이고 15% 이하이다.

상기 구성에 따르면, 돌출 방향에서 선미부의 측면으로부터의 선미 핀의 최대 돌출 길이가 프로펠러의 직경의 15% 이하이고, 흐름의 속도가 느린 영역에 선미 핀을 설치하기 때문에, 선미 핀 자체에 의한 저항이 감소되고, 선박의 추진을 어시스트하는 효율을 확실하게 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 선미 핀의 상기 단면 형상은 날개 형상이다.

상기 선미 핀에서, 상기 선미 핀의 후방측 가장자리는 상기 프로펠러로부터 상기 선박의 진행 방향 전방 측으로 상기 프로펠러의 직경의 2배 만큼 떨어진 위치 보다 상기 선박의 진행 방향 후방 측에 위치해도 좋다. 선체 근방의 하강류는 점성의 영향 때문에 유속이 느리다. 그러나, 이러한 구성에 따르면, 선미 핀이 프로펠러의 전방 근방에 배치되기 때문에, 구동하는 프로펠러의 석션(suction) 효과에 의해 선체 근처에서도 더 빠른 물의 흐름을 선미 핀에 받게 할 수 있다. 따라서, 선미 핀이 하강류를 받아 발생시키는 추력을 크게 할 수 있다.

상기 선미 핀에서, 상기 선미 핀의 최하점이 상기 프로펠러의 회전축의 높이보다 상방에 위치하는 경우, 상기 최하점에서 상기 회전축의 높이까지의 상하 방향의 거리가 상기 프로펠러의 직경의 10% 이하이고, 상기 최하점이 상기 회전축의 높이보다 하방에 위치하는 경우, 상기 최하점에서 상기 회전축의 높이까지의 상하 방향의 거리가 상기 프로펠러의 직경의 30% 이하라도 좋다. 선체 근방의 하강류는 점성의 영향 때문에 유속이 느리다. 그러나, 이러한 구성에 따르면, 선미 핀이 프로펠러의 전방 근방에 배치되기 때문에, 구동하는 프로펠러의 석션(suction) 효과에 의해 선체 근처에서도 더 빠른 물의 흐름을 선미 핀에 받게 할 수 있다. 따라서, 선미 핀이 하강류를 받아 발생시키는 추력을 크게 할 수 있다.

상기 선미 핀에서, 상기 선박의 전후 방향에서 상기 선미 핀의 전방측 가장자리에서 후방측 가장자리까지의 길이의 평균치는 상기 프로펠러의 직경의 50% 이하여도 좋다. 선박의 전후 방향에서 선미 핀의 전방측 가장자리에서 후방측 가장자리지의 길이가 일정 이상 길어지면 선미 핀이 하강류를 받아 발생시키는 추력보다 선미 핀이 물의 흐름을 받는 것에 의한 저항의 영향이 커지게 된다. 이러한 구성에 따르면, 선박의 전후 방향에서 선미 핀의 전방측 가장자리에서 후방측 가장자리까지의 길이의 평균치가 프로펠러의 직경의 50% 이하로 제한되어 있기 때문에, 선미 핀이 물의 흐름을 받는 것에 의한 저항의 영향을 작게 하면서 선미 핀이 하강류를 받아 발생시키는 추력을 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 선박은 상기 선미 핀을 구비하는 선박이다.

본 발명에 따르면, 선박의 추진을 어시스트하는 효율을 확실하게 향상시킬 수 있는 선미 핀 및 그것을 구비하는 선박을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 선박의 선미부의 개략적인 측면도이다.
도 2는 선미부 우측의 물의 흐름을 도시하고, 도 1의 II-II에서 본 단면도이다.
도 3은 도 1에서 선미 핀을 확대한 측면도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV에서 본 단면도이다.
도 5는 본 발명자들이 실시한 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 선박의 선미부를 후방에서 본 모식도이다.
도 7a는 저속선의 프로펠러 위치에서 프로펠러 우측의 물의 흐름을 도시하는 수반류 분포의 일례이다.
도 7b는 중속선의 프로펠러 위치에서 프로펠러 우측의 물의 흐름을 도시하는 수반류 분포의 일례이다.
도 7c는 고속선의 프로펠러 위치에서 프로펠러 우측의 물의 흐름을 도시하는 수반류 분포의 일례이다.

(본 발명의 착안점)

먼저, 본 발명의 착안점에 대하여 도 7a ~ 도 7c를 참조하여 설명한다. 도 7a는 비교적 속도가 느린 저속선의 프로펠러 위치에서 프로펠러 우측의 물의 흐름을 도시하는 수반류 분포의 일례이다. 도 7b는 비교적 속도가 빠른 중속선의 프로펠러 위치에서 프로펠러 우측의 물의 흐름을 도시하는 수반류 분포의 일례이다. 도 7c는 속도가 빠른 고속선의 프로펠러 위치에서 프로펠러 우측의 물의 흐름을 도시하는 수반류 분포의 일례이다.

여기서, 본 명세서에서, 저속선이란 계획 항해 속력의 프라우드 수(Fn)가 0.17 미만의 선박을 말하고, 중속선은 계획 항해 속력의 프라우드 수(Fn)가 0.17 이상이고 또한 0 .19 미만의 선박을 말하며, 고속선은 계획 항해 속력의 프라우드 수(Fn)이 0.19 이상의 선박을 말한다. 프라우드 수(Fn)는 다음 식으로 표시된다.

Fn = U / (L × g)^1/2

여기서, U는 계획 항해 속력[m/s]이고, L은 수선 길이[m]이며, g는 중력 가속도[m/s²]이다.

도 7a ~ 도 7c에는 서로 직교하는 X 축, Y 축, Z 축이 도시되어 있다. Z 축은, 선박의 중심 라인에 일치하도록 선박의 상하 방향으로 연장하도록 도시되어 있다. Y 축은 프로펠러 축을 통과하고, 선박의 폭 방향으로 연장하도록 도시되어 있다. X 축은 프로펠러 축에 일치하고, 선박의 선장 방향으로 연장하도록 도시되어 있다. 도 7a ~ 도 7c에 도시된 벡터는, YZ 평면의 물 흐름의 방향과 크기를 나타내고 있다. 또한, 도 7a 및 도 7b에 도시된 등치선은, XZ 평면의 물 흐름의 분포를 나타낸다. 등치선은, 선속(더 자세하게는 계획 항해 속력)에 대한 물의 유속의 X 성분의 비율이 동일한 점을 연결한 선이고, 그 비율이 각각의 등치선의 근방에 표시되어 있다. 또한, 도 7a ~ 도 7c에서는, 프로펠러의 날개(羽根)부(블레이드)가 회전할 때, 당해 날개부의 익단(翼端)부가 그리는 원을 점선으로 나타낸다.

도 7a에 도시된 저속선의 수반류 분포도에서는, YZ 평면의 벡터가 도시된 바와 같이, 프로펠러의 회전축의 높이 근방, 다시 말해서 Y 축의 근방에서 선체 중심 라인으로부터 일정 거리 떨어진 위치에 상하 방향의 흐름이 교차하는 회전류, 즉 빌지 소용돌이가 발생하고 있다. 또한, 도 7a의 등치선을 보면, 이러한 소용돌이 근방은, 선속에 대한 물의 유속의 X 성분의 비율(즉, 선장 방향에서 선체에 대한 물의 상대 속도)이 작은 영역이 되고 있다. 이와 같이, 저속선에서는, 선미 핀을 빌지 소용돌이의 중심까지 돌출시키더라도, 선체로부터 소용돌이로 향할수록 물의 유속이 늦어지고 있어, 선미 핀 자체가 저항이 되기는 어렵다.

한편, 도 7b에 도시된 중속선의 수반류 분포도 및 도 7c에 도시된 고속선의 수반류 분포도에서는, YZ 평면의 벡터가 도시된 바와 같이, 도 7a와 같은 뚜렷한 소용돌이가 보이지 않는다. 또한, 도 7b 및 도 7c의 등치선을 보면, 선체의 중심 라인으로부터 떨어진 위치에 도 7a에 도시된 바와 같은 물의 유속이 느린 영역은 생기지 않고, 저속선과는 달리, 선체에서 멀어질수록 물의 유속이 빨라진다. 따라서, 본원의 발명자들은 계획 항해 속력의 프라우드 수(Fn)가 0.17 이상인 중속선 및 고속선에서는, 선체로부터 돌출되는 길이가 커지도록 설계된 선미 핀이, 선미 핀 자체의 저항이 커짐으로써, 오히려 선박의 추진에 악영향을 미칠 가능성이 있다고 생각하였다. 본 발명은 이러한 착안점에 기초하여 안출된 발명이다.

(실시예)

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 선박(1A)의 선미부(3)의 개략적인 측면도이다. 본 실시예의 선박(1A)은 계획 항해 속력의 프라우드 수(Fn)가 0.17 이상의 중속선 또는 고속선이다. 또한, 선박(1A)은 선체(2)의 중앙에 프로펠러(4)가 설치된 일축선(一軸船)이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 프로펠러(4)는 선체(2)의 선미부(3)에 배치되고, 이러한 선미부(3)에 프로펠러(4)가 설치되어 있다. 여기서, 본 명세서에서 「선미부」란, 선체(2) 중, 프로펠러(4)에서 전방으로 선장의 40%를 차지하는 부분을 말한다. 프로펠러(4)는, 선장 방향을 따라 연장되고, 선체(2)에서 후방으로 돌출되는 축부(5)와, 해당 축부(5)의 주위에 둘레 방향으로 늘어선 복수의 날개부(6)를 구비한다. 프로펠러(4)는, 축부(5)를 따라서 연장되는 회전축(SC)을 중심으로 회전한다. 또한, 선미부(3)에는, 프로펠러(4)의 후방에 방향타(7)가 배치된다.

선체(2)에서 프로펠러(4) 보다 진행 방향 전방 측(선수 측)에는, 한 쌍의 선미 핀(10)이 설치되어 있다. 선미 핀(10)은 선체(2)의 표면을 따라 경사지게 하측 후방으로 흐르는 하강류(Sa)를 받아 선박(1A)의 추진을 어시스트하기 위한 것이다.

도 2는 도 1의 II-II에서 본 단면도이다. 한 쌍의 선미 핀(10)은 각각 선체(2)의 선미부(3)의 좌우의 각 측면으로부터 좌우 방향(즉, 선폭 방향)으로 수평으로 돌출하도록 설치되어 있다. 여기서, 도 2에서는 단순화를 위해 선미부(3) 우측만을 도시하고, 선미부(3) 좌측은 생략한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 선박(1A)의 선미부(3)의 표면의 근방에서는 선체(2)의 표면을 따라 경사지게 하측 후방으로 흐르는 하강류(Sa)가 발생하고, 또한 선미부(3)의 표면에서 떨어진 곳에서는, 경사지게 상측 후방으로 흐르는 상승류(Sb)가 발생하고 있다.

도 3은 도 1에서 선미 핀(10)을 확대한 측면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 선미 핀(10)의 선체(2)의 측면으로부터의 돌출 방향에 대해 수직한 선미 핀(10)의 단면 형상은 날개 형상(익형)이다. 선미 핀(10)의 상면(14)과 하면(15)의 중간점을 차례로 연결하여 얻어지는 중심선(캠버 라인)(L1)은 아래로 볼록하다. 즉, 중심선(L1)은 상면(14)과 하면(15)으로부터 상하 방향으로 등거리에 있는 선이다.

또한, 선미 핀(10)은 그 전방측 가장자리(전연)(11)가 후방측 가장자리(후연)(12) 보다 상방에 위치하도록 선체(2) 측면에 설치되어 있다. 구체적으로는, 선미 핀(10)은 전연(11)과 후연(12)을 연결한 직선인 날개현 선(코드 라인)(L2)이 하강류(Sa)에 대략 따르도록 선체(2)에 설치되어 있다. 예를 들어, 선미 핀(10)은 수평면에 대해 날개현 선(L2)이 이루는 각(설치 각도)(θ1)이 하기 식(1)을 만족하도록 선체(2)에 설치되어 있다.

0°< θ1 ≤ 20°… (1)

선미 핀(10)이 이와 같은 형상 및 자세(설치 각도)로 되기 때문에, 선미 핀(10)은 선체(2) 근방을 흐르는 하강류(Sa)을 받고, 도 3에 도시된 바와 같이 경사지게 전방으로 양력(F)을 발생시킨다. 그리고, 이러한 양력(F)의 전방 방향 성분(Fa)이 선박(1A)의 추진에 이용된다.

도 4는 도 1의 IV-IV에서 본 단면도이다. 여기서, 도 4에서는 단순화를 위해, 선미부(3) 좌측은 생략하고, 또한 프로펠러(4)는 생략한다. 선미 핀(10)의 전연(11) 및 후연(12)은 선체(2)의 측면으로부터 선폭 방향으로 연장된다. 더 구체적으로는, 전연(11)은 선체(2)의 좌우 방향에서 중심 라인(CL)에 수직인 방향에 대해 소정 각도(후퇴각)(θ2)만큼 후방으로 기울어져 연장되고, 후연(12)은 선체(2)의 중심 라인(CL)에 대해 수직으로 연장된다. 선미 핀(10)의 익단부(13)는 전연(11) 및 후연(12)의 선체(2)로부터 원위측 단부끼리를 연결하도록 선장 방향에 평행하게 연장된다.

본 실시예에 따르면, 선미 핀(10)은 프로펠러(4)의 직경(D)에 대한 최대 돌출 길이(W)의 비율이 소정의 범위 내에 들어가도록 제한되어 있다. 구체적으로는, 선장 방향에 수직인 돌출 방향(본 실시예에 따르면, 선폭 방향)에서 선미 핀(10)의 선체(2) 측면으로부터의 최대 돌출 길이(W)는 프로펠러(4)의 직경(D)의 2% 이상이고 15% 이하이며, 더 바람직하게는 4% 이상이고 10% 이하이다. 즉, 돌출 방향에서 선미 핀(10)의 선체(2) 측면으로부터의 최대 돌출 길이(W)는 적어도 이하의 식 (2)를 만족시킨다.

W ≤ D × 0.15 … (2)

여기서, 최대 돌출 길이는 선미 핀(10)의 익근부(즉, 전연(11)에서 선체(2)에 근위측의 단부(11a)에서 후연(12)의 선체(2)에 근위측의 단부(12a)까지의 부분)로부터 익단부(13)까지의 돌출 방향을 따르는 길이가 최대가 되는 값이다.

프로펠러(4)의 직경(D)에 대한 최대 돌출 길이(W)의 비율에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 프라우드 수(Fn)가 0.14인 저속선, 프라우드 수(Fn)가 0.17인 중속선, 프라우드 수(Fn)가 0.20인 고속선에 대해서, 본 발명자들이 실시한 시험의 결과를 나타낸 그래프이다. 도 5의 그래프의 가로축은, 프로펠러(4)의 직경(D)에 대한 선미 핀(10)의 최대 돌출 길이(W)의 비율(이하, 「돌출량」이라고 침하고, 단위는 [%]로 한다.)이다. 즉, 돌출량은 프로펠러(4)의 직경(D)를 100으로 했을 때의 선미 핀(10)의 최대 돌출 길이(W)의 값이며, 「최대 돌출 길이 ÷ 프로펠러 직경 × 100」이라는 식으로 산출된다. 도 5의 그래프의 세로축은, 선박(1A)의 추진을 어시스트하는 효율을 나타내고 있으며, 구체적으로는 선체(2)를 소정의 속도로 진행시키기 위해 프로펠러(4)의 회전에 필요한 마력에 관해서, 선체(2)에 선미 핀(10)을 설치하지 않을 경우의 마력에 대한 선체(2)에 선미 핀(10)을 설치 한 경우의 마력의 감소율(이하, 「마력 감소율」이라고 침한다.)이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 저속선에서는, 돌출량이 30% 이하의 범위에서, 돌출량이 커지면 마력 감소율이 커지고 있다. 이에 반해서, 중속선 및 고속선에서는 마력 감소율은, 돌출량이 커짐에 따라서 커지게 되는 2% 이상이고 15% 이하의 값에서 최대가 된 후, 서서히 감소한다. 중속선 및 고속선에서는 적어도 돌출량이 2% 이상이고 15% 이하인 범위의 마력 감소율이 그 외의 범위의 마력 감소율에 비해 크다. 즉, 도 5로부터, 돌출량이 적어도 2% 이상 15% 이하의 범위에 있으면, 선박(1A)의 추진에 악영향을 미치지 아니하고, 충분한 마력 감소율이 얻어지는 것을 알 수 있다.

도 4로 돌아가서, 본 실시예에 따르면, 선체(2)의 선미부(3) 하부는, 후방으로 갈수록 끝이 가늘어지도록 형성되어 있다. 따라서, 돌출 방향에서 선미 핀(10)에서 선체(2) 측면으로부터의 돌출 길이는 선체(2)의 중심 라인(CL)에 대해 수직으로 연장된 후연(12)에서 최대가 되고 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 선미 핀(10)의 최대 돌출 길이(W)는 후연(12)에서 선체(2)의 근위측의 단부(12a)로부터 선체(2)로부터 원위측의 단부(12b)까지의 길이이다.

선체(2)의 전후 방향에서 선미 핀(10)의 전연(11)으로부터 후연(12)까지의 길이가 일정 이상으로 길어지면, 선미 핀(10)이 하강류(Sa)를 받아 발생시키는 추력보다 선미 핀(10)이 물의 흐름을 받는 것에 의한 저항의 영향이 커진다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 선미 핀(10)의 전후 방향의 길이가 일정 이하가 되도록 제한되어 있다.

구체적으로는, 선체(2)의 전후 방향에서 선미 핀(10)의 전연(11)에서 후연(12)까지의 길이의 평균치(Ea)가 프로펠러(4)의 직경(D)의 50% 이하가 되도록 제한되어 있다. 본 실시예에 따르면, 전연(11)이 선체(2)의 중심 라인(CL)에 대해 수직한 방향에 대해 후방으로 기울어져 연장되어 있고, 후연(12)이 선체(2)의 중심 라인(CL)에 대해 수직으로 연장되어 있기 때문에, 선미 핀(10)에서 전연(11)에서 후연(12)까지의 길이는 선체(2)에서 멀어질수록 짧아진다. 즉, 선체(2)의 전후 방향에서 선미 핀(10)의 전연(11)에서 후연(12)까지의 길이는 전연(11)에서 선체(2)에 근위측 단부(11a)에서 최대가 되고, 전연(11)에서 선체(2)로부터 원위측 단부(11b)에서 최소가 된다. 본 실시예에 따르면, 전연(11) 및 후연(12)이 평면에서 볼 때 직선 형상이기 때문에, 전연(11)의 단부(11a)에서 후연(11)까지의 길이를 E1, 전연(11)의 단부(11b)에서 후연(12)까지의 길이를 E2로 하면, 전연(11)에서 후연(11)까지의 길이의 평균치(Ea)는 하기의 식(3)으로 표시된다.

Ea = (E1 + E2) / 2 … (3)

그리고, 선미 핀(10)은 전연(11)에서 후연(11)까지의 길이의 평균치(Ea)가 프로펠러(4)의 직경(D)의 50% 이하, 즉 하기의 식 (4)를 만족하도록 설치된다.

Ea ≤ D × 0.5 … (4)

선체(2) 근방의 하강류(Sa)는 점성의 영향 때문에 유속이 느리다. 본 실시예에 따르면, 구동하는 프로펠러(4)의 석션 효과를 이용하여, 선체(2) 근방에 있더라도 더 빠른 물의 흐름을 받도록 선미 핀(10)은 프로펠러(4)의 전방 근방에서 또한 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이 근방에 배치된다. 여기에서, 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이 근방은 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이까지의 상하 방향의 거리(H)가 프로펠러(4)의 직경(D)의 30% 이하인 범위를 말하며, 해당 범위에 선미 핀(10)의 최하점이 위치할 때에, 선미 핀(10)이 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이 근방에 배치되어 있는 것으로 한다.

선미 핀(1)의 상하 방향의 위치에 관해서, 바람직하게는 선미 핀(10)의 최하점이 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이보다 상방에 위치하는 경우에는, 선미 핀(10)은 당해 최하점에서 회전축(SC)의 높이까지의 상하 방향의 거리(H)가 프로펠러(4)의 직경(D)의 10% 이하가 되도록 선체(2)에 배치된다. 또한, 바람직하게는 선미 핀(10)의 최하점이 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이보다 하방에 위치하는 경우에는, 선미 핀(10)은 당해 최하점에서 회전축(SC)의 높이까지 상하 방향의 거리(H)가 프로펠러(4)의 직경(D)의 30% 이하가 되도록 선체(2)에 배치된다. 여기서, 본 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 선미 핀(10)은 그 최하점과 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이가 일치하도록 선체(2)에 배치되어 있다. 다시 말해서, 본 실시예의 선미 핀(10)은 해당 선미 핀(10)의 최하점에서 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이까지의 상하 방향의 거리(H)가 제로가 되도록 배치되어 있다. 거리(H)가 제로이기 때문에, 도 1에서 거리(H)는 생략한다.

또한, 선미 핀(1)의 전후 방향에 관해서는, 선미 핀(10)의 후연(12)은, 프로펠러(4)로부터 선체(2)의 진행 방향 전방 측에 프로펠러(4)의 직경(D)의 2배만큼 떨어진 위치보다, 선체(2)의 진행 방향 후방 측에 위치한다. 다시 말해서, 도 1에 도시된 프로펠러(4)의 축부(5)로부터 선미 핀(10)의 후연(11)까지의 선체(2)의 전후 방향에서 거리(G)는 프로펠러(4)의 직경(D)의 2배 이하이며, 이하의 식 (5)를 만족한다.

G ≤ D × 2.0 … (5)

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 선미 핀(10)을 구비한 중속선 또는 고속선의 선박(1A)에서는, 돌출 방향에서 선미 핀(10)의 선체(2)의 측면으로부터의 최대 돌출 길이(W)가 프로펠러(4)의 직경(D)의 15% 이하이고, 흐름의 속도가 느린 영역에 선미 핀을 설치하기 때문에, 선미 핀(10) 자체에 의한 저항이 감소되고, 선박(1A)의 추진을 어시스트하는 효율을 확실하게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 선미 핀(10)의 후연(12)은, 프로펠러(4)로부터 선체(2)의 진행 방향 전방 측에 프로펠러(4)의 직경(D)의 2 배만큼 떨어진 위치 보다 선체(2)의 진행 방향 후방 측에 위치한다. 또한, 선미 핀(10)은 그 최하점으로부터 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이까지의 상하 방향의 거리(H)가 소정의 범위 내로 제한되도록 선체(2)에 배치되어 있다. 이와 같이, 선미 핀(10)이 프로펠러(4)의 전방 근방에 배치되기 때문에, 구동하는 프로펠러(4)의 석션 효과에 의해 선체(2) 근방이더라도 더 빠른 물의 흐름을 선미 핀(10)에 받게 할 수 있다. 이에 따라서, 선미 핀(10)이 하강류(Sa)를 받아 발생시키는 추력을 크게 할 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 선체(2)의 전후 방향에서 선미 핀(10)의 전연(11)에서 후연(11)까지의 길이의 평균치가 프로펠러(4)의 직경(D)의 50% 이하로 제한되어 있기 때문에, 선미 핀(10)이 물의 흐름을 받는 것에 의한 저항의 영향을 작게 하면서, 선미 핀(10)이 하강류(Sa)를 받아 발생시키는 추력을 크게 할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시예에 따르면, 선미 핀(10)는 돌출 방향에 대해 수직인 단면 형상이 날개 형상이었지만, 본 발명의 선미 핀의 형상은 이에 한정되지 않고, 해당 선미 핀의 상면과 하면의 중간 점을 차례로 연결하여 얻어지는 중심선이 아래로 볼록이면 된다. 예를 들어, 본 발명의 선미 핀은 돌출 방향에 대해 수직인 단면 형상이 전체적으로 아래로 볼록이고, 또한, 선미 핀의 상면과 하면의 상하 방향의 두께가 전연에서 후연에 걸쳐 대략 일정한 판 형상 부재라도 좋다.

또한, 선미 핀(10)의 설치 위치나 크기는 상기 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 선미 핀(10)의 후연(12)이 프로펠러(4)로부터 선체(2)의 진행 방향 전방 측에 프로펠러(4)의 직경(D)의 2배 보다 떨어져 있어도 좋고, 또한, 선미 핀(10)의 최하점으로부터 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이까지의 상하 방향의 거리(H)는, 선미 핀(10)의 최하점이 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이보다 상방에 위치하는 경우에, 프로펠러(4)의 직경(D)의 10% 보다 커도 좋고, 또한, 선미 핀(10)의 최하점이 프로펠러(4)의 회전축(SC)의 높이보다 하방에 위치하는 경우에, 프로펠러(4)의 직경(D)의 30% 보다 커도 좋다. 선체(2)의 전후 방향에서 선미 핀(10)의 전연(11)에서 후연(11)까지의 길이의 평균치(Ea)는 프로펠러(4)의 직경(D)의 50% 보다 커도 좋다.

또한, 상기 실시예에 따르면, 선미 핀(10)의 전연(11)이 후연(11) 보다 상방에 위치하고 있었지만, 이에 한정되지 않고, 전연(11)과 후연(12)이 같은 높이에 있어도 좋다. 즉, 수평면에 대해 선미 핀(10)의 날개현선(L2)이 이루는 각(θ1)은 0 °라도 좋다.

또한, 상기 실시예에 따르면, 전연(11)이 선체(2)의 중심 라인(CL)에 수직인 방향에 대해서, 소정 각도(후퇴각)(θ2)만큼 후방으로 기울어져 연장되어 있었지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어, 전연(11)이 선체(2)의 중심 라인(CL)에 수직인 방향으로 연장하여도 좋다. 또한, 상기 실시예에 따르면, 후연(12)이 선체(2)의 중심 라인(CL)에 대해 수직으로 연장되어 있었지만, 이에 한정되지 않고, 후연(12)이 선체(2)의 중심 라인(CL)에 수직인 방향에 대해 소정의 각도만큼 전방 또는 후방으로 경사져 연장되어도 좋다. 또한, 전연(11) 및 후연(12)을 평면에서 볼 때의 각각의 형상은, 직선이 아니라도 좋다. 예를 들어, 전연(11) 및 후연(12)을 평면에서 볼 때 각각의 형상은 곡선이라도 좋고, 선체(2)에서 연장되는 직선부가 전방 또는 후방으로 1회 또는 복수회 구부러진 형상이라도 좋다.

또한, 상기 실시예에 따르면, 선미 핀(10)은 선체(2)의 측면으로부터 수평으로 돌출되어 있었지만, 선미 핀(10)은 선체(2)의 측면으로부터 멀어질수록 상방 또는 하방으로 경사지게 연장되어 있어도 좋다.

또한, 선미부에는, 본 발명의 선미 핀이 아닌 핀이 설치되어 있어도 좋다.

또한, 상기 실시예에 따르면, 선미 핀(10)이 일축선에 설치되는 예를 설명하였으나, 본 발명의 선미 핀은 다축선에도 적용 가능하다. 예를 들어, 선미 핀은 이축선에 설치되어도 좋다. 도 5는 이축선인 선박(1B)의 선미부(3)을 후방에서 본 모식도를 도시한다. 도 5에서, 상기 실시예와 실질적 동일한 구성 요소에는 동일 부호를 부여하고, 중복된 설명은 생략한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 선박(1B)의 선체(2)는 하방으로 돌출하는 한 쌍의 스케그(skeg)부(8)를 구비한다. 한 쌍의 스케그부(8)는 선체(2)의 좌우 방향으로 이격되어 있고, 선체(2)의 중심 라인(CL)에 대해 대칭인 위치에 있다. 각각의 스케그부(8)에는 상기 실시예와 마찬가지로 회전축(SC)를 중심으로 회전하는 도시 생략된 프로펠러가 설치되어 있다. 각각의 스케그부(8)의 좌우의 각 측면에 상기 실시예와 마찬가지로, 선미 핀(10)이 설치된다. 도 5에 도시된 이축선인 선박(1B)에도 상기 실시예에 도시된 일축선인 선박(1A)과 같은 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 도 5에 도시된 선박(1B)은, 각각의 스케그부(8)에 2개의 선미 핀(10)이 설치되어 있지만, 선미 핀(10)은 각각의 스케그부(8)의 선체(2) 중앙 측에만 설치되어도 좋고, 각각의 스케그부(8)의 선체(2) 외방 측에만 설치되어도 좋다. 이러한 경우에도 상기 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

1A, 1B: 선박
2: 선체
3: 선미부
4: 프로펠러
10: 선미 핀
11: 전방측 가장자리
12: 후방측 가장자리
14: 상면
15: 하면

Claims

프로펠러가 설치되고, 계획 항해 속력의 프라우드 수가 0.17 이상인 선박의 선미부의 측면에 설치되는 선미 핀이고,
상기 선미 핀은 상기 프로펠러 보다 상기 선박의 진행 방향 전방 측에서 또한 상기 프로펠러의 회전축의 높이 근방에 위치하고,
상기 선미부의 측면으로부터의 상기 선미 핀의 돌출 방향에 대해 수직인 상기 선미 핀의 단면 형상에서, 상기 선미 핀의 상면과 하면의 중간 점을 차례로 연결하여 얻어지는 중심선은 아래로 볼록하며,
상기 돌출 방향에서, 상기 선미부의 측면으로부터의 상기 선미 핀의 최대 돌출 길이는 상기 프로펠러의 직경의 2% 이상이고 15% 이하인 것을 특징으로 하는 선미 핀.
제1항에 있어서,
상기 선미 핀의 상기 단면 형상은 날개 형상인 것을 특징으로 하는 선미 핀.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 선미 핀의 후방측 가장자리는 상기 프로펠러로부터 상기 선박의 진행 방향 전방 측으로 상기 프로펠러의 직경의 2배만큼 떨어진 위치 보다 상기 선박의 진행 방향 후방 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 선미 핀.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선박의 전후 방향에서, 상기 선미 핀의 전방측 가장자리에서 후방측 가장자리까지의 길이의 평균치는 상기 프로펠러의 직경의 50% 이하인 것을 특징으로 하는 선미 핀.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 선미 핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 선박.