KR20200144043A - 러더 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 러더는, 추진수단에 인접하게 마련되어 선박의 항해 방향을 조정하는 러더에 있어서, 전단인 리딩 에지와 후단인 트레일링 에지를 갖고, 임의의 수평 단면 상에서 상기 리딩 에지부터 상기 트레일링 에지 사이에서 좌우 방향 중심을 연결한 기준선은, 좌현 또는 우현으로 볼록한 캠버 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

러더 및 이를 포함하는 선박{Rudder and Ship having the same}

본 발명은 러더 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향이 조절되어 선박의 진로가 조정될 수 있다.

여기서 도 6은 일반적인 선박용 러더와 프로펠러를 도시한 도면이고, 도 6을 참조하면, 프로펠러(P)의 회전을 통해 일정한 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 한다.

이 경우 많은 양의 연료가 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 되어 연비 효율을 향상시키기 위한 기술개발, 즉 연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미(도시하지 않음), 프로펠러(P), 러더(R) 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물(도시하지 않음)을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device) 등의 기술개발이 지속적으로 진행 중에 있다.

특히 종래의 선박용 러더(R)는 프로펠러(P)의 후류 유동에 의해 양력 손실과 캐비테이션이 발생되어 선박의 추진성능이 저하되는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 국내 공개특허공보 제10-2011-0109306호의 러더는, 프로펠러 축을 기준으로 프로펠러 축의 상방의 일측에만 러더를 적용하는 바와 같이 러더 구조의 개선을 통한 양력 손실 최소화 등의 노력이 지속적으로 이루어지고 있는 실정이다.

본 발명은 종래기술을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 러더의 캐비테이션이 개선될 수 있고, 추진수단(추진기) 후류에 적합하며, 압력분포가 개선될 수 있는 러더 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 러더는, 추진수단에 인접하게 마련되어 선박의 항해 방향을 조정하는 러더에 있어서, 전단인 리딩 에지와 후단인 트레일링 에지를 갖고, 임의의 수평 단면 상에서 상기 리딩 에지부터 상기 트레일링 에지 사이에서 좌우 방향 중심을 연결한 기준선은, 좌현 또는 우현으로 볼록한 캠버 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 러더는, 추진수단에 인접하게 마련되어 선박의 항해 방향을 조정하는 러더에 있어서, 전단인 리딩 에지와 후단인 트레일링 에지를 갖고, 임의의 수평 단면 상에서 상기 리딩 에지부터 상기 트레일링 에지까지를 직선으로 연결하는 중심선 대비, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 사이의 좌우 방향 중심을 연결한 기준선이 상기 중심선과 전체적으로 어긋나게 마련되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 러더는, 추진수단에 인접하게 마련되어 선박의 항해 방향을 조정하는 러더에 있어서, 전단인 리딩 에지와 후단인 트레일링 에지를 갖고, 임의의 수평 단면 상에서 상기 리딩 에지부터 상기 트레일링 에지 사이에서 좌우면을 따라 전후 방향으로 일정 간격으로 가상의 점들을 배치하였을 때, 좌면 또는 우면 중 일면의 점들의 배치 위치가 타면의 점들의 배치 위치 대비 전방으로 치우치는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 추가 실시예에 따른 선박은, 상기 러더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는, 적어도 부분적으로 좌우 편향되게 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는, 적어도 부분적으로 경사지게 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는, 서로 다른 각도를 갖는 부분들이 상하로 연결된 형태를 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지의 하단에 곡형 또는 판형 중 적어도 어느 하나 또는 이들이 조합되는 형상의 부가물을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 러더 및 이를 포함하는 선박은, 러더의 캐비테이션이 개선될 수 있으며, 이로 인해 발생될 수 있는 침식현상이 개선될 수 있고, 추진수단 후류에 적합한 형상을 이루게 되어 추진효율이 개선될 수 있으며, 압력분포의 개선으로 러더에 작용하는 러더 토크가 감소될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선박용 러더를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 상부 측의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 상부 측과 프로펠러의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 하부 측의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 하부 측과 프로펠러의 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 일반적인 선박용 러더와 프로펠러를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 선박용 러더를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 러더에 대하여 형상이 변형된 형태를 도시한 도면이다.
도 9는 도 8의 러더에 대한 캐비테이션 개선 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 유동 박리에 따른 캐비테이션 발생을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 8의 러더에 제1 형태의 부가물이 형성된 모습을 도시한 도면이다.
도 12는 도 11의 러더에 대한 캐비테이션 개선 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 도 8의 러더에 제2 형태의 부가물이 형성된 모습을 도시한 도면이다.
도 14는 도 13에 따른 러더에 대한 캐비테이션 개선 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 제1, 2 형태의 부가물에 대한 캐비테이션 발생을 비교하기 위한 도면이다.
도 16은 종래의 러더에 대비하는 도 7에 개시되는 러더의 캐비테이션 개선 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 16에 따른 결과가 발생되는 압력 변화를 도시한 도면이다.
도 18은 도 16의 캐비테이션 비교 결과를 그래프로 도시한 도면이다.
도 19는 종래의 러더에 대비하는 도 7에 개시되는 러더의 양력/항력 비를 비교하기 위한 도면이다.
도 20은 종래의 러더에 대비하는 도 7에 개시되는 러더의 모멘트를 비교하기 위한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더를 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 상부 측을 설명하기 위한 도면이고, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 하부 측을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 러더(10)를 포함하고, 선박용 러더(10)는, 프로펠러(P)를 추진장치로 하는 선박(해양구조물 포함, 도시하지 않음)에 장착될 수 있으며, 일반적으로는 선박의 프로펠러(P) 후방에서 프로펠러(P)의 중심축을 경계로 하여 적어도 후방이 대칭되는 유선형 단면 가질 수 있으나, 본 실시예는 기준선(11)을 사이에 두고 전방부(110)와 후방부(120)가 전후 방향으로 마련되고 후술되는 바와 같은 특징으로 구비됨으로써, 속도가 개선되고 연비가 향상될 수 있다.

여기서 기준선(11)은, 러더(10)의 수평 단면 중 좌우 폭이 최대인 지점을 이룰 수 있다. 그리고 설명의 편의를 위해 러더(10)의 전후 길이 방향으로 마련되는 선을 기준중심선(13)으로 명칭하며, 기준중심선(13)은 기준선(11)에 대하여 수직일 수 있다.

더불어 전방부(110)는 기준선(11)에 대하여 전방에 마련되어 선수 방향에 위치될 수 있고, 후방부(120)는 기준선(11)을 기준으로 후방에 마련되어 선미 방향에 위치될 수 있다.

그리고 도 1을 참조하는 바와 같이, 후방부(120)의 트레일링 에지(121)는 상하 연속적으로 연결될 수 있다.

특히 전방부(110)의 좌우중심 및 후방부(120)의 좌우중심은, 연속적으로 연결되는 캠버 형태를 이룰 수 있다.

예를 들어 전방부(110)의 리딩 에지(111)는, 상하 반대 방향으로 편향될 수 있어, 도 2 및 도 3을 참조하는 바와 같이 러더(10)의 상부를 이루는 상부측 러더(10A)는 전방부(110)가 좌측으로 편향되고, 도 4 및 도 5를 참조하는 바와 같이 러더(10)의 하부를 이루는 하부측 러더(10B)는 전방부(110)가 우측으로 편향될 수 있다.

구체적으로 도 2 및 도 3을 참조하는 바와 같이, 상부측 러더(10A)는, 기준중심선(13)에 대하여 전방부(110)의 리딩 에지(111)(leading edge, 전방변을 의미할 수 있음)가 좌측으로 편향되고, 후방부(120)는 기준중심선(13)에 대하여 우측으로 편향될 수 있다. 이에 따라 러더(10)의 좌우중심선(15)은 리딩 에지(111)로부터 후방부(120)의 트레일링 에지(121)(trailing edge, 후방변을 의미할 수 있음)까지 기준중심선(13)을 기준으로 편향되게 마련되어 좌우중심선(15) 전체가 곡진 형태를 가질 수 있어, 해류의 변경을 용이하게 할 수 있으므로 러더 조정이 용이해질 수 있다.

다만 후방부(120)의 트레일링 에지(121)의 최단부(기준선에서 거리가 가장 먼곳일 수 있음)는, 기준선(11)과 직각으로 마련될 수 있어, 러더(10)를 선박에 대하여 평행하게 조정시, 러더(10)의 리딩 에지(111)와 트레일링 에지(121)가 단순히 기준선의 중심으로부터 사선으로 놓인 것과 다르게 트레일링 에지(121)의 단부로 흐르는 해수의 흐름이 선미 방향에 평행한 형태를 이룰 수 있다.

따라서 러더(10)의 기준중심선(13)이 선박에 대하여 평행한 방향으로 배치되면, 러더(10)를 따라 흐르는 해수의 흐름은 트레일링 에지(121)에서 선박의 직진 방향과 평행한 방향으로 흐르게 되므로, 본 실시예에 따른 러더(10)의 구조 개선에 대하여도 방향 조정에 이상이 발생되지 않을 수 있다.

아울러 러더(10)의 좌우중심선(15)은, 기준선(11)에서 기준중심선(13)과 일치될 수 있어, 리딩 에지(111)의 끝단이 기준중심선(13)의 좌측으로 편향된 상태에서 기준선(11)까지 점차 기준중심선(13)에 근접되는 형태를 가질 수 있고, 후방부(120)에서의 좌우중심선(15)은 기준선(11)에서 기준중심선(13)과 일치되었다가 후방으로 갈수록 우측으로 점차 편향되다가 트레일링 에지(121)의 끝단에 근접하면서 다시 기준중심선(13)과 일치되는 형태를 가질 수 있다. 이에 따라 후방부(120)의 트레일링 에지(121)는 기준선(11)에서의 좌우중심(좌우중심선(15)과 교차된 지점일 수 있음)과 전후 나란한 위치에 놓일 수 있어 후방부(120)의 트레일링 에지(121)가 기준중심선(13)과 일치할 있다.(도 2 참조).

게다가 후방부(120)의 트레일링 에지(121)는, 상하 방향에 대하여 연직으로 이루어질 수 있고, 상부측 러더(10A)는 러더축(도시하지 않음)을 통해 선체(도시하지 않음)에 고정되어 있을 수 있다. 물론 러더축은 상부측 러더(10A) 외에도 하부측 러더(10B)까지 관통하면서 러더(10)가 회전가능하도록 고정할 수 있다.

더욱이 상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B)의 수평 단면적의 비율은 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 공지된 다양한 기술이 적용될 수 있고, 편향 방향이 반대로 이루어지는 상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B)의 사이에는 이들 구성을 연결하는 연결부(부호 도시하지 않음)가 마련될 수 있으며, 연결부는 상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B)와의 사이에서 정면으로 보았을 때 상부로부터 하부 방향 즉 상부측 러더(10A)에서 하부측 러더(10B)를 향해 경사면을 이룰 수 있다.

이러한 연결부는, 상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B) 사이에 단턱이 마련되는 것을 방지하여, 해수의 흐름을 원활하게 하기 위함이므로, 공지된 다양한 기술이 적용가능하고, 러더 벌브 등이 장착될 수도 있는 바와 같이 본 발명의 실시예와 상충되지 않는 다면, 공지된 기술과의 조합 또한 가능함은 물론이다.

한편 도 4 및 도 5를 참조하는 바와 같이, 하부측 러더(10B)는, 상부측 러더(10A)와 좌우 대칭되는 구조를 이룰 수 있으며, 즉 하부측 러더(10B)의 전방부(110)는 우측으로 편향되고, 후방부(120)는 좌측으로 편향되며, 트레일링 에지(121)의 단부는 기준선(11)에 대하여 연직으로 이루어질 수 있고, 이는 상부측 러더(10A)와 동일/유사하게 프로펠러(P)로부터 유동되는 해수의 흐름을 보다 효율적으로 이용하기 위함이며, 이러한 하부측 러더(10B)는 앞서 기술한 상부측 러더(10A)와 대칭되는 구조를 이루어, 상부측 러더(10A)의 설명으로 갈음할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

더욱이 본 발명의 실시예에 따른 선박용 러더(10)는, 단축(Single-Screw)용일 수도 있고, 쌍축(Twin-Screw)용일 수도 있으며, 쌍축용일 경우 러더(10)의 편향방향이 서로 반대되어 선박의 중심을 기준으로 대칭되게 마련될 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더(10)의 효과는, 아래의 표 1 및 표 2에 개시된 바와 같이 향상될 수 있다.

구체적으로 표 1은, 스케일을 축소한 모형실험에 관련한 비교실험을 개시한 것이며, 간략히 종래 러더(1)(도 6참조, 표의 비교예)에 대비하여 본 발명의 실시예에 따른 러더(10)의 추진효율(etaD)이 0.73% 개선됨을 알 수 있다.

여기서 표의 수치는, 비교를 위해 비율로만 나타낸 것임을 알려둔다.

표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 러더(10)는, 추력(T), 토크(Q), 파워 등에서 모두 개선 효과를 확보하게 됨을 알 수 있다.

더불어, 하기 표 1, 2의 비교예로서의 종래의 러더(1)는, 전방부만이 편향된 상태이고, 후방부는 좌우가 대칭을 이루는 구조이며, 수평 단면적의 크기는 본 발명의 실시예와 동일한 단면적으로 진행되었음을 알려둔다.

즉 비교예인 종래의 러더(1)와 본 발명의 실시예에 따른 러더(10)의 실험조건은, 본 발명의 실시예에서 추력 등의 개선 효과를 확보하기 위해 구조 개선을 이룬, 러더(10)의 전방부(110)로부터 후방부(120)까지 연속적으로 연결되는 캠버 형태를 이루는 것이 다르게 이루어졌음을 알려둔다.

[표 1]

또 다른 실험예로서, 스케일의 축소는 동일/유사하게 한 모형 실험의 CFD의 결과는, 종래 러더(1)(도 6참조, 표의 비교예)에 대비하여 본 발명의 실시예에 따른 러더(10)의 전달마력(power)이 비교예에 대비하여 0.28% 개선됨을 알 수 있다.

여기서 표의 수치는, 비교를 위해 비율로만 나타낸 것이며, 표 1과 프로펠러(O)의 회전수(rps)의 조건이 변경된 것이고, 이러한 변경 사항에서도 여전히 개선 효과를 확보하게 됨을 알 수 있다.

[표 2]

이와 같이 본 실시예는, 러더의 저항을 줄이고, 프로펠러의 추력을 증가시키도록 설계되어 속도 성능이 개선될 수 있고, 추가적으로 추력의 편심을 이용하여 회두력을 제어함으로써 양력 조절이 용이하게 되어, 연료 소비율을 개선할 수 있다.

이하에서는 도 7 내지 도 20을 참조하여 다른 실시예에 따른 러더(10)에 대하여 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 선박용 러더를 도시한 도면이고, 도 8은 도 7의 러더에 대하여 형상이 변형된 형태를 도시한 도면이며, 도 9는 도 8의 러더에 대한 캐비테이션 개선 효과를 설명하기 위한 도면이다.

그리고 도 10은 유동 박리에 따른 캐비테이션 발생을 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 8의 러더에 제1 형태의 부가물이 형성된 모습을 도시한 도면이며, 도 12는 도 11의 러더에 대한 캐비테이션 개선 효과를 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 도 8의 러더에 제2 형태의 부가물이 형성된 모습을 도시한 도면이다.

더불어 도 14는 도 13에 따른 러더에 대한 캐비테이션 개선 효과를 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 제1, 2 형태의 부가물에 대한 캐비테이션 발생을 비교하기 위한 도면이며, 도 16은 종래의 러더에 대비하는 도 7에 개시되는 러더의 캐비테이션 개선 효과를 설명하기 위한 도면이다.

또한, 도 17은 도 16에 따른 결과가 발생되는 압력 변화를 도시한 도면이고, 도 18은 도 16의 캐비테이션 비교 결과를 그래프로 도시한 도면이며, 도 19는 종래의 러더에 대비하는 도 7에 개시되는 러더의 양력/항력 비를 비교하기 위한 도면이고, 도 20은 종래의 러더에 대비하는 도 7에 개시되는 러더의 모멘트(조타기의 용량)를 비교하기 위한 도면이다.

간략하게는 종래의 러더는 기준중심선(13)에 대하여 좌우 형상이 대칭이거나 혹은 추진수단(프로펠러(P)를 포함할 수 있음)의 회전축을 기점으로 상하 일정한 비틀림 각을 가지도록 하였으나, 본 실시예는 러더(10)가 상하 방향(높이 방향)을 따라 변하는 비틀림 각을 가지도록 하여 상하 방향을 따라 추진수단 후류에 러더(10)의 모든 단면이 적합한 형태가 이루어지도록 할 수 있다.

구체적으로 도 7 내지 도 20을 참조하면, 본 실시예의 러더(10)는, 추진수단에 인접하게 마련되어 선박의 항해 방향을 조정할 수 있고, 전단인 리딩 에지(111)와 후단인 트레일링 에지(121)를 가질 수 있다.

여기서 본 실시예의 러더(10)는, 3차원 곡형을 이룰 수 있는데, 도 7(a 내지 d는 동일한 러더(10)에 대하여 보기 방향만 차이가 있으며, 리딩 에지(111)와 트레일링 에지(121)가 서로 다른 각도로 연결된 형태)을 참조하면 아래와 같다.

본 실시예의 러더(10)는, 상하 방향(높이 방향)을 따라 변하는 비틀림각이 이루어질 수 있고, 리딩 에지(111)와 트레일링 에지(121)는 적어도 어느 하나가 즉 리딩 에지(111)와 트레일링 에지(121) 중 하나만 또는 리딩 에지(111)와 트레일링 에지(121) 모두가 적어도 부분적으로 좌우 편향되게 마련될 수 있으며, 적어도 부분적으로 경사지게 마련될 수 있어, 도 7, 도 8, 도 11 등을 참조하는 바와 같이 상단으로부터 하단까지 경사진 형태를 가질 수 있다.

이때 리딩 에지(111)와 트레일링 에지(121) 모두 좌우 편향되고, 전체적으로 경사진 형태를 가지는 경우, 러더(10)는 상부로부터 하부를 향해 점차 단면적이 감소되는 구조를 가질 수 있다.

일례로 러더(10)는, 도 8, 도 11, 도 13 등을 참조하는 바와 같이, 임의의 수평 단면 상에서 리딩 에지(111)부터 트레일링 에지(121) 사이에서 좌우 방향 중심을 연결한 기준선은, 좌현 또는 우현으로 볼록한 캠버 형태를 가질 수 있다.

또는, 러더(10)는, 임의의 수평 단면 상에서 리딩 에지(111)부터 트레일링 에지(121)까지를 직선으로 연결하는 중심선 대비, 리딩 에지(111)와 트레일링 에지(121) 사이의 좌우 방향 중심을 연결한 기준선이 중심선과 전체적으로 어긋나게 마련될 수 있다.

또는, 러더(10)는, 임의의 수평 단면 상에서 리딩 에지(111)부터 트레일링 에지(121) 사이에서 좌우면을 따라 전후 방향으로 일정 간격으로 가상의 점들을 배치하였을 때, 좌면 또는 우면 중 일면의 점들의 배치 위치가 타면의 점들의 배치 위치 대비 전방으로 치우칠 수 있다.

즉 본 실시예에 따른 러더(10)의 하단(Rudder Sole)에 대한 비교 결과와 러더(10)를 상하방향을 따라 변하는 비틀림 각을 적용한 결과와 함께 설명하면 아래와 같다.

먼저 도 8을 참조하면(a 내지 c는 동일한 러더(10)에 대하여 보기 방향만 차이가 있음), 프로펠러(P) 중심축을 기준으로 러더(10)의 하부(하부측 러더(10B)일 수 있음) 비틀림각(Twist angle)을 상부와 반대로 적용할 수 있다. 여기서 러더(10)의 하부는, 전방부(110)만 비틀림각(Twist angle)을 반대로 적용할 수 있다. 더불어 러더(10)의 중심(10C)에는 완충 구간이 형성될 수 있어, 러더(10)의 상하부(상부측 러더(10A)와 하부측 러더(10B)일 수 있음)에서 반대 방향으로 비틀림각(Twist angle)이 형성되는 것이 서로 이어지는 구간이 형성될 수 있다.

여기서 도 9를 참조하면, 즉 도 8에 도시된 실시예에 따른 러더(10)의 모형 실험의 CFD 결과를 도시한 'T.R. #1'을 참조 시, 비틀림각(Twist angle)을 러더(10) 상부와 반대로 적용한 러더(10)와 기준중심선(13)을 기준으로 러더(10)의 임의단면이 좌우 대칭인 대조군의 비교 데이터로서의 러더에 대비하여 캐비테이션 개선 효과가 있음을 알 수 있다.

그리고 도 10을 참조하면, 러더(10)의 여러 면이 맞닿아 형상이 날카로우면, 캐비테이션이 발생됨을 알 수 있으며, 이는 유동의 박리로 인해 발생하기 때문이다.

더불어 러더(10)는, 러더(10)의 하단(Rudder Sole)이, 종래의 러더와 달리 곡형이 형성되거나 판형이 형성될 수 있다.

즉 러더(10)는, 리딩 에지(111)와 트레일링 에지(121)의 하단에 곡형 또는 판형 중 적어도 어느 하나 또는 이들이 조합되는 형상의 부가물(20)이 마련될 수 있으며 이는 아래와 같다.

먼저 도 11을 참조하는 바와 같이(a 내지 c는 동일한 러더(10)에 대하여 보기 방향만 차이가 있음), 도 8의 실시예의 변형예로서, 러더(10)의 하부는, 곡 형상의 부가물(20)(제1 형태의 부가물(20))이 부가될 수 있다. 여기서 도 8에 개시되는 'T.R. #1'의 실시예에 대비하여 곡 형상의 부가물(20)이 부가되는 예를 'T.R. #2'으로 하여 도 12에서 비교하여 도시하였다.

이와 같이 도 12를 참조하면, 곡 형상의 부가물(20)이 마련되는 러더(10)는, 캐비테이션이 개선되는 것을 확인할 수 있다.

다른 예로 도 13을 참조하는 바와 같이(a 내지 c는 동일한 러더(10)에 대하여 보기 방향만 차이가 있음), 도 8 및 도 11 실시예의 변형예로서, 러더(10)의 하부는, 판 형상의 부가물(20)(제2 형태의 부가물(20))이 부가될 수 있다.

여기서 러더(10)의 전체 형상은 도 8에 개시되는 러더(10)의 형상이 적용되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 공지된 기술이 조합될 수도 있는 바와 같이, 다양한 변형예 또한 가능하다.

본 실시예의 판 형상의 부가물(20)은, 작은 날개(Winglet)로서, 러더(10)의 하단에서 단면적이 확장된 형태로 마련될 수 있고, 도 14를 참조하는 바와 같이, 러더(10)의 형상이 동일한 경우 부가물(20)이 없는 러더(10)에 대비하여 판 형상의 부가물(20)이 구비된 'T.R. #3'에서 캐비테이션이 개선되는 것을 확인할 수 있다.

더불어 도 14를 참조 시, 러더(10)의 하부만이 아니라 러더(10) 상부의 캐비테이션도 개선되는 것을 확인할 수 있으며, 이는 유동장의 변화로 인한 것일 수 있다.

그리고 도 15는, 곡형의 부가물(20)(제1 형태의 부가물(20))이 마련되는 러더(10)(T.R. #2)과 판형의 부가물(20)(제1 형태의 부가물(20))이 마련되는 러더(10)(T.R. #3)을 비교하는 경우를 나타낸 것이며, 곡형의 부가물(20)이 마련되는 경우에 대비하여 판형의 부가물(20)이 마련되는 러더(10)에서 캐비테이션의 개선 효과가 상이함을 확인할 수 있다.

아울러, 도 16 및 도 18을 참조하는 바와 같이(도 7의 실시예에 따른 러더일 수 있으나, 도 8, 도 11, 도 13의 실시예에 따른 러더 또한 동일/유사한 형태로 개선되므로 도 7의 실시예에 따른 러더로 설명을 대체 함), 캐비테이션 발생을 비교한 결과에 대하여, 종래 러더에 대비하여 본 실시예의 러더(10)가 캐비테이션의 발생이 감소되는 것을 확인할 수 있다.

여기서 캐비테이션 발생의 차이는, 즉 본 실시예의 러더(10)에 대비하여 종래 러더에서 캐비테이션 발생이 크고, 본 실시예의 러더(10)에서는 캐비테이션이 감소하는 이유는 도 17을 참조하는 바와 같다.

즉 종래 러더의 단면은, 유동에 정렬되지 않아 날개처럼 흡입면과 압력면이 뚜렷하게 발생되고, 흡입면에서 압력이 일정 수준 이하로 하락하는 경우 캐비테이션이 발생하기 때문이다.

반면 본 실시예의 러더(10)는, 상하 방향(높이 방향) 각 단면이 유동방향에 대응하여 정렬되기 때문에 흡입면과 압력면이 나타나지 않아 압력저하가 종래에 대비하여 작게 형성되기 때문이다.

게다가 도 19를 참조하는 바와 같이, 종래 러더에 대비하여 본 실시예의 러더(10)는 양력/항력 비가 개선되는 것을 확인할 수 있고, 도 20을 참조하는 바와 같이, 종래 러더에 대비하여 본 실시예의 러더(10)는 타축모멘트가 55% 내외로 작게 형성되는 것을 확인할 수 있다.

이는 도 20을 참조하는 바와 같이, 러더 구동에 필요한 조타기 용량과 관련하여, 본 실시예의 러더(10)가 종래 러더에 대비하여 절반 정도 수준임을 의미할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 러더(10)의 캐비테이션이 개선될 수 있으며, 이로 인해 발생될 수 있는 침식현상이 개선될 수 있고, 추진수단 후류에 적합한 형상을 이루게 되어 추진효율이 개선될 수 있으며, 압력분포의 개선으로 러더(10)에 작용하는 러더 모멘트가 감소될 수 있다.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

10: 러더 11: 기준선
13: 기준중심선 15: 좌우중심선
110: 전방부 111: 리딩 에지
120: 후방부 121: 트레일링 에지
20: 부가물

Claims (16)

1. 추진수단에 인접하게 마련되어 선박의 항해 방향을 조정하는 러더에 있어서,
   전단인 리딩 에지와 후단인 트레일링 에지를 갖고,
   임의의 수평 단면 상에서 상기 리딩 에지부터 상기 트레일링 에지 사이에서 좌우 방향 중심을 연결한 기준선은, 좌현 또는 우현으로 볼록한 캠버 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 러더.
2. 제1항에 있어서,
   상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
   적어도 부분적으로 좌우 편향되게 마련되는 것을 특징으로 하는 러더.
3. 제1항에 있어서,
   상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
   적어도 부분적으로 경사지게 마련되는 것을 특징으로 하는 러더.
4. 제1항에 있어서,
   상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
   서로 다른 각도를 갖는 부분들이 상하로 연결된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 러더.
5. 제1항에 있어서,
   상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지의 하단에 곡형 또는 판형 중 적어도 어느 하나 또는 이들이 조합되는 형상의 부가물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 러더.
6. 추진수단에 인접하게 마련되어 선박의 항해 방향을 조정하는 러더에 있어서,
   전단인 리딩 에지와 후단인 트레일링 에지를 갖고,
   임의의 수평 단면 상에서 상기 리딩 에지부터 상기 트레일링 에지까지를 직선으로 연결하는 중심선 대비, 상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 사이의 좌우 방향 중심을 연결한 기준선이 상기 중심선과 전체적으로 어긋나게 마련되는 것을 특징으로 하는 러더.
7. 제6항에 있어서,
   상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
   적어도 부분적으로 좌우 편향되게 마련되는 것을 특징으로 하는 러더.
8. 제6항에 있어서,
   상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
   적어도 부분적으로 경사지게 마련되는 것을 특징으로 하는 러더.
9. 제6항에 있어서,
   상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
   서로 다른 각도를 갖는 부분들이 상하로 연결된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 러더.
10. 제6항에 있어서,
    상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지의 하단에 곡형 또는 판형 중 적어도 어느 하나 또는 이들이 조합되는 형상의 부가물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 러더.
11. 추진수단에 인접하게 마련되어 선박의 항해 방향을 조정하는 러더에 있어서,
    전단인 리딩 에지와 후단인 트레일링 에지를 갖고,
    임의의 수평 단면 상에서 상기 리딩 에지부터 상기 트레일링 에지 사이에서 좌우면을 따라 전후 방향으로 일정 간격으로 가상의 점들을 배치하였을 때, 좌면 또는 우면 중 일면의 점들의 배치 위치가 타면의 점들의 배치 위치 대비 전방으로 치우치는 것을 특징으로 하는 러더.
12. 제11항에 있어서,
    상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
    적어도 부분적으로 좌우 편향되게 마련되는 것을 특징으로 하는 러더.
13. 제11항에 있어서,
    상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
    적어도 부분적으로 경사지게 마련되는 것을 특징으로 하는 러더.
14. 제11항에 있어서,
    상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지 중 적어도 어느 하나는,
    서로 다른 각도를 갖는 부분들이 상하로 연결된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 러더.
15. 제11항에 있어서,
    상기 리딩 에지와 상기 트레일링 에지의 하단에 곡형 또는 판형 중 적어도 어느 하나 또는 이들이 조합되는 형상의 부가물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 러더.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 러더를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.

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