KR20220051469A - 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로터(rotor)의 외곽을 개폐식으로 가동시킬 수 있는 구조를 구성하여 바람이 측면에서 불어오는 경우에는 로터(rotor)를 실린더 형태로 결합하여 회전시켜 추력을 발생시키고, 바람이 정면에서 불어오는 경우에는 로터의 전면부를 개방시킴으로써 정면에서 불어오는 바람이 통과할 수 있도록 하여 로터에 의한 부가저항이 발생하는 것을 방지할 수 있는 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조에 관한 것이다.

Description

공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조{Rotor Sail Operation Structure To Minimize Air Resistance}

본 발명은 선박에 설치된 로터 세일(Rotor sail)의 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조에 관한 것이다.

매그너스 로터는 로터 세일(Rotor sail)로도 지칭된다.

매그너스 효과(magnus effect)란 자신의 축을 중심으로 회전하고 그 축에 수직하게 유입 유동을 받는 실린더에서 그 축과 유입 유동 방향에 수직한 힘, 즉 횡력(transverse force)이 발생하는 것을 말한다. 회전하는 실린더 주위의 유동은 몸체 주위의 균질한 유동과 와류의 중첩으로 해석될 수 있다. 전체 유동의 불균일한 분포로 인해, 실린더 둘레에 비대칭적 압력 분포가 생기게 된다. 따라서 선박은 바람의 유동 중에서 유효 풍향, 즉 최고 속도를 가지고 보정한 풍향에 수직한 힘을 생성하는 회전 로터들 또는 로터리 로터들을 구비하는데, 그와 같이 생성된 힘은 항해 시와 유사하게 선박을 추진하는데 사용될 수 있다. 수직으로 세워진 실린더는 자신의 축을 중심으로 회전하고, 그러면 옆으로부터 유입되는 공기가 표면 마찰에 의거하여 바람직하게는 실린더를 중심으로 한 회전 방향으로 흐르게 된다. 그 때문에, 정면 측에서는 유동 속도가 더 높고 정압이 더 낮으며, 그에 따라 선박이 전진 방향으로 힘을 얻게 된다.

통상 선박에 설치된 로터 세일(Rotor sail)은 측면에서 바람이 불어오는 경우 로터(Rotor)를 회전함으로써 매그너스 효과(magnus effect)가 발생하여 전진 방향의 추력을 얻게 된다.

이와 같이 측면에서 바람이 불어오는 경우에는 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 로터(10)가 회전하며 선박의 전진 방향으로 추력을 발생시킬 수 있지만 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 바람이 정면에서 불어오는 경우에는 로터(10)가 저항체가 되어 로터에 의한 부가저항이 발생하여 선박의 추진 동력이 감소하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것을 목적으로 하며, 로터(Rotor)의 외곽을 개폐식으로 가동시킬 수 있는 구조를 구성하여 바람이 측면에서 불어오는 경우에는 로터(Rotor)를 실린더 형태로 만들어 회전시켜 추력을 발생시키고, 바람이 정면에서 불어오는 경우에는 로터(Rotor) 전면부를 개방시킴으로써 정면에서 불어오는 바람이 통과할 수 있도록 하여 로터(Rotor)에 의한 부가저항이 발생하는 것을 방지할 수 있는 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 로터 세일을 이용하는 선박에 있어서, 상기 로터 세일을 통한 선박의 추진력 향상을 위해 로터를 형성하도록 실린더 형태로 결합되어 구동되는 복수의 로터부; 실린더 형태로 결합된 상기 복수의 로터부가 선박의 추진력을 위해 회전할 수 있도록 구비된 제1 레일; 및 상기 제1 레일의 외주에 형성되며, 복수의 로터부가 분리되어 적어도 하나의 로터부가 이동되는 제2 레일을 포함하며; 상기 제1 레일에서 결합되어 회전하는 복수의 로터부 중 적어도 하나의 로터부가 제2 레일로 이동하여 로터의 전면부가 개방되도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 로터부는 바람이 정면에서 불어오는 경우, 후면으로 바람이 통과되기 용이하도록 적어도 4개의 로터부가 분리 또는 결합이 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조.

더욱 바람직하게는, 상기 제1 레일 및 제2 레일에는, 분리된 상기 로터부가 정해진 위치에 고정되어 위치할 수 있도록 적어도 하나의 돌출형 스토퍼가 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 제1 레일과 제2 레일 사이에는 연결부가 구비되며; 상기 연결부는 상기 로터부가 제1 레일에서 제2 레일로 이동 또는 제2 레일에서 제1 레일로 이동이 가능하도록 연결 및 해제가 가능한 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 연결부는 제1 레일과 제2 레일과 연결 시, 로터의 회전 방향으로 이동 시 상기 제1 레일에서 제2 레일로 상기 로터부가 이동되도록 하며; 로터의 역회전 방향으로 이동 시 상기 제2 레일에서 제1 레일로 상기 로터부가 이동되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 로터(Rotor)의 외곽을 개폐식으로 가동시킬 수 있는 구조를 구성하여 바람이 측면에서 불어오는 경우에는 로터(Rotor)를 실린더 형태로 만들어 회전시켜 추력을 발생시키고, 바람이 정면에서 불어오는 경우에는 로터(Rotor) 전면부를 개방시킴으로써 정면에서 불어오는 바람이 통과할 수 있도록 하여 로터(Rotor)에 의한 부가저항이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 선박의 추진 마력을 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 종래의 로터 세일 작동 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기저항 최소화를 위한 로터의 개폐 과정을 나타내는 도면이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조 하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기저항 최소화를 위한 로터의 개폐 과정을 나타내는 도면이다.

선박에는 매그너스 로터 세일을 위한 적어도 하나의 로터(100)가 구비될 수 있다.

본 발명의 로터(100)는 외곽(外郭)을 개폐식으로 가동시킬 수 있는 구조로 구성되며, 로터 세일 구동시 로터(100)를 실린더 형태로 만들어 회전시켜 추력을 발생시키고, 바람이 정면에서 불어오는 경우에는 로터(100)의 전면부를 개방시킴으로써 정면에서 불어오는 바람이 통과할 수 있도록 하여, 로터(100)에 의한 부가저항이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것을 나타낸다.

본 발명은 로터 세일을 이용하는 선박에 있어서, 로터 세일을 통한 선박의 추진력 향상을 위해 로터를 형성하도록 실린더 형태로 결합되어 구동되는 복수의 로터부(101 내지 104)가 구비될 수 있다.

실린더 형태로 결합된 복수의 로터부(101 내지 104)가 선박의 추진력을 위해 회전 이동할 수 있도록 제1 레일(110)이 구비될 수 있으며, 제1 레일(110)의 외주에 형성되며, 복수의 로터부(101 내지 104)가 분리되어 적어도 하나의 로터부가 이동되는 제2 레일(111)을 포함할 수 있다.

또한, 제1 레일(110)에서 결합되어 회전하는 복수의 로터부(101 내지 104) 중 적어도 하나의 로터부가 분리되어 제2 레일(111)로 이동하여 로터의 전면부가 개방되도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로 도 2에 도시된 바와 같이, 로터(100)의 외곽(外郭)은 4개의 호(arc) 형태의 제1 내지 제4 로터부(101 내지 104)로 구비되며, 결합 시 실린더 형태로 결합되어 회전하여 추력을 발생시키고, 바람이 정면에서 불어오는 경우에는 로터(100)의 전면부가 개방되도록 4개의 호(arc) 형태로 분리하여, 로터(100)의 하부에 구비된 2중 레일(rail)을 통해 적어도 하나의 로터부를 이동시켜 분리하여, 전면부가 개방될 수 있도록 한다.

여기서 2중 레일(rail)은 복수의 로터부가 로터를 형성하도록 실린더 형태로 결합되어 회전하며 추력을 발생시키는 제1 레일(110)과 로터가 4개의 로터부(101 내지 104)로 분리되며, 그 중 2개의 로터부가 이동되는 제2 레일(111)을 구비할 수 있다.

또한, 제1 레일(110)과 제2 레일(111)에는 연결부(115)가 구비되어, 제1 내지 제4 로터(101 내지 104)로터 중 2개의 로터부(예: 제3 로터부(103), 제4 로터부(104))가 제1 레일(110)에서 제2 레일(111)로 이동하거나 제2 레일(111)에서 제1 레일(110)로 이동할 수 있다.

또한, 분리 시에는 제1 레일(110)에 제1 내지 제4 로터부(101 내지 104)가 각각 제어될 수 있도록 분리되며, 분리 후 각 로터부(101 내지 104)는 개별적으로 이동이 가능하여, 제1 레일(110) 내에서 또는 제2 레일(111)로 이동할 수 있다.

이때, 2개의 로터부가 이동하여, 제1 레일(110)에는 2개의 로터부(101, 102)가 위치하고 제2 레일(111)에 2개의 로터부(103, 104)가 위치하며, 각각 전방에서 바람이 불어오는 경우 저항이 발생되지 않도록 바람이 통과될 수 있도록 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 양측면에 위치하도록 이동되어 고정될 수 있다.

여기서, 복수의 로터부는 바람이 정면에서 불어오는 경우, 후면으로 바람이 통과되기 용이하도록 양측에 배치 시 전방 및 후방이 개방이 가능한 적어도 4개의 로터부가 분리 또는 결합이 가능하도록 구비되는 것이 바람직하다.

이는 2개의 로터부 구성시 양측에 배치하여도, 전방 및 후방의 개방이 용이하지 않으며, 3개의 로터부를 구성하여도 전방 또는 후방 중 어느 하나의 방향이 완전히 개방이 안되는 경우가 발생할 수 있다.

또한, 제1 레일(110)에서 제2 레일(111)로 이동 시 이동 위치 변경을 위해 너무 많은 로터부(4개를 초과하는 경우)가 형성되면 각각 개별적으로 이동 위치를 변경해야 하므로 제어가 용이하지 못하므로, 4개의 로터부로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따른 공기저항 최소화를 위한 로터의 개폐 과정은, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 3(a)에서와 같이 4개의 로터부(101 내지 104)가 실린더 형태로 결합되어 로터를 형성하여 회전을 통한 로터 세일을 구동할 수 있으며, 결합된 복수의 로터부(101 내지 104)는 제1 레일(110)에서 회전하며 구동될 수 있다.

로터 세일 구동 중 또는 구동하지 않은 상태에서 정면에서 바람이 불어오는 경우, 실린터 형태로 결합되어 구성된 복수의 로터부(101 내지 104)가 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 분리될 수 있다.

분리된 복수의 로터부(101 내지 104) 중 적어도 하나의 로터부가 제2 레일(111)로 이동한다.

본 실시예에서는 2개의 로터부(103, 104)가 제2 레일(111)로 이동하는 것을 나타내며, 연결부(115)를 통해 제1 레일(110)에서 제2 레일(111)로 이동할 수 있다.

이동된 제3 로터부(103)와 제4 로터부(104)는 제2 레일(111) 내에서 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 정해진 위치로 회전 이동하여 위치하며, 제1 로터부(101)와 제2 로터부(102)는 제1 레일(110) 내에서 정해진 위치로 회전 이동하여 위치한다.

이때, 제1 레일(110) 및 제2 레일(111)에는, 분리된 로터부(101 내지 104)가 정해진 위치에 고정되어 위치할 수 있도록 적어도 하나의 돌출형 스토퍼(120)가 각각 구비될 수 있다.

도 3(c)에 도시된 바와 같이, 돌출형 스토퍼(120)는 제1 레일(110) 또는 제2 레일(111)에서 분리된 로터부(101 내지 104)가 이동시 이동이 용이하도록 돌출되지 않도록 구비될 수 있고, 레일에서 이동 중 정확한 위치에 고정 위치하도록 돌출되어 구비될 수 있다.

따라서, 제1 레일(110) 또는 제2 레일(111)에 각각의 로터부(101 내지 104)가 정해진 위치에 고정 위치할 수 있도록 4개의 돌출형 스토퍼(120)가 구비되는 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않으며, 각 레일에 적어도 1개의 돌출형 스토퍼(120)가 구비될 수 있다.

또한, 제1 레일(110)과 제2 레일(111)에는 사이에는 연결부(115)를 통해 연결되어 있으며, 연결부(115)는 복수의 로터부(101 내지 104)가 제1 레일(110)에서 제2 레일(111)로 이동 또는 제2 레일(111)에서 제1 레일(110)로 이동이 가능하도록 연결 및 해제가 가능하도록 구비될 수 있다.

또한, 연결부(115)는 제1 레일(110)과 제2 레일(111)과 연결 시, 로터(100)의 회전 방향으로 이동 시 제1 레일(110)에서 제2 레일로(111) 로터부(101 내지 104)가 이동되도록 하며, 로터(100)의 역회전 방향으로 이동 시 상기 제2 레일(111)에서 제1 레일(110)로 로터부(101 내지 104)가 이동되도록 하여, 로터(100)의 회전 구동 상태에서 전방에서 바람이 불어오는 경우 로터부(101 내지 104)를 분리하여 바로 이동이 가능하도록 한다.

이는 로터(100)가 회전하지 않은 상태에서 역회전을 통한 이동은 용이하나 회전 구동되는 상태에서 역회전 구동이 용이하지 않으므로, 제1 레일(110)에서 분리되어 제2 레일(111)로 이동 시 로터 회전 방향과 동일하게 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 역회전을 통해 제2 레일(111)에서 제1(110)로 이동 시는 로터가 구동되지 않은 상태에서 이동하는 것으로 역회전이 용이하도록 구성되어 있으므로, 회전 방향과 역회전 방향을 통해 결합 분리하는 방식이 바람직하다.

이것에 의해 도 3(d)에 도시된 바와 같이 다시 로터 세일 구동을 위한 실린터 형태로 결합이 가능하며, 결합 및 분리가 용이한 것을 나타낸다.

이는 분리된 복수의 로터부(101 내지 104)가 최소의 이동으로 결합 및 분리가 가능하도록 하여 로터부의 이동에 따른 부가저항 발생 방지 효율을 향상시키며 분리된 로터부의 개별 제어가 용이한 것을 특징으로 한다.

또한, 바람의 풍향 및 풍속을 측정하는 측정부(미도시)를 통해 선박의 정면에서 바람이 불어올 때는 자동으로 복수의 로터부를 분리하여 이동 위치하여, 바람이 통과할 수 있도록 한다.

또한, 풍향 및 풍속을 바람의 방향에 따라 복수의 로터부(101 내지 104)가 제어될 수 있도록 자동화 구현이 가능하도록 제어시스템(미도시)을 더 포함할 수 있다.

따라서, 로터(Rotor)의 외곽을 개폐식으로 가동시킬 수 있는 구조를 구성하여 바람이 측면에서 불어오는 경우에는 로터(Rotor)를 실린더 형태로 만들어 회전시켜 추력을 발생시키고, 바람이 정면에서 불어오는 경우에는 로터(Rotor) 전면부를 개방시킴으로써 정면에서 불어오는 바람이 통과할 수 있도록 하여 로터(Rotor)에 의한 부가저항이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 선박의 추진 마력을 감소시킬 수 있는 효과를 가진다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 로터(rotor)
101: 제1 로터부
102: 제2 로터부
103: 제3 로터부
104: 제4 로터부
110: 제1 레일
111: 제2 레일
115: 연결부
120: 스토퍼(stopper)

Claims (5)

1. 로터 세일을 이용하는 선박에 있어서,
   상기 로터 세일을 통한 선박의 추진력 향상을 위해 로터를 형성하도록 실린더 형태로 결합되어 구동되는 복수의 로터부;
   실린더 형태로 결합된 상기 복수의 로터부가 선박의 추진력을 위해 회전 이동할 수 있도록 구비된 제1 레일; 및
   상기 제1 레일의 외주에 형성되며, 복수의 로터부가 분리되어 적어도 하나의 로터부가 이동되는 제2 레일을 포함하며;
   상기 제1 레일에서 결합되어 회전하는 복수의 로터부 중 적어도 하나의 로터부가 분리되어 제2 레일로 이동하여 로터의 전면부가 개방되도록 위치하는 것을 특징으로 하는 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 로터부는 바람이 정면에서 불어오는 경우, 후면으로 바람이 통과되기 용이하도록 적어도 4개의 로터부가 분리 또는 결합이 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 레일 및 제2 레일에는,
   분리된 상기 로터부가 이동하여 정해진 위치에 고정되어 위치할 수 있도록 적어도 하나의 돌출형 스토퍼가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 레일과 제2 레일은 연결부를 통해 연결되며;
   상기 연결부는 상기 로터부가 제1 레일에서 제2 레일로 이동 또는 제2 레일에서 제1 레일로 이동이 가능하도록 연결 및 해제가 가능한 것을 특징으로 하는 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 연결부는 제1 레일과 제2 레일과 연결 시,
   로터의 회전 방향으로 이동 시 상기 제1 레일에서 제2 레일로 상기 로터부가 이동되도록 하며;
   로터의 역회전 방향으로 이동 시 상기 제2 레일에서 제1 레일로 상기 로터부가 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 공기저항 최소화를 위한 로터 세일 작동 구조.

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