KR20230041056A - 장치, 덕트 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 개시에 따르면 액체 흐름에 영향을 주는 덕트 장치가 제공되며, 이것은 액체 흐름을 받아들이도록 배치되는 제 1 덕트 섹션 - 제 1 덕트 섹션 내에는 제 1 덕트 섹션을 통해 액체 입구 단부로부터 액체 출구 단부를 향하는 제 1 방향이 규정됨 -; 및 제 2 덕트 섹션을 포함하고, 제 2 덕트 섹션 내에는 제 2 덕트 섹션을 통해 액체 입구 단부로부터 액체 출구 단부를 향하는 제 2 방향이 규정되고, 제 2 덕트 섹션은 와류 생성면을 포함하고, 와류 생성면은 제 1 덕트 섹션을 통해 액체 흐름 내에 와류를 유발하도록 배치되고, 덕트 장치는 덕트 섹션들 중 하나의 덕트 섹션 내에 수용되는 로터를 더 포함한다.

Description

장치, 덕트 장치 및 방법

본 개시는 유체 흐름, 또는 구체적으로는 액체 흐름에 영향을 주기 위한 장치 및 덕트 장치, 및 관련 기술 및 방법에 관한 것이다.

항공기 및 선박은 유체 흐름에 노출되거나 이것을 이용하는 컴포넌트를 포함한다. 특정의 컴포넌트는 추력 또는 양력의 생성을 용이하게 하기 위해 유체 흐름을 안내하는 것을 포함하여 유체 흐름과 상호작용하도록 구성된다. 추력 또는 양력의 크기를 증가 또는 유지하면서 동등하거나 더 적은 양의 연료를 사용하는 것은 탄소 배출량을 저감시키는 데 중요하다. 따라서, 크래프트(craft) 컴포넌트와 유체의 상호작용을 개선하기 위한 기술은 이 분야에서 주목되는 기술이다.

크래프트 컴포넌트와 유체 흐름의 상호작용에 의해, 웨이크(wake)로 알려진, 크래프트의 하류에 교란 영역(통상 난류)이 생성된다. 많은 경우, 크래프트는 웨이크에 의해 교란되지 않도록 안전 거리를 유지해야 한다. 웨이크를 저감시키거나 아니면 웨이크에 영향을 주기 위한 기술은 이 분야에서 주목되는 기술이다.

크래프트 컴포넌트와 유체 흐름의 상호작용은 소음을 발생시킨다. 소음을 저감시키거나 아니면 소음에 영향을 주기 위한 기술은, 예를 들면, 선박 분야에서 수생 생물에 대한 교란을 저감시키거나 항공기 분야에서 환경 소음을 저감시키기 위해, 이 분야에서 주목되는 기술이다.

본 발명의 목적은 개선된 및/또는 그 방법을 제공하는 것 및/또는 대안적인 시스템 및/또는 방법을 제공하기 위해 위에서 또는 다른 부분에서 설명된 문제들 중 하나 이상의 문제를 해결하는 것이다.

본 발명에 따르면 첨부된 청구범위에 기재된 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 다른 특징은 종속 청구항 및 다음의 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, 유체 흐름에 영향을 주는 덕트 장치가 제공되며, 이 덕트 장치는 액체 흐름을 받아들이도록 배치되는 제 1 덕트 섹션 - 제 1 덕트 섹션 내에는 제 1 덕트 섹션을 통해 액체 입구 단부로부터 액체 출구 단부를 향하는 제 1 방향이 규정됨 -; 및 제 2 덕트 섹션을 포함하고, 제 2 덕트 섹션 내에는 제 2 덕트 섹션을 통해 액체 입구 단부로부터 액체 출구 단부를 향하는 제 2 방향이 규정되고, 제 2 덕트 섹션은 와류 생성면을 포함하고, 와류 생성면은 제 1 덕트 섹션을 통해 액체 흐름 내에 와류를 유발하도록 배치된다.

덕트 섹션은 유체 흐름을 안내하고 컴포넌트를 수용하는 데 유리하다. 와류 생성면을 제공하는 것은 덕트 섹션에 의해 유발되는 웨이크의 크기를 저감 및/또는 최소화하는 데 유리하다. 와류 생성면은 또한 유체 흐름의 특성을 개선함으로써, 예를 들면, 후속 로터와의 상호작용에 의해 로터 효율 및/또는 추력 생성을 개선한다. 일 실시례에서, 와류 생성면은 유체 흐름의 특성이 와류도(vorticity) 크기를 포함하도록 유체 흐름과 상호작용하여 와류를 유발하도록 구성될 수 있다. 일 실시례에서, 덕트 섹션은 유체 흐름과 상호작용하여 제 1 세트의 유체 특성을 유발하고, 와류 생성면은 유체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 유체 특성을 유발한다. 제 2 세트의 유체 특성은 유체 흐름의 와류도 크기의 증가를 포함할 수 있다. 놀랍고도 유리하게, 이렇게 하여, 웨이크의 와류도 크기가 저감된다.

덕트 섹션은 중공 원통체, 튜브 또는 링일 수 있다. 덕트 섹션은 더 큰 덕트, 원통체, 튜브 또는 링의 일 섹션 또는 일 영역일 수 있다. 덕트 단면은 임의의 형상, 예를 들면, 정사각형 또는 직사각형일 수 있으나 전형적으로는 아치형, 예를 들면, 원형 또는 타원형이다.

일 실시례에서, 와류 생성면은 복수의 이격된 와류를 유발하도록 구성된다. 와류의 공간적 분리는 와류 생성면의 형태에 대응할 수 있다. 복수의 와류는 주기적일 수 있다. 일 실시례에서, 와류 생성면은 일련의 돌출부를 포함한다. 일 실시례에서, 돌출부는 톱니형 및/또는 파형이다. 일 실시례에서, 돌출부는 길이 및 높이를 포함할 수 있다. 길이는 돌출부의 측면들 사이에 연장할 수 있다. 일련의 돌출부는 실질적으로 나란히 정렬될 수 있다. 즉, 돌출부는 횡방향으로 정렬될 수 있다. 돌출부는 횡방향으로만 정렬될 수 있고, 예를 들면, (예를 들면, 선, 에지 또는 곡선을 따라) 1차원으로 또는 일방향으로만 연장하고, 2D 표면으로 연장하거나 분포하는 어레이를 형성하지 않는다. 돌출부는 그 길이를 따라 만곡될 수 있다. 일 실시례에서, 와류의 공간적 분리는 돌출부의 공간적 분리에 비례할 수 있다. 일 실시례에서, 각각의 돌출부는 유체 흐름 내에 와류를 유발하도록 구성된다.

돌출부는 제 1 방향에 대해 실질적으로 반대 방향으로 돌출할 수 있다. 즉, 높이는 제 1 방향에 평행할 수 있고, 돌출부는 베이스 및 팁(tip)을 포함할 수 있고, 베이스로부터 팁으로의 방향은 실질적으로 제 1 방향에 대해 반대이다. 돌출부의 베이스는 횡방향으로 정렬될 수 있다. 일련의 돌출부는 적어도 부분적으로 연속 파형 프로파일을 형성할 수 있다. 즉, 만곡형, 톱니형 또는 V자형일 수 있는 파가 형성될 수 있다. 돌출부는 돌출부들 사이에 간극이 존재하지 않도록 서로 인접할 수 있다. 횡방향으로 정렬된 돌출부의 적어도 부분적으로 연속 파형 프로파일은 유체 흐름 내에 와류를 유발하기 위한 돌출부의 매우 유리한 구성임이 밝혀졌다.

일 실시례에서, 와류 생성면은 링이거나, 아니면 덕트 섹션과 유사한 단면 프로파일을 갖는다. 이렇게 하여, 덕트 섹션과 유사한 단면 프로파일을 갖는 와류 생성면이 제공될 수 있다. 이것은 제 1 덕트 섹션을 통해 유체 흐름 내에 와류를 유발하는 데 유리하다.

일 실시례에서, 제 2 덕트 섹션은 제 1 덕트 섹션에 부착되고, 제 1 덕트 섹션에 의해 지지되고, 및/또는 제 1 덕트 섹션과 일체로 형성된다. 제 2 덕트 섹션 및 제 1 덕트 섹션은 단일의 일체로 형성된 유닛일 수 있다. 대안적으로, 제 2 덕트 섹션 및 제 1 덕트 섹션은 단일 유닛을 형성하기 위해 조립되도록 구성되는 개별 부품일 수 있다.

이렇게 하여, 제 2 덕트 섹션은, 예를 들면, 개조 프로세스에 의해, 기존의 제 1 덕트 섹션에 부착될 수 있다. 이렇게 하여, 기존의 제 1 덕트 섹션 상에 와류 생성면이 제공될 수 있다. 대안적으로, 제 1 덕트 섹션 및 제 2 덕트 섹션은 일체로 형성된 유닛으로서 제공될 수 있다. 그 결과 와류 생성면은 유체 흐름과 상호작용하기 위한 최적의 위치에 배치될 수 있다. 더욱이, 이 구조에 의해 견고한 덕트 장치가 얻어진다.

일 실시례에서, 제 2 덕트 섹션은 제 1 덕트 섹션과 정렬되고 및/또는 제 1 덕트 섹션과 동축이다.

유리하게는, 이렇게 하여, 제 2 덕트 섹션 및 이에 따라 와류 생성면은 적절히 배치되어 제 1 덕트 섹션을 통한 유체 흐름 내에 와류를 유발하도록 유체 흐름과 상호작용하고 유체 흐름에 영향을 준다.

일 실시례에서, 덕트 장치는 제 1 덕트 섹션 내에 수용되는 로터를 더 포함한다.

로터를 사용하여 동력 및/또는 추진력을 생성할 수 있다. 로터를 포함하는 덕트 장치는 로터 효율을 개선하고, 또한 로터에 의해 생성되는 웨이크 크기를 저감시킨다. 일 실시례에서, 로터는 프로펠러 및/또는 터빈 로터이다. 유리하게는, 원통형 슈라우드로도 알려진 덕트 내에 로터를 수용하면 로터 블레이드의 선단으로부터의 추력 손실이 감소된다. 덕트형 로터는 개방형 로터보다 상당히 더 효율적일 수 있다. 외향 흐름은 더 많은 운동 에너지를 운반하므로 성능의 개선이 관찰된다.

추가의 장점이, 예를 들면, 로터 블레이드 팁 손실을 저감시킴으로써 얻어질 수 있고, 덕트형 로터는 특히 저속 및 높은 정적 추력 레벨에서 유사한 직경의 개방형 로터보다 효율적으로 추력을 생성하고; 추가의 장점이 덕트워크의 사이즈를 적절히 조정함으로써 얻어질 수 있고, 덕트형 로터는 이 로터가 개방형 로터보다 더 높은 공기 속도에서 더 효율적으로 작동할 수 있도록 조정될 수 있고; 동일한 정적 추력의 경우, 덕트형 로터는 개방형 로터보다 더 작은 직경을 가짐으로써 설비의 크기를 줄일 수 있고; 덕트형 로터는 개방형 로터보다 더 조용하며; 이것은 블레이드 소음을 차단하고, 소음 생성의 원인인 팁 속도 및 팁 와류의 강도를 저감시키고; 덕트형 로터는 통상의 프로펠러가 적합하지 않는 제한된 양의 추력 벡터링(vectoring)을 가능하게 할 수 있고; 덕트형 로터는 지상 및 수중에서 안전성을 강화한다.

상기와 관련하여, 와류 생성면은 덕트 및 로터를 통한 흐름 내에 와류를 유발함으로써 로터 효율을 향상시키고, 이에 따라 웨이크 크기를 저감시키므로 특정된 장점의 원인이 된다. 이것은 효율 손실 및 설계의 복잡성의 증가 등, 특히 덕트형 로터에서 양호한 효율을 유지하기 위해 블레이드 팁과 덕트 사이에 필요한 정밀한 간극에 관하여 덕트형 로터의 공지된 결점의 일부를 완화시키거나 경감시킨다. 이렇게 하여, 특히 덕트형 로터의 결점을 상쇄시키도록 와류 생성면을 사용할 수 있으므로 와류 생성면과 덕트형 로터의 조합은 특히 유리하다.

일 실시례에서, 제 2 덕트 섹션은 제 1 방향을 따라 제 1 덕트 섹션의 상류에 제공된다.

이렇게 하여, 제 1 덕트 섹션과 제 2 덕트 섹션은 일방향을 따라 분리된다. 그 결과 와류 생성면에 의해 유발되는 와류는 제 1 덕트 섹션의 하류로 진행한다. 이는 덕트 섹션에 의해 유발되는 웨이크를 저감시키는 것에 유리하다. 이는 로터 등의 덕트 섹션 내에 수용된 임의의 컴포넌트에 의해 유발되는 웨이크를 저감시키는 것에도 유리하고, 또한 로터 효율을 개선한다.

일 실시례에서, 제 2 덕트 섹션은 제 1 덕트 섹션의 전연부(leading edge)에 제공된다. 일 실시례에서, 와류 생성면은 제 1 덕트 섹션의 전연부에 제공된다.

이렇게 하여, 유체 흐름과의 개선된 상호작용이 촉진된다. 더욱이, 이렇게 하여, 결과적으로 유리한 배향의 와류가 유발된다. 더욱이, 와류 생성면은 하류의 임의의 표면보다 전의 유체 흐름과 상호작용할 수 있다. 와류 생성면에 의해 유발되는 와류는 후속하여 하류로 진행할 수 있고, 여기서 유체 흐름 내에 존재하는 와류는 하류의 컴포넌트와 유리하게 상호작용하여 그 효율을 개선할 수 있고 및/또는 웨이크의 크기를 저감시킬 수 있다.

오해를 피하기 위해, 본 발명은 제 1 덕트 섹션 및/또는 임의의 덕트 섹션의 후연부(trailing edge)에 와류 생성면이 존재하지 않을 수 있다. 즉, 덕트 장치의 전연부로부터 이격되어, 예를 들면, 전연부의 뒤에 와류 생성면이 존재하지 않는다. 이렇게 하여, 와류를 생성하기 위한 유체 흐름과의 상호작용은 덕트 장치의 전연부에서만 발생하고, 이것은 유체 특성 또는 효율의 개선으로 이어질 수 있다.

일 실시례에서, 제 2 덕트 섹션은 제 1 방향을 따라 로터의 상류에 제공된다.

유리하게는, 유체 흐름 내에서 유발되는 와류는 로터 상으로 입사하여 로터에 의해 생성되는 웨이크와 상호작용한다. 이것은 로터에 의해 생성되는 추력 또는 추진력의 레벨을 개선하는 효과가 있음이 밝혀졌다. 또한, 이것은 크래프트의 후단의 웨이크 구조의 크기의 유리한 감소를 일으킨다.

일 실시례에서, 와류 생성면의 돌출부는 제 1 방향의 실질적으로 반대 방향으로 돌출한다.

이렇게 하여, 유체 흐름과의 개선된 상호작용이 촉진된다. 더욱이, 이렇게 하여, 결과적으로 유리한 배향의 와류가 유발된다.

일 실시례에서, 제 1 덕트 섹션은 유체 흐름과 상호작용하여 제 1 세트의 유체 특성을 유발하고, 와류 생성면은 유체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 유체 특성을 유발하고, 제 2 세트의 유체 특성은 유체 흐름의 와류도 크기의 증가를 포함한다. 놀랍고 유리하게도 이는 웨이크의 와류도 크기의 감소를 촉진한다.

일 실시례에서, 와류 생성면은 유체 흐름 내에 복수의 공간적으로 분리된 와류, 선택적으로는 주기적 와류를 유발하도록 구성된다. 공간적으로 분리된 와류는 웨이크의 와류도 크기의 저감 및 항력(drag)의 저감에 유익하다.

본 발명의 제 2 양태에 따르면, 본 발명의 제 1 양태에 따른 덕트 장치를 포함하는 항공기 또는 선박이 제공된다.

항공기에는 비행기, 헬리콥터, 무인 항공기, 또는 기타 비행가능한 기계가 포함된다. 선박에는 보트, 선 및 호버크래프트, 수중에서 작동가능한 것을 포함하는 무인 수상 차량이 포함된다. 선박에는 또한 로터에 의해 추진력 또는 에너지 생성 기능을 갖는 석유 리그 등의 부유 플랫폼이 포함된다.

본 발명의 제 3 양태에 따르면, 유체 흐름에 영향을 주는 방법이 제공되며, 이 방법은 와류 생성면을 포함하는 제 2 덕트 섹션을 사용하여 유체 흐름 내에 와류를 생성하는 것; 및 제 2 덕트 섹션 내에 유체 흐름을 받아들이는 것을 포함한다.

본 발명의 제 4 양태에 따르면, (공기 흐름과는 대조적으로) 액체 흐름에 영향을 주는 장치가 제공되며, 이 장치는 액체 흐름 내에 와류를 유발하도록 와류 생성면을 제공하기 위해 선택적으로 구성가능한 제 1 섹션을 포함한다.

이러한 장치는 선박 추진 시스템의 효율의 개선 및 추가적으로 선박에 의해 생성되는 웨이크의 크기의 저감에 크게 유리하다. 와류 생성면의 선택적 구성으로 인해 필요한 경우 또는 원하는 경우에만 또는 필요한 정도나 범위 또는 원하는 정도나 범위까지만 상기 표면을 제공할 수 있다.

일 실시례에서, 이 장치는 제 2 섹션을 더 포함하고, 제 1 섹션 및 제 2 섹션은 와류 생성면을 제공하기 위해 서로에 대해 이동가능하다.

이렇게 하여, 와류 생성면은 항상 제공될 필요가 없고, 또는 유체 흐름과의 상호작용을 증가 또는 감소시키기 위해 특정 장소로 이동가능하다. 이는 필요한 경우 또는 원하는 경우에만 또는 필요한 정도나 범위 또는 원하는 정도나 범위까지만 액체 흐름 내에 와류를 유발하는 데 유익하다.

일 실시례에서, 액체 흐름의 특성이 와류도 크기를 포함하도록 액체 흐름과 상호작용하여 와류를 유발하도록 구성될 수 있다. 일 실시례에서, 이 장치의 기타 표면은 액체 흐름과 상호작용하여 제 1 세트의 액체 특성을 유발하고, 와류 생성면(제공된 경우)은 액체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 액체 특성을 유발한다. 제 2 세트의 액체 특성은 액체 흐름의 와류도 크기의 증가를 포함할 수 있다. 놀랍고도 유리하게, 이렇게 하여, 웨이크의 와류도 크기가 저감된다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 제 2 섹션으로부터 멀어지는 방향으로 및/또는 제 2 섹션을 향하여 이동가능하고, 예를 들면, 제 1 섹션은 제 2 섹션으로부터 신장가능하고 및/또는 제 2 섹션 내로 격납가능하다. 즉, 이 장치는 텔레스코프형 장치 또는 슬리브형(sleeve-like) 장치일 수 있다.

이렇게 하여, 이 장치의 프로파일은 와류 생성면이 제공되지 않은 경우에는 최소화될 수 있다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 제 2 섹션의 전연부에 와류 생성면을 제공하도록 선택적으로 구성가능하다.

이렇게 하여, 와류 생성면은 하류의 임의의 표면보다 전의 액체 흐름과 상호작용할 수 있다. 와류 생성면에 의해 유발되는 와류는 후속하여 하류로 진행할 수 있고, 여기서 액체 흐름 내에 존재하는 와류는 하류의 컴포넌트와 유리하게 상호작용하여 그 효율을 개선할 수 있고 및/또는 웨이크의 크기를 저감시킬 수 있다.

일 실시례에서, 제 2 섹션은 흐름 제어면, 예를 들면, 수직안정타, 방향타, 덕트 및/또는 로터를 포함하고, 및/또는 흐름 제어면이다.

선박에서 흐름 제어면은 웨이크를 생성하고, 흐름 제어면과 상호작용하는 와류를 유발하면 결과적인 웨이크의 크기가 감소될 수 있다. 일 실시례에서, 흐름 제어면은 액체 흐름과 상호작용하여 제 1 세트의 액체 특성을 유발하고, 와류 생성면(제공된 경우)은 액체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 액체 특성을 유발한다. 제 2 세트의 액체 특성은 액체 흐름의 와류도 크기의 증가를 포함할 수 있다. 놀랍고도 유리하게, 이렇게 하여, 웨이크의 와류도 크기가 저감된다.

일 실시례에서, 이 장치는 와류 생성면의 선택적 구성을 구현하도록 배치되는 제어기를 더 포함한다.

제어기를 제공함으로써 자동화 장치가 촉진되고 및/또는 제어기에 의해 모니터링되는 변수를 기반으로 구성가능한 장치가 촉진된다.

일 실시례에서, 제어기는 사용자 명령, (본 장치에 대해 로컬이거나 본 장치로부터 원격인) 센서 장치로부터의 입력 및/또는 하나 이상의 환경 조건에 따라 와류 생성면의 선택적 구성을 구현하도록 배치된다.

따라서 와류 생성면의 선택적 구성은 필요하거나 원하는 경우에만 그리고 적절한 피드백 또는 제어에 기초하여 구현될 수 있다.

대안적으로, 와류 생성면의 선택적 구성은 어느 정도 수동적일 수 있고, 예를 들면, 액체 특성(예를 들면, 적절한 액체 압력, 온도, 염도, 유량 등)에 의해 이 변화가 강제되는 경우에는 특정 구성으로 이동한다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 장치의 형상을 변경하도록 선택적으로 구성가능하고, 그 결과 액체 흐름 내에 와류를 유발하도록 와류 생성면을 제공한다. 일 실시례에서, 제 1 섹션은 와류 생성면의 형상을 변경하도록 선택적으로 구성가능하다. 일 실시례에서, 제 1 섹션은 와류 생성면의 형상을 변경하도록 선택적으로 구성가능하고, 그 결과 액체 흐름 내에 와류를 유발하도록 와류 생성면을 제공한다.

유리하게는, 와류 생성면이 제공되어 있지 않은 장치의 제 1 형상은 특정 작동 특성에 대해 최적화될 수 있고, 반면에 와류 생성면이 제공되어 있는 장치의 제 2 형상은 추진 효율 및/또는 웨이크 감소에 대해 최적화될 수 있다. 또한, 와류 생성면의 형상을 변경하는 것은 추진 효율을 어느 정도까지 개선하는 데 또는 웨이크 크기를 요구되거나 원하는 양만큼 저감시키는 데 유리하다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 와류 생성면이 액체 흐름 내에서 제 1 특성을 갖는 와류를 유발하도록 제공되는 제 1 구성; 및 와류 생성면이 액체 흐름 내에서 제 2 특성을 갖는 와류를 유발하도록 제공되는 제 2 구성으로 선택적으로 구성가능하다.

일 실시례에서, 제 2 특성은 제 1 특성보다 더 크고, 예를 들면, 제 1 특성은 0의 크기이고 제 2 특성은 0이 아닌 크기이고, 또는 제 1 특성은 0이 아닌 크기이고 제 2 특성은 0이 아닌 크기보다 더 크다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 일련의 돌출부를 포함하는 와류 생성면을 제공하도록 선택적으로 구성가능하다. 일 실시례에서, 돌출부는 톱니 및/또는 파형이다. 일 실시례에서, 돌출부는 길이 및 높이를 포함할 수 있다. 길이는 돌출부의 측면들 사이에 연장할 수 있다. 일련의 돌출부는 실질적으로 나란히 정렬될 수 있다. 즉, 돌출부는 횡방향으로 정렬될 수 있다. 돌출부는 그 길이를 따라 만곡될 수 있다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 유체 흐름 내에 복수의 공간적으로 분리된 와류, 선택적으로는 주기적 와류를 유발하도록 선택적으로 구성가능하다. 공간적으로 분리된 와류는 웨이크의 와류도 크기의 저감 및 항력(drag)의 저감에 유익하다.

본 발명의 제 5 양태에 따르면, 본 발명의 제 4 양태에 따른 장치를 포함하는 선박이 제공된다.

선박에는 보트, 선 및 호버크래프트, 수중에서 작동가능한 것을 포함하는 무인 수상 차량이 포함된다. 선박에는 또한 로터에 의해 추진력 또는 에너지 생성 기능을 갖는 석유 리그 등의 부유 플랫폼이 포함된다.

본 발명의 제 6 양태에 따르면, 와류 생성면을 제공하도록 선택적으로 구성가능한 제 1 섹션을 포함하는 장치 내에서 액체 흐름에 영향을 주는 방법이 제공되며, 이 방법은 액체 흐름 내에 와류를 유발하는 와류 생성면을 제공하도록 제 1 섹션을 구성하는 것을 포함한다.

본 발명의 제 7 양태에 따르면, 유체 흐름에 영향을 주기 위한 장치가 제공되며, 이 장치는 와류 생성면을 제공하도록 선택적으로 구성가능한 제 1 섹션을 포함하고, 와류 생성면은 유체 흐름 내에 와류를 유발하기 위한 횡방향으로 정렬된 일련의 돌출부를 포함한다.

횡방향으로 정렬된 돌출부는 유체 흐름 내에 와류를 유발하기 위해 매우 유리한 구조이다. 와류 생성면을 제공하기 위한 제 1 섹션의 선택적 구성은 와류 생성면이 필요하거나 원하는 경우에만 제공될 수 있도록 한다.

횡방향 정렬은 대안적으로 1차원 또는 일방향으로만 연장하는 돌출부로서 그리고 2D 표면으로 연장하거나 분포하는 어레이를 형성하지 않는 돌출부로서 정의되거나 설명될 수 있다. 또한, 이 장치는, 예를 들면, 액체 흐름 내에 와류를 유발하는 점에서 특정 용도에서 유리할 수 있다.

일 실시례에서, 와류 생성면은 유체 흐름의 특성이 와류도(vorticity) 크기를 포함하도록 유체 흐름과 상호작용하여 와류를 유발하도록 구성될 수 있다. 일 실시례에서, 제 1 섹션은 유체 흐름과 상호작용하여 제 1 세트의 유체 특성을 유발하고, 와류 생성면(제공된 경우)은 유체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 유체 특성을 유발한다. 제 2 세트의 유체 특성은 유체 흐름의 와류도 크기의 증가를 포함할 수 있다. 놀랍고도 유리하게, 이렇게 하여, 웨이크의 와류도 크기가 저감된다.

일 실시례에서, 돌출부는 톱니 및/또는 파형이다. 일 실시례에서, 돌출부는 길이 및 높이를 포함할 수 있다. 길이는 돌출부의 측면들 사이에 연장할 수 있다. 횡방향 정렬이라고 함은 일련의 돌출부가 실질적으로 나란히 정렬된 것을 의미할 수 있다. 돌출부는 그 길이를 따라 만곡될 수 있다.

돌출부는 베이스 및 팁을 포함할 수 있다. 돌출부의 베이스는 횡방향으로 정렬될 수 있다. 일련의 돌출부는 적어도 부분적으로 연속 파형 프로파일을 형성할 수 있다. 즉, 만곡형, 톱니형 또는 V자형일 수 있는 파가 형성될 수 있다. 돌출부는 돌출부들 사이에 간극이 존재하지 않도록 서로 인접할 수 있다. 횡방향으로 정렬된 돌출부의 적어도 부분적으로 연속 파형 프로파일은 유체 흐름 내에 와류를 유발하기 위한 돌출부의 매우 유리한 구성임이 밝혀졌다.

일 실시례에서, 이 장치는 제 2 섹션을 더 포함하고, 제 1 섹션 및 제 2 섹션은 와류 생성면을 제공하기 위해 서로에 대해 이동가능하다.

이렇게 하여, 와류 생성면은 항상 제공될 필요가 없고, 또는 유체 흐름과의 상호작용을 증가 또는 감소시키기 위해 특정 장소로 이동가능하다. 이는 필요한 경우 또는 원하는 경우에만 액체 흐름 내에 와류를 유발하는 데 유익하다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 제 2 섹션으로부터 멀어지는 방향으로 및/또는 제 2 섹션을 향하여 이동가능하고, 예를 들면, 제 1 섹션은 제 2 섹션으로부터 신장가능하고 및/또는 제 2 섹션 내로 격납가능하다.

이렇게 하여, 이 장치의 프로파일은 와류 생성면이 제공되지 않은 경우에는 최소화될 수 있다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 제 2 섹션의 전연부에 와류 생성면을 제공하도록 선택적으로 구성가능하다.

이렇게 하여, 유체 흐름과의 개선된 상호작용이 촉진된다. 더욱이, 이렇게 하여, 결과적으로 유리한 배향의 와류가 유발된다. 더욱이, 와류 생성면은 하류의 임의의 표면보다 전의 유체 흐름과 상호작용할 수 있다. 와류 생성면에 의해 유발되는 와류는 후속하여 하류로 진행할 수 있고, 여기서 유체 흐름 내에 존재하는 와류는 하류의 컴포넌트와 유리하게 상호작용하여 그 효율을 개선할 수 있고 및/또는 웨이크의 크기를 저감시킬 수 있다.

일 실시례에서, 제 2 섹션은 흐름 제어면, 예를 들면, 수직안정타, 방향타, 덕트 및/또는 로터를 포함하고, 및/또는 흐름 제어면이다.

항공기 및 선박에서 흐름 제어면은 웨이크를 생성한다. 흐름 제어면과 상호작용하는 와류를 유발하면 결과로서 생성되는 웨이크의 크기가 감소될 수 있다.

일 실시례에서, 이 장치는 와류 생성면의 선택적 구성을 구현하도록 배치되는 제어기를 더 포함한다.

제어기를 제공함으로써 자동화 장치가 촉진되고 및/또는 제어기에 의해 모니터링되는 변수를 기반으로 구성가능한 장치가 촉진된다.

일 실시례에서, 제어기는 사용자 명령, (본 장치에 대해 로컬이거나 본 장치로부터 원격인) 센서 장치로부터의 입력 및/또는 하나 이상의 환경 조건에 따라 와류 생성면의 선택적 구성을 구현하도록 배치된다.

따라서 와류 생성면의 선택적 구성은 필요하거나 원하는 경우에만 그리고 적절한 피드백 또는 제어에 기초하여 구현될 수 있다.

대안적으로, 와류 생성면의 선택적 구성은 어느 정도 수동적일 수 있고, 예를 들면, 액체 특성(예를 들면, 적절한 액체 압력, 온도, 염도, 유량 등)에 의해 이 변화가 강제되는 경우에는 특정 구성으로 이동한다.

일 실시례에서, 이 장치는 와류 생성면을 제공하도록 작동가능한 액츄에이터 어셈블리를 포함한다. 액츄에이터는 기계식의 것(예를 들면, 피스톤)이거나 유체식의 것(표면을 성형하기 위해 유체의 이동을 사용하는 것, 또는 유체 압력을 사용하는 것)일 수 있다.

와류 생성면을 제공하기 위해 액츄에이터를 제공함으로써 와류 생성면의 견고하고 신뢰가능한 제어가 확보된다. 이로 인해 와류 생성면의 선택적 구성은 필요하거나 원하는 경우에만 와류 생성면을 제공하는 액츄에이터 어셈블리의 제어에 의해 구현될 수 있다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 탄성막을 포함하고, 액츄에이터 어셈블리는 와류 생성면을 제공하기 위해 탄성막의 프로파일을 조정하도록 작동가능하다.

탄성막은 원활한 프로파일을 가지며, 이는 항력의 저감에 도움이 된다. 더욱이, 탄성막의 프로파일은 필요하거나 원하는 레벨의 웨이크 크기 감소 및/또는 로터 효율 개선을 달성하는 데 유리한 특정 형상의 와류 생성면을 제공하도록 조정될 수 있다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 형상 기억 합금으로 형성된다.

형상 기억 합금은 원하는 형상의 와류 생성면을 제공하도록 반복적으로 재성형될 수 있다. 이 경우, 액츄에이터 어셈블리는 필요하지 않으므로 와류 생성면의 제공의 신뢰성을 향상시키고 구조를 단순화할 수 있다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 와류 생성면이 유체 흐름 내에서 제 1 특성을 갖는 와류를 유발하도록 제공되는 제 1 구성; 및 와류 생성면이 유체 흐름 내에서 제 2 특성을 갖는 와류를 유발하도록 제공되는 제 2 구성으로 선택적으로 구성가능하다.

일 실시례에서, 제 2 특성은 제 1 특성보다 더 크고, 예를 들면, 제 1 특성은 0의 크기이고 제 2 특성은 0이 아닌 크기이고, 또는 제 1 특성은 0이 아닌 크기이고 제 2 특성은 0이 아닌 크기보다 더 크다.

일 실시례에서, 제 1 섹션은 유체 흐름 내에 복수의 공간적으로 분리된 와류, 선택적으로는 주기적 와류를 유발하도록 선택적으로 구성가능하다. 공간적으로 분리된 와류는 웨이크의 와류도 크기의 저감 및 항력(drag)의 저감에 유익하다.

본 발명의 제 8 양태에 따르면, 본 발명의 제 7 양태에 따른 장치를 포함하는 항공기 또는 선박이 제공된다.

항공기에는 비행기, 헬리콥터, 무인 항공기, 또는 기타 비행가능한 기계가 포함된다. 선박에는 보트, 선 및 호버크래프트, 수중에서 작동가능한 것을 포함하는 무인 수상 차량이 포함된다. 선박에는 또한 로터에 의해 추진력 또는 에너지 생성 기능을 갖는 석유 리그 등의 부유 플랫폼이 포함된다.

본 발명의 제 9 양태에 따르면, 횡방향으로 정렬된 일련의 돌출부를 포함하는 와류 생성면을 제공하도록 선택적으로 구성가능한 제 1 섹션을 포함하는 장치 내에서 유체 흐름에 영향을 주는 방법이 제공되며, 이 방법은 유체 흐름 내에 와류를 유발하는 와류 생성면을 제공하도록 제 1 섹션을 구성하는 것을 포함한다.

위에서 설명한 본 발명의 임의의 양태는 필요한 경우 또는 적절한 경우에 본 발명의 임의의 또는 모든 다른 양태의 임의의 또는 모든 특징을 포함할 수 있다. 이것은 당업자에게 자신의 지식 및 본 명세서에서 설명하는 모든 양태 및 실시형태의 명확하게 밀접하게 연결된 특성으로부터 명백할 것이다.

본 발명의 더 깊은 이해를 위해, 그리고 본 발명의 실시형태를 실행할 수 있는 방법을 보여주기 위해 예시로서만 첨부한 도면을 참조한다.

도 1은 덕트의 사시도를 도시하고;
도 2는 예시적인 실시형태에 따른 덕트 장치의 사시도를 도시하고;
도 3은 도 2의 덕트 장치의 확대도를 도시하고;
도 4는 예시적인 실시형태에 따른 제 1 구성의 장치의 사시도를 도시하고,
도 5는 도 4의 장치의 제 2 구성을 도시하고;
도 6은 도 1의 덕트와 유체 흐름의 상호작용을 도시하고;
도 7은 도 2의 덕트 장치와 유체 흐름의 상호작용을 도시하고;
도 8은 도 1의 덕트와 유체 흐름의 상호작용을 도시하고;
도 9는 도 2의 덕트 장치와 유체 흐름의 상호작용을 도시하고;
도 10, 도 11 및 도 12는 예시적인 실시형태에 따른 방법을 도시한다.

도 1을 참조하면, 덕트(1)가 도시되어 있다. 덕트(1)는 중공 원통체, 튜브, 또는 링이다. 이 실시례에서, 덕트(1)는 로터를 수용하거나 아니면 로터를 둘러싸기 위한 것이다. 예시적인 일 실시형태에서, 로터는 프로펠러 로터이다. 예시적인 다른 실시형태에서, 로터는 터빈 로터이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 덕트 장치(100)가 도시되어 있다. 덕트 장치(100)는 항공기 또는 선박에 설치하기 위한 것이다. 덕트 장치는 덕트(1)와 유사하거나 동일한 구조인 제 1 덕트 섹션(1000)을 포함한다. 즉, 제 1 덕트 섹션(1000)은 중공 원통체, 튜브, 또는 링이다. 제 1 덕트 섹션(1000)은 로터를 수용하거나 아니면 로터를 둘러싸기 위한 것이다.

제 1 덕트 섹션(1000)은 유체 흐름을 받아들이도록 배치된다. 제 1 덕트 섹션(1000)은 유체 입구 단부(1002) 및 유체 출구 단부(1004)를 포함한다. 유체 입구 단부(1002)는 제 1 덕트 섹션(1000)의 전방 또는 전연 단부이다. 유체 출구 단부(1004)는 제 1 덕트 섹션(1000)의 후방 또는 후연 단부이다. 제 1 덕트 섹션(1000)에는 제 1 덕트 섹션(1000)을 통해 유체 입구 단부(1002)로부터 유체 출구 단부(1004)를 향하는 제 1 방향(화살표(1006)에 의해 표시됨)이 규정되어 있다.

덕트 장치(100)는 제 2 덕트 섹션(2000)을 더 포함한다. 제 2 덕트 섹션(2000)은 유체 입구 단부(2002) 및 유체 출구 단부(2004)를 포함한다. 유체 입구 단부(2002)는 제 2 덕트 섹션(2000)의 전방의 전연 단부이다. 유체 출구 단부(2004)는 제 2 덕트 섹션(2000)의 후방의 후연 단부이고, 제 1 덕트 섹션(1000)의 유체 입구 단부(1002) 내로 개방된다. 제 2 덕트 섹션(2000)에는 제 2 덕트 섹션(2000)을 통해 유체 입구 단부(2002)로부터 유체 출구 단부(2004)를 향하는 제 2 방향(화살표(2006)에 의해 표시됨)이 규정되어 있다. 제 2 덕트 섹션(2000)은 제 1 방향(1006)을 따라 제 1 덕트 섹션(1000)의 상류에 제공된다. 제 2 덕트 섹션(2000)은 제 1 덕트 섹션(1000)의 전연부에 제공된다. 제 1 덕트 섹션(1000)이 로터를 수용하는 경우, 제 2 덕트 섹션(2000)은 제 1 방향(1006)을 따라 로터의 상류에 제공된다.

제 1 덕트 섹션(1000) 및 제 2 덕트 섹션(2000)은 반경방향 및 원주방향으로 정렬되고(예를 들면, 원주는 실질적으로 동일하고 정렬되어 있음), 동축이다. 이와 같이, 제 1 방향(1006)은 제 2 방향(2006)과 실질적으로 평행하고, 제 2 방향(2006)과 실질적으로 정렬된다.

일부의 실시형태에서, 제 1 덕트 섹션(1000) 및 제 2 덕트 섹션(2000)은 개별적으로 형성된다. 각각의 덕트 섹션은 문제의 용도에 적합한 재료로 형성되며, 전형적으로는 폴리머, 금속 등으로 형성될 수 있다. 제 1 덕트 섹션(1000) 및 제 2 덕트 섹션(2000)은 볼트체결되거나, 접착되거나, 다른 방법으로 함께 고정되어 연결 또는 부착된다. 이렇게 하여, 제 2 덕트 섹션(2000)은 제 1 덕트 섹션(1000)에 의해 지지된다. 일 실시형태에서, 제 2 덕트 섹션(2000)은 덕트 섹션의 부분들에 제공되며, 각각의 부분은 제 1 덕트 섹션(1000)에 볼트체결되어 제 2 덕트 섹션(2000)을 형성한다. 다른 실시형태에서, 제 1 덕트 섹션(1000)은 제 1 덕트 섹션(1000)의 전방 단부에 형성된 나사산을 포함하고, 제 2 덕트 섹션(2000)은 제 2 덕트 섹션(2000)의 후방 단부에 제공된 대응하는 나사산을 포함한다. 이 대응하는 나사산들은 결합하여 제 1 덕트 섹션(1000)과 제 2 덕트 섹션(2000)을 부착시킬 수 있다. 다른 실시형태에서, 제 2 덕트 섹션(2000)은 제 1 덕트 섹션(1000)과 일체로 형성된다. 이렇게 하여, 제 2 덕트 섹션(2000)은 제 1 덕트 섹션(1000)에 부착되고, 제 1 덕트 섹션(1000)에 의해 지지된다.

오해를 피하기 위해, 일부의 예시적인 실시형태에서, 덕트 섹션은 더 큰 덕트, 튜브 또는 링의 일 영역만일 수 있다.

제 2 덕트 섹션(2000)은 와류 생성면(3000)을 포함한다. 와류 생성기는 공지되어 있다. 종래의 와류 생성기는 공기역학 장치이며, 이것은 전형적으로 고정형 베인을 포함한다. 종래의 와류 생성기는 항공기의 양력면이나 터빈 블레이드에 부착된다.

와류 생성면(3000)은 제 1 덕트 섹션(1000)을 통과하는 유체 흐름 내에 와류를 유발하도록 배치된다. 와류 생성면(3000)은 복수의 돌출부(3002)를 포함한다. "돌출부"라는 용어는 돌출부, 톱니 및/또는 파형 등을 포함하는 것을 의도하고 있다. 각각의 돌출부는 측면의 원주방향의 길이(3008)(이것은 "파장" 또는 파장의 일부로 기술될 수 있음) 및 축방향의 높이(3010)(이것은 "진폭"으로 기술될 수 있음). 돌출부(3002)는 제 1 방향(1006)에 대해 실질적으로 반대 방향으로 돌출한다.

와류 생성면(3000)이 없는 경우, 덕트 섹션(1000, 2000)은 유체 흐름과 상호작용하여 제 1 세트의 유체 특성을 유발한다. 덕트 장치(100)에 제공된 와류 생성면(3000)은 유체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 유체 특성을 유발하며, 이 제 2 세트의 유체 특성은 유체 흐름의 와류도 크기의 증가를 포함한다. 와류 생성면(3000)은 복수의 주기적인 이격된 와류를 유발하도록 구성되며, 이것은 와류 생성면(3000)의 형태 및 돌출부(3002)의 간격에 대응한다.

와류 생성면(3000)에 의한 와류의 생성은 덕트 장치(100)와 유체 흐름의 상호작용 및 덕트 장치 내에 수용된 로터(미도시)의 상호작용의 둘 모두에 의해 생성되는 웨이크의 와류도 크기의 감소를 돕는다. 또한, 제 1 덕트 섹션(1000) 및 제 2 덕트 섹션(2000)의 외면 상의 흐름 분리는 와류 생성면(3000)을 갖지 않은 덕트형 추진 유닛에 비해 감소된다. 이로 인해 유리하게도 등가의 에너지 입력에 대해 추력 생성이 증가한다. 전체로서, 이로 인해 보다 효율적인 추진 유닛, 난류 웨이크의 제어, 및 하류의 와류도의 감소가 제공된다. 더욱이, 볼러드 당김(bollard pull) 성능이 개선되고, 캐비테이션(cavitation) 발생이 억제되고, 수중 방사 소음이 저감된다.

도 2 및 도 3에 예시된 예시적인 실시형태에서, 와류 생성면(3000)은 횡방향으로 정렬된 일련의 돌출부(3002)를 포함한다. 돌출부(3002)가 횡방향으로 정렬되었다고 함은 이들이 나란히 정렬되었음을 의미한다. 즉, 돌출부는 서로 인접해 있다. 여기서, 돌출부는 전연부(3006)를 갖는 연속 표면(3004)을 형성하도록 정렬된다. 돌출부(3002)의 정렬로 인해 각각의 돌출부의 최전방 지점이 평면 내에 정렬된다. 이 경우, 상기 평면은 제 1 덕트 섹션(1000) 및 제 2 덕트 섹션(2000)의 길이방향 중심 축선에 수직인 평면이다.

전연부(3006)는 복수의 돌출부(3002)의 상승 및 하강에 의해 생성되는 연속 파형 프로파일을 갖는다. 돌출부(3002)의 치수를 기술하기 위해 사용되는 "파장" 및 "진폭"이라는 용어는 여기서 특히 적절하다. 파장은 3008로 표시되고, 진폭은 3010로 표시된다. 돌출부(3002)는, 도에 도시된 바와 같이, 돌출부(3002)가 횡방향으로 정렬된 돌출부(3002)의 링을 형성하도록 그 길이를 따라 만곡되어 있다. 돌출부가 덕트를 따르지 않고 (예를 들면, 덕트의 내면 또는 외면을 따르지 않고) 덕트의 원주의 주위에 연장하는 것은 주목할 만한 가치가 있다 이는 성능을 향상시키고 및/또는 구조를 단순화할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 장치(110)가 도시되어 있다 이 장치(110)는 항공기 또는 선박에 설치하기 위한 것이다. 장치(110)는 유체 흐름에 영향을 주기 위한 것이다. 예시적인 일 실시형태에서, 장치(110)는 그 전체적인 구조가 위에서 설명한 덕트 장치(100)와 유사하다. 즉, 장치(110)는 덕트 섹션을 포함할 수 있다. 그러나, 장치(110)는 또한 덕트 이외의 섹션 및 흐름 제어면에서도 적용된다.

장치(110)에서, 제 1 섹션(1100)은 와류 생성면(3100)을 제공하도록 선택적으로 구성가능하다. 와류 생성기(3100)는 유체 흐름 내에 와류를 유발하도록 제공된다. 예시적인 일 실시형태에서, 유체 흐름은 (예를 들면, 공기 흐름과는 대조적으로) 액체 흐름이다.

제공된 와류 생성면(3100)은 복수의 돌출부(3102)를 포함한다. "돌출부"라는 용어는 톱니 및/또는 파형을 포함하는 것을 의도하고 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 각각의 돌출부는 길이(이것은 "파장"으로 기술될 수 있음) 및 높이(이것은 "진폭"으로 기술될 수 있음)을 갖는다. 돌출부(3002)는 제 1 방향(1106)에 대해 실질적으로 반대 방향으로 돌출한다.

이렇게 하여, 장치(110)는 와류 생성면이 제공되지 않는 구성으로 구성가능하고, 이로 인해 유체 흐름과 상호작용하여 와류를 유발하지 않는다. 장치(110)는 와류 생성면(3100)이 제공되고, 이로 인해 유체 흐름과 상호작용하여 와류를 유발하는 구성으로 선택적으로 구성가능하다. 장치(110)는 특정의 범위나 정도까지 (예를 들면, 부분적으로) 와류 생성면(3100)이 제공되고, 이로 인해 유체 흐름과 상호작용하여 특정 범위나 정도까지 와류를 유발하는 구성으로 선택적으로 구성가능하다. 유리하게는, 이로 인해 와류 생성면(3100)을 사용하여 유체 흐름 내에 와류를 유발하는 것이 바람직하거나 필요한 경우에 와류 생성면(3100)을 제공하도록 장치(110)를 구성할 수 있다. 유리하게는, 이로 인해 와류 생성면(3100)을 제거하거나 유체 흐름과 상호작용하지 않도록 할 수 있고, 이는 항력을 저감시키거나 적절한 경우에 크래프트의 웨이크를 증가시키는 데 유익하다. 이들 이점은 특히 액체(예를 들면, 물) 환경에서 고려되지 않거나 실현가능하지 않은 것이다. 이와 같은 용도로부터 얻을 수 있는 이점을 고려하면 이는 놀라운 것이다.

위에서 언급한 바와 같이, 장치(110)에 제공된 와류 생성면(3100)은 유체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 유체 특성을 유발하며, 이 제 2 세트의 유체 특성은 유체 흐름의 와류도 크기의 증가를 포함한다. 와류 생성면(3100)은 복수의 주기적인 이격된 와류를 유발하도록 구성되며, 이것은 와류 생성면(3000)의 형태 및 돌출부(3002)의 간격에 대응한다.

제공된 경우의 와류 생성면(3100)에 의한 와류의 생성은 웨이크의 와류도 크기의 감소에 도움이 된다. 또한, 제 1 섹션(1100) 및 제 2 섹션(2100)의 외면 상의 흐름 분리는 관련된 와류 생성면(3100)이 없는 추진 유닛에 비해 감소된다. 이로 인해 유리하게도 등가의 에너지 입력에 대해 추력 생성이 증가한다. 전체로서, 이로 인해 보다 효율적인 추진 유닛, 난류 웨이크의 제어, 및 하류의 와류도의 감소가 제공된다. 더욱이, 볼러드 당김 성능이 개선되고, 캐비테이션 발생이 억제되고, 공기/수중 방사 소음이 저감된다.

장치(110)는 제 2 섹션(2100)을 더 포함한다. 제 1 섹션(1100) 및 제 2 섹션(2100)은 서로에 대해 이동하여 와류 생성면(3100)을 제공할 수 있다.

장치(110)는 제어기(112)를 더 포함한다. 제어기(112)는 와류 생성면(3100)의 선택적 구성을 구현하도록 배치된다. 즉, 이 예시적인 실시형태에서, 제어기(112)는, 와류 생성면(3100)을 제공하기 위해 필요하거나 요망되는 경우, 액츄에이터를 연장 또는 확장되거나 후퇴 또는 수축되도록 제어한다. 예를 들면, 제어기는 다음의 와류 생성면(3100)의 선택적 구성을 구현할 수 있다:

a. 사용자 명령;

b. 추가의 센서 장치(114), 예를 들면, 난류, 크래프트 속도 및/또는 유체 흐름 속도 등을 측정 및 검출하기 위해 작동가능한 센서 장치로부터의 입력; 및/또는

c. 환경 조건, 예를 들면, 난류의 레벨, 다른 크래프트에 대한 근접성, 시각, 고도 등.

제 1 섹션(1100)은 탄성막(1102) 및 액츄에이터 어셈블리(1104)를 포함한다. 액츄에이터 어셈블리(1104)는 탄성막의 프로파일을 조정하여 와류 생성면(3100)을 제공하도록 작동가능하다.

탄성막(1102)은 제 2 섹션(2100)의 전연부를 횡절하여 섹션으로서 제공된다. 액츄에이터 어셈블리(1104)는 탄성막(1102)의 각각의 섹션에 대해 하나의 액츄에이터인 복수의 선형 액츄에이터를 포함한다. 후퇴 위치에서, 액츄에이터는 제 2 섹션(2100) 내로 역방향으로 연장된다.

액츄에이터를 작동시키면 액츄에이터는 제 2 섹션(2100)으로부터 이격되도록 연장하고, 탄성막 섹션에 접촉하여 이 탄성막 섹션을 제 2 섹션(2100)으로부터 이격되도록 인출함으로써 제 2 섹션(2100)의 전연부에 일련의 돌출부를 포함하는 와류 생성면(3100)을 제공하게 된다.

위에 기술된 실시형태는 액츄에이터 어셈블리(1104) 및 탄성막(1102)을 포함하지만, 와류 생성면을 제공하기 위해 선택적으로 구성가능한 다른 구조가 적절하다. 예를 들면, 예시적인 일 실시형태에서, 제 1 섹션은 형상 기억 합금을 포함하고, 열을 가하면, 예를 들면, 가열된 유체를 가하면 이 형상 기억 합금은 변형되어 일련의 돌출부를 제공하게 된다. 예시적인 다른 실시형태에서, 제 1 섹션은 강성 돌출 부재를 포함할 수 있고, 탄성 바이어싱 수단, 또는 실제로 위에서 설명한 것과 유사한 액츄에이터 어셈블리는 이 돌출 부재를 제 2 섹션(2100)으로부터 연장시킬 수 있고 및/또는 제 2 섹션 내로 후퇴시킬 수 있다.

와류 생성면의 이점은 이하에 제공된 비한정적인 실시례를 참조하여 정량화된다. 제공된 실시례는 덕트 섹션에 관련된 것이지만 본 기술분야의 당업자는 와류 생성면을 다른 섹션과 함께 사용함으로써 유사한 이점이 얻어질 수 있다는 것을 이해할 것이며, 따라서 두 장치(110, 110)의 이점을 예시한다.

도 6 및 도 8은 유체 흐름과 상호작용하는 제 1 덕트 및 프로펠러를 보여준다. 덕트 및 프로펠러는 제 1 세트의 기하학적 파라미터를 갖도록 형상 및 치수가 결정된다. 본 기술분야의 당업자는 덕트 및 프로펠러 장치에 적합한 기하학적 파라미터는 이 장치의 특정 적용 및 용도에 따라 달라진다는 것을 이해할 것이다. 도 6에서 덕트의 외측을 둘러싸는 동심 림은 덕트의 전연부에 의해 유발되는 항력을 나타낸다. 도 8에서, 덕트를 둘러싸는 연속 링으로 표시되는 링 형상의 유선형 웨이크 패턴을 볼 수 있다.

도 7 및 도 9은 유체 흐름과 상호작용하는 제 2 덕트 및 프로펠러를 보여준다. 제 2 덕트 및 프로펠러는 도 6 및 도 8의 제 1 덕트 및 프로펠러와 동일한 기하학적 파라미터를 갖는다. 도 7 및 도 9에서, 덕트 및 프로펠러에 더하여, 덕트의 전연부에는 와류 생성면이 제공되어 있다.

도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 항력의 영역은 덕트의 둘레에서 주기적 간격으로 구획화되어 있다. 이는 와류 생성면의 제공에 기인한 것이다. 그 결과, 실시례 1의 덕트 및 프로펠러에 비해 전체적인 항력이 더 작아진다. 이 실시례에서, 총 항력이 50% 감소된다.

도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 역회전 흐름방향 와류가 와류 생성면에 의해 유발되는 반면에 이것이 위의 실시례 1에서는 존재하지 않는다. 도에서 볼 수 있는 바와 같이, 와류는 덕트의 주위에서 공간적으로 분리, 즉 이격된다. 즉, 와류 생성면은 복수의 이격된 와류를 유발하도록 구성된다. 유발되는 와류는 주기적이다.

유발되는 와류는 웨이크의 크기 감소에 도움을 준다. 도 6 및 도 7을 비교하면, 덕트가 유체 흐름과 상호작용하여 제 1 세트의 유체 특성(예를 들면, 제 1 웨이크 패턴)을 유발하지만 와류 생성면은 유체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 유체 특성(예를 들면, 제 2 웨이크 패턴)을 유발한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 제 2 세트의 유체 특성은 유체 흐름의 와류도 크기의 증가를 포함할 수 있으며, 이는 웨이크의 와류도 크기를 놀랍게 감소시킨다.

또한, 실시례 2의 덕트의 외면 상의 흐름 분리는 와류 생성면의 제공의 결과로서 실시례 1의 것보다 더 낮다. 이로 인해 유리하게도 등가의 에너지 입력에 대해 추력 생성이 증가한다. 전체로서, 이로 인해 보다 효율적인 추진 유닛, 난류 웨이크의 제어, 및 하류의 와류도의 감소가 제공된다. 더욱이, 볼러드 당김 성능이 개선되고, 캐비테이션 발생이 억제되고, 수중 방사 소음이 저감된다.

도 10을 참조하면, 유체 흐름을 안내하는 방법이 도시되어 있다. 단계 S1000은 와류 생성면을 포함하는 제 2 덕트 섹션을 사용하여 유체 흐름에 와류를 생성하는 것을 포함한다. 단계 S1002는 제 1 덕트 섹션 내에 유체 흐름을 받아들이는 것을 포함한다.

도 11을 참조하면, 와류 생성면을 제공하기 위한 선택적으로 구성가능한 1층 섹션을 포함하는 장치에서 액체 흐름에 영향을 주는 방법이 도시되어 있다. 단계 S2000은 액체 흐름 내에 와류를 유발하기 위해 와류 생성면을 제공하도록 제 1 섹션을 구성하는 것을 포함한다.

도 12를 참조하면, 횡방향으로 정렬된 일련의 돌출부를 포함하는 와류 생성면을 제공하도록 선택적으로 구성가능한 제 1 섹션을 포함하는 장치에서 횡방향으로 정렬된 일련의 돌출부에 영향을 주는 방법이 도시되어 있다. 단계 S3000은 유체 흐름 내에 와류를 유발하기 위해 와류 생성면을 제공하도록 제 1 섹션을 구성하는 것을 포함한다.

본 명세서에 기술된 장치는 특정의 실시례에서 완전히 새로운 독립된 것으로서 제조될 수 있다. 그러나, 적어도 일부의 구현형태는, 예를 들면, 본 명세서에서 설명된 바와 같은 와류 생성면을 기존의 흐름 영향 표면 또는 물체에 추가도입하거나 기존의 와류 생성면을 다른 위치로 이동시키는 것과 같이 위의 장점을 실현하기 위해 쉽게 추가도입될 수 있다.

위와 같이, 양태와 실시형태는 밀접하게 연결되고 상호관련되며, 임의의 하나의 양태 또는 실시형태의 다양한 특징들을 다른 양태 또는 실시형태의 특징들과 함께 또는 그 대체로서 사용할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 발명의 몇가지 바람직한 실시형태를 도시 및 설명하였으나, 당업자는, 첨부된 청구범위에 정의되어 있는 바와 같이, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

첨부한 도면을 참조한 위의 설명은 청구범위 및 이들의 균등물에 의해 정의되는 본 개시의 다양한 실시형태의 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 이것은 그 이해를 돕기 위한 다양한 구체적인 세부사항을 포함하고 있으나 이것은 단지 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 따라서, 당업자는 본 개시의 범위 및 정신으로부터 벗어남이 없이 본 명세서에 기재된 다양한 실시형태의 다양한 변경 및 수정을 실행할 수 있음을 인식할 것이다. 또한, 명확성 및 간결성을 위해 잘 알려진 기능 및 구조에 대한 설명은 생략될 수 있다.

전술한 설명 및 청구범위에서 사용되는 용어 및 단어는 서지적 의미에 한정되지 않고, 단지 본 개시의 명확하고 일관된 이해를 가능하게 하도록 발명자가 사용한다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시형태의 이하의 설명은 예시의 목적만을 위해 제공되고, 첨부된 청구항 및 그 등가물에 의해 정의되는 본 개시를 한정하는 목적으로 제공되지 않는다는 것이 당업자에게 명확해야 한다.

단수형("a", "an" 및 "the")은 문맥이 명확하게 다른 것을 지시하지 않는 한 복수의 지시물을 포함한다는 것을 이해해야 한다. "전", "후", "측", "상부", "하부", "위", "아래", "내부", "외부" 등의 용어는 장치 및 그 컴포넌트가 도시된 배향을 지칭하기 위해 사용되며, 사용되고자 하는 배향이지만 달리 제한하는 것으로서 간주되어서는 안된다. 동일한 참조번호는 비축척 도면의 전체를 통해 동일한 특징을 나타내기 위해 사용된다.

본 명세서에 기재된 적어도 일단부의 예시적인 실시형태는 부분적으로 또는 전체적으로 전용 특수목적 하드웨어를 사용하여 구성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 '컴포넌트', '모듈' 또는 '유닛' 등의 용어는 개별적이거나 통합된 컴포넌트 형태의 회로, FPGA(Field Programmable Gate Array), 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등의 하드웨어 장치를 포함하지만 이들에 한정되지 않으며, 이것은 특정의 역할을 수행하거나 관련된 기능을 제공한다. 일부의 실시형태에서, 설명된 요소는 유형의 영구적인 어드레싱가능한 저장 매체에 상주하도록 구성될 수 있고, 하나 이상의 프로세서에서 실행되도록 구성될 수 있다. 이들 기능적 요소는, 일부의 실시형태에서, 예로서 소프트웨어 컴포넌트, 객체지향 소프트웨어 컴포넌트, 클래스 컴포넌트 및 태스크 컴포넌트, 프로세스, 기능,속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이, 및 변수 등의 컴포넌트를 포함할 수 있다. 예시적인 실시형태를 본 명세서에서 설명되는 컴포넌트, 모듈 및 유닛을 참조하여 설명하였으나, 이러한 기능적 요소는 조합되어 더 적은 수의 요소가 되거나 분리되어 추가의 요소가 될 수 있다. 선택적 특징의 다양한 조합이 본 명세서에서 설명되었고, 설명된 특징이 임의의 적절한 조합으로 조합될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특히, 임의의 하나의 예시적인 실시형태의 특징은 적절한 경우에 임의의 다른 실시형태의 특징과 조합될 수 있고, 이러한 조합이 상호 배타적인 경우에는 제외된다. 본 명세서의 전체를 통해 "포함하는" 또는 "포함하다"는 용어는 명시된 컴포넌트(들)을 포함하되 다른 컴포넌트의 존재를 배제하지 않는 것을 의미한다.

본 출원과 관련하여 본 명세서와 동시에 또는 이전에 제출된 그리고 본 명세서와 함께 대중의 열람에 개방된 모든 서류 및 문서에 주의를 기울여야 하며, 이러한 모든 서류 및 문서의 내용은 원용에 의해 본원에 포함된다.

첨부된 청구범위, 요약 및 도면을 포함하는 본 명세서에서 설명되는 모든 특징, 및/또는 개시된 임의 방법의 단계 또는 프로세스의 모두는 임의의 조합으로 조합될 수 있으나, 이러한 특징 및/또는 단계 중 적어도 일부는 상호 배타적이다.

본 명세서(첨부된 청구범위, 요약 및 도면을 포함함)에 개시된 각각의 특징은 달리 명시되지 않는 한 동일하거나 등가이거나 유사한 목적을 제공하는 대안적 특징으로 대체될 수 있다. 따라서, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 개시된 각각의 특징은 일반적인 일련의 등가의 특징 또는 유사한 특징의 하나의 예이다.

본 발명은 전술한 실시형태(들)의 세부사항에 한정되지 않는다. 본 발명은 본 명세서(임의의 첨부된 청구범위, 요약 및 도면을 포함함)에 개시된 특징 중 임의의 새로운 것, 또는 임의의 새로운 조합, 또는 개시된 임의의 방법 단계 또는 프로세스 단계의 임의의 새로운 것 또는 임의의 새로운 조합까지 확장된다.

Claims (15)

1. 액체 흐름에 영향을 주는 덕트 장치로서,
   액체 흐름을 받아들이도록 배치되는 제 1 덕트 섹션 - 상기 제 1 덕트 섹션에는 상기 제 1 덕트 섹션을 통해 액체 입구 단부로부터 액체 출구 단부를 향하는 제 1 방향이 규정됨 -; 및
   제 2 덕트 섹션을 포함하고,
   상기 제 2 덕트 섹션에는 상기 제 2 덕트 섹션을 통해 상기 액체 입구 단부로부터 상기 액체 출구 단부를 향하는 제 2 방향이 규정되고,
   상기 제 2 덕트 섹션은 와류 생성면을 포함하고, 상기 와류 생성면은 상기 제 1 덕트 섹션을 통해 상기 액체 흐름 내에 와류를 유발하도록 배치되고,
   상기 덕트 장치는 상기 덕트 섹션들 중 하나의 덕트 섹션 내에 수용되는 로터를 더 포함하는, 덕트 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 로터는 상기 제 1 덕트 섹션 내에 수용되는, 덕트 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 와류 생성면은 일련의 돌출부를 포함하는, 덕트 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 와류 생성면은 링인, 덕트 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 덕트 섹션은 상기 제 1 덕트 섹션에 부착되고, 상기 제 1 덕트 섹션에 의해 지지되고, 및/또는 상기 제 1 덕트 섹션과 일체로 형성되는, 덕트 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 덕트 섹션은 상기 제 1 덕트 섹션과 정렬되고 및/또는 상기 제 1 덕트 섹션과 동축인, 덕트 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로터는 프로펠러 및/또는 터빈 로터인, 덕트 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 덕트 섹션은 상기 제 1 방향을 따라 상기 로터의 상류에 제공되는, 덕트 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 덕트 섹션은 상기 제 1 방향을 따라 상기 제 1 덕트 섹션의 상류에 제공되는, 덕트 장치.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 덕트 섹션은 상기 제 1 덕트 섹션의 전연부(leading edge)에 제공되는, 덕트 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와류 생성면의 돌출부는 상기 제 1 방향에 대해 실질적으로 반대 방향으로 돌출하는, 덕트 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 덕트 섹션은 상기 액체 흐름과 상호작용하여 제 1 세트의 액체 특성을 유발하고, 상기 와류 생성면은 상기 액체 흐름과 상호작용하여 제 2 세트의 액체 특성을 유발하고, 상기 제 2 세트의 액체 특성은 상기 액체 흐름의 와류도(vorticity) 크기의 증가를 포함하는, 덕트 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 와류 생성면은 상기 액체 흐름에 복수의 공간적으로 분리된 와류, 예를 들면, 주기적 와류를 유발하도록 구성되는, 덕트 장치.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 덕트 장치를 포함하는 선박.
15. 액체 흐름에 영향을 주는 방법으로서,
    와류 생성면을 포함하는 제 2 덕트 섹션을 사용하여 액체 흐름에 와류를 생성하는 것; 및
    제 1 덕트 섹션 내에 상기 액체 흐름을 받아들이는 것을 포함하고,
    로터가 상기 덕트 섹션들 중 하나의 덕트 섹션 내에 수용되는, 액체 흐름에 영향을 주는 방법.

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