KR20230092329A - 선박의 전가동 러더 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체의 조향을 위해 프로펠러의 후방에 설치되는 선박의 전가동 러더에 관한 것으로, 상기 선체의 선미측 러더 스케그에 회전 가능하게 결합되는 러더 몸체부; 및 상기 러더 몸체부와 상대적인 회전이 가능하게 마련되어 상기 프로펠러의 후방에서 발생되는 와류를 저감시키기 위한 와류 저감부를 포함한다.

Description

선박의 전가동 러더 및 이를 구비한 선박{FULL SPADE RUDDER AND SHIP HAVING THE SAME}

본 발명은 선박의 전가동 러더에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프로펠러의 허브 후방에서 발생하는 허브 보텍스의 영향을 최소화하며, 러더의 회전 구동 시에도 프로펠러에 작용하는 허브 보텍스의 집중현상을 완화시켜 줄수 있는 선박의 전가동 러더 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 선체의 후미에 결합된 프로펠러(Propeller)가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하며, 프로펠러를 회전시켜 일정 속도를 갖기 위하여 엔진을 구동하게 된다.

그러나, 엔진의 구동으로 인한 많은 양의 연료가 소모되고 그로 인한 대량의 온실가스가 배출됨에 따라 환경 오염 등의 문제를 야기하게 되므로, 이를 해결하기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있다.

최근에는 세계적으로 환경규제가 강화되는 추세에 따라 질소산화물과 미세먼지 등 환경오염 물질의 배출량이 많은 디젤 엔진(Diesel engine) 선박보다는 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)와 같이 황산화물이나 질소산화물 등의 오염 물질이 상대적으로 적은 친환경 연료 선박으로 대체해 나가고 있다.

특히, 글로벌 선사들의 친환경 고효율이라는 니즈(Needs)를 만족시키기 위하여, 자체적으로 전력을 생산할 수 있는 친환경 전력 생산 기술이나 선박의 추진 시 소비되는 연료를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 연료 절감 기술 등에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.

여기에서, 프로펠러의 후방에는 선체의 조향을 위한 러더(Rudder)가 설치되는데, 러더는 유체의 흐름 속에 놓여진 상태에서 좌우로 회전이 가능하며, 프로펠러 후류의 받음각(Angle of attack)을 이용하여 양력을 발생시킴으로써 선박의 진행방향을 조정할 수 있다.

최근 선박의 조종 성능을 고려한 연료 절감 기술의 일 예로서, 선박의 후미나 프로펠러, 또는 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 연료 절감 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

대한민국 등록특허공보 제10-1403618호 “선박용 추진 시스템” 대한민국 등록특허공보 제10-089797호 “러더벌브를 구비한 선박의 비대칭 전가동 러더”

전술한 바와 같이, 선박은 추진력을 발생시키는 프로펠러와, 프로펠러로부터 발생된 추진력을 이용하여 선박의 진행 방향을 조정하는 러더를 포함하며, 프로펠러는 회전 시 허브의 후방에 프로펠러의 후류를 형성하게 되고, 프로펠러의 후류에는 보텍스(Vortex, 와류)가 집중 발생하게 된다.

보텍스는 프로펠러 날개의 선단부에서 발생하는 팁 보텍스(Tip vortex)와 프러펠러의 허브 후방에서 발생하는 허브 보텍스(Hub vortex)로 구분될 수 있는데, 이러한 보텍스의 집중현상은 프로펠러를 포함하는 선박 추진장치의 효율 감소, 추진기 자체의 진동 및 소음 발생의 원인이 됨은 물론, 러더 표면의 캐비테이션(Cavitaion)으로 인한 침식(Erosion)이나 부식(corrosion) 등의 러더 손상 문제를 야기할 수 있다.

일반적으로, 러더에 발생하는 손상은 전방의 프로펠러에 의해 발생되는 팁 보텍스와 허브 보텍스로 인한 손상과, 입사류의 유속증가 또는 입사각의 증가에 의해 러더에 발생하는 자체 캐비테이션으로 인한 손상 등이 있다.

프로펠러 날개의 선단부에서 발생하는 팁 보텍스로 인한 캐비테이션과 러더에 발생하는 자체 캐비테이션으로 인해 러더의 상부영역과 러더의 하부영역이 각각 손상될 수 있으며, 러더의 중간영역은 주로 프러펠러의 허브 후방에서 발생하는 허브 보텍스로 인해 손상될 수 있다.

이를 해결하기 위하여 종래에는, 러더의 형상을 바꾸거나, 캐비테이션으로 발생하는 충격을 흡수하는 특수코팅을 러더의 표면에 입히기도 하며, 러더의 중간영역에서 캐비테이션의 영향을 최소화하기 위하여 해당부위에 혹 모양의 러더 벌브(Rudder bulb)를 결합시킨다.

도 1은 종래기술에 따른 선박의 전가동 러더의 측면 모습을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 선박의 전가동 러더에서 러더의 구동으로 인해 프로펠러 캡 측면으로 러더 벌브가 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래기술에 따른 선박의 전가동 러더(R)는, 프로펠러(10)의 후방에서 선체(미도시)의 선미측 스케그(Skeg)(S)에 회전 가능하게 결합되는 러더 블레이드(30)를 포함할 수 있다.

프로펠러(10)는 선체에 회전 가능하게 연결되는 허브(11)와, 허브(11)에 방사상으로 결합되는 날개(13)로 이루어질 수 있으며, 허브(11)의 후방에는 프로펠러(10)를 선체에 고정하기 위한 프로펠러 캡(15)이 설치될 수 있다.

러더 블레이드(30)는 에어포일(Airfoil) 형태의 종단면을 가지며, 러더 블레이드(30)의 높이방향(도 1 기준 상하방향)의 대략 중앙에는 러더 벌브(50)가 돌출 형성되게 되는데, 러더 벌브(50)는 러더 블레이드(30)와 일체로 형성되거나 러더 블레이드(30)에 고정 설치될 수 있다.

즉, 종래기술에 따른 선박의 전가동 러더(R)는, 러더 블레이드(30)의 높이방향 중앙에 러더 벌브(11)를 결합시킴으로써, 프로펠러 캡(15)과 러더 블레이드(30)의 사이 간극에서 발생하는 보텍스를 감소시킬 수 있으며, 러더 블레이드(30)의 측면을 따라 발생하는 운동에너지의 손실을 저감시킴으로써 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있다.

그러나, 러더는 선체의 선미측 스케그에 대해 회전 가능하게 설치되어 선박의 진행방향을 조정하기 위한 것으로, 종래에는 러더(R)의 구동 시, 도 2에 도시된 바와 같이, 러더 벌브(50)가 러더 블레이드(30)의 회전에 의해 각도가 틀어지게 되며, 프로펠러의 캡(15)과 러더 벌브(50) 간의 연속성이 틀어져 프로펠러 캡(15) 측면으로 돌출되는 러더 벌브(50)는 유체의 흐름을 막아 저항 증가를 야기하게 된다.

본 발명은, 프로펠러의 허브 후방에서 발생하는 허브 보텍스의 영향을 최소화할 수 있으며, 러더의 회전 구동 시에도 프로펠러에 작용하는 허브 보텍스의 집중현상을 완화시켜 줌으로써, 그에 따른 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있는 선박의 전가동 러더 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 조향을 위해 프로펠러의 후방에 설치되는 선박의 러더로서, 상기 선체의 선미측 러더 스케그에 회전 가능하게 결합되는 러더 몸체부; 및 상기 러더 몸체부와 상대적인 회전이 가능하게 마련되어 상기 프로펠러의 후방에서 발생되는 와류를 저감시키기 위한 와류 저감부를 포함하는 선박의 전가동 러더가 제공될 수 있다.

상기 와류 저감부는, 상기 프로펠러 회전축 중심을 지나는 가상의 연직선 상에 위치될 수 있다.

또한, 상기 와류 저감부는, 일단부가 상기 러더 몸체부의 축 역할을 하는 러더 스톡에 회전 가능하게 결합되고 타단부는 상기 러더 몸체부의 전단부로부터 돌출되게 형성되는 벌브 형성부; 및 상기 벌브 형성부의 타단부에서 상기 프로펠러를 향하도록 연장 형성되어, 상기 프로펠러를 상기 선체에 고정하기 위한 캡 형성부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 벌브 형성부는, 일단부가 상기 러더 스톡에 결합된 상태에서 그 길이방향으로 직경이 일정하게 형성되어 원기둥 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 벌브 형성부는, 상기 프로펠러의 날개가 결합되는 허브보다 상대적으로 큰 직경을 가질 수 있다.

또한, 상기 캡 형성부는, 윈기둥 형상을 가지며, 상기 벌브 형성부의 타단부에서 상기 프로펠러의 허브와 맞닿게 형성될 수 있다.

또한, 상기 캡 형성부는, 상기 벌브 형성부의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 가질 수 있다.

또한, 상기 벌브 형성부와 상기 캡 형성부는 일체로 형성될 수 있다.

또한, 상기 러더 몸체부는, 상기 러더 스케그에 인접하게 위치되는 상부 몸체; 상기 상부 몸체의 하부에 마련되는 하부 몸체; 및 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이에서 상기 와류 저감부가 결합되기 위한 결합홈부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 결합홈부는, 상기 상부 몸체의 전단부 하단에 형성되는 제1 홈; 및 상기 하부 몸체의 전단부 상단에 형성되는 제2 홈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 몸체 및 상기 하부 몸체 각각은, 횡단면을 기준으로, 전단부가 선수측 방향으로 볼록한 곡면을 형성하고, 후단부로 갈수록 뾰족한 에어포일 형상을 가질 수 있다.

또한, 상기 상부 몸체의 전단부에 형성된 리딩 엣지와 상기 하부 몸체의 전단부에 형성된 리딩 엣지는 서로 좌우로 어긋나게 위치될 수 있다.

또한, 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 각각의 리딩 엣지는 상하 방향으로 길게 연장 형성되되, 상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체의 리딩 엣지 중 적어도 하나는 상기 러더 몸체부의 무게중심을 지나는 가상의 수직선을 기준으로 편향되게 위치될 수 있다.

또한, 상기 러더 몸체부의 하단에 설치되고 복수개의 요홈이 좌우 방향으로 서로 간격을 두고 형성되는 단부 팁을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수개의 요홈은 상기 러더 몸체부의 전단부와 후단부를 잇는 방향으로 길게 연장 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선수와 선미를 갖는 선체; 상기 선체의 추진력을 발생시키기 위한 프로펠러; 및 상기 선체의 조향을 위해 상기 프로펠러의 후방에 설치되는 전가동 러더를 포함하고, 상기 전가동 러더는, 상기 선체의 선미측 러더 스케그에 회전 가능하게 결합되는 러더 몸체부; 일단부가 상기 러더 몸체부의 축 역할을 하는 러더 스톡에 회전 가능하게 결합되고 타단부는 상기 러더 몸체부의 전단부로부터 돌출되게 형성되는 벌브 형성부; 및 상기 벌브 형성부의 타단부에서 상기 프로펠러를 향하도록 연장 형성되어, 상기 프로펠러를 상기 선체에 고정하기 위한 캡 형성부를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.

본 발명은, 러더 몸체부에 벌브 형성부와 캡 형성부를 포함하는 와류 저감부를 결합시켜, 프로펠러의 후방에서 발생하는 와류를 저감시키는 역할과 프로펠러를 선체에 회전 가능하게 고정하는 역할을 함께 할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

또한, 벌브 형성부와 캡 형성부를 일체형으로 구성하고, 와류 저감부를 제외한 러더 몸체부만 좌우방향으로 회전되게 구성함으로써, 러더의 회전 구동 시에도 프로펠러에 작용하는 허브 보텍스의 집중현상을 완화시켜 줄 수 있으며, 그에 따른 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.

또한, 러더 몸체부의 하단에 복수개의 요홈이 형성된 단부 팁을 추가 설치하여 러더의 하단에 생성되는 팁 보텍스의 영향을 최소화함으로써, 러더의 양력을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 러더의 타면적 저감 설계가 가능할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 선박의 전가동 러더의 측면 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래기술에 따른 선박의 전가동 러더에서 러더의 구동으로 인해 프로펠러 캡 측면으로 러더 벌브가 돌출된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더의 측면 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더의 정면 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더의 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더에서, 러더 몸체부의 하단에 단부 팁이 설치되는 것을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 3 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더의 개략적인 측면 및 정면모습을 각각 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더에서 러더의 구동을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더에서, 러더 몸체부의 하단에 단부 팁이 설치되는 것을 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더는, 선체(미도시)의 조향을 위해 프로펠러(10)의 후방에 설치되는 전가동 러더(100)에 관한 것으로서, 선체의 선미측 러더 스케그(Rudder skeg)(S)에 회전 가능하게 결합되는 러더 몸체부(110)와, 러더 몸체부(110)에 결합되어 프로펠러(10)의 후방에서 발생되는 와류(Vortex)를 저감시키기 위한 와류 저감부(130)를 포함할 수 있다.

러더 몸체부(110)는, 프로펠러(10)의 후류가 입사되어 받음각을 이용한 양력을 발생시키기 위한 것으로, 내부에는 러더 몸체부(110)에 회전 동력을 전달하기 위한 축 역할을 하는 러더 스톡(Rudder stock)(150)이 삽입될 수 있다.

참고로, 러더 스톡(150)은, 도면에 도시되진 않았으나, 러더 스케그(S)에 형성된 중공의 러더 트렁크(Rudder trunk) 내부를 관통하여 설치될 수 있으며, 선미측 스티어링 기어 데크(Steering giear deck) 상에 고정되는 러더 캐리어(Rudder carrier)에 상단부, 즉 틸러(Tiller)가 회전 가능하게 지지될 수 있다.

또한, 러더 스톡(150)은, 러더 스케그(S)의 하부 방향으로 하단부가 돌출되어 러더 몸체부(110)와 결합될 수 있으며, 틸러에서 발생된 회전력을 러더 몸체부(110)로 전달하여 러더 몸체부(110)를 회전시킬 수 있다.

본 실시예의 러더 몸체부(110)는, 횡단면을 기준으로 전단부가 선수측 방향으로 볼록한 곡면을 갖고 후단부로 갈수록 뾰족한 에어포일(Airfoil) 형상을 가질 수 있다.

여기에서, 러더 몸체부(110)의 후단부는, 횡단면을 기준으로 뾰족한 꼭지점을 형성할 수도 있고, 전단부 대비 상대적으로 작은 곡률반경을 갖는 곡면을 형성할 수 도 있다.

또한, 러더 몸체부(110)는, 상단부에서 하단부로 갈수록 좌우방향 폭 또는 전후방향 길이가 감소되어 상단부와 하단부에서 단면적이 서로 상이할 수 있으며, 상단부에서 단면적은 하단부에서의 단면적보다 상대적으로 크게 형성될 수 있다.

즉, 본 실시예의 러더 몸체부(110)는, 상단부와 하단부에서 최대 단면적 및 최소 단면적을 각각 가질 수 있다.

본 실시예에서, 러더 몸체부(110)의 전단부에는 리딩 엣지(Leading edge, 또는 앞날부)(111a, 113a)가 형성될 수 있으며, 러더 몸체부(110)의 후단부에는 트레일링 엣지(Trailing edge, 또는 뒷날부)(미부호)가 형성될 수 있다.

리딩 엣지(111a, 113a)는 프로펠러(10)의 후방에서 러더 몸체부(110)로 후류가 유입되는 지점을 의미하고, 트레일링 엣지는 러더 몸체부(110)로 유입된 프로펠러(10)의 후류가 후방으로 빠져나가는 지점을 의미할 수 있다.

본 실시예의 러더 몸체부(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 러더 스케그(S)와 인접하게 위치되는 상부 몸체(111)와, 상부 몸체(111)의 하부에 마련되는 하부 몸체(113)로 구분될 수 있다.

본 실시예에서, 상부 몸체(111) 및 하부 몸체(113) 각각의 횡단면 형상은 전단부가 선수측 방향으로 볼록한 곡면을 갖고 후단부로 갈수록 뾰족한 에어포일 형태로 이루어질 수 있다.

참고로, 선박의 조타 성능에 영향을 미치는 후류는 프로펠러(10)의 후방에서 프로펠러(10)의 회전축 중심을 지나는 가상의 연장선 상부에 위치하게 된다.

이에 따라, 본 실시예의 상부 몸체(111)는 하부 몸체(113)보다 상대적으로 큰 단면적을 가질 수 있으며, 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113) 각각의 리딩 엣지(111a, 113a)는 서로 좌우로 어긋나게 형성될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더(100)는, 러더 몸체부(110)의 상부와 하부의 리딩 엣지(111a, 113a)가 프로펠러(10)의 회전축 중심을 지나는 가상선 또는 상기 가상선과 평행한 동일선 상에 위치될 수 있으나, 바람직하게는 프로펠러(10)의 회전축 중심을 지나는 가상선을 기준으로 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113)를 트위스트(Twist)시켜 러더 몸체부(110)의 상부와 하부의 리딩 엣지(111a, 113a)의 위치가 상이할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더(100)는, 프로펠러(10)의 회전축 중심을 지나는 가상의 연장선을 기준으로 러더 몸체부(110)의 상부와 하부의 리딩 엣지(111a, 113a)가 비틀림된 비대칭 전가동 러더(Twisted full spade rudder)일 수 있다.

구체적으로, 상부 몸체(111) 및 하부 몸체(113) 각각의 리딩 엣지(111a, 113a)는 상하 방향으로 길게 연장 형성되되, 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113)의 전단, 또는 리딩 엣지(111a, 113a) 중 적어도 하나는 러더 몸체부(110)의 무게중심을 지나는 가상의 수직선을 기준으로 편향될 수 있다.

도 4를 참조하면, 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113) 각각의 리딩 엣지(111a, 113a)는 상기 수직선에 평행하게 형성되는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113) 각각의 리딩 엣지(111a, 113a) 중 적어도 하나는 러더 몸체부(110)의 무게 중심을 지나는 가상의 수직선을 기준으로 경사지게 형성될 수도 있다.

본 실시예의 러더 몸체부(110)는, 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113) 사이에서, 후술하는 와류 저감부(130)가 결합되기 위한 결합홈부(115)를 더 포함할 수 있다.

결합홈부(115)는, 상부 몸체(111)의 전단부 하단에 형성되어 와류 저감부(130)의 직경에 대략 절반에 해당하는 높이를 갖는 제1 홈(115a)과, 하부 몸체(113)의 전단부 상단에 와류 저감부(130)의 직경 나머지에 해당되게 형성되는 제2 홈(115b)으로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 결합홈부(115)는, 와류 저감부(130)가 러더 몸체부(110)의 축 역할을 하는 러더 스톡(150)에 일단부가 연결될 수 있도록, 제1 홈(115a) 및 제2 홈(115b) 각각이 선체의 후방으로 충분한 길이(또는, 깊이)를 가질 수 있다.

와류 저감부(130)는, 프로펠러(10)의 후방에서 발생되는 와류를 저감시키기 위한 것으로, 러더 몸체부(110)에 상대적인 회전이 가능하게 결합될 수 있다.

구체적으로, 와류 저감부(130)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일단부가 러더 몸체부(110)의 축 역할을 하는 러더 스톡(150)에 회전 가능하게 결합되고 타단부는 러더 몸체부(110)의 전단부, 즉 리딩 엣지(111a, 113a)로부터 전방(선수측)으로 돌출되게 형성되는 벌브 형성부(131)와, 벌브 형성부(131)의 타단부에서 프로펠러(10)를 향하도록 연장 형성되며 프로펠러(10)를 선체에 고정하기 위한 캡 역할을 하는 캡 형성부(133)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서, 벌브 형성부(131)와 캡 형성부(133)는 일체형으로 구성되는 것이 바람직할 수 있다.

벌브 형성부(131)는, 종래기술에서 러더 벌브(50)의 구성과 유사하게, 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113) 사이에서 전방으로 돌출되되, 일단부가 러더 스톡(150)에 회전 가능하게 결합되어 러더 몸체부(110)에 대해 상대적인 회전이 가능할 수 있다.

본 실시예의 벌브 형성부(131)는, 프로펠러(10) 회전축 중심을 지나는 가상의 연장선 상에 위치될 수 있으며, 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113)의 비틀림으로 인한 횡단면 변화폭을 감쌀 수 있도록 러더 몸체부(110)의 좌우측까지 돌출되는 형태를 갖는 것은 당연할 수 있다.

본 실시예에서, 벌브 형성부(131)는, 유선형의 측면형상을 가질 수도 있으나, 일단부가 러더 스톡(150)에 결합된 상태에서 그 길이방향으로 직경이 일정하게 형성되어 원기둥 형상을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 벌브 형성부(131)는, 러더 몸체부(110)의 상부 몸체(111)와 하부 몸체(113) 사이에서 러더 몸체부(110)의 축(축심), 즉, 러더 스톡(113)에 회전 가능하게 결합되되, 프로펠러(10)의 후방에서 발생되는 와류를 효과적으로 저감시키기 위하여 허브(11)의 직경보다 상대적으로 큰 직경을 가질 수 있다.

캡 형성부(133)는, 벌브 형성부(131)의 타단부에서 프로펠러(10)를 향하도록 연장 형성되며, 종래기술에서 프로펠러 캡(15)의 구성과 유사하게, 허브(11)의 후방에서 프로펠러(10)를 선체에 고정하는 역할을 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 프로펠러(10)는 선체(또는, 선체에 결합된 샤프트)에 회전 가능하게 연결되는 허브(11)와, 허브(11)에 방사상으로 결합되는 날개(13)로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 캡 형성부(133)는, 허브(11)의 후방에서 프로펠러(10)를 선체에 고정하기 위하여 프로펠러(10)와 맞닿게 형성될 수 있으며, 벌브 형성부(131)와 유사하게, 원기둥 형상을 가질 수 있다.

본 실시예에서, 캡 형성부(133)는, 선체에 고정되는 허브(11)와 동일 내지 유사한 직경을 가질 수 있으며, 벌브 형성부(131)와 캡 형성부(133)가 모두 원기둥 형상을 갖는 경우, 선체에 고정되는 허브(11)와 동일 내지 유사한 직경을 갖되, 벌브 형성부(131)의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

본 실시예의 와류 저감부(130)는, 벌브 형성부(131)와 캡 형성부(133)를 포함하여, 프로펠러(10)의 후방에서 발생하는 와류를 저감시키는 역할과 프로펠러(10)를 선체에 회전 가능하게 고정하는 역할을 함께 할 수 있다.

종래에는, 전술한 바와 같이, 러더 블레이드(30)에 러더 벌브(11)를 결합시킴으로써, 프로펠러 캡(15)과 러더 블레이드(30)의 사이 간극에서 발생하는 보텍스를 감소시키고자 하였으나, 러더 벌브(50)는 러더 블레이드(30)에 일체 또는 고정 설치되는 것으로, 러더 벌브(50)가 러더 블레이드(30)의 회전에 의해 각도가 틀어질 수 있다.

다시 말해, 프로펠러 캡(15)과 러더 벌브(50)가 가상의 일직선 상에 위치하는 경우 프로펠러(10)의 후방에 발생되는 와류를 저감시켜 선박의 에너지 효율이 향상되는 효과를 가질 수 있으나, 러더의 회전 구동으로 인해 프로펠러의 캡(15)과 러더 벌브(50) 간의 연속성이 틀어져 프로펠러 캡(15) 측면으로 돌출되는 러더 벌브(50)는 유체의 흐름을 막아 저항 증가를 야기할 수 있다.

이와 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더(100)는, 종래기술에서 러더 벌브(50)와 프로펠러 캡(15)에 각각 해당하는 벌브 형성부(131)와 캡 형성부(133)를 일체형으로 구성하고, 와류 저감부(130)를 제외한 러더 몸체부(110)만 좌우방향으로 회전되게 함으로써, 러더의 회전 구동 시에도 프로펠러에 작용하는 허브 보텍스의 집중현상을 완화시켜 줄 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더(100)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 프로펠러(10)의 작동 시 러더의 하단에서 발생하는 팁 보텍스로 인한 양력이 감소되는 현상을 완화시키기 위하여 러더 몸체부(110)의 하단에 설치되는 단부 팁(170)을 더 포함할 수 있다.

단부 팁(170)은, 전가동 러더(100)의 제작 과정에서 러더 몸체부(110)와 일체 형성될 수 있으며, 이미 제작이 완료되어 선박에 적용된 전가동 러더의 경우에는 러더 몸체부(110)의 하단에 단부 팁(170)을 간단히 추가 설치하여 적용될 수 있다.

본 실시예의 단부 팁(170)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 러더 몸체부(110)의 정면을 기준으로, 러더 몸체부(110)의 하단에서 복수개의 요홈(171)이 좌우방향으로 서로 간격을 두고 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 복수개의 요홈(171)은 러더 몸체부(110)의 전단부와 후단부를 잇는 방향으로 길게 연장 형성되어, 프로펠러(10)의 작동 시 전가동 러더(100)의 하단에 팁 보텍스로 인한 유체 흐름을 교란시키는 역할을 할 수 있다.

도 6을 참조하면, 본 실시예의 단부 팁(170)은 2줄의 요홈(171)이 길게 연장 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 단부 팁(170)의 요홈(171)은 러더 몸체부(110)의 크기나 러더 몸체부(110) 하단의 유체 흐름에 대한 전산수치해석 결과 등에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 3줄 또는 그 이상 형성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더(100)는, 러더 몸체부(110)의 하단에 복수개의 요홈(171)이 형성된 단부 팁(170)을 설치하여 전가동 러더(100)의 하단에 생성되는 팁 보텍스의 영향을 최소화함으로써, 전가동 러더(100)의 양력을 증가시킬 수 있다.

본 실시예의 단부 팁(170)은, 러더 몸체부(110)와 유사하게, 주조강(Casting steel)으로 마련될 수 있으나, 러더의 경량화 및 내부식성 향상을 위해 섬유강화 플라스틱과 같은 복합재로 대체될 수 있으며, 단부 팁(170)의 표면에는 내침식성 코팅재를 부분 도포하여 캐비테이션 및 팁 보텍스로 인한 손상을 미연에 방지하는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 종래기술에 전술한 바와 같이, 러더는 프로펠러에 의해 발생되는 팁 보텍스와 허브 보텍스로 인한 손상뿐만 아니라, 러더에 발생하는 자체 캐비테이션으로 인한 침식이나 부식 등의 손상 문제가 발생될 수 있다.

참고로, 캐비테이션이란 유체 압력이 낮아지게 되면 유체 내 포함되어 있던 공기로 인해 기포가 발생하는 현상으로 공동 현상이라고도 하는데, 선박이 20노트 이하의 저속으로 운항되는 경우 캐비테이션으로 인한 침식 문제는 크게 문제가 되지 않을 수 있다.

그러나, 최근 기술 발전 및 선박의 추진성능 향상으로 고속 운항이 증가됨에 따라, 캐비테이션은 러더의 양력 저하를 일으키는 보텍스와 함께 작용되어 러더의 손상 속도를 크게 증가시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더(100)는, 강재의 주조(Casting)방식을 통한 러더 몸체부(110)의 뼈대를 형성할 수 있으며, 캐비테이션 및 보텍스로 인한 손상을 최소화하기 위하여 러더 몸체부(110)의 외면에 패브릭과 레진 등으로 이루어진 섬유강화 플라스틱(FRP; Fiber Reinforced Plastics)과 같은 복합재를 도포 내지 적층시킬 수 있다.

아울러, 선박의 조종성능에 직접적인 영향을 주는 타력(Rudder force), 즉 조타 시 발생하는 양력은 타면적에 비례하는데, 본 실시예의 전가동 러더(100)는, 러더 몸체부(110)의 하단에 설치된 단부 팁(170)을 통해 유체 흐름을 교란하고 3차원 효과로 인한 양력 저하를 최소화함으로써, 타면적을 줄이더라도 기존 대비 유사한 수준의 타력을 확보할 수 있으므로, 전가동 러더(100)의 타면적 저감 설계가 가능한 유리한 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 전가동 러더(100)는, 러더 몸체부(110)에 벌브 형성부(131)와 캡 형성부(133)를 포함하는 와류 저감부(130)를 결합시켜, 프로펠러(10)의 후방에서 발생하는 와류를 저감시키는 역할과 프로펠러(10)를 선체에 회전 가능하게 고정하는 역할을 함께 할 수 있는 효과를 가질 수 있다.

또한, 벌브 형성부(131)와 캡 형성부(133)를 일체형으로 구성하고, 와류 저감부(130)를 제외한 러더 몸체부(110)만 좌우방향으로 회전되게 구성함으로써, 러더의 회전 구동 시에도 프로펠러(10)에 작용하는 허브 보텍스의 집중현상을 완화시켜 줄 수 있으며, 그에 따른 선박의 추진효율을 향상시킬 수 있는 효과를 가질 수 있다.

또한, 러더 몸체부(110)의 하단에 복수개의 요홈(171)이 형성된 단부 팁(170)을 추가 설치하여 러더의 하단에 생성되는 팁 보텍스의 영향을 최소화함으로써, 러더의 양력을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 러더의 타면적 저감 설계가 가능할 수 있다.

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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 러더(Rudder)
110: 러더 트렁크(Rudder trunk)
130: 러더 몸체부
131: 상부 몸체
133: 하부 몸체
150: 러더 스톡(Rudder stock)
170: 단부 팁
171: 요홈
10: 프로펠러(Propeller)
11: 허브(Hub)
13: 날개(Blade)
H: 선체
S: 스케그(Skeg)

Claims (12)

1. 선체의 조향을 위해 프로펠러의 후방에 설치되는 선박의 러더로서,
   상기 선체의 선미측 러더 스케그에 회전 가능하게 결합되는 러더 몸체부; 및
   상기 러더 몸체부와 상대적인 회전이 가능하게 마련되어 상기 프로펠러의 후방에서 발생되는 와류를 저감시키기 위한 와류 저감부를 포함하는 선박의 전가동 러더.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 와류 저감부는, 상기 프로펠러 회전축 중심을 지나는 가상의 연직선 상에 위치되는 선박의 전가동 러더.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 와류 저감부는,
   일단부가 상기 러더 몸체부의 축 역할을 하는 러더 스톡에 회전 가능하게 결합되고 타단부는 상기 러더 몸체부의 전단부로부터 돌출되게 형성되는 벌브 형성부; 및
   상기 벌브 형성부의 타단부에서 상기 프로펠러를 향하도록 연장 형성되어, 상기 프로펠러를 상기 선체에 고정하기 위한 캡 형성부를 포함하는 선박의 전가동 러더.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 벌브 형성부는, 일단부가 상기 러더 스톡에 결합된 상태에서 그 길이방향으로 직경이 일정하게 형성되어 원기둥 형상을 갖는 선박의 전가동 러더.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 벌브 형성부는, 상기 프로펠러의 날개가 결합되는 허브보다 상대적으로 큰 직경을 갖는 선박의 전가동 러더.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
   상기 캡 형성부는,
   윈기둥 형상을 가지며, 상기 벌브 형성부의 타단부에서 상기 프로펠러의 허브와 맞닿게 형성되는 선박의 전가동 러더.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 캡 형성부는, 상기 벌브 형성부의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 갖는 선박의 전가동 러더.
8. 제 3항에 있어서,
   상기 벌브 형성부와 상기 캡 형성부는 일체로 형성되는 선박의 전가동 러더.
9. 제 3항에 있어서,
   상기 러더 몸체부는,
   상기 러더 스케그에 인접하게 위치되는 상부 몸체;
   상기 상부 몸체의 하부에 마련되는 하부 몸체; 및
   상기 상부 몸체와 상기 하부 몸체 사이에서 상기 와류 저감부가 결합되기 위한 결합홈부를 포함하는 선박의 전가동 러더.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 결합홈부는,
    상기 상부 몸체의 전단부 하단에 형성되는 제1 홈; 및
    상기 하부 몸체의 전단부 상단에 형성되는 제2 홈을 포함하는 선박의 전가동 러더.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 상부 몸체의 전단부에 형성된 리딩 엣지와 상기 하부 몸체의 전단부에 형성된 리딩 엣지는 서로 좌우로 어긋나게 위치되는 선박의 전가동 러더.
12. 선수와 선미를 갖는 선체;
    상기 선체의 추진력을 발생시키기 위한 프로펠러; 및
    상기 선체의 조향을 위해 상기 프로펠러의 후방에 설치되는 전가동 러더를 포함하고,
    상기 전가동 러더는,
    상기 선체의 선미측 러더 스케그에 회전 가능하게 결합되는 러더 몸체부;
    일단부가 상기 러더 몸체부의 축 역할을 하는 러더 스톡에 회전 가능하게 결합되고 타단부는 상기 러더 몸체부의 전단부로부터 돌출되게 형성되는 벌브 형성부; 및
    상기 벌브 형성부의 타단부에서 상기 프로펠러를 향하도록 연장 형성되어, 상기 프로펠러를 상기 선체에 고정하기 위한 캡 형성부를 포함하는 선박.

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