KR20230097898A - 쌍축선의 비대칭 러더 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쌍축선에 탑재되는 비대칭 형태의 러더 구조에 있어서: 상기 러더는 상부러더(20)와 하부러더(30) 사이에 벌브(40)를 갖춘 구조를 기반으로 하고, 상기 상부러더(20)와 상기 하부러더(30)는 선체 중심선(C1)을 기준으로 대칭으로 배치되면서 각각의 러더스톡 중심선(C2)을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 쌍축선의 스케그에 연계되는 러더와 벌브의 구조 개선에 의하여 반류의 일치에 의한 저항특성을 향상하여 선박의 추진에 따른 에너지 효율의 향상을 유발하는 효과가 있다.

Description

쌍축선의 비대칭 러더 구조 {Asymmetric rudder structure for twin propeller ship}

본 발명은 쌍축선의 비대칭 러더 구조에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 쌍축선의 스케그에 연계되는 러더의 구조를 개선하여 저항특성을 향상하기 위한 쌍축선의 비대칭 러더 구조에 관한 것이다.

쌍축선은 엔진과 프로펠러를 각각 2기씩 장착한 선박으로써 추진력을 분산할 수 있고 엔진 고장 시에도 운항이 가능한 장점을 지닌다. 쌍축선은 군함을 비롯한 특수선뿐아니라 여객선, 초대형 컨테이너 선박, LNG 운반선 등에 적용될 수 있다. 다만 3차원 해석에 의한 형상영향계수는 쌍축선이 단축선에 비하여 크기 때문에 저항성능에 있어서 단축선이 다소 우수한 것으로 나타난다.

쌍축선의 저항특성의 개선과 관련되는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1856865호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2014-0106167호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1에 따르면 수중날개는 선박의 길이 방향으로 1스테이션 내지 2스테이션 사이에 위치하며, 선박의 높이 방향으로는 선저로부터 설계흘수의 30% 내지 60% 사이에 위치하며, 설계흘수에 대해 -5도 내지 ??10도 사이의 각도로 경사지는 구조를 갖는다. 이에, 스케그 사이 영역의 급격한 압력 저하 현상을 개선하여 저항 증가분을 감소하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 프로펠러 후방에 설치되어 운항 방향을 조정하는 비대칭 단면 형상을 갖는 방향타를 포함하되, 한쪽 면은 평평한 형태를 구비하고, 다른쪽 면은 볼록한 형태를 구비하며, 프로펠러의 회전 방향에 대응하여 볼록한 면의 방향을 설정한다. 이에, 추진 저항 감소에 유리하여 추진력의 손실을 축소하고 항해 방향을 효율적으로 조정하는 효과를 기대한다.

다만, 상기한 선행문헌에 의하면 러더 벌브를 적용하는 기술 사상을 고려하지 않는 점에서 선박 에너지 효율 개선의 효과를 기대하기에 한계성을 드러낸다.

한국 등록특허공보 제1856865호 "쌍축선의 에너지 절감을 위한 유동 제어 장치" (공개일자 : 2018.04.25.) 한국 공개특허공보 제2014-0106167호 "쌍축선 및 그의 추진력 손실 감소를 위한 방향타" (공개일자 : 2014.09.03.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 쌍축선의 스케그에 연계되는 러더와 벌브의 구조를 개선하여 반류의 일치에 의한 저항특성의 향상을 도모하기 위한 쌍축선의 비대칭 러더 구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 쌍축선에 탑재되는 비대칭 형태의 러더 구조에 있어서: 상기 러더는 상부러더와 하부러더 사이에 벌브를 갖춘 구조를 기반으로 하고, 상기 상부러더와 상기 하부러더는 선체 중심선을 기준으로 대칭으로 배치되면서 각각의 러더스톡 중심선을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 쌍축선이 외향(outward) 추진인 경우 상부러더가 하부러더보다 내측으로 편재되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 상부러더와 상기 하부러더는 러더스톡 중심선을 기준으로 상호 반대되는 방향으로 편재되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 벌브는 그 중심선이 러더스톡 중심선과 일치하는 위치에 타원형 단면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 러더의 양단을 지나는 축선은 벌브의 양단을 지나는 축선과 비틀림 각도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 쌍축선의 스케그에 연계되는 러더와 벌브의 구조 개선에 의하여 반류의 일치에 의한 저항특성을 향상하여 선박의 추진에 따른 에너지 효율의 향상을 유발하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 러더를 선미에서 선추측으로 바라본 모식도
도 2는 종래와 본 발명에 따른 러더를 대비하여 나타내는 모식도
도 3은 본 발명에 따른 러더를 측면과 주요 단면으로 나타내는 모식도
도 4는 종래와 본 발명 러더의 시뮬레이션 결과를 나타내는 화상자료

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 쌍축선에 탑재되는 비대칭 형태를 갖춘 러더 구조에 관하여 제안한다. 쌍축선을 대상으로 스케그에 연계되는 러더의 구조를 개선함을 요체로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 스케그는 직진 안정성을 좋게 하기 위해 선미에 추가적으로 부착되지만 조종성능과 저항특성에 영향을 미친다.

본 발명에 따르면 상기 러더는 상부러더(20)와 하부러더(30) 사이에 벌브(40)를 갖춘 구조를 기반으로 한다.

도 1을 참조하면, 러더를 구성하는 상부러더(20), 하부러더(30), 벌브(40)가 나타난다. 러더에 벌브(40)를 적용하여 불연속적인 형상으로 인한 침식을 예방하고 자항성능을 개선하며 궁극적으로 에너지 효율의 개선에 일조한다. 통상적으로 후류에서는 프로펠러 허브로부터 발생하는 강한 볼텍스에 기인하여 러더 주변의 유동을 복잡화시키면서 회전에너지 손실을 유발한다.

또한, 본 발명에 따르면 상기 상부러더(20)와 상기 하부러더(30)는 선체 중심선(C1)을 기준으로 대칭으로 배치되면서 각각의 러더스톡 중심선(C2)을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상부러더(20)와 하부러더(30)가 비대칭으로 형성되는 상태를 나타낸다. 도 2(a)처럼 종래의 단축선 또는 쌍축선 러더는 러더스톡 중심선(C2)에 대하여 대략 대칭을 이루고 있다. 도 2(b)처럼 본 발명의 상부러더(20)와 하부러더(30)는 러더스톡 중심선(C2)에 대하여 비대칭으로 형성된다. 이와 같은 러더(20)(30)의 비대칭 구조는 선체 스케그(10)의 반류에 잘 대응하여 후류 볼텍스 감소로 저항 및 자항요소를 개선할 가능성을 높인다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 쌍축선이 외향(outward) 추진인 경우 상부러더(20)가 하부러더(30)보다 내측으로 편재되는 것을 특징으로 한다.

도 1과 같이 쌍축선의 외향(outward) 추진을 기준으로 하는 것이 선호되지만 이에 한정되는 것은 아니다. 선체 중심선(C1)을 기준으로 상부러더(20)가 하부러더(30)보다 내측으로 편재되면 러더 주변의 유동을 단순화시켜 자항성능을 개선할 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 상부러더(20)와 상기 하부러더(30)는 러더스톡 중심선(C2)을 기준으로 상호 반대되는 방향으로 편재되는 것을 특징으로 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 러더스톡 중심선(C2)을 기준으로 상부러더(20)와 하부러더(30)가 반대측에 위치한다. 상부러더(20)의 리딩엣지와 트레일링엣지는 벌브(40)의 축선(S2)보다 내측에 하부러더(30)의 리딩엣지와 트레일링엣지는 벌브(40)의 축선(S2)보다 외측에 위치한다. 벌브(40)의 축선(S2)은 그 일단부 중심점과 그 타단부 중심점을 연결하는 직선이다. 상부러더(20)와 상기 하부러더(30)의 편재되는 치수는 스케그(10)를 비롯하여 조종성능에 영향을 주는 여타의 부가물을 고려하여 결정한다.

한편, 도 1 내지 도 3은 스케그(10)와 러더(20)(30)의 모식도로서 다소 과장적으로 표현한다. 도 3에서 상부러더(20)와 하부러더(30)의 주요 단면을 벌브(40)와 중첩하여 나타낸다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 벌브(40)는 그 중심선이 러더스톡 중심선(C2)과 일치하는 위치에 타원형 단면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 2에서, 벌브(40)의 중심선인 축선(S2)은 러더스톡 중심선(C2)의 수직 하방향에 위치한다. 벌브(40)는 수평의 폭이 수직의 높이보다 큰 타원형 단면으로 형성된다. 벌브(40)의 상면에서 축선(S2)의 일측으로 편재되어 상부러더(20)가 연결되고 벌브(40)의 하면에서 축선(S2)의 타측으로 편재되어 하부러더(30)가 연결된다. 이와 같은 구조의 비대칭 러더 단면을 적용함에 따라 러더 유입각을 작게 유지하여 추력개선의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 세부 구성에 의하면, 상기 러더의 양단을 지나는 축선(S1)은 벌브(40)의 양단을 지나는 축선(S2)과 비틀림 각도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

도 3에서, 러더의 축선(S1)과 벌브(40)의 축선(S2)이 평행하지 않고 비틀린 상태를 나타낸다. 러더의 축선(S1)은 리딩엣지의 중심점과 트레일링엣지의 중심점을 연결하는 직선이다. 이는 프로펠러 허브의 볼텍스를 발산시켜 벌브(40)의 표면을 따라 흐르는 후류를 형성하는데 유리하다. 상기 축선(S1)(S2) 간의 비틀림 각도는 2~12˚ 범위에서 결정될 수 있다. 이와 같이 하면 볼텍스로 인한 손실을 줄이고 러더 주변의 유동을 단순화하여 자항성능을 개선한다.

이때, 상부러더(20)와 하부러더(30)는 각각의 축선(S1)을 기준으로 비대칭 구조를 이루는 것이 바람직하다.

한편, 도시에는 생략하나 프로펠러 중심선에 대하여 러더의 축선(S1) 및 벌브(40)의 축선(S2) 중의 적어도 어느 하나는 비틀림 각도를 유지하도록 설치되는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 종래와 본 발명의 러더 구조에 의한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 4(a)와 같은 종래의 러더 구조인 경우 화살표로 나타내는 것처럼 스케그 반류와 불일치함에 의하여 볼텍스가 심화된다. 도 4(b)와 같이 본 발명의 스케그 및 러더 구조를 적용하면 선체 스케그의 반류에 일치하여 저항 및 자항요소를 개선하는 효과를 나타낸다.

그리고 이러한 제반 설계 요소로 인하여 쌍축선의 추진에 따른 에너지 효율의 향상을 기대할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 스케그 20: 상부러더
30: 하부러더 40: 벌브
C1: 선체 중심선 C2: 러더스톡 중심선
S1, S2: 축선

Claims (5)

1. 쌍축선에 탑재되는 비대칭 형태의 러더 구조에 있어서:
   상기 러더는 상부러더(20)와 하부러더(30) 사이에 벌브(40)를 갖춘 구조를 기반으로 하고,
   상기 상부러더(20)와 상기 하부러더(30)는 선체 중심선(C1)을 기준으로 대칭으로 배치되면서 각각의 러더스톡 중심선(C2)을 기준으로 비대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍축선의 비대칭 러더 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 쌍축선이 외향(outward) 추진인 경우 상부러더(20)가 하부러더(30)보다 내측으로 편재되는 것을 특징으로 하는 쌍축선의 비대칭 러더 구조.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부러더(20)와 상기 하부러더(30)는 러더스톡 중심선(C2)을 기준으로 상호 반대되는 방향으로 편재되는 것을 특징으로 하는 쌍축선의 비대칭 러더 구조.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 벌브(40)는 그 중심선이 러더스톡 중심선(C2)과 일치하는 위치에 타원형 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 쌍축선의 비대칭 러더 구조.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 러더의 양단을 지나는 축선(S1)은 벌브(40)의 양단을 지나는 축선(S2)과 비틀림 각도를 유지하는 것을 특징으로 하는 쌍축선의 비대칭 러더 구조.

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