KR20240013455A - 선박용 러더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일 실시예에 따르면, 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 선박용 러더에 있어서, 상기 프로펠러의 후류를 받아 조종하는 러더몸체; 상기 러더몸체에 위치하고, 유체의 흐름을 제어하는 러더벌브; 상기 러더 벌브의 양측에 위치한 러더핀;을 포함하고, 상기 양측에 위치한 러더핀에는 보조추력을 제공하는 추력핀이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 러더{A RUDDER FOR SHIP}

본 발명은 선박용 러더 및 이를 구비하는 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 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

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 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 오일이 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 2010년에 선박 운항 시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.

이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 니즈에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.

연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감 부가 장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.

그러나 종래 사용되고 있는 에너지 절감 부가 장치는 추진 효율 증대에 한계가 있어 개선이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 추진 효율을 향상시킬 수 있는 선박용 러더를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 일측면에 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 선박용 러더에 있어서, 상기 프로펠러의 후류를 받아 조종하는 러더몸체; 상기 러더몸체에 위치하고, 유체의 흐름을 제어하는 러더벌브; 상기 러더벌브의 양측에 위치한 러더핀;을 포함하고, 상기 양측에 위치한 러더핀에는 보조추력을 제공하는 추력핀이 더 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 따르면 상기 러더벌브의 좌측 및 우측에 위치한 상기 러더핀은 서로 다른 규격으로 구비될 수 있다.

본 발명의 따르면 상기 추력핀은 상기 러더핀에 하방 또는 상방에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 따르면 상기 추력핀은 상기 러더핀에 설치되는 위치에 따라 상방 또는 하방으로 볼록하게 형성되고 단면은 유선형으로 구비될 수 있다.

본 발명의 따르면 상기 러더핀의 좌현 방향에는 상기 추력핀이 상기 러더핀의 하면에 위치하고, 상기 러더핀의 우현 방향에는 상기 추력핀이 상기 러더핀의 상면에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 따르면 상기 러더핀의 우현 방향에는 상기 추력핀이 상기 러더핀의 하면에 위치하고, 상기 러더핀의 좌현 방향에는 상기 추력핀이 상기 러더핀의 상면에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 제1항에 내지 제6항 중 어느 한 항의 상기 선박용 러더를 포함하는 선박이다.

본 발명은 유체의 흐름을 최적화하여 추진 성능을 얻을 수 있는 선박용 러더를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측 하부 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 우측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 우측 하부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 종래의 선박의 러더핀으로 흐르는 유동을 보여주기 위하여 좌현 일부를 도시한 도면이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 종래의 선박의 러더핀으로 흐르는 유동을 보여주기 위하여 우현 일부를 도시한 도면이다.
도 8의 (A), (B) 및 (C)는 본 발명의 일 실시예에 따라 추력핀을 장착한 선박으로 흐르는 유동을 보여주기 위하여 좌현 일부와 추력핀을 도시한 도면이다.
도 9의 (A), (B) 및 (C)는 본 발명의 일 실시예에 따라 추력핀을 장착한 선박으로 흐르는 유동을 보여주기 위하여 우현 일부와 추력핀을 도시한 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 러더의 좌측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 좌측 하부 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 우측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 우측 하부 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 정면도이고, 도 6의 (A) 및 (B)는 종래의 선박의 러더핀으로 흐르는 유동을 보여주기 위하여 좌현 일부를 도시한 도면이며, 도 7의 (A) 및 (B)는 종래의 선박의 러더핀으로 흐르는 유동을 보여주기 위하여 우현 일부를 도시한 도면이고, 도 8의 (A), (B) 및 (C)는 본 발명의 일 실시예에 따라 추력핀을 장착한 선박으로 흐르는 유동을 보여주기 위하여 좌현 일부와 추력핀을 도시한 도면이며, 도 9의 (A), (B) 및 (C)는 본 발명의 일 실시예에 따라 추력핀을 장착한 선박으로 흐르는 유동을 보여주기 위하여 우현 일부와 추력핀을 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 엔진 시스템(도시하지 않음) 및 조향장치 등을 포함할 수 있다.

그리고 조향장치(100)는, 러더몸체(110), 러더벌브(120), 러더핀(130) 및 추력핀(140)을 포함할 수 있고, 설명 및 이해의 편의를 위해 도면을 기준으로 좌측 및 우측 등으로 방향 등이 표현될 수 있으나 이에 한정되지 않음을 언급하여 둔다.

먼저 본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명의 프로펠러(200)는 선박의 후방에서 바라볼 때 시계 방향으로 회전되며, 러더(100)는 러더(100)의 중심선과 프로펠러(200)의 회전축이 일직선 상에 위치되도록 배치된다. 한편, 해운선사에 의해 프로펠러(200)가 우회전 또는 좌회전으로 회전을 할 경우에는 본 발명의 선박용 러더(100)의 후술할 추력핀(140)은 선박의 좌측의 하방 또는 우측의 상방에 설치 가능하고, 실시하기에 따라서는 좌측의 상방 또는 우측의 하방에 설치 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 러더(100)는 프로펠러(200)에 인접하게 마련될 수 있고, 선체의 혼 또는 스케그에 연결될 수 있으며 러더(100) 축(도시하지 않음)이 삽입될 수 있다. 실시하기에 따라 러더(100) 축은 상하 연직 방향으로 형성될 수 있고, 러더(100)의 전단에는 리딩에지가 형성되며 후단에는 트레일링에지가 형성될 수 있다. 그러나 본 발명에서는 리딩에지가 형성되지 않은 러더(100)로 도시하였으나, 에지가 형성될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 러더몸체(110)는 프로펠러(200)에 의해 형성되는 후류의 방향을 조절하여 선체의 진행 방향을 조절하는 역할을 수행한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 러더벌브(120)는 러더몸체(110)에 마련되고, 프로펠러(200)를 향해 소정 돌출된 형태로 마련되며, 프로펠러(200)의 회전축에 대응되는 높이에 횡단면이 유선형으로 되도록 형성될 수 있다. 또한, 러더벌브(120)의 전단은 리딩에지로부터 돌출된 형태이며, 러더벌브(120)의 후단은 러더(100) 측면의 일정 지점까지 후방으로 연장된 형태를 가질 수 있다.

다음으로, 러더핀(130)은 프로펠러(200)의 회전축에 대응되는 높이에 형성되고, 러더벌브(120)와 일체형으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 러더핀(130)은 러더(100)의 표면으로부터 멀어질 수록 폭이 좁아지도록 형성되고, 러더핀(130)의 측 단면은 에어포일(Air Foil) 형태로 구성될 수 있으며, 러더몸체(110)로부터 측 방향으로 돌출된 러더핀(130)의 상면 또는 하면을 따라 유체가 흐를 때 저항이 발생하는 것을 방지하기 위한 역할을 수행한다. 또한, 본 발명의 러더핀(130)은 소정의 각도를 이루어면서 좌현 및 우현에 설치될 수 있다. 예를 들어, 우현 쪽의 러더핀(130)은 우회전 프로펠러(200)로 인해 후류가 아래로 발생하기 때문에, 러더핀(130)은 유동 방향에 따라 5~25deg 정도의 받음각으로 설치되고, 좌현 쪽의 후류는 상방을 향해 흐르므로, 유동 방향에 따라 5~25deg 정도의 받음각으로 설치되는 것이 바람직하다. 한편, 실시하기에 따라서는 각도는 유동적으로 구성될 수 있으며, 좌현 혹은 우현에 부착하는 각도에 따라 유연하게 변경될 수 있다.

또한, 우현 러더핀(130)의 스팬(Span)은 프로펠러(200)의 반지름(R) 기준으로 0.3R ~ 0.6R이고, 좌현 러더핀(130)의 스팬은 프로펠러(200)의 반지름 기준으로 0.5R ~ 1.2R로 좌현 러더핀(130)의 길이가 더 긴 것으로 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 러더몸체(110)를 기준으로 러더몸체(110)와 가까운 부분을 Root부분이라 설명하며, 러더몸체(110)로부터 먼 부분을 Tip부분이라 칭한다. 한편, 좌현 및 우현에 위치한 러더핀(130)의 Root부분은 0.3 ~ 0.8S(S=Span)이고, Tip부분은 0.1S ~ 0.4S로 제작할 수 있다. 이와 같이, 러더핀(130)의 양측 길이를 다르게 형성함으로써, 러더핀(130)을 지나가는 유체와 러더몸체(110)의 간섭을 줄여 러더핀(130)에 의한 추력을 최대한 출력할 수 있고, 항력도 감소되어 속도 성능을 향상시킴으로 연료 절감 효과를 가져올 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 좌현에 위치한 러더핀(130)의 장착 위치는 프로펠러(200)의 중심을 기준으로 축 위로 0.2R까지, 축 아래로는 0.7R까지 위치하는 것이 바람직하며, 우현에 위치한 러더핀(130)의 장착 위치는 프로펠러(200)의 중심을 기준으로 축 위로 0.7R까지, 축 아래로는 0.2R까지 위치하는 것이 바람직하다. 본 발명의 우현 러더핀(130)과 좌현 러더핀(130)의 장착 위치가 다르고, 우현 러더핀(130)과 좌현 러더핀(130)의 장착 위치가 다른 것은 본 발명의 프로펠러(200) 후류의 유동이 프로펠러(200) 축을 기준으로 상하에 서로 다른 방향으로 발생하고, 유체의 흐름에 의해 발생되는 양력이 추력으로 작용될 수 있게 함으로써, 추력을 최대로 향상시킬 수 있게 된다. 또한,본 발명의 좌현 및 우현에 위치한 러더핀(130)은 리딩엣지 기준으로 러더폭의 ½ 앞쪽에 마련될 수 있다. 한편, 실시하기에 따라서 좌현과 우현에서 발생하는 상이한 유입류를 고려하여 각도가 유동적으로 조절될 수 있으며, 각도에 따라 추력 성능 및 조정 성능이 변동될 수 있으며, 본 발명의 선박의 추력 성능 및 조정 성능을 향상시킬 수 있는 형태라면, 어떠한 모양을 구현하여 무방하다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 추력핀(140)은 좌현 및 우현에 상방 또는 하방에 각각 위치하게 되는데, 러더핀(130)의 좌현 방향에는 추력핀(140)이 하방을 향해 위치하고, 우현 방향에는 추력핀(140)이 상방을 향해 위치할 수 있다. 예를 들어, 선박용 러더의 추력핀(140)의 수직 위치는 프로펠러(200)가 우회전으로 작동을 할 경우에는 좌현쪽은 러더핀(130)의 하방에 위치하게 되고, 우현쪽의 러더핀(130)에는 상방에 위치할 수 있게 된다. 또한, 프로펠러(200)가 좌회전으로 작동을 할 경우에는 좌현쪽은 러더핀(130)의 상방에 위치하게 되고, 우현쪽의 러더핀(130)에는 하방에 위치할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 선박용 러더의 추력핀(140)의 수평 위치는 프로펠러(200) 반경 기준 상방 또는 하방에 0.15R ~ Tip부분 까지 어디에서도 설치 가능하다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 양측에 위치한 러더핀(130)의 길이는 서로 다른 길이로 제작되었으므로, 좌현 또는 우측에 위치한 길이가 각각 짧게 형성된 러더핀(130)에는 양측 대비 동일한 단의 끝까지 설치하는 것은 불가능하다.

한편, 본원 발명의 선박용 러더의 추력핀(140)의 단면은 에어포일 형태로 구비될 수 있다. 상방 또는 하방이 볼록한 형태로 형성되고, 일단의 면적이 넓다가 타단의 면적은 좁아지는 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 선박용 러더의 추력핀(140)의 설치 위치 및 형상에 따라 후류를 이용하여 추가적인 양력을 얻을 수 있으며, 아래와 같이 종래 기술과 차이가 있음을 실험 데이터를 통해 알 수 있으며, 이는 도 6 내지 도 9를 참조하는 바와 같다.

먼저, 도 6 내지 도 7을 참조하면, 도 6의 (A) 및 (B)는 종래의 좌현측 선박용 러더를 도시한 것으로, 선박용 러더의 좌현의 하방으로 후류가 이동하며 좌현 러더핀(130)의 일면에서 후류의 유동이 매우 약함을 알 수 있다. 마찬가지로 도 7의 (A) 및 (B)는 우현 측 선박용 러더를 도시한 것으로, 우현의 상방으로 후류가 이동하며 우현 러더핀(130)의 일면에서 후류의 유동이 매우 약한 것을 볼 수 있다.

한편, 본 발명의 도 8 내지 도 9를 참조하면, 본 실시예의 도 8의 (A), (B) 및 (C)는 선박용 러더의 추력핀(140)이 좌현 러더핀(130)의 아래에 설치된 것으로, 선박의 좌현의 경우 하방의 후류가 바깥으로 이동하게 되는데, 이를 이용하여 추력핀(140)을 러더핀(130)에 장착하게 되면 추가적인 양력이 발생할 수 있게 된다. 마찬가지로 도 9의 (A), (B) 및 (C)는 선박용 러더의 추력핀(140)이 우현 러더핀(130)의 위에 설치된 것으로, 선박의 우현의 경우 러더핀(130)의 상방에 추력핀(140)을 설치하게 되면 우현 방향에 설치된 추력핀(140)을 통해 상방으로 흐르는 후류가 러더핀(130)을 통해 양력이 발생되어, 추가적인 추력을 얻을 수 있게 됨을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 선박용 러더(100)의 추력핀(140)을 구비함으로써, 선박의 추진 성능이 향상될 수 있음은 물론이고, 단순한 구성을 통해 제조하기 용이하고, 생산비용이 절감되며, 회전 에너지를 용이하게 제어할 수 있게 되고 보조적인 추력까지 제공할 수 있게 되는 효과를 가져온다.

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: 선박 100: 러더
110: 러더몸체 120: 러더벌브
130: 러더핀 140: 추력핀
200: 프로펠러

Claims (7)

1. 프로펠러의 후방에 설치되어 선박의 항해 방향을 조종하는 선박용 러더에 있어서,
   상기 프로펠러의 후류를 받아 조종하는 러더몸체;
   상기 러더몸체에 위치하고, 유체의 흐름을 제어하는 러더벌브;
   상기 러더벌브의 양측에 위치한 러더핀;을 포함하고,
   상기 양측에 위치한 러더핀에는 보조추력을 제공하는 추력핀이 더 구비된 것을 특징으로 하는, 선박용 러더.
2. 제1항에 있어서,
   상기 러더벌브의 좌측 및 우측에 위치한 상기 러더핀은 서로 다른 규격으로 구비되는, 선박용 러더.
3. 제1항에 있어서,
   상기 추력핀은 상기 러더핀에 하방 또는 상방에 위치하는 것을 특징으로 하는, 선박용 러더.
4. 제1항에 있어서,
   상기 추력핀은 상기 러더핀에 설치되는 위치에 따라 상방 또는 하방으로 볼록하게 형성되고 단면은 유선형으로 구비되는, 선박용 러더.
5. 제3항에 있어서,
   상기 러더핀의 좌현 방향에는 상기 추력핀이 상기 러더핀의 하면에 위치하고, 상기 러더핀의 우현 방향에는 상기 추력핀이 상기 러더핀의 상면에 위치하는 것을 특징으로 하는, 선박용 러더.
6. 제3항에 있어서,
   상기 러더핀의 우현 방향에는 상기 추력핀이 상기 러더핀의 하면에 위치하고, 상기 러더핀의 좌현 방향에는 상기 추력핀이 상기 러더핀의 상면에 위치하는 것을 특징으로 하는, 선박용 러더.
7. 제1항에 내지 제6항 중 어느 한 항의 상기 선박용 러더를 포함하는 선박.

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