KR900002223Y1 - 프로펠러 효율 증대 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

프로펠러 효율 증대 장치

제 1 도는 본원의 사시도.

제 2 도는 제 1 도 a-a', b-b'부의 A-A'선 단면도.

제 3 도 (a)는 기존 프로펠러의 주면 반류(伴流)의 상태를 보인 작용표시 종단면도, (b)는 선고안인 인용고안 주변 반류의 상태를 보인 작용표시 종단면도, (c)는 본원 프로펠러의 주변 반류의 상태를 보인 작용표시 종단면도.

제 4 도 (a)는 기존 프로펠러 주변 반류의 이상화된 압력 및 속도 분포도, (b)는 프로펠러 주변 반류의 상태도.

제 5 도는 본 원과 인용고안 및 종래 프로펠러의 이격거리에 의한 풍속 및 풍량변화 비교도.

제 6 도는 본원과 인용고안 및 종래 프로펠러의 개략 풍속비교도.

제 7 도의 (a)(b)(c)는 본원과 인용고안 및 종래 프로펠러의 회전속도별 풍속비교도.

본 고안은 프로펠러의 효율을 극대화하기 위함이다.

일반적으로 항공기나 선박에서 추진장치의 주종을 이루는 프로펠러는 임계속도(Critical Spedd)범위내에서 고속회전을 요하므로서 특히 운동하는 프로펠러 익의 상단부의 에지(Edge)부분에서는 국소적으로 유체 흐흠의 마하수(Mach number)가 1보다 커지므로서 충격파나 공동현상(Cavitation)이 일어나 프로펠러의 추진력 및 송출수두가 저하하는 원인 외에 이상적인 2차원 유동이 아닌 3차원 유동장(Three kdimentional flow field)에서 프로펠러익의 정면과 배면 및 프로펠러 선단(tip)의 반류 경계면(伴流境界面)에서의 각 입력들의 차이에 관한 효과에 의해 프로펠러의 선단에서 유동의 역류가 발생하여 프로펠러의 송출수두 및 추진력(양력)은 저하하는 경향이 있엇다. 이와같은 문제점을 해소하기 위하여 기존 프로펠러의 날개 표면(2)에 축(1)으로부터 동심 원호의 돌출익(3)을 부착한 구성의 인용고안이 안출된 바 있으나 아래에 설명한 바와같은 작용효과에 의해 프로펠러의 효율 개선에 그다지 기대되지 못하고 있었는바 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

쿠터-주코브스키(kutta-jkoukowsk)의 익론에 의하면 유체내에서 운동하는 익은 익주위에 순환류가 유기되어서 익의 저면에서의 유체흐름의 압력은 높아지고 익 상변의 압력은 저하하여 이 상하면의 압력 차에 해당하는 양력(Lift) 및 프로펠러의 경우는 송출수두나 추진력이 생겨 펌프나 팬(Fan)의 기능을 수행할 수 있다. 따라서 반류(slip stkream)와 함께 이상화된 프로펠러의 속도 분포와 압력분은 일반적으로 제 4 도(a)와 (b)처러머 표시되는데, 이는 프로펠러의 앞과 뒤의 어느 정도의 먼거리에 있는 압력 P₁와 P₄및 반류 경계면 전체에서의 압력(대기압 pa에 접근한) 들은 서로 같으나 반류의 형상으로부터 프로펠러 바로 상류에서의 평균 압력 P₂는 P₁보다 작고, 그리고 프로펠러의 바로 하류의 압력 P₃은 P₄보다 큰 것을 나타내고 있는 것을 유체 역학상 널리 알려진 사실이다. 그러나 2차원 유동장에서는 프로펠러 선단에서 명백히 거기에 두개의 상이한 압력들이 존재하나, 이것은 균일한 평균 압력 분포를 가정하고 있기 때문이다.

실제로는 흐름은 3차원 유동장이고, 프로펠러 선단에서는 압력이 반류 둘레의 것과 같아야 하며, 또 압력은 프로펠러 원판 전체에 걸쳐서 균일하지 않으므로서 실제의 기존 프로펠러에서의 유체 흐름은 제 3 도 (a) 혹은 (b)와 같이 압력이 높은 프로펠러 뒷면의 중앙부근으로부터 압력이 반류 경계면 전체의 것(대기압 pa에 가깝다)과 같은 프로펠러 선단으로 운동하는 방향의 유체흐름과 또 프로펠러 선단에서 압력이 제일 적은 프로펠러 앞면으로 흐르는 방향의 유체운동이 수반되어 결국 프로펠러로부터 에너지를 받아서 압력이 적은곳(프로펠러 앞면)에서 높은곳(프로펠러 뒷면)으로 이동했던 유체가 프로펠러 선단에서 자꾸 새는 것을 알 수 있다. (유체는 자연 상태에서 압력이 큰 곳에서 적은 곳으로 흐르기 때문이다)이는 선풍기 날개 선단 바로 주변에 얇은 종리를 가까이 접근시키면 얇은 종이는 선풍기 날개 주변에서 압력이 큰 곳에서 적은 곳으로 움직이는 것과 일치한다. 즉 프로펠러가 유체에 대해 행한 일의 손실이 발생하게 된다. 이러한 현상은 제 3 도 (b)에 표시한 바와 같이 프로펠러 날개(2) 표면에 동심원호의 돌편(3)을 부착한 인용고안에서도 발생하므로서 회전하고 있는 선고안 프로펠러 주변에 가까이 한 얇은 종이가 역시 뒤편으로 움직이는 것은 프로펠러의 효율이 떨어지고 있음을 의미하고 있었다. 그러나 본원과 같이 프로펠러 축(1)을 중심으로 하는 동심원호의 돌편(3)의 끝에 기존 프로펠러 날개(2)에 나란한 평행날개 조각(4),(4')들을 부착한 프로펠러에서는 이러한 프로펠러 날개 선단에서의 유체 흐름의 손실이 월등하게 방지되었다. 따라서 이와같은 구성으로 된 본원의 작용효과에 대한 메카니즘을 상세히 기술하면 다음과 같다.

본원이 회전하면 프로펠러는 일종의 축류식 펌프나 압축기이기 때문에 이 주변의 압력 분포는 제 4 도 (a)와 갚이 프로펠러 바로 뒷면의 압력 P₃가 제일크고 다음은 날개 선단주변은 대기압 pa에 가깝고 프로펠러 바로 앞면에서의 압력 P₂는 대기압보다 적어지므로서 공기나 유체가 빨려든다. 그런데 이때 압력이 제일 큰 프로펠러 원판 바로 뒷면에서 프로펠러 선단으로 방향의 이동도 발생하는데 이것을 방지하기 위해 인용 고안에서는 축(1)로부터 동심원호의 돌편(3)을 부착하였지만 이것 역시 제 3 도 (b)에 표시한 바와 같이 돌편(3)을 넘어가는 방향의 유동이 일어나 프로펠러 선단에서 방향의 유체손실을 방지할 수 없었으나, 본원에서는 동심원호의 돌편(3)에 부착한 평행날개 조각(4)(4')에 의해 선고안의 돌편(3)을 넘어가는 방향의 유동을 방향으로 변경할 뿐 아니라 평행날개 조각(4),(4')는 프로펠러 주날개(2)와 나란히 비틀어져 있으므로서 또 하나의 조그마한 날개 역할을 하기 때문에 주날개(2)와 평행날개 조각(4),(4') 사이에 모여 있는 유체를 프로펠러 후류쪽으로 밀어 내므로서 프로펠러 주변 선단에서의 유체손실을 방지하고 프로펠러 효율을 다극화시키는 것을 제 5 도, 제 6 도 및 제 7 도의 실험치에서 보는 바와 같이 매우 유용한 고안인 것이다.

Claims (1)

1. 프로펠러 축(1)을 중심으로 공지의 동심원호의 돌편(3),(3')의 끝에서 기존 프로펠러의 주날개(2)에 나란히 평행날개 조각(4)(4')을 부착하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 효율증대장치.