KR910001895Y1 - 확대관으로 된 프로펠러 (회전익) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

확대관으로 된 프로펠러(회전익)

제 1 도는 본원의 사시도.

제 2 도 (a)는 공지의 회전익 주변의 유선(Strcan line)의 상태를 보인 익단면도. (b) 본원 제 1 도의 b-b'선 단면도.

제 3 도 (a)는 공지의 회전익의 축을 통과하는 면으로 자른 단면도.(b)는 본원 제 1 도의 A-A' 선 단면도.

제 4 도 (a)는 공지 회전익 주변의 압력 분포도.(b)는 본원 회전익 주변의 압력 분포도.

본원은 단열의 축류식 펌프(axial flow pump)의 일종인 프로펠러의 효율및 익의 두께를 얇게 하면서도 회전익 전체의 강도를 극대화하기 위함이다.

종래의 항공기나 선박의 추진장치에 주로 사용되는 회전익은 강도상의 문제로 회전익의 두께를 일정한 크기로 유지해야 하는데, 이는 운동하는 프로펠러 익의 상단부의 에지(edge)부분에서는 국소적으로 유속이 커져서 유체 흐름의 마하수가 1보다 커지므로 충격파나 물속에서는 공동현상(Cavitation)이 발생하여, 프로펠러의 효율이 저하되었을 뿐 아니라 저속에서 양력 혹은 추진력을 올리기 위해 익의 앙각이나 회전익의 비틈각을 어느 한계치 (약 10°)이상으로 조금 크게 하면(일반적으로 양력L 은 앙각 a의 sin 값에 비례함) 제2도 (a)와 같이 날개의 중간위치에서 부터 흐름의 박리현상(Separation)이 일어나서 날개 뒤쪽에는 극심히 발생하는 와류(혹은후류)의 폭이 커지므로 실속(stall)상태에 빠지게 된다.

본원은 이점을 해소키 위해 두께가 비교적 얇은 두개의 익과 돌편을 사용하여 프로펠러 전체를 하나의 구조물로 형성하되 상대적 유체흐름의 입구(Leading edge)의 면적이 출구(Trailing edge)의 그것보다 작게 함으로써 유체 흐름의 통로가 일종의 확대관으로 구성되게 하여 흐름의 널리 알려진 성질인 연속의 정리(Continuous theorem)및 베르누이 정리(Bernoulli's theorem)등에 의해 프로펠러의 압축효과도 개선되는 것으로 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

공지의 회전익의 두께보다 얇은 익(2)을 축으로 부터 임의 반경에서 비틈각 a_m이 되게 하며, 또 이보다 각이 작은 a'을 이루도록 익(2')를 축(1)으로 부터 세우고 난뒤 수개의 동심원으로 된 돌편(3)으로 익(2), (2')의 끝부분에서(중간위치에도 무관함) 서로 고정 부착하여서 프로펠러의 회전방향으로 입구의 면적보다 출구의 면적이 크게 되도록 하나의 구조물을 형성한 것이다.

이와 같이 된 본원의 작용과 효과는 다음과 같다.

일반적으로 쿠터 주코프스키(Kutter-Joukovski)익형의 양력L(회전익에서는 추진력)은 양각 a에 비례하여 커지는데(L=sin a)한계치(약 10°)가 넘으면 제2도(a)에 도시된 바와 같이 유선이 익의 비교적 앞부분에서 부터 흐름의 박리현상이 일어나기 시작하고 난류 웨이크(Turbulent Wake)의 안쪽에는 극심한 와류(Eddy current)가 야기되어 이로 인한 압력 강화로 익의 마찰 저항(Skin frictional drag)보다 뉴톤 저항(Newtorn's drag)이 일어나는 후류의 폭이 커지므로서 실속상태에 빠지게 된다. 특히 프로펠러의 강도 상의 문제로 익두께를 어느정도 크게 유지해야 하는데 이때는 유체 흐름을 배제하는 익의 면적이 크기 때문에 익의 상단부에서는 유선이 밀집하는 현상(유동장에서 유선이 밀접된 곳은 유속이 크다) 으로 국소적으로 유속이 매우 커져서 충격파(Shock waves)나 물속에서는 공동 형상이 일어나 회전익의 효율 및 강도에 좋지 못한 결과를 초래한다. 그래서 본원은 유체 흐름을 배제하는 익의 두께를 얇게 하면서 강도를 유지하도록 얇은 두개의 익(2)(2')및 돌편(3)으로 하나의 구조물을 형성하여서 회전익의 추진 방향으로 제3도에 도시한 바와 같이 종래의 것보다 익의 처짐(Delfection)을 줄임으로써 회전익 전체의 강도를 개선하는 것 외에 유체흐름의 입구 면적(S₁x회전익반경)보다 출구면적(S₂x회전익 반경)을 크게 구성한 관계로 일차원 흐름에 대한 연속의 정리에 의해 출구를 떠나는 상대적 속도 V₂는 입구의 상대적 속도 V₁보다 다음 식 만큼 작아진다.

* 실제로는 공지의 프로펠러에서도 익 표면과의 마찰 때문에 출구를 떠나는 상대 속도 V₂는 입구의 상대 속도 V₁보다 작아지지만, 그 값은 매우 적으므로 일반적으로 무시한다.

따라서 유체의 흐름이 확대관을 통과하는 동안에 작아진 속도 수두에 해당하는 만큼 출구에서의 압력 P₂'는입구의 압력 P₁'보다 커지는데 그 양은 베트누이 정리에 의해 다음과 같이 표시된다.

* 여기서 는 유체의 밀도(Density)이다.

또 같은 앙각 a_m(회전익에서는 비틈각)에서 공지의 것을 제2도 (a)에 도시한 바와 같이 익의 입구와 상단부의 약간 면 위쪽의 흐름의 방향은 원래 수평인데,(무한 거리방향에서 날개로 쳐들어오는 유속의 방향을 편리하게 수핑이라 가장함) 익의 바로 상단부를 스쳐간 유체 흐름의 방향은 a_m만큼 갑자기 무리하게 변하기 때문에 익 표면에서는 박리 현상이 용이하게 일어나는 하나의 원인이 되나 본원에서는 아래 익(2)의 비틈각을 같은 a_m으로 하더라도 윗부분의 익(2')의 비틈각은 이보다 작은 a'를 택함으로써 익(2')의 상단부보다 훨씬 윗쪽에서의 흐름의 방향인 수평에서 깁자기 각 a_m으로 흐름의 방행이 변하는 것이 아니라 각 a'를 거치기 때문에 흐름의 방향 변화가 점진적으로 이루어짐으로써, 제2도와 같이 공지의 것보다 뒷쪽 부분에 극심하게 발생하는 와류 손실로 인한 압력 강하가 적어진다.

그리고 유체 흐름에 있어서 확대판의 압축 효과도 제4도 (b)처럼 기대되는 것으로 매우 유용한 고안이다.

Claims (1)

1. 흐름의 출구의 면적이 입구의 면적보다 크게 되도록 얇은 두개의 익(2), (2')을 축(1)으로부터 수개의 동심원으로 된 돌편(3)으로 고정지지하여 프로펠러 전체를 하나의 구조물로 형성한 확대관으로 된 프로펠러 (회전익)