KR920007216Y1 - 선박의 역방향 휜부착 상부덕트 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

선박의 역방향 휜부착 상부덕트

제1도는 본 고안 실시예의 선박 프로펠러 주변 구조를 도시하는 부분 사시도.

제2도는 요부 측면도.

제3도는 제2도의 III-III선 단면도.

제4도는 제3도의 IV-IV선 단면도.

제5도는 제3도의 V-V선 단면도.

제6도는 프로펠러로 유입하는 수류의 유속 분포를 도시하는 도면.

제7도는 역방향 휜부착 상부 덕트를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대한 제동 마력과 선속과의 관계를 도시하는 선도.

제8도는 종래의 대략 원통 형상의 덕트 저부 길이와 소요 추진 마력과의 관계를 도시하는 선도.

제9도는 역방향 휜부착 상부 덕트를 설치하지 않은 경우의 제6도에 상응하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 프로펠러 C : 프로펠러축 축심

2 : 상부 덕트 3a, 3b : 역방향 휜

4 : 선미 보스부 5 : 스턴 프레임

본 고안은 선박의 추진 성능을 향상시키기 위한 역방향 휜부착 상부 덕트에 관한 것이다.

종래, 선박의 프로펠러 전방에 대략 원통 형상의 덕트를 설치하므로서 그 날개 작용으로 추진력을 발생시킴과 동시에 그 정류 작용으로 프로렐러의 추진 효율을 향상시키는 기술이 일반에 알려져 널리 실용화되어 있다.

또, 선박의 프로펠러 전방에 수류를 프로펠러 회전방향과 역방향으로 향하게 해주는 복수의 날개형 단면의 역 방향 휜을 선미 보스부에 방사상으로 돌출 설치하므로서 그 날개 작용으로 추진력을 발생시킴과 동시에 프로펠러 후류의 프로펠러 회전 방향으로의 회전류를 극히 약화시켜 프로펠러의 추진 효율을 향상시키는 기술도 일반에 알려져 이미 실용화되고 있다(일본국 실용신안공개 소 58-12096호 공보 및 실용신안공개 소58-65199호 공보 참조).

종래, 상기 프로펠러 전방에 배치되는 대략 원통 형상의 덕트의 효과에 대해서는 견해가 나뉘어지는 바, 즉 추진력 발생에 기여한다고 하는 견해와 배에 따라서는 추진력 발생과 저항 증가가 서로 상쇄하므로 거의 도움이 되지 않는다고 하는 견해로 나뉘어져 있었다.

본원 고안의 고안자등은 상기 덕트의 구조 및 작용에 대해 각종 실험등을 행한 결과, 다음과 같은 것을 알아냈다.

제8도는 덕트의 저부 길이(선체 길이방향의 길이)와 소요 추진 마력과의 관계에 대해 행한 모형 시험결과를 나타낸 것으로서, 덕트의 저부 길이를 짧게할 수록 만재 상태에 있어서의 소요 추진 마력이 줄어든다는 것이 밝혀졌다. 또한, 종축은 덕트를 설치하지 않은때의 소요 마력(Po)에 대한 덕트를 설치한때의 소요 마력(P)의 비를 표시하는 것이다.

또, 도시하지는 않았지만, 덕트의 정상부 위치를 일정하게 유지하고, 프로펠러의 안내 모서리에 대한 덕트저부의 위치만을 변화시켜 모형 실험을 행한 결과, 덕트의 저부를 프로펠러의 안내 모서리로부터 멀어지게 할수록 소요 추진 마력이 줄어드는 경향이 판명되었다. 그 이유는 프로펠러축 아래쪽의 유속이 빠른 부분에서는 프로펠러 작용으로 프로펠러 근처에서 유속이 더욱 빨라지고 저항이 증가하며, 프로펠러의 작동에 의한유체의 가속은 프로펠러면에서 멀어질수록 감소되므로 덕트 저부를 프로펠러면에서 멀어지게 할 수록(전방에 위치)소요 마력이 감소되기 때문이다.

이상의 사실로부터, 상기 덕트의 하반부는 추진 성능 항상에 거의 효과가 없는 것으로 추정된다.

제9도는 프로펠러의 전방으로부터 프로펠러로 유입하는 수류의 속도와 방향을 도시한 것으로서, 수치가 기입된 등속선은 프로펠러 축방향의 수류 유속(Va)과 선속(Vs)의 비Va/Vs=1-w를 표시한 것이고, 또 화살표는 수류 유속의 선체 폭방향 성분과 선체 깊이 방향 성분과를 벡터로 표시한 것이며, 프로펠러의 외주궤적인 원으로 표시되어 있다.

이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 프로펠러 하반부의 외주부에 유입하는 수류의 유속은 0.7내지 0.8Vs까지 도달하고 있는데 대해, 프로펠러 상반부의 외주부로 유입하는 수류의 유속은 0.4 내지 0.6Vs정도이다. 상기 덕트에 작용하는 마찰 저항(점성 저항)이 유속의 대략 제곱에 비례하는 것에비추어보면 덕트의 하반부에 작용하는 마찰 저항은 덕트의 상반부에 작용하는 마찰 저항의 약 2배 이상이 된다.

종래의 덕트는 전단으로부터 후단으로 향해 서서히 직경이 최소하도록 된 대략 원통 형상으로 있으므로, 덕트의 날개 작용에 의해 발생한 추진력의 대부분이 상기 마찰 저항으로 상쇄되고, 덕트 전체로서의 효과는 작은 것으로 되어 있었다.

그래서, 덕트의 하반부를 제거하면, 덕트에 작용하는 마찰 저항을 대략 계산해서 약 1/2내지 1/3로 감소시킬 수가 있다.

그런테, 상기와 같이 상반부만의 상부 덕트로 하는 경우, 덕트 정상부는 스턴 프레임에 고착한다고 해도, 덕트의 좌우 양단부를 보강재 등을 거쳐서 선체에 고착하면 상기 보강재가 저항 증가 요인으로 되어 바람직하지 않다.

본 고안에 관한 선박의 역방향 휜부착 상부덕트에서는 상기와 같은 문제들을 해소하기 위해, 선박의 프로펠러의 전방 또 프로펠러축 축심을 포함하는 수평면보다 상방에 프로펠러축 축심을 포함하는 면에서의 단면이 날개형인 상부 덕트를 설치하고, 이 상부 덕트 정상부의 전방부를 스턴 프레임에 고착하고, 상기 상부 더트의 좌우양단부를 각각 역방향 휜을 프로펠러로 유입하는 수류를 프로펠러 회전 방향과 역방향으로 향하도록 한 날개형 단면으로 형성된 것을 특징으로 하고 있다.

본 고안에 관한 역방향 휜부착 상부 덕트에 있어서는, 이상과 같이 프로펠러보다 전방 또 프로펠러축 축심보다 상방에 정면에서 보아 원호 형상의 상부 덕트를 설치하므로서, 상부 덕트는 비교적 유속이 낮은 수류중에 위치하게 되며 이 덕트에 작용하는 마찰 저항이 대폭적으로 줄어들게 된다.

그리고, 상부 덕트의 날개 작용으로 추진력이 발생하고, 그 정류 작용으로 프로펠러의 추진력도 강화된다.

상기 상부 덕트의 좌우 양단부를 각각 역방향 휜을 거쳐서 선미 보스부에 고착하므로서, 역방향 휜의 날개 작용에의해 저항 증가 이상의 추진 효율 향상이 얻어진다.

이하, 본 고안의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다.

제1도 내지 제3도에 도시한 바와 같이, 선박의 프로펠러(1)의 전방 상부에는 상부 덕트(2)가 배치되며, 상부덕트(2)는 3장의 역방향 휜(3a,3b,3c)을 거쳐서 선미 보스부(4)에 고착됨과 동시에, 상부 덕트(2)의 정상부의 전방부가 스턴 프레임(5)에 직접 고착되어 았다.

상기 상부 덕트(2)는 프로펠러축 축심(C)을 포함하는 면에서의 단면이 상기 축심(C)에 대해 예를들어 약7°의 영입각을 갖는 날개형을 이루며, 그 날개 작용으로 추진력을 발생시킴과 동시에 그 정류 작용으로 프로펠러 효율을 향상시키기 위한 것이다.

상기 상부 덕트(2)는 그것에 작용하는 마찰 저항을 극히 작게하기 위해 프로펠러(1)로 유입하는 수류의 유속이 비교적 작은 프로펠러축 축심(C)보다 상방의 영역에 배치되고, 프로펠러축 방향으로부터의 정면에서 보아 약 2/5원주의 원호 형상으로 형성되며, 프로펠러축 축심(C)을 포함하는 연직면에 대해 좌우 대략 대칭으로 형성되어 있다(제3도 참조).

그리고, 상부 덕트(2)의 정상부에 있어서 날개현의 길이가 가장 길고, 이 정상부로부터 좌우로 내려감에 따라 날개현 길이가 체감하고 있어, 좌우 단부에 있어서의 날개현 길이는 징상부의 날개현 길이의 약 40%정도로 되어 있다.

상부 덕트(2)의 후단 모서리(2a)의 축심(C)으로 부터의 반경은 프로펠러(1)의 반경과 대략 같으며, 이 후단 모서리(2a)는 프로펠러(1)의 안내 모서리(1a)로 부터 약간 전방에 위치하고 있다.

상부 덕트(2)의 전단 모서리(2b)의 축심(C)으로부터의 반경은 상기 영입기의 몫만큼 프소펠러(1)의 반경보다 크며, 이 전단 모서리(2b)는 후단 모서리(2a)의 경사와 반대 방향으로 즉 정상부로부터 내려감에 따라 후방으로 이동하는 것같이 경사져 있다.

상기 상부 덕트(2)의 정상부의 전방부 약 1/2부분은 스턴 프레임(5)과 교차 형상으로 일체적으로 용접되어있다.

이 교차 부분에서는 상부 덕트(2)를 스턴 프레임(5)측으로 끼여 들어가게 해도 좋고, 스턴 프레임(5)을 상부덕트(2)측으로 끼여 들어가게 해도 좋다.

더우기, 상부 덕트(2)는 이것을 선체에 고착하기 위한 보강재를 겸하는 다음과 같은 3장의 역방향 휜(3a,3b,3c)에 의해 선미 보스부(4)에 고착된다.

즉, 상부 덕트(2)의 우측 단부(2R)와 선미 보스부(4)에 걸친 역방항 휜(3a)과, 상부 덕트(2)의 좌측 단부(2L)와 선미 보스부(4)에 걸친 역방향 휜(3b)과, 상부 덕트(2)의 정상부의 현 길이 방향 중앙부와 선미 보스부에 걸쳐 역방향 휜(3c)이 방사상으로 배치되고 각 역방향 휜(3a,3b,3c)의 기단부가 선미 보스부(4)에 용접되며 또 그 외단부가 상부 덕트(2)에 용접되어 있다.

상기 역방향 휜(3a,3b,3c)은 프로펠러 후류의 프로펠러 회전 방향으로의 회전류를 극히 약화시키므로서 추진 성능을 향상시키기 위한 것으로서, 프로펠러(1)로 유입하는 수류를 프로펠러(1)의 회전 방향과 역방향으로 향하게 한 날개형 단면으로 형성되어있다.

즉, 프로펠러 회전 방향이 제3도의 화살표(6) 방향이라고 하면, 상기 역방향 휜(3a)의 단면은 제4도에 도시한 바와 같이 프로펠러축 축심(C)과 소정의 영입각()을 이루며, 상기 역방향 휜(3c)에 대해도 제4도와 마찬가지이다. 또, 상기 역방향 휜(3b)의 단면도 상기와 마찬가지로 제5도에 도시한 바와 같이 프로펠러축 축심(C)과 소정의 영입각()을 이루고 있다.

프로펠러(1)의 회전 방향이 화살표(6)와 반대 방향이 되는 경우에는, 상기 각 역방향 휜(3a,3b,3c)의 영입각()은 상기와 역으로 됨은 말할것도 없다.

상기 좌우의 역방향 휜(3a,3b)은 그 효과를 높이기 위해 제9도에 있어서의 수류유속이 가장 느린 부분을 관통하도록 된 위치에 배치되어 있다.

상기 중앙의 역방향 휜(3c)의 전방 모서리부는 스턴 프레임(5)과 일체적으로 용접되어 있지만, 상기 전방 모서리부와 스턴 프레임(5) 사이에 간극을 두어도 좋다.

또한, 좌우의 역방향 휜(3a,3b)사이에 상기 역방향 휜(3c) 대신에 2장 내지 3장의 역방향 휜을 설치해도 좋다.

다음에, 상기 주조로 이루어지는 역방향 휜부착 상부 덕트의 작용에 대해 설명한다.

제9도의 유속 분포로부터 알 수 있는 바와 같이, 유속이 느린 영역에서는 상부 덕트(2)의 날개현 길이를 길게 하고, 유속이 빨라지는 하방 영역으로 이행함에 따라 상부 덕트(2)의 날개현 길이가 서서히 체감하도록 하며, 유속이 빠른 프로펠러축 축심(C)보다 하방의 영역에는 덕트를 설치하지 않으므로서, 덕트에 작용하는 마찰 저항이 현저히 줄어들고, 덕트의 유효성이 높아지게 된다.

상기 상부 덕트(2)의 좌우 양단부(2L,2R) 및 중앙부를 각각 역방향 휜(3a,3b,3c)을 거쳐서 선미 보스부(4)에 고착하므로서, 이들 역방항 휜(3a,3b,3c)의 프로펠러 후류의 회전류 억제 효과에 의해 추진성이 향상된다.

상기 좌우의 역방향 휜(3a,3b)은 유속이 가장 느린 부분을 관통하는 위치에 설치되어 있으므로, 그들에 작용하는 마찰 저항이 극히 작아진다.

더우기, 상부 덕트(2)의 좌우 양단부(2L,2R)를 자유단으로 형성하는 경우에는 그 자유단으로부터 날개단 소용돌이가 발생하여 추진 성능이 저하하게 되지만, 상기 좌우 양단부(2L,2R)에 각각 역방향 휜(3b,3a)을 고착하므로서, 상기 날개단 소용돌이가 발생하지 않게 된다.

상기 역방향 휜부착 상부 덕트를 설치한 경우의 제9도에 대응하는 유속 분포는 모형 시험의 결과, 제6도와 같이 되었다.

이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 프로펠러 회전방향과 역방향 흐름이 조장되고 있다. 더우기, 종래의 덕트의 경우는 길이 방향 유속이 가속되는 것이 보통이지만, 이 경우는 변화가 작다. 이들은 어느 것이나 모두 추진 효율의 향상에 기여하고 있다.

제7도는 상기 역방향 휜부착 상부 덕트(2)를 설치한 경우와 설치하지 않은 경우에 대해서 모형 시험을 행하여 소요 제동마력을 구해, 그것을 실제 배를 기준으로 환산한 결과를 나타낸 것이다.

이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 상기 역방향 휜부착 상부 덕트(2)를 설치한 경우에는 만재 상태에서 약 5.5%, 밸러스트 상태에서 약 7.7%의 제동마력을 줄일 수가 있다.

본 고안의 역방향 휜부착 상부 덕트에 있어서는 이상 설명한 바와 같이, 프로펠러의 전방 또는 프로펠러축 축심보다 상방에 정면에서 보아 원호 형상 또 날개형 단면의 상부 덕트를 설치하므로서, 덕트에 작용하는 마찰저항이 현저히 경감되고, 덕트의 날개 작용으로 발생하는 추진력에 의해 선박의 추진 성능이 확실하게 개선된다.

상기 상부 덕트의 정상부의 전방수를 스턴 프레임에 고착함과 동시에 그 좌우 양단부를 각각 역방향 휜을 거쳐서 선미 보스부에 고착해주므로서 상부 덕트를 선체에 고착하는 구조이기 때문에, 상부 덕트를 고착하기 위해 저항 증가 요인이 되는 단순한 보강 부재를 사용하는 것을 피할 수가 있다.

Claims (1)

1. 추진 효율 향상을 위해 프로펠라 회전 방향과 역방향의 흐름을 발생하는 복수의 날개 단면을 가진 역방향 휜을 선미 보스부에 방사상으로 돌설한 장치에 있어서, 상기 역방향휜(3a,3b)을 상기 프로펠라 축의 축심(C)을 포함하는 수평보다 상방 및 유속이 가장 늦어지는 반류 중심부를 향해 적어도 좌우에 돌설 배치함과 동시에, 이들 좌우 역방향휜(3a,3b)의 선단부를 정면에서 보았을때 반원호형의 상부 덕트(2)의 양단 저부에 연결 고착하고, 상기 상부 덕트(2)는 프로펠라(1)의 전방, 또 프로펠라 축의 축심(C)를 포함하는 수평보다도 상방에 프로펠라 축의 축심(C)을 포함하는 면에서의 단면을 날개형으로 하고 도 이 상부 덕트(2)의 날개현 길이는 그 정상부에서 가장 길게 스턴 프레임(5)에 고착하고 그 양단부에서는 후방 모서리가 프토펠러(1)로부터 멀이지도록 하방을 향해감에 따라 짧게 형성한 것을 특징으로 하는 선박의 역방향 휜 부착 상부 덕트.