KR930008998B1

KR930008998B1 - 복합 조향장치

Info

Publication number: KR930008998B1
Application number: KR1019850003224A
Authority: KR
Inventors: 성예경
Original assignee: 성예경
Priority date: 1985-05-11
Filing date: 1985-05-11
Publication date: 1993-09-18
Also published as: KR860008914A

Abstract

내용 없음.

Description

복합 조향장치

제 1 도는 본 발명의 요부 구성 예시도이고,

제 2 도는 및 제 3 도는 키각에 대한 플랩각 작용 상태 일예의 평면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 선미 2 : 키(프로펠러)지지(보호)부

3 : 복합 키(의 유니트) 4 : 주 구동축의 베벨기어

5 : 후방 프로펠러 구동 베벨기어 6 : 전방 프로펠러 구동 베벨기어

7 : 주 구동축 8 : 전방 프로펠러

9 : 전방 프로펠러 구동축 10 : 후방 프로펠러

11 : 후방 프로펠러 구동축 12 : 기어실(기어박스)

13 : 복합 키의 상방 회전축 14 : 복합 키 하방 회전축(보조용 ; 예비용)

15 : 복합 키 회전용기어 16 : 복합 키 회전기어 보조용 기어

17 : 상부 플랩(flap) 18 : 상부 플랩 회전축

19 : 상부 플랩 회전용기어 20 : 하부 플랩 회전축

21 : 하부 플랩 22 : 하부 플랩 회전 기어

화살표 : 플랩의 움직임

본 발명은 키(rudder)와 추진기를 각각 복합으로 구성하여 상호 유기적이자 보완적으로 연계시킨 복합키 및 복합 추진장치에 관한 것으로 좀 더 자세히는 키(타)로써의 조향장치에 플랩과 추진기를 효율적으로 구성한 복합 조향장치에 관한 것이다.

종래의 이른 바 Z-펠라(Z형 추진기 장치 ; T드라이브 추진장치)는 기능은 물론 구조면에 있어서 소위 선외기의 범주를 크게 벗어나지 못했고, 선체와의 연결부위(축)한 곳에 추진력과 선회(조향)력이 집중적으로 작용됐으며, 이와 유사한 부류의 것으로 "배의 추진 및 제어장치(한특개 84-8137호)"가 있는 바 이는 하나의 동력에 두 개의 추진기를 선미 좌, 우에서 구동시킨다는 장점이 있는 반면에 두 프로펠러가 밸트에 의해 구동되는 취약점이 있을 뿐만 아니라 선미 좌, 우에서 동일 방향으로 구동됨으로 그 반작용에 의한 선미부의 형평(균형)과 진동상의 문제가 야기될 수 있고, 추진력이 좌, 우로 양분되어 한 쪽 프로펠러 변고발생시 조타불능상태에 빠질 우려가 있음과 동시에 조향력이 프로펠러에만 의존되므로 프로펠러가 정지되면 조향력도 따라서 상실되는 폐단을 배제할 수 없게 되는 것이었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 미비점들을 배제함은 물론 키(조향장치)와 추진장치의 성능이 각기 현저히 향상되도록 각각 복합으로 구성함과 아울러, 이들을 유기적으로 연계, 조합시켜 상호 보완작용을 하도록 함으로써 기능과 효율을 대폭 개선, 증대시킴으로 결국 조선 효과를 증진시키는 데 있는 것이다.

이하에서 본 발명의 구성과, 작용, 효과에 관해 도면을 참작하며 상술한다. 도면에 예시된 바처럼 선미의 선저부에 하향 유선형으로 돌출되어, 키 및 프로펠러가 필요한 수심을 확보하도록 함과 동시에 키가 프로펠러와 더불어 360도 회전이 원활하도록 키의 지지부(2)를 장착, 형성한다. 이는 추진, 조향력을 상,하양 축에서 분배받는 효과도 있고 키 및 프로펠러를 보호할 뿐더러(가령, 어선의 경우 어망 또는 수초에 키 혹은 추진기가 걸리는 것을 예방)공간적 배치가 협소하지 않아 착, 탈 및 보수하기가 비교적 용이롭게 된다.

복합 키(3)내부에는 기어박스(12)와 주구동축(7), 상부 플랩 회전축(18), 전방 프로펠러 구동축(9), 후방 프로펠러 구동축(11), 하부 플랩 회전축(20)이 내장되게 하고, 이 기어박스(12)내에 주구동축(7)의 베벨기어(4), 전방 프로펠러(8) 구동축(9)의 베벨기어(6), 후방프로펠러(10) 구동축(11)의 베벨기어(5)를 각각회동 자재하게 설치한다. 전방 프로펠러(8) 구동축(9)은 마치 파이프(수동관)속처럼 통공된 것이고 이 통공내로 후방 프로펠러(10) 구동축(11)이 관통 삽입(내삽)돼 각기 원활히 구동되도록 한다. 따라서 주구동축(7)이 원동기(main-engine)로부터 구동력을 받아 주구동축(7)의 베벨기어(4)를 통해 전방 프로펠러(8) 구동축(9)의 베벨기어(6)와 후방 프로펠러(10) 구동축(11)의 베벨기어(5)를 구동시킴으로 전방 프로펠러(8)와 후방 프로펠러(10)가 각기 원활히 상호 반대 방향(하나가 시계방향이면 다른 하나는 반시계방향)으로 구동되게 된다. 이 때 프로펠러들에 의한 추진력은 복합 키(3)의 상부 회전축(13)과 하부 회전축(14)에 배분, 작용된다. 복합 키(3)는 대체적인 형상면에서는 전형적인 종래의 키와 외면상으론 유사하나 두 프로펠러 구동축을 중심으로 하여 상부 플랩(17) 및 하부 플랩(21)과 조합되어 있고, 이 들 두 플랩의 회전축은 복합키의 회전축내에 내삽되면, 복합키(3) 본체와는 별도로(복합 키에 비해 ; 복합 키를 기준으로 하여) 좌, 우로 각각 약 100도(도합 200도) 범위 내에서 회전이 된다.

즉, 상부 플랩(17)은 상부 플랩 회전축(18)의 베벨기어(19)에 의해, 하부 플랩(21)은 하부 플랩 회전축(20)의 베벨기어(22)에 의해 복합 키를 기준으로 각각 100°(복합 키각±100°, 단 +, -는 플랩의 회전 방향) 정도씩 회전될 수 있음에 따라 물고기의 꼬리지느러미 흡사하게 움직임이 비교적 원활하고, 비교적 프로펠러 수심이 깊으며 프로펠러 앞에서 가볍게 움직여 프로펠러 주변 와류의 순간적인 수압의 편재와 수류를 조정함으로써 전반적인 면에서 캐비테이션(cavitation)유발 원인 인자중의 일부 저감효과를 나타내며, 복합키(3)자체보다는 작은 동작으로 복합 키(3)보조역할을 하게 된다. 좀더 부연하면, 선박의 종류 및 특성에 따라 플랩을 회전시키는 동력 및 이 동력전달 매체를 전동기, 유압 혹은 에어 실린더, 유니버샬 조인트, 체인기어, 윔기어, 랙기어 등등 공지의 수단들 중 선택의 여지가 다양하겠는 바 가령, 뉴메틱(pneumatic)을 채택해 랙기어를 이용한다면 도시하진 않았으나 상기 플랩은 상부 실린더를 통한 상부의 랙기어로, 하부 플랩은 하부 실린더를 통한 하부 랙기어로 작동되게 되며, 실린더의 내의 공기를 밸브를 통해 빼어내면 플랩은 물결 또는 수압차에 따라 거의 자유로이 움직이게 된다.

동일 축계에서 상호 반전하는 두 프로펠러가 키와 조합된 것이 일본 공개 특허 공보(특개소 52-91292호)에 소개되어 있는 바 이는 키와 프로펠러가 동체화되어 항시 동일 방향으로 동시에 움직이도록 안출돼 있어서 키각이 조금만 변해도 조향력이 커 기동성은 뛰어난 반면 수류나 풍향에 대응하고 선박과 선박사이를 빠져나가야하는 복잡한 곳에서의 섬세하고 정교한 조향성능은 떨어질 뿐더러 키각을 움직일 수 없을 때에는 별다른 수단이 없어 속수무책에 빠질 우려가 있다. 또한 후진시에는 클러치 베벨기어를 통해 프로펠러의 구동방향을 반대로 하는 바 이 경우 프로펠러 피치가 전진위주로 설계되어 있는 상태하에서 필연적으로 후진효율이 떨어지는 단점과 전진을 위한 구동상태를 정지상태를 거쳐 후진을 위한 역전상태로 변환시켜야하는 미비점 및 이런 장치를 필요로 하는 장치적 복잡함이 감수돼야 하는 것이다.

역시 참증으로 지적된 것들중 하나인 일본국 공개 실용신안 공보 소 61-31999호(1986.2.26.)"선박용 타"는 보조타가 상,하로 형성되어 있는 바 이 상, 하 보조타가 주타끝에 형성되어 있어서 보조타의 작용력이 주타의 끝부위에 작용되고 이 작용력이 주타를 통해 선체에 미치는 구조기 때문에 보조타로써의 기능이 미미하고 제한적일 수 밖에 없을 뿐만아니라 타내의 장치적 복잡성으로 인하여 메인터넌스(maintenance)상의 문제가 야기될 수 있는 점을 비록하여 보조타를 작동시키는 기능 매체들이 주타내부에 장치되는 취약점이 뒤따르게 되면 타의 가로 규격이 커지는 등 불비점이 노정되는 것이다.

본 발명에 있어서는 예를 들어 유니버샬 조인트를 통해 플랩의 기어를 회전시키는 경우 통상의 클러치(도시 생략)를 이용해 회전력을 차단하면 추진기의 주변 소용돌이(와류)속에서 수압차에 따라 좌, 우로 움직이며 추진기에 진입하는 유체의 방향, 유속에 대응해 선미(키 및 추진기)의 진동을 감소시키는 효과를 초래하며, 양 플랩을 좌, 우로 각각 회전시켜(펼쳐)주면 선체의 완만한 제동(감속)기능을 발휘하게 되고 복합 키각을 돌려줄 수 없는 경우에는 플랩을 회전시킴으로써 보조키로써의 역할을 할 수 있게 함은 물론 만약 지나치게 높은 수압으로 인하여 복합키 및 복합 추진기가 동체화된 상태로 동시에 회전시키기가 불가할 때는 우선 플랩은 그대로 두고 복합 키 및 복합 추진기만 회전시킨 연후에 시차를 두고 플랩을 회전시키는 방법을 강구할 수 있게 된다. 또 다른 방법을 부언하며, 키의 차원(dimension)이나 형상을 고려해서 애초부터 키 또는 플랩의 회전축을 키중심의 종축가까이에 설치하도록 한다. 한편, 플랩만을 이용해 조향력을 발휘하게 하는 경우에 상, 하플랩의 역할 분담을 시킬 수 있는 예를 들어본다면 가령, 상부 플랩을 우로 회전해 조향이 되고 있을 때에 돌연 반대 방향의 조향력이 필요할 시엔 상부 플랩을 원위치시켜서 다시 우로 회전 시키기 보다는 상부 플랩을 원위치 시킴과 동시에 하부 플랩을 좌로 회전하면 그 만큼 민활성을 기할 수가 있게 된다.

또한 복합 키(3)는 두 프로펠러와 더불어 360도 회전이 대체적으로 자유롭고 회전력은 상방 회전축(13)의 윔기어(15) 또는 하방 회전축(14)의 기어(16)중 적어도 어느 하나로부터 전달받으며(동력은 모터나 에어 혹은 유압펌프에 의해서임)이로써 발생시키는 선체에 대한 회전력(조향력)모멘트는 상기의 두 회전축에 분배, 작용시킨다. 종래의 선박(프로펠러 후방에 키가 있는 것)은 키각의 45도일때(보통은 35도 이하에서 운항되나)선회력이 최대가 되지만 본 발명에 있어서는 약 90도일때 최대(도시하지는 않았으나 벡타도 감안) 가되고, 키에 걸리는 수압의 최대가 되는 때도 직진상태에서 키각이 90도로 회전되고 프로펠러가 정지되었을 경우다(프로펠러가 구동되면 프로펠러의 방향에 따라 물살의 향방도 바뀌므로).

여기서 이해를 돕기위해 간단한 수식의 수치로 예를 하나 들어보자.

지금 수심 1m로 80×50cm인 키(평판이라 가정)가 연직으로 잠겨있다 하자. 이때 이 키의 한 면이 받는 전압력 F는 F=r·y_c·sin θ·A(A는 단면적)에 따라 5,488NEWTON={9800N/㎥×(1+0.4)m (0.8×0.5)㎡}이 되고, 운항중일 때는 속도 제곱에 비례하겠으므로(점성 및 마찰저항 무시, 밀도와 중력가속도 일정하다치면) 그 때의 속도 자승을 곱해주면 된다. 일반적으로 선반에 있어 고도의 조향성을 요구하는 상황은 주로 복합한 항, 포구에 입, 출항시인 바, 이 때는 보통 5km/h≒(1.39m/s)이내이어서 수압상의 큰 문제는 대두되지 않고(종래의 선박은 키가 프로펠러 후방의 높은 수압장에서 작용되나 본 키는 프로펠러 전방에 놓이고 표면적도 종래의 키에 비해 작어도 됨)회전시킬 때의 동력 역시 감속 치차를 시용 하면 힘(토크)에 무리를 피할 수 있게 된다.

두 프로펠러가 한 조(쌍)의 동일 축계에서 상호 반전하므로 작용반작용에 따른 선체(미)의 불균형과 진동상의 문제가 감소되고 어느 한 프로펠러에 파손이 돌발되더라도 최소한의 추진력과 조향력은 유지되며 두 프로펠러의 피차, 직경, 날개 수등을 특징적으로 필요에 따라 달리 할 수 있게 된다. 뿐만아니라, 프로펠러가 모두 멈추더라도 복합 키(3)에 의해 어느 한도의 조향력은 보조(유지)되고 두 조의 플랩은 별개의 작은 키(보조 키)역할도 분담한다. (키 및 프로펠러 주위의 와류속에서 프로펠러 앞의 수압차에 대응해 유체의 방향을 조정해줄 수 있게 함으로써 추진 효과를 높여주고 키 본체 및 프로펠러 회전이 불가한 경우에는 플랩이 조향 기능을 해줄 수 있으며).

한편, 복합 추진장치는 복합 키와 동체화되어 360도 회전이 자재로워 선체가 제자리돌기는 물론 프로펠러의 구동방향 전환없이도 후진이 가능한 등 기동성을 탁월하게 하면서도(거개의 프로펠러피치는 전진위주로 설계되어 있어서 구동방향을 반대로 하여 후진하는 경우 후진효율이 떨어지는 것을 감수해야됨)플랩을 이용해 섬세한 조향 역시 가능하게 하며 아울러 에너지 절약 효과를 갖게 한다. 부언하면, 항로가 협소(복잡)한 항, 포구(특히 선박들이 많이 교차되거나 정박해 있는 경우)에 입, 출항시 고도의 가속도(조향력, 순발력 등의 기동성)가 요구되는 바 이에 적응이 비교적 원활하고, 어선, 순찰선(경비정), 군용선, 레저선, 예인선(tugboat)등에 주로 효과적이라 하겠다.

선박은 대부분 주문제작 이어서 실시예를 일일이 예거한다는 건 지나친 지면낭비이겠으므로 생략했는 바, 본 발명은 본 발명의 범위내에서 융통적으로 변경할 수 있음을 주지하는 바이다.

Claims

키의 상방 회전축내로 상부 플랩 회전축을 내삽시켜서 상부 플랩을 구성하고, 키의 하방 회전축내엔 하부 플랩 회전축을 내삽시켜 하부 플랩을 구성함을 특징으로 하는 복합 조향장치.
제 1 항에 있어서, 키가 추진장치와 더불어 360도 회전이 원활하도록 한 키 지지부(2)를 구성하고, 상기의 키 지지부내에 키 회전기어 보조용 기어(16)와 하부 플랩 회전기어(22)를 설치할 수 있게 함을 특징으로 하는 복합조항 장치.