KR940001622B1 - 선박용 스크루 프로펠러 - Google Patents

선박용 스크루 프로펠러 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
선박용 스크루 프로펠러
[도면의 간단한 설명]
제1도는 프로펠러의 측면도이고,
제2도는 명확히 하기위해 점선을 표시해준 프로펠러의 배면도이고,
제3도는 제작하기전 평판으로 잘라낸 날개의 평면도.
제4-9도는 제2도에서 각각 선 4-4와 9-9를 절취한 날의 단면도이다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
(1) 발명의 분야
본 발명은 선박용 스크루 프로펠러에 관한 것이다.
'프로펠러'라는 용어는 해양스크루나 이와 유사한 추진장치를 포함한다.
(2) 종래의 기술
종래의 스크루 프로펠러는 허브(hub)에 부착되고, 의도한 바의 응용을 위해서 가장 적절하게 선택된 피치각으로 설치된 둘 또는 그 이상의 날개를 가진다. 이러한 스크루 프로펠러는 그 효율을 감소시키는, 확산하는 원뿔형태의 스러스트(thrust)를 만들고 따라서 스러스트가 주위의 물로 분산되며 또한 특히 고속에서 포텐셜 스러스트 에너지가 소실되는 것을 나타내는, 배와 수면이 만나는 선(수선) 위로의 "칵테일(cocktail)" 또는 "루스터테일(roostertail)"형의 물보라를 일으킨다.
원뿔형으로 퍼지는 효과는 슈라우드(shroud) 또는 링(ring)을 프로펠러에 달므로써 부분적으로 제거할 수 있지만 이러한 것은 더 큰 난류를 생성하고 증가된 항력을 받게 한다.
끝으로 공지의 스크루 프로펠러들은 프로펠러가 부착된 배를 후진시키거나 제동시키기 위하여 사용될 수 있는 후진 스러스트를 거의 일으키지 않는다.
여러가지 형태의 스크루 프로펠러가 제안되어 있다.
예를들자면 미국특허 제2,087,243호(칼드웰)에는 프로펠러 허브를 따라 날개의 방사방향의 높이가 수렴하는 프로펠러를 기술하고 있으며 여기서 각 날개의 전방부분은 전방으로 기울어져 있으며 후미부분은 후방으로 기울어져 있고 허브와 날의 접합라인은 "주어진 피치의 일정한 나선이며, 날개의 바깥둘레(외주) 피치는 접합라인의 피치보다 크다"고 되어있다.
1909년 영국특허 제8568호(마크스)에도 프로펠러를 기술하고 있는데 여기서는 날개의 외주피치는 프로펠러 허브를 따라 증가하고 날개의 방사방향 높이는 프로펠러를 따라 그 높이가 증가한다.
이러한 프로펠러들 조차도 상술한 바와 같은 기존의 문제점들을 극복하지 못하고 있다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은 비슷한 크기의 종래의 프로펠러보다 더 큰 스러스트를 일으키는 스크루 프로펠러를 제공하는 것이다.
본 발명은 예를 들어 50%까지의 역스러스트를 내는, 큰 제동효과를 생성하는 프로펠러를 제공하는 것이 목적이며, 본 발명의 또다른 목적은 수렴하는 원뿔형태의 스러스트를 만들면서 더 적은 난류를 일으키는 프로펠러를 제공하며, 주어진 프로펠러 속도로 더 큰 선박속력을 얻을수 있는 스크루 프로펠러를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적들은 이하의 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
본 발명의 구동샤프트에 연결될 수 있는 허브와; 이 허브에 부착되어 있고, 각 날개가 리딩(laading)부분, 중앙부분 및 꼬리부분을 가지는 복수개의 날개와; 적어도 날개들의 중앙부와 꼬리부분의 허브와의 접합라인이, 허브를 따라 그 피치가 증가하는 형태로 구성되는 선박용 스크루 프로펠러를 제공한다. 바람직하게는 각날의 리딩부분은 허브에 대하여 전방으로 기울어져 있으며 각 날의 꼬리부분은 허브에 대하여 후방으로 기울어져 있고, 리딩부분으로부터 약 70-110°부분인 날개 중앙의 매개부분은 실질적으로 허브에 대하여 반경(방사)방향으로 뻗어있다.
날개외주의 피치는 날개의 중앙즉 매개부분에서 꼬리부분까지 프로펠러를 따라 증가한다. 날개의 방사방향 높이는 리딩부분에서 중앙 즉 매개부분까지 증가하여 여기서 높이는 최고이고 날개의 방사방향 높이는 꼬리부분으로 가면서 감소한다.(제1도 참조)
측면도에서 보면 각 날개의 리딩부분은 에어로포일(aerofoil) 형상이며, 꼬리부분도 에어로포일형상을 하고 있어 프로펠러가 지나가는 물에서 낮은 압력구역을 만든다.
각 날개의 허브둘레로 180°에서 270°까지 뻗어 있으며 바람직하게는 약 220°까지 뻗어있는 것이다.
[발명의 상세한 설명]
이하 도면을 참고로 본 발명을 자세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 스크루 프로펠러(10)는 배의 구동샤프트에 직접결합되거나, 구동샤프트에 결합하기 위해 스플라인 구동허브와 같이 설치된 허브(11)를 갖는다.
또한 허브(11) 둘레로 약 220°회전하는 한쌍의 날개(12)가 설치되어 있으며, 각 날개는 리딩부분(13), 중앙 즉 매개부분(14) 및 꼬리부분(15)을 가지고 있다.
각 날개의 리딩부분(13)은 그 둘레의 방사방향 높이가 증가하는 휘어진 리딩에지(leading edge)를 가지고, 이 리딩에지는 종래의 가늘게된 리딩에지와 비교하여 상대적으로 "무디다".
리딩부분은 허브에 대하여 앞으로 기울어져 있으며(제4도, 5도 참조), 날개의 리딩부분의 표면에 낮은 압력구역을 만들기 위하여 에어로포일 형상을 가지도록 굽어져 있다.
프로펠러의 날개의 중앙부분(14)은 약 79-90° 회전한 부분에서 시작하며 약 90-110° 회전한 곳에서 날개의 최대 높이에 도달한다.
중앙부분(14)은 허브에 대해 앞쪽으로 기울어진 것으로부터(제5도 참조), 실질적으로 허브에 대해 방사방향으로 되고(제6도 참조), 다시 뒷쪽으로 기울어지는 형태로(제7도 참조) 차례로 변한다.
날개의 방사방향 높이는 중앙부분(14)에서 꼬리부분(15)까지 점차적으로 감소하고 날개의 꼬리 부분은 허브에 대하여 뒤로 기울어져 있다(제8도와 제9도 참조).
꼬리부분(15)의 측면형상은 날개의 꼬리부분 앞면에 저압영역을 생성하고, 상기 저압영역에 인접한 다른 날개의 리딩부분(13)의 뒷면에서 생성된 저압영역의 다운스트림을 만들도록 고속에어로포일 형상을 갖는다.
허브(11)와 날개의 접합선(16)의 피치는, 최소 중앙부분(14)에서 꼬리부분(15)까지 허브를 따라 증가하며, 예를 들어 프로펠러를 따라 날개들 사이에서 퍼지는 "스로트(throat)"를 형성하도록 70-110°회전에서 220°회전까지이다.
여러가지 실험에서, 본 발명의 스크루 프로펠러는 고속에서도 흩어짐이 거의 없는 수렴하는 원뿔형태의 스러스트를 발생시키고, 따라서 같은 크기의 종래 프로펠러보다 더큰 스러스트를 생성하였다(한 실험에서 선박에 본 발명의 40㎝ 직경의 프로펠러를손상된 63㎝ 프로펠러 대신 달았더니 거의 같은 스러스트를 나타냈다).
본 발명의 프로펠러의 개선된 성능은 프로펠러로 물을 "빨아들이는"날개의 에어로포일 형상에 기인하며, 한편 허브와 날개의 접합라인의 피치가 증가하기 때문에, 날개사이에서 확산하는 "스로트"는 프로펠러의 "초킹(choking)"을 방지하는 것으로 믿어진다.
날개의 에어로포일 형상에 의해 발생한 낮은 압력구역은 확산하는 스로트의 "입구"와 "출구"에서 프로펠러를 통하여 물을 끌어들이는 것을 돕는다.
실험에서 본 프로펠러는 증가된 전진스러스트외에 전진스러스트는 50%까지 후진스러스트를 냄이 증명되었다. 이 후진스러스트는 전진스러스트의 0-10%의 범위에서 후진스러스트를 갖는 종래의 프로펠러에서 나타난 것보다 훨씬 더크다. 증가된 후진스러스트도 후진할때 프로펠러내에서 낮은 압력구역을 발생시키는 날개의 에어로포일 형상에 기인한 것이라고 본다.
프로펠러는 한장의 강철 또는 알루미늄으로부터 만들어진 날개로 원하는 형태로 주조하거나 조립한다.
프로펠러의 조립을 쉽게 이해하도록 하기 위해서는 제3도에 나타내었다. 날개의 최대 방사방향높이(중앙부분(14)에서)와 실질적으로 같은 외부 반지름(17)과 허브(11)의 외부반경보다 약간 더 큰 내부반지름(18)을 갖는 금속의 환상피이스가 잘려진다. 허브주위에서 약 220°회전날개가 남도록 절단된 시이트의 한부분이 제거된다.
리딩에지(edge)로부터 약 90°에서(점(19)에서) 시이트의 내부반지름은 중앙부분(14)에서 꼬리부분(15)까지 점차로 증가하여 여기서 유효 내부반지름(18a)이 다음식에 의해 결정된다.
Figure kpo00001
이때 r은 몸통부분에 대한 내부반지름(선(18)으로 표시)
R은 중앙 및 꼬리부분의 유효 내부반지름(선(18a)으로 표시)
a는 반지름 증가율
b는 점(19)에서 리딩에지(예 : 90°)까지의 각도거리보다 적은 꼬리에지로부터의 각도거리
c는 각 팩터(angle factor) (예 : 40-45°)를 나타낸다.
예를들자면
Figure kpo00002
날개의 꼬리에지가 220°에서
Figure kpo00003
꼬리에지에서. 유효 내부반지름 R은 리딩부분의 반지름보다 큰 약 4-45㎜이고 여기서 유효반경은 점(19)으로부터 허브둘레로 각 45°에 대해 약 1.6㎜(1/16인치)씩 점차적으로 증가한다.
중앙부분(14)은 허브(11)에 부착되고 날개(12)는 꼬리에지를 향하여 허브 주위에 점차적으로 감긴다. 유효 내부반지름 R이 허브(11)의 외부반지름에 대하여 증가함에 따라 날개는 허브와 결합되도록 후방으로 당겨져야만 한다.
이것은 허브와 날개의 접합선의 피치를 증가시키는 반면 동시에 날개의 외부높이를 감소시키고 날개의 외주피치를 증가시키고 꼬리 가장자리쪽으로 날개가 후방으로 기울게 해준다(제6-9도 참조). 그러면 날개의 리딩부분은 허브에 부착되며 날개는 리딩에지의 끝이 허브에 부착되도록 전방으로 굽어진다.
날이 전방으로 기울어져 있는 것은 제4도와 5도에 나타나 있다.
같은 선박엔진에 본 발명의 프로펠러와 종래의 프로펠러를 이용하여 비교실험을 하니 본 발명의 프로펠러가 다음과 같은 개선점들을 가지고 있다는 것을 알았다.
1. 드로틀이 충분히 열려질때 본 발명의 프로펠러는 "공회전"하지 않고 배를 전속력으로 구동시키고 배가 종래에 프로펠러에 의해 구동되는 약 2/3거리에서 최대 속력을 낸다.
2. 배의 최대속력은 10-30% 높다.
3. 파도가 심한 물에서 프로펠러는 물에서 나오려고 하지 않으며 오버런(overrun)하지도 않는다.
4. 속도가 있을때 배는 수면위로 평평하게 되려고 하다. 즉 선미가 물에서 더 높이 뜬다.
5. 급회전시 배는 비행기처럼 기울어지며 선미는 옆으로 미끄러지려고 않는다.
6. 엔진을 끄면 강한 제동효과가 이루어지고 반대의 경우 강한 역스러스트가 얻어진다(배가 후진함에 따라 물이 트랜섬(transom)으로 끌어 당겨진다.
7. 칵테일 효과는 감소 또는 최소화하며, 프로펠러 뒤의 물은 물결이 거의 없이 "고정"되어 있는 것이 보인다.
8. 날개의 에어로 포일형상 때문에 물이 프로펠러로 흡수되는 것처럼 프로펠러로 들어가기전에 물이 움직이는 것처럼 보인다.
9. 날개 "무딘"둘레 가장자리는 바위나 다른 물에 잠긴 물체와 부딪힐때 잘리거나 깨지는 손상을 입을 확률을 적게 해준다.
프로펠러의 특별한 모양 즉 숫자, 모양, 직경, 길이, 피치 및 기울어짐을 응용하려고 의도하는 바대로 적절히 선택할 수 있다.
본 발명의 특허청구의 범위에 나타난 특징에서 벗어나지 않고 본 실시예의 다양한 변화의 수정이 가능할 것이다.

Claims (6)

  1. 구동샤프트에 연결될 수 있는 허브와, 이 허브에 부착된 다수의 날개를 포함하고 각 날개는 리딩부분, 중앙부분 및 꼬리부분을 가진 선박용 스크루 프로펠러에 있어서, 허브와 날개의 적어도 중앙부분 및 꼬리부분 사이의 접합선이 허브를 따라 그 피치가 증가하고, 각 날개의 리딩부분이 허브에 대하여 전방으로 기울어져 있고; 각 날개의 꼬리부분은 허브에 대하여 후방으로 기울어져 있으며; 중앙부분은 허브의 실질적인 반경방향으로 뻗어있고; 그리고 날개들은 허브의 길이를 따라 실질적으로 같이 뻗어 있으며, 상대적으로 역으로 겹쳐지도록 배치되고 여기서 프로펠러의 물로 인한 초킹을 방지하기 위하여, 프로펠러를 따라 날개들 사이에 확산하는 스로트를 형성하도록 한 날개의 리딩부분이 다른 날개의 꼬리부분과 부분적으로 겹치는 것을 특징으로 하는 선박용 스크루 프로펠러.
  2. 제1항에 있어서, 날개의 방사방향 높이는 리딩부분에서 증가하기 시작하여 중앙부분에서 최대가 되며 다시 꼬리부분으로 가면서 감소하는 것을 특징으로 하는 선박용 스크루 프로펠러.
  3. 제1항에 있어서, 물을 프로펠러로 끌어들이도록 저압영역을 만들기 위하여 각 날개의 리딩부분이 에어로포일 형상을 지니며 꼬리부분도 에어로포일 형상을 지니고 있는 것을 특징으로 하는 선박용 스크루 프로펠러.
  4. 제3항에 있어서, 날개의 방사방향 높이는 리딩부분에서 증가하기 시작하여 중앙부분에서 최대가 되며 다시 꼬리부분으로 가면서 감소하는 것을 특징으로 하는 선박용 스크루 프로펠러.
  5. 구동샤프트에 연결될 수 있는 허브와, 이 허브에 부착된 다수의 날개를 포함하고 각 날개는 리딩부분, 중앙부분 및 꼬리부분을 가진 선박용 스크루 프로펠러에 있어서, 각 날개의 리딩부분은 허브에 대하여 전방으로 기울어져 있고 허브에 대하여 실질적으로 방사방향인 중앙부분을 향해 점차로 리드하고 나서 허브에 대하여 후방으로 기울어진 꼬리부분으로 리드하고; 날개 외주피치는 리딩부분에서 꼬리부분까지 허브를 따라 증가하고, 날개의 방사방향 높이는 허브를 따라 리딩부분에서 꼬리부분으로 증가하며; 프로펠러로 물을 끌어들이도록 물에서 저압영역을 발생시키기 위하여 리딩 및 꼬리부분 모두 에어로포일 형상을 하고 있으며; 허브와 날개의 접합부의 피치가 허브를 따라 증가하고; 날개는 실질적으로 허브의 길이를 따라 같이 뻗어있고, 날개사이에서 확산하는 스로트를 형성하도록 배치되고; 그리고 날개의 리딩부분에 있는 에어로포일은 날개의 꼬리부분의 에어로포일에 대하여 날개의 반대편에 있고, 리딩부분의 에어로포일은 날개 사이에서 형성된 확산하는 스로트의 입구에서 저압영역을 생성하도록 작용하고, 꼬리부분의 에어로포일은 확산하는 스로트의 출구에서 저압영역을 생성하도록 작용하는 것을 특징으로 하는 선박용 스크루 프로펠러.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 날개의 외주피치가 날개의 중앙부분에서 꼬리부분까지 프로펠러 허브를 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 선박용 스크루 프로펠러.
KR1019860700336A 1984-10-12 1985-10-14 선박용 스크루 프로펠러 KR940001622B1 (ko)

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