WO2019245088A1 - 선박용 추진장치 - Google Patents

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WO2019245088A1
WO2019245088A1 PCT/KR2018/007077 KR2018007077W WO2019245088A1 WO 2019245088 A1 WO2019245088 A1 WO 2019245088A1 KR 2018007077 W KR2018007077 W KR 2018007077W WO 2019245088 A1 WO2019245088 A1 WO 2019245088A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
propeller
duct body
guide pin
predetermined
duct
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/007077
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
이승호
Original Assignee
필드지 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose
    • B63H5/15—Nozzles, e.g. Kort-type

Definitions

  • the present invention is a cylindrical duct body having a predetermined inner diameter; And a plurality of guide pins disposed at an inlet side of the duct body and extending from the center toward the inner circumferential surface of the duct body, the guide pins having a predetermined length in a radial direction of the duct body.
  • the present invention relates to a ship propulsion device having a slope having an angle between the inflow direction of the fluid flowing into the inside of the vehicle and being usable at both low speed and high speed.
  • Marine propulsion device is connected to the engine and propeller shaft (shaft) installed inside the hull to generate the ship's ship using the power of the engine while rotating. Improving propulsion efficiency of the propeller is very important in terms of energy saving and ship operating cost.
  • the conventional propeller 4 is connected to a predetermined drive shaft through a predetermined hub 3 to generate a thrust on the vessel 1.
  • a strong botex flow is formed at the end of the wing by a flow roll up process at the blade tip of the ship propeller. (vortex flow) occurs, which can lead to energy loss.
  • a propeller having a predetermined duct structure which further improves the technique of using only the propeller as a propulsion device is disclosed.
  • the duct propeller having the conventional duct structure shown in FIG. 2 the duct 7 is fixed to the hull, and the propeller 4 rotates in the inner space enclosed with the duct to generate a propulsion force.
  • the cross-sectional shape of the duct structure is based on Marin Nozzle 19a (Krpt Nozzle) as shown in FIG. 3.
  • the propeller with the duct structure generates a higher thrust at a low speed of 10 knots or less compared with a propeller using a propeller, but at higher speeds, the resistance generated by the duct structure increases rather than a high speed. Esau is not available.
  • propellers having a duct structure are mainly used in tug boats or fishing boats suitable for low speed operation.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, the cylindrical duct body having a predetermined inner diameter; And a plurality of guide pins disposed at an inlet side of the duct body and extending from the center toward the inner circumferential surface of the duct body, the guide pins having a predetermined length in a radial direction of the duct body. It is an object of the present invention to provide a ship propulsion apparatus having a slope portion having a predetermined angle with respect to an inflow direction of a fluid flowing into the inside thereof, which can be used at both a low speed and a high speed.
  • the propeller is connected to the ship through a predetermined drive shaft for generating a propulsion force; And a duct structure disposed on an outer circumferential side of the propeller.
  • a propulsion device for a ship comprising: the propeller includes a hub connected to a drive shaft, and a plurality of blades provided on an outer side of the hub and having a predetermined inclination angle, wherein the duct structure has a cylindrical shape having a predetermined inner diameter.
  • Duct body And a plurality of guide pins disposed at an inlet side of the duct body and extending from the center toward the inner circumferential surface of the duct body, the guide pins having a predetermined length in a radial direction of the duct body. It has a slope having a predetermined angle between the inflow direction of the fluid flowing into the inside of the.
  • the slope portion is twisted to have an inclined surface in a direction opposite to the inclined surface of the blade of the propeller.
  • the slope portion has a predetermined angle with respect to an imaginary reference plane formed by a central axis direction of the propeller and a radial direction of the propeller passing through the guide pin.
  • the maximum torsion width of the slope portion is composed of 0.005D to 0.02D.
  • the length of the slope portion is composed of 40 to 60% of the length of the guide pin.
  • the slope portion is located at a position overlapping in the front and rear direction with the annular region formed by rotating the blade.
  • the slope portion when the radial width between the inner diameter and the outer diameter of the annular ring formed by the rotation of the blade is Q, the point where the maximum width of the slope portion is located from 0.6Q to radially from the inner diameter position It is located at 0.8Q.
  • the guide pin further comprises a lead portion comprising a central axis of the propeller and a plane parallel to an imaginary reference plane formed by a radius of the propeller.
  • the duct structure, the ring-shaped hub portion is arranged in the center of the inlet side of the duct body having a predetermined radius, one end of the guide pin is connected to the ring hub portion and the other end is It is connected to the inner circumferential surface of the duct body.
  • the guide pins, 6 to 12 are provided.
  • Ship propulsion apparatus by providing a guide pin having a slope, the flow of fluid flowing through the inlet of the duct body to be in the opposite direction to the direction of rotation of the propeller, to improve the efficiency of the propeller and the duct structure
  • the thrust generated at can be made larger.
  • the reduction in thrust and efficiency is not great even at high speed, it can be widely utilized at low speed and high speed.
  • the guide pin is provided on the inlet side of the duct body in the form of a fan, it is possible to prevent foreign matter from flowing into the duct body, thereby preventing damage to the propeller as well as preventing engine failure.
  • the slope portion formed in the guide pin has a length over a predetermined range, and an angle formed between the reference plane, and is located inside the annular shape formed by the blades of the propeller.
  • the flow of fluid induced in a direction opposite to the direction of rotation can be directed to the propeller.
  • FIG. 1 is a view showing a conventional ship propulsion device acting as a propeller alone.
  • FIG. 2 is a view showing a conventional duct propeller propulsion device.
  • FIG. 3 is a view showing a cross-sectional shape of the duct in the propulsion device of FIG.
  • FIG. 4 is a view showing a ship propulsion device having a ship duct structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view illustrating only the ship duct structure in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a cross section of the ship duct structure of FIG.
  • FIG. 7 is a view showing the structure of the guide pin.
  • FIG. 8 is a view showing a ship duct structure and a reference plane.
  • 9 is a view showing an angle between the guide pin and the reference plane.
  • 10 is a view showing the positional relationship between the area formed by the blade and the guide pin when the propeller rotates.
  • 11 is a view showing a relationship between the slope of the guide pin and the slope of the blade.
  • FIG. 12 is a view showing a cross-sectional shape of the duct body used in the experiment.
  • the propeller is connected to the ship through a predetermined drive shaft for generating a propulsion force; And a duct structure disposed on an outer circumferential side of the propeller.
  • a propulsion device for a ship comprising: the propeller includes a hub connected to a drive shaft, and a plurality of blades provided on an outer side of the hub and having a predetermined inclination angle, wherein the duct structure has a cylindrical shape having a predetermined inner diameter.
  • Duct body And a plurality of guide pins disposed at an inlet side of the duct body and extending from the center toward the inner circumferential surface of the duct body, the guide pins having a predetermined length in a radial direction of the duct body. It has a slope having a predetermined angle between the inflow direction of the fluid flowing into the inside of the.
  • FIG. 4 is a view showing a ship propulsion device having a ship duct structure 20 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a view showing only the ship duct structure 20 in Figure 4
  • Figure 6 Sectional drawing which showed the cross section of the ship duct structure 20 of FIG. 5
  • FIG. 7 is a figure which shows the structure of the guide pin 200.
  • Figure 8 is a view showing the ship duct structure 20 and the reference plane
  • Figure 9 is a view showing the angle between the guide pin 200 and the reference plane
  • Figure 10 is a blade (when the propeller 10 rotates) 12 is a view showing the positional relationship between the region formed by the guide pin 200.
  • the propeller 10 is connected to the ship through a predetermined drive shaft for generating a propulsion force; And a duct structure 20 disposed on an outer circumferential side of the propeller 10. It is a ship propulsion device comprising a.
  • the propeller 10 is generally widely used in the propulsion device for ships is rotatably coupled to the drive shaft disposed in the rear, that is, the stern of the ship is rotated together in accordance with the rotation of the drive shaft.
  • the propeller 10 includes a hub 11 coupled to a drive shaft, and a plurality of blades 12 provided on an outer surface of the hub 11.
  • a plurality of blades 12 are arranged for ship propulsion at regular intervals.
  • the blade 12 has a predetermined inclination angle to generate a propulsion force.
  • the duct structure 20 is formed in a substantially cylindrical shape and is arranged on the outer circumferential axis of the propeller 10 so as to surround the propeller 10.
  • the duct structure 20 includes a cylindrical duct body 100 and a plurality of guide pins 200.
  • the duct body 100 may be configured in a cylindrical shape having a predetermined inner diameter, and may have an inlet 102 in the front and an outlet 104 in the rear.
  • the flow of fluid flowing into the propeller 10 rotating surface along the stern shape is accelerated along the inlet 102 of the duct body 100 and introduced into the propeller 10, the radial direction of the propeller 10 Interact with the organic velocity component.
  • the lift force is generated by the pressure difference between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the duct body 100, which acts as an additional thrust.
  • the duct structure 20 according to the present invention is a device that can generate additional thrust by generating a lift around the propeller 10 to improve the thrust.
  • the guide pin 200 is disposed at an inlet side of the duct body 100, and is a predetermined pin-shaped member extending from the center toward the inner circumferential surface of the duct body 100 in the radial direction of the duct body 100. .
  • the guide pin 200 has an arrangement structure of fan blade shape.
  • the guide pins 200 may be provided with six to twelve, and may be disposed to have a predetermined gap angle therebetween. The angle may be, for example, 30 ° to 60 °, but is not limited thereto.
  • an annular ring-shaped hub portion 110 having a predetermined inner diameter may be further provided at an inlet side central portion of the duct body 100.
  • One end of the guide pin 200 may be connected to an outer circumferential portion of the ring hub portion 110, and the other end of the guide pin 200 may be connected to an inner circumferential surface of the duct body 100.
  • annular reinforcement part 120 may be provided in the middle portion of the guide pin 200 to connect the plurality of guide pins 200 to each other to reinforce the strength of the guide pin 200.
  • FIG. 7 is a view showing the shape of the guide pin 200 according to an embodiment of the present invention. Specifically, (a) is a view of the guide pin 200 at an oblique angle, (b) is a view of the guide pin 200 from above, and (c) is a view of the guide pin 200 from the front. .
  • Each guide pin 200 has a slope 210 that is twisted at a predetermined angle with respect to the inflow direction of the fluid flowing into the duct body 100.
  • the slope unit 210 will be described in detail below. That is, as shown in FIG. 8, the virtual plane formed by the central axis direction C of the propeller 10 and the radial direction R of the propeller 10 penetrating the guide pin 200 is a reference plane G.
  • the reference plane G has no resistance to the fluid flowing into the duct body 100 through the inlet in parallel with the inflow direction of the fluid, and does not affect the flow direction of the fluid.
  • the surface formed by the slope portion 210 has a predetermined angle ⁇ between the reference surface G, thereby affecting the flow direction of the fluid flowing into the duct body 100. That is, when the guide pin 200 is a long thin panel-shaped member having a predetermined length, width, and area, the slope portion 210 can be considered to be a predetermined twist portion in which the middle portion of the panel is twisted. have.
  • the slope portion 210, the front (201) of the guide pin 200 is maintained in a straight form without deformation, the inclined surface is formed by bending a portion of the side portion in the lateral direction, the rear 202 It can be said that the inclined surface is configured to have a predetermined distance in the lateral direction with the front 201. Accordingly, when the guide pin 200 is viewed from the front as shown in FIG. 7C, the center portion is bent in a lateral direction, and as shown in FIG. You can see that it has a width S. However, it does not necessarily limit to such a form.
  • the slope portion 210 is bent in a direction having an inclined surface opposite to the inclined surface of the blade 12 of the propeller 10 has an angle between the reference surface (G). That is, the slope 210 may induce the flow of the fluid flowing through the inlet of the duct body 100 to be in the opposite direction to the rotational direction of the propeller 10.
  • FIG. 11 That is, as shown in FIG. 11, the flow F1 of the fluid changes direction while passing through the slope portion 210 to impinge on the blade 10 of the propeller 10.
  • the slope portion 210 has an inclined surface in a direction opposite to the inclined surface of the blade 12, thereby inducing such a flow of the fluid.
  • the slope part 210 having the twist as described above may have a predetermined width S.
  • the width means the distance formed in the thickness direction of the guide pin 200 by the slope portion 210 has a twist.
  • the maximum torsion width S of the slope portion 210 may be 0.005D to 0.02D.
  • the length of the guide pin 200 is 1D / 3 (the diameter at the inlet 102 of the duct body 100). 33% of the inner diameter), and the length T of the slope portion 210 may have a length of 40 to 60% of the length of the guide pin 200 (the length of 2D / 15 to 3D / 15). Can be.
  • the outer end of the blade 12 and the inner peripheral surface of the duct body 100 are set to be sufficiently adjacent.
  • the slope portion 210 may be formed over the entire length of the guide pin 200, it may be formed partially. That is, in the embodiment in which the entirety of the guide pin 200 is constituted by the slope portion 210, the entirety of the guide pin 200 is composed of a slanted surface having a reference angle G and a predetermined angle ⁇ . On the other hand, in an embodiment in which a portion of the guide pin 200 is configured as the slope portion 210, a portion of the guide pin 200 is twisted so that a predetermined range portion of the guide pin 200 corresponds to the reference plane G. It consists of the inclined surface which has a predetermined inter-angle angle (theta).
  • the lead part 220 may be further included in addition to the slope part 210.
  • the lead portion 220 is a portion without twisting, and is composed of a surface parallel to the inflow direction of the fluid flowing into the duct body 100. That is, the lead portion 220 is configured in the form of a panel having a predetermined area, and the surface formed by the lead portion 220 is parallel to the reference surface described above.
  • FIG. 7 illustrates an embodiment in which the lead unit 220 is provided in addition to the slope unit 210.
  • the guide pin 200 has an embodiment in which the lead portion 220 is formed at one end in the longitudinal direction, and the slope portion 210 is formed at the other end, or illustrated in FIG. 7.
  • the lead portion 220 may be provided at both ends, and the slope portion 210 may be formed between the lead portions 220.
  • the lead part 220 provided in the outer diameter direction may be connected to the duct body 100, and the lead part 220 provided in the inner diameter direction may be connected to the ring hub part 110. Since the remaining portion other than the length of the slope portion 210 becomes the lead portion 220, the length of the lead portion 220 may be 3D / 30 to 2D / 30.
  • the guide pin 200 is configured in the form of a panel having a predetermined area, and at least one portion of the panel is bent. It may have a configuration having the slope portion 210.
  • the bending may include a predetermined bent portion in which the angle between the other portion and the slope portion 210 is discontinuous or a curved portion in which the angle between the other portion and the slope portion 210 continuously changes.
  • the slope part 210 is illustrated to be curved, but is not necessarily limited thereto.
  • the oblique surface shape of the slope portion 210 may also be a straight line with a uniform inclination, a curved line with a continuous slope inclination, or a combination of a straight line and a curved line. It is not limited to this.
  • the slope portion 210 may be positioned at a position overlapping in the front-rear direction with the annular region formed by the blade 12.
  • the slope portion 210 is located at a position overlapping with the annular region K formed by the blade 12 when the propeller 10 rotates.
  • the toroidal region means a shape formed when the propeller 10 is viewed from the front-back direction. That is, when the propeller 10 rotates, the blade 12 draws an annular region having a predetermined inner diameter and an outer diameter, and the slope portion 210 is an annular region formed by the blade 12. It may be located at a position overlapping with the front and rear direction.
  • the point where the maximum width of the slope portion 210 is located is an inner diameter and an outer diameter of an annular region formed by rotating the blade 12 in a radial direction. Located at a point in between.
  • the blade 12 when the blade 12 is formed in the annular form of the rotation is called K, when the radial width (width between the inner diameter and outer diameter) of the region is Q,
  • the point P where the maximum width of the slope part 210 is located may be a point spaced apart from the inner diameter point of the area by 0.6Q to 0.8Q in the radial direction.
  • the outer end of the blade 12 and the inner circumferential surface of the duct body 100 may be sufficiently adjacent to each other.
  • the marine propulsion device minimizes the resistance by the guide pin 200 at high speed and the thrust of the propeller 10 is the guide pin 200.
  • the thrust of the propeller 10 is generated mostly in the portion overlapping the slope portion 210.
  • Both end regions of the guide pin 210 having a small amount contributing to the thrust are parallel to the reference plane G without giving a slope, thereby reducing the resistance.
  • the cross section of the duct body 100 used in the experiment may be as shown in FIG.
  • the cross section of the duct body 100 as described below may be implemented in an embodiment.
  • the duct body 100 has a airfoil cross section, wherein the cross section comprises a first inner circumference line 130 constituting a rear portion of the inner circumferential surface of the ship duct structure 100 and configured as a straight section of a predetermined length;
  • the front portion of the inner circumferential surface of the ship duct structure 100 and the rear end is connected to the first inner circumferential line 130 and has a predetermined angle between the first inner circumferential line 130, the greater the angle between them toward the front
  • a second inner circumference line 140 having a curved section that is curved outward in the outer diameter direction;
  • An outer circumferential line 150 constituting an outer circumferential surface of the ship duct structure 100 and having a rear end connected to a rear end of the first inner circumferential line 130 and configured as a straight section of a predetermined length;
  • a headline constituting a front end of the ship duct structure 100 and connecting the front end of the outer circumferential line 150 and the front end of the second inner circumferential line 140 and having
  • the first inner circumference line 130 and the central axis C of the driving shaft may be parallel to each other or may have a predetermined angle.
  • the angle is ⁇
  • the ⁇ may have a size of 1 ° or less.
  • the second inner circumferential line 140 is composed of a curve having a predetermined curvature.
  • the shape of the second inner circumference line 140 has a predetermined angle with the first inner circumference line 130, and has a curved shape that curves outward in the outer diameter direction so that the angle increases toward the front. That is, the second inner circumference line 140 has a curved shape that is convex in the inner diameter direction.
  • the angle formed by the second inner circumference line 140 and the first inner circumference line 130 is as follows.
  • the front end of the first inner circumference line 140 that is, the rear end of the second inner circumference line 120, the point where the curved surface starts
  • the point Q and the most front end point of the ship duct structure 100 (the tangent slope value)
  • the reference angle ⁇ is defined as a reference angle ⁇ between the line R connecting the point R orthogonal to the inner circumferential line 110 and the first inner circumferential line 130
  • the ⁇ is 7 ° to 17 °. May have a size.
  • the angle formed by the imaginary line R connecting the front and rear ends of the second inner circumference line 140 and the line parallel to the first inner circumference line 130 may be referred to as a reference angle.
  • the reference angle may be 7 ° to 17 °.
  • the outer circumference line 150 is constituted by a predetermined oblique surface and has a straight line shape having an inclination. Based on the first inner circumference line 130, when the inclination value between the first inner circumference line 130 and the outer circumference line 150 is ⁇ , the ⁇ may have a size of 4 ° to 8 °. .
  • the L and M are predetermined. It can have a ratio of. That is, it may have a range of 0.3 ⁇ M / L ⁇ 0.7.
  • the angle ⁇ formed by the first inner circumference line 140 and the outer circumference line 160 is 5 °
  • the angle ⁇ between the first inner circumference line 140 and the second inner circumference line 150 is 11 °.
  • Thrust Torque efficiency Case 1 19125.2 1331.0 0.274 Case 2 16345.3 1030.3 0.303 Case 3 19459.9 1191.2 0.312 Case 4 17823.8 1004.2 0.339 Case 5 18417.6 1065.9 0.330
  • Case 2 and Case 1 have similar efficiencies.
  • Case 3 which is a case where the slope portion 210 is formed over the entire guide pin 200, provides the highest thrust, but as the speed increases, the resistance increase by the guide pin 200 increases, so that the efficiency of the slope portion 210 increases. Much less than if Therefore, the overall efficiency is good in the case of Case 4, 5 in which the slope portion 210 is formed in a portion of the guide pin 200. As can be seen from the table, the efficiency difference is relatively large.
  • Case 2 is less efficient than Case 1. This is because at this speed, the increase in resistance of the duct body 100 itself is large. That is, at this speed, it is better not to attach the duct structure 20 in terms of efficiency. That is, when the duct structure having only the duct body 100 without the guide pin 200 is applied, the efficiency is lower than that without the duct structure.
  • Case 3 has similar efficiency to Case 1. The overall efficiency is good in the case of Case 4, 5 in which the slope portion 210 is formed in a portion of the guide pin 200. As can be seen from the table, the efficiency difference is relatively large. Accordingly, it can be seen that the duct body 100 itself causes performance deterioration at 23 knots or more. In order to use the duct structure at a higher speed, the guide pin 200 having the slope portion 210 formed on a portion thereof is used. It can be seen that only if you have.
  • Thrust Torque efficiency Case 1 8610.9 623.7 0.610 Case 2 7653.2 609.0 0.560 Case 3 8920.4 712.4 0.558 Case 4 8462.5 632.7 0.596 Case 5 8867.1 675.5 0.585
  • Case 1 with propeller 10 only has the highest efficiency.
  • case 4 of which the portion T of the guide pin 200 is composed of the slope portion 210 having a width of 0.01D has the least loss of efficiency.
  • Case 4 which properly limited the width and length of the slope portion 210 formed on the guide pin 200, the thrust and efficiency is increased than in the case of Case1 having only the propeller 10 near 20 knots. At the same time, the resistance does not increase significantly even at high speeds, and thus, the thrust and the efficiency loss are small, and thus, the overall superiority can be confirmed. In particular, when the above test results are combined, Case 4 is the most efficient in terms of efficiency from 11.7 knots to 27.2 knots.
  • the duct structure 20 having the guide pin 200 is formed with the slope portion 210 is twisted a predetermined angle with respect to the inflow direction of the fluid, the slope portion of the guide pin 200
  • the thrust and the efficiency reduction are not significant even at high speeds, so it can be seen that they can be widely applied to high speed vessels.
  • the guide pin 200 having the slope portion 210 is provided, the flow of the fluid flowing through the inlet of the duct body 100 in the opposite direction to the rotational direction of the propeller 10 By leading to this, it is possible to improve the efficiency of the propeller 10 and to increase the thrust generated in the duct structure 20.
  • the duct structure 20 having only the duct body 100 is applied, since the reduction in thrust and efficiency is not great even at high speed, it can be widely used at low speed and high speed.
  • the guide pin 200 is provided on the inlet side of the duct body 100 in the form of a fan, it prevents foreign matter from flowing into the duct body 100, preventing damage to the propeller 10 as well as the engine Can prevent malfunction.
  • the slope portion 210 formed on the guide pin 200 has a length over a predetermined range and an angle formed between the reference plane and the blade 12 of the propeller 10 Since it is located inside the toroidal shape to form, the flow of the fluid guided in the direction opposite to the rotation direction of the propeller 10 can be concentrated in the propeller (10). Accordingly, the efficiency increase and the thrust increase effect can be achieved while minimizing the resistance generated by the slope portion 210.

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Abstract

본 발명은 소정의 내경을 갖는 원통형의 덕트 바디; 및 상기 덕트 바디의 입구측에 배치되며 중앙에서 상기 덕트 바디의 내주면을 향하여 상기 덕트 바디의 직경 방향으로 소정의 길이를 갖고 연장되는 복수의 가이드핀;을 포함하고, 상기 가이드핀은, 상기 덕트 바디의 내부로 유입되는 유체의 유입방향에 대해서 소정각도의 사이각을 갖는 슬로프부를 가져서, 저속과 고속에서 모두 사용가능한 선박용 추진장치에 관한 것이다.

Description

선박용 추진장치
본 발명은 소정의 내경을 갖는 원통형의 덕트 바디; 및 상기 덕트 바디의 입구측에 배치되며 중앙에서 상기 덕트 바디의 내주면을 향하여 상기 덕트 바디의 직경 방향으로 소정의 길이를 갖고 연장되는 복수의 가이드핀;을 포함하고, 상기 가이드핀은, 상기 덕트 바디의 내부로 유입되는 유체의 유입방향에 대해서 소정각도의 사이각을 갖는 슬로프부를 가져서, 저속과 고속에서 모두 사용가능한 선박용 추진장치에 관한 것이다.
선박용 추진장치는 선체 내부에 설치된 엔진과 프로펠러 축(shaft)으로 연결되어 회전하면서 엔진이 주는 동력을 사용하여 선박의 선속을 발생시키는 것이다. 프로펠러의 추진효율 향상은 에너지 저감(energy saving) 및 선박의 운항비 절감 측면에서 매우 중요한 사항이다.
도 1과 같이 종래의 프로펠러(4)는 소정의 허브(3)를 통해 소정의 구동축에 연결되어 선박(1)에 대해 추력을 발생시킨다. 이와 같이 종래의 프로펠러(4)만을 선박(1)에 설치하는 경우에는 유체역학적으로 선박용 프로펠러의 날개 끝(blade tip)에서 유동이 휘어 감기는 과정(flow roll up)에 의하여 날개 끝에 강한 보오텍스 유동(vortex flow)이 발생하며 이로 인하여 에너지 손실(energy loss)이 유발될 수 있다.
도 2에서는 추진장치로서 프로펠러만 사용하는 기술을 보다 개선한 소정의 덕트 구조물을 더 갖는 프로펠러가 개시된다. 도 2에서 보는 종래의 덕트 구조물을 갖는 프로펠러(duct propeller)의 경우 덕트(7)는 선체에 고정되며 프로펠러(4)는 덕트로 싸여진 내부공간에서 회전하면서 추진력을 발생시킨다.
이러한 덕트 구조물을 갖는 프로펠러에서 덕트 구조물의 단면형상은 도 3에 도시한 바와 같이 Marin Nozzle 19a(Krpt Nozzle)를 기본으로 하고 있다. 이와 같이 덕트 구조물을 갖는 프로펠러는 10노트 이하의 저속에서는 프로펠러만 사용하는 추진장치와 대비할 때 더 높은 추력이 발생하게 되는데 반해, 그 이상의 속도에서는 오히려 덕트 구조물로 인하여 발생하는 저항이 크게 증가하게 되어 고속에서는 사용하지 못하고 있는 실정이다.
이에 따라서 덕트 구조물을 갖는 프로펠러는 저속운행에 적합한 터그보트(tugboat)나 어선에서 주로 사용되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 소정의 내경을 갖는 원통형의 덕트 바디; 및 상기 덕트 바디의 입구측에 배치되며 중앙에서 상기 덕트 바디의 내주면을 향하여 상기 덕트 바디의 직경 방향으로 소정의 길이를 갖고 연장되는 복수의 가이드핀;을 포함하고, 상기 가이드핀은, 상기 덕트 바디의 내부로 유입되는 유체의 유입방향에 대해서 소정각도의 사이각을 갖는 슬로프부를 가져서, 저속과 고속에서 모두 사용가능한 선박용 추진장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 선박용 추진장치는, 소정의 구동축을 통해 선박에 연결되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 및 상기 프로펠러의 외주 측에 배치되는 덕트 구조체; 를 포함하는 선박용 추진장치로서, 상기 프로펠러는, 구동축과 연결되는 허브, 및 상기 허브의 외측에 구비되며 소정의 경사각을 갖는 복수 개의 블레이드를 포함하되, 상기 덕트 구조체는, 소정의 내경을 갖는 원통형의 덕트 바디; 및 상기 덕트 바디의 입구측에 배치되며 중앙에서 상기 덕트 바디의 내주면을 향하여 상기 덕트 바디의 직경 방향으로 소정의 길이를 갖고 연장되는 복수의 가이드핀;을 포함하고, 상기 가이드핀은, 상기 덕트 바디의 내부로 유입되는 유체의 유입방향에 대해서 소정각도의 사이각을 갖는 슬로프부를 갖는다.
바람직하게는, 상기 슬로프부는 상기 프로펠러의 블레이드의 경사면과 반대방향의 경사면을 갖도록 비틀려 있는 구성을 갖는다.
바람직하게는, 상기 슬로프부는, 상기 프로펠러의 중심축 방향과 상기 가이드핀을 관통하는 프로펠러의 반경 방향이 형성하는 가상의 기준면에 대해서 소정의 사이각을 갖는다.
바람직하게는, 상기 덕트 바디의 입구의 직경이 D 일 때, 상기 슬로프부의 최대 비틀림 폭은 0.005D 내지 0.02D 로 구성된다.
바람직하게는, 상기 슬로프부의 길이는, 상기 가이드핀의 길이의 40 내지 60% 로 구성된다.
바람직하게는, 상기 슬로프부는, 상기 블레이드가 회전하여 형성하는 원환 형태의 영역과 전후 방향으로 겹쳐지는 위치에 위치한다.
바람직하게는, 상기 슬로프부는, 상기 블레이드가 회전하여 형성하는 원환의 내경과 외경 사이의 반경 방향 폭이 Q 일 때, 상기 슬로프부의 최대 폭이 위치하는 지점은 상기 내경 위치로부터 반경 방향으로 0.6Q 내지 0.8Q 에 위치한다.
바람직하게는, 상기 가이드핀은, 상기 프로펠러의 중심축과, 상기 프로펠러의 반경이 형성하는 가상의 기준면과 나란한 면으로 구성되는 리드부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 덕트 구조체는, 상기 덕트 바디의 입구측 중앙에 배치되며 소정의 반경을 갖는 고리 형태의 링형 허브부를 포함하고, 상기 가이드핀의 일 단은 상기 링형 허브부에 연결되고 타 단은 상기 덕트 바디 내주면에 연결된다.
바람직하게는, 상기 가이드핀은, 6~ 12 개 구비된다.
본 발명에 따른 선박용 추진장치는, 슬로프부를 갖는 가이드핀이 마련됨으로써, 덕트 바디의 유입구를 통해 유입되는 유체의 흐름이 프로펠러의 회전방향과 반대방향이 되도록 유도하여, 프로펠러의 효율을 향상시키고 덕트 구조체에서 발생하는 추력을 더 크게 할 수 있다. 특히, 단순히 덕트 바디만을 갖는 덕트 구조체를 적용하는 경우와 달리, 고속에서도 추력과 효율의 감소가 크지 않으므로, 저속 및 고속에서 폭넓게 활용될 수 있다..
아울러, 가이드핀이 부채살 형태로 덕트 바디의 유입구 측에 마련되어 있으므로, 덕트 바디 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하여, 프로펠러의 손상을 방지함은 물론 엔진의 고장을 막을 수 있다.
또한, 앞서 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 가이드핀에 형성된 슬로프부는 소정의 범위에 걸친 길이, 및 기준면과 형성하는 사이각을 가지며, 프로펠러의 블레이드가 형성하는 원환 형태의 내부에 위치하여 있으므로, 프로펠러의 회전 방향과 반대방향으로 유도되는 유체의 흐름이 프로펠러로 집중되도록 할 수 있다. 따라서, 슬로프부에 의해 발생하는 저항을 최소화하면서 효율 증가 및 추력 증가 효과가 달성될 수 있다.
도 1은 프로펠러 단독으로 작용하는 종래의 선박 추진장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 덕트 프로펠러 추진장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 추진장치에서 덕트의 단면형상을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 덕트 구조체를 구비한 선박 추진장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에서 선박용 덕트 구조체만을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 선박용 덕트 구조체의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 7은 가이드핀의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 선박용 덕트 구조체와 기준면을 나타낸 도면이다.
도 9는 가이드핀과 기준면 사이의 사이각을 나타낸 도면이다.
도 10은 프로펠러가 회전할 때 블레이드가 형성하는 영역과 가이드핀과의 위치 관계를 나타낸 도면이다.
도 11은 가이드핀의 슬로프부와 블레이드의 경사면 사이의 관계를 나타낸 도면이다.
도 12는 실험에 사용된 덕트 바디의 단면 형상을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 선박용 추진장치는, 소정의 구동축을 통해 선박에 연결되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 및 상기 프로펠러의 외주 측에 배치되는 덕트 구조체; 를 포함하는 선박용 추진장치로서, 상기 프로펠러는, 구동축과 연결되는 허브, 및 상기 허브의 외측에 구비되며 소정의 경사각을 갖는 복수 개의 블레이드를 포함하되, 상기 덕트 구조체는, 소정의 내경을 갖는 원통형의 덕트 바디; 및 상기 덕트 바디의 입구측에 배치되며 중앙에서 상기 덕트 바디의 내주면을 향하여 상기 덕트 바디의 직경 방향으로 소정의 길이를 갖고 연장되는 복수의 가이드핀;을 포함하고, 상기 가이드핀은, 상기 덕트 바디의 내부로 유입되는 유체의 유입방향에 대해서 소정각도의 사이각을 갖는 슬로프부를 갖는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 같거나 대응하는 구성 요소는 같은 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 덕트 구조체(20)를 구비한 선박 추진장치를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4에서 선박용 덕트 구조체(20)만을 도시한 도면이며, 도 6은 도 5의 선박용 덕트 구조체(20)의 단면을 나타낸 단면도이고, 도 7 은 가이드핀(200)의 구조를 나타낸 도면이다. 아울러, 도 8은 선박용 덕트 구조체(20)와 기준면을 나타낸 도면이며, 도 9는 가이드핀(200)과 기준면 사이의 사이각을 나타낸 도면이고, 도 10은 프로펠러(10)가 회전할 때 블레이드(12)가 형성하는 영역과 가이드핀(200)과의 위치 관계를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 선박용 추진장치는, 소정의 구동축을 통해 선박에 연결되어 추진력을 발생시키는 프로펠러(10); 및 상기 프로펠러(10)의 외주 측에 배치되는 덕트 구조체(20); 를 포함하는 선박용 추진장치이다.
상기 프로펠러(10)는 통상적으로 선박용 추진장치에 널리 사용되는 것으로서 선박의 후미, 즉 선미에 배치되는 구동축에 회전가능하게 결합되어 구동축의 회전에 따라서 함께 회전된다. 이러한 프로펠러(10)는 구동축에 결합되는 허브(11)와, 허브(11)의 외면에 마련되는 복수의 블레이드(12)로 이루어진다. 이때 블레이드(12)는 선박추진을 위한 것으로서 일정한 간격으로 복수개 배치된다. 아울러, 블레이드(12)는 추진력을 발생시키도록 소정의 경사각을 갖는다. 구동축이 회전하면 상기 허브(11)가 회전하면서 상기 허브(11)의 외면에 마련된 블레이드(12)가 회전하면서 추진력을 발생시킨다.
상기 덕트 구조체(20)는 대략 원통형상으로 이루어지며 프로펠러(10)의 외주 축에 배치되어 프로펠러(10)를 둘러싸도록 구성된다.
구체적으로, 상기 덕트 구조체(20)는, 원통형의 덕트 바디(100) 및 복수의 가이드핀(200)을 포함한다.
덕트 바디(100)는 소정의 내경을 갖는 원통형으로 구성되어, 전방에 유입구(102)를 갖고, 후방에 유출구(104)를 가질 수 있다. 선박 운항 시, 선미형상을 따라서 프로펠러(10) 회전면에 유입되는 유체의 유동은 덕트 바디(100)의 상기 유입구(102)를 따라 가속되어 프로펠러(10)로 유입되며, 프로펠러(10)의 반경방향 유기속도 성분과 상호 작용하게 된다. 이때 덕트 바디(100)의 외주면과 내주면 사이의 작용하는 압력차이에 의하여 양력이 발생하며, 이는 추가적인 추력으로 작용하게 된다.
즉, 본 발명에 따른 덕트 구조체(20)는 프로펠러(10) 주변에 양력을 발생시킴으로서 추가적인 추력을 발생시켜 추력을 향상시킬 수 있도록 하는 장치이다.
상기 가이드핀(200)은, 상기 덕트 바디(100)의 입구측에 배치되며, 중앙에서 상기 덕트 바디(100)의 내주면을 향하여 상기 덕트 바디(100)의 직경 방향으로 연장되는 소정의 핀형 부재이다. 즉, 가이드핀(200)은 부채살 형태의 배치 구조를 갖는다. 상기 가이드핀(200)은, 6~ 12 개 구비되어 서로 소정의 사이각을 갖고 배치될 수 있다. 사이각은 예컨대 30° 내지 60° 일 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
바람직하게는, 상기 덕트 바디(100)의 입구측 중심부에 소정의 내경을 갖는 원환형의 링형 허브부(110)가 더 구비될 수 있다. 상기 링형 허브부(110)의 외주부에 상기 가이드핀(200)의 일 단이 연결되고, 상기 가이드핀(200)의 타단이 상기 덕트 바디(100)의 내주면에 연결되는 구성을 가질 수 있다.
아울러, 상기 가이드핀(200)의 중간 부분에도 복수 개의 가이드핀(200)을 서로 연결하여 가이드핀(200)의 강도를 보강할 수 있는 원환형의 보강부(120)가 구비될 수 있다.
이하에서는 상기 덕트 구조체(20)에 구비되는 가이드핀(200)의 구성에 대해서 상세히 설명한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드핀(200)의 형태를 도시한 도면이다. 구체적으로, (a) 는 가이드핀(200)을 비스듬한 각도에서 본 도면이고, (b) 는 가이드핀(200)을 위에서 본 도면이며, (c) 는 가이드핀(200)을 정면에서 본 도면이다.
각각의 가이드핀(200)은 상기 덕트 바디(100)의 내부로 유입되는 유체의 유입방향에 대해서 소정각도 비틀어져 있는 슬로프부(210)를 갖는다.
슬로프부(210)에 대해서 상세히 설명하면 이하와 같다. 즉, 도 8 과 같이 상기 프로펠러(10)의 중심축 방향(C)과, 상기 가이드핀(200)을 관통하는 프로펠러(10)의 반경 방향(R)이 형성하는 가상의 면을 기준면(G)이라고 하면, 상기 기준면(G)은 유체의 유입방향과 나란하여 이론적으로 유입구를 통해 덕트 바디(100) 내로 유입하는 유체에 대해 저항이 없으며, 유체의 유동 방향에 영향을 주지 아니한다. 상기 슬로프부(210)가 형성하는 면은 상기 기준면(G)과 소정의 사이각 θ 을 가짐으로써, 덕트 바디(100) 내로 유입하는 유체의 유동 방향에 영향을 주게 된다. 즉, 가이드핀(200)을 소정의 길이, 너비, 및 면적을 갖는, 길고 가는 패널 형태의 부재라고 할 때, 슬로프부(210)는 상기 패널의 중간 부분이 비틀려진 소정의 비틀림부라고 생각할 수 있다.
구체적으로는, 슬로프부(210)는, 가이드 핀(200)의 전방(201)은 변형이 없이 직선 형태를 유지하고, 측면부의 일 부분이 측방향으로 벤딩됨으로써 경사면이 형성되어, 후방(202)이 전방(201)과 측 방향으로 소정의 거리를 갖도록 구성된 경사면이라고 할 수 있다. 이에 따라서, 도 7 의 (c)와 같이 가이드핀(200)을 정면에서 보면 가운데 부분이 측 방향으로 휘어져 있으며, (b)와 같이 위에서 보면 삼각형 형태로 휘어져서, 후방 부분이 전방 부분과 소정의 폭 S 를 가지고 있음을 확인할 수 있다. 단, 이와 같은 형태에 반드시 한정하는 것은 아니다.
이때, 상기 슬로프부(210)는 프로펠러(10)의 블레이드(12)의 경사면과 반대방향의 경사면을 갖는 방향으로 벤딩되어 상기 기준면(G)과 사이각을 갖는다. 즉, 슬로프부(210)는 덕트 바디(100)의 유입구를 통해 유입되는 유체의 흐름이 프로펠러(10)의 회전방향과 반대방향이 되도록 유도할 수 있다.
이를 그림으로 나타내면 도 11 과 같다. 즉, 도 11 에 도시된 바와 같이, 유체의 흐름 F1 은 슬로프부(210)을 지나면서 방향이 바뀌어 프로펠러(10)의 블레이드(10)에 충돌하게 된다. 슬로프부(210)는 블레이드(12)의 경사면과 반대방향의 경사면을 가져서, 이와 같은 유체의 흐름을 유도하게 된다.
상기와 같이 비틀림을 갖는 상기 슬로프부(210)는 소정의 폭 S 를 가질 수 있다. 여기서, 폭이라 함은 슬로프부(210)가 비틀림을 가짐으로써 가이드핀(200)의 두께 방향으로 형성되는 거리를 의미한다. 덕트 바디(100)의 유입구(102)의 직경을 D 라고 할 때, 상기 슬로프부(210)의 최대 비틀림 폭 S 는, 0.005D 내지 0.02D 일 수 있다.
아울러, 상기 덕트 바디(100)의 유입구(102)에서의 직경(내경)을 D라고 할 때 가이드핀(200)의 길이는 1D/3 (덕트 바디(100)의 유입구(102)에서의 직경(내경)의 33% 길이)일 수 있으며, 이 때, 상기 슬로프부(210)의 길이 T 는 가이드핀(200) 길이의 40 ~ 60 % 의 길이(2D/15 내지 3D/15 의 길이)를 가질 수 있다. 이때, 바람직하게는, 블레이드(12)의 외측 단부와 덕트 바디(100)의 내주면은 충분히 인접한 상태인 것으로 설정한다.
한편, 상기 슬로프부(210)는 가이드핀(200)의 전체 길이에 걸쳐져 형성될 수도 있으나, 부분적으로 형성될 수도 있다. 즉, 상기 가이드핀(200)의 전체가 상기 슬로프부(210)로 구성되는 실시 형태에서는, 가이드핀(200) 전체가 기준면(G)과 소정의 사이각 θ 를 갖는 빗면으로 구성된다. 반면에, 가이드핀(200)의 일 부분이 상기 슬로프부(210)로 구성되는 실시 형태에서는 가이드핀(200)의 일 부분이 비틀려져 가이드핀(200)의 소정 범위 부분이 기준면(G)과 소정의 사이각 θ 를 갖는 빗면으로 구성된다.
가이드핀(200)의 일 부분이 상기 슬로프부(210)로 구성되는 실시 형태에서는, 슬로프부(210) 외에, 리드부(220)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 리드부(220)는 비틀림이 없는 부분으로서, 상기 덕트 바디(100)의 내부로 유입되는 유체의 유입방향과 나란한 면으로 구성된다. 즉, 리드부(220)는 소정의 면적을 갖는 패널 형태로 구성되며, 리드부(220)가 형성하는 면은 상기 설명한 기준면과 나란하다. 도 7 은 이와 같이, 슬로프부(210)외에 리드부(220)가 구비된 실시 형태를 도시한 것이다.
구체적으로, 상기 가이드핀(200)은, 길이 방향으로 일 단에 상기 리드부(220)가 형성되고, 타 단에 상기 슬로프부(210)가 형성되는 실시 형태를 갖거나, 또는 도 7 에 도시된 바와 같이, 양 단에 상기 리드부(220)가 마련되고, 상기 리드부(220) 사이에 상기 슬로프부(210)가 형성되는 구성을 가질 수 있다. 이때, 외경 방향에 구비된 리드부(220)는 덕트 바디(100)에 연결되고, 내경 방향에 구비된 리드부(220)는 링형 허브부(110)에 연결될 수 있다. 앞서 슬로프부(210)의 길이 외의 나머지 부분이 상기 리드부(220)가 되므로, 리드부(220)가 차지하는 길이는, 3D/30 내지 2D/30 일 수 있다.
이와 같이 가이드핀(200)의 일 부분에 슬로프부(210)가 형성된 실시 형태에 의하면, 가이드핀(200)은, 소정의 면적을 갖는 패널 형태로 구성되되, 상기 패널의 적어도 일 부분이 벤딩됨으로써 상기 슬로프부(210)를 갖는 구성을 가질 수 있다. 이러한 벤딩은, 타 부분과 슬로프부(210) 사이의 사이각이 불연속적인 소정의 절곡부로 구성되거나, 타 부분과 슬로프부(210) 사이의 사이각이 연속적으로 변화하는 만곡부로 구성될 수 있다. 도 7 에서는 상기 슬로프부(210)가 만곡되게 도시되었으나, 이에 반드시 한정하는 것은 아니다. 아울러, 가이드핀(200)을 위에서 봤을 때 슬로프부(210)의 빗면 형상 또한, 기울기가 균일한 직선형, 기울기가 연속적으로 변하는 곡선형, 또는 직선과 곡선이 조합된 형태일 수 있으며, 반드시 일 형태에 한정하는 것은 아니다.
이하에서는 가이드핀(200)의 슬로프부(210)의 위치와, 블레이드(12)의 위치 사이의 관계에 대해서 설명한다. 이하에서는 도 10 을 참조하여 설명한다.
바람직하게는, 상기 블레이드(12)가 형성하는 원환 형태의 영역과 전후 방향으로 겹쳐지는 위치에 슬로프부(210)가 위치할 수 있다.
상기 슬로프부(210)는, 상기 프로펠러(10)가 회전할 때, 블레이드(12)가 형성하는 원환 형태의 영역 K 와 겹쳐지는 위치에 위치한다. 여기서, 원환 형태의 영역이라 함은 프로펠러(10)를 전후 방향에서 볼 때 형성하는 형상을 의미한다. 즉, 프로펠러(10)가 회전할 때 상기 블레이드(12)는 소정의 내경 및 외경을 갖는 원환 형태의 영역을 그리게 되며, 상기 슬로프부(210)는 상기 블레이드(12)가 형성하는 원환 형태의 영역과 전후 방향으로 겹쳐지는 위치에 위치할 수 있다.
바람직하게는, 상기 슬로프부(210)의 최대 폭이 위치하는 지점(기준면과 최대 사이각을 갖는 지점)은, 반경 방향으로 상기 블레이드(12)가 회전하여 형성하는 원환 형태의 영역의 내경과 외경 사이의 지점에 위치한다.
즉, 예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(12)가 회전하여 형성하는 원환 형태의 영역을 K 라고 하며, 상기 영역의 반경 방향 폭(내경~외경 사이 폭)이 Q 라고 할 때, 슬로프부(210)의 최대 폭이 위치하는 지점 P 는 상기 영역의 내경 지점으로부터 반경 방향으로 0.6Q 내지 0.8Q 이격된 지점일 수 있다. 이때, 바람직하게는, 블레이드(12)의 외측 단부와 덕트 바디(100)의 내주면은 충분히 인접한 상태일 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 슬로프부(210)가 마련됨에 따라서, 본 발명에 따른 선박용 추진장치는 고속에서 가이드핀(200)에 의한 저항을 최소로 하고 프로펠러(10)의 추력은 가이드핀(200) 전체에 슬로프부(210)를 적용할 때와 유사한 효과를 얻고자 하며, 따라서 효율을 증가시키고자 한다. 즉, 프로펠러(10)의 추력은 슬로프부(210)와 겹쳐지는 부분에서 대부분 발생하기 때문이다. 추력에 기여하는 양이 적은 가이드핀(210)의 양단 영역은 슬로프를 주지 않고 기준면(G)과 나란하게 하여, 저항을 작게 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 덕트 바디(100) 및 가이드핀(200)을 구비한 선박용 추진장치와 다른 형태의 선박용 추진장치의 성능을 비교한 실험예에 대해서 설명한다.
실험에서는, 선박의 속도를 각각 달리하여 수행하되, 각각의 변수의 제원은 아래와 같다.
Case 1) 프로펠러(10)만 있는 경우
Case 2) 프로펠러(10)에 대해 덕트 바디(100)만을 갖는 덕트 구조체(20)를 추가한 경우
Case 3) 슬로프부(210)가 형성된 가이드핀(200), 및 덕트 바디(100)를 갖는 덕트 구조체(20)와 프로펠러(10)가 구비되는 경우에서 가이드핀(200) 전체가 폭 0.01D 의 슬로프부(210)로 구성된 경우
Case 4) 슬로프부(210)가 형성된 가이드핀(200), 및 덕트 바디(100)를 갖는 덕트 구조체(20)와 프로펠러(10)가 구비되는 경우에서 가이드핀(200)의 일 부분(1D/6 : D=덕트 바디의 입구 직경)이 폭 0.01D 의 슬로프부(210)로 구성된 경우
Case 5) 슬로프부(210)가 형성된 가이드핀(200) 및 덕트 바디(100)를 갖는 덕트 구조체(20)와 프로펠러(10)가 구비되는 경우에서 가이드핀(200)의 일 부분(1D/6 : D=덕트 바디의 입구 직경)이 폭 0.02D 의 슬로프부(210)로 구성된 경우
이때, 실험에 사용된 덕트 바디(100)의 단면은 도 12 와 같을 수 있다. 아울러, 아래와 같은 덕트 바디(100)의 단면은 실시 형태로도 구현될 수 있다.
구체적으로는, 덕트 바디(100)는, 익형 단면을 갖되, 상기 단면은, 선박용 덕트 구조체(100)의 내주면의 후방부를 구성하고 소정의 길이의 직선 구간으로 구성되는 제1 내주 라인(130); 선박용 덕트 구조체(100)의 내주면의 전방부를 구성하고 후단부가 상기 제1 내주 라인(130)과 연결되며 상기 제1 내주 라인(130)과 소정의 사이각을 갖되 전방으로 갈수록 그 사이각이 커지도록 외경 방향 외측으로 만곡되는 곡선 구간으로 구성되는 제2 내주 라인(140); 선박용 덕트 구조체(100)의 외주면을 구성하고 후단부가 상기 제1 내주 라인(130)의 후단부와 연결되며 소정의 길이의 직선 구간으로 구성되는 외주 라인(150); 선박용 덕트 구조체(100)의 전방 단부를 구성하며 상기 외주 라인(150)의 전단부와 상기 제2 내주 라인(140)의 전단부를 연결하고 소정의 곡률을 갖는 헤드 라인(160); 를 포함한다. 아울러, 제1 내주 라인(130)과 외주 라인(150)은 테일부(170)를 통해 연결된다.
상기 제1 내주 라인(130)과 상기 구동축의 중심축 C 는 서로 평행하거나, 소정의 사이각을 가질 수 있으며, 상기 사이각을 θ 라고 하면 상기 θ 는 1° 이하의 크기를 가질 수 있다.
제2 내주 라인(140)은, 소정의 곡률을 갖는 곡선으로 구성된다. 제2 내주 라인(140)의 형상은, 상기 제1 내주 라인(130)과 소정의 사이각을 갖되, 전방으로 갈수록 상기 사이각이 커지도록 외경 방향 외측으로 만곡되는 곡선 형상을 갖는다. 즉, 제2 내주 라인(140)은 내경 방향으로 볼록한 곡선 형상을 갖는다.
이때, 제2 내주 라인(140)과 제1 내주 라인(130)이 형성하는 사이각을 고찰하면, 이하와 같다. 제1 내주 라인(140)의 전단(즉, 제2 내주 라인(120)의 후단으로서, 곡면이 시작되는 지점) 지점(Q)과 선박용 덕트 구조체(100)의 최 전단 지점(접선 기울기 값이 제1 내주 라인(110)과 직교하는 지점)(P)을 이은 선(R)과, 제1 내주 라인(130)이 형성하는 사이각을 기준각 α 라고 하면, 상기 α 는 7° 내지 17° 의 크기를 가질 수 있다. 즉, 달리 설명하면, 제2 내주 라인(140)의 최 전단과 최 후단을 직선 연결한 가상선(R)과 제1 내주 라인(130)과 평행한 선이 형성하는 사이각을 기준각이라고 할 수 있으며, 상기 기준각은 7° 내지 17° 일 수 있다.
외주 라인(150)은, 소정의 빗면으로 구성되어 기울기를 갖는 직선 형상을 가진다. 제1 내주 라인(130)을 기준으로 하여, 상기 제1 내주 라인(130)과 상기 외주 라인(150) 사이의 기울기 값을β라고 하면, 상기 β 는 4° 내지 8° 의 크기를 가질 수 있다.
이때, 선박용 덕트 구조체(100)의 수평 방향(회전 중심축 C 과 평행한 방향) 길이를 L 이라 하고, 상기 제1 내주 라인(130)의 수평 방향 길이를 M 이라 하면, 상기 L 과 M 은 소정의 비율을 가질 수 있다. 즉, 0.3 < M/L < 0.7 의 범위를 가질 수 있다.
이하, 실험에서는, 제1 내주 라인(140)과 외주 라인(160)이 형성하는 각도 α 는 5°이며, 제1 내주 라인(140)과 제2 내주 라인(150) 사이의 각도 β 는 11° 로 설정하였다.
먼저, 11.7 노트에서 실험을 수행한 결과는 아래 표1 과 같다.
Thrust Torque 효율
Case 1 19125.2 1331.0 0.274
Case 2 16345.3 1030.3 0.303
Case 3 19459.9 1191.2 0.312
Case 4 17823.8 1004.2 0.339
Case 5 18417.6 1065.9 0.330
11.7 노트에서는, 가이드핀(200)이 없이, 덕트 바디(100)만을 갖는 덕트 구조체가 구비된 Case 2 에서도 덕트 바디(100)로 인해 프로펠러(10)의 효율의 향상이 있다. 그러나 고속용 덕트이기 때문에 추력은 상대적으로 낮은 편이다. 가이드핀(200) 전체에 걸쳐서 슬로프부(210)가 형성된 경우인 Case 3 이 가장 높은 추력을 제공하지만 가이드핀(200) 자체의 저항 증가로 인해 전체효율은 가이드핀(200)의 일 부분에 슬로프부(210)가 형성된 Case 4, 5 의 경우가 효율이 좋은 편이다.
이어서, 19.4 노트에서 실험을 수행한 결과는 아래 표 2 와 같다.
　 Thrust Torque 효율
Case 1 13869.3 968.4 0.456
Case 2 13116.7 911.6 0.458
Case 3 14834.6 992.0 0.476
Case 4 14612.4 928.4 0.501
Case 5 14814.3 962.4 0.490
19.4 노트에서 Case 2 와 Case 1 은 비슷한 효율을 갖는다. 가이드핀(200) 전체에 걸쳐서 슬로프부(210)가 형성된 경우인 Case 3 이 가장 높은 추력을 제공하지만 속도가 높아질수록 가이드핀(200)에 의한 저항 증가는 더 커져서 효율은 슬로프부(210)가 있는 경우보다 많이 떨어진다. 따라서, 전체효율은 가이드핀(200)의 일 부분에 슬로프부(210)가 형성된 Case 4, 5 의 경우가 효율이 좋은 편이다. 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 효율 차이가 비교적 큰 편이다.
이어서, 23.3 노트에서 실험을 수행한 결과는 아래 표 3 과 같다.
　 Thrust Torque 효율
Case 1 11173.4 791.5 0.539
Case 2 10096.5 740.2 0.521
Case 3 11628.7 836.5 0.531
Case 4 11093.4 770.4 0.550
Case 4 11542.4 816.5 0.540
23.3노트에서 Case 2 는 오히려 Case 1 보다 효율이 떨어진다. 이유는 이 속도에서는 덕트 바디(100) 자체의 저항의 증가가 크기 때문이다. 즉, 본 속도에서는 효율면에서는 덕트 구조체(20)를 부착하지 않은 것이 좋게 된다. 즉, 가이드핀(200)이 없이 덕트 바디(100)만을 갖는 덕트 구조체를 적용한 경우, 덕트 구조체가 없는 경우보다 오히려 효율이 떨어지게 된다. Case 3 의 경우는 Case 1 과 비슷한 효율을 갖는다. 전체효율은 가이드핀(200)의 일 부분에 슬로프부(210)가 형성된 Case 4, 5 의 경우가 효율이 좋은 편이다. 표에서 확인할 수 있는 바와 같이, 효율 차이가 비교적 큰 편이다. 이에 따라서, 덕트 바디(100) 자체만으로는 23 노트 이상에서 성능의 저하를 일으킨다는 것을 알 수 있으며, 덕트 구조체를 더 높은 속도에서도 사용하기 위해서는 일부분에 슬로프부(210)가 형성된 가이드핀(200)을 갖는 경우만이 가능하다는 것을 알 수 있다..
이어서, 27.2 노트에서 실험을 수행한 결과는 아래 표 4 와 같다.
　 Thrust Torque 효율
Case 1 8610.9 623.7 0.610
Case 2 7653.2 609.0 0.560
Case 3 8920.4 712.4 0.558
Case 4 8462.5 632.7 0.596
Case 5 8867.1 675.5 0.585
27.2 노트에서는 프로펠러(10)만 장착한 Case 1 이 효율이 가장 높다. 아울러, 가이드핀(200)의 일 부분(T)이 폭 0.01D 의 슬로프부(210)로 구성된 Case 4 의 경우가 효율의 손실이 가장 적다.
위 실험 결과를 종합하면 아래와 같다.
단순히 덕트 바디(100)를 가진 덕트 구조체(20)가 적용된 Case 2의 경우에는, 저속에서는 효율면에서 프로펠러만을 갖는 Case 1 에 비해 유리하다고 할 수 있다. 그러나, 고속에서는 덕트 구조체(20)가 없는 Case 1 에 비해 Case 2의 경우가 추력이 가장 많이 감소되며, 효율도 가장 낮음을 알 수 있다. 이는 덕트 바디(100)의 표면의 기울기에 의하여 경계층이 두꺼워지는 것에 기인한 현상이다. 이에 따라서, 단순히 고속 덕트 바디(100) 만을 갖는 덕트 구조체(20)를 적용할 경우, 비록 저속(19 노트 이하)에서는 효율의 감소가 적으나, 고속에서는 추력과 효율이 상당히 감소하여 고속 선박에는 활용이 어렵게 된다.
그러나, 덕트 바디(100)에 가이드핀(200)을 부가한 덕트 구조체(20)를 사용한 case 3, 4, 5 의 경우, 덕트 바디(100)만을 갖는 덕트 구조체(20)를 사용한 경우에 비하여, 좀 더 높은 속도에서 덕트 바디(100)의 사용이 가능하며, 특히 Case 4 의 경우 27.2 노트까지 효율의 감소가 적다는 점을 알 수 있다.
특히, 가이드핀(200)에 형성된 슬로프부(210)의 폭 및 길이를 적절히 제한한 Case 4, 5, 의 경우, 20 노트 근처에서 프로펠러(10)만 있는 Case1 의 경우보다 추력과 효율이 증가함과 동시에, 고속에서도 저항이 크게 증가하지 아니하여 추력 및 효율 손실이 적어 전체적으로 우수함을 확인할 수 있다. 특히, 위 실험 결과를 종합했을 때, 11.7노트에서 27.2노트까지 Case 4 가 효율면에서 가장 우수하다고 할 수 있다.
즉, 본 발명과 같이, 유체의 유입방향에 대해 소정각도 비틀려져 있는 슬로프부(210)가 형성된 가이드핀(200)을 갖는 덕트 구조체(20)를 적용하되, 상기 가이드핀(200)의 슬로프부(210)의 폭, 및 길이 범위를 소정 폭으로 한정할 경우, 저속에서 추력과 효율을 증가시키면서. 동시에 고속에서도 추력과 효율의 감소가 크지 않으므로, 고속 선박에도 폭넓게 활용할 수 있음을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 선박용 추진장치의 효과에 대해서 설명한다.
본 발명에 따른 선박용 추진장치는, 슬로프부(210)를 갖는 가이드핀(200)이 마련됨으로써, 덕트 바디(100)의 유입구를 통해 유입되는 유체의 흐름이 프로펠러(10)의 회전방향과 반대방향이 되도록 유도하여, 프로펠러(10)의 효율을 향상시키고 덕트 구조체(20)에서 발생하는 추력을 더 크게 할 수 있다. 특히, 단순히 덕트 바디(100)만을 갖는 덕트 구조체(20)를 적용하는 경우와 달리, 고속에서도 추력과 효율의 감소가 크지 않으므로, 저속 및 고속에서 폭넓게 활용될 수 있다..
아울러, 가이드핀(200)이 부채살 형태로 덕트 바디(100)의 유입구 측에 마련되어 있으므로, 덕트 바디(100) 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지하여, 프로펠러(10)의 손상을 방지함은 물론 엔진의 고장을 막을 수 있다.
또한, 앞서 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 가이드핀(200)에 형성된 슬로프부(210)는 소정의 범위에 걸친 길이, 및 기준면과 형성하는 사이각을 가지며, 프로펠러(10)의 블레이드(12)가 형성하는 원환 형태의 내부에 위치하여 있으므로, 프로펠러(10)의 회전 방향과 반대방향으로 유도되는 유체의 흐름이 프로펠러(10)로 집중되도록 할 수 있다. 따라서, 슬로프부(210)에 의해 발생하는 저항을 최소화하면서 효율 증가 및 추력 증가 효과가 달성될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 소정의 구동축을 통해 선박에 연결되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 및
    상기 프로펠러의 외주 측에 배치되는 덕트 구조체; 를 포함하는 선박용 추진장치에 있어서,
    상기 프로펠러는, 구동축과 연결되는 허브, 및 상기 허브의 외측에 구비되며 소정의 경사각을 갖는 복수 개의 블레이드를 포함하되,
    상기 덕트 구조체는,
    소정의 내경을 갖는 원통형의 덕트 바디; 및
    상기 덕트 바디의 입구측에 배치되며 중앙에서 상기 덕트 바디의 내주면을 향하여 상기 덕트 바디의 직경 방향으로 소정의 길이를 갖고 연장되는 복수의 가이드핀;을 포함하고,
    상기 가이드핀은,
    상기 덕트 바디의 내부로 유입되는 유체의 유입방향에 대해서 소정각도의 사이각을 갖는 슬로프부를 갖는 선박용 추진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬로프부는 상기 프로펠러의 블레이드의 경사면과 반대방향의 경사면을 갖도록 비틀려 있는 선박용 추진장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬로프부는,
    상기 프로펠러의 중심축 방향과 상기 가이드핀을 관통하는 프로펠러의 반경 방향이 형성하는 가상의 기준면에 대해서 소정의 사이각을 갖는 선박용 추진장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 덕트 바디의 입구의 직경이 D 일 때,
    상기 슬로프부의 최대 비틀림 폭은 0.005D mm 내지 0.02D mm 인 선박용 추진장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬로프부의 길이는,
    상기 가이드핀의 길이의 40 내지 60% 인 선박용 추진장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 슬로프부는,
    상기 블레이드가 회전하여 형성하는 원환 형태의 영역과 전후 방향으로 겹쳐지는 위치에 위치하는 선박용 추진장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 슬로프부는,
    상기 블레이드가 회전하여 형성하는 원환의 내경과 외경 사이의 반경 방향 폭이 Q 일 때,
    상기 슬로프부의 최대 폭이 위치하는 지점은 상기 내경 위치로부터 반경 방향으로 0.6Q 내지 0.8Q 이격된 지점 내에 위치하는 선박용 추진장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가이드핀은,
    상기 프로펠러의 중심축과, 상기 프로펠러의 반경이 형성하는 가상의 기준면과 나란한 면으로 구성되는 리드부를 더 포함하는 선박용 추진장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 덕트 구조체는,
    상기 덕트 바디의 입구측 중앙에 배치되며 소정의 반경을 갖는 고리 형태의 링형 허브부를 포함하고,
    상기 가이드핀의 일 단은 상기 링형 허브부에 연결되고 타 단은 상기 덕트 바디 내주면에 연결되는 선박용 추진장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가이드핀은,
    6~ 12 개 구비되는 선박용 추진장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100908297B1 (ko) * 2007-09-10 2009-07-21 강충묵 선박용 추진 장치의 덕트형 프로펠러 유닛
KR101425369B1 (ko) * 2013-05-30 2014-08-06 에스티엑스조선해양 주식회사 핀 구조물을 갖는 덕트형 선체 부가물
KR20150086997A (ko) * 2014-01-21 2015-07-29 주식회사 현대미포조선 반류 저감 덕트
JP2015221652A (ja) * 2014-05-23 2015-12-10 国立研究開発法人海上技術安全研究所 船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶
KR20160032475A (ko) * 2014-09-16 2016-03-24 현대중공업 주식회사 선박용 덕트

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100908297B1 (ko) * 2007-09-10 2009-07-21 강충묵 선박용 추진 장치의 덕트형 프로펠러 유닛
KR101425369B1 (ko) * 2013-05-30 2014-08-06 에스티엑스조선해양 주식회사 핀 구조물을 갖는 덕트형 선체 부가물
KR20150086997A (ko) * 2014-01-21 2015-07-29 주식회사 현대미포조선 반류 저감 덕트
JP2015221652A (ja) * 2014-05-23 2015-12-10 国立研究開発法人海上技術安全研究所 船尾用ダクト、船尾用付加物、船尾用ダクトの設計方法、及び船尾用ダクトを装備した船舶
KR20160032475A (ko) * 2014-09-16 2016-03-24 현대중공업 주식회사 선박용 덕트

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