KR100521519B1 - 선박 추진 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 추진 시스템, 더욱 상세하게는 개선된 효율을 가지며 파도 형성을 줄일 수 있는 선박 추진 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 물 속에 적어도 부분적으로 잠기는 추진장치와 상기 추진장치를 부분적으로 둘러싸는 덮개를 포함하며, 상기 추진장치는 상기 추진장치와 본질적으로 직각을 이루어 연장되는 적어도 하나의 회전축을 중심으로 하여 회전하며, 상기 추진장치의 작동 시 상기 덮개와 상기 추진장치는 함께 물 운반 유로를 형성한다.

Description

선박 추진 시스템{MARINE PROPULSION SYSTEM}

본 발명은 선박 추진기 분야에 관한 것으로 특히 선박 추진 시스템에 관한 것이다.

모든 기술 분야에서와 마찬가지로 조선업계도 선박 추진 시스템의 효율을 향상시키기 위해 애쓰고 있다. 부가적으로, 특히 내륙 항해의 경우 고속에서도 가능한 한 작은 파도를 형성하는 빠른 선박에 대한 요구가 증가하고 있다. 해안 제방에 부딪치는 파도는 해안 제방을 따라서 강한 손상을 줄뿐만 아니라 해안에 있는 생물체들에게도 손상을 주며, 특히 해안에 살고 있는 새들의 부화습성을 방해하는 것이 증명되었다.

부가적으로, 특히 내륙 항해는 선박 추진 시스템의 회전부에 필연적으로 사용된 윤활제에 의해 유발되는 오염을 방지해야만 하는 문제에 직면하고 있는데, 선박 추진 시스템의 작동 중에 회전부들이 수면 아래에 위치하는 경우 상기 윤활제들이 물 속으로 배출될 수 있다. 공지된 거의 모든 모터 또는 엔진 구동 선박 추진 시스템들은 이러한 문제에 직면하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 제1 실시예를 구비한 선박의 측면도.

도 2는 도 1에 도시된 선박의 저면도.

도 3은 부분적으로 절단한 덮개를 구비한 도 1에 도시된 실시예의 정면도.

도 4는 도 3의 IV-IV을 따라 도시한 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 다른 실시예를 구비한 선박의 측면도.

도 6은 도 5에 도시한 선박의 저부도.

도 7은 도 6에 도시된 선박 추진 시스템 실시예의 부분 정면도.

<도면 부호에 대한 설명>

2 선박 46 톱니

4 선박 추진 시스템 48 톱니끝

6 기어 50 전연(leading edge)

8 덮개 52 후연(trailing edge)

10 회전축 54 갭

12 전단부 56 측벽

14 후단부 58 팬(pan)

16 선체(hull) 60 측벽

18 측벽(sidewall) 62 요부(recess)

20 측벽 64 플로트(float)

22 구동 샤프트 66 베어링

24 베어링 68 받침판

26 베어링 70 요부

30 모터 72 벨로우즈(bellows)

32 교차 지주(cross brace) 74 상기 플로트용 베어링

34 후드 76 제1 원주 부분

36 저부 부분 78 제2 원주 부분

38 상부 부분 80 시크닝(thickening)

40 플랜지(flange) 82 경사 감쇄기

42 테두리 요소(bounding element) D 회전 방향

44 테두리 요소 S 조타 축

V 추진 방향 W 수선(waterline)

따라서 본 발명의 목적은 상기한 문제점들을 고려한 효율적인 선박 추진 시스템을 제공함에 있다.

이러한 목적은 본 발명에 따른 선박 추진 시스템에 의해 해결되는데, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 물 속에 적어도 부분적으로 잠기는 추진장치(propulsion device)와 상기 추진장치를 부분적으로 둘러싸는 덮개(covering)를 포함하며, 상기 추진장치는 추진방향과 본질적으로 직각을 이루어 연장되는 적어도 하나의 회전축을 중심으로 하여 회전하며, 상기 덮개와 상기 추진장치는 함께 상기 추진장치의 작동 시에 물 운반 유로(water conveying flow channel)를 형성한다.

본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 추진장치, 예를 들면 회전 구동 휠(wheel) 또는 구동 회전 벨트(driven revolving belt)를 구비하고 있다. 상기 회전 추진장치는 외부 원주면이 덮개로 둘러싸여지지만, 상기 추진장치의 전체 원주면이 둘러싸여지는 것은 아니다. 이에 반하여, 상기 추진장치는 구동하고자 하는 선박의 수선(waterline) 아래에서 주위 물과 직접적으로 접촉하게 된다. 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 경우, 상기 추진장치의 작동 시에 선박 주위의 물이 상기 추진장치에 의해 상기 추진장치의 전단부와 상기 덮개 사이의 갭(gap) 안으로 운반되어 그 내부 공기가 상기 갭 바깥으로 강제로 배출되도록 상기 덮개와 상기 추진장치 간의 간격이 선택된다. 이러한 내용은 상기 덮개가 선박의 하중 조건과는 독립적으로 수선 아래로 연장되고 상기 덮개의 상단 가장자리(upper edge)도 선박의 하중 조건과는 독립적으로 수선 위로 배치되는, 즉 상기 추진장치의 작동 전에 공기가 적어도 상기 추진장치의 원주면과 상기 덮개 사이에 존재하는 구성의 바람직한 실시예의 형태로 이하에서 보다 상세히 기술된다.

상기 추진장치가 작동 시에, 상기 추진장치에 의해 상기 추진장치의 전단부와 상기 덮개 사이의 갭(gap) 안으로 운반된 물은 상기 추진장치를 따라서 회전방향으로 운반된다. 상기 추진장치를 작동함으로써 상기 갭 안에 유로(flow channel)가 형성되며, 물은 상기 유로 내에서 상기 추진장치의 회전방향으로 운반된다.

본원 발명자는 정적 인장 시험(static pull test)에 의해 본 발명에 따른 장치의 효율을 평가하였다. 상기 시험에서, 선박 또는 선박 모형을 일렬로 장착한 하중계(load cell)와 함께 포스트(post)에 고정시켜 단위 출력 당 견인력(traction force)을 측정하였다. 선박 스크루와 같은 일반적인 프로펠러(propeller)의 경우 이와 같은 정적 인장 시험에서 약 0.023 kg/W의 출력이 측정될 수 있다. 이에 비하여 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 0.054 kg/W의 최대 출력을 나타내었다. 이러한 최대 출력은 본 발명에 따른 선박 추진 시스템에서는 상기 유로가 물로 채워졌을 때 얻어졌다. 따라서, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 본질적으로 공지된 선박 추진 시스템에 비해 보다 높은 효율을 제공한다.

추가적으로 실제 실험 결과에 따르면 동일 구동 성능, 즉 선박 모델의 동일 속도에서 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 종래의 프로펠러 구동에 의해 발생되는 선미파(stern wave)보다도 현저하게 작은 선미파를 발생시켰으며, 상기 선미파는 특히 내륙 항해에서 파도형성을 감소시키기 위해 고려되어야 하는 것이다. 하지만, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 내륙 항해용 선박에만 효과적으로 적용될 수 있는 것은 아니다.

본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 경우, 예를 들면 벨트형으로 회전하는 추진 장치가 제공될 수 있으며, 상기 추진장치가 원형 트랙 상에서 또는 두 개의 대향 배치된 선형 부분들과 두 개의 대향 배치된 반원형 부분들을 갖는 탱크 체인(tank chain) 방식으로 회전할 수 있으므로, 상기 추진장치가 선박 추진 시스템의 구성을 간소화하기 위해 함수로(water bearing channel)의 케이싱 벽(casing wall)에 대해서 소정 간격으로 외부 및 내부 모두에 배치되는 구성을 이룰지라도 원주방향으로 밀폐된 원주면을 갖는 추진장치를 형성하는 구성도 가능하다. 이 경우, 상기 추진장치 내에서 물 순환은 상기 추진장치의 반경방향으로 이루어지고 상기 추진장치의 외부 원주면과 상기 덮개 사이에만 존재하게 된다.

상기 추진장치의 시동 후에 추진 방향과 반대방향으로 물을 운반하는 가능한 한 빠른 유로의 건설이 달성되는데 이는 상기 유로가 측면으로 좁게 한정되기 때문이다. 상기 추진장치는 이러한 목적을 위해 자신의 원주면 상에서 적당한 윤곽(contour)을 가질 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 따르면 선박 추진 시스템의 구성을 간소화하기 위해 상기 원주면 너머로 연장되어 거의 상기 덮개까지 연장되는 테두리 요소(bounding element)들을 이용해 상기 원주면의 측면에 테를 두르는 구성이 제시되고 있다. 상기 테두리 요소들은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 덮개와 같이 고정적으로, 예를 들면 선체 상에 직접적으로, 또는 상기 선체에 대해 적어도 고정적으로 배치될 수 있다. 택일적으로 상기 테두리 요소들을 상기 회전하는 추진장치에 연결하는 구성이 제시되고 있다.

상기 추진장치의 시동 시에 상기 유로를 채우기 위한 목적, 및 효율 측면에서, 상기 추진장치의 외부 원주면 상에 하나의 톱니(tooth) 뒤에 다른 톱니가 위치하는 복수개의 톱니들을 배치하는 것이 바람직하다.

상기 톱니들은 물이 주위로부터 상기 추진장치의 전단부와 상기 덮개 사이의 갭 안으로 용이하게 운반될 수 있도록 형성되어야만 한다. 다른 회전 방향을 갖는 선박 추진 시스템의 효율은 상기 치형 구조에 의해 영향받을 수 있다. 예를 들면, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템이 선박조정을 위한 교차구동(cross-drive)으로 사용되어 상기 추진장치의 양 회전방향에서 동일한 효율을 갖는 것이 중요하다면, 동일하게 형성된 전연(leading edge)과 후연(trailing edge)을 갖는 톱니들이 상기 추진장치의 원주면 상에 배치되는 것이 바람직하다. 선호하는 회전 방향을 추진방향으로 갖는 선박 추진 시스템의 경우, 상기 추진장치의 외부 원주면 상에 형성된 톱니들은 톱니(saw teeth)모양과 유사하게 형성되는 것이 바람직한데, 즉 상기 톱니들의 전연과 후연이 다른 경사도를 갖는 것이 바람직하다. 상기 톱니끝(tooth tip)에 대해 반경바깥방향으로 향하는 상기 전연의 경사는 상기 톱니끝의 후측 상에서 상기 전연에 인접하고 상기 전연으로부터 반경안쪽방향으로 향하여 있는 상기 후연의 경사보다 작게 구성되는 것이 바람직하다. 상기 후연은 예리한 방사 내향 각을 가질 수 있다. 즉, 상기 후연은 원주면에 기여하지 않는다. 하지만 상기 전연에 대해서는 상황이 달라진다. 특히 회전추진방향과의 경사로형 각도(ramp-shaded gradient)에 의해서 주위의 물이 상기 덮개와 상기 추진장치의 원주면사이의 갭 안으로 압축될 수 있다. 상기 추진장치의 시동 시에, 상기 전연의 경사로형 기울기로 인해 상기 유로 안에서 상대적으로 빠른 흐름이 형성된다.

또한 실제 실험 결과들에 따르면 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 제시된 바와 같이 축방향으로 아치형상(arcuate profile)을 갖는 톱니끝을 형성하는 것이 바람직하다.

부가적으로, 축방향으로 아치형상을 갖는 상기 톱니들의 전연 및/또는 후연을 형성하는 것이 바람직하다. 더욱이, 원주방향으로 아치형 볼록 형상을 갖는 상기 톱니들의 전연 및/또는 후연을 형성하는 것이 바람직하며, 상기한 두 바람직한 실시예의 조합, 즉 상기 전연 및/또는 후연이 구모양을 이루는 실시예가 선박 추진 시스템의 효율 및 파도 방지 측면에서 바람직한 것으로 여겨진다.

전술한 바와 같이 선박 추진 시스템들이 일반적인 모터들로 구동되는 경우, 덮개의 상단 가장자리를 선박의 수선 위로 배치하여 상기 덮개의 전단부 및/또는 후단부들이 수선 아래에서 연장되도록 하는 것이 바람직하다. 상기 실시예에서, 선박 추진 시스템이 작동하고 있지 않은 경우 상기 추진장치와 상기 덮개사이의 갭 안에 공기가 존재하며, 상기 공기는 상기 추진장치의 시동 시에 상기 갭 안으로 진입하는 물에 의해 최초로 배출된다. 상기 유로 안에 공기가 존재하기만 한다면 상기 추진장치의 회전 저항은 상대적으로 작게 된다. 이는 선박 추진 시스템들에서 일반적인 모터들의 저 시동 토크에 적합하다.

효율과 관련하여, 상기 추진장치와 상기 덮개사이의 갭 안으로 흡입된 다량의 물은 상대적으로 높은 수평 속도로 상기 갭 안으로 흡입되고 상기 갭 바깥으로 제거되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 추진장치 주위의 특정 원주 부분이 주위 물과 자유롭게 연통되도록 구성할 수 있어야 한다. 상기 추진장치 주위의 상기 덮개의 바람직한 감긴 각(wrapping angle)은 200°내지 270°범위내이다. 부가적으로, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유로의 입구를 형성하는 상기 덮개의 단부는 전방을 향하는 곡률을 갖도록 형성되며, 그리고/또한 상기 유로의 출구를 형성하는 상기 덮개의 단부는 후방을 향하는 곡률을 갖도록 구성된다. 좋은 효율을 얻기 위해서, 상기 추진장치와 상기 덮개사이의 최소 갭은 상기 회전하는 추진장치의 직경의 2% 내지 10%, 바람직하게는 3% 내지 6%로 구성되는 것이 바람직하다. 축방향으로 볼록 곡률을 갖는 상기 톱니끝들로 구성된 상기 바람직한 실시예에서 상기 최소 갭은 상기 톱니끝들과 상기 덮개사이의 간격이 최소일 때 얻어진다. 여기서 좋은 효율을 달성하기 위해 상기 덮개는 상대적으로 간소하게, 바람직하게는 상기 추진장치의 원주면으로부터 가로지르는, 바람직하게는 축방향으로 평탄하게 형성될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 상기 추진장치로서 휠(wheel)이 사용되는 경우, 상기 덮개는 원통형으로 형성되지만 하나의 원주 부분은 개방된다.

상기 선박 추진 시스템을 구비한 선박의 최적의 효율적인 조타(steering) 측면에서, 상기 추진장치가 회전축에 수직하게 배치되고 조타 축을 중심으로 회전 가능하게 지지되도록 구성하며, 상기 조타 축을 중심으로 상기 추진장치의 회전을 제어하는 제어장치를 제공하는 것이 바람직하다. 상기 바람직한 실시예에서, 상기 선박 상에 추가적인 키(rudder)를 배치할 필요 없이 상기 조타 축을 중심으로 하여 상기 추진장치를 회전함으로써 상기 구동 방향에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 상기 추진장치의 최대 효율은 상기 추진장치의 적당한 회전을 통해 정, 역 구동방향 모두에서 구현될 수 있다.

상기 추진장치를 적당히 간단하게 밀봉하고, 구동 모터(driving motor)를 상기 추진장치에 상대적으로 가까이 배치하기 위해서, 받침판(support plate) 상에 상기 덮개와 함께 상기 추진장치를 배치하는 것이 바람직한데, 상기 추진장치는 상기 받침판을 통하여 돌출하며, 차례로 상기 받침판은 후드(hood)에 의해 밀봉된다. 따라서 상기 후드는 적어도 상기 추진장치를 둘러싸지만 반드시 모터 및 윤활 베어링(bearing) 등을 둘러쌀 필요는 없다. 상기 선박 추진 시스템의 작동 시, 때때로 상기 후드 안 및 상기 추진장치 부분에 물이 존재하게 된다. 그러나, 상기 부분에는 윤활제로 윤활되는 부품들이 없으므로 윤활제가 상기 후드 안에서부터 주위의 물로 방출될 수는 없다.

다른 바람직한 실시예에서, 상기 받침판은 팬(pan) 안에 수용되며, 상기 팬은 선체에 회전 가능하게 지지되고 개방 저부를 갖으며, 상기 추진장치는 상기 팬을 통해 돌출하며, 상기 받침판과 상기 팬 사이에 밀봉(seal)이 제공된다. 상기 밀봉은 예를 들면 벨로우즈(bellows) 형태로 형성될 수 있다. 이런 실시예에서, 주위의 물은 단지 상기 팬의 밑면(underside), 상기 덮개 판의 밑면으로 들어와 상기 후드에 의해 밀봉된 영역 안으로 들어온다. 윤활 부품들과의 접촉으로 인해 물이 윤활제로 오염되는 것은 예를 들면 상기 후드를 이용하여 구동 샤프트나 회전축의 모든 베어링 부품들을 방수시키면 방지될 수 있다.

따라서 상기 바람직한 실시예에서 상기 후드가 덮개를 형성하는 것이 바람직하다. 이런 경우, 상기 추진장치를 반경방향으로 둘러싸는 상기 후드 부분은 상기 추진장치의 원주 주위로 갭을 제한하면서 동시에 상기 덮개로 작용할 수 있다.

상기 추진장치가 최대 출력으로 회전할 때 발생되는 회전력을 보상하기 위해서, 적어도 하나의 경사 감쇄기(inclination attenuator)가 일렬로 연결되도록 상기 팬 상에 피벗 수단(pivoting means)을 배치하는 것이 바람직하다. 상기 추진장치가 상기 조타 축을 중심으로 하여 선회될 때 발생하는 회전력은 경사 감쇄기의 저항에 대해 상기 받침판을 선회시킴으로써 상쇄될 수 있으며, 그로 인해 상기 회전력이 상기 선체 상으로 직접 전달되는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 가동은 상기 추진장치와 상기 덮개간의 간격을 조정하기 위해 갭 조정장치를 제공하는 다른 바람직한 실시예에 따라 제어될 수 있다. 상기 갭 조정장치에 의해 상기 유로의 높이는 본 발명에 따른 선박 추진 시스템에서 변경 가능하며, 이로써 예를 들면 일정 모터 속도(상기 구동 모터의 작동점)로 상기 유로 주위를 흐르는 물의 양을 변화시킬 수 있게 된다. 따라서, 선미 부분에서 파도의 형성은 상기 구동 모터의 작동점을 변화시켜야만 변화될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 상기 선박 추진 시스템을 특히 내륙 항해용 다른 항해 채널 깊이에 적용하기 위한 상기 추진장치와 덮개 모두의 높이를 조정하기 위한 잠수 깊이 조정장치를 포함하는 구성이 제시되고 있다. 상기 조정장치에 의해 상기 추진장치가 주위 물 속에 잠기는 높이는 상기 유로를 형성하는 상기 갭을 변경하지 않고도 조정될 수 있게 된다. 이러한 형태의 잠수 깊이 조정장치는 상기 추진장치가 선체의 저부 너머로 돌출하는 경우에 특히 바람직하다. 특히, 매우 얕은 물 속에서 항해하는 선박 또는 조수와 부딪치는 선박의 추진장치의 경우 추진수단이 이로 인해 손상을 입어서는 안되므로, 회전축이 수직 방향으로 연장되도록 추진장치를 형성하는 것, 즉 상기 추진장치가 선박의 측면을 통해 돌출하는 구성을 고려할 수 있다.

상기 추진장치를 선체의 밑면 상에 배치시킨 경우, 최적의 선박 부력 측면에서, 특히 쾌속 풀 글라이더 보트(fast driving full glider boat)들의 경우 상기 추진장치(6)로부터 바람직하게는 상기 회전축(10)의 축방향으로 테이퍼(taper)지게 구성된 적어도 하나의 플로트(float)가 각 케이스(case) 내 상기 추진장치의 전단부들 상에 제공되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기와 같은 방식으로 테이퍼진 플로트는 상기 추진장치의 전단부에 직접 부착되며 상기 추진장치의 면적과 대략적으로 동등한 면적의 직경을 갖는다. 유동 역학을 고려하여, 상기 직경은 회전축의 축방향으로 테이퍼지게 구성됨으로써, 상기 플로트는 바람직하게는 원추형상을 이루는데, 처음에 볼록 곡률의 외부 면은 상기 추진장치에 인접하고 직선 외부 면 또는 볼록 곡률을 갖는 외부 면이 뒤따라온다. 이런 방식, 바람직하게는 밀폐된 중공체로 형성된 플로트는 선박의 부력을 향상시킬 뿐만 아니라, 부가적으로 운행 중인 선박을 상승시키는데 이는 상기 플로트에 반작용하는 힘에 기인하는 것이다. 접근해오는 수류와 상기 플로트간의 마찰 손실을 방지하기 위해서는 상기 플로트가 회전축 상에서 또는 상기 추진장치의 구동 샤프트 상에서 자유롭게 회전할 수 있도록 상기 플로트를 배치하는 것이 바람직하다.

쾌속 풀 글라이더 보트들의 경우 상기 추진장치의 반경 외부 단부(radial outer end) 상에 시크닝(thickening)을 제공하는 것이 특히 바람직하다. 이러한 시크닝은 상기 추진장치에 연결되고 버섯형상으로 상기 추진장치를 감싸며, 적어도 부분적으로 상기 플로트의 원주 너머로 돌출한다. 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 고 효율로 인해, 글라이더 보트처럼 형성되고 상기 플로트들의 부력 효과에 의해 지지된 선박들은 단지 상기 버섯형상의 시크닝들을 통해서 물과의 접촉을 유지하는 최대 출력으로 물 바깥으로 충분히 멀리 떨어져 떠오를 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에 따른 선박 추진 시스템은 각 케이스(case) 내 두 개의 추진 시스템들이 선박의 전단부에 배치되고 선박의 후단부에도 두 개의 추진 시스템들이 배치되는 구성을 이루기 위해 제공된다. 이 경우, 동시에 최대 출력으로 추진 부품들을 형성할 뿐만 아니라 예를 들면 수평타(hydroplane)같은 부품들을 형성하는 총 4개의 추진장치들은 수면 위에서 선박의 하중을 지탱한다. 이런 경우 가능한 한 수력학적으로 버섯형상의 시크닝을 형성함으로써 그 외부 원주면이 상기 플로트의 외부 원주면의 연속적인 연장부를 형성하게 하는 것이 바람직하다.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 이점 및 특징들을 실시예의 형태로 기술한다.

도 1은 상이한 잠수 깊이(immersion depth)에 대한 선박 배치로 형성된 선박(vessel) 2의 측면도를 나타낸다. 상기 상이한 잠수 깊이들은 상이한 하중 조건에 대한 상이한 수선(waterline) W로 인식될 수 있다. 선박 2의 선미 부분에 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 추진 시스템 4가 구비되어 있다. 상기 선박 추진 시스템 4의 필수 부품들로는 기어(toothed wheel) 6으로 형성된 추진장치와 상기 기어 6 주위를 둘러싸는 덮개 8이 제공된다. 상기 기어 6의 회전축 10은 상기 실시예에서 수평 방향으로 연장되고, 수평 방향으로 연장되지 않는 경우 추진 방향 V와 직각을 이루는데, 즉 상기 선박 2의 종축과 직각을 이룬다.

상기 덮개 8은 원통형으로 형성되는데, 즉 상기 회전축 10과 평행한 횡방향으로 연장되는 표면들을 갖는다. 상기 덮개 8은 약 240°의 감긴 각을 이루며 상기 기어 6을 둘러싼다. 상기 덮개 8은 전단부(front end), 즉 선수단부(bow end) 12와 후단부(rear end), 즉 선미단부(stern end) 14를 갖는다. 양 단부들 12, 14는 동일 높이에서 끝나고 선체(vessel hull) 16의 밑면과 동일 평면을 이룬다. 상기 두 단부들 12, 14 사이에서 상기 기어 6은 상기 선체 16의 밑면 너머로 돌출한다.

도 2에 따른 상기 선체 16의 저부도에서, 상기 기어를 수용하는 공간을 명확히 구별할 수 있다. 상기 수용 공간은 상기 덮개 8에 의해 둘레가 한정되며, 고정 측벽(stationary sidewall)들 18, 20은 상기 수용 공간의 측면을 형성하고 있다. 상기 측벽들 18, 20은 상기 선체 16에 연결되며, 상기 기어의 회전축에 위치한 구동 샤프트 22가 상기 측벽들을 관통하여 돌출하는데, 이하에서 도 3을 참조하여 보다 상세히 설명된다.

도 3은 도 1에 도시한 상기 선박 추진 시스템의 정면도를 나타낸다. 상기 구동 샤프트 22는 베어링(bearing)들 24, 26에 의해 각각 양 측면들 상에서 지지된다. 상기 구동 샤프트 22의 일 단부에서, 상기 베어링 26 뒤쪽으로 각기어(angular gear)가 제공되며, 상기 각기어의 단부는 측면 상에서 전기 모터와 같은 바람직한 형태의 모터 30에 연결된다.

상기 측벽들 18, 20은 상기 기어 6 주위에서 U자-형 외피를 형성하며 그들의 밑면들은 상기 선체 16에 접합된다. 상기 구동 샤프트 22는 상기 측벽들 18, 20을 관통하고 적당한 밀봉들에 의해 상기 측벽들에 대해 밀봉된다. 상기 구동 샤프트 22의 회전축 10과 평행을 이루어 수평방향으로 연장되는 상기 후드 34의 교차 지주(cross brace) 32는 상기 기어 6의 둘레를 부분적으로 둘러싸는 상기 덮개 8을 형성한다. 상기 후드 34는 두 개의 부분들로 형성되는데, 상기 하부 부분 36은 상기 구동 샤프트 22용 덕트(duct)와 밀봉을 포함하여 이루어지고 상기 선체에 단단히 연결되는 반면에, 플랜지(flange) 40을 구비한 상기 하부 부분 36에 연결되고 밀봉되는 상부 부분 38은 유지보수를 위해 제거될 수 있다. 상기 선체 16 안으로 물이 흘러들어 가지 않으면서 어떠한 하중 조건하에서도 상기 상부 부분을 제거할 수 있도록 상기 상부 부분 38과 상기 하부 부분 36 간의 연결 위치를 선택하는 것이 바람직하다.

도 3에서 테두리 요소(bounding element)들 42, 44는 상기 기어 6의 측면 쪽에 인접해 있다. 상기 테두리 요소들 42, 44는 링 형상을 이루며 상기 회전 기어 6에 단단히 연결된다. 상기 테두리 요소들의 반경 외부 단부들과 함께 상기 테두리 요소들 42, 44는 상기 기어 6의 원주면 너머로 연장되어 거의 덮개 8까지 연장된다.

상기 기어 6은 자신의 원주면 상에 복수개의 톱니들 46을 가지며, 상기 톱니들은 상기 회전축 10에 대해 축방향으로 볼록 기울기를 갖는다. 도 3에, 최상단 톱니 46의 톱니끝 48이 명확히 도시되어 있다.

상기 기어의 상세한 원주 구성은 도 4에 나타나 있다. 도 4는 도 3의 IV-IV을 따라 도시된 단면도로서 상기 톱니들 46의 실시예를 상세히 나타내고 있다. 상기 선박의 주된 추진 방향의 회전 방향 D, 즉 상기 선박이 전방으로 움직일 때 상기 기어 6의 특정 회전 방향은 굽은 화살표 D로 표시되어 있다. 각 톱니 46은 전연(leading edge) 50과 후연(trailing edge) 52를 갖는다. 상기 기어 6의 원주에 대해, 상기 전연 50은 상기 후연 52보다 낮은 피치(pitch)를 갖는다. 상기 기어 6의 각 톱니 46은 동일하게 형성된다. 상기 전연 50과 상기 후연 52는 상기 회전축 10의 연장 축에 대해 볼록하게 형성된다. 따라서, 도 4의 내부 톱니모양 윤곽은 상기 기어 6의 외부 축 윤곽을 나타내는 한편, 도 4의 외부 톱니모양 윤곽은 (상기 톱니 폭 방향에 대해) 중간 지점의 원주 윤곽을 나타낸 것이다.

상술한 축방향으로 볼록하게 형성되는 실시예들 외에도, 상기 전연과 후연 50, 52는 각각 원주 방향으로 볼록하게 형성된다. 결과적으로 상기 개개의 톱니 46의 가장자리들 50, 52는 원형으로 형성된다. 상기 축방향의 곡률은 도 2에 개략적으로 나타나 있다.

도 4에 나타낸 실시예에서 원반(disc)형 테두리 요소들 42, 44 사이에 금속판(sheet metal)이 접합되어 상기 전연과 후연 50, 52를 형성한다. 상기 톱니들 46의 상기 전연과 후연 50, 52는 상기 기어 5 상에서 원주방향으로 밀폐된 원주면을 형성한다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 실시예는 다음과 같이 동작된다: 비작동 상태, 즉 상기 기어 6이 회전하지 않을 때, 상기 덮개 8과 상기 기어 6 사이의 수선 위쪽에 있는 갭 54 안에 공기가 있으며, 상기 갭의 단면 형상은 상기 전연과 후연 50, 52의 피치에 따라 원주 방향으로 변화한다. 전방으로 이동(추진 방향 "V")하기 위해 시동이 걸리면 상기 기어 6은 화살표 D를 따라서 회전 방향으로 회전한다. 처음에 상기 기어 6은 관성 때문에 느리게 회전하고 상기 개개의 톱니 46의 전방 전연 50에 의하여 주위의 물을 상기 갭 54 안으로 운반하게 된다. 상기 기어 6의 회전 속도가 증가함에 따라 상기 갭 54 내 공기는 상기 기어 6의 회전 방향으로 완전히 제거된다. 물이 상기 회전 방향 D에서 상기 갭 54 주위 안으로 계속해서 흐르게 된다. 즉, 상기 기어 6이 작동되면 물 운반 유로가 상기 기어와 상기 덮개 8 사이에 형성된다. 상기 유로 내 흐름은 상기 후단부 14로부터 상기 유로의 전단부 12까지, 즉 추진 방향 V쪽으로 연장된다. 상기 물은 상기 선박을 전방으로 이동시키기에 적합하리라고 추정되는 수평 속도 성분으로 상기 전연 50에 의해 상기 갭 54 안으로 운반되며, 또한 상기 물은 상기 선박 2를 추진 방향 V, 즉 전방으로 이동시키기에 적합하리라고 추정되는 수평 속도 성분으로 상기 갭을 빠져나간다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 선박 추진 시스템의 제2 실시예를 나타낸다. 도 5 및 도 6에는 풀 글라이더 보트(full glider boat)로 형성된 선박 2가 나타나 있다. 보다 상세하게는, 4개의 동일한 형태의 본 발명에 따른 선박 추진 시스템이 상기 선박 2에 설치되어 있다. 각 케이스(case)에서 2개의 선박 추진 시스템들 4a는 상기 선박 2의 선수에 횡방향으로 서로 인접하게 배치되며, 2개의 선박 추진 시스템들 4b는 상기 선박 2의 선미에 횡방향으로 서로 인접하게 배치된다. 도 5 및 도 6에 도시된 선박의 경우, 상기 선박 추진 시스템들은 각 케이스에서 조정가능하기 때문에 별도의 키(rudder)가 필요하지 않게 된다.

도 7에는 상기 조타 장치가 상세히 나타나 있다. 각 선박 추진 시스템 4에서, 원형 요부(circular recess) 60이 상기 선체 16의 밑면 상에 제공되며, 상기 수선 W 위로 연장되는 측벽들 56에 의해 각각 제한된다. 형성된 원통형 내부 공간에는 상기 선체 16의 상기 측벽 56에 평행하게 연장되는 측벽 60을 구비한 팬 58이 제공된다. 상기 팬 58의 밑면은 원형 요부 62를 가지며, 상기 기어 6과 상기 플로트들 46은 상기 원형 요부 62를 통해 돌출하며, 이에 관해서는 이하에서 보다 상세히 설명된다. 상기 베어링들 66을 통하여, 상기 팬 58은 상기 선체에 대하여 회전축 2를 중심으로 회전 가능하게 지지된다. 상기 선체 16 안에서 상기 팬 58의 회전은 도면에 자세히 도시되어 있지는 않지만 개개의 회전 방향을 조타하기 위한 제어장치에 의해 제어된다. 상기 추진장치들 4a, b 각각은 상기 조타 축 S를 중심으로 하여 서로 독립적으로 회전될 수 있다.

상기 팬 58은 원형 요부 70을 갖는 받침판(support plate) 68을 포함하고 있으며, 상기 원형 요부 70을 통하여 상기 기어 6과 상기 플로트들 64가 돌출한다. 상기 받침판 68은 상기 베어링들 24, 26 및 상기 모터 30을 지탱하고 있다. 상기 요부 62 바로 가까이에 인접하여 있는 상기 팬 58의 기판(base plate)과 상기 받침판 68 사이에 벨로우즈(bellows) 72로 형성된 밀봉이 제공되어 상기 요부들 62, 70을 둘러싸게 됨으로써, 상기 기판 68과 상기 팬 58의 밑면 사이에 있는 물이 상기 팬 58의 밑면 안으로 침입하는 것이 방지된다.

상기 후드 34는 수면에서 떨어져 있는 지점인 상기 받침판 68의 측면으로부터 솟아 있다. 또한 이런 실시예에서, 상기 구동 샤프트 22는 상기 후드 34를 통하여 돌출한다. 상기 베어링들 24, 26은 후두 34의 외부에 배치된다.

또한 상기 실시예에서, 상기 기어 6은 비틀림 강성이 커지는 방식으로 상기 구동 샤프트 22에 연결되며, 상기 테두리 요소들 42, 44도 또한 비틀림 강성이 커지는 방식으로 상기 기어 6에 제공된다. 개개의 플로트들 64는 상기 테두리 요소들 42, 44의 측면에 인접하게 배치되고, 상기 플로트들 64를 통하여 상기 베어링들 74가 자유롭게 회전 가능한 방식으로 상기 구동 샤프트 22 상에 지지된다.

상기 플로트들 64는 본질적으로 동일하게 형성되고 상기 기어 6에 인접하며 상기 기어 6의 직경과 대략 동일한 직경을 갖는다. 상기 플로트들 64의 외부 윤곽은 다음과 같이 형성된다: 제1 원주 부분 76은 회전축 10과 평행하게 연장되며, 뒤따르는 제2 원주 부분 78은 본질적으로 상기 회전축 10쪽을 향해 있는 평면 윤곽을 갖는다. 상기 제2 원주 부분 78은 부력과 관련하여 물 속에 잠겨있는 상기 플로트들 64 만큼 크게 구성될 수 있으며, 또한 바깥쪽으로 볼록한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 원주 부분 76은 원주 상에서 상기 기어 6에 단단히 연결된 시크닝(thickening) 80으로 둘러싸여진다. 상기 시크닝 80의 내부는 원통형으로 형성된다. 상기 시크닝 80은 상기 기어 6의 양 측면들과 상기 배치된 테두리 요소들 42, 44 상에서 연장되며, 도 7에 나타낸 단면도에 나타나 있듯이 버섯형상을 이룬다. 상기 시크닝 80은 상기 톱니 46의 표면 윤곽에 의하여 상기 기어 6의 구역에서 중심적으로 연속된다. 상기 시크닝 80의 외부 윤곽은 연속적으로 이어지며 어떤 단(step)들 없이도 상기 톱니의 톱니끝 48에 의해 연속된다.

상기 받침판 68은 상기 팬 58 안에 수용되고 상기 팬 58에 대해 피벗 방식으로 지지되며, 보다 상세하게는 일반적인 망원경 댐퍼(telescopic damper)로 형성된 적어도 하나의 경사 감쇄기 82의 일렬 배치에 의해 피벗 방식으로 지지될 수 있다. 상기 감쇄기 82의 일 단은 상기 측벽 60의 상단부에 연결되는 한편, 타단은 상기 받침판 68 가까이에 연결된다.

상기 실시예에 나타나 있듯이, 상기 경사 감쇄기 82는 상기 선박의 종방향으로 연장되는 피벗 축(pivot axis)을 중심으로 하는 피벗 운동을 완충하는 역할을 한다. 상기 받침판 68은 상기 추진 방향으로 보이는 전단부 및 후단부에서 상기 베어링들에 의해 지지되어, 상기 피벗 운동을 위해 선회될 수 있다. 이런 방식으로 형성된 피벗 축은 각 케이스에서 상기 모터 30의 회전축과 상기 조타 축 S와 직각을 이루며, 공통 교차지점에서 상기 두 개의 축들과 교차한다. 상기 실시예에서, 상기 교차지점은 상기 기어 6의 중심이다.

상기 테두리 요소들 42, 44 간의 상기 갭 54의 경우, 도 5 내지 도 7에 나타낸 실시예와 도 1 내지 도 4와 관련하여 이전에 언급된 실시예는 일치한다. 따라서, 동작에 관한 이전 언급들이 적용되지만, 후드 34가 상기 플로트들 64를 포함하는 보다 큰 영역을 둘러싼다는 것이 이해되어야 한다.

도 7에 도시된 상기 선박 추진 시스템이 상기 조타 축 S 주위에서 비틀려질 때, 이런 비틀림 동작은 상기 받침판 68이 상기 팬 58에 대해 선회하는 것에 기인한 회전력으로 상기 선박 추진 시스템이 동작하면서 발생하는 것이다. 상기 피벗 운동은 상기 경사 감쇄기 82에 의해 완충된다. 이로 인해, 상기 받침판 68은 도 2에 도시한 최초 위치로 복귀한다. 따라서 상기 경사 감쇄기 82는 회전력이 상기 선체에 직접 전달되는 것을 방지한다.

본 발명은 선박 추진 시스템에 관한 것으로 선박, 조선업 분야 등에 이용가능하다.

Claims (26)

1. 적어도 부분적으로 물 속에 잠기는 추진장치(6)와 상기 추진 장치(6)를 적어도 부분적으로 둘러싸는 덮개(8)를 구비하며, 상기 추진장치(6)가 추진방향과 본질적으로 직각을 이루어 연장되는 적어도 하나의 회전축을 중심으로 회전하도록 구성된 선박 추진 시스템에 있어서,

   상기 추진장치(6)의 작동 시에 상기 덮개와 상기 추진장치(6)의 원주면 사이에 형성된 갭(54)이 완전히 물로 채워지고, 상기 갭(54) 내에 상기 추진장치(6)의 회전 방향으로 순환되는 흐름이 생성되도록 상기 덮개(8)가 상기 추진장치(6)에 대해 배치되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 추진장치는 회전 구동 휠(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 추진장치는 회전 구동 회전 벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추진장치(6)는 원주방향으로 밀폐된 원주면을 갖는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 추진장치(6)의 측면 상에 테두리 요소들(42, 44)이 인접하게 배치되고, 상기 테두리 요소들(42, 44)은 상기 원주면 너머로 돌출하여 거의 상기 덮개까지 연장되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 테두리 요소들과 상기 덮개는 고정되게 배치되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
7. 제5항에 있어서, 상기 테두리 요소들(42, 44)이 상기 회전 추진장치(6)에 연결되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
8. 제1항에 있어서, 상기 추진장치(6)의 외부 원주면은 복수개의 톱니(46)를 가지며, 상기 톱니들(46)은 하나의 톱니 뒤에 다른 톱니가 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
9. 제8항에 있어서, 각 톱니(46)는 반경바깥방향으로 향하는 전연(50)과 상기 전연으로부터 반경안쪽방향으로 연장되는 후연(52)을 가지며, 상기 전연(50)의 기울기는 상기 후연(52)의 기울기보다 작게 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 톱니들(46)의 톱니끝(48)은 축 방향으로 볼록한 곡률을 갖는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 톱니들(46)의 상기 전연(50) 또는 상기 후연(52)은 축 방향으로 볼록한 곡률을 갖는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 톱니들의 상기 전연(50) 또는 상기 후연(52)은 원주방향으로 볼록한 곡률을 갖는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
13. 제1항에 있어서, 상기 유로의 입구를 형성하는 상기 덮개(8)의 후단부(14)는 전방을 향하는 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
14. 제1항에 있어서, 상기 유로의 출구를 형성하는 상기 덮개의 전단부(12)는 후방을 향하는 곡률을 갖는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
15. 제1항에 있어서, 상기 덮개(8)의 상단 가장자리는 상기 선박(2)의 수선(W) 위쪽으로 배치되며, 상기 덮개(8)의 상기 전단부 또는 후단부(12, 14)는 상기 수선(W) 아래로 연장되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
16. 제1항에 있어서, 상기 덮개는 상기 추진장치(6)를 중심으로 200°내지 270°의 감긴 각을 이루며 연장되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
17. 제1항에 있어서, 상기 추진장치(6)와 상기 덮개간의 최소 갭(54)은 상기 추진장치(6)의 둘레 직경의 3% 내지 6%로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
18. 제1항에 있어서, 상기 추진장치(6)는 회전축(10)과 수직을 이루며 조타 축을 중심으로 회전 가능하게 구성되며, 상기 조타 축을 중심으로 상기 추진장치(6)의 회전을 제어하기 위해 제어장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
19. 제18항에 있어서, 상기 추진장치(6)는 상기 덮개(8)와 함께 받침판(68) 상에 배치되고 상기 추진장치가 상기 받침판을 통하여 돌출하게 구성되며, 상기 받침판의 상부면은 후드(34)에 의해 밀봉되고 상기 받침판은 개방 저부를 갖는 팬(58) 안에 수용되며, 상기 팬은 선체(16) 안에서 회전 가능하게 지지되고, 상기 추진장치(6)는 상기 팬(58)을 통하여 돌출하며, 상기 받침판(68)과 상기 팬(58) 사이에 밀봉(72)이 제공되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 후드(34)가 상기 덮개(8)를 형성하는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 받침판(68)은 상기 팬(58) 상에 지지된 적어도 하나의 일렬 경사 감쇄기(82)를 이용하여 선회할 수 있게 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
22. 제1항에 있어서, 상기 덮개에 대하여 상기 추진장치를 조정하기 위해서 갭 조정 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
23. 제1항에 있어서, 상기 추진장치와 상기 덮개의 높이를 조정하기 위한 잠수 깊이 조정장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
24. 제1항에 있어서, 플로트(64)가 각 케이스 내 상기 추진장치(6)의 전단부들 상에 제공되며, 바람직하게는 상기 플로트들은 상기 추진장치(6)로부터 떨어져 상기 회전축(10)의 축 방향으로 테이퍼지게 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
25. 제24항에 있어서, 상기 플로트들(64)은 회전축(10) 상에서 또는 상기 추진장치(6)의 구동 샤프트(22) 상에서 자유롭게 회전 가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.
26. 제24항 또는 제25항에 있어서, 상기 추진장치(6)의 반경 외부 단부 상에 시크닝(80)이 제공되는데 상기 시크닝(80)은 상기 추진장치(6)에 연결되고 버섯형상으로 상기 추진장치를 감싸며 적어도 부분적으로 원주방향으로 상기 플로트(64)너머로 돌출하는 것을 특징으로 하는 선박 추진 시스템.