KR100834881B1 - 선체 및 프로펠러 장치 - Google Patents

Abstract

수상 선박(1)을 위한 선체와 프로펠러 장치는, 적어도 하나의 프로펠러(3)가 구비되고, 또한 선박의 고속도에서 표면 피어싱 상태에 있으며, 그리고 선박의 고속도에서 프로펠러(3)는 단지 프로펠러 날개(11) 또는 그 일부가 물에 잠기는 방식으로 배치되며, 또한 선체(2)는 근본적으로 선체(2)의 길이방향으로 뻗어 있는 적어도 하나의 유선형 돌출부(4)가 구비되며, 또한 돌출부(4)는 그 외형에 관해서는, 그 고물 끝단부(6)에서 근본적으로 적어도 일부는, 돌출부(4)의 길이 방향에 대해 가로로 뻗어 있는 끝단부 모서리(15)를 가지고 있으며, 프로펠러(3)는 끝단부 모서리(15)의 바로 뒤에 위치해 있고, 프로펠러의 일부는 반지름 방향으로 돌출부(4)의 경계설정 표면을 넘어 뻗어 있다. 선박(1)의 고속도에서, 각각의 돌출부(4)는, 근본적으로 돌출부(4)의 표면의 일부로 이루어지고, 끝단부 모서리(15)의 바로 앞에 그리고 돌출부(4)의 바로 바닥에 위치되는, 선박을 위한 지지구역(8)이 형성되는 방식으로 배치된다.

모터보트, 선체, 프로펠러, 서피스-피어싱, 피치각, 리드스루, 고물 끝단부, 지지구역, 유선형 돌출부, 경계설정표면

Description

선체 및 프로펠러 장치{HULL AND PROPELLER ARRANGEMENT}

본 발명은 특허청구범위의 제 1항의 전제부에 따른 선체 및 프로펠러 장치에 관한 것이다.

서피스-피어싱(surface-piercing) 프로펠러가, 즉 보트가 고속으로 주행하는 동안의 프로펠러의 날개가, 프로펠러의 회전 동안에, 선택적으로 수면 위나 아래에 위치되는 것은 수상선박, 특히 고속의 모터보트 분야에 잘 알려져 있다. 서피스-피어싱 프로펠러는 주어진 선체와 주어진 축의 마력으로 완전히 물에 잠긴 프로펠러보다 상당히 고속으로 보트를 구동시킬 수 있다. 서피스-피어싱 프로펠러의 경우 이러한 향상된 성능은 종래의 완전히 물에 잠긴 프로펠러의 경우보다 동력원의 회전력을 선체의 추진력으로 변환하는 것과 관련된 저항이 상당히 작은 것에서 기인한다.

유체동역학적 저항을 감소시키기 위해서는, 보트가 주행하는 중에 가능한 한 작은 부분이 물에 잠기는 것이 바람직하다. 보트의 추진장치에 관한 한, 만일 물에 대해 직접 동력을 전달하는 것에 기여하지 않는 부분이 물 흐름의 외부에 위치한다면 이러한 요구는 아주 큰 정도로 충족된다. 프로펠러에 관한 한, 만일 프로펠러의 날개만이 물에 접촉해 들어가고 프로펠러 허브가 수면 위에 위치된다면 상기 사항이 충족될 수 있다.

미국특허 US 3 793 980은 서피스-피어싱 프로펠러를 갖춘 시스템을 개시하고 있는데, 이 시스템에 의하면 고속도에서, 제어되는 방식으로, 프로펠러 허브가 물 흐름의 외부에 위치되고, 단지 프로펠러 날개만이 물에 접촉해 들어가는 방식이다.

보트가 활수(滑水)할 때, 선체는 물을 아래로 가압하는 힘으로써 수면상에서 작동하고, 상기 선체는 반력에 의하여 물에 의해 지지되므로, 상기 선체와 물의 접촉 구역은 보트가 배수(displacement) 속도로 운행할 때보다 더 작다. 매우 빠른 속도에서, 상기 접촉구역은 상대적으로 매우 작아지고 선체의 가장 뒷쪽에 위치된다. 보트가 활수할 때, 만일 선체가 다수의 접촉구역을 갖도록 설계된다면, 적어도 그들 중 하나는 선체에서 가장 뒷쪽에 위치된다. 예를 들면 만일 보트가 수면의 파도를 가로질러 주행함으로써, 피치방향으로의 연속적인 회전운동으로 보트의 운동이 방해된다면, 회전의 중심은 종종 물과 선체 사이의 고물의 접촉구역에 인접하여 위치된다. 이러한 운동은 고물의 접촉구역으로부터 길이방향으로 이격되어 위치된, 서피스-피어싱 프로펠러가, 기본적으로 상하로 움직이도록 한다. 이 결과 운동동안 물 속에 위치된 프로펠러 부분의 크기가 변하게 된다. 때때로, 상기 프로펠러는 물 밖으로 완전히 상승될 수 있다. 수면에 대한 상기 프로펠러의 수직 운동은 보트의 추진을 방해하고 보트의 추진 원동력이 비효율적으로 사용된다.

종래의 서피스-피어싱 프로펠러 장치를 구비한 보트가 활수추진과 배수 추진 사이의 천이 속도범위를 조금 넘는 상대적으로 저속도로 이동할 때, 선체에 대한 수면의 높이는 선체의 고물에서 즉시 상승된다. 이러한 사항은 상기 구역에 위치된 프로펠러가 상기 속도에서 물에 둘러싸이며 서피스-피어싱 작동 모드를 유지할 수 없게 된다. 상기 보트의 배수 속도에서, 상기 프로펠러도 그 서피스-피어싱 작동 모드를 유지할 수 없게 된다.

종래의 모터보트, 프로펠러, 또는 각각의 프로펠러는 구동축 리드스루(leadthrough)로 부터 일정한 거리, 즉 구동축이 선체의 안쪽으로부터 바깥쪽으로 뻗어있는 위치에 위치된다. 프로펠러를 반지름방향으로 고정하기 위해서, 구동장치는, 예를 들면 베어링 브래킷(bracket)의 형태인, 구조물에 고정되는 베어링과 함께 일반적으로 프로펠러 바로 다음에 구비되어 선체에 고정된다. 구동장치는 또한 구동축 리드스루와 프로펠러에 바로 옆에 장착된다. 프로펠러 및 관련된 고정 구조부용 베어링을 구비한 이러한 종래의 장치는 복수의 구성부품의 사용을 필요로 하고, 추진동안 물의 흐름과 접촉하여 저항의 원인이 된다.

본 발명의 하나의 목적은 수상 선박용 선체와 프로펠러 장치를 제공하는 것으로, 상기 수상 선박은 보트의 추진이 방해되는 것을 감소시킨다.

본 발명의 다른 목적은 수상 선박용 선체와 프로펠러 장치를 제공하는 것으로, 상기 수상 선박은 보트의 추진 동안에 저항을 감소시킨다.

본 발명의 또 다른 목적은 수상 선박용 선체와 프로펠러 장치를 제공하는 것으로, 상기 수상 선박은 종래의 선체 및 프로펠러 장치보다 빠른 속도 범위에서 추진이 효율적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수상 선박용 선체와 프로펠러 장치를 제공하는 것으로, 상기 수상 선박은 각각의 프로펠러용 구동장치의 장착을 단순화시킨다.

본 발명의 목적은 특허청구범위의 제 1항에 기재된 특징을 가진 선박과 프로펠러 장치에 의하여 달성될 수 있다.

선체로부터 돌출하는 부분의 고물 끝단부에서 끝단부 가장자리의 바로 뒤의 각각의 프로펠러의 위치는 상기 프로펠러가, 고속도에서 지지면인 표면에 인접하여 위치되게 하여, 그 결과 예를 들면 보트가 파도를 가로질러 진행함으로써 야기되는, 보트의 피치방향으로의 회전 운동은 프로펠러의 단지 작은 수직 운동만을 초래한다. 그 결과 수면에 대한 프로펠러 날개의 운동이 작아지고, 그리고 보트 추진의 방해가 역시 작아진다.

보트의 속도가 배수 모드와 활수 모드 사이의 천이 속도범위보다 조금 벗어나는 상대적으로 저속도일지라도, 각각의 돌출부의 고물 끝단부에서 각각의 끝단 가장자리의 바로 뒤의 각각의 프로펠러의 위치는 또한 근본적으로 프로펠러의 날개만이 물의 흐름과 접촉해 들어가는 것을 나타낸다.

일 실시예에 따르면, 적어도 비교적 고속의 배수 속도에서, 즉 프로펠러는 그 크기와 위치에 의해 배수 속도에서 서피스-피어싱 상태에 있게 된다.

본 발명에 따르면, 각각의 프로펠러에는 고물 경계설정 표면(aft delimiting surface)과 외주 경계설정 표면(peripheral delimiting surface) 사이의 결합부에서 상대적으로 예리한 허브 모서리를 가진 허브가 설계되어 구비된다. 이러한 허브 모서리는 물의 흐름이 프로펠러로부터 효율적으로 분리되게 한다.

각각의 돌출부의 끝단부 모서리는 물의 흐름이 상기 돌출부로부터 효율적으로 분리되게 한다.

상기 프로펠러의 근처에서, 상기 돌출부의 단면의 적어도 일부는 기본적으로 원의 일부와 같은 형상이며, 그 중심은 반지름방향으로 근본적으로 프로펠러의 중심과 일치한다. 상기 원의 반지름은 근본적으로 프로펠러의 회전시 프로펠러 날개가 프로펠러 허브와 만나는 구역에 의해 생성된 가상의 원의 반경과 일치한다. 이 결과, 제어된 방식으로, 돌출부를 지나 물의 흘러간 표면은, 근본적으로 프로펠러 허브의 주변부와 만난다.

본 발명에 따르면, 선체를 통한 구동축의 리드스루는 프로펠러 허브 바로 다음에 위치되며, 이것은, 선체의 외부에서 관련 고정 구조물과 함께 추가 지지부를 갖는 장치가 필요하지 않기 때문에 프로펠러의 장착을 단순화할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선체와 프로펠러 장치를 구비한 모터보트의 측면과 다소 하부에서 본 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 선체와 프로펠러 장치를 구비한 모터보트의 선미와 다소 하부를 경사져서 본 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 선체와 프로펠러 장치를 구비한 모터보트의 선미와 다소 하부를 도시한 선미에서 본 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시된 모터보트의 선미 부분의 확대도이다.

도 5는 본 발명에 따른 선체와 프로펠러 장치의 도 3에서의 V-V선에 따른 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 선체와 프로펠러 장치의 도 3에서의 V-V선에 따른 단면도이다.

도 1은 선체(2)와 2개의 프로펠러(3)를 가진 모터보트(1)를 도시하고 있다. 2개의 프로펠러(3)는 서피스-피어싱 상태에 있으며 쌍으로 회전(counter-rotating)을 하고 그 구동축은 근본적으로 보트(1)의 길이방향으로 앞으로 뻗어 있다. 선체(2)에는 2개의 돌출부(4)가 구비된다. 각각의 돌출부(4)는 유선형이며 상기 선체(2)의 길이방향으로 뻗어있다. 각각의 돌출부(4)는 전방 끝단부(5)에서 유선형으로 선체(2)의 외형에 동화되는 형상을 가진다. 각각의 전방 끝단부(5)는 길이방향으로, 대략 선체(2)의 중앙에 위치해 있으며, 가로방향으로 선체(2)의 중앙과 그 가장자리 사이에 위치해 있다. 각각의 돌출부(4)는 프로펠러(3)중 하나에 매우 근접해 있고 그 전방에 있는 고물 끝단부(6)까지 뻗어 있다. 선체의 앞부분에서, 선체(2)에는 선체가 다른 곳보다 더 두꺼운 벨리(belly)(7)가 형성되어 있다.

도 2를 살펴보면, 고속도에서, 보트(1)는 상대적으로 작은 지지구역에서 지나가는 물의 흐름에 의해 지지된다. 이와 관련하여 지지구역은 흘러 지나가는 물과 직접적으로 접촉하는 선체(2)상의 구역을 의미하며, 지지구역에서 선체(2)를 강제로 부상시키도록 작용한다. 고속도에서, 도 2에서 빗금구역으로 도시된, 2개의 고물의 지지구역(8)은 본 실시예에 있어서 보트(1) 상에 형성되며 각각은 고물 끝단부(6)로부터 전방으로 상대적으로 짧은 거리만큼 뻗어있는 각각의 돌출부(4)의 표면 부분으로 구성된다. 전방 지지구역은 벨리(7)상에 형성된다.

도 3을 살펴보면, 각각의 프로펠러(3)는 기본적으로 원형판으로 설계되는 비교적 큰 허브(9)로 설계된다.

도 4를 살펴보면, 허브(9)는 그 외주에서, 실린더를 형성하고, 그 길이는 상기 허브(9)를 형성하는 판의 두께와 기본적으로 일치하는 외주 경계설정 표면(10)을 가지고 있다. 본 실시예에서는 16개인, 다수의 프로펠러의 날개(11)는, 외주 경계설정 표면(10)으로부터 반지름방향으로 뻗어있다.

도 5를 살펴보면, 허브(9)는 기본적으로 반지름방향으로 뻗어있고 외주 경계설정 표면(10)에 대해 근본적으로 직각으로 된 고물 경계설정 표면(12)을 가지고 있다. 고물 경계설정 표면(12)과 외주 경계설정 표면(10) 사이의 결합부에서, 비교적 예리한 허브 모서리(13)가 형성된다. 이러한 허브 모서리(13)는 프로펠러(3)로부터의 물의 흐름이 효율적으로 분리되게 한다.

각각의 돌출부(4)의 횡단면은 적어도 고물 끝단부(6)에서, 근본적으로 부분원형이다. 고물 끝단부(6) 가까이에서, 상기 횡단면의 반지름은 허브(9)의 바깥 반지름과 기본적으로 대응하고, 상기 횡단면에 의해 한정된 원의 중앙은 상기 프로펠러의 중앙과 반경방향에서 기본적으로 일치한다. 고물 끝단부(6)에서, 각각의 돌출부(4)는 프로펠러 디스크에 근본적으로 평행한 끝단부 표면(14)을 형성한다. 끝단부 표면(14)과 끝단부(14) 바로 전방의 외부표면 사이의 결합부에서, 비교적 예리한 끝단부 모서리(15)가 형성된다. 이러한 끝단부 모서리(15)는 돌출부(4)로부터의 물의 흐름이 효률적으로 분리되게 한다. 끝단부 모서리(15)와 프로펠러(3) 사이의 거리는 실제 가능한 점을 고려하여 최소화된다. 어떠한 경우에서도, 상기 거리는 프로펠러 날개(11)의 길이보다 상당히 작다.

도 6을 살펴보면, 본 발명에 따른 추진장치의 하나의 효과가 도시되었다. 물의 흐름은 보트(1) 아래의 선으로 도시되어 있다. 고물 끝단부(6)에 가까운 돌출부(4)의 횡단면의 반경이 근본적으로 허브(9)의 바깥 반지름과 일치하고 프로펠러(3)가 고물 끝단부(6)의 바로 뒤에 위치하기 때문에, 물의 흐름의 표면은 고속도에서 프로펠러 날개(11)가 허브(9)의 외주 경계설정 표면(10)과 만나는 구역에 위치된다.

만일 고속도에서, 예를 들면 보트(1)가 파도 속을 주행하여 야기되는, 보트(1)의 상하요동 운동이 발생한다면, 근본적으로 고물 지지구역(8)에 위치된 수평축에 대하여 가로 방향으로 회전이 발생할 것이다. 각각의 프로펠러(3)는 각각의 고물 지지구역(8) 바로 뒤에 위치하여 회전 중심에 가까이 위치하므로, 상기 회전 운동은 프로펠러(3)의 단지 작은 수직 운동만을 야기한다.

도 5는 프로펠러(3)의 일부가 선체(2)에서의 홈(16)에서 어떻게 위치하는지 도시하고 있다. 본 발명에 따르면, 선체(2)를 통한 구동축(17)의 리드스루(18)는 프로펠러 허브(9)의 바로 다음에 위치되며, 이것은 선체(2)의 외부에서 관련 고정 구조물과 함께 추가적인 베어링을 가지는 장치가 필요없게 하기 때문에 프로펠러(3)의 장착을 단순화한다.

각각의 돌출부(4)의 바로 뒤에 각각의 프로펠러(3)를 위치시키는 것과 프로펠러의 수직 위치설정은 보트(1)의 적어도 비교적 큰 배수 속도에서도 프로펠러가 서피스-피어싱 상태에 있도록 한다. 각각의 프로펠러가 비교적 크다는 것 또한 이러한 것에 기여한다.

실시예에서 설명된 모터보트(1)에는 선체(2)를 가로지르는 방향으로 서로 이격되어 위치되는 2개의 프로펠러(3)가 구비된다. 이들 프로펠러는 모터보트(1)가 주행하는 동안 프로펠러 날개(11)의 피치각이 각각의 프로펠러에 대해 개별적으로 조정될 수 있는 방법으로 배열된다. 결과적으로 보트(1)의 조정은 방향타 없이도 이루어질 수 있다. 방향타가 없으면 보트(1)가 주행하는 동안 물과 접촉하는 부분이 감소되고 이러한 방법은 보트(1)가 추진하는 동안에 저항을 감소시킨다.

각각의 프로펠러(3)의 날개(11)는 주행하는 동안 프로펠러 날개가 보트의 주행 속도에 적응되도록 피치각이 조정될 수 있는 방식으로 바람직하게 배열되며, 결과적으로, 보트의 추진 원동력의 더욱 효율적인 이용을 야기한다.

Claims (6)

1. 수상선박이 고속일 때, 서피스-피어싱 상태에 있고, 수상선박(1)이 고속일 때 단지 프로펠러의 날개(11) 또는 그 일부만이 물에 잠기는 방식으로 배치되는 2개의 프로펠러(3)가 구비되어 있고,

   - 선체(2)에는 상기 선체(2)의 길이방향으로 뻗어있는 2개의 유선형의 돌출부(4)가 구비되어 있고,

   - 상기 각각의 돌출부(4)는 그 외형에 의해 고물 끝단부(6)에서 상기 돌출부(4)의 길이방향에 대하여 가로질러서 전체적으로 또는 부분적으로 뻗어 있는 끝단부 모서리(15)를 가지고 있고,

   - 상기 각각의 프로펠러(3)는 상기 돌출부(4)의 각각의 끝단부 모서리(15)의 바로 뒤에 위치하고, 및

   - 상기 각각의 프로펠러(3)의 일부는 반지름 방향으로 상기 각각의 돌출부(4)의 경계설정 표면을 넘어서 뻗어 있는 수상선박(1)용 선체와 프로펠러 장치에 있어서,

   - 상기 각각의 돌출부(4)는 상기 선체(2)의 중앙에 위치된 전방 끝단부(5)로부터 길이방향으로 고물 끝단부(6)까지 뻗어있고,

   - 상기 선체(2)에는 벨리(7)가 구비되어 있고, 및

   - 상기 벨리(7)와 상기 돌출부(4)는, 상기 수상선박(1)이 고속일 때, 상기 수상선박(1)용 고물의 지지구역(8)이 상기 돌출부(4)에 각각 형성되고, 각각의 상기 고물 지지구역이 상기 각각의 돌출부(4)의 표면 일부분으로 이루어지고, 이 표면 일부분이 상기 끝단부 모서리(15)의 바로 전방과 상기 돌출부(4)의 가장 밑바닥에 위치되고, 그리고 전방 지지구역이 상기 벨리(7)에 형성되고 상기 선체를 부상시키도록 힘이 작용하는 상기 지지구역을 지나서 유동하는 물에 의해서 상기 수상선박이 지지되는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 수상 선박용 선체와 프로펠러 장치.
2. 제 1항에 있어서, 각각의 프로펠러(3) 근처에 있어서 상기 각각의 돌출부(4)의 단면의 전체 또는 일부의 형상은 원의 일부분과 같은 형상이고, 상기 프로펠러(3)에 인접한 이 원의 중심은 반지름방향에서 상기 프로펠러의 중심과 일치하고, 상기 프로펠러(3)에 인접한 이러한 원의 반지름은 상기 프로펠러의 외주의 반경보다 더 작은 것을 특징으로 하는 선체와 프로펠러 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 프로펠러(3)에 인접한 상기 돌출부(4)의 단면에 의하여 형성된 상기 원의 반지름은 상기 프로펠러(3)가 회전할 때 상기 프로펠러 날개(11)가 프로펠러 허브와 만나는 구역에 의하여 생성되는, 가상의 원의 반경과 같은 것을 특징으로 하는 선체와 프로펠러 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 프로펠러(3)는 상기 프로펠러 날개(11)와 관련하여 큰 허브(9)를 갖고 있고, 상기 허브(9)는 그 외주에서, 실린더와 같은 형상의 외주 경계설정 표면(10)을 갖고 있고, 상기 허브(9)는 고물 경계설정 표면(12)을 갖고 있고, 상기 고물 경계설정 표면(12)과 상기 외주 경계설정 표면(10) 사이의 접합부는 예리한 허브 모서리(13)로 설계되는 것을 특징으로 하는 선체와 프로펠러 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 프로펠러(3)는 상기 선체(2)를 가로지르는 방향으로 서로 일정한 거리를 두고 위치되고, 상기 프로펠러는 상기 수상 선박(1)이 운행중일 때, 상기 프로펠러 날개(11)의 피치각이 각각의 프로펠러(3)에 대해 서로 독립적으로 조정되는 방식으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 선체와 프로펠러 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 선체(2)를 통하는 구동축(17)의 리드스루(18)는 프로펠러 허브(9)에 바로 인접하여 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 선체와 프로펠러 장치.

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