KR101248290B1 - 측방향 선박 러더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 만곡된 러더 핀에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 러더 핀이 선박의 이동 방향으로 러더 블레이드의 전방에 장착된 프로펠러를 갖지 않은 경우, 핀의 곡선이 러더 핀 주변의 수류에 일치한다.

Description

측방향 선박 러더{LATERAL SHIP'S RUDDER}

본 발명은 선박용 러더 블레이드(rudder blade) 및 본 발명에 따르는 적어도 하나의 러더 블레이드를 구비한 선박에 관한 것이다.

선박이 이동할 때 선박의 선체를 따르는 흐름을 고려하는 경우, 선박의 테이퍼진 선미(stern)에서, 흐름은 선박의 용골 선(keel line)에 정확히 평행하게 연장되지 않고 선박의 선미의 형태를 따르는 것을 명확히 알 수 있다.

따라서, 선박의 선미 영역에서 용골의 선으로부터 측방향으로 이동하여 장착되고 용골의 선에 정확히 평행한 0도 위치로 향하는 종래의 설계의 러더, 즉 간단한 용어로 표현하면 평판은, 경사각에서 그것을 향하는 유입류(afflux flow)를 가지므로 흐름 저항을 일으킨다. 흐름 저항은 높은 연료 소비 및 그에 따른 높은 환경 오염을 의미하거나, 동일한 연료 소비 또는 동일한 엔진 출력에서 저속과 그에 따른 긴 항해 시간을 의미하며 그에 따라 연료 소비가 높아지고 더욱 심각한 환경 오염을 초래하게 된다.

미국 특허 제 5 415 122 호에는, 프로펠러 생성 흐름에 적합한 러더 블레이드가 개시되어 있다. 이 경우에, 프로펠러에 의해 생성된 흐름 방향과, 현(chord) 방향에서의 복수의 프로파일에 특히 적합한 로더가 고려된다. 예컨대, 상기 특허 문헌의 표 1은, 전방에 배치된 프로펠러의 축으로부터 시작하여, 각 프로파일의 높이(Y 위치)가 증가함에 따라 러더 블레이드의 각도가 감소하는 것을 나타내고 있다. 또한, 러드 블레이드의 특수한 형상은, 특히 러더에 의한 난류에 기인하는 효과를 고려한다.

본 발명의 목적은, 흐름면에서 특히 바람직한 용골의 측면 옆에서 선박의 선미 영역에 장착하기 위한 러더 블레이드를 제공하는 것이다.

이 목적은, 선박의 선미, 즉 러더 블레이드의 장착 위치의 영역에서 수류 형태에 적합하도록 본질적으로 비틀린 러더 블레이드에 의해 달성된다. 이러한 러더 블레이드의 이점은, 러더 블레이드의 효율이 높아서, 러더 블레이드가 소형화되고, (하나가 존재하는 한)프로펠러에 대해서 유입 흐름이 향상된다는 것이다.

본 발명에 따르는 효과는, 0°의 러더 블레이드의 위치에서, 즉 정확히 직진 주행하도록 설정된 러더 위치에서, 러더의 유입 흐름각도가 정확히 0°일 때 달성된다.

(여하튼, 수면에서) 흐름이 선박의 선미 영역에서 선체의 형태를 정확히 따르므로, 상부측(선체를 향하는 쪽)에서 러더 블레이드의 정확한 입사각은, 자연히 선미의 기하학적 구성에 의존한다. 비틀림은 아래쪽(선박의 선체로부터 떨어진 측면으로서)을 향해서 점차 감소한다.

현재의 경우에, 러더 블레이드의 상부 영역(선체 부근)은 약 10˚비틀린 반면, 러더 블레이드의 하부 영역(선체로부터 떨어진 곳)은 약 2˚비틀린다. 이 값은 미리설정된 선체 형상의 특정 예에서 1차로 시뮬레이션에 의해 확인된 다음 실험에 의해 확인되었다.

전술한 바와 같이, 비틀림은 선체의 기하학적 형태에 의존하기 때문에, 선체 부근의 러더 블레이드의 영역(상부 영역)에서 20˚까지의 비틀림이 실재하는 것으로 확실히 생각된다. 하부 영역(선체로부터 떨어진 곳)에서 5˚까지의 범위를 확실히 고려할 수 있다.

그러나, 그 점에서, 비틀림이 항상 용골선(keel line)과 관련이 있어야 하는 것, 즉 선체 중앙을 향해야 한다는 것을 명심해야 한다. 따라서, 러더 블레이드는 항상 내측으로 비틀린다.

본 발명에 따라, 선박을 제어하도록 배열된 적어도 하나의 비틀린 러더 블레이드를 구비한 선박에 있어서, 작동 중에 선박의 이동 방향으로 러더 블레이드의 전방에 프로펠러가 배치되지 않은 경우, 각각의 러더 블레이드의 영역에서 블레이드의 비틀림이 수류 형태에 적합한, 선박이 제안된다. 따라서, 러더 블레이드는 선박에 대한 수류에 적합하고, 그 흐름은 그 전방에 장착된 프로펠러에 의해서 생성되지 않는다. 그보다는, 흐름은 가장 중요한 물을 통한 선박으로 의동으로부터 생긴다. 다른 흐름을 고려되지 않거나 발생하지 않는다. 따라서, 일 실시예에 따라, 러더의 전방에 프로펠러가 배치되지 않는다. 다른 실시예에서 상류 위치에 프로펠러가 배치되는 경우, 프로펠러는 작동하지 않는다. 즉, 프로펠러는 작동하지 않고, 예컨대 무부하 회전 상태에 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따라, 용골선에 대해 측방향으로 변위되어 제공된 적어도 2개의 러더 블레이드에 있어서, 블레이드의 비틀림이, 블레이드의 각각의 러더의 영역에서의 선체의 기하학적 구조에 의해 발생되는 수류의 형태에 적합한, 적어도 2개의 러더 블레이드가 제공된다. 물을 통한 선박의 이동은, 선박에 대해서, 크기에 관하여 물을 통과하는 선박의 속도에 거의 대응하는 유동을 제공한다. 특정한 유동 형태는, 선박이 수중에 있는 한, 선박의 선체의 기하학적 구조에 의해 주로 결정된다. 러더 블레이드는 그 유동에 적합하다.

러더 블레이드의 비틀림(twisting)이라는 용어는, 러더 블레이드의 종축을 중심으로 한 회전 이동을 나타내기 위해 사용된다. 그러나, 각각의 특정한 비틀림 각도가, 용골 선에 대한 각각의 높이에서의 러더 블레이드의 각도로서 지정되고, 입사각으로 지칭될 수도 있다.

일 실시예에 따라, 러더 블레이드는, 각각의 러더 블레이드가 선박의 전진 이동에서 유동 방향으로 용골 선쪽을 향하도록, 용골 선에 대한 입사각을 갖는다. 선미를 향해 후방으로 수렴하는 선체 형상에 의해서, 선박의 선미 영역에 일반적인 경우와 같이 로더가 배치되는 경우, 선박이 물을 통해 진항하고 있을 때, 수류도 선박에 대해 후방으로 수렴한다. 이 실시예는 그러한 효과를 고려한다. 따라서, 일직선으로 이동할 때, 러더 블레이드도 용골 선쪽을 향하고 그에 따라 선박의 중심쪽을 향한다.

하나의 형태에 따라, 선박의 선체로부터의 거리가 증가할수록, 각각의 러더 블레이드의 용골선에 대한 입사각은 감소한다. 따라서, 러더 블레이드는 선체의 부근에, 큰 입사각이 존재하고, 이 입사각은 선박의 선체로부터의 거리가 증가할수록, 즉 후방으로 갈수록 감소하도록, 비틀려 있다.

일 실시예에 따라, 입사각 또는 비틀림각은 2˚내지 20˚이다. 이 점에서, 주로 선박의 선체 부근에서 값이 크고 러더 블레이드의 하단에서 값이 작다. 예컨대, 이 각도는 선박의 선체로부터, 선체에서 또는 선체 부근에서 20˚로부터 하단부에서 5˚로 감소하거나, 다른 실시예에서는 10˚로부터 2˚로 감소한다.

하나의 형태에 따라, 선체 부근의 영역에서 입사각 또는 비틀림각은 10°내지 20˚이며, 선체로부터 떨어진 영역에서는 2°내지 5°이다.

바람직하게는, 용골 선의 2측면에 2개의 러더가 각각 대칭적으로 배열된다. 따라서, 하나의 러더는 이동 방향의 우측 및 그에 따른 우현(starboard)에 위치하고 그 대응부는 용골선의 반대측에 위치하지만, 다른 경우에는 동일 장소에 위치한다. 이러한 2개의 러더는, 바람직하게는 상호 대칭 형태, 즉 경상(mirror image) 형태의 상호 대칭 형태이기도 하다.

바람직하게는, 적어도 하나의 매그너스 로터(Magnus rotor)가 선박의 구동장치로서 제공될 수 있다. 이러한 매그너스 로터는, 매그너스 효과를 이용하여 선박의 전진 추력을 발생시킨다. 예컨대, 수직으로 설치되고 고속으로 회전하며 그 둘레에서 바람이 유동하는 실린더가 사용된다. 각가의 풍향 및 회전 방향에 따라, 선박의 전진 추력이 발생한다. 따라서, 프로펠러 이동에 의한 구동이 존재하지 않고, 선체 영역에서 수류가 실질적으로 물을 통한 선박의 이동에 따라 지향되고, 유동 프로파일은 선박의 선체의 기하학적 형상에 의해 결정된다. 그에 따라 러더 블레이드가 설계된다. 선체 영역에서 수류와 연동하지 않거나 실질적으로 연동하지 않는 다른 종류의 구동장치가 사용되는 경우 추가의 바람직한 효과가 또한 발생할 수 있다. 본 발명에 따라, 프로펠러는 예컨대 보조 추진장치로서 제공될 수도 있다. 그러나, 그 경우, 프로펠러가 구동되지 않고 예컨대 무부하 회전상태에 있을 때, 러더 블레이드 또는 블레이들의 설계가 바람직하게 실행된다.

본 발명에 따라, 선박에 사용하도록 제공되는 러더 블레이드도 청구된다.

4개의 도면이 설명을 수반한다. 도면들은 도 1, 2, 3, 4로 확인된다.

도 1은 본 발명에 따르는 러더 블레이드만을 아래로부터 도시한 도면이다.

도 2는 선체 없이(그 위에 배치된) 2개의 러더 블레이드만을 도시한 도면이다.

도 3은 선박의 다른 선미의 약간 수정된 사시도이다.

도 4는 선박의 용골 선의 측방향 옆의 양측에 배치된 2개의 러더 블레이드를 갖는 선박의 선미 영역을 도시한 도면이다.

도면중 도 4는, 선박의 용골 선의 측방향 옆의 양측에 배치된 2개의 러더 블레이드를 갖는 선박의 선미 영역을 도시하고 있다. 러더 블레이드 중 하나는 좌측, 즉 용골선의 포트측에 배열되는 반면, 제 2 러더 블레이드는 우측, 즉 용골 선의 우현측에 배치된다. 이 도면이 나타내는 바와 같이 선박이 단순 범선(sailing ship)인지, 또는 (예컨대, 정확하게는 용골선에)추가의 러더 블레이드를 갖는 적어도 하나의 프로펠러가 존재하는지는, 본 발명에서는 전혀 중요하지 않고, 문제가 되지 않는다.

도면 중 도 3은, 선박의 다른 선미를 약간 수정된 사시도로 도시하고 있다. 포트(좌측) 러더 블레이드가 우측을 향해, 즉 용골선을 향해 비틀려 있는 반면, 우현(우측) 러더 블레이드는 좌측으로, 즉 용골선쪽으로 비틀려 있는 것을, 이 도면으로부터 명확히 알 수 있다. 또한, 선체로부터의 거리가 증가함에 따라 러더 블레이드의 입사각 또는 비틀림각이 감소하는 것을 명확히 알 수 있다. 그러나, 특정 실시예에서, 이것은 러더 블레이드의 (선체로부터 떨어진)하단에서도 0°에 이르지 않고, 항상 2°의 각도를 포함한다.

도 3 및 4로부터 러더의 전방에 프로펠러가 배치되지 않은 것을 알 수 있다. 도시된 실시예에는 프로펠러가 전혀 나타나 있지 않다.

도 2는 선체 없이(그 위에 배치된) 2개의 러더 블레이드만을 도시하고 있다. 이 도면에서 비틀림을 다시 한번 명확히 알 수 있다. 이 도면은 선박의 후미로부터 선미를 향한 도면이다.

도 1은 본 발명에 따르는 러더 블레이드만을 아래로부터 도시하므로, 선박의 용골을 이 러더 블레이드 사이에서 볼 수 있을 것이다. 여기서, (도면에 하방으로 )러더 블레이드의 후단의 비틀림을 명확히 알 수 있다.

Claims (29)

1. 선박을 제어하도록 선미 영역에서 상기 선박의 선체에 배열된 적어도 하나의 비틀린 러더 블레이드(twisted rudder blade)를 포함하고, 선체, 선미 및 상기 선체 중심에 용골 선(keel line)을 갖는 선박에 있어서,

   수류의 형태는 물을 가르는 선박의 곧바른 이동으로부터 기인하며, 선박의 이동 방향으로 러더 블레이드의 전방에 작동중인 프로펠러가 배치되지 않은 경우, 0˚의 러더 위치에서 상기 블레이드의 비틀림이 각각의 러더 블레이드의 영역에서의 수류의 형태에 따라서 조정되고,

   상기 러더 블레이드는, 상기 각각의 러더 블레이드가 상기 선박의 전진 이동에서 수류의 방향으로 용골 선쪽을 향하도록, 상기 용골 선을 향하는 입사각을 가지며,

   상기 용골 선에 대한 상기 각각의 러더 블레이더의 상기 입사각은, 상기 선박의 선체로부터 거리가 증가함에 따라 감소하는, 선박.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 용골 선에 대해 측방향으로 변위된 적어도 2개의 비틀린 러더 블레이드가 설치되고, 수류의 형태는 선체의 외형에 의해 발생되며, 0˚의 러더 위치에서 상기 블레이드의 비틀림은, 각각의 러더 블레이드 영역에서의 수류의 형태에 따라서 조정되는, 선박.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   0˚의 러더 위치에서 상기 용골 선에 대한 상기 각각의 러더 블레이드의 상기 입사각은 2°내지 20°인, 선박.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   0˚의 러더 위치에서 상기 용골 선에 대한 상기 각각의 러더 블레이드의 상기 입사각은, 선박의 선체 부근의 영역에서는 10°내지 20°이고, 선박의 선체로부터 떨어진 영역에서는 2°내지 5°인, 선박.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 용골 선의 양쪽에 2개의 러더가 각각 대칭으로 배열되는, 선박.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   적어도 하나의 매그너스 로터(Magnus rotor)가 선박의 구동장치로서 제공되는, 선박.
7. 선박이 선체 및 상기 선체 중심에 용골 선을 가지며, 상기 선박을 제어하도록 상기 선박의 선미의 영역에서 상기 선박의 선체에 배열된 비틀린 러더 블레이드에 있어서,

   수류의 형태는 물을 가르는 선박의 곧바른 이동으로부터 기인하며, 선박의 이동 방향으로 러더 블레이드의 전방에 작동중인 프로펠러가 배치되지 않은 경우, 0˚의 러더 위치에서 블레이드의 비틀림이 각각의 러더 블레이드의 장착 위치의 영역에서의 수류의 형태에 따라서 조정되고,

   상기 러더 블레이드는, 상기 각각의 러더 블레이드가 상기 선박의 전진 이동에서 수류의 방향으로 용골 선쪽을 향하도록, 상기 용골 선을 향하는 입사각을 가지며,

   상기 용골 선에 대한 상기 각각의 러더 블레이더의 상기 입사각은, 상기 선박의 선체로부터 거리가 증가함에 따라 감소하는, 비틀린 러더 블레이드.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 용골 선에 대해 측방향으로 변위된 적어도 2개의 비틀린 러더 블레이드가 설치되고, 수류의 형태는 선체의 외형에 의해 발생되며, 0˚의 러더 위치에서 상기 블레이드의 비틀림이, 각각의 러더 블레이드의 장착 위치의 영역에서의 수류의 형태를 따르는, 비틀린 러더 블레이드.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,

   상기 입사각은 2°내지 20°인, 비틀린 러더 블레이드.
10. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,

    상기 입사각은, 선체 부근의 영역에서는 10°내지 20°이고, 선체로부터 떨어진 영역에서는 2°내지 5°인, 비틀린 러더 블레이드.
11. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,

    상기 용골선의 2측면에 2개의 러더가 각각 대칭으로 배열되는, 비틀린 러더 블레이드.
12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 용골선의 2측면에 2개의 러더가 각각 대칭으로 배열되는, 비틀린 러더 블레이드.
13. 청구항 3에 있어서,

    적어도 하나의 매그너스 로터가 선박의 구동장치로서 제공되는, 선박.
14. 청구항 4에 있어서,

    적어도 하나의 매그너스 로터가 선박의 구동장치로서 제공되는, 선박.
15. 청구항 5에 있어서,

    적어도 하나의 매그너스 로터가 선박의 구동장치로서 제공되는, 선박.
16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

    상기 러더 블레이드는 상기 용골 선에 대하여 측방향으로 뒤틀린, 선박.
17. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,

    상기 러더 블레이드는 상기 용골 선에 대하여 측방향으로 뒤틀린, 비틀린 러더 블레이드.
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