KR102078197B1 - 노즐의 출구에서 만곡된 후미 가장자리를 갖는 노즐을 포함하는 해양 선박용 추진 유닛 - Google Patents

Abstract

해양 선박의 추진 및 기동을 위한 추진 유닛(11)이 개시되는데, 이는 노즐(12)의 출구에서 만곡된 후미 가장자리(12)를 갖는 노즐(12)을 포함하며, 이 결과, 노즐(12)을 뒤에서 볼 때, 노즐(12)의 길이는 이 노즐(12)의 상측부에서 더 길고 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점에서 가장 짧게 되어 있다.

Description

노즐의 출구에서 만곡된 후미 가장자리를 갖는 노즐을 포함하는 해양 선박용 추진 유닛{PROPULSION UNIT FOR MARITIME VESSEL INCLUDING A NOZZLE EXHIBITING A CURVED FOLLOWING EDGE AT THE OUTLET OF THE NOZZLE}

본 발명은 청구항 1 의 전제부에 따른, 해양 선박을 추진시키고 기동시키기 위한 추진 유닛에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 노즐의 출구에서 만곡된 후미 가장자리를 갖는 노즐이 제공되는 추진 유닛에 관한 것이다.

주변 로터부에서 고정되는 프로펠러부를 포함하는 추진 유닛이 알려져 있는데, 그 로터부의 주변에는 자기장을 제공하기 위한 영구 자석 또는 권선들이 배치된다. 로터부는 전기 모터의 로터를 구성하고 주변 스테이터부의 내부에 위치되는데, 이 스테이터부에는 프로펠러부의 회전을 일으키기 위한 자기장을 발생시키기 위해 자기 장치 또는 권선이 제공되어 있다.

US 5,220,231 에는 해양 선박용의 그러한 추진 유닛이 개시되어 있다. 이 추진 유닛은 중심에서 지지되는 프로펠러부를 갖는데, 이 프로펠러부는 중심부와 반경 방향 외측에 위치되는 링(스테이터부로부터 반경 방향으로 작은 거리를 두고 회전함) 사이에서 반경 방향으로 연장되어 있는 프로펠러 블레이드를 갖는다.

선박의 추진과 기동을 위한 모든 종류의 추진 유닛을 사용하기 위한 동력 요건을 줄이는데 대한 관심이 증가하고 있다. 환경 친화적인 가스의 배출 및 연료 비용에 대한 더 높은 요구가 증가하고 있는데, 이 결과, 새로운 방안의 개발, 특히 프로펠러 블레이드의 최적화 및 선박 추진을 위한 하이브리드 시스템의 개발에 대한 관심이 높아지고 있다.

개선에 대한 노력이 이루어지고 있는 다른 분야는 추진 유닛의 노즐이다.

GB1600994 에는, 유동 속도가 최고일 때 개선된 유체역학적 특성을 통해 마찰을 줄이기 위해 노즐의 입구와 출구 모두에서 프로파일을 변화시켜 길이 연장이 변하는 노즐을 갖는 고정식 프로펠러 노즐이 알려져 있다. 프로펠러의 앞에서 가변적인 노즐 프로파일, 따라서 만곡된 입구를 가짐으로써, 프로펠러에 들어가는 유입 유동이 변화게 된다. 그러한 변화는 이미 선체에 존재하고 GB1600994 에 있는 방안은 이러한 변화를 줄이려 하고 있다. 그러한 가변적인 노즐 입구를 가지면, 노즐 입구를 주어진 선체에 적합하게 하기 위해 많은 분석 작업이 필요하게 된다. 그 노즐은 다른 선체 또는 다른 곳에 적용될 때 일을 더욱 악화시킨다. 다시 말해, 이 방안은 이것이 사용될 각각의 선박에 적합하게 되어야 하므로 대량 생산에는 적합하지 않다.

GB502564 에는, 노즐의 앞과 뒤 모두에서 가변적인 길이를 가지며 또한 가능한 한 많은 물을 프로펠러 안으로 유입시키기 위해 "항공기 모터" 형상 또는 타원형을 갖는 회전가능한 프로펠러 노즐이 기재되어 있다.

US 5,220,231 에서 보는 바와 같이, 전체 노즐 주의에서 일정한 길이가 유지되는 노즐을 사용하는 것이 가장 일반적이다. 이러한 노즐과 관련한 주된 단점으로, 추진 유닛은 회전 중에 선체 아래에서 큰 공간을 필요로 하고 또한 그 결과 추진 유닛이 더 무겁게 된다는 것이다.

그러므로, 종래 기술에 비해 더 작은 중량을 가짐과 동시에 충분한 강도를 갖는 추진 유닛, 바람직하게는 회전가능한 추진 유닛을 제공할 필요가 있다.

또한, 베어링 장치를 윤활하기 위한 수단의 공급을 위해 더 큰 내부 공간을 갖는 추진 유닛을 제공할 필요가 있는데, 이는 종래 기술은 해결하지 못하는 과제이다.

또한, 종래 기술의 경우에 비해 개선된 힘/진동 흡수 특성을 갖는 추진 유닛을 제공할 필요가 있는데, 이는 특히 선박이 고속으로 움직이고 있을 때 추진 유닛이 밖으로 회전할 때 존재한다.

그러한 추진 유닛에서 영구 자석 모터를 사용하는 것이 일반적인데, 이 결과, 원칙적으로 노즐은 제한된 재료 두께를 갖게 되며, 그래서, 재료에서 응력이 허용가능한 수준으로 유지되도록 더욱 중실인 노즐이 필요하게 된다.

본 발명의 주 목적은, 종래 기술의 상기 단점들을 해소하는, 선박의 추진 및 기동을 위한 추진 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 이와 같은 추진 유닛에 영향을 주는 유체역학적 힘을 처리하기 위한 증가된 강도를 갖는 추진 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 목적은, 노즐 및 이 노즐을 선박의 선체 또는 조향 장치에 장착하기 위한 체결 장치의 재료에 대해 허용가능한 응력 수준을 유지하는 추진 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 종래 기술에 비해 더 낮은 중량을 가지며 동시에 충분한 강도를 갖는 추진 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 허브와 베어링 장치에 윤할 수단을 공급함에 있어 종래 기술에 비해 개선된 특성 및 증가된 안정성을 갖는 추진 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한, 선체 아래에서 회전하는 중에 더 작은 공간을 필요로 하는 추진 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 더 중실인 스테이의 배치 및 윤활 수단의 증가된 공급을 위해 이용될 수 있는 내부 부피가 종래 기술에 비해 증가된 추진 유닛을 제공하는 것이다 .

본 발명에 따른 추진 유닛은 청구항 1 에 기재되어 있다. 이 추진 유닛의 바람직한 특징들은 나머지 청구항들에 기재되어 있다.

본 발명에서, 해양 선박을 추진시키고 기동시키기 위한 본 발명에 따른 추진 유닛이 제공되는데, 이 추진 유닛은 선박의 선체에 배치되거나 또는 상기 추진 유닛을 0 내지 360도로 제한된 도수로 회전시키고 추진 유닛을 피봇 운동시키며 또한 선박의 선체 내외로 선회시키기 위한 조향 장치에 체결되는데 적합하게 되어 있다. 이는 예컨대 전방위 추진기(azimuth thruster)라고도 하는 수직 회전 추진기이다.

추진 유닛은 노즐을 포함하고, 이 노즐에는 전기적으로 또는 유압식으로 구동되는 프로펠러부가 선박의 추진 및 기동을 위해 배치되어 있다.

본 발명은, 축 시일링 및 베어링 장치와 같은, 프로펠러와 관련된 허브 및 베어링 장치에 윤활 수단을 더 간단하게 더 많이 또한 더 안전하게 공급할 수 있는 추진 유닛을 제공하고자 한다. 이와 같은 윤활은 프로펠러의 앞과 뒤 모두에 있는 스테이(stay)를 통해 이루어져야 한다.

프로펠러 뒤에 있는 모든 스테이는 프로렐러 축에서 나오는 큰 추진력이 위쪽으로 더 가기 전에 그 추진력을 노즐에 전달하는 역할을 한다. 이들 힘의 대부분을 받기 위해 프로펠러의 뒤에서 주로 수직 하방으로 연장되어 있는 스테이를 배치하는 것이 유리한데, 왜냐하면 그 힘은 어떤 경우에도 위쪽으로 가려하기 때문이다. 가장 큰 힘은 축방향으로 작용하는 프로펠러의 축방향 추력이며, 이 힘을 전달하기 위해서는 스테이의 프로파일이 축방향으로 길게 되어 있는 것이 유리하다. 이를 달성하기 위해, 프로펠러 뒤에서 노즐에는 이 노즐의 상측부에서 여분의 길이가 제공되어야 한다.

위에서 언급한 바와 같이, 상기 윤활 수단은 아래쪽으로 허브 및 베어링 장치에 공급되는데, 이는 노즐의 상측부로부터 주로 수직 하방으로 연장되어 있는 스테이를 통해 수행하는 것이 가장 간단하다. 이를 달성하기 위해서는, 스테이는 힘만 받도록 배치되는 다른 스테이 보다 큰 내부 부피를 갖는 것이 필요하다. 스테이가 프로펠러 뒤의 격렬한 물 흐름 중에서 유체역학적으로 작용하기 위해서는, 이 스테이의 두께/현(cord)길이 비를 작게 유지하는 것이 중요하다. 따라서, 그 스테이가 더 두꺼워져 큰 내부 부피를 가지면 또한 더 길어야 할 것이다. 이를 달성하기 위해, 노즐의 상측부는 프로펠러 뒤에서 여분의 길이를 가져야 한다.

이와 같은 추진 유닛에 영향을 주는 큰 유체역학적 힘이 있다. 프로펠러에서 큰 힘이 나오고 노즐에서도 큰 힘이 나온다. 특히, 선박이 높은 속도를 가지면서 추진 유닛이 밖으로 선회할 때 측방력이 발생한다. 추진 유닛은 체결 장치에 의해 정상부에서만 고정되어 지지되고 방향키가 종종 갖는 것과 같은 아래의 지지는 없으므로, 이들 힘 모두는 노즐로부터 체결 장치를 통해 위로는 선체 또는 추진 유닛을 위한 조향 장치에 전달되어야 한다. 이러한 종류의 추진 유닛은, 특히 영구 자석 모터를 포함할 수 있으므로, 노즐의 재료 두께는 원칙적으로 제한된다. 따라서, 노즐과 체결 장치 사이의 연결부에서는, 힘을 전달하고 동시에 노즐과 체결 장치의 재료에서 허용가능한 응력 수준을 유지하기 위해 더 큰 재료 두께가 필요하다. 이를 달성하기 위해, 노즐은 상측부에서 증가된 재료 두께를 가져야 하며, 노즐의 두께/현길이 비를 작게 유지하기 위해 상측부에서 노즐의 길이를 증가시켜야 한다.

종래 기술에서 사용되는, 이에 대한 대안은, 전체 노즐 주위에서 일정한 크기의 길이를 유지하는 것인데, 하지만 이는 몇가지 단점을 갖는데, 특히 그러한 경우 추진 유닛은 회전시 선체 아래에서 더 많은 공간을 필요로 하며, 이 결과 추진이 유닛이 더 무겁게 된다.

이와 같은 추진 유닛은 일반적으로, 노즐의 상측 표면으로부터 위로 선박의 선체 또는 조향 장치까지 연장되어 있는 스템의 형태로 되어 있는 체결 장치를 포함한다. 2012년 3월 14에 "해양 선박용 추진 유닛" 이라는 명칭으로 출원된 본 출원인의 특허 출원에는, 수직 중심 축선 주위에서 옆으로 서로 반대쪽에서 또는 평행하게 추진 유닛의 노즐의 상측 표면으로부터 연장되어 고정용 플랜지에서 끝나 개구를 제공하는 두개의 스템으로 형성된 체결 장치가 기재되어 있으며, 그 개구는 추진 유닛에 개선된 유체역학적 성능을 제공하게 된다. 이러한 체결 장치가 도 5 ∼ 8 에 나타나 있다. 노즐과 선체 사이에 이와 같은 2개의 스템이 있으면, 물은 이들 두 스템 사이를 흐르게 될 것이다. 물은 상기 두 스템 사이의 부피가 가장 작은 곳에서 더 높은 속도로 가속될 것이다. 스템 사이의 부피가 다시 증가하면 물은 이 부피 증가에 대응하여 감속된다. 이러한 감속은 물에서 회전, 역류 및 난류를 생기게 하는 경향이 있으며, 이 때문에 항력이 증가 된다. 따라서, 물의 이 감속은 가능한 한 완만하게 일어나는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위해, 스템들은 곡률을 갖고 이 곡률은 가장 짧은 거리 후에 그 스템들 사이의 거리가 완만히 증가하도록 되어 있는 것이 중요하다. 다른 방안은, 노즐이 스템들 사이의 영역에서 아래쪽으로 서서히 만곡되도록 상측부에서 노즐을 후방으로 연장시키는 것이다.

회전가능한 추진 유닛을 위해 중요한 다른 때는, 회전(방위)과 관련하여 필요한 공간이 가능한 한 작은 것이다. 회전(방위)에 필요한 공간을 최소화하기 위해, 노즐을 뒤에서 볼 때 노즐 출구에 있는 후미 가장자리가 노즐을 통과하는 수평 중심 축선을 따라 볼 때 최외측 지점에서 짧게 되어 있는 것이 바람직하다. 이는, 방위 축선이 조향 모멘트를 줄이기 위해 다소 앞에 배치되어 있기 때문이며, 그래서 회전 중에 공간을 요구하는 것은 노즐의 후미 가장자리이다.

노즐이 충분한 강도를 갖도록, 노즐의 하측부는 바람직하게는 노즐의 바닥 지점에서 좀더 길게 되어 있다. 추진 유닛이 가능한 한 낮은 중량을 갖게 하고자 한다면, 노즐은 노즐의 상측부에서 보다 바닥부에서 더 ?은 길이를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은 전술한 바와 같은 중심 베어링 방안에 한정되지 않고, 추진 유닛은 주변에서 지지되는 프로펠러부, 즉 베어링 장치의 정지부는 스테이터에 고정되고 베어링 장치의 회전부는 로터에 고정되는 베어링 장치를 또한 포함할 수 있다.

다시 말해, 본 발명에 의하면, 노즐의 출구에서 만곡된 후미 가장자리를 갖는 노즐을 갖는 추진 유닛이 제공되며, 노즐을 뒤에서 볼 때, 노즐의 길이는 이 노즐의 상측부에서 가장 길고 노즐을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점에서 가장 짧게 되어 있다. 이렇게 해서, 노즐은 그의 상측부에서 가장 길고 또한 노즐을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점을 향해 감소하는 길이로 연장되고 다음에는 노즐의 가장 짧은 길이 보다 좀더 긴 길이를 갖는 노즐의 바닥부를 향해 증가하는 길이를 갖게 해주는 만곡된 후미 가장자리를 노즐이 갖게 된다.

본 발명에 따른 추진 유닛으로, 노즐의 상측부에 더 큰 내부 공간이 생기게 되는데, 따라서, 예컨대 더 큰 내부 공간을 갖는 스테이를 배치하여, 허브 및 베어링 장치에 윤활 수단을 더 간단하게 더 많이 또한 더 안전하게 공급할 수 있다. 힘을 받기 위한 더 중실이고 더 강한 스테이를 배치하기 위한 더 큰 공간이 얻어지며, 그래서 노즐과 체결 장치의 재료에서 허용가능한 응력 수준이 유지되며, 이 결과 작동 시간과 안전이 증가 된다. 추진 유닛이 선체 아래에서 회전될 때의 공간이 감소되며, 추진 유닛에 작용하는 측방력이 더 작기 때문에 추진 유닛을 회전시키기 위한 조향 모멘트는 더 작게 되며, 또한 더 가벼운 추진 유닛이 얻어진다. 이 결과, 추진 유닛의 크기는 더 낮은 조향 모멘트에 맞게 될 수 있다. 추진 유닛의 조향 모멘트는 더 작은 추진 유닛에 맞게 되어야 하며, 이 결과 더 저렴한 추진 유닛이 얻어진다.

추진 유닛에 노즐의 만곡된 후미 가장자리를 제공해도 프로펠러가 부하를 받는 경우 통상적인 경우 보다 더 많은 진동이 생기지는 않을 것이며, 그래서 이는 소음과 진동에 영향을 주지 않을 것이고, 동시에 상기한 이점들을 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 특징 및 상세는 이하의 예시적인 설명으로부터 명확히 알 수 있을 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더 자세히 설명하도록 한다.

도 1 은 해양 선박을 추진시키고 기동시키기 위한 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 추진 유닛을 뒤에서 비스듬히 본 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 있는 추진 유닛의 정면도이다.
도 3 은 도 1 및 2 에 있는 추진 유닛의 측면도이다.
도 4 는 도 1 ∼ 3 에 있는 추진 유닛을 도 2 에 있는 선 A - A 을 따라 취해 본 단면도이다.
도 5 는 해양 선박을 추진시키고 기동시키기 위한 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 추진 유닛을 뒤에서 비스듬히 본 사시도이다.
도 6 은 도 5 에 있는 추진 유닛의 정면도이다.
도 7 은 도 5 및 6 에 있는 추진 유닛의 측면도이다.
도 8 은 도 5 ∼ 7 에 있는 추진 유닛을 도 6 에 있는 선 A - A 을 따라 취해 본 단면도이다.
도 9a ∼ 9b 는 도 1 및 5 에 있는 추진 유닛을 위쪽에서 본 것으로, 추진 유닛이 방위 축선을 중심으로 회전할 때 선체 아래에서 필요한 공간을 보여준다.

이제 도 1 및 2 를 참조하면, 해양 선박을 추진시키고 기동시키기 위한 본 발명에 따른 추진 유닛(11)의 제 1 실시 형태가 나타나 있는데, 이 추진 유닛은 선박의 선체에 배치되거나 또는 상기 추진 유닛을 0 내지 360도 회전시키고 경사 운동시키며 또한 선박의 선체 내외로 선회시키기 위한 조향 장치에 배치된다. 추진 유닛(11)은 프로펠러부(13)를 갖는 관형 노즐(12)을 포함하며, 그 프로펠러부는 중앙 허브(14)를 가지며, 이 허브(14)는 허브의 앞뒤에서 노즐(12)에 고정되어 있는 스테이(15, 16)에 의해 노즐(12)에 회전가능하게 지지된다. 나타나 있는 실시 형태에서, 앞쪽에 4개의 스테이(15)가 사용되고 뒤쪽에서는 5개의 스테이(16)가 사용되지만, 앞쪽과 뒤쪽에 있는 스테이의 수는 물론 이와는 다를 수 있다. 스테이(15, 16)의 주 기능은 힘을 받는 것이다.

도 2 에서 볼 수 있는 바와 같이, 프로펠러부(13)는 4개의 프로펠러 블레이드(13a)를 포함하는데, 하지만 물론 더 적거나 더 많은 프로펠러 블레이드를 포함할 수도 있다. 프로펠러 블레이드(13a)는 중앙 허브(14)와 프로펠러부(13)를 둘러싸는 환형 로터부(미도시) 사이에서 주로 반경 방향으로 연장되어 있고, 그 로터부에 프로펠러 블레이드(13a)가 고정된다. 환형 로터부는 스테이터부(미도시) 내부에서 바람직하게는 노즐(12)에 있는 오목부에 회전가능하게 배치되며, 따라서 로터부는 노즐(12)을 통과하는 물 흐름의 외부에 위치된다. 많은 영구 자석들이 로터부의 외주에 배치된다. 이들 영구 자석은 스테이터부에 고정되어 있는 복수의 권선으로부터 짧은 거리 떨어져서 위치되며, 그래서, 로터부 및 그래서 또한 프로펠러부(13)의 제어가능한 그리고 조정가능한 회전을 위해, 상기 자석에 힘을 가하는 자기장이 권선에 전기를 공급하여 발생될 수 있다. 로터부의 외부 표면과 스테이터부의 맞은 편 내부 표면 사이에는 틈이 있는데, 추진 유닛(11)이 물에 잠수되면 그 틈은 물로 채워질 것이다. 틈에서 감소된 손실을 얻기 위해 그 틈내의 물을 대체하기 위한 가스를 이용하는 방안도 있다. 이러한 점은 당 기술에서 알려져 있다.

추진 유닛(11)에는, 이 추진 유닛(11)을 상기 선박의 선체 또는 조향 장치에 배치하기 위한 체결 장치(17)가 또한 제공되어 있다. 이 본 발명에 따른 추진 유닛(11)을 위한 이 체결 장치(17)는 제 1 실시 형태에서 스템(18)을 포함하는데, 이스템은 적절한 체결 수단(미도시)에 의해 노즐(12)의 상측 표면에 배치되며, 선체 또는 조향 장치 상의 체결 지점에 연결되는 측에서 상기 스템에는 고정용 플랜지(19)가 제공되어 있다. 후술하는 바와 같이, 체결 장치(17)는 2개의 스템(18a, 18b)(도 5)을 포함할 수 있다.

이제, 본 발명에 따른 추진 유닛(11)의 제 2 실시 형태를 나타내는 도 5 를 참조한다. 이 제 2 실시 형태에서, 체결 장치(17)는, 적절한 체결 수단(미도시)에 의해 노즐(12)의 상측 표면에 배치되는 2개의 스템(18a, 18b)을 포함하는데, 이 스템(18a, 18b)은 수직 중심 축선(도 6 에 나타나 있는 단면 축선 A - A 과 일치함) 주위에서 옆으로 서로 반대쪽에서 또는 평행하게 노즐(12)로부터 위쪽으로 연장되어 고정용 플랜지(19)에서 끝난다.

제 1 실시 형태의 스템(18)과 제 2 실시 형태의 스템(18a, 18b)은 유체역학적으로 최적이되도록 바람직하게는 날개 형상 또는 방향키 형상의 설계를 가지며, 따라서 불필요한 난류, 소음 또는 진동을 일으키지 않는다.

2개의 스템(18a, 18b)을 갖는 방안에서, 이들 스템(18a, 18b) 및 고정용 플랜지(19)는 노즐(12) 위쪽에서 개구(20)(도 6)를 형성하게 되는데, 이 개구는 물이 노즐(12)의 외부를 지나 흐를 수 있게 해준다.

다른 이점으로서, 노즐(12)의 외부를 지나는 물이 스템(18, 18a, 18b)을 만나 뒤로 힘을 받아 노즐(12) 안으로 들어가는 것을 막기 위해, 제 1 실시 형태의 스템(18)과 제 2 실시 형태의 스템(18a, 18b)은 노즐(12)의 전방부로부터 떨어져 배치된다.

유체역학적 개구(20)가 형성되도록 고정용 플랜지(19)에서 끝나는 두 스템(18a, 18b)이 사용되는 체결 장치(17)를 사용하면 많은 이점을 얻을 수 있다. 특히 이는 노즐(12)의 정상부에서 난류 유입을 상당히 감소시킬 수 있는데, 이 결과, 추진 유닛(11)의 작동 조전이 개선되고, 이로 인해 프로펠러부(13)는 상당히 개선된 효율을 갖게 될 것이며, 이에 따라 추진 유닛(11)을 구동시키기 위한 동력 요건이 상당히 감소될 것이다. 다른 이점으로서, 힘과 진동을 받는 2개의 스템(18a, 18b)이 있기 때문에 크고 무거운 스템이 필요 없고 또한 이들 스템(18, 18a, 18b)은 고정용 플랜지(19)와 함께 강성적인 구조를 제공하므로, 추진 유닛(11)의 중량이 감소된다. 스템이 하나만 있는 경우 그 스템의 크기는 모든 힘과 진동을 받도록 되어야 하는데, 그러면 추진 유닛은 더 무겁게 될 것이다.

이제 제 1 실시 형태를 위한 도 1 및 3 과 제 2 실시 형태를 위한 도 5 및 7 을 참조한다. 본 발명에 따르면, 추진 유닛(11)은 만곡된 후미 가장자리(21)를 포함하는데, 이 결과, 노즐(12)을 뒤에서 볼 때, 노즐(12)의 길이는 이 노즐(12)의 상측부에서 가장 길고 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점에서 가장 짧다.

후미 가장자리(21)의 증가된 길이로 인해, 노즐(12)의 상측부에는 더 많은 공간이 제공되며, 따라서, 허브(14) 및 베어링 장치에 윤활 수단을 공급하기 위한 증가된 공간이 얻어지는데, 예컨대 이 증가된 공간은 여러 개의 또는 더 큰 오일 공급부의 배치에 이용된다.

허브(14)와 베어링 장치에 대한 윤활 수단의 공급은, 노즐의 상측부/상측 지점으로부터 아래로 주로 수직하게 연장되어 있는 스테이(16a)에 의해 가장 간단하게 행해질 수 있다. 오일과 같은 여러 또는 더 많은 양의 윤활 수단을 전달하기 위해, 스테이(16a)는 다른 스테이(16)에 비해 더 큰 내부 부피를 갖는 것이 필요하다. 프로펠러부(13) 뒤에 있는 노즐(12)의 상측부의 길이가 보통의 노즐의 경우 보다 길게 되어 있으므로, 노즐(12)이 더 긴 상측부를 갖지 않는 경우에 얻을 수 있는 것 보다 더 큰 내부 부피를 갖는 스테이, 즉 더 두껍고/더 중실이고 또한 더 긴 스테이(16a)을 가질 수 있다. 또한, 이 스테이(16a)는 프로펠러부(13)의 뒤의 격렬한 물 흐름에서 유체역학적 특성을 갖는데, 이는 스테이(16a)의 프로파일의 두께/현(cord) 길이 비를 작게 유지하여 얻어진다.

프로펠러부(13) 뒤에 있는 스테이(16a)의 주된 임무는, 프로펠러 축에서 나오는 프로펠러의 힘이 위로 더 가기 전에 그 힘을 노즐(12)에 전달하는 것이므로, 프로펠러부(13)의 뒤에서 노즐(12)의 상측부/지점으로부터 아래로 주로 수직으로 연장되어 있는 스테이(16a)는 그 힘을 가능한 한 많이 받는 것이 유리한데, 이 힘은 어떤 경우든 더 위로 갈 것이다. 축방향으로 작용하는 프로펠러 추력이 가장 큰 힘이고 따라서 스테이(16a)는 축방향으로 긴 프로파일을 갖는데, 이는 노즐(12)이 프로펠러부(13) 뒤에서 상측부에서 여분의 길이를 가짐으로써 가능하다.

또한, 선박이 높은 속도를 가지면서 추진 유닛(11)이 밖으로 선회할 때 프로펠러부(13) 및 노즐(12) 모두로부터 이와 같은 추진 유닛(11)에는 측방력과 같은 큰 유체역학적 힘이 작용한다. 추진 유닛(11)만 정상부에 배치되어 지지되므로, 모든 힘은 체결 장치(17)에 의해 노즐(12)로부터 선체에서 위로 전달되어야 한다. 이와 같은 추진 유닛(11)에서, 영구 자석 모터를 사용하는 것이 비교적 일반적인데, 이 결과, 원칙적으로 노즐(12)의 두께가 제한된다. 영구 자석 모터에 대한 대안으로 다른 공지되어 있는 방안(예컨대, 유압식 구동기)도 있을 수 있음에 유의해야 한다. 허용가능한 응력이 노즐(12)과 체결 장치(17)의 재료에 생기도록 하기 위해서는, 힘을 전달하기 위한 재료 두께를 증가시켜야 하는데, 이는 본 발명에 따라 노즐(12)과 체결 장치(17) 사이의 연결부(22)(도 4 및 8)에서 노즐 프로파일을 더 두껍게 함으로써 달성된다. 노즐(12)의 프로파일이 증가된 재료 두께를 갖는 것에 추가하여, 그 노즐(12)은 또한 상기 두께/코드길이 비가 작게 유지되도록 좀더 길어야 한다 이는 제 1 실시 형태에 대한 도 4 및 제 2 실시 형태에 대한 도 8 에 각각 나타나 있다.

회전가능한 추진 유닛(11)을 위해 중요한 다른 때는, 도 9a 및 9b 에 나타나 있는 바와 같은 회전(방위)과 관련하여 필요한 공간이 최소한으로 되는 것으로, 그 도에서 점선으로 표시되어 있는 영역(30)은 본 발명에 따른 추진 유닛(11)이 어느 영역을 필요로 하는지 나타낸다. 회전(방위)시 추진 유닛(11)이 필요로 하는 영역(30)을 최소화하기 위해, 본 발명에 따른 노즐(12)의 만곡된 후미 가장자리(12)는, 노즐(12)을 뒤에서 볼 때 이 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선을 따라 볼 때 최외측 지점에서 가장 짧은 길이를 갖도록 되어 있다. 이는, 추진 유닛(11)에 대한 방위 축선이 조향 모멘트를 줄이기 위해 다소 앞에 배치되어 있기 때문이며, 그래서 회전 중에 공간을 요구하는 것은 노즐(12)의 만곡된 후미 가장자리(21)이다.

이 결과, 본 발명에 따른 추진 유닛(11)은 만곡된 후미 가장자리(21)를 갖는 노즐(12)을 포함하는데, 이 노즐(12)의 길이는, 노즐을 뒤에서 볼 때 노즐(12)의 상측부에서 가장 길고 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점에서 가장 짧다. 노즐(12)이 충분한 강도를 갖도록, 그 노즐(12)은 이 노즐(12)의 하측부에서, 가장 짧은 길이 보다 좀더 길게 되어 있다. 중량을 줄이기 위해, 노즐의 하측부는 바람직하게는 노즐의 상측부 보다 짧은 연장을 갖는다.

이는 노즐(12)을 상측부에서 가장 길게 만들어 주며 또한 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점을 향해 감소하는 길이로 연장되고 다음에는 노즐(12)의 바닥부를 향해 증가하는 길이를 갖는 만곡된 후미 가장자리(21)를 노즐이 가짐을 의미한다.

이제, 제 2 실시 형태에 따른 추진 유닛(11)을 나타내는 도 5 내지 8 을 참조한다. 제 2 실시 형태의 체결 장치(17)는 2개의 스템(18a, 18b)을 가지므로, 물은 이들 두 스템 사이의 개구(20)에서 흐르게 될 것이다. 이 결과, 물은 상기 두 스템(18a, 18b) 사이의 부피가 가장 작은 곳에서 더 높은 속도로 가속될 것이고 거리가 증가하면서 상기 부피가 증가함에 따라 감속되는데, 이 결과, 물에서 회전, 역류 및 난류가 생기게 되는데, 이 때문에 항력이 증가 된다. 이를 막기 위해, 제 2 실시 형태에 따른 추진 유닛(11)은 곡률을 갖는 2개의 스템(18a, 18b)을 갖는데, 이 곡률은 가장 짧은 거리 후에 두 스템(18a, 18b) 사이의 거리가 완만히 증가하도록 되어 있다. 이렇게 해서, 스템(18a, 18b) 사이의 영역은 스템(18a, 18b) 사이의 영역에서 하방으로 더 서서히 만곡될 것이다. 스템(18a, 18b)은 노즐(12)의 상측부에서 후미 가장자리(21)까지 전체 길이를 밖으로 더 연장시킨다.

더 바람직하게는, 스템(18a, 18b)은 노즐(12)의 입구 방향으로 연장되도록 만곡된 형상을 가지며, 따라서 고정용 플랜지(19)을 통과하는 중심점은 추진 유닛의 프로펠러부(13)의 앞에 위치된다. 이 결과, 더 낮은 조향 모멘트가 추진 유닛의 회전에 필요하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 추진 유닛(11)은 하나의 스템(18)을 갖는 체결 장치(17) 및 2개의 스템(18a, 18b)을 갖는 체결 장치(17) 모두에 배치되는데 적합하다. 또한, 노즐(12)은 상측부에서 길게 되어 있으므로, 윤활 수단의 공급을 위한 추가적인 공간 및 노즐의 증가된 강도가 제공된다. 노즐이 충분한 강도를 갖도록, 노즐은 바닥 지점에서 또한 연장될 수 있다. 이와 같은 회전가능한 추진 유닛이 회전(방위)과 관련하여 최소의 공간을 필요로 하도록, 노즐(12)은, 노즐(12)을 뒤에서 볼 때 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선을 따라 볼 때 최외측 지점에서 짧은 노즐 길이를 갖는다. 이리하여, 종래 기술에 비해 더 작은 중량을 갖는 노즐 및 증가된 강도와 내부 공간과 함께 전술한 이점을 얻을 수 있다.

상기 실시예는 중심 베어링 방안을 갖는 추진 유닛을 보여주는데, 하지만 추진 유닛은 주변에서 지지되는 프로펠러부, 즉 베어링 장치의 정지부는 스테이터에 고정되고 베어링 장치의 회전부는 로터에 고정되는 베어링 장치를 또한 가질 수 있다. 그러한 방안의 일례가 본 출원인 명의의 국제 특허 출원 WO2010/134820 호에 기재되어 있다.

Claims (17)

1. 해양 선박을 추진시키고 기동시키기 위한 회전가능한 추진 유닛(11)으로서, 노즐(12)과, 전기적으로 또는 유압식으로 구동되는 프로펠러부(13, 13a)와, 상기 추진 유닛(11)을 조향하거나, 움직이거나, 조향하고 움직이기 위한 조향 장치에 결합되는 체결 장치(17)를 포함하며,
   상기 프로펠러부(13, 13a)는, 스테이(15, 16)와, 다른 스테이(16)보다 더 길고 더 중실인 더 긴 스테이(16a)에 의해 노즐(12)에 배치되는 허브(14) 주위에 회전가능하게 배치되며, 상기 노즐(12)은 이 노즐(12)의 출구에서 만곡된 후미 가장자리(21)를 가지며, 이에 따라, 그 노즐의 길이는 노즐(12)의 상측부에서 더 길고 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선과의 교차점에서 더 짧게 되어 있으며, 그리고
   상기 더 긴 스테이(16a)는 상기 노즐의 상측부에서 상기 허브(14)와 상기 노즐의 연장된 만곡된 가장자리(21) 사이에서 수직 방향으로 연장하고, 그리고
   상기 더 긴 스테이(16a)는 상기 추진 유닛(11)의 축방향으로 작용하는 힘을 받도록 배치되어 있는, 회전가능한 추진 유닛.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐(12)의 만곡된 후미 가장자리(21)로 인해, 노즐(12)의 바닥부에서의 노즐의 길이는 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점에서의 가장 짧은 길이 보다 길게 되어 있는 추진 유닛.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐(12)의 길이는, 상측부로부터 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점으로 가면서 길이가 감소하고 또한 노즐(12)을 통과하는 수평 중심 축선의 최외측 지점으로부터 노즐(12)의 바닥부로 가면서 길이가 증가하는 추진 유닛.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐(12)의 바닥부의 길이는 노즐(12)의 상측부의 길이보다 짧은 추진 유닛.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 추진 유닛은, 상기 노즐(12)의 상측부에서 증가된 길이를 갖는 상기 노즐(12)에 의해 제공되는 내부 공간을 가지며, 상기 내부 공간은 추진 유닛의 허브(14) 및 베어링 장치에 윤활 수단을 공급하는데 사용되는 추진 유닛.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐(12)의 상측부의 길이에 의해 상기 노즐(12)은, 노즐(12)과 체결 장치(17) 사이의 연결부(22)에서 노즐 프로파일의 나머지 주위 보다 더 두꺼운 노즐 프로파일을 제공하는 추진 유닛.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 더 긴 스테이(16a)는 허브(14) 및 베어링 장치에 윤활 수단을 더 많이 공급하기 위해 다른 스테이(16) 보다 큰 내부 부피를 갖는 추진 유닛.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 체결 장치(17)는 고정용 플랜지(19)에서 끝나는 하나 또는 두 개의 스템(18, 18a, 18b)으로 형성되며, 상기 하나 또는 두 개의 스템(18, 18a, 18b)은 불필요한 난류, 소음 또는 진동을 피하도록 날개 형상 또는 방향키 형상을 갖는 추진 유닛.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 하나 또는 두 개의 스템(18, 18a, 18b)은 수직 중심 축선 주위에서 옆으로 서로 반대쪽에서 또는 평행하게 추진 유닛의 노즐(12)의 상측 표면으로부터 연장되어 있고, 상기 하나 또는 두 개의 스템(18, 18a, 18b)과 고정용 플랜지(19)는 개구(20)를 형성하는 추진 유닛.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 두 개의 스템은 두 개의 스템(18a, 18b)을 포함하고,
    상기 두 개의 스템(18a, 18b) 사이의 거리는 체결 장치(17)로부터 상기 만곡된 후미 가장자리(21)의 방향으로 증가하며, 상기 두 개의 스템(18a, 18b)은 노즐(12)의 상측부에서 전체 길이에 걸쳐 수직 방향 높이가 상기 만곡된 후미 가장자리(21)까지 감소하는 추진 유닛.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 두 개의 스템은 두 개의 스템(18a, 18b)을 포함하고,
    상기 두 개의 스템(18a, 18b) 사이의 영역에 있는 노즐(12)의 표면은 체결 장치(17)로부터 하방으로 노즐(12)의 상기 만곡된 후미 가장자리(21) 쪽으로 경사져 있는 추진 유닛.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 두 개의 스템(18, 18a, 18b)은 노즐(12)의 입구로부터 떨어져 배치되는 추진 유닛.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 하나 또는 두 개의 스템(18, 18a, 18b)은 노즐(12)의 입구 방향으로 연장되어 있도록 만곡된 형상을 가지며, 따라서 상기 고정용 플랜지(19)를 통과하는 중심점은 추진 유닛의 프로펠러부(13, 13a)의 앞에 위치되는 추진 유닛.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 추진 유닛은 주변에서 지지되는 프로펠러부를 포함하는 추진 유닛.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 추진 유닛은 중심에서 보관되어 지지되는 프로펠러부를 포함하는 추진 유닛.
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