WO2010068024A2 - 비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더 - Google Patents

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WO2010068024A2
WO2010068024A2 PCT/KR2009/007332 KR2009007332W WO2010068024A2 WO 2010068024 A2 WO2010068024 A2 WO 2010068024A2 KR 2009007332 W KR2009007332 W KR 2009007332W WO 2010068024 A2 WO2010068024 A2 WO 2010068024A2
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장봉준
최길환
손동익
안경수
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/38—Rudders

Definitions

  • the present invention relates to a rudder for ships having an asymmetrical cross-sectional shape, wherein the upper and lower ends of the rudder front blade are bent so as to cross each other on the left and the right (Port) and the starboard (Starboard) with respect to the rotation axis, respectively, the rudder front blade upper edge of the rudder It relates to a rudder for ships having an asymmetrical cross-sectional shape formed to be located on the connection line of the lower end.
  • damage to the rudder is caused by the tip vortex cavitation and hub vortex cavitation caused by the propeller and by the increase in the flow velocity of the incident flow or the increase in the angle of incidence. It can be divided into the effects of its own cavitation.
  • the top of the rudder is mainly damaged by the tip vortex cavitation and the top of the propeller shaft is mainly damaged by the hub vortex cavitation.
  • damage may occur in the upper and lower parts of the rudder by rudder cavitation and in the front end of the lower rudder by sole cavitation. As the damage caused by cavitation varies according to the source and type of cavitation, research on the mechanism of occurrence should be preceded along with the identification of each cavitation behavior.
  • the rudder places the rudder behind the propellers in order to increase the ship's speed performance and improve maneuverability.
  • the wake flow enters the rudder as shown in Fig. 3 (a) as the sum of the rotational component from the left to the right and the ship speed from the top of the propeller shaft center due to the rotational component.
  • the wake enters the rudder as shown in (b) of FIG. 3 by the sum of the rotational component from the right to the left and the ship speed.
  • the wake angle depends on the type of ship, engine horsepower and propeller shape, and also depends on the propeller radius. According to the angle of incidence, the auxiliary thrust of the ship and the cavitation of the rudder cross section change.
  • the center line of the rudder and the front connecting line of the rudder when viewed from the bow direction (61) is the front connecting line of the general rudder
  • 62 is the reflux adaptive front connecting line
  • 63 is the angle fixed front connecting line.
  • the present invention is to solve the above problems, the object is that the rudder is provided with an asymmetric cross-sectional shape, the rudder front edge is formed linearly, to improve the ship speed performance and cavitation of the rudder, and to manufacture the rudder It is to provide a rudder for ships having an asymmetric cross-sectional shape that can facilitate maintenance.
  • the present invention provides a rudder installed in the rear of the ship;
  • the rudder sets the length from the front edge of the rudder to the rear edge of the rudder from 0 to 1 in the X-axis coordinates, and sets the rudder thickness ratio in the rudder rotation axis to 1 in a dimensionless manner. It has a cross-sectional shape within ⁇ 5.0% of the numerical value of [Table 1], but is proportional to the propeller rotation direction and the distance away from the center of the propeller axis from the center point at the thickest X-axis coordinate in the circular section.
  • the asymmetrical cross-sectional shape from the leading edge to the center of rotation is determined to be proportional to 1 to 5 squared distance of X axis according to the determined direction and angle, and has a symmetrical circular cross section from the center of rotation to the trailing edge.
  • the lower end of the rudder forward blade is 5.0 ⁇ 1.5 to the right side of the ship (Starboard) when the propeller turns right from the axis of rotation. If the propeller turns left, it is inclined 5.0 ⁇ 1.5 degrees to the left (Port), and the upper edge of the rudder blade is symmetrical to the lower end of the rudder blade relative to the interruption of the rudder blade.
  • the propeller turns left by 5.0 ⁇ 1.5 degrees, it is inclined by 5.0 ⁇ 1.5 degrees to the right (Starboard), and the front edge of the rudder is on the line connecting the upper end of the rudder and the rudder front edge and the lower end of the rudder front edge in a straight line. It is positioned so that the connecting line of the rudder blade has a linear shape.
  • the present invention is to be located in a straight line of the rudder, as compared to the conventional rudder as shown in Figure 5 to improve the propulsion performance of the ship, easy to manufacture, cost is reduced, and easy to maintain have.
  • the present invention is applied asymmetric cross-section suitable for the wake flowing into the rudder when applying the present invention can improve the ship's speed performance and eliminate erosion and corrosion due to cavity and flow separation, the relationship between the cross section and the cross section of the rudder As it changes linearly, it is also very advantageous in terms of manufacturing and design.
  • the present invention has excellent steering performance and at the same time improve the speed performance of the vessel, reduce the occurrence of cavitation to minimize damage caused by cavitation, can reduce the steering capacity, cavitation performance, torque performance There are many effects, such as being able to satisfy at the same time.
  • FIG. 1 is an exemplary view showing an asymmetric rudder and rudder cross section of the present invention.
  • Figure 2 is an exemplary view showing a rudder cross-sectional shape according to the present invention
  • 3 is an exemplary view showing the wake relationship with the rudder according to the propeller shaft center
  • Figure 4 is an exemplary view showing the shape of the front edge of the conventional asymmetric rudder
  • the present invention in the rudder 100 is installed in the rear of the ship;
  • the rudder sets the length of the rudder front edge 10 to the rudder rear blade 20 from 0 to 1 in the X axis coordinates, and the rudder thickness ratio to the X axis coordinate by setting the rudder thickness ratio in the rudder rotation axis 200 to 1. It has a cross-sectional shape within ⁇ 5.0% of the numerical value shown in [Table 1] below dimensionlessly, and the direction of propeller rotation from above is based on the center point in the X-axis coordinate where the thickness distribution is thickest in the circular cross section.
  • the asymmetrical cross-sectional shape from the leading edge to the center of rotation is determined so as to be proportional to 1 to 5 squared distance of the X-axis.
  • a lower end 12 of the rudder forward blade is rotated right from the rudder rotation shaft 130 based on the rudder forward blade stop 11 positioned on the propeller horizontal axis center line 300.
  • the propeller that rotates 5.0 ⁇ 1.5 degrees to the right of the ship 500, such as B it is inclined 5.0 ⁇ 1.5 degrees to the left of the ship and is symmetrical to the lower edge 12 of the rudder ahead of the rudder with respect to the rudder ahead 11.
  • the rudder front edge 13 is positioned 5.0 ⁇ 1.5 degrees to the right in the case of propeller rotating left to the left 600 of the vessel 600 in the case of the propeller turning right from the rudder rotary shaft 200, the rudder front edge 13
  • the rudder front blade 10 is positioned on a line connecting the rudder forward blade stop 11 and the rudder blade lower end 12 in a straight line so that the connection line 14 of the rudder blade has a linear shape.
  • Figure 2 shows an exemplary view showing a circle of the asymmetric rudder cross section of the present invention.
  • the thickness distribution is rotated in a direction and angle determined according to the direction of propeller rotation and the distance away from the axis center as illustrated above based on the center point at the thickest X-axis coordinate.
  • Rotational components from the previous edge to the center of rotation are determined to be proportional to 1, 2, 3, and 4 powers of the X-axis distance.
  • the shape of the circular cross section must be obtained first.
  • the rudder edge is set to '0' of the X-axis coordinate
  • the rudder edge is set to '1' of the X-axis coordinate
  • the rudder thickness of the rudder edge is set to '0' of the Y-axis coordinate.
  • the thickness ratio of the rudder is about 0.877628 ⁇ 0.970009, when the X axis coordinate is 0.5, the thickness ratio of the rudder is about 0.593043 ⁇ 0.655468 when the X axis coordinate is 0.7, and the thickness ratio of the rudder is about 0.55. It has a cross-sectional shape of 0.132932 to 0.146925.
  • Figure 2 shows an exemplary view showing a rudder cross-sectional shape according to the present invention
  • the present invention is a rudder front blade positioned on the propeller horizontal axis center line 300 as the rudder front blade stop 11, the rudder 100
  • the rudder front blade located at the lowermost end is the rudder front blade lower end 12, and is symmetrically upward from the rudder front blade suspension 11 with respect to the length from the rudder front blade stop 11 to the rudder front blade lower end 12.
  • the rudder blade front blade 13 is a predetermined angle A in the direction of the ship's left side 600 from the rudder rotation shaft 200 in the case of the propeller rotating to the right.
  • the rudder front lower end 12 is inclined at a predetermined angle (B) from the rudder rotation axis 200 toward the right 500 of the ship, the rudder front edge 13 and the rudder front edge 11 ) And rudder front end
  • the rudder rudder edge of the rudder is positioned on the connection line 14 connecting the stage 12.
  • the predetermined angle (A, B) has a 5.0 ⁇ 1.5 degrees.
  • the rudder 100 is located on the left side of the vessel 600 based on the propeller longitudinal axis center line 400 located on the basis of the propeller transverse shaft center line 300, and the lower side of the rudder 100 located on the upper side.
  • Rudder front edge is located in the direction of the mountain right 500 (500) relative to the propeller longitudinal axis center line (400).
  • the rudder front blade upper end 13, the rudder front blade lower end 12, and the rudder blade front end 11 are all expressed as dots in order to facilitate understanding of the present invention, but the actual rudder is not formed in a point shape. .
  • the rudder shape of the present invention is based on the rudder front blade interruption located at the center line of the propeller horizontal axis, the rudder front blade (lower end of the rudder blade) is 3.5 on the rudder rotation axis to the right (Starboard) of the ship.
  • the rudder edge (upper rudder edge) above the center of the propeller shaft at the same distance is bent 3.5 to 6.5 degrees with respect to the rudder rotation axis to the left side of the ship.
  • the remainder of the rudder blade is formed linearly so that the three points (lower end of the rudder blade, rudder blade edge, and rudder blade edge) have a cross section leading to a straight line.
  • the reason why the rudder section is bent to the right and left by 3.5 to 6.5 degrees around the rudder rotation axis has an angle of maximum speed increase depending on the ship type, and a ship with a small load acting on the propeller like a bulk carrier or a tanker is 3.5 degrees. For ships with very high loads on the propellers, such as high-speed container ships, this was verified by model tests at an angle that can achieve the most speed increase of 6.5 degrees.
  • the self-test was carried out in the towing tank in order to check the difference in speed performance in the case of mounting a general semi-moving rudder and applying an asymmetric full rudder to a 7,800 TEU container carrier.
  • the results are shown in FIG.
  • the speed performance is improved by more than 2% in all operational zones without any loss of inertia, compared to the case of the normal semi-moving rudder.

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Abstract

본 발명은 비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더에 관한 것으로, 그 목적은 러더가 비대칭 단면형상을 구비하되, 러더앞날을 선형으로 형성하여, 선박성능의 향상과 러더의 공동현상을 개선하고, 러더 제작 및 유지보수를 용이하게 할 수 있는 비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더를 제공하는 것이다. 본 발명은 선박의 후미에 설치되는 러더에 있어서; 러더 앞날의 상단이 러더 회전축 또는 프로펠러 세로축 중심라인을 기준으로 왼쪽(Port)으로, 러더 앞날의 하단이 러더 회전축 또는 프로펠러 세로축 중심라인을 기준으로 오른쪽(Starboard)으로 각각 5.0±1.5 도 기울어져 위치하고, 러더앞날 상단과 러더앞날 중단 및 러더앞날 하부끝단을 연결하는 연결라인 상에 러더앞날이 위치하도록 형성되어 있다.

Description

비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더
본 발명은 비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더에 관한 것으로, 러더 앞날의 상단과 하단이 회전축을 기준으로 각각 왼쪽(Port)과 오른쪽(Starboard)으로 서로 엇갈리도록 휘어져 형성되고, 러더앞날이 러더앞날 상단과 하단의 연결라인 상에 위치하도록 형성된 비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더에 관한 것이다.
최근 선박의 조종성능에 대한 관심이 증대되면서 조종성능을 고려한 최적 타 설계 및 조타기 용량 산정에 대한 관심이 점차 커지고 있다. 또한 이와 함께 캐비테이션에 의한 타의 침식발생을 최소화할 수 있는 방안에 대한 관심도 증가되고 있는 추세이다.
일반적으로 타에 발생하는 손상은 프로펠러에 의해 발생되는 팁 보오텍스(tip vortex) 캐비테이션과 허브 보오텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의한 영향과 입사류의 유속증가 또는 입사각의 증가에 의해 타에서 발생하는 타 자체 캐비테이션의 영향 등으로 구분할 수 있다. 타의 상부는 주로 팁 보오텍스(tip vortex) 캐비테이션에 의해 손상되어지며 프로펠러 축 중심부위는 주로 허브 보오텍스(hub vortex) 캐비테이션에 의해 손상이 되고 있다. 또한 특별한 경우 타 자체 캐비테이션 등에 의한 타의 상하부손상 및 소울(sole) 캐비테이션에 의한 타하부 끝 앞단 부분에서 손상이 발생하기도 한다. 이와 같이 캐비테이션에 의한 손상은 캐비테이션 발생원과 형태에 따라 변화되므로 각각의 캐비테이션 거동에 대한 규명과 함께 발생 메커니즘에 대한 연구가 선행되어야 한다.
최근의 연구를 보면 캐비테이션 거동에 대한 기초연구가 다각도에서 수행되어지고 신뢰할 만한 정도의 결과를 제공하고 있지만 캐비테이션 발생 영역이나 크기에 국한된 것이어서 프로펠러 후방에 위치한 타와 같이 복잡한 유동 조건 하에서 거동을 정확히 예측하기는 매우 힘든 상황이다.
또한 최근 선박의 고속화 대형화로 인해 조종성능의 만족 여부 및 타 토오크 증가에 따른 조타기(Rudder Steering Gear)의 용량산정에 대한 관심이 점차 커지고 있다. 하지만 타가 작동하는 영역은 프로펠러의 회전에 의하여 매우 복잡한 유동장을 형성하므로 대각도 운동을 하는 타에 대한 정확한 수치해석의 수행은 쉽지 않다. 따라서 최적의 조타기 용량의 산정 또한 쉽지 않으므로 기존 실적선의 결과를 참조하여 용량을 결정하고 있는 실정이다.
이러한 문제로 인하여 타 토크를 추정하기 위한 여러 가지 방법들이 제시되어 왔지만 척도 효과 및 선체와 프로펠러 그리고 타의 상호간섭 효과 등으로 인하여 실선 시운전 결과와 비교할 때 상당한 오차를 보이고 있는 것이 현실이다.
프로펠러로 추진되는 선박의 경우 러더는 선박의 속도성능을 증가시키고 조종성을 좋게 하기 위하여 러더를 프로펠러 후류에 놓이게 한다. 이는 오른쪽으로 회전하는 프로펠러의 경우 회전성분에 의해서 프로펠러 축 중심 위쪽에서는 왼쪽에서 오른쪽으로의 회전성분과 선박속도의 합으로 도 3 의 (가)와 같이 후류가 러더에 입사 하게 되며, 프로펠러 축 중심 아래쪽에서는 오른쪽에서 왼쪽으로의 회전성분과 선박속도의 합으로 도 3 의 (나)와 같이 후류가 러더에 입사 하게 된다. 후류의 입사각은 선박의 종류, 엔진마력 그리고 프로펠러 형상에 따라 변하며, 프로펠러 반경에 따라서도 입사각이 변한다. 입사각에 따라 러더에서 발생되는 선박의 보조추력과 러더 단면의 공동현상이 변하게 된다.
통상의 선박용 러더는 도 4 의 (가)와 같이 대칭인 단면을 사용하나, 선박성능의 향상과 러더의 공동현상의 개선을 위해서 (나) 또는 (다)와 같은 비대칭 단면을 사용한다. 그러나 (다)와 같은 단면의 경우 프로펠러 축 중심에서 불연속면이 발생되고 이 불연속면에서 유동박리와 공동현상으로 인한 침식과 부식이 발생하게 되어 선박의 운항에 지장을 주거나 일정기간마다 보수를 해 주어야 하며, (나)의 경우는 앞날의 연결선이 선형적이 아니기 때문에 러더의 제작이 매우 복잡해지는 문제점이 있었다.
이때, 선수방향에서 보았을때 러더의 중심선과 러더의 앞날 연결선이 겹친 (61)은 일반러더의 앞날연결선, (62)는 반류적응형 앞날연결선, (63)은 각도고정형 앞날연결선이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 러더가 비대칭 단면형상을 구비하되, 러더 앞날을 선형으로 형성하여, 선박속도성능의 향상과 러더의 공동현상을 개선하고, 러더 제작 및 유지보수를 용이하게 할 수 있는 비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 러더의 기본 성능은 향상 및 유지하고, 러더 토오크 성능의 개선 및 캐비테이션으로 인한 손상을 최소하며, 실선 설계에 적용하기 적합한 최적형상의 비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더를 제공하는 것이다.
본 발명은 선박의 후미에 설치되는 러더에 있어서; 상기 러더는 러더 앞날에서 러더 뒷날까지의 길이를 X축 좌표 0 에서 1 로 설정하고, 러더 회전축에서의 러더 두께비율를 1 로 설정하여 X축 좌표에 대한 러더 두께비율 수치를 무차원으로 표기한 하기의 [표1]의 수치에 대하여 ±5.0% 이내의 단면형상을 구비하되, 원형단면에서 두께분포가 가장 두꺼운 X축 좌표에서의 중심점을 기준으로 위에서 프로펠러 회전방향과 프로펠러 축 중심에서 떨어진 거리에 비례해서 정해지는 방향과 각도에 따라 X축 거리의 1~5제곱에 비례하도록 앞날부터 회전중심까지의 비대칭 단면형상이 결정되고, 회전중심부터 뒷날까지는 대칭의 원형단면을 구비하며,프로펠러 축중심 라인 상에 위치하는 러더앞날 중단을 기준으로, 러더앞날의 하부끝단은 회전축으로부터 프로펠러가 우회전하는 경우 선박 오른쪽(Starboard)으로 5.0±1.5 도 프로펠러가 좌회전하는 경우는 왼쪽(Port)으로 5.0±1.5 도 기울어져 위치하고, 러더앞날 중단을 기준으로 러더앞날 하부끝단에 대칭되는 위치의 러더앞날 상단은 회전축으로부터 프로펠러가 우회전하는 경우 선박 왼쪽(Port)으로 5.0±1.5 도 프로펠러가 좌회전하는 경우 오른쪽(Starboard)으로 5.0±1.5 도 기울어져 위치하며, 러더앞날의 상단과 러더앞날의 중단 및 러더앞날의 하부끝단을 직선으로 연결하는 선상에 러더앞날이 위치하여 러더앞날의 연결선이 선형을 구비하도록 형성되어 있다.
[표1]
Figure PCTKR2009007332-appb-I000001
이와 같이 본 발명은 러더앞날이 직선 상에 위치하도록 되어 있어, 종래의 러더에 비해 도 5와 같이 선박의 추진성능을 향상시키고, 제작이 용이하고, 비용이 절감되며, 유지보수를 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명 적용 시 러더에 입사되는 후류에 적합한 비대칭 단면이 적용되므로 선박의 속도성능 향상과 공동 및 유동박리로 인한 침식 및 부식을 없앨 수 있고, 러더의 단면과 단면사이의 관계가 선형으로 변하므로 제작 및 설계관점에서도 매우 유리하다. 또한, 본 발명은 우수한 조종성능을 구비함과 동시에, 선박의 속도성능을 향상시키고, 캐비테이션의 발생을 줄여 캐비테이션으로 인한 타손상을 최소화하였으며, 조타기 용량을 감소시킬 수 있고, 캐비테이션 성능, 타 토오크 성능을 동시에 만족시킬 수 있는 등 많은 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 비대칭 러더와 러더단면을 보여주는 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 러더단면 형상을 보인 예시도
도 3 은 프로펠러 축중심에 따른 러더와 후류관계를 보인 예시도
도 4 는 기존의 비대칭 러더의 앞날의 형상을 보여주는 예시도
도 5 는 기존의 러더와 본 발명에 따른 러더의 속도성능을 예인수조 시험을
통하여 비교한 예시도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(10) : 러더앞날(Leading Edge) (11) : 러더앞날 중단
(12) : 러더앞날 하부끝단 (13) : 러더앞날 상단
(14) : 러더 앞날 연결라인 (20) : 러더뒷날
(31) : 러더앞날 중단에서의 러더단면 형상
(32) : 러더앞날 하부끝단에서의 러더단면 형상
(33) : 러더앞날 상단에서의 러더단면 형상
(100) : 러더 (200) : 러더 회전축
(300) : 프로펠러 가로축 중심라인
(400) : 프로펠러 세로축 중심라인
(500) : 러더의 오른쪽(Starboard) (600) : 러더의 왼쪽(Port)
본 발명은 선박의 후미에 설치되는 러더(100)에 있어서; 상기 러더는 러더 앞날(10)에서 러더 뒷날(20)까지의 길이를 X축 좌표 0 에서 1 로 설정하고, 러더 회전축(200)에서의 러더 두께비율를 1 로 설정하여 X축 좌표에 대한 러더 두께비율 수치를 무차원으로 표기한 하기의 [표1]의 수치에 대하여 ±5.0% 이내의 단면형상을 구비하되, 원형단면에서 두께분포가 가장 두꺼운 X축 좌표에서의 중심점을 기준으로 위에서 프로펠러 회전방향과 프로펠러 축 중심에서 떨어진 거리에 비례해서 정해지는 방향과 각도에 따라 X축 거리의 1~5제곱에 비례하도록 앞날부터 회전중심까지의 비대칭 단면형상이 결정되고, 회전중심부터 뒷날까지는 대칭의 원형단면을 구비하며, 프로펠러 가로축 중심라인(300) 상에 위치하는 러더앞날 중단(11)을 기준으로, 러더앞날의 하부끝단(12)은 러더 회전축(130)으로부터 우회전하는 프로펠러의 경우 선박 오른쪽(500)으로 B와 같이 5.0±1.5 도 좌회전하는 프로펠러의 경우 선박 왼쪽으로 5.0±1.5 도 기울어져 위치하고, 러더앞날 중단(11)을 기준으로 러더앞날 하부끝단(12)에 대칭되는 위치의 러더앞날 상단(13)은 러더 회전축(200)으로부터 우회전하는 프로펠러의 경우 선박 왼쪽(600)으로 5.0±1.5 도 좌회전하는 프로펠러의 경우 오른쪽으로 5.0±1.5 도 기울어져 위치하며, 러더앞날 상단(13)과 러더앞날 중단(11) 및 러더앞날 하부끝단(12)을 직선으로 연결하는 선상에 러더앞날(10)이 위치하여 러더앞날의 연결라인(14)이 선형을 구비하도록 형성되어 있다.
[표1]
Figure PCTKR2009007332-appb-I000002
이하 본 발명을 첨부된 도면에 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 은 본 발명의 비대칭 러더단면의 원형을 보여주는 예시도를 도시한 것이다. 이 원형단면에서 두께분포가 가장 두꺼운 X축 좌표에서의 중심점을 기준으로 위에서 예시한 대로 프로펠러 회전방향과 축중심에서 떨어진 거리에 따라 정해진 방향과 각도로 회전을 시킨다. 앞날부터 회전중심까지의 회전성분은 X축 거리의 1승, 2승, 3승, 4승에 비례하도록 결정한다. 앞날부터 회전축까지 회전된 분포를 구하기 전에 원형 단면의 형상을 먼저 구하여야 하고 그 형상을 구하는 방법은 다음과 같다. 본 발명은 러더의 단면형상에 대하여 러더앞날을 X축 좌표의 '0' 으로 하고, 러더뒷날을 X축 좌표의 '1'로 하며, 러더앞날의 러더두께를 Y축 좌표의 '0'으로 하고, 최대두께를 구비하는 회전축에서의 러더두께를 Y축 좌표의 '1'로 할 경우, X축 좌표상의 임의의 점에서 러더의 두께비율은 X축 좌표가 0.1 일 경우 러더의 두께비율은 약 0.612124 ∼ 0.676558, X축 좌표가 0.5 일 경우 러더의 두께비율은 약 0.877628 ∼ 0.970009, X축 좌표가 0.7 일 경우 러더의 두께비율은 약 0.593043 ∼ 0.655468, X축 좌표가 0.95 일 경우 러더의 두께비율은 약 0.132932 ∼ 0.146925 의 단면 형상을 구비한다.
도 2 는 본 발명에 따른 러더단면 형상을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 프로펠러 가로축 중심라인(300) 상에 위치하는 러더앞날을 러더앞날 중단(11)으로 하고, 러더(100)의 최하단에 위치하는 러더앞날을 러더앞날 하부끝단(12)으로 하며, 상기 러더앞날 중단(11)에서 러더앞날 하부끝단(12)까지의 길이에 대하여, 러더앞날 중단(11)에서 상부방향으로 대칭되는 거리에 위치한 러더앞날을 러더앞날 상단(13)으로 하였을 때, 상기 러더앞날 상단(13)은 오른쪽으로 회전하는 프로펠러의 경우 러더 회전축(200)으로부터 선박 왼쪽(600)방향으로 소정각도(A)로 기울어져 위치하고, 상기 러더앞날 하부끝단(12)은 러더 회전축(200)으로부터 선박 오른쪽(500)방향으로 소정각도(B)로 기울어져 위치하며, 상기 러더앞날 상단(13)과 러더앞날 중단(11) 및 러더앞날 하부끝단(12)을 연결하는 연결라인(14) 상에 러더의 러더앞날이 위치하도록 되어 있다. 이때, 상기 소정각도(A,B)는 5.0±1.5 도를 구비한다.
즉, 본 발명에 따른 러더(100)는 프로펠러 가로 축중심 라인(300)을 기준으로, 상측에 위치하는 러더앞날은 프로펠러 세로축 중심라인(400)을 기준으로 선박 왼쪽(600)방향에 위치하고, 하측에 위치하는 러더앞날은 프로펠러 세로축 중심라인(400)을 기준으로 산박 오른쪽(500)방향에 위치하게 된다.
상기 도 2 에는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 상기 러더앞날 상단(13), 러더앞날 하부끝단(12) 및 러더앞날 중단(11)을 모두 점으로 표기하였으나, 실제 러더에는 점 형상으로 형성되어 있지는 않다.
상기에서와 같이, 본 발명의 러더 형상은 프로펠러 가로축 중심라인에 위치하는 러더앞날 중단을 기준으로 아래쪽 끝단의 러더앞날(러더앞날의 하부끝단)은 선박의 오른쪽(Starboard)으로 러더 회전축을 기준으로 3.5∼6.5도가 휘어지도록 되어 있고, 이와 동일한 거리의 프로펠러 축 중심 위쪽의 러더앞날(러더앞날 상단)은 선박의 왼쪽(Port)으로 러더 회전축을 기준으로 3.5∼6.5 도 휘어지도록 되어 있다.
또한, 러더앞날의 나머지 부분은 위의 3점(러더앞날의 하부끝단, 러더앞날 중단 및, 러더앞날 상단)이 직선으로 이어지게 되는 단면을 가지도록 선형으로 형성되어 있다.
상기 러더단면을 러더 회전축을 중심으로 오른쪽 및 왼쪽으로 3.5∼6.5도로 휘는 이유는 선종에 따라 선속증가가 최대로 되는 각도가 존재하며 벌크운반선이나 탱커처럼 프로펠러에 작용되는 부하가 적은 선박은 3.5도이고 고속 컨테이너선처럼 프로펠러에 작용되는 부하가 매우 큰 선박의 경우는 6.5도가 가장 많은 선속향상을 이룰 수 있는 각도로 모형시험을 통하여 검증되었기 때문이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.
이하 본 발명을 도면 및 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
7,800 TEU 컨테이너 운반선에 대한 조종성 모형시험을 실시하여 단면이 조종성능에 미치는 영향을 살펴보았으며, 조종성능은 스캔틀링(scantling) 흘수 상태에서 전진속도 24.67노트(knot)에 대하여 해석하였다. 이와 같은 모형시험 결과로부터 얻어진 유체력 미계수를 사용하여 초기 선회시험, 선회시험, 지그재그시험, 나선형시험 등을 수치적으로 해석하였다. 이때, 상기 러더 1(10)과 Ｒ353 의 제원은
[표 2]과 같고, 그 결과는 [표 3]와 같다.
[표 2]
Figure PCTKR2009007332-appb-I000003
[표 3]
Figure PCTKR2009007332-appb-I000004
또한 7,800 TEU 컨테이너 운반선에 일반 반가동타를 장착하는 경우와 비대칭 전가동타를 적용하는 경우에 대하여 속도성능의 차이를 확인하기 위하여 예인수조에서 자항시험을 실시하였으며 그 결과는 도 5과 같다. 일반 반가동타를 이용하는 경우보다 타력의 손실 없이 속도성능이 운항가능한 모든 구역에서 2% 이상 향상되는 것으로 나타났다.

Claims (1)

  1. 선박의 후미에 설치되는 러더에 있어서;
    상기 러더는 러더 앞날에서 러더 뒷날까지의 길이를 X축 좌표 0 에서 1 로 설정하고, 러더 회전축에서의 러더 두께비율를 1 로 설정하여 X축 좌표에 대한 러더 두께비율 수치를 무차원으로 표기한 하기의 [표1]의 수치에 대하여 ±5.0% 이내의 원형단면형상을 구비하되,
    원형단면에서 두께분포가 가장 두꺼운 X축 좌표에서의 중심점을 기준으로 위에서 프로펠러 회전방향과 프로펠러 축 중심에서 떨어진 거리에 비례해서 정해지는 방향과 각도에 따라 X축 거리의 1~5제곱에 비례하도록 앞날부터 회전중심까지의 비대칭 단면형상이 결정되고, 회전중심부터 뒷날까지는 대칭의 원형단면을 구비하며,
    프로펠러 가로축 중심라인 상에 위치하는 러더 앞날 중단을 기준으로, 러더앞날의 하부끝단은 러더 회전축으로부터 오른쪽으로 회전하는 프로펠러의 경우 선박 오른쪽(Starboard)으로 5.0±1.5 도 왼쪽으로 회전하는 프로펠러의 경우 선박 왼쪽(Port)으로 5.0±1.5 도 기울어져 위치하고,
    러더앞날 중단을 기준으로 러더앞날 하부끝단에 대칭되는 위치의 러더앞날 상단은 러더 회전축으로부터 오른쪽으로 회전하는 프로펠러의 경우 선박 왼쪽(Port)으로 5.0±1.5 도 왼쪽으로 회전하는 프로펠러의 경우 선박 오른쪽(Starboard)으로 5.0±1.5 도 기울어져 위치하며,
    러더앞날의 상단과 러더앞날의 중단 및 러더앞날의 하부끝단을 연결하는 선상에 러더앞날이 위치하도록 하여 러더앞날의 연결선이 선형을 구비하도록 형성된 것을 특징으로 하는 비대칭 단면형상을 구비하는 선박용 러더.
    [표1]
    Figure PCTKR2009007332-appb-I000005
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