KR20240053752A - 선박용 러더 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더는, 선박용 러더에 있어서, 바디부, 바디부의 전방에서 곡면을 가지도록 구비되는 리딩부 및 바디부의 후단에서 회전축을 통해 회동 가능한 복수의 회동부재가 구비되는 트레일링부를 포함하고, 트레일링부는, 러더의 높이 방향으로 독립적으로 구비되는 복수의 회동부재 및 복수의 회동부재의 일단부를 관통하여 바디부의 후단부에 고정시키는 회전축으로 이루어지며, 복수의 회동부재는, 러더의 높이별 유체의 유입각에 기초하여, 회동 각도가 각각 독립적으로 조절됨에 따라, 선박의 직진성은 유지하면서 러더가 받는 양력을 저감시키고 조종 성능을 향상시킨다.

Description

선박용 러더{RUDDER FOR SHIP}

본 발명은 선박용 러더에 관한 것으로, 구체적으로는 프로펠러 후류에서의 유체 유입각을 반영하여 높이별로 러더의 각도를 제어함으로써 러더 상에 발생하는 저항을 최소화함에 따라, 선박의 선회성능과 속도성능을 모두 향상시킬 수 있는 선박용 러더에 관한 것이다.

일반적으로 선박을 조종하기 위해 러더(rudder)가 사용된다.

러더는 선체에 회동 가능하게 설치되는 러더 블레이드 (rudder blade)를 포함하며, 러더 블레이드가 회동할 때 러더 블레이드에 작용하는 유체역학적 힘에 의해 선체가 선회한다.

다만, 이러한 러더는 대부분 추진기의 후류에 위치하므로 높이에 따라 유체 유입각이 상이하여, 저항이 발생하는 문제가 있다.

이를 해결하기 위해, 저항 감소를 목적으로 리딩 에지(Leading edge)를 유입각에 맞춘 러더의 형상을 채택할 수 있으나, 이 형상은 고정된 형상으로 경우에 따라 리딩 에지(Leading edge)의 각이 바뀌는 형태는 아니다.

따라서, 이러한 상태에서 선박 운항 시, 높이에 따라 상이하게 형성되는 유체 유입각을 모두 반영하는 것이 불가능하므로 선박의 선회성능과 속도성능이 모두 저하되는 문제점이 있어 왔다.

이에, 프로펠러 후류에서의 유체 유입각을 반영하여 높이별로 러더의 각도를 제어함으로써 러더 상에 발생하는 저항을 최소화함에 따라, 선박의 선회성능과 속도성능을 모두 향상시킬 수 있는 러더의 기술 개발이 요구된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2016-0035670호

본 발명의 목적은 프로펠러 후류에서의 유체 유입각을 반영하여 높이별로 러더의 각도를 제어함으로써 러더 상에 발생하는 저항을 최소화함에 따라, 선박의 선회성능과 속도성능을 모두 향상시킬 수 있는 선박용 러더를 제공함에 있다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 선박용 러더에 있어서, 바디부, 바디부의 전방에서 곡면을 가지도록 구비되는 리딩부 및 바디부의 후단에서 회전축을 통해 회동 가능한 복수의 회동부재가 구비되는 트레일링부를 포함하고, 트레일링부는, 러더의 높이 방향으로 독립적으로 구비되는 복수의 회동부재 및 복수의 회동부재의 일단부를 관통하여 바디부의 후단부에 고정시키는 회전축으로 이루어지며, 복수의 회동부재는, 러더의 높이별 유체의 유입각에 기초하여, 회동 각도가 각각 독립적으로 조절됨에 따라, 선박의 직진성은 유지하면서 러더가 받는 양력을 저감시키고 조종 성능을 향상시킨다.

또한, 회동부재는, 이웃한 회동부재 사이에서 이루는 각도가 점진적으로 가변되도록 연계적으로 동작됨에 따라, 선박의 운항 시 유체와 부딪쳐 발생하는 마찰이 저감되고 선박의 조종 안정성이 향상된다.

또한, 본 발명은, 러더의 높이 방향에 따른 유향 및 유속을 포함하는 환경 정보 및 선박의 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 운항 정보를 감지하는 감지 센서 및 환경 정보 및 운항 정보에 기초하여, 회동부재의 회동 각도를 각각 조절하는 제어기를 더 포함한다.

또한, 제어기는, 감지 센서로부터 환경 정보 및 운항 정보를 수신하는 수신부, 환경 정보 및 운항 정보에 기초하여, 러더의 높이에 따른 유체의 높이별 유입각을 계산하는 산출부 및 유체의 높이별 유입각에 기초하여, 회동부재의 동작을 선택적으로 제어하는 작동부를 포함한다.

또한, 리딩부는, 러더의 높이 방향으로 상이하게 형성되는 유체의 유입각에 대응되도록, 높이 방향으로 형상 및 곡률이 상이하게 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 프로펠러 후류에서의 유체 유입각을 반영하여 높이별로 러더의 각도를 제어함으로써 러더 상에 발생하는 저항을 최소화함에 따라, 선박의 선회성능과 속도성능을 모두 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리딩부를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더를 적용한 예시이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들에 있어서, 각 구성들의 크기, 두께 및 형상은 설명의 편의를 위해 과장되게 도시되었으며, 실제 선박용 러더에서는 이와 다른 크기와 형상을 가질 수 있다.

또한, 도시된 배선의 연결 구조는 편의를 위해 간략하게 도시된 것으로써, 이와 다른 연결 형태가 적용될 수 있으며, 소정 구성 요소를 기준으로 하여 상부, 하부, 측부 등을 표시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 장치의 회전이나 배치에 따라 지칭한 방향과 다른 방향으로 해석될 수 있다.

본 발명은 선박의 러더에 관한 것으로, 프로펠러 후류에서의 유체 유입각을 반영하여 높이별로 러더의 각도 조절이 가능한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 평면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 측단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 선박용 러더(100)는 바디부(110), 바디부(110)의 전방에서 곡면을 가지는 리딩부(120) 및 바디부(110)의 후단에 구비되는 트레일링부(130)의 구성을 포함하도록 마련될 수 있다.

바디부(110)의 내부에는 후술할 회동부재(131)의 회동에 필요한 구동력을 제공하는 모터가 구비될 수 있으며, 메인 회전축(132)을 중심으로 회동 가능하도록 마련될 수 있다.

트레일링부(130)는, 바디부(110)의 후단에서 회전축(132)을 통해 회동 가능하며 러더의 높이 방향으로 독립적으로 구비되는 복수의 회동부재(131) 및 복수의 회동부재(131)의 일단부를 관통하여 바디부(110)의 후단부에 고정시키는 회전축(132)으로 이루어질 수 있다.

이러한 복수의 회동부재(131)는, 러더의 높이별 유체의 유입각에 기초하여, 회동 각도가 각각 독립적으로 조절 가능하도록 마련될 수 있으며, 이에 따라, 선박의 직진성은 유지하면서 러더가 받는 양력을 저감시키고 조종 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 일 예로서, 회동부재(131)는, 이웃한 회동부재(131) 사이에서 이루는 각도가 점진적으로 가변되도록 연계적으로 동작될 수 있으며, 이로 인해, 선박의 운항 시 유체와 부딪쳐 발생하는 마찰이 저감되고 선박의 조종 안정성이 향상되는 효과가 있다.

도면 상에서는 하나의 회전축(132)이 복수의 회동부재(131)를 한꺼번에 관통하도록 도시하였으나, 각 회동부재(131)마다 별도의 회전축(132)이 개별적으로 구비된 형태로도 마련될 수 있으며, 회동부재(131)의 독립 구동이 가능한 형태라면 모두 적용 가능하다.

또한, 도면에서는 하나의 러더 상에4개의 회동부재(131)가 구비된 일 실시예를 도시하였으나, 회동부재(131)의 개수 및 형상은 도면에 한정되는 것은 아니다.

회동부재(131)의 형태는, 유체의 입사각에 따라 러더의 높이 방향으로 서로 상이한 각도로 조절되어 유체에 대한 저항을 저감시켜 속도 성능을 유지하면서도 조정 성능을 향상시킬 수 있는 형태라면 모두 적용 가능할 것이다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더의 기본 구성에 대해 살펴보았다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더는 아래와 같이 다양한 형태로 제공될 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리딩부를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 리딩부(120)는, 프로펠러의 후류에 따라 러더의 높이 방향으로 상이하게 형성되는 유체의 유입각에 대응되도록, 높이 방향으로 형상 및 곡률이 상이하게 형성될 수 있다.

예를 들어, 도면을 참조하면, 리딩부(120)의 상부와 하부의 형상은 유체 유입각에 기초하여, 저항을 최소화하도록 리딩 에지의 각도가 서로 상이한 트위스트형 러더(Twisted Type Rudder)의 형태로 이루어질 수 있다.

본 발명의 선박용 러더가 이러한 리딩부(120)에 적용되는 경우, 특히, 그 효과가 극대화될 수 있다.

더하여, 본 발명의 선박용 러더는 감지 센서 및 제어기의 구성을 더 포함할 수 있다.

감지 센서(미도시)는, 러더의 높이 방향에 따른 유향 및 유속을 포함하는 환경 정보 및 선박의 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 운항 정보를 감지하는 기능을 수행한다.

제어기(미도시)는, 상기 환경 정보 및 운항 정보에 기초하여, 회동부재(131)의 회동 각도를 각각 조절하는 기능을 수행한다.

이러한 제어기는 아래 수신부, 산출부 및 작동부의 세부 구성들로 이루어질 수 있다.

이러한 제어기는, 감지 센서로부터 환경 정보 및 운항 정보를 수신하는 수신부, 환경 정보 및 운항 정보에 기초하여, 러더의 높이에 따른 유체의 높이별 유입각을 계산하는 산출부 및 유체의 높이별 유입각에 기초하여, 회동부재(131)의 동작을 선택적으로 제어하는 작동부를 포함할 수 있다.

일 예로서, 감지 센서는 압력 센서, 하중 센서 등의 형태로 제공될 수 있다.

먼저, 수신부는 감지 센서로부터 환경 정보와 운항 정보를 수신하는 기능을 하며, 산출부는 상기 환경 정보와 운항 정보에 기초하여, 러더의 높이에 따른 유체의 높이별 유입각을 계산하고, 이에 적합한 높이별 각각의 회동부재(131)의 회동 방향 및 회동 각도를 산출하는 기능을 수행할 수 있다.

작동부는 산출부로부터 산출된 각각의 회동부재(131)의 회동 방향 및 회동 각도에 대응되도록, 회동부재(131)의 동작을 선택적으로 제어할 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더는, 별도로 마련되는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

저장부에는 본 발명의 러더의 형상을 고려하여 환경 정보 및 운항 정보에 따른 러더의 높이별 유체의 유입각을 산출할 수 있는 산출식이 기 저장될 수 있다.

또한, 산출된 러더의 높이별 유체의 유입각에 대응되는 회동부재(131) 각각의 회동 방향 및 회동 각도가 기 저장될 수 있다.

이에 더하여, 회동부재(131)의 회동 방향 및 회동 각도를 조절하기 위해 별도로 구비되는 구동 모터의 동작 정보가 기 저장될 수 있다.

이 외에도, 저장부에는 회동부재(131)를 선택적으로 제어하기 위해 필요한 모든 정보가 저장될 수 있다.

저장부의 형태는, 제어기의 내부에 마련되거나 외부 서버의 형태로 제공될 수 있으며, 그 제공 형태는 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 저장부는 오라클(Oracle), 인포믹스(Infomix), 사이베이스(Sybase), DB2, MySQL과 같은 관계형 데이터베이스 관리 시스템(RDBMS)이나, 비관계형 데이터베이스 관리 시스템(NoSQL), 겜스톤(Gemston), 오리온(Orion), O2 등과 같은 객체 지향 데이터베이스 관리 시스템(OODBMS)을 이용하여 본 발명의 목적에 맞게 구현될 수 있고, 자신의 기능을 달성하기 위하여 적당한 필드(field)들을 가질 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 선박용 러더를 적용하면 다음과 같이 선박의 직진 및 선회 운항이 가능해진다.

먼저, 직진 운항의 경우, 종래에는 선박의 직진 운항 시, 종래 러더의 경우, 선박 회전 후류로 인해 러더를 약 5도 정도 회동시킨 상태로 운항해야만 했다.

이로 인해, 유체 유입각 대비 양력이 발생하여 러더에 저항이 가해지므로 속도 성능이 저하되는 문제점이 있어 왔다.

반면, 본 발명의 선박용 러더는 유체 유입각에 맞추어 트레일링부의 회동 방향 및 회동 각도를 선택적으로 제어할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더를 적용한 예시로서, 도 5는 직진 운항 시 본 발명의 선박용 러더의 평단면을 도시한 것으로, 최상부 및 최하부 러더의 평단면을 나타낸 것이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 러더의 리딩부(120)는 유체의 유입각을 따르도록 마련되며, 바디부(110)는 선박의 운항 방향인 직진 방향을 그대로 유지하여 직진성을 유지할 수 있도록 마련될 수 있다.

트레일링부(130)의 경우, 회동부재(131)만을 유체의 유입각에 대응하도록 회동시킬 수 있으며, 이 때, 최상부와 최하부의 회동 방향은 서로 반대가 되도록 독립 구동이 가능하다.

즉, 종래와 같이 바디부(110)를 회동시키지 않아도 되므로 바디부(110)가 받는 저항이 저감되어 선박의 속도 성능이 향상되는 이점을 가진다.

다음으로, 선회 운항의 경우, 종래에는 러더의 메인 회전축(132)을 중심으로 러더 자체를 소정 각도 회전시켜야만 선회가 가능하므로, 러더의 회동에 따라 양력이 발생하여 속도 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

도 6은 선회 운항 시 본 발명의 선박용 러더의 평단면을 도시한 것으로, 최상부 및 최하부 러더의 평단면을 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 선박의 선회 운항 시, 본 발명의 리딩부(120)의 돌출 방향은 유체의 유입각을 따르되, 트레일링부(130)의 최상부의 회동부재(131)와 최하부의 회동부재(131)의 회동 방향을 동일하게 제어할 수 있다.

도면과 같이 최상부에서 최하부까지 회동부재(131)의 회동 방향을 회전축(132)을 중심으로 시계 방향으로 제어하는 경우, 선박이 좌측으로 선회하게 된다.

즉, 바디부(110)를 회전시키지 않고 직진성을 유지함에 따라 바디부(110) 상에 발생하는 양력을 최소하하여 선박의 속도 성능은 유지하되, 트레일링부(130)의 각도만을 상기와 같이 가변시킴에 따라, 유체의 유입각 대비 큰 양력을 발생시켜 선박의 선회 운항이 가능하다.

이 때, 트레일링부(130)의 회동과 함께 메인 회전축(132)을 중심으로 바디부(110)를 함께 회전시키는 경우, 유입각 대비 양력 발생을 더 크게 형성할 수 있으므로, 선회 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 선박용 러더는 선박의 운항 모드에 따라 바디부(110)와 트레일링부(130)의 선택적인 독립 구동이 가능하여 보다 자유로운 러더 형상으로 가변이 가능하므로 속도 성능과 조종 성능을 함께 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 러더를 사용하면 아래와 같은 이점을 가질 수 있다.

러더의 바디부의 후방에 높이 방향으로 분리 구동되는 다수의 회동부재를 구비함에 따라, 유체의 유입각에 맞추어 회동부재 각각의 회동 각도를 선택적으로 제어할 수 있는 이점을 가진다.

이에 따라, 선박 직진 운항 시 러더 상에 발생하는 양력을 최소화함으로써 선박의 직진성, 즉, 속도 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 선박의 선회 시에는 유체의 유입각 대비 큰 양력이 발생하도록, 회동부재의 회동 방향 및 각도를 제어함으로써, 바디부 상에 발생하는 양력은 최소화하여 속도 성능을 유지하되, 트레일링부 상에서 유체의 유입각 대비 큰 양력이 발생하도록 제어함으로써, 조종 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 선박용 러더
110 : 바디부
120 : 리딩부
130 : 트레일링부
131 : 회전축
132 : 회동부재

Claims (5)

1. 선박용 러더에 있어서,
   바디부;
   상기 바디부의 전방에서 곡면을 가지도록 구비되는 리딩부; 및
   상기 바디부의 후단에서 회전축을 통해 회동 가능한 복수의 회동부재가 구비되는 트레일링부를 포함하고,
   상기 트레일링부는,
   상기 러더의 높이 방향으로 독립적으로 구비되는 복수의 회동부재 및 상기 복수의 회동부재의 일단부를 관통하여 상기 바디부의 후단부에 고정시키는 회전축으로 이루어지며,
   상기 복수의 회동부재는,
   상기 러더의 높이별 유체의 유입각에 기초하여, 회동 각도가 각각 독립적으로 조절됨에 따라, 상기 선박의 직진성은 유지하면서 상기 러더가 받는 양력을 저감시키고 조종 성능을 향상시키는 선박용 러더.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 회동부재는,
   이웃한 상기 회동부재 사이에서 이루는 각도가 점진적으로 가변되도록 연계적으로 동작됨에 따라, 상기 선박의 운항 시 상기 유체와 부딪쳐 발생하는 마찰이 저감되고 상기 선박의 조종 안정성이 향상되는 선박용 러더.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 러더의 높이 방향에 따른 유향 및 유속을 포함하는 환경 정보 및 상기 선박의 이동 방향 및 이동 속도를 포함하는 운항 정보를 감지하는 감지 센서; 및
   상기 환경 정보 및 상기 운항 정보에 기초하여, 상기 회동부재의 회동 각도를 각각 조절하는 제어기를 더 포함하는 선박의 러더.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 제어기는,
   상기 감지 센서로부터 상기 환경 정보 및 상기 운항 정보를 수신하는 수신부;
   상기 환경 정보 및 상기 운항 정보에 기초하여, 상기 러더의 높이에 따른 상기 유체의 높이별 유입각을 계산하는 산출부; 및
   상기 유체의 높이별 유입각에 기초하여, 상기 회동부재의 동작을 선택적으로 제어하는 작동부를 포함하는 선박의 러더.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 리딩부는,
   상기 러더의 높이 방향으로 상이하게 형성되는 상기 유체의 유입각에 대응되도록, 상기 높이 방향으로 형상 및 곡률이 상이하게 형성된 선박용 러더.

Images