KR0161316B1 - 유체의 힘계측장치 및 이를 이용한 스프레이의 두께 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체의 힘계측장치 및 이를 이용한 스프레이의 두께측정방법에 관한 것으로 특히, 고속선박의 주요 저항성분인 스프레이의 특성을 파악하는데 편리한 유체의 힘 계측장치 및 이를 이용한 스프레이의 두께측정방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 유체의 힘계측장치 유체의 일정 단면에 접촉되어 유체가 미치는 힘의 크기에 따라 변형을 일으키는 변형부재의 변형에 따른 저항값의 변화에 대응하는 전기적신호를 발생하는 스트레인게이지, 스트레인게이지의 전기적신호를 증폭하기 위한 증폭기 및 증폭기에서 증폭된 전기적신호를 기록하기 위한 기록기를 포함하는 구성을 갖는다. 이 장치를 이용하여 일정면에 작용하는 힘을 측정하면 그 면에서의 스프레이의 두께도 쉽게 알 수 있다.

Description

유체의 힘계측장치 및 이를 이용한 스프레이의 두께 측정방법

제1도는 운항중인 선박에서의 스프레이 발생현상을 설명하기 위한 설명도.

제2도는 스프레이특성을 파악하기 위한 종래의 방법을 설명하기 위한 설명도.

제3도는 본 발명에 따른 유체의 힘계측장치의 구성을 설명하기 위한 설명도.

제4도는 본 발명에 따른 스프레이 두께측정방법을 설명하기 위한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 선박 2 : 수선면

3 : 스프레이 4 : 용기

100 : 유체의 힘계측장치 110 : 스트레인게이지

111 : 변형부재 120 : 증폭기

130 : 기록기

본 발명은 유체의 힘계측장치 및 이를 이용한 스프레이의 두께측정방법에 관한 것으로 특히, 고속선박의 주요 저항성분인 스프레이의 특성을 파악하는데 편리한 유체의 힘계측장치 및 이를 이용한 스프레이의 두께측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박이 고속으로 운항할때 선수부근에는 수선면 상방향으로 물의 흐름 즉, 스프레이가 발생된다. 이 스프레이는 선체에 의해 그 에너지를 공급받아 발생되는 것으로 선박의 진행을 방해하는 저항성분으로 작용한다. 특히, 고속선인 경우 스프레이에 의한 저항성분이 큰 비중을 차지한다.

이와같은 스프레이의 특성을 파악하여 선형설계등에 고려함으로써, 스프레이의 발생량을 줄일 수 있고, 결국 신체저항을 줄일 수 있다.

종래에는 일정장소에서 발생되는 스프레이의 유량을 전부 한 용기에 받아 그 량으로써 스프레이두께등의 특성을 파악하는 방법을 사용하였다.

제1도는 운항중인 선박에서의 스프레이 발생현상을 설명하기 위한 설명도로서, 보는 방향에 따라 제1(a)도와 제1(b)도에 각각 도시하였다.

제1(a)도는 선박의 윗쪽에서 본 모양을 나타낸 것이고, 제1(b)도는 선박의 앞쪽에서 본 모양을 나타낸 것이다. 제1도에 도시된 바와같이 선박(1)이 속도 V로 운항한다면 이 속도에 대응하여 수선면과 선체의 접선부위에는 소정 크기의 압력이 발생된다. 이에 따라, 선수부 부근에서는 제1도에 도시된 바와같이 수선면(2) 상방향으로 스프레이(3)가 발생된다. 특히, 고속으로 달릴수록, 스프레이(3)는 더 많이 발생된다. 즉, 선박(1)의 운항속도의 크기에 따라 발생되는 스프레이(3)의 높이와 두께도 달라지게 된다. 이와같은 스프레이(3)는 선박(1)의 선체에 의해 발생되는 것이므로 결국 스프레이(3)가 많이 발생될수록 선박(1)의 손실에너지도 커지게 된다. 즉, 스프레이(3)가 많이 발생될수록 선박(1)은 많은 저항을 받게 된다.

제2도는 스프레이특성을 파악하기 위한 종래의 방법을 설명하기 위한 설명도로서, 운항중인 선박의 선수쪽에서 본 모양을 나타낸 것이다. 도시된 바와같이 제2도에는 선박(1)이 도시되어 있다. 선박이 일정속도 이상으로 운항중일때 선수쪽에는 도시된 바와같은 스프레이(3)가 선박(1)의 양측으로 발생된다. 이 스프레이(3)의 특성을 파악하기 위하여 일정 부분의 스프레이(3)를 일정 시간동안 용기(4)에 모두 받는다. 이렇게 하여 일정 시간동안 용기(4)에 받아진 유량과 다른 방법에 의해 측정된 스프레이(3)의 속도를 이용하여 스프레이(3)의 두께등을 측정하여 스프레이(3)의 특성을 파악하였다.

이와같은 종래의 방법은 스프레이(3)가 떨어지는 수선면(2)부근에서 그 유량 전부를 용기(4)에 담기가 힘들고 국부적 또는 전체적으로 그 량을 정확하게 파악하기도 힘들었다.

본 발명의 목적은 간편하게 유체의 일정 면적에 작용하는 힘을 계측할 수 있는 유체의 힘계측장치를 제공하는데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명의 계측장치를 이용하여 스프레이의 두께를 용이하게 측정하는 방법을 제공하는데 있다.

이와같은 본 발명의 목적은 소정 두께로 흐르는 유체가 일정 단면적에 미치는 힘을 계측하기 위한 유체의 힘계측장치에 있어서, 상기 유체의 일정 단면에 접촉되어 상기 유체가 미치는 힘의 크기를 감지하여 이를 전기적신호로 발생시키는 감지수단, 상기 감지수단의 전기적신호를 증폭하기 위한 증폭기, 및 상기 증폭기에서 증폭된 전기적신호를 기록하기 위한 기록기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 힘계측장치에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 목적은 운항중인 선박의 선수쪽에서 발생되는 스프레이의 두께를 측정하기 위한 방법에 있어서, 상기 스프레이의 흐름속도를 측정하는 속도측정단계, 본 발명에 다른 힘계측장치를 이용하여 상기 스프레이가 일정단면적에 미치는 힘의 크기를 측정하는 힘측정단계, 및 상기 측정된 힘과 속도를 이용하여 상기 일정 단면적을 통과하는 단위시간당 유량을 산출하고, 상기 산출된 유량과 속도와의 관계식으로부터 상기 스프레이의 두께를 산출하는 두께산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스프레이 두께측정방법에 의해 달성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

제3도는 본 발명에 따른 유체의 힘계측장치의 구성을 설명하기 위한 설명도이다. 제3도에 도시된 바와같이 본 발명에 따른 유체의 힘계측장치(100)는 스트레인게이지(110)를 구비하고 있다. 이 스트레인게이지(110)에는 변형부재(111)가 설치되어 있다. 이 변형부재(111)는 변형부재에 작용힘의 크기에 따라 일정 비율로 변형된다. 스트레인게이지(110)는 이 변형부재(111)의 변형에 대응하여 저항값이 변하고, 이 저항값의 변화에 따른 전기적 신호를 발생한다. 이와같은 스트레인게이지(110)는 증폭기(120)에 연결되어 있다. 이 증폭기(120)는 스트레인게이지(110)에서 발생되는 전기적신호를 증폭하는 역할을 한다. 이 증폭기(120)는 기록기(130)에 연결되어 있다. 이 기록기(130)는 증폭기(120)에서 증폭된 전기적 신호의 변화를 사람이 알아볼 수 있도록 시각적으로 기록하는 역할을 한다. 물론, 본 발명의 유체 힘계측장치(100)는 디스플레이장치를 연결하여 사용할 수도 있다. 이와같이 하여 기록되거나 디스플레이되는 전기적 신호의 변화량을 읽으므로서, 스프레이(3)가 변형부재(111)에 미치는 힘의 크기와 변화량을 알 수 있게 된다. 이때 기록되는 전기적신호의 진폭은 힘의 크기에 비례해 나타나고, 기울기는 힘의 변화정도를 나타낸다. 이렇게 하여 얻은 데이타는 포스트프로세서(Post processor)등으로 보내 기타 여러가지 스프레이특성을 분석하기 위한 자료로 사용할 수도 있다.

이와같은 본 발명에 따른 유체의 힘계측장치(100)를 사용하면 스프레이(3)등 유체의 두께를 국부적으로 쉽고, 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 일정속도에서 뿐만 아니라, 선박(1)의 운항속도의 변화에 따라 발생되는 스프레이(3)의 특성변화정도를 쉽게 파악할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 유체의 힘계측장치는 이동수단을 구비하면 선박의 모든 부분에서 발생되는 스프레이특성 파악에 효과적이며 특히, 로보트팔, 유압장치등 선박의 깊이, 폭, 길이방향의 3차원운동이 가능한 장치에 설치하여 사용하면 스프레이특성을 보다 완벽하게 파악할 수 있다. 더구나, 그 정확도에 있어서, 기존의 방법보다는 훨씬더 정확하게 스프레이(3)의 특성을 파악할 수 있다는 장점도 있다.

제4도는 본 발명에 따른 스프레이 두께측정방법을 설명하기 위한 설명도로서, 스프레이(3)를 발생시키는 선박(1)이 도시되어 있다. 제4도에는 이 스프레이(3)의 일정부분에서의 힘을 측정하기 위한 본 발명에 따른 유체의 힘계측장치(100)도 도시되어 있다. 이 유체의 힘계측장치(100)는 포스트프로세서(140)에 연결되어 있다. 즉, 제4도에 도시된 바와같이 힘계측장치(100)의 변형부재(111)가 스프레이(3)의 일정 부분을 상하로 관통하도록 힘계측장치(100)를 설치한다. 이와같이 하여 제3도에서 설명한 바와같이 변형부재(111)의 일정 면적에 미치는 힘을 측정한다. 이 힘계측장치(100)를 통하여 얻어진 자료는 포스트프로세서(140)로 보내 기타의 스프레이(3)의 여러가지 특성을 파악하기 위한 자료로도 사용한다. 동시에 스프레이(3)의 흐름의 속도를 측정한다. 이 스프레이(3)의 흐름의 속도는 통상 많이 사용되는 유선가시화를 통하여 계측할 수 있다. 스프레이(3)의 일정면적에서의 힘과 스프레이(3)의 흐름속도가 측정되면 운동에너지와의 관계로써 단위시간당 일정 면적을 통과하는 유체의 질량을 산출할 수 있다. 이렇게 하여 구해진 질량을 해수등 유체의 비중으로 나누어주면 단위시간당 일정 단면적을 통과하는 유체량을 알 수 있다. 이 유체량은 일정 유체가 통과하는 일정단면적과 유체의 속도의 곱으로 구할 수 있다. 스프레이(3)의 흐름 속도와 단위시간당 일정면적을 통과하는 유체량은 알고 있으므로 일정 단면의 면적을 구할 수 있다. 여기서, 일정 단면적은 힘계측장치(100)에 설치된 변형부재(111)의 일정 부분이다. 따라서, 변형부재(111)의 폭으로 위에서 구한 면적을 나누어주면 일정 부분에서의 스프레이(3)의 두께를 측정할 수 있게 된다.

이상 제3도 내지 제4도를 통하여 설명한 바와같은 본 발명에 따른 유체의 힘계측장치를 사용하면 선박운항시에 발생되는 스프레이의 두께를 용이하게 측정할 수 있어 스프레이 특성 파악에 큰 도움이 된다. 뿐만 아니라, 본 발명의 힘계측장치를 사용하면 선박의 속도변화에 따른 두께변화등 스프레이특성변화를 쉽게 파악할 수 있다는 효과도 제공한다.

Claims (4)

1. 선박에 가하여지는 유체의 저항력을 계측하기 위한 장치에 있어서, 상기 유체의 일정 단면에 접촉하여 상기 유체가 미치는 힘의 크기를 감지하여 이를 전기적신호로 발생시키는 감지수단; 상기 감지수단의 전기적 신호를 증폭하기 위한 증폭기: 및 상기 증폭기에서 증폭된 전기적신호를 기록하기 위한 기록기를 포함하는 것을 특징으로 하는 운항 선박의 유체 저항력 계측장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지수단은 상기 유체가 미치는 힘의 크기에 따라 변형을 일으키는 변형부재에 부착된 센서의 저항값의 변화에 대응하여 전기적신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 운항 선박의 유체 저항력 계측장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 센서는 스트레인게이지 인 것을 특징으로 하는 운항 선박의 유체 저항력 계측장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 유체의 저항력 계측 장치는 이동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운항 선박의 유체 저항력 계측장치.