KR100293339B1 - 피치가안정적인배수형배 - Google Patents

Abstract

피치가 안정된 배는 예를 들면 35 노트 속도의 고속 추진 속도용으로 구조된 하나 이상의 배수형 선체를 포함한다. 선체는 배의 피치 중심 (PC) 을 선체상의 훨씬 전방에 예를 들면 그 선미로부터 선체의 길이의 75% 에 상응하는 점에 배치하는 방법으로 구조된다.

일반적으로 수평방향으로 신장된 핀 (F) 은 선체를 따라서 신장되고 그 선미 반쪽부에 있는 실제 선체로부터 돌출된다. 핀 (F) 은 선체의 1/3 길이에 상응하는 거리를 통하여 선체의 선미 - 가장자리에서 신장한다. 핀은 W/d 의 5% 이상에 상응하는 수평방향으로 돌출된 전체 표면적을 가지며, 여기서 W 는 홀수 구조에서 수면하의 전체 체적이며 d 는 선체의 홀수 구조이다. 관련된 배의 타입에 형성된 모든 핀의 수평방향으로 돌출된 전체 면적은 홀수선에서 선체의 전체 면적의 5% 이상이며, 이 선체 면적은 피치 중심을 선체의 전방에 놓은 홀수선 아래에 있는 선체의 단면 형상을 고려하며 각각의 선체용으로 W/d 로서 한정된다.

Description

피치가 안정적인 배수형 배

본 발명은 선체의 피치 이동중심이 선체의 중간부나 그 앞에 배치되는 피치가 안정된 고속 배수형 배에 관한 것이다.

종래의 항해용 배수형 배에 있어서, 선체의 피치 운동중심이 바우(bow) 쪽으로 보다는 선체의 선미쪽으로 더 많이 배치되었다.

피치가 이동한다는 것은 물로 이동함에 따라 그 수직의 중간면에 있는 선체 또는배가 이동하는 것을 의미한다. 배가 물을 가르며 이동함에 따라 상하 요동운동을 받게 되고 이는 파도의 상하운동에 따라 배가 받는 수직의 평행 변위로서 간주된다.

이에 따라 소정의 점에서 배에 적용하는 수직의 가속력은 배의 피치 이동중심과 상기 소정의 점사이의 길이 방향의 거리 대 배의 각속도 즉 피치에 의하여 부분적으로 그리고 상하요동에 의하여 부분적으로 결정된다.

피치 이동, 즉 배의 각가속도는 파도의 방향과 속도와 관련하여 배의 전방속도에 의존하고, 파도와 배사이의 상대속도는 배의 피치 이동가속도에 중요한 역할을 한다.

항해하는 배의 수직 이동, 특히 수직 가속도는 배멀미를 일으키는 가장 큰 요인이며 종래의 뗏목배 (catamaran) 에서는 피치 이동중심이 선미쪽으로 멀리 배치되고 고속으로 가속하면 승객에게 강력한 수직 가속력을 아주 심하게 주게 된다. 본래 배의 화물이 심한 수직 이동과 특히 수직 가속력을 받게 되는 것은 심한 결점이다.

종래의 배수형 배에서 물위의 선체의 높이와 선체가 피치하는 경향은 작용하는 안정화핀의 도움으로 제어가능하며, 이는 배의 수직 가속도를 감지하는 센서의 도움을 제어된다. 그러나 상기 제어 시스템은 여러 이유때문에 적합하지 못하다. 예를 들면 상기 시스템은 매우 급격하게 작용하여야 하며 그 자체 운동에 민감한 이동핀을 포함하며 이들이 특정의 수용가능한 효과를 가진다면 아주 강력한 힘을 받아야 한다. 핀 또는 핀제어 시스템의 특정이 오기능이 배에서 발생하면 승객은 아주 큰 위험을 느끼게 되며 심해에서 예를 들면 35 노트의 고속에서는 오작동을 하게 된다.

본 발명의 목적은 항해하는배, 바람직하기로는 복합 선체의 배, 특히 뗏목배 형식의 배를 제공하는 것이며, 여기서 선체는 변위 가능하며 심한 파도 예를 들면 5 미터 이상의 파도 높이에서 고속으로 추진하도록 구조된다. 이런 종류의 배는 120 미터의 길이와 40 미터의 폭을 가진다.

고속으로 항해하는 배, 예를 들면 뗏목선 형태의 복합 선체의 배용의 길고 가느다란 변위 가능한 선체의 하나의 제안된 구조에 따르면, 선체의 전방부는 볼록한 수면하의 몸체와 상대적으로 좁은 홀수선폭을 가지며, 이에 따라 선체의 전방부는 소위 스와쓰 (swath) 배의 선체 형상과 유사한 선체 형상을 가지며, 선체의 후방부는 더욱 장방형의 단면 형상을 갖는다. 이에 따라 홀수선 아래에 배치된 선체의 단면적은 종래의 고속 항해배의 경우보다 더 작은 한도로 그 길이를 따라서 변하고, 선체의 단면 형상은 두 상술한 단면사이에서 연속적으로 변할 수 있다.

출원인에 의하여 개발된 전술한 선체 구조는 본 발명의 특히 바람직한 출원용으로 적합한 시작점으로서 취할 수 있는 선체 구조와 관련된 더욱 상세한 정보가 특허 출원 SE - A - 9100288 - 1 호에 상세하게 기술되어 있다.

SE - A - 91002881 - 1 호에 기술된 구조로 갖는 선체의 선미로부터 측정된 것처럼 선체의 길이의 75 % 에 상당하는 위치에 예를 들면 그 전방으로 또는 선체의 중간구역에서 상대적으로 훨씬 전방에 피치 이동의 중심이 배치되고 선체는 고속용으로 채택되며 물 분사 유닛에 바람직하게 끼워질 수 있으며 심한 하중에 견딜 수 있다. 이 구조의 선체에 의하여 허용된 다른 이점은 전술한 특허 공보에 기술되어 있다.

본 발명은 청구항 1 항에 한정되며 다른 전개는 종속항에 한전된다.

본 발명은 시작점으로서 그 피치 이동의 중심이 선체의 중간 구역 또는 그 전반에 배치되는 선체를 가지며, 상기 선체는 변위 가능한 선체이며 고속 전방 속도를 갖도록 구조된다. 이 구조의 선체의 기준으로서, 본 발명은 배가 피치 이동 중심의 후방에 날개 또는 고정된 핀을 가지며, 핀 또는 날개는 제 1 항에 한정된 것처럼 수직 방향으로 선체의 선미 부분의 변위에 대하여 상다한 저항을 갖는 방법으로 실제 선체에서 신장한다. 핀 또는 날개는 선체로부터 상대적으로 약간 돌출하며 상대적으로 긴 길이를 가지고, 이에 따라 선체 까지의 핀의 부착점은 큰 전체 힘전달에도 불구하고 단지 상대적으로 적은 굽힘력을 받으며, 날개 또는 핀은 날개 또는 핀과 주위의 물 사이에 상당한 힘 전달을 제공하는 날카로운 외곽 가장자리를 갖는다.

핀이 상기 중심으로부터 상대적으로 넓은 평균 거리에 그리고 배의 피치 중심의 선미 방향에 배치되기 때문에 핀은 상기 피치 중심 주위에 있는 수직면에 강력한 피치 - 감쇠 토크를 제공하며, 핀의 상대적으로 긴 길이 때문에 큰 부하를 전달할 수 있다는 사실에도 불구하고, 핀 부착은 상대적으로 적은 부하만을 받게 된다.

핀은 또한 선체를 따라서나 선체에 인접한 유선형 라인을 따르기 때문이 아니라 배의 종방향으로 흐를 단지 약간의 저항을 제공하는 단면 향상을 갖는다.

핀/날개가 피치 이동 중심의 후방에 배치되기 때문에 핀/날개는 핀/날개가 고정됨에도 불구하고 배가 물을 통하여 그 이동중에 피치함에 따라 바람직한 복원 모멘트를 제공한다. 게다가 날개/핀은 아주 바람직한 피치 모멘트에 대하여 초과적인 임계 관계를 제공한다.

배의 요동 운동의 전체 수평방향으로 돌출된 면적은 A=W/d 의 5 % 이상인 것이 바람직하고, 여기서 W 는 선체의 구조 홀수의 전체 수면아래 체적이며, d 는 선체의 구조 홀수이다. 돌출된 면적은 A 의 10 % 이상인 것이 바람직하다. 안정핀의 기하학적인 가로세로 비율 AR 은 0.01 이상이며 바람직하기로는 0.02 이상이며 0.1 이하이고, 여기서 AR (가로세로비) 은 S/C 이고 S 는 유동 방향으로 가로 질러 측정된 것처럼 각각의 날개의 수평 방향으로 돌출된 간격 즉, 그 선체에서 날개의 최외각 가장자리의 평균값이며, C 는 유동방향으로 측정된 것처럼 날개의 현 (chord) 길이의 평균값이다. 본 발명에 따르면, 날개/핀은 각각의 선체 주위에 대칭적으로 배치되며, 이때 날개의 선미 또는 후방 가장자리는 선체의 선미 - 가장자리와 거의 일치한다.

안정화핀은 수평면에 있는 선체상에 코스 - 안정화 효과를 제공하기 위하여 수평면과 0 ∼ 60°의 각도를 형성하도록 구조된다.

피치 이동 방정식은 다음과 같다.

여기서 I 는 관성 모멘트

C 는 감쇠 계수

K 는 복원 모멘트

ф는 피치각

다음이 본 발명으로부터 얻어진다.

배와 그 화물을 포함하는 이외에 관성 모멘트 I 는 소위 공동 진동하는 물 질량을 또한 포함한다. 공동 진동하는 물의 질량은 발명한 날개/핀에 의하여 상당히 증가한다. 즉 이는 배의 자연 주파수주기 또는 공진 주기가 공동 진동하는 물의 질량과 함께 증가함을 의미한다. 만나거나 또는 오는 파도에서 공동으로 진동하는 물의 질량 플러스 배의 질량은 소위 만나는 주기보다 훨씬 더 긴 자연주기를 얻을 것이다. 즉, 공동 진동하는 물과 결합된 배는 오거나 또는 만나는 파도에 의하여 배에 나누어진 운동과 보조를 맞출수 없을 것이고, 이에 의하여 배는 가장 작은 가속을 항상내는 초임계 코스를 얻을 것이다.

감쇠 계수는 수직 방향에 있는 물이 각각의 안정화된 날개/핀의 날카롭고 긴 가장자리 주위를 유동하게 되기 때문에 증가한다. 감쇠 계수의 증가는 진폭을 감소시키고, 즉 배의 가속도를 감소시킨다.

핀이 선체의 피치 중심의 후방에 배치되므로 핀은 피치각을 감소시키는 복원 모멘트를 만드는 공격각을 피치 운송중에 얻는다.

이에 따라 본 발명은 모든 세개의 요소 I.C.K 를 향상시키며, 이는 실제 구조에서 선체의 선미 - 가장자리에서의 수직 가속도가 본 발명의 부재중에 선체의 수직 가속도의 50 % 로 감소하는 것을 의미하며, 이 비교는 SE-A-9100288-1 호에 기술된 바람직한 실시예의 선체와 관련된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 뗏목배와 같은 복합 선체의 배용으로 적합한 종류의 가느다랗고 고속이며 변위가능한 선체의 선택에 놓여있다고 말하여지며, 이는 선체의 전방 반쪽에 피치 운동의 중심을 제공하며, 전술한 것처럼 A 의 5 % 이상의 수평방향으로 돌출한 전체 구역과 긴 길이를 가지며, 실제 선체 자체로부터 약간 밖으로 돌출하며, 날개 또는 핀은 중심후방에 배치되며, 상기 날개 또는 핀은 물에서 수직 이동에 역으로 작용하는 날카로운 외곽 가장자리를 갖는다.

본 발명과 그 또 다른 전개는 다음의 청구하에 기술된다.

이하, 첨부도면을 참조로하여 본 발명을 상세하게 기술한다.

제 1 도는 본 발명에 따른 핀을 갖추고 훨씬 전방에 배치된 그 피치 중심을 갖는 선체의 개략 평면도.

제 2 도는 제 1 도의 선체의 개략 측면도.

제 3,4 도는 뗏목배 타입의 배의 선체상에 핀을 배치하는 또 다른 예를 도시한다.

제 5 도는 본 발명의 선체의 개략 평면도.

제 1 도는 본 발명의 피치 안정화 선체의 개략 평면도이며, 이는 각각의 정사각형 프레임의 1/2 을 도시한다. 도시된 몸체의 평면도는 구조물의 홀수 d 를 도시하며 약 120 미터의 길이를 갖는 선체의 절대수로 선체의 홀수선 WL 을 나타낸다. 제 1 도는 프레임 0,1,2,3,4,5 를 나타내며, 선미 프레임은 프레임 번호가 0 이며 최선단의 프레임은 프레임 번호가 5 이다.

선미 프레임 0 로부터 프레임 1 - 2 사이에 배치된 위치까지 신장하는 피치 안정화핀 F 이 제 1 도에 도시된다. 핀 F 는 실제 선체로부터 약 1 m 의 거리를 돌출하며 그 사이에 약 10°의 상부각을 형성하는 두개의 평면에 의하여 형성된다. 핀의 중간면은 수평면과 35°의 각도를 형성하며, 이는 각는 상대적으로 자유롭게 선택할 수 있다. 핀은 선체에 조향 효과를 나누기 위하여 수평면과 일정 각도를 형성하지만 핀의 주기능은 선체가 물에서 수직으로 이동하는 것을 방지하는 것이다.

제 1 도에 도시된 것처럼 핀 F 는 예리한 외곽 가장자리 FK 를 가지며, 이에 따라 핀 F 는 가능한한 가장 크게 주변의 물에서 수직 이동에 반작용한다.

핀 F 가 선미 방향으로 위로 경사지고 핀 F 의 신장부가 선체가 최적화되는 속도에서 핀이 작동할때 선체를 따라서 물의 흐름선과 일치하게 되는 것이 제 1 도에 도시된다. 이 속도는 상술한 것과 같은 종류의 항해하는 배인 경우에는 약 35 노트이다.

제 1,2 도에 도시된 것처럼 도시된 선체 SK 는 선체의 선미 프레임 0 으로 부터 대략 3/4 L 의 거리에 전방으로 멀리 배치된 피치 이동중심 PC 를 가지며, L 은 선체의 길이이다. PC 는 대략 프레임 3.75 에 배치된다.

핀 F 는 고정되고 PC 의 후방으로 가능한한 멀리 바람직하게 장착되고 이에 따라 선체의 수직 이동에 대한 핀에 의한 저항은 PC 주위로 가장 큰 가능한 피이 - 반 작용 토크를 발생시킨다. 핀 F 는 그러므로 선미 프레임 0 에서 전방으로 바람직하게 신장하며, 선체 SK 의 선미부 / 반쪽에 바람직하게 배치되며, 상기 핀은 또한 PC 의 후방으로 배치된다. 선체 핀은 A 의 5 % 이상, 바람직하게도 A 의 10 % 이상인 수평으로 돌출된 전체 면적을 가지며, 여기서 A 는 W/d 이고 W 는 홀수구조에서 수중의 전체 체적이며 d 는 홀수 구조이다. 핀의 기하학적 가로세로 비는 S/C 로 한정되고 여기서 S 는 실제 선체로부터 안정화핀의 최외곽 가장자리까지의 평균값 즉 유동 방향을 가로질러 측정된 것처럼 각각의 핀의 수평방향으로 돌출된 간격이고, C 는 유동방향으로 측정된 것처럼 표면의 현 (chord) 길이의 평균값이다. AR 은 0.1 보다 작고 0.01 보다는 크며 특히 0.02 보다 크다. 제 1 도의 실시예에서 AR=S/C 은 대략 0.03 과 동일하다.

제 1 도의 경우에 A 는 18 % 이다. 스위스 특허 출원 제 9100288-1 호는 수직 방향으로 작용하는 가속력, 특히 배의 앞부분에 작용하는 힘에서 현저한 감소를 얻도록 설계된 특히 선체구조의 예를 상세하게 기술하며, 본 발명이 기초로 하는 선체를 구성하도록 고려될 수 있으며, 본 발명에 따라서 배열된 핀은 선체의 선미에서 수직으로 작용하는 가속력을 현저하게 감소시킨다.

제 3 도는 쌍동이 선체를 갖는 항해하는 배, 특히 뗏목배 타입의 배의 개략 단면도이며, 여기서 핀은 각 선체상에 대칭적으로 배치된다. 제 4 도는 비록 각 선체의 단지 한쪽에만 있지만 대칭적으로 배열된 핀을 갖는 배의 구조를 예시한다.

제 1 도에서 핀 F 의 선단부는 핀의 단부가 프레임 1.5 에 근접하게 배치되는 것을 나타내기 위하여 F 1.5 로 나타내어진다. 따라서 핀 F 의 배면 가장자리는 이 가장자리가 프레임 0 에 근접하게 배치되는 것을 나타내기 위하여 FO 으로 나타내어진다.

핀 F 는 그 전체 길이를 따라서 거의 일정한 단면 형성을 가지며, 핀의 단부를 따른 유동 저항을 최소화하기 위하여 그 양단부쪽으로 좁혀지는 것이 바람직하며, 핀의 단부가 이렇게 좁혀지는 것은 핀의 폭 및/또는 두께와 관련하여 이루어진다. 핀의 그것이 좁혀지는 구역에 날카로운 외곽 가장자리 FK 를 또한 갖는다. 제 1,2 도에 예시된 핀 F 는 그 종방향으로 약간 휘어지고, 정상 작동에서 선체를 따라서 물의 홀수선에 놓여지기 위하여 상부/후방으로 약간 경사진다. 제 1 도에서 핀 F 의 경사부는 대략 프레임 1.5 와 프레임 1 사이에 배치되고 이에 반해 프레임 1 과 프레임 0 사이에 배치된 핀의 부분은 거의 수평이며, 이 핀 신장부는 제 1 도에 예시된 신체 구조와 관련되며, SE-9100288-1 호에 따른 선체 구조와 거의 일치하다. 예시된 핀 F 는 선체 길이 L 의 1/3 과 일치한느 길이를 가지며, 제 1 도의 BL 은 선체 기준선, 즉 선체 홀수선과 평행하게 신장하는 선을 나타내며, 이는 실제 선체의 최저점을 통과한다.

Claims (10)

1. 배수형 선체를 하나 이상 갖는 피치가 안정된 고속형 배에 있어서, 상기 선체는 그의 피칭중심(PC)이 선체의 중간 영역 또는 이 영역의 전방에 위치하도록 구성되며, 선체 (SK) 는 그 피칭중심의 후방에 장착된 고정핀 (F) 을 하나 이상 가짐, 이 핀은 실제 선체 (SK) 로부터 일반적으로 수평방향으로 돌출하고, 핀은 작동중인 선체의 홀수선을 따라서 신장하며, W 를 홀수 구조에서 수면하 총부피, d 를 홀수 구조라 할 때, 상기 선체를 하나 이상 갖는 배에 장착되는 핀은 W/d 의 5% 이상인 수평면에 대한 총 투영면적을 가지며, 각 핀의 기하학적인 종횡비 (AR) 는 0.01 보다 크고 0.1 보다는 작으며, S 는 실재 선체로부터 핀의 최외곽 가장자리까지의 평균값, 즉 각 핀의 표면을 수평면에 투영시켰을 때 유동방향에 대해 횡방향으로 측정한 거리, C 는 유동방향을 따라서 측정한 상기 표면의 현 길이의 평균값이라고 할 때, 상기 종횡비 (AR) 는 S/C 와 같음을 특징으로 하는 피치가 안정적인 배수형 배.
2. 제 1 항에 있어서, 핀의 전체 면적이 W/d 의 10 % 이상인 것을 특징으로 하는 배.
3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 각 핀의 종횡비가 0.02 보다 크고 0.1 보다는 작은 것을 특징으로 하는 배.
4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 핀이 배의 선미 절반부에 장착되는 것을 특징으로 하는 배.
5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 피칭 중심 (PC) 이 선체의 선미로부터 선체 길이 (L) 의 3/4 지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 배.
6. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 둘 이상의 핀을 가지며, 핀들은 대칭적으로 선체에 또는 선체들에 배치되는 것을 특징으로 하는 배.
7. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 각 핀 (F) 의 선미 가장자리가 배의 선미 가장자리와 일치하는 것을 특징으로 하는 배.
8. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 핀이 수평면과 0 ∼ 60°의 각도()를 이루는 것을 특징으로 하는 배.
9. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 핀은 배가 피칭함에 따라 물이 그 주위를 수직방향으로 흐르는 예리하고 긴 외곽 가장자리 (FK) 를 갖는 것을 특징으로 하는 배.
10. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 선체는 날렵하고 고속으로 추진되도록 설계되며, 바람직하게는 쌍동선 형태로 나란히 배열된 두 개의 서로 평행한 선체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배.