KR100422254B1 - 복합지지형수중익선의몰수체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합지지형 수중익선에 관한 것으로, 특히 수중익선의 저면부에 취부되어 항주시 수중익선을 자유수면으로부터 부상시키는 복합지지형 수직익선의 몰수체에 관한 것이다.

본 발명에 따른 복합지지형 수중익선의 몰수체는 주수중익의 양단에 프로펠러엔진을 장착할 수 있을 정도로 폰툰을 최소화하여 부착함으로써 구동력을 감축할 수 있다. 이상과 같이 수중익을 설계함에 따라 항주시 총배수량중 수중익에 의한 양력으로 대부분을 지지할 수 있으며, 공동현상 또한 방지하면서 큰 부양력을 얻을 수 있는 효과를 갖는다. 이에 기인하여 보다 큰 중량의 선박을 안착시켜 부양할 수 있을 뿐만 아니라, 부양력에 따른 마찰력의 감소로 선박의 속도를 증진하는 데 도움을 줄 것으로 기대된다.

Description

복합지지형 수중익선의 몰수체

본 발명은 복합지지형 수중익선에 관한 것으로, 특히 수중익선의 저면부에 취부되어 항주시 수중익선을 자유수면으로부터 부상시키는 복합지지형 수직익선의 몰수체에 관한 것이다.

대형 저속선 및 컨테이너선이 세계 선박의 주류를 이루고 있는 현 상황에서, 고속선이 또 다른 선박으로서의 상품 가지를 인정받고 있다. 현 조선시장의 주상품인 대형저속 비대선 및 컨테이너선은 지금까지 매우 많은 선형이 설계되고 제작되어 설계 자료들이 많이 축적되어 있는 바, 특수한 설계조건이 요구되는 선형이 아닐 시 그 설계조건만 주어지면 기존의 자료를 이용하여 비교적 쉽게 형상화할 수 있다. 하지만, 고속선 및 특수선형들은 경험에 의한 자료가 매우 빈약하며, 그 중초고속 복합지지형 수중익선은 실질적 경험이 거의 전무한 상태이고, 수치해석 및 실험해석방법도 거의 정립된 것이 없을 정도이다. 복합지지형 수중익선은 일반선박에 비해 그 선체의 많은 부분이 자유수면위로 부상하여 항주하게 된다. 이러한 복합지지형 수중익선에 있어 무엇보다 중요한 것은 항주시 그 선체를 자유수면 위로 부상시키는 몰수체의 형상 및 구조라 할 수 있다. 이에 대한 기존의 일예가 제 1도에 도시되어 있다.

제 1도는 기존의 복합지지형 수중익선의 몰수체를 나타낸 개략도이다. 이하 도면에서는 선체를 도시하지 않고 고정판으로 몰수체를 연결하여 대체 도시하였다. 따라서, 이하부터는 고정판을 선체로 간주하여 명명하고 설명한다.

도시한 바와 같이, 선체(10)의 저부면에 부착되는 선/후지지체들(11,12)에 의해 동체(20)(Pontoon)가 선체(10)로부터 소정간격 하향이격하여 장착된다. 이 동체(20)는 비행체의 동체와 유사한 형상을 가지고 총배수량의 절반정도를 담당하며, 그 길이방향의 중심부위에는 길이방향과 대략 수직되게 주수중익(30)이 고정된다. 이 주수중익(30)은 그 양단이 한쌍의 지지체들(31,32)에 의해 선체(10)에 고정지지된다. 주수중익(30)으로부터 일정간격 이격한 후미에는 선미수중익(40)이 고정되어 양력을 발생시켜 주수중익(30)에 의한 양력에 부가하여 선체(10)를 부상한다.

그러나, 기존의 몰수체는 상기한 바와 같이 동체부분이 총배수량의 절반정도를 감당하므로 그 부피가 비대하여 항주시 저항이 크게 발생함에 따라 큰 추진력이 필요하며, 이로 인한 연료손실 또한 컸다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 동체를 제거하고 동체가 지지했던 배수량을 주수중익에 의한 양력으로 대치함으로써 자유수면하를 고속으로 항주하는 몰수체의 저항을 대폭적으로 줄인 복합지지형 수중익선의 몰수체를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 동체를 제거하고 주수중익과 아울러 선미수중익을 구비함에 의해 그 양력들로 전체배수량의 대부분을 지지하여 선체의 부양력을 향상함과 더불어 선미수중익에 의한 항주시 자세를 안정적으로 유지토록 한 복합지지형 수중익선의 몰수체를 제공함에 있다.

본 발명의 또다른 목적은 주수중익의 코드크기를 고려하여 흘수(吃水)를 최소화한 복합지지형 수중익선의 몰수체를 제공함에 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 복합지지형 수중익선의 몰수체는 상기 선체의 저면부에 대략 수직하향입설된 주지지체의 단부에 취부돼서 상기 선체로부터 소정간격 이격돼 수평을 이루며, 그 양단부에 폰툰을 구비하고 자유수면하에 몰수되어 항주시 양력을 발생시켜 상기 선체를 부양하는 주수중익을 구비하고 있다. 상기 주수중익과 소정간격 이격된 상기 선체의 후미에 수직하향입설되는 선미지지체에 수직교착돼, 상기 주수중익과 더불어 양력을 발생시키는 선미수중익을 구비하고 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세히 설명한다.

제 2도는 본 발명에 따른 복합지지형 수중익선의 몰수체를 나타낸 사시도이다.

선체(10)의 저부면에는 주지지체(50a,50b)가 배의 폭방향으로 소정간격 이격하여 한쌍이 하향수직입설되어 있다. 이 주지지체들(50a,50b)의 하단부에는 주수중익(60)의 양단이 고정되어 있다. 주수중익(60)은 중심부위의 길이(코드)가 길고 양단으로 갈수록 협소해지므로 그 후부가 삼각형의 형상을 하고 있으며, 길이방향 단면은 하이드로포일형상을 갖고 있다. 이 하이드로포일형상의 단면 두께는 주수중익(60)의 중심부가 가장 두꺼우며, 그 양단으로 갈수록 작아진다. 주수중익(60)은 또한 폭방향으로 미소한 곡률로 휘어져 있다.

주수중익(60)과 주지지체들(50a,50b)의 양단결합부위에는 유선형의 폰툰들(70a,70b)이 개재되어 두 부재들을 연결하고 있다. 이 폰툰들(70a,70b)은 프로펠러엔진(미도시)를 그 내부에 수납할 수 있도록 비행기의 동체(폰툰)와 흡사한 유선형으로 최소화하여 설계제작되며, 주수중익(60)의 양끝단에 결합되어 경사효과를 일으킴으로써 주수중익(60)을 지나는 유동을 균일화한다. 즉, 폰툰들(70a,70b)은 주수중익(60)의 양끝단에서 발생하는 와류(보오텍스)를 제어하는 역할을 한다.

주수중익(60)의 후미의 선체(10)저부면에는 선미수중익(80)이 선체(10)에 하향수직입설된 선미지지체(90)에 의해 수평으로 취부되어 있다. 이 선미수중익(80)은 선미지지체(90)의 하단부에 그 폭중심부가 고정되어 있으며, 이 고정부분으로부터 양단으로 갈수록 하향오목하게 미소한 곡률로 휘어 있다. 특히, 그 길이(Chord)는 중심부가 가장 길며, 스팬(Span)에 있어 양단으로 갈수록 작아져 후부가 삼각형상화되어 있다. 뿐만 아니라, 그 길이방향 단면은 하이드로포일형상을 갖고, 그 중심단면의 두께가 가장 크고 양단으로 갈수록 작아지는 형상을 하고 있다. 한편, 전술한 주/선미지지체들(50a,50b,90)은 물의 저항을 줄이기 위하여 길이방향으로 볼록렌즈와 같은 유선형의 단면을 갖는다.

한편, 주수중익(60)과 선미수중익(80)에는 각각 수평프랩들(61,81)이 후미에 설치되어 양력을 제어한다. 이와 아울러, 선체(10)의 조향성을 기하기 위하여 주지지체들(50a,50b)과 선미지지체(90)의 후부에는 수직프랩(51a,51b,91)이 부착되어 있다.

제 3도는 본 몰수체의 주수중익과 선미수중익의 각각의 폭방향 위치에서의 코드폭에 따른 압력분포도이다. 도표 제 3(가)도는 주수중익에서의 압력분포를 나타낸 것이고, 제 3(나)도는 선미수중익에서의 압력분포를 나타낸 것이다. 도표에서, Cp는 압력을 X/L은 코드/배의 전길이를 나타낸다.

제 3(가)도에서 윗선들은 주수중익의 윗면에서의 압력분포를, 아랫선들은 주수중익의 밑면에서의 압력분포를 나타내는 것으로, 주수중익에서의 압력분포가 공동을 최소화시키는 압력분포를 가짐을 보여주고 있으며, 폰툰들의 영향으로 인하여 3차원 효과가 급격히 감소함을 알 수 있다. 또한, 선미수중익에서의 압력분포를 통하여 선미수중익에 대한 입사각이 약간 작게 나타났으나, 이미 설명한 바와 같이, 선미주중익은 부양력보다는 자세제어용으로 설계되었고, 이러한 설계개념을 잘 만족하고 있음을 제 3(나)도는 보여주고 있다. 특히, 날개 끝단 뒷날에서는 3차원 수중익에서의 특징인 상당히 큰 음의 압력이 발생하는데, 이는 그 부분에서의 후연보오텍스의 존재에 기인한 것이다.

제 4도는 본 몰수체를 선체에 장착한 사용상태도로서, 보는 바와 같이 주수중익(60)이 선체(10)의 대략 중간부위에 그리고 선미수중익(80)이 선체(10)의 후미저부에 부착된다. 이제, 제 2도 및 제 4도에 의거 본 발명에 따른 몰수체의 작용효과를 상세히 설명한다.

본 몰수체는 주수중익(60)과 선미수중익(80)으로 구분되며, 그 각각이 선체(10)의 저부에 부착되어 주수중익(60)은 대략 중앙부근에 선미수중익(80)은 선체(10) 후미쪽에 장착된다. 이와 같이 주수중익(60)과 선미수중익(80)을 장착한 선체(10)는 항주시 물에 의한 주수중익(60)과 선미수중익(80)에서의 양력발생으로 선체(10)를 자유수면으로부터 부상시킨 상태로 전진한다. 특히, 하이드로포일형의 판상체인 주수중익(60)은 커다란 양력을 발생시켜 선미수중익(80)과 더불어 총배수량의 대부분을 지지하며, 나머지는 주수중익(60)과 선미수중익(80)의 부력에 의하여 지지하게 된다. 따라서, 선체(10)는 큰 부양력으로 자유수면밖으로 들어올려지게 된다. 이 상태로 선체(10)는 항주하게 되며, 이때 주수중익(60)의 양단에 구비된 폰툰들(70a,70b)은 자유수면하에서의 고속항주에 따라 주수중익(60)의 양단에서 발생되는 와류를 제어해 주수중익(60)을 지나는 유동을 균일화한다. 특히, 본 몰수체는 주수중익(60)보다 선미수중익(80)을 약간 높게 위치시킴으로써 주수중익(60)에 의해 발생되어 선미로 유동하는 파계에 선미수중익(80)이 영향받지 않토록 하고 있다. 즉, 선미수중익(80)이 주수중익(60)에 의해 발생된 파계에 간섭받아 양력감소 및 저항이 증가하는 것을 방지하기 위함이다. 특히, 선체(10)를 부상시키는 대부분의 양력은 주수중익(60)으로부터 얻어지며, 선미수중익(80)에서는 자세를 안정적으로 조절하는데 필요한 정도의 양력이 발생한다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합지지형 수중익선의 몰수체는 주수중익의 양단에 프로펠러엔진을 장착할 수 있을 정도로 폰툰들을 최소화하여 부착함으로써 구동력을 감축할 수 있을 뿐만아니라, 와류를 제어해 주수중익을 지나는 유동을 균일화시킴으로써 항주시 안정성을 높이고 있다. 전기한 바와 같이 수중익들을 설계함에 따라 항주시 총배수량중 수중익에 의한 양력으로 대부분을 지지할 수 있으며, 공동현상 또한 방지하면서 큰 부양력을 얻을 수 있는 효과를 갖는다. 이에 기인하여, 본 몰수체는 보다 큰 중량의 선박을 안착시켜 부양할 수 있을 뿐만 아니라, 부양력에 따른 마찰력의 감소로 선박의 고속화에 부응할 수 있을 것으로 전망된다.

제 1도는 기존의 복합지지형 수중익선의 몰수체를 나타낸 개략도,

제 2도는 본 발명에 따른 복합지지형 수중익선의 몰수체를 나타낸 사시도,

제 3도는 본 몰수체의 주수중익과 선미수중익의 코드폭에 따른 압력분포도,

제 4도는 본 몰수체를 선체에 장착한 사용상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 선체 50a,50b : 주지지체

51a,51b : 수직프랩(Flap) 60 : 주수중익

61 : 수평프랩 70a,70b : 폰툰(Pontoon)

80 : 선미수중익 81 : 수평프랩

90 : 선미지지체 91 : 수직프랩

Claims (6)

1. 선체의 저면부에 몰수체를 장착하고 양력을 받아 자유수면 위로 일정부분 부상하여 항주하는 복합지지형 수중익선에 있어서,

   상기 선체의 저면부에 수직하향입설된 주지지체의 단부에 취부돼서 상기 선체로부터 소정간격 이격돼 수평을 이루며, 그 양단부에 폰툰을 구비하고 자유수면하에 몰수되어 항주시 양력을 발생시켜 상기 선체를 부양하는 주수중익; 및

   상기 주수중익과 소정간격 이격된 상기 선체의 후미에 수직하향입설되는 선미지지체에 수직교착돼, 상기 선체의 자세를 안정화하기 위한 양력을 발생시키는 선미수중익을 포함하는 복합지지형 수중익선의 몰수체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 주지지체는 상기 주수중익의 양단부를 고정하는 한쌍의 소정간격 이격한 지지체들로 구성됨을 특징으로 하는 복합지지형 수중익선의 몰수체.
3. 제 1항에 있어서, 상기 선미지지체는 상기 선미수중익의 중앙부위에 수직입설되는 것을 특징으로 하는 복합지지형 수중익선의 몰수체.
4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 주/선미지지체들은 그 단면이 유선형상인 것을 특징으로 하는 복합지지형 수중익선의 몰수체.
5. 제 1항에 있어서, 상기 주수중익 및 선미수중익은 중심부위로부터 양단으로 갈수록 그 두께가 얇아짐과 동시에 미소한 곡률로 하향절곡되며, 코드도 양단으로 갈수록 작아져 그 후미가 삼각형의 형상으로 갖는 것을 특징으로 하는 복합지지형 수중익선의 몰수체.
6. 제 5항에 있어서, 상기 주수중익으로부터 발생된 파계에 의한 간섭을 방지하기 위해서 상기 선미수중익은 상기 주수중익보다 높게 위치고정됨을 특징으로 하는 복합지지형 수중익선의 몰수체.