KR100424543B1 - 마찰저항 저감선 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적은 에너지 소비로 마찰저항 저감을 실시하여 항해 시의 에너지 소비를 효과적으로 절감할 수 있는 마찰저항 저감선을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에서는 선체(30)의 항해에 따라 기체 공간에 대하여 저압이 되는 부압 개소(51)를 수중에 형성하여 기체 공간에서 수중의 부압 개소(51)에 기체를 인도함과 동시에 선속 변화에 근거하여 부압 개소(51)의 상태를 변화시킨다.

Description

마찰저항 저감선{Frictional resistance reducing vessel}

본 발명은, 선체의 마찰저항을 저감하는 마찰저항 저감선에 관한 것으로서, 특히 수중에 기포를 효율적으로 방출함으로써 총합 에너지 효율을 향상시키는 것이다.

종래부터 선박 등의 항해 시 에너지 소비를 절약하는 것을 목적으로 하여 수중에 기체를 내보내 선체 외판의 표면(침수 표면) 근방에 다수의 미소 기포(마이크로 버블)를 개재시켜 선체와 물의 마찰저항을 저감하는 방법이 제안되어 왔다.

수중에 미소 기포를 발생하는 기술로서는, 일본의 특개소50-83992호, 특개소 53-136289호, 특개소60-139586호, 특개소61-71290호, 실개소61-39691호, 실개소61-128185호가 제안되어있다.

이러한 기술에서는 수중에 미소 기포를 발생하는 방법으로서, 펌프나 블로어 등의 가압 장치에 의하여 가압한 기체를 선체에 설치된 복수의 구멍이나 다공판에서 수중으로 분출시킨다.

본 출원인은 이러한 마찰저항 저감선에 관련된 기술로서, 예를 들어 선수 근방 등에 설치되는 송출구에서 수중으로 기체(예를 들어, 공기)를 송출하여 선체 외판 상에 미소 기포를 개재시키는 기술을 제안하고 있다. 이 기술은 송출구에서 기체를 송출함으로써 미소 기포를 선체 외판 상 물의 유선에 따라서 확산시켜 선체외판을 미소 기포로 덮는 것을 의도하고 있다. 이 기체를 수중으로 송출할 때에는 동력원으로서 블로어 등의 기체 공급장치가 사용되고 있다.

그렇지만 이러한 장치를 사용해서 기체를 수중에 분출한 경우, 장치의 가동에 새로운 동력을 필요로 하게 되므로 미소 기포에 의하여 감소된 항해 동력의 절약분이 감소되어 버린다. 특히, 대형선의 뱃바닥 등 비교적으로 수심이 깊은 곳에서 수중에 기체를 분출할 때에는, 수압(정수압)에 대응하여 높은 압력으로 기체를 가압해야 되기 때문에 많은 에너지를 소비하게 된다. 또한 장치를 선체에 설치함에 있어서 설비 비용이나 시공 비용 등 많은 비용이 생기게 된다. 또 장치의 구성이 비교적으로 복잡하므로 장치가 비싸며 보수 점검도 쉽지 않다.

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서 다음 사항을 목적으로 하고 있다.

⑴ 적은 에너지 소비로 마찰저항 저감을 실시하여 항해 시 에너지 소비를 효과적으로 절감한다.

⑵ 수중에 기포를 효율적으로 혼입시켜 마찰저항을 효과적으로 저감한다.

⑶ 선체의 건조 비용을 저감한다.

⑷ 보수 점검을 용이하게 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 다음 수단을 채용했다.

즉, 본 발명은 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서, 침수 표면에서 돌출하여 배치되고, 기체 공간에대하여 저압이 되는 부압 개소를 수중에 형성하는 부압 형성부;

이 부압 개소를 향하여 기포를 방출하기 위한 분출구:

일단이 기체 공간에 개방되고 타단이 분출구를 통하여 수중에 개방되는 유체 통로;

부압 형성부의 침수 표면에서의 돌출 상태, 분출구의 개구 면적 및 유체 통로의 유로 단면적 중 적어도 하나를 변화시키는 구동 기구를 갖추는 것을 특징으로 한다.

이 마찰저항 저감선은 바람직하게는 선속의 변화에 근거하여 구동 기구를 제어하는 제어 장치를 갖춘다.

또 본 발명에 관련된 선체의 마찰저항 저감 방법은 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 방법에 있어서, 선체의 항해에 따라서 기체 공간에 대해서 저압이 되는 부압 개소를 수중에 형성하고, 기체 공간에서 수중의 부압 개소에 기체를 인도함과 동시에, 선속의 변화에 근거하여 부압 개소의 상태를 변화시키는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명은 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서, 일단이 대기중에 개방되며 타단이 수중에 개방되는 외측 통부;

이 외측 통부 내에 삽입 상태로 장착됨과 동시에 일단이 대기중에 개방되며, 타단이 수중에 개방되는 내측 통부를 갖추고, 내측 통부의 타단에 침수 표면에서 돌출하고 또한 그 동출 형상이 선체의 전후 방향에 있어서 비대칭의 공기 분출부를설치한 것을 특징으로 하고 있다.

이 마찰저항 저감선은 바람직하게는 공기 분출부의 돌출 상태를 조절하는 돌출 조절 수단을 갖춘다.

또한 외측 통부 및 내측 통부의 단면 형상은 2등변 삼각형인 것이 바람직하다.

또 본 발명은, 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서, 항해중의 선체에 대한 상대적인 물의 흐름에 의하여 자체 뒤쪽 수중에 캐비테이션이 생기도록 침수 표면에서 돌출하여 설치되는 부압 형성부;

수중에 기포를 방출하기 위하여 부압 형성부 뒤쪽에 설치되는 배출구;

일단이 기체 공간에 개방되고 타단이 상기 배출구를 통하여 수중에 개방되는 유체 통로를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

또 본 발명은, 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서, 침수 표면에서 패이게끔 형성되는 凹부;

이 凹부 내부에 회전 가능하게 지지됨과 동시에 침수 표면에서 적어도 일부를 돌출시킴으로써 기체 공간에 대해서 저압이 되는 부압 개소를 수중에 형성하는 부압 형성부재;

기체 공간에서 수중의 부압 개소에 기체를 인도하기 위하여 일단이 기체 공간에 개방되고 타단이 상기 凹부에 개방되는 유체 통로;

부압 형성부재의 적어도 일부를 침수 표면에서 소정의 상태로 돌출시키기 위하여 부압 형성부재를 지지하며 또한 부압 형성부재의 각도를 조절하는 각도 조절 기구를 갖추는 것을 특징으로 하고 있다.

또한 본 발명은, 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서, 침수 면적에 설치되는 凹부;

일단이 대기중에 개방되며 타단이 상기 凹부에 개방되는 유체 통로;

날개를 갖추고, 상기 凹부 중에 배치되는 날개체와 이 날개체를 소정 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 그 날개를 소정 위치에 위치결정하는 위치결정기구를 구비하며, 위치결정기구가 마찰저항 저감 시에 凹부 내부가 물의 흐름에 대해서 개방되고 또한 대기에 대해서 부압이 되게끔 날개를 위치결정하는 것을 특징으로 하고 있다.

이 위치결정기구는 바람직하게는 비마찰저항 저감 시, 날개의 하면이 침수 표면과 거의 동일한 높이가 되도록 날개를 위치결정한다.

또한 상기 위치결정기구는 바람직하게는 갑판 쪽에서 날개의 위치를 조작 가능한 조작 수단을 갖춘다.

도 1은 본 발명에 따른 마찰저항 저감 방법의 원리를 설명하는 도면이고,

도 2a는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 기포 발생장치 부근의 확대 단면도이며,

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 기체 도입관의 단면 형상을 도시한 도면이고,

도 4a 및 도 4b는 기체 도입관의 침수 표면에서의 돌출 높이를 변화시키는 상황을 설명하기 위한 도면이고,

도 5는 수중 부압 개소의 상태를 변화시키는 절차의 일례를 도시한 플로우 차트이고,

도 6a는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 6b는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 기포 발생장치 부근의 확대 단면도이며,

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선에 의한 선체 마찰저항 저감 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이고,

도 8은 도 6b의 부압 형성부의 구조를 도시한 사시도이고,

도 9a는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 선수 근방의 우현의 측면도이고, 도 9b는 도 9a에 도시한 마찰저항 저감선의 선수 근방의 뱃바닥을 아래쪽에서 본 평면도이며, 도 9C는 도 9a의 A-A 선에 따른 단면도이고,

도 10a는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 10b는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 기포 발생장치 부근의 확대 단면도이고,

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선에 의한 선체의 마찰저항 저감 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이고,

도12는 도 10b의 B-B선에 따른 단면도이고,

도 13a는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 13b는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 수중에서 뱃바닥을 본 평면도이고,

도 14a는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 일실시예를 개략적으로 도시한 기포 발생장치 부근의 확대 단면도이고, 도 14b는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선에 있어서의 날개체 구성을 도시한 수중에서 뱃바닥을 본 평면도이고,

도 15a 및 도 15b는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선에 의한 선체의 마찰저항 저감 방법의 일례를 설명하기 위한 도면이고,

도 16은 날개체 구성을 도시한 사시도이고,

도 17a는 본 발명에 따른 마찰저항 저감선의 다른 실시예를 도시한, 수중에서 뱃바닥을 본 평면도이고, 도 17b는 도 17a의 C-C 선에 따른 단면도이다.

우선, 본 발명에 관련된 기술에 의하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 이론에 대해서 도 1을 이용해서 설명한다. 여기서 편의상 기체를 가압하여 수중에 분출하는 종래의 선체 마찰저항 저감 방법을 "정압방식", 본 발명에 관련된 부압을 이용한 것을 "부압방식"이라고 부른다. 또 이하 도면에 있어서 서로 공통되는 부분에 대해서는 동일한 부호를 매겨 그 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 관련된 마찰저항 저감선(10)을 도식적으로 도시한 도면이고, 부호 11은 선체 외판(침수 표면), 12는 부압 형성부, 13은 분출구, 14는 유체 통로, 15는 수면(흘수선)을 나타내고 있다.

소정의 선속(V)으로 마찰저항 저감선(10)이 항해하면, 선체에 대해서 상대적인 물의 흐름(20)이 형성된다. 또한, 이 마찰저항 저감선(10)은 항해 시에 있어서 기체 공간(대기)에 대해서 저압(부압, 진공압)이 되는 부압 개소(21)를 수중에 형성한다. 즉, 선체 외판(11)에서 돌출하는 부압 형성부(12)에 의하여 물의 유동 상태를 변화시킴으로써 수중에 부압 개소(21)를 형성한다. 이 때 부압 개소(21)에 접한 분출구(13)의 압력이 기체 공간(대기)에 비해서 저하되고, 유체 통로(14) 내의 유체(해수 및 공기)에 대해서 압력 구배력이 작용한다. 이 결과, 유체 통로(14)에서 해수가 배출됨과 동시에 대기중에서 유입된 공기가 유체 통로(14)를 유동하여 미소 기포(22)로서 수중에 송출된다.

그리고, 밀도 ρ인 정지 액체 중에 있어서, 액면으로부터 심도 D m인 위치에 체적 Qv의 기포(기포의 밀도를 영으로 한다)를 방출할 때, 그 방출에 드는 에너지 E는,

E=(P-Pa)Qv …⑴

로 표현된다. 여기서, Pa는 기포 공간의 압력(대기압), P는 기포의 방출 위치에 있어서의 압력(= ρgh, g는 중력가속도)이다.

이 때, 뱃바닥의 분출구(13) 부근의 유속을 V₁으로 하면, 그 자리에서의 압력 P는,

P=Pa-ρ(V₁²-V²)/2+ρgD …(2)

로 표현된다. 그리고 유속 V₁은 경계층으로의 공기 방출에 의해서 변화되지만, 그 변화는 여기에서는 무시한다.

수식 (1)에서 분명하듯이, 공기의 방출 위치에 있어서의 압력(P)이 대기압 (Pa)에 비해서 작을 경우, 즉 P＜Pa일 때, 에너지는 마이너스(E＜0)가 되어 뱃바닥으로 공기를 이동시키기 위한 부가적인 에너지가 불필요하게 된다. 또, 분출구(13) 부근에 있어서의 기포에는, 대기중에서 유체 통로(14)를 통해서 뱃바닥에 이동하는 것에 더하여 부압 형성부(12)에 의하여 생기는 캐비테이션이나 박리 작용의 결과, 포화 증기압에 비해서 부압 개소(21)의 압력이 낮아져 발생하는 기포도 포함된다.

이와 같이 본 발명에 관련된 마찰저항 저감선(10)에 있어서는, 부압 형성부 (12)에 의하여 물의 유동 상태를 변화시켜 수중에 부압 개소(21)를 형성함으로써 가압 방식에 비하여 적은 에너지로 수중에 기포를 발생할 수 있다.

다음에 수중에 부압 개소를 형성하기 위한 구성 요소의 형태(부압 형성부 (12), 분출구(13) 및 유체 통로(14)의 각 형상 등)와 선체의 마찰저항의 저감 효과의 관계에 대해서 설명한다.

여기서 각 파라미터를 다음과 같이 정의한다.

h: 부압 개소(21)에 있어서의 평균 부압(Pa)

v: 유체 통로(14) 내 공기의 평균 유속(m/sec)

Q; 수중에 송출되는 공기량(㎥/sec)

d: 침수 표면(11)부터의 부압 형성부(12)의 돌출 깊이(m)

V; 선속(m/sec)

V': 분출구(13) 부근의 기액 2상류의 유속(m/sec)

ΔF: 마찰저항 저감량(kgf)

ΔR: 부압 형성부(12)에 의한 저항 증가량(kgf)

ΔN=ΔF -ΔR: 마찰저항 저감효과(Net Gain(kgf))

여기서 Net Gain은 마찰 저항의 저감에 의하여 얻어지는 선속의 증가분을 "kgf"로 환산한 것에 해당한다.

ΔNV: 선속(V)이 일정한 때의 Net Gain

ΔNd: 부압 형성부(12)의 높이(d)가 일정한 때의 Net Gain

α: 선속(V)이 일정한 때의 저항 증가계수(kgf/m)

β: 선속(Vr)이 일정한 때의 마찰저항 저감계수(kgf/m)

ε: 부압 형성부(12)의 높이(d)가 일정한 때의 저항증가계수(kgf/(m/sec)²)

γ: 부압 형성부(12)의 높이(d)가 일정한 때의 선속(V)의 제곱에 대한 마찰저항 저감계수(kgf/(m/sec)²)

δ: 부압 형성부(12)의 높이(d)가 일정한 때의 선속(V)에 대한 마찰저항 저감계수(kgf/(m/sec)²)

[평균 부압(h(m))과 공기량 (Q(㎥/sec))의 관계]

부압 개소(21)에 있어서의 평균 부압(h(m))은 기체 도입관(Air Induction Pipe; AIP) 내 공기의 유속(v(m/sec))의 제곱에 비례한다(h∝v²). 또, 유체 통로의 유로 단면적이 일정한 때, 수중에 송출되는 공기량(Q(㎥/sec))은 공기의 유속 (v(m/sec))에 비례한다(Q∝v).

즉,

h∝v²∝Q²

이고, 평균 부압(h)의 증가에 대하여 공기량(Q)은 평방근으로 증가한다.

Q∝√h …⑶

[공기량(Q(㎥/sec))과 선속(V(m/sec))의 관계]

부압 형성부의 높이(d(m))가 일정하고, 평균 부압(h)이 분출구 부근(AIP 주변)의 기액 2상류의 유속(V'(m/sec))에 비례한다고 가정하면,

h∝V'²…⑷

이므로,

Q∝V' …⑸

가 된다. 또 분출구 부근의 기액 2상류의 유속(V'(m/sec))은, 선속(V (m/sec))에 거의 비례한다고 생각되기 때문에, 수식 ⑸로부터,

Q∝V'∝V …⑸'

가 된다.

[마찰저항 저감량(ΔF(kgf))과 공기량(Q(m³/sec))의 관계]

지금까지의 견지에서,

ΔCF∝ΔF/V²∝Q/V

라고 생각된다. 이것에서,

ΔF∝QV …⑹

또, 수식 ⑸' 및 수식 (6)으로부터

ΔF∝V² …⑺

이 된다. 한편, 공기량(Q(m³/sec))은 거의 일정하다고 가정하면, 수식 ⑹으로부터 다음 수식이 나온다.

ΔF∝V …⑻

[선속(V(m/sec))이 일정한 때의 부압 형성부의 높이(d(m))의 변화에 대한 마찰저항 저감효과(Net Gain)]

부압 형성부의 선폭 방향의 폭은 일정하고 물의 흐름에 대향하는 영역의 면적은 그 높이(d)에 비례한다고 한다. 이 때 공기량(Q(m³/sec))은, 다음 수식 ⑼에 도시한 바와 같이 유체 통로 내 공기의 유속(v(m/sec))과 부압 형성부의 높이(d)의 곱에 비례한다.

Q∝vd∝Vd∝√hd …(9)

그리고 부압 개소 영역은 부압 형성부의 높이(d)의 변화에 따라 변화되지만, 그 변화는 여기서는 무시한다. 선속(V)이 일정한 때, 수식 (6) 및 수식 (9)에서,

ΔF∝d …(10)

이 된다. 또한 부압 형성부의 폭은 일정하기 때문에 저항 증가량(ΔR(kgf))은 부압 형성부의 높이(d)에 비례한다.

ΔR∝d …(11)

즉, 부압 형성부의 폭이 일정한 때, ΔNv=ΔF -ΔR값이 최대가 되면, 최대의 마찰저항 저감효과가 얻어진다. 여기서,

ΔF=βd

ΔR=αd로 하면,

ΔNv = ΔF -ΔR = βd-αd

가 된다. 또한, ΔNv=y, d=x로 하면,

y=(β-α)x …(12)

가 되고, v≥0일 때, Net Gain이 얻어진다. 단, 수식 (12)로부터는 부압 형성부의 높이(d)의 최적치는 결정되지 않는다.

[부압 형성부의 높이(d(m))가 일정한 때의 선속(V(m/sec))의 변화에 대한 마찰저항 저감효과(Net Gain)]

수식 (7) 및 수식 (8)로부터,

ΔF = γV²+ δV …(13)

또, 부압 형성부의 높이(d)가 일정한 때, 저항 증가량(ΔR)은 선속(V)의 제곱에 비례한다.

ΔR = εV² ---(14)

수식 (13) 및 수식 (14)로부터,

ΔNd = ΔF -ΔR = (γ-ε)V²+ δV ---(15)

또한 ΔNd = y, V = x, A = γ-ε, B = δ로 하면,

y=Ax²+Bx ---(16)

여기서 수식 (12)에 있어서 그 도출 과정에서 명백하듯이 파라미터 α 및 파라미터 β는 부압 개소를 형성하기 위한 각 구성 요소의 형태(부압 형성부의 돌출형상, 분출구의 개구 면적 및 유체 통로의 유로 단면적 등)에 의존하고 있다. 또, 수식 (16)에 있어서 파라미터 A를 구성하는 γ나 ε는 선체의 특성(출력이나 선체 형상 등)에, 파라미터 B를 구성하는 δ는 부압 개소를 형성하기 위한 각 구성 요소의 형태에 의존하고 있다.

즉, 마찰저항 저감효과는, 수식 (12) 및 수식 (16)의 각 파라미터, 부압 형성부의 돌출 높이(d) 및 선속(V)에 의하여 변동한다. 따라서 본 발명에 관련된 마찰저항 저감선과 같이, 구동 기구에 의하여 부압 형성부의 침수 표면에서의 돌출 상태, 분출구의 개구 면적 및 유체 통로의 유로 단면적의 각 구성 요소 형태 중 적어도 하나를 변화시킴으로써 선체의 특성에 따라서 수중의 부압 개소의 상태를 변화시켜 효과적인 마찰저항 저감을 실현할 수 있게 된다. 또한 제어 장치에 의하여 선속의 변화에 근거하여 구동 기구를 제어함으로써 마찰저항 저감효과가 최대가 되도록 수중의 부압 개소를 제어할 수 있게 된다.

[실시예1]

이어서 본 발명에 관련된 마찰저항 저감선의 일실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 2a에 있어서, 부호 M은 마찰저항 저감선, 30은 선체, 31은 기포 발생장치, 32는 선체 외판(침수 표면), 33은 추진기, 34는 키를 나타내고 있다.

마찰저항 저감선(M)은, 예를 들어 VLCC(Very Large Crude Oil Carrier)와 같은 비대선(肥大船)이다. 비대선은, 다른 종류의 선박에 비해서 흘수선(吃水船, 15) 밑 선체 외판(32)에 있어서의 뱃바닥의 면적이 배 쪽에 대해서 비교적으로 크게 형성되어 있다. 그리고 본 발명을 적용하는 선박의 종류는 이 비대선에 한정되지 않고 고속선이나 어선 등 다른 형태의 선체라도 좋다.

기포 발생장치(31)는, 도 2b에 도시한 바와 같이 뱃바닥에 설치된 개구(32a) 내에 배치되는 기체 도입관(40)과, 기체 도입관(40)을 수직 방향으로 이동 가능하게 지지함과 동시에 구동하는 구동 기구(41)와, 구동 기구(41)를 제어하는 제어 장치(42)를 갖추고 있다.

기체 도입관(40)은, 주로 통 형상의 부재로 구성되고 유체의 통로가 되는 공간(유체 통로(43))을 내부에 갖고 있다. 기체 도입관(40) 하단 면은 축 방향에 대하여 경사지는 사면(44)이 되며, 유체 통로(43)의 하단은 이 사면(44)에 마련된 뒤쪽(선미 측)을 향하는 분출구(45)를 통해서 수중에 개방되고 있다. 한편, 유체 통로(43) 상단은 공기 취입구(40a)를 통해서 기체 공간(대기)에 개방되어 있다.

기체 도입관(40)의 단면 형상을 도 3a∼도 3c에 개시한다. 본 실시예의 마찰저항 저감선(M)에 있어서는, 도 3a에 도시한 원통 형상의 것, 도 3b에 도시한 각통 형상(4각통 형상)의 것, 도 3c에 도시한 반원통 형상의 것 등 단면 형상이 다른 복수 종류의 기체 도입관(40)을 선택적으로 사용하게끔 되어 있다.

도 2b에 돌아가, 구동 기구(41)는 구동 모터(47)와, 기체 도입관(40)을 상하 방향에 안내하는 통 형상의 수용관(48)과, 구동 모터(47)의 구동력을 전달하여 기체 도입관(40)을 기체 도입관(40) 내에서 상하로 이동시키는 전동부(미도시)를 갖추고 있다. 그리고 전동부로서는, 래크 앤드 피니언 기구나 리니어 가이드를 사용한 직동 기구 등이 적용된다. 또 수용관(48) 상단은 흘수선(수면(15)) 위에 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 또한 복수 종류의 기체 도입관(40)을 수용관(48) 내에 선택적으로 수용하기 위하여 기체 도입관(40)의 각 단면 형상에 맞춘 부착 어댑터를 마련하는 것이 바람직하다.

제어 장치(42)는, 선체 전체를 통괄적으로 제어하는 것으로서 CPU, RAM, ROM 등을 포함하는 마이크로 컴퓨터(또는 미니 컴퓨터)로 구성되어 있다.

다음에, 상술한 구조를 갖는 마찰저항 저감선(M)에 있어서의 부압 방식에 의한 선체(30)의 마찰저항 저감 방법에 대해서 설명한다.

정지 상태에서, 유체 통로(43) 내에는 선체(30) 주위와 거의 같은 수위까지 물(해수)이 들어와 있다. 추진기(33)의 추력에 의하여 선체(30)가 항해 상태가 되면, 도 4a에 도시한 바와 같이 선체(30)에 대해서 상대적인 물 흐름(50)이 형성된다.

선체(30)가 소정의 선속에 이르면, 제어 장치(42)는 도 4b에 도시한 바와 같이 구동 기구(41)를 사용해서 기체 도입관(40)의 위치(높이)를 조절하고 기체 도입관(40)의 측면(40b)(부압 형성부)을 선체 외판(32)에서 소정 높이(d)만큼 돌출시킨다.

이 때 기체 도입관(40)의 측면(40b)에 의하여 물의 유로가 좁혀지고, 이 결과 선체 외판(32)을 따라 흐르는 물의 유속이 증가함과 동시에, 기체 도입관(40)의 돌출단이 갖는 예각에 따라 수중에 박리영역이 형성된다. 또한 유속의 증가에 따른(베르누이의 정리에 근거) 압력 저하나, 박리영역에 있어서의 박리 작용이나 캐비테이션에 의하여 기체 도입관(40)의 사면(44) 쪽 수중에 있어서 정수압이 국소적으로 저하하여 대기에 대해서 저압이 되는 부압 개소(51)가 형성된다.

이 때 공기 취입구(40a)에 있어서의 압력에 비해서 부압 개소(51)에 면하는 분출구(45)의 압력이 낮아짐으로써 유체 통로(43) 내의 유체(해수 및 공기)에 대해서 압력 구배력이 작용하고, 유체 통로(43)로부터 해수가 배출됨과 동시에 공기 취입구(40a)로부터 유입된 공기가 유체 통로(43)에서 수중으로 송출된다.

그리고, 수중에 송출된 공기가 미소한 기포(52)로서 물에 혼입하여 선체 외판(32) 근방에 많은 기포가 개재함으로써 선체(30)의 마찰 저항이 저감된다.

여기서 상술한 바와 같이 수중으로 공기를 송출하기 위해서 필요한 에너지는, 기체 도입관(40)에 의해서 물의 유동 상태를 변화시킴으로써 얻어지는 것으로서 종래의 가압 방식에 비해서 적다. 이 때문에 부압 방식을 이용한 본 실시예의 마찰저항 저감선(M)에서는, 종래의 가압 방식에 비해서 적은 에너지 소비로 수중에 기포를 발생시키고 항해 시 마찰저항 저감을 효율적으로 실시할 수 있다.

또한 상술한 바와 같이, 마찰저항 저감 효과는 선체(30)의 특성(출력이나 선체 형상 등)이나 부압 개소(51)를 형성하는 기체 도입관(40)의 형태(기체 도입관 (40)의 선체 외판(32)으로부터의 돌출 형상, 분출구(45)의 개구 면적 및 유체 통로(43)의 유로 단면적 등) 및 선속 등에 의해서 변동한다. 그래서 본 발명에 관련된 마찰저항 저감선(M)에서는 마찰저항 저감 효과가 최대가 되도록 구동 기구(41)에 의하여 기체 도입관(40)의 형상, 기체 도입관(40)의 선체 외판(32)부터의 돌출 높이 및 선속 중 적어도 하나를 변화시킨다. 도 5는 그 절차의 일례를 도시한 플로우 차트이다.

이 플로우 차트에 나타낸 바와 같이, 우선 기체 도입관(40)의 형상을 선택한다(스텝 100). 예를 들어 형상이 상이한 복수의 기체 도입관(40)을 선택적으로 사용하고 그때의 선속의 변화를 비교함으로써 마찰저항 저감에 효과적인 기체 도입관(40)의 형상을 결정한다.

더 구체적으로는 추진기(33)의 회전수를 일정한 것으로 한 상태로, 예를 들어 도 3a∼도 3c에 개시한 단면 형상이 다른 기체 도입관(40)을 수동 또는 구동 기구(미도시)에 의해서 순차적으로 구동 기구(41)에 설치하고, 기체 도입관(40)의 선단(하단)을 선체 외판(32)에서 같은 높이(d)만큼 돌출시킨다. 이 때 설치되는 기체 도입관(40)의 형상에 따라 분출구(45)의 개구 면적 및 유체 통로(43)의 유로 단면적이 다르기 때문에 부압 개소(51)의 상태가 변화한다. 그리하여 이 때의 선속 변화(증감분)를 비교하여, 이 비교 결과에 근거하여 선속이 가장 증가한 기체 도입관(40)을 선택한다. 그리고 도 3a∼도 3c에서는 서로 단면적이 다른 3가지의 기체 도입관(40)을 나타내고 있지만, 이에 한정되지 않고 선택 대상이 되는 기체 도입관(40)의 형상이나 수는 임의이다.

기체 도입관(40)의 형상이 선택되면, 제어 장치(42)에 의해서 기체 도입관 (40)의 최적인 돌출 상태를 결정한다(스텝 101, 102). 구체적으로 제어 장치(42)는, 추진기(33)의 회전수를 일정(예를 들어, 표준 항해 속도에 대응하는 회전수)한 것으로 한 상태에서, 구동 기구(41)를 제어하고 기체 도입관(40)의 선체 외판(32)에서의 돌출 높이(d)를 변화시킨다. 그리고 그때의 선속 변화(증감분)에서 소정의 선속에 대해서 최적인 기체 도입관(40)의 돌출 높이(d)를 구한다(스텝 101). 그리고 돌출 높이(d)를 변화시켰을 때의 선속 증감분의 데이터를 기초로 하여 상술한 수식(12)에 있어서의 파라미터 β 및 파라미터 α를 최소 제곱법 등에 의해서 귀착시켜서 그 해답을 산출하고 수식 (12)에 근거하여 최적인 돌출 높이(d)를 구하도록 해도 좋다.

또 제어 장치(42)는, 기체 도입관(40)의 돌출 높이(d)를 일정(예를 들어, 스텝 102에서 구한 돌출 높이)한 것으로 한 상태에서, 추진기(33)의 회전수를 변화시키며 그때의 선속 변화(증감분)에서 소정의 돌출 높이(d)에 대한 최적인 선속을 구한다(스텝 102). 또 추진기(33)의 회전수(선속)를 변화시켰을 때의 선속 증감분의 데이터를 근거로 하여, 상술한 수식 (16)에 있어서의 파라미터 A 및 파라미터 B를 최소 제곱법 등에 의해서 귀착시켜 그 해답을 산출하고, 수식 (16)에 근거하여 최적인 선속을 구해도 좋다.

이 때에 산출되는 최적인 선속이 현시점의 선속에 가까울수록 현시점의 돌출 높이(d)가 마찰저항 저감에 효과적이라는 것이 된다. 따라서 제어 장치(42)는 선속의 증가분(마찰저항 저감효과: ΔN)이 최대가 되도록 기체 도입관(40)의 돌출 높이(d)와 선속을 소정의 범위 내에서 탐구적으로 거듭 변화시킨다(스텝 103). 이에 의해서 원하는 선속에 대해서 기체 도입관(40)이 최적인 돌출 높이로 제어된다.

이처럼 본 실시예의 마찰저항 저감선(M)에서는 선속 변화에 근거하여, 기체 도입관(40)의 형태(단면적 및 선체 외판(32)부터의 돌출 높이)를 변화시킴으로써 원하는 선속에 대해서 마찰저항 저감효과가 최대가 되게끔 수중에서의 부압 개소 (51)의 상태를 제어할 수 있다. 따라서 적은 에너지 소비로 선체 외판(32)에 많은기포를 개재시키고 선체(30)의 마찰 저항을 효과적으로 저감할 수가 있어서 그 결과 항해 시 에너지 소비를 효과적으로 절감할 수 있다.

또한 기포 발생장치(31)는 간소한 구성으로서 기체를 가압하기 위한 장치가 불필요하므로 선체(30)의 건조 비용이 적게 든다는 것은 두 말을 할 필요가 없다.

기포 발생장치(31)의 크기나 숫자, 그 배치 자리 등은 항해 시에 선체 외판 (32)의 개구(32a) 부근의 물의 흐름이 원하는 상태가 되도록 수치유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics)에 의한 유장 해석이나 항주 시험 등의 결과에 근거하여 정하는 것이 좋겠다.

또, 수중의 부압 개소의 상태를 변화시키는 방법은 상술한 실시예에서 설명한 것에 한정되지 않고 부압 형성부(기체 도입관(40)의 측면(40b))의 선체 외판(32)에서의 돌출 상태, 분출구(45)의 개구 면적 및 유체 통로(43)의 유로 단면적 중 적어도 하나를 변화시키면 좋다. 또한 상술한 실시예에서는 형상이 다른 복수의 기체 도입관(40)을 선택적으로 사용함으로써 분출구(45)의 개구 면적 및 유체 통로(43)의 유로 단면적을 변화시키고 있지만 유체 통로(43)의 유로 단면적을 변화시키는 개폐 기구를 설치하고 이를 선속의 변화에 따라 구동시켜도 좋다.

또, 상술한 실시예에서는 뾰족한 모양을 이루는 기체 도입관(40)의 선단을 선체 외판(32)에서 돌출시키므로 그 후방에는 캐비테이션이 생기기 쉽다. 캐비테이션이 생기면 그 교반 작용에 의하여 기체와 물의 경계면에서 기체와 물이 적극적으로 혼합되고 기액 경계면에서의 기포(52)의 이탈이 촉진됨과 동시에, 캐비테이션에 의한 강한 부압 작용으로 인하여 유체 통로(43)를 통해서 많은 기체가 수중에 도입되어 다량의 기포(52)가 수중으로 혼입되게 된다는 이점을 갖고 있다. 그렇지만 기체 도입관(40)의 형상은, 도 2b에 개시한 것에 한정되지 않고 수중에 효과적으로 부압 개소를 형성할 수 있도록 임의로 정해진다. 또, 기체 도입관(40)의 형상은 가급적 많은 공기를 흡수할 수 있도록 유체 통로(43)의 유로 단면적이 가급적 크며 또한 선체 외판(32)으로부터 돌출하는 부압 형성부로서의 측면(40a)에 의한 부가 저항을 가급적 작게 하는 것이 바람직하다.

[실시예2]

본 발명에 관련된 마찰저항 저감선의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 6a는, 도 2a에 개시하는 마찰저항 저감선(M)의 뱃바닥에 기포 발생장치 (31) 대신에 기포 발생장치(111)를 배치한 예를 나타낸다.

이 기포 발생장치(111)는, 도 6b에 나타내듯이 상하 방향으로 연장되고 또한 선체(30)에 고정된 외통(121)과, 이 외통(121) 내에 착탈 가능하고 또한 외통(121)의 축 방향(상하 방향)을 따라 이동 가능하게 수용되는 기체 도입관(AIP)으로서의 내통(122)과, 이 내통(122) 하단에 설치된 부압 형성부(123)와, 외통(121)에 대한 내통(122)의 축 방향의 위치(높이)를 조절하기 위한 위치 조절부(124)를 갖추고 있다.

외통(121)은 관 형상을 이루고 흘수선(15) 상하에서 그 양단이 개방되도록 선체(30)를 관통하여 설치되어 있다. 내통(122)은 외통(121) 내에 삽입 가능한 크기의 관 형상 부재로서 외통(121)의 상단에 형성된 개구에서 외통(121)의 내부에 삽입되어 있다. 외통(121) 및 내통(122)의 재질로서는 내식 표면 처리된 강재 또는 알루미늄 재질 등의 금속이 사용되고 있지만, 내통(122)의 재질로서는 경량화를 도모하는 것을 목적으로 하여 해수에 대해서 내식성을 갖는 수지(합성 수지)가 바람직하게 사용되고 있다.

부압 형성부(123)는 일면이 개방된 상자 형상을 이루며 내통(122)의 하단에서 아래쪽을 향해서 돌기를 형성하도록 개방단이 내통(122)의 하단에 기밀적으로 접합되어 있다. 더 구체적으로는 부압 형성부(123)는 내통(122)의 축 방향에 대해서 비스듬하게 연장되고 또한 진행 방향(Dv)의 앞쪽(선수 쪽)을 향하는 전방 사면(123a)과, 그 배면 쪽에 위치하며 또한 진행 방향 뒤쪽(선미 쪽)을 향하는 후방 사면(123b)을 갖추고 있고, 이들 사면(123a, 123b)의 가장자리를 서로 맞춤으로써 선체 외판(32)에서 선체(30)의 진행 방향(Dv)에 대해서 수직하게 돌출하는 거의 뾰족한 모양의 돌기를 형성하고 있다. 그리고 후방 사면(123b)에는 내통(122)의 하단에 형성된 개구와 연통하는 배출구(123c)가 마련되고 있다.

또, 외통(121) 내에 내통(122)이 배치됨으로써 내통(122) 및 부압 형성부 (123) 내부에 유체 통로(130)가 형성된다. 유체 통로(130)의 일단은, 내통(122) 상단에 공기 흡입구로서 형성된 개구(122a)를 통해서 기체 공간(대기)에 개방됨과 동시에 유체 통로(130)의 타단은 부압 형성부(123)의 배출구(123c)를 통해서 수중에 개방되어 있다.

위치 조절부(124)는 내통(122)을 소정의 위치에 이동시키기 위한 모터 등의 도시되지 않은 구동 장치 및 내통(122)을 소정의 위치에 고정시키기 위한 잠금기구 (미도시) 등을 구비하고, 선체(30)의 항해 상태에 따라서 부압 형성부(123)를 선체외판(32)부터 소정의 위치에 돌출시키는 것이다.

기포 발생장치(111)의 각 구성 부재의 형상이나 배치 위치는 항해 시에 부압 형성부(123)의 뒤쪽(선미 쪽)에 있어서의 물 흐름이 원하는 상태가 되도록 수치 유체역학에 의한 유장 해석이나 항주 시험 등의 결과에 근거하여 설계되고 있다. 여기서는 소정의 선속(V)으로 항해 시, 선체(30)에 대한 상대적인 물 흐름에 의하여 자체 뒤쪽 수중에 캐비테이션 및 박리가 생기도록 부압 형성부(123)의 높이(H)가 정해진다. 예를 들어, 부압 형성부(123)의 높이(H)는 내통(123)의 직경(D1)의 범위 내에서 가급적 크게 결정된다. 그리고 기포 발생장치(111)는 뱃바닥의 넓이에 따라서 하나 또는 복수 배치된다.

상술한 구조를 갖는 마찰저항 저감선(M)에 의한 선체(30) 마찰저항 저감 방법에 대해서 도 7a 및 도 7b를 참조하면서 다음에 설명한다.

정지 상태에 있어서는, 유체 통로(130) 내에 선체(30) 주위와 거의 같은 수위까지 물(해수)이 들어와 있다. 추진기(33)의 추력에 의하여 선체(30)가 항해 상태가 되면 선체(30)에 대해서 상대적인 물 흐름(140)이 형성된다.

항해 상태에 있어서 소정의 선속(V)에 이르면 도 7a에 나타내듯이 위치 조절부(124)에 의해서 부압 형성부(123)가 선체 외판(32)에서 소정 높이(H)만큼 돌출하도록 외통(121)에 대한 내통(122)의 축 방향의 위치(높이)를 조절한다.

이 때 부압 형성부(123)의 앞쪽 사면(123a)에 의해서 물의 유로가 좁혀짐으로써 뱃바닥에 따라서 흐르는 물의 유속이 커짐과 동시에 그 돌출단이 예리한 모서리로 인하여 부압 형성부(123)의 뒤쪽 수중에 캐비테이션 및 박리가 생긴다. 이들에 의하여 부압 형성부(123) 뒤쪽 수중에 있어서의 정수압이 국소적으로 저하되고 대기에 대하여 저압이 되는 부압 개소(141)가 형성된다.

이 때 내통(122) 상단에 형성된 개구(122a)에 있어서의 압력에 비해서 부압 개소(141)에 면한 배출구(123c)의 압력이 낮기 때문에 유체 통로(130) 내의 유체(해수 및 공기)에 대해서 압력 구배력이 작용하여 유체 통로(130)에서 해수가 배출함과 동시에 내통(122) 상단에 형성된 개구(122a)에서 유입된 공기가 유체 통로(130)를 유동하며 수중으로 송출된다.

그리고 수중으로 송출된 기체가 기포(142)로서 물에 혼입되고 그 결과 선체 외판(32) 근방에 많은 기포(42)가 개재함으로써 선체(30)의 마찰저항이 저감된다.

이 때 수중에 공기를 송출하기 위하여 필요한 에너지는 주로 기체의 위치를 변화시키기 위한 에너지이다. 이 에너지는 부압 형성부(123)에 의하여 물의 유동 상태를 변화시키는 것으로 얻어지는 것으로서, 기체를 가압하여 수중에 분출할 경우에 소비되는 에너지에 비해서 적다. 즉, 본 실시예에 의하면 적은 에너지 소비로 선체(30)의 마찰저항 저감을 실시함으로써 항해 시의 에너지 소비가 효과적으로 절감된다.

또, 본 실시예에서는 거의 뾰족한 형상의 돌기인 부압 형성부(123)를 선체 외판(32)에서 돌출시켜 설치하고, 적극적으로 캐비테이션 및 박리를 발생시킨다. 이 때문에 이들에 의한 교반 작용에 의하여 기체와 물의 경계 면에서 기체와 물이 적극적으로 혼합되며 기액 경계면에서의 기포 이탈이 촉진됨과 동시에 이들에 의한 강한 부압 작용에 의하여 유체 통로(130)를 통해서 많은 기체가 수중으로 인도되어많은 기포가 수중에 발생한다. 이 때 부압 형성부(123)를 선체 외판(32)에서 돌출시켜 설치하기 때문에 물 흐름(140)에 대해서 항력이 증가하지만, 실제 선체(30)에 있어서의 레이놀즈수는 선체 외판(32)의 표면 거칠기에 의하여 이미 비교적으로 높고 또한 수중에 많은 기포가 발생했기 때문에 항력의 증가가 마찰 저항의 저감 효과에 주는 영향은 적다.

또한 본 실시예에서는 항해 상태에 따라서 외통(121)에 대한 내통(122)의 위치(높이)를 조절함으로써 선체 외판(32)으로부터의 부압 형성부(123)의 돌출 상태를 제어하고 있다. 따라서, 예를 들어 소정의 선속(V)에 이르지 않은 경우나 거친 날씨에 의해 기포로 인한 마찰저항 저감 효과가 기대되지 않는 경우에는, 도 7b에 도시한 바와 같이 위치 조절부(124)에 의해서 부압 형성부(123)를 선체 외판(32)에서 안쪽으로 이동시키고 부압 형성부(123)를 비돌출 상태로 함으로써 물 흐름(140)에 대한 항력의 증가를 억제하며 에너지 소비의 저감화를 도모한다. 또한 항해 속도에 따라서 부압 형성부(123)의 돌출 높이를 조절함으로써 수중에 기포(142)가 효과적으로 방출되도록 제어한다.

부압 개소(141)의 형성에는 부압 형성부(123)의 형상이나 선체 외판(32)부터의 돌출 높이 및 레이놀즈수가 주된 지배 인자가 되어 수심에 의한 불이익이 생기기 어렵다고 생각되기 때문에 본 발명에 관련된 기술은 대형선에의 적용에도 유리하다.

또, 기포 발생장치(111)는 간소한 구성으로서 기체를 가압하기 위한 장치가 불필요하기 때문에 선체(30)의 건조 비용이 적게 든다는 것은 두 말을 할 필요가없다.

그리고 상술한 실시예에 있어서 개시한 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례로서 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거하여 여러 변경이 가능하다. 또, 상술한 실시예에서는 본 발명을 비대선에 적용한 예를 개시했지만, 이에 한정되는 것이 아니라 고속선이나 어선 등 다른 배에도 적용이 가능하다. 또, 기포 발생장치(111)의 크기나 숫자 그 배치 장소 등은 선체(30)의 형상에 따라서 적절히 설정된다. 단, 상술한 바와 같이 실제 선체(30)에 있어서의 레이놀즈수는 선체 외판(32)의 표면 거칠기에 의하여 이미 비교적으로 크고 확산 효과가 작동하므로 과도하게 많은 기포 발생장치(111)를 마련할 필요는 없다.

[실시예 3]

본 발명에 관련된 마찰저항 저감선의 또 다른 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 9a는 도 2a에 개시하는 마찰저항 저감선(M)의 뱃바닥에 기포 발생장치(31) 대신에 기포 발생장치(201)를 배치한 예를 도시한 마찰저항 저감선(M) 선수 근방의 우현 쪽 측면도이다. 또, 도 9b는 뱃바닥을 아래쪽에서 본 평면도, 도 9c는 도 9a의 A-A선 단면도이다. 이들 도면에 있어서 부호 202는 외측 통부, 203은 내측 통부, 204는 멈춤 기구(돌출 조절 수단), 205는 커버이다. 이들 중 외측 통부 (202), 내측 통부(203), 멈춤기구(204)가 마찰저항 저감선(M)에 있어서의 기포 발생장치(201)를 구성하고 있다.

외측 통부(202)는 선체(30) 내를 상하로 관통하는 중공의 관통로로서 상단(일단)(202a)이 대기중에 개방되며 또한 하단(타단)(202b)이 수중에 개방되도록 선체(30)에 용접 접합되어 있다. 이 외측 통부(202)의 단면 형상은 마찰저항 저감선(M)의 전후 방향(L)에 있어서 비대칭 형상, 예를 들어 도 9C에 개시하는 바와 같이 전후 방향(L)에 저변(a)이 직교하는 2등변 삼각형으로 설정되어 있다. 이와 같은 외측 통부(202) 내에는 외측 통부(202a)의 내경보다 약간 작은 외경을 갖는 내측 통부(203)가 삽입되어 있다. 이 내측 통부(203)의 적어도 수중에 돌출하는 부분의 단면 형상은 내측 통부(203)가 외측 통부(202) 내를 상하로 슬라이딩이 가능하도록 외측 통부(202)보다 약간 작은 외형을 갖는 2등변 삼각형으로 되어 있다.

내측 통부(203)의 상단(일단)(203a)은 대기중에 개방되고 또한 내측 통부 (203)의 하단(타단)(203b)에는 공기 분출부(206)가 마련되어 있다. 이 공기 분출부 (206)는 도 9b에 개시하는 바와 같이 내측 통부(203)의 하단(203b)을 폐쇄함과 동시에 중심에 원형의 분출구(206a)가 형성된 2등변 삼각형의 면판(206b)과 면판 (206b)에서 돌출하고 선체(30)의 앞쪽(선수 쪽)에서 분출구(206a)를 덮는 반돔 형상의 돌출판(206c)으로 구성되고 있다.

즉, 이 공기 분출부(206)는 면판(206b)이 선체 외판(32)에 대해서 거의 동일 평면 상에 위치하게끔 내측 통부(203) 상하 방향에 따른 위치를 설정한 경우에, 선체 외판(32)에서 돌출한다. 또한 반돔 형상의 돌출판(206c)이 선체(30) 앞쪽에서 분출구(206a)의 앞쪽 절반을 덮었기 때문에 공기 분출부(206)의 돌출 형상은 선체(30)의 전후 방향(L)에 있어서 비대칭으로 되어 있다.

또한 외측 통부(202) 내에 장착된 내측 통부(203)는 멈춤기구(204)에 의해서 외측 통부(202)에 계지되고 외측 통부(202)에 대한 내측 통부(203)의 상하 위치는멈춤기구(204)에 의해서 설정되어 있다. 멈춤기구(204)는 적어도 면판(206b)과 선체 외판(32)이 거의 동일 평면 상에 위치하는 상태(상태 A) 및 도 9a에 도시한 바와 같이 돌출판(206c)이 선체 외판(32)에서 돌출하지 않은 상태(상태 B)로 내측 통부(203)를 외측 통부(202)에 멈추게 할 수 있다.

또한 커버(205)는 마찰저항 저감선(M)의 정지 시에 대기에 개방된 외측 통부(202)의 상단(202a)을 막는 것으로서, 예를 들어 거친 날씨 등에 있어서 외측 통부(202)를 통해서 물이 역류하는 것을 방지한다.

상술한 구조를 갖는 마찰저항 저감선(M)에 의한 선체(30)의 마찰저항 저감 방법에 대해서 다음에 설명한다.

이 마찰저항 저감선(M)의 경우, 정지 상태에서는 내측 통부(203)가 상태 B로 설정된다. 이 때 내측 통부(203) 내에는 흘수선(15)과 같은 높이(수위)까지 해수가 들어와 있다. 그리고 항해 상태에서는 내측 통부(203)가 상태 A로 설정된다. 항해 상태에서는 내측 통부(203)의 상단(203a)에서 취입된 대기(공기)가 분출구(206a)에서 수중에 분출되고 이 공기가 수류(난류)에 의해서 미소 기포가 되며 선미 방향으로 확산된다.

즉, 상태 A에 있어서 마찰저항 저감선(M)이 순항 속도로 항해한 경우, 공기 분출부(206) 근방을 선수에서 선미 방향으로 흐르는 물의 유로는 돌출판(206c)의 존재에 의해서 국소적으로 좁혀진다. 이 결과 분출구(206a), 즉 내측 통부(203)의 하단(203b)에 있어서의 물의 정압은 대기압, 즉 내측 통부(203)의 상단(203a)에 있어서의 압력보다 저하되어 부압 상태가 되고 이 결과 상단(203a)에서 취입된 공기가 분출구(206a)에서 수중으로 분출된다. 이와 같이 수중으로 분출된 공기는 선수에서 선미로 향하는 수류에 의해서 미세화되어 기포가 된다. 그리고 선수 근방에서 발생한 기포가 물의 유선에 따라서 선미 방향으로 순차적으로 확산 이동하여 뱃바닥을 넓게 덮고 뱃바닥에 있어서의 선체 외판(32)과 물의 마찰저항이 저감된다.

또, 이 마찰저항 저감선(M)에서는 외측 통부(202)와 이에 슬라이딩 가능하게 끼워 맞추도록 내장된 내측 통부(203)의 단면 형상이 2등변 삼각형이 됨과 동시에 멈춤기구(204)에 의해서 내측 통부(203)의 상하 위치가 변경 가능하게 되어 있으므로 기포 발생수단(201)의 보수 점검 및 마찰저항 저감 효과의 시험 등도 용이하다.

또한 외측 통부(202) 및 내측 통부(203)의 단면 형상이 2등변 삼각형으로 설정되어 있으므로 보수 점검 때에 내측 통부(203)를 외측 통부(202)에서 뺀 경우, 공기 분출부(206)의 방향에 유의할 것 없이 외측 통부(202)에 내측 통부(203)를 삽입하기만 하면 선체(30)의 전후 방향에 있어서 비대칭 돌출 형상을 갖는 공기 분출부(206)의 방향을 정상적인 방향, 즉 반돔 형상의 돌출판(206c)이 선체(30)의 앞쪽에서 분출구(206a)를 덮게 되는 방향으로 할 수 있다. 따라서 보수 점검 시 등에 있어서의 내측 통부(203)의 외측 통부(202)에 대한 장착을 외측 통부(202) 및 내측 통부(203)의 단면 형상이 전후 방향(L)에 있어서 대칭적인 형상(예를 들어, 원형이나 타원형)으로 한 경우와 비교하여 용이하게 행할 수 있다.

또한 이 마찰저항 저감선(M)에 있어서는 멈춤기구(204)에 의해서 내측 통부(203)의 상하 위치를 상태 A와 상태 B로 변경할 수 있으므로 선체 외판(32)에 대한 돌출판(206c)의 돌출 유무에 의한, 즉 수중으로의 공기의 분출 유무에 의한마찰저항 저감 효과의 차이 등을 용이하게 시험할 수 있다.

그리고 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 예를 들어 다음과 같은 변형이 가능하다.

(1) 상기 실시예에서는 외측 통부(202) 및 내측 통부(203)의 단면 형상을 2등변 삼각형으로 했지만, 마찰저항 저감선(M)의 전후 방향(L)에 있어서 비대칭 형상이라면, 내측 통부(203)를 외측 통부(202)에 삽입했을 때에 공기 분출부(206)가 항상 정상적인 방향이 된다. 따라서 상기 단면 형상을, 예를 들어 5각형이나 7각형 등 다른 형상으로 해도 된다. 단, 너무 복잡한 형상으로 하는 것은 건조 비용 면에서 바람직하지 못하다. 제조 비용의 관점에서는 외측 통부(202) 및 내측 통부(203)의 단면 형상을 마찰저항 저감선(M)의 전후 방향(L)에 있어서 비대칭 및 가장 단순한 형상인 2등변 삼각형으로 하는 게 바람직하다.

(2) 상기 실시예의 공기 분출부(206)에서는 분출구(206a)를 절반 정도 덮도록 반돔 형상의 돌출판(206c)을 면판(206b) 위에 마련했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 절반 이하 또는 절반 이상 분출구(206a)를 덮도록 돌출판(206c)을 마련해도 좋다. 단, 돌출판(206c)이 어느 정도 분출구(206a)를 덮는지는 원칙적으로 분출구(206a)가 가장 효율적으로 부압 상태가 되는지 하는 관점에서 결정된다.

[실시예 4]

본 발명에 관련된 마찰저항 저감선의 또 다른 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 10a에 있어서 부호 Ma는 마찰저항 저감선, 60은 선체, 62는 선체 외판(침수 표면), 63은 추진기, 64는 키, 311은 기포 발생장치를 나타내고 있다.

기포 발생장치(311)는, 도 10b에 개시하는 바와 같이 뱃바닥의 선체 외판(62)에서 오목 패이도록 형성된 凹부(320)와, 선체(60)를 관통하고 또한 흘수선(15) 상하에서 개방되는 유체 통로(321)와, 凹부(320) 내부에 배치되는 부압 형성부재(322)를 갖추고 있다.

凹부(320)는 선체(60) 안쪽에서 선체 외판(62)에 부착되는 챔버(330)에 의해서 형성되고 있다. 즉, 챔버(330)는 일면이 개방된 박스 형상으로 형성되고 그 개방단이 선체(60) 안쪽에서 선체 외판(62)에 접속되어 있다. 그리고 챔버(330)는 경질 폴리우레탄제의 일체 성형품으로 구성되며 선체 외판(62)에 착탈 가능하게 장착되어 있다.

유체 통로(321)는 챔버(330)에 접속되는 기체 도입관(AIP, 331) 내부에 형성된 공간이다. 즉, 챔버(330)에는 수중에 기포를 방출하기 위한 배출구(330a)가 凹부(320) 안쪽에 위치하고 또한 부압 형성부재(322) 뒤쪽(선미 쪽)에 위치하도록 마련되어 있어서 배출구(330a)에는 관 형상의 부재로 된 기체 도입관(331)이 접속되어 있다. 그 결과 유체 통로(321)의 일단은 기체 도입관(331)의 공기 취입구(331a)를 통해서 기체 공간(대기중)에 개방되며, 타단은 상기 챔버(330)의 배출구(330a)를 통해서 수중에 개방되어 있다. 또 적은 압력 손실로 원하는 유량의 유체가 유체 통로(321)를 유동하게끔 기체 도입관(331) 내부의 단면적이나 형상이 정해져 있다.

부압 형성부재(322)는 선체 외판(62)에서 적어도 일부가 돌출하여 배치되고,항해중의 선체(60)에 대한 상대적인 물 흐름을 이용하며 소정의 선속(Vs)에서 기체 공간(대기)에 대해서 저압이 되는 부압 개소를 자체 뒤쪽(선미 쪽) 수중에 형성하는 것으로서 凹부(320) 내부에 스테인리스제 지지 샤프트(332)를 중심으로 회전 가능하게 지지되고 있다.

또 부압 형성부재(322)는 지지 샤프트(332)에 수직한 방향의 단면 형상이 거의 2등변 삼각형 부재로 이루어지고 지지 샤프트(332)에 평행한 복수(여기서는 3개)의 면(322a, 322b, 322c)을 갖고 있다. 또한 부압 형성부재(322)는 지지 샤프트(332)의 회전을 제어하는 각도 조절 기구(323)의 작용에 의해서 지지 샤프트(332)를 중심으로 소정의 각도를 취하고 이 결과 소정의 면(322a, 322c)의 일부가 선체 외판(62)에서 돌출하며, 다른 각도를 취함으로써 소정의 면(322a)이 선체 외판(62)과 거의 동일한 평면상에 위치되도록 되어 있다. 그리고 부압 형성부재(322)는 경질 폴리우레탄제의 성형품으로 이루어진다.

각도 조절기구(323)는, 예를 들어 도 12에 개시하는 바와 같이 지지 샤프트(332)를 회전 가능하게 지지하고 또한 챔버(330)에 지지되는 베어링부(333, 334)와 지지 샤프트(332)의 회전을 보조하기 위해서 챔버(330) 바깥쪽에서 지지 샤프트(332)에 고정되는 레버(335, 336)와 지지 샤프트(332)의 회전을 고정하기 위한 고정부(337)를 구비하고 있다. 이 예에서는 작업원이 레버(335, 336)를 통해서 지지 샤프트(332)를 회전시킴으로써 지지 샤프트(332)를 중심으로 하는 부압 형성부재(322)의 설치 각도가 변화되고 고정부(337)에 의해서 지지 샤프트(332)를 고정함으로써 부압 형성부재(322)의 설치 각도가 결정된다.

그리고 각도 조절기구(323)는 상술한 수동에 의하여 부압 형성부재(322)의 설치 각도를 조절하는 구조에 한정되지 않고, 예를 들어 구동용 모터 등을 갖춤으로써 부압 형성부재(322)의 설치 각도를 자동적으로 구동하는 구조로 해도 좋다. 그리고 베어링부(333, 334)는 수중에서 선체 내부로 물이 침입하지 않게끔 충분한 씰링 기구를 갖고 있다.

또 기포 발생장치(311)의 각 구성 부재의 형상이나 배치 위치는 항해 시에 부압 형성부재(322) 뒤쪽(선미 쪽)에 있어서의 물 흐름이 원하는 상태가 되게끔 수치 유체역학에 의한 유장 해석이나 항주 시험 등의 결과에 기초를 두고 설계되어 있으며, 예를 들어 소정의 선속(Vs)으로 항해 시에 있어서 부압 형성부재(322) 뒤쪽의 수중에서 기체 공간(대기)에 대해서 저압이 되는 부압 개소가 형성되도록 부압 형성부재(322)의 높이나 챔버(330)의 형상이 정해져 있다.

그리고 부압 형성부재(322), 챔버(330) 및 기체 도입관(331)의 재질로서는 상술한 경질 폴리우레탄제 이외에 내식 처리된 금속이나 수지 등 주로 표면이 해수에 대해서 내식성을 갖고 또한 바다 생물이 표면에 부착하기 어려운 것이 바람직하게 이용되고 있다. 또 기포 발생장치(311)는 뱃바닥의 넓이에 따라서 1개 또는 복수 배치된다.

상술한 바와 같은 구조를 갖는 마찰저항 저감선(Ma)에 의한 선체(60)의 마찰저항 저감 방법에 대해서 도 11a 및 도 11b를 참조하여 이하에 설명한다.

정지 상태에 있어서는 유체 통로(321) 내에 선체(60) 주위와 거의 같은 수위까지 물(해수)이 들어와 있다. 추진기(63)의 추력에 의하여 선체(60)가 항해 상태가 되면 선체(60)에 대해서 상대적인 물 흐름(340)이 형성된다. 소정의 선속(V)에 이르면 도 11a에 도시한 바와 같이 각도 조절기구(323)에 의하여 부압 형성부재 (322)의 각도를 조절함으로써 부압 형성부재(322)의 일부, 즉 부압 형성부재(322)의 소정 면(322a, 322b)의 일부를 선체 외판(62)에서 돌출시킨다.

이 때 부압 형성부재(322)의 면(322a)에 의해서 물의 유로가 좁혀짐으로써 뱃바닥을 따라 흐르는 물의 유속이 커짐과 동시에 그 돌출단의 예리한 각도로 인하여 수중에 박리영역이 형성되며 이들에 의해서 부압 형성부재(322)의 면(322a) 뒤쪽 수중에 있어서의 정수압이 국소적으로 저하되어 대기에 대해서 저압이 되는 부압 개소(341)가 형성된다.

그러면 공기 취입구(331a)에서의 압력에 비해서 부압 개소(341)에 면하는 배출구(330a)의 압력이 낮아진다. 이 결과 유체 통로(321)의 유체(해수 및 공기)에 대해서 압력 구배력이 작용하고 유체 통로(321)에서 해수가 배출함과 동시에 공기 취입구(331a)에서 유입된 공기가 유체 통로(321)를 거쳐 수중으로 송출된다.

그리고 수중에 송출된 기체가 기액 경계면(343)에서 이탈하여 기포(342)로서 물에 혼입하여 선체 외판(62) 근방에 많은 기포(342)가 개재함으로써 선체(60)의 마찰저항이 저감된다.

이 때 수중에 공기를 송출하기 위하여 필요한 에너지는 주로 기체의 위치를 변화시키기 위한 에너지이다. 이 에너지는 부압 형성부재(322)에 의하여 물의 유동 상태를 변화시키는 일로 얻어지는 것으로서, 기체를 가압하여 수중에 분출할 경우에 소비되는 에너지에 비해서 적다. 즉, 본 실시예에 의하면 적은 에너지 소비로선체(60)의 마찰저항 저감을 실시함으로써 항해 시의 에너지 소비가 효과적으로 절감된다.

또 본 실시예에서는 항해 상태에 따라서 부압 형성부재(322)의 각도를 각도 조절기구(323)에 의해서 조절함으로써 선체 외판(62)으로부터의 부압 형성부재 (322)의 돌출 상태를 제어한다. 즉, 예를 들어 소정의 선속(V)에 달하지 않은 경우나 거친 날씨로 인하여 기포에 의한 마찰저항 저감 효과가 기대되지 않을 경우에는 도 11b에 도시한 바와 같이 각도 조절기구(323)에 의해서 부압 형성부재(322)의 각도를 조절하고 부압 형성부재(322)의 소정 면(322a)을 선체 외판(62)과 거의 평면 상에 위치시켜 부압 형성부재(322)를 비돌출로 함으로써 물의 흐름(340)에 대한 항력의 증가를 억제하여 에너지 소비의 저감화를 도모한다. 또한 항해 속도에 따라서 부압 형성부재(322)의 돌출 높이를 조절함으로써 수중에 기포가 효과적으로 방출되도록 제어한다.

이와 같이 본 실시예에서는 항해 상태에 따라서 부압 형성부재(322)의 선체 외판(62)부터의 돌출 상태를 제어함으로써 항해 속도에 따라서 수중에 기포를 효과적으로 방출하거나 선체(60)의 쓸데없는 항력 증가를 억제해서 선체(60)의 마찰저항을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또한 부압 형성부재(322)의 각도를 조절함으로써 선체 외판(62)으로부터의 부압 형성부재(322)의 돌출 상태를 제어하기 위하여 기포 발생장치 (311)를 간소하고 또한 짜임새 있게 구성할 수 있어서 기존의 선체에 대해서도 기포 발생장치 (311)를 용이하게 추가해서 장착할 수 있다.

또 본 실시예에서는 부압 형성부재(322)의 소정 면(322a)을 선체 외판(62)과 거의 동일한 면 위에 마련함으로써 부압 형성부재(322)를 비돌출로 하기 때문에 凹부(220)의 개구가 그 면(322a)에 의하여 넓게 막히며 선체 외판(62)에 있어서의 凹凸이 저감되므로 물의 흐름(340)에 대한 항력 증가가 효과적으로 억제된다.

또 기포 발생장치(311)는 간소한 구성임과 동시에 기체를 가압하기 위한 장치가 불필요하므로 선체(60)의 건조 비용이 적게 든다는 것은 두 말을 할 필요가 없다.

또한 도 10b에 개시하는 챔버(330)나 부압 형성부재(322)가 경질 폴리우레탄제 성형품이기 때문에 양산 효과에 의한 비용의 저감화를 도모하기 쉽다. 또, 챔버(330)가 선체 외판(62)에 착탈 가능하게 부착되어 있으므로 보수 시의 노력도 적게 들게 된다.

그리고 상술한 실시예에서 개시한 각 구성 부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례로서 본 발명의 주지에서 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거하여 다양한 변경이 가능하다. 본 발명은, 예를 들어 다음과 같은 변경도 포함되는 것이다.

상술한 실시예에서는 항해 속도나 날씨에 근거하여 각도 조절기구(323)를 수동에 의하여 조작하고 있지만, 이에 한정되지 않고 항해 속도 등의 데이터에 기초하여 자동적으로 각도 조절기구(323)를 구동하여 부압 형성부재(322)의 설치 각도를 조절하게끔 해도 된다.

또, 상술한 실시예에서는 본 발명을 소형 어선에 적용한 예를 개시했지만,이에 한정되는 것이 아니라 탱커나 콘테이너선 등 비대선이나 고속선 등 다른 배에도 적용이 가능하다. 그리고 기포 발생장치(311)의 크기나 숫자 그 배치 자리는 선체의 형상에 따라 적절히 설정된다.

[실시예 5]

본 발명에 관련된 마찰저항 저감선의 또 다른 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 13a는 도 10a에 개시하는 마찰저항 저감선(Ma)의 뱃바닥에 기포 발생장치(311) 대신에 기포 발생장치(411)를 배치한 예를 나타낸다. 또한 본 실시예에서는 도 13b에 나타내듯이 선수 근방의 뱃바닥에 복수의 기포 발생장치(411)가 선폭 방향에 나란히 마련되어 있다.

기포 발생장치(411)는, 도 14a 및 도 14b에 도시한 바와 같이 뱃바닥의 선체 외판(62)에서 패이도록 형성된 凹부(420)와, 일단이 대기중에 개방되고 또한 타단이 凹부(420) 내부에 개방되는 유체 통로(421)와, 凹부(420) 내부에 배치된 날개를 갖는 날개체(422)와 이 날개체(422)를 凹부(420) 측면에 따라 이동 가능하게 지지하고, 날개를 소정의 위치에 위치를 결정하는 위치결정기구(423)를 포함하고 있다.

凹부(420)는, 선체(60) 안쪽에서 선체 외판(62)에 접합되는 방 형상을 이루는 챔버(430)에 의해서 형성되고 있다. 즉, 챔버(430)는 일면이 개방된 박스 형상으로 형성되고 그 개방단이 선체 외판(62)에 안쪽에서 접합되어 있다.

유체 통로(421)는 여기서 챔버(430)에 접속되는 기체 도입관(AIP, 431) 내부에 형성된 공간이다. 챔버(430)에는 수중에 기체를 인도하기 위한 개구(430a)가 마련되어 있고 이 개구(430a)에 기체 도입관(431)이 접속되어 있다. 그리고, 도 14a에 개시하는 바와 같이, 기체 도입관(431)에 플렉시블한 관 형상 부재를 이용함으로써 그 설치 공간의 효율화를 도모할 수 있다.

날개체(422)는, 도 16에 도시한 바와 같이 베이스(435), 스트러트(436, 437), 날개(438)를 주체로 구성되어 있다. 베이스(435)는, 챔버 구조를 이루고 아래쪽에 경사면(435a)을 갖고 있다. 이 경사면(435a)은, 여기서는 위쪽에 凸이 되는 곡면 형상으로 형성되고 진행 방향(Dv) 앞쪽(선수 쪽)을 향하여 서서히 그 높이가 높아지도록 형성되고 있다. 이 경사면(435a)의 폭 방향의 양단에 상기 각 스트러트(436, 437)의 일단이 각각 접합되며, 각 스트러트(436, 437)의 타단이 상기 날개(438)의 폭 방향 양단에 각각 접합되어 있다. 스트러트(436, 437) 및 날개 (438)는 각각 소정의 날개 형상으로 형성되고 앞 가장자리 및 뒤 가장자리가 선체 (60)의 진행 방향(Dv)을 향하도록 배치되어 있다. 또한 날개(438)는 凸형상의 날개면이 위를 향하도록 배치된다. 그리고 날개(438) 및 스트러트(436, 437)의 형상에는 NACA 날개형, 오지발 날개형 등 다양한 날개형이 적용 가능하며 선체의 형상 및 선속(표준 항해 속도)에 따라 정해진다.

또 날개체(422)에 있어서 베이스(435), 스트러트(436, 437) 및 날개(438)는 서로 조합되어 통 형상을 이루고 있어 안쪽에 연직 방향 위쪽으로 凸이 되는 만곡된 수로(439)를 형성한다. 또 베이스(435)의 상면 및 하면(경사면(435a)에는 개구(435b, 435c)가 형성되고, 이 개구(435b, 435c)를 통해서 상기 수로(439)와 베이스(435) 위쪽에 위치하는 공간이 이어서 연결된다.

도 14a에 돌아가, 위치결정기구(423)는 날개체(422)를 凹부(420) 측면에 따라서 상하로 슬라이드시키는 링크 기구를 이루고 있으며 레버(440)의 조작에 의해서 선체 외판(62)에서의 날개(438) 높이가 가변으로 되어있다. 그리고 레버(440)는 갑판 쪽에 배치되어 있어서 훅 등의 계지 수단에 위해서 그 조작 위치가 유지된다. 또, 위치결정기구(423)에는 레버(440)의 움직임에 순응하면서 상기 凹부(420)와 갑판 쪽을 격리하는 주름 상자 등 플렉시블한 커버(441)가 설치되어 있다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 마찰저항 저감선(Ma)에 의한 선체(60)의 마찰저항 저감 방법에 대해서 도 15A 및 도 15b를 참조하여 이하에 설명한다.

정지 상태에 있어서는 凹부(420) 내에 선체(60) 주위와 거의 같은 수위까지 물(해수)이 들어와 있다. 추진기(63)의 추력에 의하여 선체(60)가 항해 상태가 되면 선체(60)에 대해서 상대적인 물의 흐름(450)이 형성된다. 소정의 선속(예를 들어, 표준 항해 속도)에 이르면 도 15A에 나타내듯이 레버(40)를 조작함으로써 위치결정기구(423)에 의해서 날개체(422)를 아래쪽으로 이동시키고 날개(438)를 선체 외판(62)에서 소정 높이만큼 돌출시킨다. 이 때 凹부(420) 내부가 물의 흐름(450)에 대해서 개방되어 凹부(420)의 입구 단차로 인하여 수중에 박리영역이 형성된다. 그리고 이 박리영역에 의해서 수로(439)에서의 수압(정수압)이 저하된다. 또 수로(439)에서는 경사면(435a)에 따라 물의 유로가 점점 좁혀지므로 수로(439)를 흐르는 물의 유속이 뒤쪽을 향하여 증가하여 수압이 한층 저하된다. 이에 의하여 수로(439) 내 수압이 대기에 대해서 국소적으로 부압이 된다.

이 대기에 대한 압력차에 의하여 유체 통로(421) 및 凹부(420) 내부의 유체(해수 및 공기)에 대해서 압력 구배력(Pf)이 작용하고 대기중에서 유체 통로(421)및 凹부(420) 내에 공기가 유입된다. 그리고 그 공기가 날개체(422)의 개구(435b, 435c)를 통해서 수로(439) 내 수중으로 송출된다.

그리고 수중으로 송출된 기체가 기포(452)로서 물에 혼입되어, 선체 외판 (62)의 근방에 많은 기포(452)가 개재됨으로써 선체(60)의 마찰저항이 저감된다.

이 때 수중에 공기를 송출하기 위하여 필요한 에너지는 주로 기체의 위치를 변화시키기 위한 에너지이다. 이 에너지는 凹부(420) 및 날개체(422)에 의하여 물의 유동 상태를 변화시킴으로써 얻어지기 때문에 가압한 기체를 수중에 분출할 경우에 소비되는 에너지에 비해서 적다. 즉, 본 실시예에 의하면 적은 에너지 소비로 선체(60)의 마찰저항 저감을 행함으로써 항해 시의 에너지 소비가 효과적으로 절감된다.

또 본 실시예에서는 凹부(420)의 입구에 형성되는 단차에 의하여 박리영역과 더불어 캐비테이션이 생긴다. 이 때문에 박리영역이나 캐비테이션으로 인한 교반 작용에 의하여 기체와 물의 경경계면에서 기체와 물이 적극적으로 혼합되어 기액 경계면에서의 기포(452) 이탈이 촉진된다.

또한 날개(438) 주변에 생기는 순환 흐름(Γ)(아래쪽을 향하는 날개 면에 비해서 위쪽을 향하며 날개 쪽 유속이 커짐)에 의하여 날개(438) 상하에서 압력차가 생겨, 날개(438)를 통해서 선체(30)에 대하여 상향 양력(揚力)이 작용한다. 이 때문에 이 양력에 의하여 선체(60)의 특히 선수 쪽이 부상하며 선체(60)의 침수 면적이 감소되어 선체(60)의 마찰저항이 더욱 저감된다. 또, 이 날개(438) 주변에 생기는 순환 흐름(Γ)은 수로(439) 내의 유속을 증대시키는 방향으로 작용하므로수로(439)의 수압 저하가 촉진되며 기포(452)에 대한 수중으로의 흡인력이 증대된다.

또한 이 순환 흐름(Γ)은 날개(438)를 지지하는 스트러트(436, 437) 주변에도 생기고 이들 순환 흐름(Γ)은 뒤쪽 수중에 소용돌이를 발생시킨다. 순환 흐름(Γ)에 의해서 발생한 소용돌이는 마찰 저항에 관여하는 벽면 근방의 난류 경계층 내의 소용돌이 구조를 변화시키며 경계층 내 물의 운동량을 확산시켜 선체(60)의 마찰저항 저감에 공헌한다.

그리고 순환 흐름(Γ)은 저속 항해 시(예를 들어, 10 노트 정도)에 있어서도 충분히 생기기 때문에 광범위한 항해 속도에 대해서 상술한 바와 같은 마찰저항 저감 효과를 발휘한다.

또 본 실시예에서는 항해 속도 등의 항해 조건에 따라서 위치결정기구(423)로 인하여 날개(438)의 돌출 높이를 조절하여 수중에 기포가 효과적으로 방출되도록 제어한다. 이 조절은 갑판 쪽에 배치된 레버(440)를 조작함으로써 승선자가 용이하게 실시할 수 있다.

또한 본 실시예에서는, 예를 들어 소정의 선속에 이르지 않은 경우나 거친 날씨로 인하여 기포에 의한 마찰저항 저감 효과가 기대되지 않을 경우에는, 도 15b에 도시한 바와 같이 위치결정기구(423)에 의해서 날개(438) 하면이 선체 외판(62)과 거의 동일한 높이가 되게끔 날개(438) 위치를 조절한다. 이에 의하여 물의 흐름(450)에 대한 항력 증가가 억제된다. 즉, 날개(438) 하면을 선체 외판(62)과 거의 동일한 평면 상에 위치시킴으로써 凹부(420)의 개구가 막힘과 동시에 선체 외판(62)에 있어서의 凹凸이 감소되므로 물의 흐름(450)에 대한 항력 증가가 효과적으로 억제된다.

이와 같이 본 실시예에서는 항해 조건에 따라서 선체 외판(62)으로부터의 날개(438)의 돌출 높이를 억제함으로써 수중에 기포를 효과적으로 방출하거나 선체(60)의 쓸데없는 항력 증가를 억제하여 항해 시의 에너지 소비의 저감화를 도모할 수 있다.

또한 기포 발생장치(411)는 간소한 구성임과 동시에 기체를 가압하기 위한 장치가 불필요하므로 선체(60)의 건조 비용이 적게 든다는 것은 두 말을 할 필요가 없다.

그리고 상술한 실시예에 있어서 개시된 각 구성부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례로서 본 발명의 주지에서 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거하여 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어 상술한 실시예에서는 항해 조건에 기초를 두고 위치결정기구(423)를 레버(440)를 통해서 수동에 의하여 조작하고 있지만, 이에 한정되지 않고 항해 속도 등의 데이터에 기초를 두고 자동적으로 위치결정기구 (423)를 구동하여 날개(438)의 돌출 높이를 조절해도 좋다.

또, 상술한 실시예에서는 본 발명을 소형선에 적용한 예를 개시했지만, 이에 한정되는 것이 아니라 탱커나 콘테이너선 등 비대선, 대형선이나 고속선 등 다른 배에도 적용이 가능하다. 기포 발생장치(411)의 크기나 숫자, 그 배치 자리 등은 선체의 형상에 따라서 적절히 설정된다.

도 17a 및 도 17b는 기포 발생장치로서 상술한 날개체가 마련되는 凹부(420)에 더해서 선체 외판(62)(여기서는 뱃바닥)에 홈을 형성한 것이다. 여기서는 선폭 방향으로 나란히 설치되는 복수의 凹부(420) 사이 및 복수의 凹부(420) 외측에 소정 깊이의 복수 홈(70)이 형성되고 있다. 이들 홈(70)은 도 17b에 도시한 바와 같이 선미 방향(진행 방향 뒤쪽)을 향하여 선체 외판(62)에서의 깊이가 서서히 얕아지도록 형성되어 있다. 또한 홈(70) 앞쪽(선수 쪽) 또한 홈(70)에 인접하는 영역에는 선체 외판(62)으로부터 소정의 높이로 돌출하는 경사면(71)이 형성되어 있다. 이 경사면(71)은 그 각부에서 박리나 캐비테이션을 발생시켜서 수중에 새로 기포를 발생시키거나 홈(70) 내부를 저압 상태로 만들어 상술한 凹부(420)에서 방출되는 기포를 홈으로 인도하는 것을 목적으로 한다. 이 경우 凹부(420)에서 방출된 기포의 일부가 홈(70) 내부에 충만하여 선폭 방향으로 확산된다. 이에 의하여 선체 외판(62)의 넓은 범위를 농후한 기포로 덮어 마찰저항의 저감 효과를 촉진시킬 수 있다.

그리고 상술한 실시예에서 개시한 각 구성 부재의 여러 형상이니 조합 등은 일례로서 본 발명의 주지에서 일탈하지 않는 범위에서 설계 요구 등에 근거하여 다양한 변경이 가능하다. 기포 발생장치(411)나 홈(70)의 형상은 선체(60)의 항해에 따른 물 흐름에 대해서 저항(항력)이 가급적 작고 또한 그 물 흐름이 원하는 상태로 변화하도록 수치 유체역학에 의한 유장 해석 등 각종 해석에 의하여 설계된다.

그리고 상술한 실시예 1∼5에 있어서, 수중에 혼입된 기포(22, 52, 142, 342, 452)는 수심에 따른 정수압보다 낮은 내압으로 형성되므로 일정한 수심으로 상기 기포가 이동할 때(예를 들어 뱃바닥을 따라 기포가 이동할 때)에 부압 개소에서 떨어짐에 따라서 기포에 큰 수압이 작용하여 서서히 기포가 작아진다. 본 출원인들의 지금까지의 연구에 의하면 선체(30, 60)의 마찰저항의 저감에는 비교적으로 작은 기포가 바람직하다. 따라서 부압으로 인하여 발생한 기포는 이 점에서도 마찰저항의 저감에 유리하게 작용한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 선체의 마찰저항을 저감하는 마찰저항 저감선에 있어서, 적은 에너지 소비로 마찰저항 저감을 실시하여 항해 시 에너지 소비를 효과적으로 절감하고, 수중에 기포를 효율적으로 혼입시켜 마찰저항을 효과적으로 저감하며 선체의 건조 비용을 줄이고 또한 보수 점검을 용이한 것으로 만들 수 있다.

Claims (11)

1. 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰 저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서,

   상기 침수 표면에서 돌출하여 배치되고 기체 공간에 대하여 저압이 되는 부압 개소를 수중에 형성하는 부압 형성부;

   상기 부압 개소를 향하여 기포를 방출하기 위한 분출구;

   일단이 기체 공간에 개방되고 타단이 분출구를 통해서 수중에 개방되는 유체 통로;

   상기 부압 형성부의 침수 표면에서의 돌출 상태, 상기 분출구의 개구 면적 및 유체 통로의 유로 단면적 중 어느 하나 이상을 변화시키는 구동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
2. 제1항에 있어서,

   선속의 변화에 근거하여 상기 구동 기구를 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
3. 삭제
4. 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서,

   일단이 대기중에 개방되며 타단이 수중에 개방되는 외측 통부;

   상기 외측 통부 내에 삽입 상태로 장착됨과 동시에 일단이 대기중에 개방되며 타단이 수중에 개방되는 내측 통부를 갖추고,

   상기 내측 통부의 타단에, 상기 침수 표면에서 돌출하고 또한 그 돌출 형상이 선체의 전후 방향에 있어서 비대칭의 공기 분출부를 설치한 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
5. 제4항에 있어서,

   상기 공기 분출부의 돌출 상태를 조절하는 돌출 조절 수단을 갖추는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 외측 통부 및 내측 통부의 단면 형상을 2등변 삼각형으로 하는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
7. 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서,

   항해중의 선체에 대한 상대적인 물의 흐름에 의하여 자체 뒤쪽 수중에 캐비테이션이 생기도록 상기 침수 표면에서 돌출하여 설치되는 부압 형성부;

   수중에 기포를 방출하기 위하여 부압 형성부 뒤쪽에 설치되는 배출구;

   일단이 기체 공간에 개방되고 타단이 상기 배출구를 통해서 수중에 개방되는 유체 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
8. 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서,

   상기 침수 표면에서 패이도록 형성되는 凹부;

   상기 凹부 내부에 회전 가능하게 지지됨과 동시에 상기 침수 표면에서 적어도 일부를 돌출시킴으로써 기체 공간에 대해서 저압이 되는 부압 개소를 수중에 형성하는 부압 형성부재;

   기체 공간에서 수중의 부압 개소에 기체를 인도하기 위하여 일단이 기체 공간에 개방되고 타단이 상기 凹부에 개방되는 유체 통로;

   상기 부압 형성부재의 적어도 일부를 상기 침수 표면에서 소정의 상태로 돌출시키기 위하여 상기 부압 형성 부재를 지지하며 또한 상기 부압 형성 부재의 각도를 조절하는 각도 조절 기구를 갖추는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
9. 선체의 침수 표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 저감시키는 마찰저항 저감선에 있어서,

   상기 침수 표면에 설치되는 凹부;

   일단이 대기중에 개방되며 타단이 상기 凹부에 개방되는 유체 통로;

   날개를 갖추고, 상기 凹부 중에 배치되는 날개체;

   상기 날개체를 소정 방향으로 이동 가능하게 지지하고, 상기 날개를 소정 위치에 위치결정하는 위치결정기구를 구비하며,

   상기 위치결정기구는 마찰저항 저감 시에 상기 凹부 내부가 물의 흐름에 대해서 개방되고 또한 대기에 대해서 부압이 되게끔 상기 날개를 위치결정하는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
10. 제9항에 있어서,

    상기 위치결정기구는, 비마찰저항 저감 시, 상기 날개의 하면이 상기 침수 표면과 동일한 높이가 되도록 상기 날개를 위치결정하는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 위치결정기구는, 갑판 쪽에서 상기 날개의 위치를 조작 가능한 조작 수단을 갖추는 것을 특징으로 하는 마찰저항 저감선.