KR100441113B1

KR100441113B1 - 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선

Info

Publication number: KR100441113B1
Application number: KR10-2001-0062616A
Authority: KR
Inventors: 신명수
Original assignee: 한국해양연구원
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2004-07-21
Also published as: KR20030030467A

Abstract

본 발명은 공기챔버의 조정에 의한 내항성능 향상 위그선에 관한 것으로 좀더 구체적으로 설명하면, 위그선이 파랑중에 이수(물에서 하늘을 향하여 떠남)를 위하여 급속 전진할 때, 양력 증대를 위하여 공기를 조정중간판, 주익플랩 및 주선체로 둘러 쌓아 "ㄷ"자 형상의 공기 챔버를 형성시켜 주날개 밑에 공기가 가두어지도록 하고 가두어진 공기중 일부의 공기는 주익 하단 중간에 설치된 조정중간판으로 공기량을 조정함으로써 파랑중에도 안정된 추력증가램을 유지시키는 방식의 공기챔버의 조정에 의한 내항성능 향상 위그선에 관한 것이다.

그 주요 구성은 주익(1), 주선체(2), 익단판(3), 슬라이딩 보조선체(7), 주익플랩(9), 보조날개(10), 수직꼬리날개(14), 수평꼬리날개(15) 및 외부조종익(16)이 결합된 수면효과선에 있어서, 상기 주익(1)은 수평보다 낮은 하반각(α)을 갖고 설치되며, 그 중간 하부에는 종방향으로 결합된 슬라이딩 보조선체(7)를 지지하면서 내부에 다수의 중간판조정구(8)가 형성된 조정중간판(6)이 설치되며, 추력증가램 효과를 발생시키기 위하여 상하부가 주익(1)과 수선에 의해 폐쇄되고 후방과 좌우 양측은 상기 주선체(2), 조정중간판(6) 및 주익플랩(9)에 의해 폐쇄되는 "ㄷ"자형 공기챔버(9-1)가 형성되며, 상기 공기챔버(9-1)에 균일한 추력증가램이 발생되도록 전연 양측에 제1추진장치(4)가 설치되며, 그 양외측에 제2추진장치(5)가 각각 설치되며 각각 결합.구성되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선이다.

Description

내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선{WIG WITH CONTROLLING AIR CHAMBER FOR IMPROVING SEA WORTHINESS}

일반적으로 위그선(WIG: WING IN SURFACE EFFECT SHIP)은 하늘을 나르는 배로서 주날개가 수면근처(약 2-3미터)를 항주 할 때 주날개 밑에 공기가 갇히기 때문에 수면 효과가 발생되므로 이를 이용하여 항력의 증가 없이 양력을 증가시켜 기존의 선박이나 항공기보다 안정된 상태로 비행하므로 우수한 운송 효율을 지닌 초고속 해상 운송 시스템으로서 추력증가램(PAR: POWER AUGMENTED RAM)방식 또는 공기부양방식이 이용되고 있으며 대부분 정기 항로가 아닌 강, 호수 등과 같은 파도가 거의 없는 내수면 또는 내해에서 사용되고 있다.

여기서 추력증가램방식이란 날개 밑부분에 추진기에서 발생된 공기를 가두어(챔버 역활) 선체를 부양시키는 방식으로, 정수 중에는 그 효과가 뛰어나나 파랑중에는 주날개 밑에 가두어진 공기가 횡방향 또는 파랑 사이로 급속하게 빠져나가 그 효과가 급격하게 감소되며, 이로 인하여 많은 부가 저항이 발생되고 주날개의 받음각이 불안정하여 안정된 양력을 얻을 수가 없게 되는 것이다. 그러므로, 위그선의 실용화를 위한 관건은 파랑중에 이수가 가능한지 여부에 있으며, 이것은 공기역학적인 것만의 문제가 아닌 조파저항 및 부가 저항의 감소 뿐만 아니라, 저속에서 이수 가능한 선형을 만드는 것이 해결 방법이다.

이에 대한 해결 방법으로 추력증가램효과를 얻기 위해서는 프로펠러 추진기를 주익 앞쪽에 설치하고 추진기를 통과한 후류가 주익 밑을 지나가도록 해야 하는데, 이를 위하여 추진기의 일부가 주익 하방에 위치하도록 설치해야 하나, 이때 추진기의 프로펠러 끝단과 수면 사이의 간격이 충분하지가 않아 종방향 운동시나 파랑중 파도가 추진기에 직접 충돌하여 안정성을 크게 해치고 추진기의 파손과 같은 대형 사고를 유발하기도 한다.

그리고, 상기의 공기부양방식으로 호버크래프트나 해면효과선(SES)에 이용되는 방식이 있는데, 이러한 방식은 선체 하부에 설치된 스커트에 부양팬을 이용하여 고압 공기를 불어 넣어 공기압으로 선체를 부양시키는 방식으로 정수중 초고속을 실현하기에는 최적이다. 그러나, 공기부양방식은 파랑 상태에서는 조파저항과 부가저항의 엄청난 증가로 필요 이수 속도에 도달하지 못하고 결과적으로 이수에 필요한 양력이 모자라기 때문에 이수가 불가능할 뿐만 아니라 내항성능이 불량하여 이착수가 불가능하다는 치명적인 단점을 갖고 있어 우수한 운송 효율과 뛰어난 장점에도 불구하고 아직 사용화 초기 단계에 머물러 있으며, 고속을 실현하기 위하여 큰 추력을 낼 수 있는 대형 추진기관 및 추진 장치가 선정되기도 하는데 이는 엄청난 선가의 증가, 연료 소모 및 운항비를 증대시켜 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 주날개 밑에 "ㄷ"자 형상의 공기 챔버를 형성시켜 공기가 가두어지도록 하고 가두어진 공기중 횡방향의 공기는 주익 하단 중간에 설치된 조정중간판으로 공기량을 조정함으로써 파랑중에도

균일한 추력증가램(PAR) 효과를 얻기 위한 것으로, 주익, 주선체, 익단판, 슬라이딩 보조선체, 주익플랩, 보조날개, 수직꼬리날개, 수평꼬리날개 및 외부조종익이 결합된 수면효과선에 있어서, 상기 주익은 수평보다 낮은 하반각을 갖고 설치되며, 그 중간 하부에는 종방향으로 결합된 슬라이딩 보조선체를 지지하면서 내부에 다수의 중간판조정구가 형성된 조정중간판이 설치되며, 추력증가램 효과를 발생시키기 위하여 상하부가 주익과 수선에 의해 폐쇄되고 후방과 좌우 양측은 상기 주선체, 조정중간판 및 주익플랩에 의해 폐쇄되는 "ㄷ"자형 공기챔버가 형성되며, 상기 공기챔버에 균일한 추력증가램이 발생되도록 전연 양측에 제1추진장치가 설치되며, 그 양외측에 제2추진장치가 각각 설치되며 각각 결합.구성되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선을 제공한다.

도 1은 본 발명에 대한 위그선의 정면도,

도 2는 본 발명에 대한 위그선의 측면도,

도 3은 본 발명에 대한 위그선의 평면도,

도4는 본 발명의 이수 상태를 나타내는 일부 측면도 및 정면도,

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

1 : 주익 2 : 주선체

3 : 익단판(END PLATE) 4 : 제1추진장치

5 : 제2추진장치 6 : 조정중간판

7 : (슬라이딩) 보조선체 8 : 중간판 조정구

9 : 주익 플랩 9-1 : 공기챔버(AIR CHAMBER)

10 : 보조날개(AILERON) 11 : 트랜섬 선미(TRANSOM STERN)

14 : 수직꼬리날개 15 : 수평꼬리날개

16 : 외부조종익(OUTER WING) 17 : 수선

α : 하반각

이하, 본 발명을 첨부된 도면들에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 대한 위그선의 정면도이며, 도 2는 본 발명에 대한 위그선의 측면도이고, 도 3은 본 발명에 대한 위그선의 평면도이며, 도 4는 본 발명의 이수상태를 나타내는 일부 측면도 및 정면도이다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 구성으로서 본 위그선은 선수하부의 형상이 활주형인 주선체(2)가 수평보다 낮은 하반각(α)을 가진 좌우 주익(1)의 중앙에 위치하여 수상에서의 대부분의 부력을 부담하며 선미 하부는 트랜섬 선미(11)형상으로 설치되어 있으며, 상기 주선체(2)의 선미 상부에는 수평꼬리날개(15)를 지지하는 한쌍의 수직꼬리날개(14)가 구비되어 있으며, 상기 좌우 주익(1)의 끝단에는 외측 상향각을 가진 외부조종익(16)과 연결된 익단판(3)이 결합된다.

상기의 익단판(3)과 외부조종익(16)은 위그선의 횡방향 안정성을 향상 시키기 위하여 설치되는 것으로 통상의 위그선에서 채택되고 있으며 본 발명에서도 동일한 사유로 외부조종익을 채택하였다. 따라서 상기 외부 조종익은 익단부에 주익의 수직 상방향과 일정한 각을 갖도록 설치되어 주익단부의 양력을 증가시켜 횡방향으로의 급격한 운동을 방지하여 비행 안정성을 향상시킨다.

또한, 상기 좌우 주익(1)의 내측 후연에는 이.착륙시에 중요한 기능을 하는 플랩(9)과 좌우 회전시에 중요한 기능을 하는 보조날개(10: AILERON)가 설치되며, 상기 좌우 주익(1)의 중간 하부에는 종방향으로 결합된 슬라이딩 보조선체(7)를 지지하면서 내부에 다수의 중간판조정구(8)가 형성된 조정중간판(6)이 설치되고, 좌우 주익(1)의 양측 전연에는 제1추진장치(4)와 제2추진장치(5)가 각각 구비된다.

여기서 설명되지 아니한 도면번호 17은 수선(수면)이다.

도 4의 도면(가),(나),(다)는 본 발명의 이수 상태를 나타내는 일부 측면도 및 정면도로서 본 발명의 주요 구성 및 작용을 나타내는 도면이다. 여기서 도면(가)는 이수를 위해 추진기를 회전시켜 후류를 주익 상하로 보내 상부의 후류는 양력을 발생시키고, 하부의 후류는 추력증가램(PAR)효과를 발생시키기 위하여 상하부가 주익(1)과 수선에 의해 폐쇄되고 후방과 좌우 양측은 주익플랩(9)과 선체(2) 및 조정중간판(6)에 의해 "ㄷ"자형으로 폐쇄되어 공기챔버(AIR CHAMBER)가 형성되는 것을 보여주고 있는데 상기 공기챔버는 균일한 추력증가램(PAR) 일때 이수시에 가장효과적이며 이러한 균일한 추력증가램(PAR) 효과는 종방향 운동을 일정하게 제어할 수 있게 하며, 이수에 많은 도움을 주게되는데, 날개밑에 균일한 압력을 얻기 위해서는 추진기로 발생되는 추력과 날개밑의 파도의 운동도 일정해야 한다. 그러나 상기 날개의 추력은 제어가 가능하나, 날개밑의 파도운동은 불균일하므로 추력증가램(PAR) 효과가 일정치않아 종방향 운동이 과도하게 된다. 이를 제어하기 위해서 익단판과 주선체 사이에 조정중간판(6)을 두어 공기챔버(Air chamber)안의 파랑으로 인한 압력변화를 중간판 사이에 공기유출구 역할을 하는 중간판 조정구(8)를 형성시켜 공기챔버에 평균압력을 갖게 한다.따라서, 공기유량을 제어하기 위한 별도의 제어장치는 필요치 않으며 공기유출구역할의 중간판 조정구(8)를 갖는 중간판(6)을 각 주익중간에 설치하여 날개하부의 압력을 일정하게 하는 것이다.또한, 도면(나)는 이수직전의 상태로서 상기 주익플랩(9)을 최대로 내려 챔버내의 공기를 최대로 하면서 서서히 상승하게 되면 상기 조정중간판(6)의 중간판 조정구(8)는 챔버내의 공기량을 조정하는 상태를 보여주고 있는 것으로써, 위그선인 공기압으로 부상된 상태이나 주동체 및 익단판(3)의 밑부분이 아직 잠긴상태이다. 그러므로 중간판조정구(8)가 물위로 부상되어 공기챔버의 공기가 좌우로 통할 수 있게 하여, 위그선이 부상압력을 골고루 받을 수 있게 도와주고, 횡방향 안정성을 증가시킨다. 즉, 상기 중간판 조정구(8)는 한쪽날개에 두개씩 형성어되어 있는 공기챔버의 부상압력을 가운데서 조정해주는 역할을 한다.아울러 도면(다)는 이수가 완료된 상태이다.

상기 공기제어용 조정중간판(6)은 횡방향으로의 공기량을 조정하고, 후연의 주익플랩(9)은 종방향으로의 공기량을 조정하며, 상기 주익(1)은 수평보다 3도-5도 낮은 하반각(α)을 갖고 설치되도록 하여 균일한 추력증가램이 발생되도록 한다.

특히, 상기 도면(나)에서 나타난 바와 같이, 상기 조정중간판(6)에 형성된 다수의 중간판조정구(8)는 추력증가램(PAR)을 발생시키기 위하여 공기챔버(9-1) 내부에 갇혀 있던 공기가 파랑에 의해 교란되면 부양에 필요한 적절량이 확보되지 않아 과도한 종방향 운동이 발생되므로 상기 공기챔버(9-1)에 가두어둔 공기량이 파도 운동(횡방향 운동)에도 균일하도록 제어하기 위하여 형성시킨 것으로 추진기(4)에 의해 만들어진 공기유량을 적절히 제어하여 균일한 추력증가램이 발생되도록 한다.

그리고 상기 조정중간판(6)은 누운 사다리꼴 형상으로 길이가 주익(1) 전단부에서 주익플랩(9) 후단부까지 연장한다.

따라서, 본 발명은 추진 효율을 극대화시켜 파랑중 발생하는 속도 손실을 줄이는 추진 방식의 적용에 대한 것으로 주선체(2) 양현에 추력증가램용 제1추진장치(4)와 그 양외측에 부스터용 제2추진장치(5)를 설치한다. 추력증가램 효과를 고려하지 않은 부스터용 상기 제2추진장치(5)도 주익(1) 위에 두어 파도로부터 추진장치를 보호하고 추진장치의 직경 및 설치 조건에 제한이 없도록하여 추진 효율을 극대화시켜 파랑중 내항성능 및 운동 성능을 높인다.

또한, 상기 효과를 얻기 위하여 상기 조정중간판(6)의 하부에 부착되고 하면의 폭장비가 0.1-0.15인 세장형이며, 횡단면 하부의 선저각(Deadrise angle)이 5도-7도인 활주형의 반몰수형 슬라이딩 보조선체(7)가 상기 조정중간판(6)의 선단에서 중간부분까지 후방으로 연장되면서 주선체(2)보다 아래에 설치되어 항상 주선체(2)보다 먼저 접수되도록 한다. 이것은 주선체(2)가 먼저 접수되면 운동성능이 불량해지는 것을 막기 위한 것으로 상기 보조선체(7)를 먼저 접수시켜 접수시 선체에 전달되는 수력 충격력을 완화시켜 주는 뎀퍼 역할을 하며, 선수 상향 운동 모멘트를 감쇄시키고 평형을 이룰 때까지 안정성을 계속적으로 확보하게 하고 저속 및 수상 항주시는 선체의 횡요를 막아주고 선저 양력 증가로 이수를 도와주게 한다.

본 발명은 특히 조정중간판에 중간판조정구를 두어 날개 밑의 공기챔버에 가두어둔 공기의 양이 파랑의 교란에도 균일하도록 제어하고, 거대 파도에 의하여 종방향 피치각이 과도하거나 횡요가 발생하여 한 개의 공기챔버가 손상을 입어도 나머지 공기챔버의 압력과 공기량이 일정하게 유지되어 안전하게 이수되도록 하는 효과를 제공한다.또한, 본 발명은 중간판 하부에 활주형 단면을 갖는 보조선체를 설치하여, 주선체가 운동 성능이 불량해질 때 이 보조선체(몰수체)가 먼저 접수되어 선수 상향 운동 모멘트를 감쇄시켜 안정성을 계속적으로 확보하는 효과를 제공한다.

Claims

주익(1), 주선체(2), 익단판(3), 슬라이딩 보조선체(7), 주익플랩(9), 보조날개(10), 수직꼬리날개(14), 수평꼬리날개(15) 및 외부조종익(16)이 결합된 수면효과선에 있어서, 상기 주익(1)은 수평보다 낮은 하반각(α)을 갖고 설치되며, 그 중간 하부에는 종방향으로 결합된 슬라이딩 보조선체(7)를 지지하면서 내부에 다수의 중간판조정구(8)가 형성된 조정중간판(6)이 설치되며, 추력증가램 효과를 발생시키기 위하여 상하부가 주익(1)과 수선에 의해 폐쇄되고 후방과 좌우 양측은 상기 주선체(2), 조정중간판(6) 및 주익플랩(9)에 의해 폐쇄되는 "ㄷ"자형 공기챔버(9-1)가 형성되며, 상기 공기챔버(9-1)에 균일한 추력증가램이 발생되도록 전연 양측에 제1추진장치(4)가 설치되며, 그 양외측에 제2추진장치(5)가 각각 설치되며 각각 결합.구성되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선
제 1항에 있어서, 상기 주익(1)의 하반각(α)은 3도-5도인 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선
제 1 항에 있어서, 상기 주선체(2)는 선미 하부가 트랜섬 선미(11)형상이고, 선수하부의 형상은 활주형인 인 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선
제 1항에 있어서, 상기 조정중간판(6)은 누운 사다리꼴 형상으로 길이가 주익(1) 전단부에서 주익플랩(9) 후단부까지 연장된 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선
제 1항에 있어서, 상기 슬라이딩 보조선체(7)는 하면이 폭장비가 0.1-0.15인 세장형이며 횡단면 하부의 선저각이 5도-7도인 활주형인 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선
제 1항 또는 제 5항에 있어서, 상기 슬라이딩 보조선체(7)는 조정중간판(6)의 선단에서 중간부분까지 후방으로 연장되며 주선체(2)보다 아래에 설치되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위한 공기챔버가 형성된 위그선