KR100447116B1 - 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선에 관한 것으로 좀더 구체적으로 설명하면, 주익(1), 주선체(2), 보조날개(10), 수직꼬리날개(14), 수평꼬리날개(15), 추진장치(4,5) 및 슬라이딩 보조선체(7)가 결합된 수면효과선에 있어서, 상기 주익(1)의 양측 끝단부에는 익단판(3)과 외부조종익(16)이 구비되고, 하부 중앙부근에는 슬라이딩 보조선체(7)를 지지하는 조정중간판(6)이 구비되며, 상기 주선체(2)의 후단은 역오각형의 수직단면 형상이면서 하부는 상반각(

Description

내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선{WIG SHIP WITH TRANSOM STERN FOR IMPROVING SEAWORTHINESS}

본 발명은 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선에 관한 것으로 좀더 구체적으로 설명하면, 정수시에 고속으로 항주하여 이륙할 때 선체 후미에서 발생하는 역류를 감소시켜 저항이 감소되게하여 이륙성능을 향상시킴과 동시에 활주능력도 향상시켜 저속(50-70km/h)정도에서 선체가 이수되게하고, 파랑중에도 내항성능을 향상시켜 이수 가능한 유의파고를 높게하여 운항율을 제고하기 위한 것이다.

종래에는 파랑중에 이수(물에서 하늘을 향하여 떠남)를 위해 위그선이 급속 전진할 경우 양력 증대를 위하여 주날개 밑에 가두어진 공기가 횡방향 또는 파랑 사이로 급속하게 빠져나가 추력증가램(PAR: POWER AUGMENTED RAM) 효과가 급격하게 감소되는 문제점이 발생되었다.

여기서 추력증가램방식이란 날개 밑부분에 추진기에서 발생된 공기를 가두어(챔버 역활) 선체를 부양시키는 방식으로, 정수 중에는 그 효과가 뛰어나나 파랑중에는 선체의 종방향 운동으로 날개 밑에 가두었던 공기가 파랑에 의해 빠져나가 그 효과가 급격하게 감소되며, 이로 인해 많은 부가 저항이 발생되는 결과를 초래하게 되어 주날개의 받음각이 불안정하여 안정된 양력을 얻을 수가 없게 되는 것이다.

따라서, 위그선의 실용화를 위한 관건은 파랑중 이수 가능 여부에 있으며, 이것은 공기역학적인 것만의 문제가 아닌 조파저항, 부가 저항의 감소, 그리고 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.

따라서, 이수 속도에 도달되는 위그선을 각국에서 첨단기술로 수년간 개발하 여 왔는바, 일반적으로 위그선(WIG: WING IN SURFACE EFFECT SHIP)은 하늘을 나르는 배로서 주날개가 수면근처(약 2-3미터)를 항주 할 때 주날개 밑의 공기가 갇히기 때문에 발생하는 수면 효과를 이용하여, 항력의 증가 없이 양력을 증가시키는 효과를 이용하는 것으로 기존의 선박이나 항공기보다 안정된 상태로 비행하므로 우수한 운송 효율을 지닌 초고속 해상 운송시스템으로서 추력증가램(PAR: POWER AUGMENTED RAM)방식 또는 공기부양방식이 이용되고 있으며 대부분 정기 항로가 아닌 강, 호수 등과 같은 파도가 없는 내수면 또는 내해에서 사용되고 있다.

종래에는 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 발생되어 현실적 해결 방법이 되질 못하고 있다.

또한, 일반적인 위그선은 항주시의 저항만을 생각하여 주동체가 항공기와 비슷한 유선형이어서 이수코자 증속을 하게되면 파랑에 의한 내항성능이 크게 취약할 뿐만 아니라, 수면상에서의 항주할 때도 저항이 크고 이륙가능한 유의파고가 낮아 경제성이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 위그선의 선미를 트랜섬 선형으로하여 조파저항을 감소시킴과 동시에 저속에서도 선체 이수가 가능하도록하여 이수성능을 향상시키고, 종방향 운동을 일정하게 제어하면서 날개 밑의 파도 운동을 균일하게 하여 균일한 추력증가램(PAR) 효과를 얻기 위하여 주익 플랩 등을 적절하게 구성코자 하는 것으로, 주익, 주선체, 보조날개, 수직꼬리날개, 수평꼬리날개, 추진장치 및 슬라이딩 보조선체가 결합된 수면효과선에 있어서, 상기 주선체의 후단은 역오각형의 수직단면 형상이면서 하부의 꼭지점은 수평선을 기준으로 상반각을 갖는 트랜섬 선미형이고, 고속항주에서 와류로 발생되는 선미유선을 주익 후부의 공기흐름에 의하여 제어되어 부가저항이 최소화되도록 주익플랩과 접촉되는 주익의 내측 후단이 트랜섬 선미의 외측 후단과 결합되게 설치되며, 상기 주익의 양측 끝단부에는 익단판과 외부조종익이 구비되고, 하부 중앙부근에는 슬라이딩 보조선체를 지지하는 조정중간판이 구비되며, 상기 주선체의 양측 후연 하부에는 추력증가램 효과를 발생시키기 위한 공기챔버를 형성시키는 주익플랩이 구비되고, 추진력을 발생시키며 상기 공기챔버에 균일한 추력증가램이 발생되도록 설치된 전연 양측의 제1추진장치와 상기 제1추진장치의 외측에 설치된 제2추진장치가 각각 결합되게 설치한 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 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,

도5는 본 발명에 대한 트랜섬 선미의 일측 사시도이다.

* 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)

12 : 선미 유선라인 13 : (주익 후부의) 공기흐름

14 : 수직꼬리날개 15 : 수평꼬리날개

16 : 외부조종익(OUTER WING) 17 : 수면

: 상반각

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 정면도이고, 도5는 본 발명에 대한 트랜섬 선미의 일측 사시도이다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 위그선은 좌우 주익(1)의 중앙에 위치하여 수상에서의 대부분의 부력을 부담하며, 선미부는 트랜섬 선미형상이고, 선체의 하부 형상은 활주형인 주선체(2)가 선미에 수평꼬리날개(15)를 지지하는 한쌍의 수직꼬리날개(14)를 구비하고 있으며, 상기좌우 주익(1)의 끝단에는 외측 상향각을 가진 외부조종익(16)과 연결된 익단판(3)이 결합되어 있으며, 상기 주선체(2)의 양측 후연 하부에는 추력증가램 효과를 발생시키기 위한 공기챔버(9-1)를 형성시키는 주익플랩(9)이 구비되고, 추진력을 발생시키며 상기 공기챔버(9-1)에 균일한 추력증가램이 발생되도록 설치된 전연 양측의 제1추진장치(4)와 상기 제1추진장치(4)의 외측에 설치된 제2추진장치(5)가 각각 설치되고, 중간부에는 중간판조정구(8)가 형성되고 하부에서 선체 부력의 일부를 부담하는 활주형 슬라이딩 보조선체(7)를 지지하는 조정중간판(6)이 설치된다.

그리고, 상기에서 설명되지 아니한 도면번호 10은 보조날개(AILERON)로서 일반적으로 구비되는 항공기의 좌우 회전을 위한 구성이며, 도면번호 17은 수면이다.

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(1) 상하로 보내 상부의 후류는 양력을 발생시키고, 하부의 후류는 상하부가 주익(1)과 수면(17)에 의해 폐쇄되고 후방과 좌우 양측은 주익플랩(9)과 주선체(2) 및 조정중간판(6)에 의해 " ㄷ"자형으로 폐쇄되어 공기챔버(AIR CHAMBER)가 형성되는 상태를 보여주고 있고, 도면(나)는 이수직전의 상태로서 상기 주익플랩(9)을 최대로 내려 챔버내의 공기의 양을 최대로 하면 부양력이 극대화 되면서 서서히 상승하게 되고, 상기 조정중간판(6)의 중간판 조정구(8)는 수면위로 나타나 챔버내의 공기량을 조정하는 상태를 보여주고 있으며, 도면(다)는 이수가 완료된 상태이다. .

상기 공기제어용 조정중간판(6)은 횡방향으로의 공기량을 조정하고, 후연의주익플랩(9)은 종방향으로의 공기량을 조정하며, 상기 주익(1)은 하반각을 갖도록 하여 균일한 추력증가램이 발생되도록 한다.

특히, 상기 도면(나)에서 나타난 바와 같이, 상기 조정중간판(6)에 형성된 다수의 중간판 조정구(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 하면이 폭장비가 매우 적고 횡단면 하부의 선저각(Deadrise angle)이 작은 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.

상기에서 설명되지 아니한 익단판(3)과 외부 조종익(16)은 일반적으로 횡방향 안정성을 크게향상 시키는 역할을 하는 것으로 통상의 위그선에서 채택하고 있으며 본 발명에서도 동일한 사유로 외부조종익을 채택하였다. 따라서 상기 외부 조종익은 익단부에 주익의 수직 상방향과 일정한 각을 갖도록 설치되어주익단부의 양력을 증가시켜 급격한 횡방향 운동을 방지하여 비행 안정성을 향상시킨다.

그리고 도 5에 대하여 설명하면, 본 그림은 제2도의 주선체(2)의 후단이 역오각형의 수직단면인 것을 보여주는 일측 사시도로서, 선미 하부의 트랜섬 선미(11)는 물과 주선체(2)의 박리(Separation)를 촉진시켜 빠른 이수가 되게 한다. 주로 제1추진기(4)에 의해 발생되는 급속한 후류는 주익(1) 전반부를 지나 후부에 설치된 주익프랩(9)의 후연과 일치하는 주익(1)의 상하 표면을 지나게 되는데 이때 발생되는 선미유선(12)은 트랜섬 선미(11)의 형상에 의해 많은 스프레이나 물보라를 발생시키게 되고 이어서 스프레이나 물보라를 후부의 선미 동체나 꼬리날개로 전달하여 운동 성능 저하 및 저항을 증가시키게 된다. 따라서, 고속항주에서 와류로 발생되는 선미유선(12)을 주익 후부의 공기흐름(13)에 의하여 제어되어 부가저항이 최소화되도록 주익프랩(9)의 후연과 일치하는 주익(1)의 내측 후단이 트랜섬 선미(11)의 외측 후단과 결합되게 설치하여 추진기에 의한 주익플랩(9)의 빠른 공기흐름(13)이 트랜섬 선미(11)의 형상에 의해 발생된 스프레이나 물보라스프레이를 막아 운동 성능의 저하 또는 저항 증가없이 물과 선체를 분리시켜 빠른 이수를 달성시키게 한다. 따라서, 상기 주선체(2)의 후단은 역오각형의 수직단면 형상이면서 하부의 꼭지점은 수평선을 기준으로 상반각()을 갖는 트랜섬 선미(11)형이고, 고속항주에서 와류로 발생되는 선미유선(12)을 주익 후부의 공기흐름(13)에 의하여 제어되어 부가저항이 최소화되도록 주익플랩(9)과 접촉되는 주익(1)의 내측 후단이 트랜섬 선미(11)의 외측 후단과 결합되게 설치 하여 고속항주에서 발생되는 와류가 주익을 통과하는 유속의 힘에 의하여 제어되어 부가저항이 최소화되도록 한다.

그리고, 상기 주선체(2)의 후단하부의 상반각(β)이 15도 이하일 경우에는 엔진룸, 객실 및 화물칸 등의 배치는 용이하나 고속 항해시에는 조그만 파도에서도 내항성능이 취약하고, 상기 상반각(β)이 20도 이상일 경우에는 내항성능은 우수하나 여객실, 화물칸 및 엔진룸 등의 배치가 어려워 선박에 적용하기 곤란하다. 그러므로 상기 상반각(β)을 15-20도로 하여 일반배치가 용이하고 구조강성도 확보되면서 내항성능을 우수하게 하는 것이 바람직하다

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

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.

그리고, 부가저항을 최소화하기 위하여 트랜섬 선미 형상을 갖고 주익플랩의 끝을 트랜섬 선미와 맞닿도록 설치하여, 고속항주시 발생하는 와류를 주익을 통화하는 빠른 유속의 힘으로 억제하여 저항을 최소화하고 항주 속도를 높여 이수가 용이하도록 하는 효과를 제공한다.

Claims (12)

1. 주익(1), 주선체(2), 제1,2추진장치(4,5), 슬라이딩 보조선체(7), 보조날개(10), 한쌍의 수직꼬리날개(14), 수평꼬리날개(15)가 결합된 수면효과선에 있어서, 상기 주선체(2)의 후단은 역오각형의 수직단면 형상이면서 하부의 꼭지점은 수평선을 기준으로 상반각()을 갖는 트랜섬 선미(11)형이고, 고속항주에서 와류로 발생되는 선미유선(12)을 주익 후부의 공기흐름(13)에 의하여 제어되어 부가저항이 최소화되도록 주익프랩(9)의 후연과 일치하는 주익(1)의 내측 후단이 트랜섬 선미(11)의 외측 후단과 결합되게 설치되며, 상기 주익(1)의 중앙하부에는 슬라이딩 보조선체(7)를 지지하면서 다수의 중간판조정구(8)가 내부에 형성된 조정중간판(6)이 설치되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 주선체(2) 및 슬라이딩 보조선체(7)의 하부는 활주형으로 형성된 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 조정중간판(6)은 누운 사다리꼴 형상으로 길이가 주익(1) 전단부에서 주익플랩(9) 후단부까지 연장된 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 슬라이딩 보조선체(7)는 상기 조정중간판(6)의 중간부분까지 후방으로 연장되게 설치되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 주익플랩(9)의 전방에는 상하부가 주익(1)과 수면(17)에 의해 폐쇄되고 좌우 양측은 주선체(2) 및 조정중간판(6)에 의해 "ㄷ"자형으로 폐쇄되어 공기챔버(9-1)가 형성되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 주선체(2)의 후단 하부의 상반각()은 15-20도인 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
7. 주익(1), 주선체(2), 보조날개(10), 수직꼬리날개(14), 수평꼬리날개(15), 추진장치(4,5) 및 슬라이딩 보조선체(7)가 결합된 수면효과선에 있어서, 상기 주익(1)의 양측 끝단부에는 익단판(3)과 외부조종익(16)이 구비되고, 하부 중앙부근에는 슬라이딩 보조선체(7)를 지지하는 조정중간판(6)이 구비되며, 상기 주선체(2)의 후단은 역오각형의 수직단면 형상이면서 하부는 상반각()을 갖는 트랜섬 선미(11)형이고, 고속항주에서 와류로 발생되는 선미유선(12)을 주익 후부의 공기흐름(13)에 의하여 제어되어 부가저항이 최소화되도록 주익플랩(9)의 후연과일치하는 주익(1)의 내측 후단이 트랜섬 선미(11)의 외측 후단과 결합되게 설치되고, 상기 주선체(2)의 양측 후연 하부에는 추력증가램 효과를 발생시키기 위한 공기챔버(9-1)를 형성시키는 주익플랩(9)이 구비되고, 추진력을 발생시키며 상기 공기챔버(9-1)에 균일한 추력증가램이 발생되도록 설치된 전연 양측의 제1추진장치(4)와 상기 제1추진장치(4)의 외측에 설치된 제2추진장치(5)가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 주선체(2) 및 슬라이딩 보조선체(7)의 하부는 활주형으로 형성된 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 조정중간판(6)은 누운 사다리꼴 형상으로 길이가 주익(1) 전단부에서 주익플랩(9) 후단부까지 연장된 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 슬라이딩 보조선체(7)는 상기 조정중간판(6)의 중간부분까지 후방으로 연장되게 설치되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 공기챔버(9-1)는 상하부가 주익(1)과 수면(17)에 의해 폐쇄되고, 좌우 양측은 주선체(2) 및 조정중간판(6)에 의해 "ㄷ"자형으로 폐쇄되어 주익플랩(9)의 전방에 형성되는 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.
12. 제 7 항에 있어서, 상기 주선체(2)의 후단 하부의 상반각()은 15-20도인 것을 특징으로 하는 내항성능 향상을 위하여 트랜섬 선미가 구비된 위그선.