KR100481052B1 - 비대선 - Google Patents

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KR100481052B1
KR100481052B1 KR10-2002-0015014A KR20020015014A KR100481052B1 KR 100481052 B1 KR100481052 B1 KR 100481052B1 KR 20020015014 A KR20020015014 A KR 20020015014A KR 100481052 B1 KR100481052 B1 KR 100481052B1
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히로타카즈요시
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유니버설 조센 가부시키가이샤
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Abstract

만재 시나 흘수가 얕아진 상태에서도, 파랑 중 저항증가의 감소효과가 효과적으로 발휘될 수 있는 Cb가 0.75 정도 이상인 비대선을 제공한다. 최소흘수선보다 위쪽이면서 또한 최대흘수선보다는 아래쪽인 선수에 있어서, 모든 수선면에 있어서의 선체 중심선상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C=0.02×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤55°로 설정한다. FP로부터 선수전단까지의 수평거리(F)와 전장(LOA)과의 비를 0 ≤F/LOA ≤0.02로 설정한다.

Description

비대선{Large-sized ship}
본 발명은 탱커(tanker) 또는 벌크 캐리어(bulk carrier) 등의 비대선(肥大船)에 관한 것으로, 특히 비대선이 실해역(實海域)을 항행하는 경우의 파랑중(波浪中) 저항증가량을 감소시키는 것이 가능한 선수부의 형상에 관한 것이다.
실해역을 항행하는 선박은 물에 의한 저항을 받게 된다. 저항은 파랑이 없는 평수중(平水中)을 항행하는 경우에 받는 저항과, 파랑중을 항행함으로써 평수중을 항행하는 경우에 비해 증가된 저항, 소위 파랑중 저항증가로 나누어진다. 파랑중 저항증가는 선수부에 있어서 선체로 들어오는 파도(입사파라 칭함)의 반사 및 파랑중 발생하는 선체운동에 기인한 저항량의 증가이다.
탱커 또는 벌크 캐리어 등의 다량의 하물을 운반하는 비대선은, 선수가 상당히 비대하므로 숟가락의 볼록한 부분 모양과 같은 형상으로 되어 있는 것이 일반적이다. 이와 같은 비대선이 파랑중을 항행할 때, 특히 맞파도 중을 항행할 때에는 비대한 선수에서 입사파가 전방으로 반사되어 파도 부서짐을 일으킨다. 이 현상에 의하여 선체는 뒤쪽을 향한 반력을 받으며, 평수중에 비하여 파랑중에는 저항이 커지게 된다. 또한, 파랑이 선수로 입사할 때에 파랑의 산과 골에 대하여 선수가 상하로 운동하나, 이 상하 운동에 의한 파도 부서짐도 파랑중에서 저항증가가 커지게 되는 요인이 된다. 이와 같은 파도 부서짐 현상을 작게 억제할 수 있으면 파랑중 저항증가를 낮추는 것이 가능하고, 실해역을 항행하는 선박이 받는 저항력을 감소시키는 것이 가능하다.
이와 같은 파랑중 저항증가를 감소시키는 것으로, 일본국 특개평8-142974호 공보에는 첨단 가장자리를 갖는 쐐기모양 부가물을 구비한 대형 비대선이 개시되어 있다. 이 발명은 선수부에 부가물을 구비하고 있기 때문에 선체와 부가물의 부착부분이 불연속하게 된다. 이 불연속부분으로 인해 매끄러운 유체(물)의 흐름이 저해되어 저항력을 발생시키는 원인이 된다고 하는 문제점이 있다. 부가물을 구비하지 않고 파랑중 저항증가를 감소시키는 선수형상으로서는, 최대 흘수선보다 상부인 선수부분을 측면에서 보아 그 하부로부터 상부를 향하여 경사형상으로 연장시켜 전방으로 돌출되도록 형성한 선수형상이 알려져 있다(일본국 특개평9-290796호 공보 참조). 그러나, 최대흘수선보다도 하부에는 평수중 저항을 감소시키도록 선수 벌브(bulb)가 형성되어 있으므로, 최대흘수선 상의 돌출시킨 선수와 수면 아래의 선수벌브를 연결한 곡면의 곡률이 큰 곡면을 이루게 되어, 즉 최대흘수선 부근에서의 선수의 형상이 큰 곡률을 갖게 되어 선수의 설계 또는 공작이 어려워 지게 되는 문제점이 있었다.
이러한 설계 및 공작 상의 문제를 해결하고자 하는 것이 일본국 특개2000-335478호 공보에 기재된 비대선으로서, 최대흘수선 상의 선수와 수면 하의 선수 벌브를 매끈한 곡면으로 연결함으로써 문제 해결을 도모하고 있다. 파랑중 저항증가를 감소시키도록 설계된 선수부의 형상을, FP보다 전방에서 최대흘수선 상의 선수에 있어서 전체 수선(水線)면에서의 선체중심선 상의 선체 전단(前端)의 점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤50°로 설정하는 것으로서 최대흘수선보다도 높은 범위로 한정된다.
그렇지만, 일본국 특개2000-335478호 공보에 기재된 비대선에 있어서는, 파랑중 저항증가를 감소시키기 위해 설치된 선수전단에서의 선체측면의 수선면에 있어서의 선체 중심선으로부터의 각도(г)를 설정하는 범위는, 최대흘수선보다 위쪽인 범위로 한정되어 있으므로 파랑중 저항증가를 감소시키는 효과는 최대흘수선보다 위쪽으로 파랑이 솟아 올라 온 경우에만 유효하다. 파랑의 파면은 상하로 이동하므로, 내려갔을 때 파면은 최대흘수선보다 아래쪽으로 오지만, 이 때에는 효과를 유효하게 발휘할 수 없게 되는 문제점이 있었다. 또한, 탱커 또는 벌크 캐리어 등에서는 화물적재량이 적은 상태로 운행하는 경우가 항해의 절반 정도가 되나, 이 경우 흘수가 얕아져 입사하는 파면이 최대흘수선까지 도달하지 않게 된다. 이와 같이 흘수가 얕아진 상태에서는 파랑중 저항증가를 감소시키는 효과가 전부 없어진다는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명은 만재시나 흘수가 얕아진 상태에 있어서도 파랑중 저항증가의 감소효과가 유효하게 발휘될 수 있는 파랑중 추진성능이 우수한 비대선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
비대선에서는 비대한 선수에 의해 입사파가 전방으로 반사되어 파도 부서짐을 일으키므로 파랑중에서의 저항이 증가한다. 선수에서 전방으로의 파반사, 파도 부서짐 현상을 완화하기 위해서는, 즉 파도의 반사방향을 제어하여 파랑에 의한 반력을 감소시켜 저항증가를 감소시키기 위해서는 선수부분을 가능한 한 전방으로 뾰족하게 튀어나오게 하여, 파도를 부서뜨리지 않고 횡으로 헤쳐 나가는 것이 바람직하다. 본 발명자는 흘수가 얕은 상태에 있어서도 파랑중의 저항증가를 감소시키도록 최대흘수선과 최소흘수선의 사이에 뾰족한 부분을 설정하는 것이 유효하다는 사실을 알게 되었다.
즉, 본 발명은 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다도 아래쪽인 선수에 있어서, 전체 수선면에서의 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤약 55°로 설정한 것을 특징으로 하는, Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선에 의해 상술한 과제를 해결한다.
본 발명에 의하면 흘수가 얕아진 경우에도 파도를 횡으로 헤쳐 나가는 작용이 유효하게 작용하며, 종래 기술로는 실현이 불가능한 얕은 흘수 상태에 있어서도 파랑중의 저항을 감소하는 것이 가능하다. 또한 만재 시에도 상하로 이동하는 파도가 아래로 이동할 때에 파도를 횡으로 헤쳐 나가는 작용이 일어나며, 파랑중의 저항을 감소시키는 것이 가능하다.
선수부분을 가능한 한 전방으로 뾰족하게 튀어나오게 하기 위해서는, 본 발명 중에 정의되어 있는 수선면 각도(г)가 작으면 작을수록 바람직한 것으로 생각된다. 실제로는, 비대선의 경우 선수 부근까지 화물 탱크가 위치하기 때문에 선수 근방은 상당히 비대해 진다. г를 극단적으로 작게 하는 것은 선수부의 횡폭을 극단적으로 감소시키는 것이 되어 선복(船腹)과 선수의 접속부에 극단적인 단차가 발생하기 때문에, 이 단차부분에서 파랑중의 저항이 증가할 염려가 있다. 또한, 전장도 제한되기 때문에 전방을 앞쪽으로 상당히 연장시켜 г를 작게 하는 것에도 제약이 따른다. 따라서, г는 15°보다 큰 것이 바람직하다. г가 55°를 넘으면, 선수에서의 파도의 반사방향 대부분이 전방이 되기 때문에 선체는 뒤쪽을 향한 반력을 받아 저항증가가 커진다. 따라서, 설계상, 실용상 및 파랑중의 저항증가를 한 층 더 감소시킬 것을 고려한다면, г는 15°≤ г≤55°의 범위가 바람직하고, 보다 바람직하게는 г는 15°≤г≤약 50°인 범위가 좋다.
또한, 본 발명은 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다도 아래쪽인 선수에 있어서, 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤약 55°로 한 수선면을 상기 선수범위의 70% 이상으로 설정한 것을 특징으로 하는, Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선으로도 구성이 가능하다.
실선(實船)의 설계에 있어서는, 최대흘수선 근방의 선수형상을 후방으로 후퇴시킨 때에, 후퇴시킨 부분이 어쩔 수 없이 비대해 지는(г가 커지는) 경향으로 되는 점을 고려해 볼 필요가 있다. 이 때문에, 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다 아래쪽인 선수에 있어서, г를 0°< г≤약 55°로 하는 수선면을 상기 선수범위의 70% 이상으로 설정한 것도 있다.
더욱이, 본 발명은 최소흘수선보다 위쪽인 선수에 있어서, 데크 근방을 제외한 전체 수선면에서의 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤약 55°로 설정한 것을 특징으로 하는 Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선으로도 구성하는 것이 가능하다.
파랑중의 저항증가를 감소시키는 효과를 증대시키기 위해서는, 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다 아래쪽인 선수부 뿐 아니라, 최대흘수선보다도 위쪽인 선수부에 뾰족하게 튀어나온 부분을 설정하는 것이 효과적이다. 여기에서 데크 근방에 뾰족하게 튀어나온 부분을 설정하면, 데크 면적이 좁아지므로 이로 인해 작업성이 떨어지게 될 염려가 있다. 데크 근방에는 파도가 미치지 않는 곳도 있다는 것을 고려하면, 데크 근방을 뾰족하게 하지 않은 선수형상도 채용할 수 있다.
더욱이, 본 발명은 최소흘수선보다 위쪽인 선수에 있어서, 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤55°로 하는 수선면을 상기 선수범위의 80% 이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선으로도 구성하는 것이 가능하다.
실선(實船)의 설계에 있어서는, 데크면적의 확보와 선수형상의 연속성을 고려할 필요가 있다. 이에 따라, 최소흘수선보다 위쪽인 선수에 있어서 г를 0°< г≤약 55°로 하는 수선면을 상기 선수범위의 80% 이상으로 설정한 것도 있다.
더욱이, 본 발명은 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다 아래쪽인 선수에 있어서, 적어도 일부의 수선면에 있어서의 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02×LOA) 후방위치의 선체중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤약 55°로 설정하고, 또한 최소흘수선보다 위쪽인 선수에 있어서, 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤약 55°로 하는 수선면을 상기 선수범위의 50% 이상으로 설정한 것을 특징으로 하는 Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선으로도 구성하는 것이 가능하다.
최대흘수선 근방의 선수형상을 FP로부터 선수선단까지의 수평거리(F)가 F/LOA ≤약 0.02인 범위까지 후방으로 후퇴시킨 때, 후퇴시킨 부분이 어쩔 수 없이 비대해 지는(г가 커지는) 경향을 가지며, г가 55°를 초과하는 경우도 발생한다. 따라서, 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다 아래쪽인 선수에 있어서, 적어도 일부의 수선면에 있어서의 г를 0°< г≤약 55°로 설정하고, 또한 최소흘수선보다 위쪽인 선수에 있어서, г를 0°< г≤약 55°로 한 수선면을 상기 선수범위의 50% 이상으로 설정한 것도 가능하다.
또한, 선수 선단부의 측면형상을 직선에 가까운 상태로 하면, 즉 선수에 가장 가까운 화물 탱크의 위치 또는 크기를 변경하지 않고 FP만을 가능한 한 전방으로 이동시키면, 최소흘수선으로부터 선수부 상단의 범위 전체의 수선면에 있어서, 선수의 첨각(尖角)(г)을 작게 하는 것이 가능하게 된다. FP로부터 선수 선단까지의 수평거리(F)가 한 없이 0에 근접하거나 0이 되는 경우가, 배의 전장을 변경하지 않고 선수의 첨각을 최대한 예리하게 하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비는 약 0 ≤F/LOA ≤약 0.02의 범위가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 약 0 ≤F/LOA ≤약 0.015의 범위가 좋다. 여기에서 상기 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비는 F/LOA= 약 0으로 설정해도 된다.
상세한 것은 후술하나, 종래의 비대선형에서는 평수중의 조파저항을 감소시키도록 선수선단의 아래 부분에 돌출된 선수 벌브가 부착되어 있다. 본 발명과 같이 FP를 선단 또는 선단부근까지 돌출시키는 것은, 선수벌브를 포함하는 선수근방의 형상을 훼손하게 되므로 평수중 저항성능의 열화, 특히 조파저항 감소효과가 작아지는 것으로 종래는 생각되어졌다. 본 발명자는 전진하는 선체에 의해 만들어지는 파형을 해석하는 CFD툴(TUMMAC Ⅵ; 동경대학에서 개발됨)을 이용해 여러 가지 검토를 하고, FP를 선단 또는 선단부근까지 돌출시켜도 평수중의 조파저항을 증가시키지 않는 본 발명의 형상을 개발하였다. 또한 본 발명의 형상이 평수중의 조파저항을 증가시키지 않는 것을 모형시험으로 확인하였다.
최대흘수선보다 위쪽인 선수부와 최소흘수선부의 선수부를 매끄러운 곡면으로 연결함으로써 추진 시의 저항을 작게 할 수 있다. 선수벌브를 갖는 종래의 비대선형에서는 최소흘수선의 선상에 있는 선수벌브부로부터 최대흘수선보다 위쪽인 선수부에 걸쳐서, г와 F를 상술한 범위가 되도록 매끄러운 곡면으로 연결하게 되면 평수중의 추진저항을 손상시키지 않고 파랑중 저항증가량을 감소시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예는, 상기 선수의 선단이 선체 전체의 제한된 치수에 맞추어 상기 선수의 경사진 형상의 하면(2a)의 전방 연장선(5)과 선수상면(2c)의 전방 연장선(6)의 교차위치(P)보다도 후퇴한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 선수의 선단을 선체 전체의 제한된 치수에 맞추어 선수의 경사진 형상의 하면의 전방 연장선과 선수 상면의 전방 연장선의 교차위치보다도 후퇴시켰기 때문에, 예컨대 항만입항 시에 전장제한이 있더라도 대응이 가능하다.
(바람직한 실시예)
먼저, 도 1에 의거하여 본 발명에 사용되는 용어의 정의 및 설명을 한다. 도면 중 FP는 Fore Perpendicular의 약자로, 최대흘수선(LWL)과 교차하는 선수 선단위치(수직선)이다. Lpp는 FP위치로부터 키 축중심 위치(AP;Aft Perpendicular)까지의 수평거리로 측정한 선박의 길이이고, LOA는 선박의 전장이다. 또한, LB는 배가 항행가능한 최소흘수선을 표시한다. 본 발명에 있어서의 비대선이라고 하는 것은, 탱커 또는 벌크 캐리어 등과 같이 다량의 하물을 운반하는 비대한 선박으로서, Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상, 보다 특징적으로는 0.78 정도 이상의 선박을 말한다. 여기에서, d는 선박의 최대흘수선 아래의 깊이, B는 선박의 전체폭, ∇는 d에 대응하는 형배수(型排水)용적이다.
도 2는 г의 정의에 대하여 도시한다. 도 2a는 선박의 선수(2) 부근을 측면에서 본 형상을 도시하며, 도 2b는 도 2a의 A-A 단면(또는 A'-A' 단면)에서의 수선면 형상을 도시한다. 수선면에 있어서의 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전방 가장자리로부터 측정한 수평거리(C)(0.02 ×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도를 г(첨각)로 정의한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 전(全)수선면 내의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)을 이어서 된 2차원 곡면의 측면형상은 선체 전방 가장자리를 따르는 형상으로 되어 있다.
이 실시예에서는, 최소흘수선(LB)보다 위쪽이면서 최대흘수선(LWL)보다 아래쪽인 선수에 있어서, 전체 수선면에 있어서의 г는 0°< г≤ 55°로 설정한다. 설계상, 실용상 및 파랑중의 저항증가의 일층 감소를 고려한다면 15°≤г≤55°의 범위가 바람직하며, 15°≤г≤50°범위가 보다 바람직하다.
실선의 설계에 있어서는, 최대흘수선 근방의 선수형상을 후방으로 후퇴시킨 때에, 후퇴시킨 부분이 어쩔 수 없이 비대해 지는(г가 커지는) 경향으로 된다는 점을 고려할 필요가 있다. 이에 따라, 최소흘수선(LB)보다 위쪽이면서 최대흘수선(LWL)보다 아래쪽인 선수에 있어서, г를 0°< г≤약 55°로 하는 수선면을 상기 선수범위의 70% 이상으로 설정한 것도 있다.
또한, 이 실시예에서, 선수 상단부(2b)로부터 항행 가능한 최소흘수선(LB )까지의, 데크 근방을 제외한 전체의 첨각(г)은 0°< г≤55°로 설정된다.
실선의 설계에 있어서는 데크 면적의 확보를 고려할 필요가 있다. 따라서, 최소흘수선(LB)보다 위쪽인 선수에 있어서, г를 0°< г≤약 55°로 하는 수선면을 상기 선수범위의 80% 이상으로 설정한 것도 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비대선을 도시한 것이다. 도면 중, 도 3a는 선수부 부근의 측면도이며, 도 3b는 g-g선에서의 선체 전방 가장자리의 한 쪽 뱃전의 수선면 형상을 도시한다. 도 3 중의 파선으로 된 곡선i는 본 발명의 설계 과정에 있어서의 가상 선수형상을 도시하고 있다. 도면 중 FP'는 설계과정에 있어서의 가상 FP(Fore Perpendicular)를 도시한다. 이에 대한 본 발명의 비대선의 형상을 곡선j로 도시한다. 본 발명은 곡선i로 도시한 개발과정에 있어서의 가상 선수형상을, 선수전단(3b 또는 2b)을 넘지 않는 범위내에서 한 없이 전방으로 늘린 형상으로 하고, FP로부터 선수전단까지의 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비는 약 0 ≤F/LOA ≤0.02의 범위로 설정된다. 이와 같이 FP를 전방으로 가져감으로써, 도 3a의 최소흘수선 보다 위쪽인 선수의 수선면 형상j는, 도 3b에 도시된 바와 같이 설계과정에 있어서의 가상 수선면 형상i에 비해 선수 전방을 향하여 예각이 되는 정도가 심하다. 이에 의해, 최소흘수선(LB)보다 위쪽의 넓은 범위에서 첨각(г)을 더욱 예각이 되도록 하는 것이 가능하게 되므로, 파랑중 저항증가의 감소 정도가 커지게 된다. 따라서, 수평거리(F)는 작아지는 만큼 효과가 크고, 약 0 ≤F/LOA ≤약 0.02의 범위가 바람직하다.
선수 선단부의 측면형상이 직선이 되도록, FP로부터 선수 전단까지의 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비를 F/LOA = 약 0으로 설정하여도 된다.
최대흘수선(LWL) 근방의 선수형상을 FP로부터 선수 선단까지의 수평거리(F)가 F/LOA ≤약 0.02인 범위로 후방으로 후퇴시킨 때에는 후퇴시킨 부분이 어쩔 수 없이 비대해 지는(г가 커지는) 경향을 가지며, г가 55°를 초과하는 경우도 발생한다. 이에 따라, 최소흘수선(LB)보다 위쪽이면서 최대흘수선(LWL)보다도 아래쪽인 선수에 있어서 적어도 일부의 수선면에 있어서의 г를 0°≤г≤약 55°로 설정하고, 또한 최소흘수선(LB)보다 위쪽인 선수에 있어서 г를 0°≤г≤약 55°로 한 수선면을 상기 선수범위의 50% 이상으로 설정한 것도 있다.
도 3a 중, 3은 선수벌브이다. 최대흘수선보다 위쪽인 선수부와 선수벌브(3)를 매끈한 곡면으로 연결되도록 함으로써, 선수벌브에 의한 추진저항 감소 효과를 손상시키는 일 없이 파랑중 저항증가량의 감소효과를 발휘할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 최대흘수선(LWL)보다 위쪽인 선수의 경사 형상의 하면(2a)의 전방 연장선(5)과, 선수 상면(2c)으로부터 수평전방으로의 연장선(6)과의 교점(P)이 전장(LOA)의 제한범위를 초과하는 범위에 이르는 경우에는, 초과한 형상부분(도면 중 사선부(4))을 절단하고, 절단부분의 수선면의 첨각(г)도 소정의 범위가 되도록 한다.
데크 근방(즉 선수 상면(2c)으로부터 소정거리 아래쪽까지의 범위)의 첨각(г)을 0°< г≤55°로 설정하면, 데크면적이 좁아지고, 이에 의해 작업성이 나빠질 염려가 있다. 데크 근방에는 파도가 미치지 않는 곳도 있다는 것을 고려하면, 데크 근방의 첨각(г)은 55°를 넘는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이 함으로써, 종래기술의 문제점인 파랑중 저항증가를 감소시키는 효과가 최대흘수선보다 위쪽인 선수부로 한정되는 것과, 흘수가 얕아지는 경우에 효과가 소멸하는 문제점을 해결하는 것이 가능하다.
그런데, 선수 선단의 아래쪽 부분에 돌출되어 부착된 선수벌브는, 중고속선에서 그 이용이 시작되었다. 평수중을 항행할 때, 선체는 파도를 발생시킨다. 파도를 일으킴으로써 발생하는 저항성분을 조파저항이라고 한다. 선수벌브는, 그 자신이 일으킨 파도가 주선체 전반부에서 만들어지는 파도와 간섭을 일으키고, 선체 전체로서 일으킨 파도의 파고를 낮춤으로써 에너지 손실을 적은 값으로 억제하며, 조파저항을 감소시키는 효과가 있다. 중고속선에서는 조파저항이 크기 때문에 그 효과가 현저히 나타나므로 일반적으로 이용되도록 하고 있으며, 그 연장으로서 저속비대선에 있어서도 선수벌브가 적용되기 시작하였다. 그 후, 오랜 시간이 경과되면서 최적화가 진행되어 저속비대선에 있어서의 평수중의 저항을 작게 하는 가장 효과적인 선수벌브 형상이 만들어질 수 있게 되었다.
본 발명과 같이, FP를 선단 또는 선단부근까지 돌출시키는 것은, 상술한 선수벌브를 포함하는 선수근방의 형상을 훼손함으로써 평수중의 저항성능의 열화, 특히 조파저항의 증대가 염려된다.
본 발명자는 전진하는 선체에 의해 발생되는 파형을 해석하는 CFD툴(TUMMAC Ⅳ;동경대학에서 개발됨)을 이용하여 여러 가지 검토를 하고, FP를 전방으로 가져가도 평수중의 조파저항을 증가시키지 않는 형상을 개발하였다.
본 발명의 효과를 산정하기 위해서는, 도 4c에 도시된 측면형상의 선수형상을 갖는 탱커 선형(船型)을 작성한다. 그 주요 항목은 전장(LOA)=277.3m, 전폭(B)=50m, 흘수(d)=14.4m이다. 도 3에 도시된 선형의 FP로부터 선수 전단까지의 수평거리(F)를 0으로 하고, FP는 선수 전단과 일치시키고 있다. 도 2b에 도시된 수선면형상의 첨각(г)을 가능한 한 작게 한 선형(이하, "C선형"이라 기술한다)이다. 그 г를 설정하는 범위는 도 4c의 최소흘수선으로부터 선수 상단의 범위이다. 본 발명의 효과를 확인하기 위해, 일반적인 선수형상을 갖는 선형(도 4a, 이하 "A선형"이라고 기술한다)과 종래형「일본국 특개2000-335478호 공보」에 기재되어 있는 선형(도 4b, 이하 "B선형"이라 기술한다)과의 파랑중 저항증가를 비교한다. B선형은 F/LOA가 약 0.02이며, 선수부의 수선면의 전단부의 첨각(г)을, 최대흘수선으로부터 선수 상단의 범위로 설정한 선형이다. 상기 각 선형의 항행중 평균흘수에서의 수선면에 있어서의 첨각(г)은 A선형이 약 70°, B선형이 약 40°, C선형이 약 35°로 된다. C선형 쪽이 B선형보다 첨각(г)이 작은 이유는, FP가 선수 전단과 일치하도록 한 데 있다.
도 5는 돌출된 선수벌브를 가지며, 또한 선수의 최대흘수선보다도 위쪽인 범위를 뾰족하게 한 종래형의 선수(B선형)와, 본 발명의 선수(C선형)와의 TUMMAC Ⅳ에 의한 파고분포의 측정결과의 비교를 도시한다. 본 발명의 선수의 조파패턴과 종래형의 선수의 조파패턴에는 큰 차는 없으며, 선수 선단의 파고를 도시한 계수는 본 발명의 선수 쪽이 약간 작게 되어 있으나, 전체적으로는 본 발명의 선수와 종래형의 선수는 차이가 거의 없는 것으로 판단된다.
또한, 수조시험에 의한 조파저항 계측을 실시하는 검증도 수행하였다. 도 6은 시험결과를 도시한다. 종래형의 배(B선형)와의 우열은 전혀 없다. 이 시험결과에 의해, 본 발명의 선수(C선형)가 돌출된 선수벌브를 갖는 종래형의 선수(B선형)와 크게 다르기는 하나, 조파저항의 열화가 전혀 보이지 않는 형상인 것을 검증하였다.
또한, 파랑중 저항증가량의 감소효과도 수조시험에 의해 검증된다. 도 7에 만재상태의 저항증가량의 비교를, 도 8에 일반적인 선수형상(A선형)으로부터의 감소량을 퍼센트로 나타낸다. 마찬가지로, 도 9 및 도 10에 무적재(ballast) 상태의 결과를 도시한다. 도 8 및 도 10 중에 표시된 수치는 본 발명의 배가 실항해에서 만나는 빈도가 높은 파장범위에 있어서의 저항증가량 감소율의 평균치를 나타낸다. 이와 같은 컴퓨터에 의한 해석기술과 수조시험을 이용함으로써, 비로소 평수중의 저항성능을 열화시키지 않고 파랑중 저항증가량의 대폭적인 감소를 가능하게 한 본 발명이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 선수부로 파도의 산이 올 때 뿐만 아니라, 파도의 골이 올 때도 파면을 횡방향으로 나누어 반사시킬 수 있으므로 선수에서의 전방으로의 파도반사, 파도 부서짐 현상을 완화하고, 파랑중 저항증가를 감소시킬 수 있게 된다. 또한, 선박의 적재량이 적고 흘수가 최대흘수선보다도 얕아지는 경우에도 수면 부근의 선수 전단의 첨각이 예각을 이루므로 파랑중 저항증가의 감소효과가 십분 발휘될 수 있다.
도 1은 선박의 측면도.
도 2a는 선수의 측면도, 도 2b는 선수의 수선면(水線面) 형상을 도시하는 도 2a의 A-A, A'-A'선 단면도.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 선수의 측면도, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 선수의 수선면 형상을 도시하는 도 3a의 g-g선 단면도.
도 4는 선수형상의 측면도를 비교하여 도시한 것으로, 도 4a는 일반적인 선수형상을 도시하고, 도 4b는 종래형의 선수형상을 도시하며, 도 4c는 본 발명의 선수형상을 각각 도시한다.
도 5는 TUMMAC에 의한 파형해석을 도시한 그래프로, 도 5a는 종래형의 선수를 도시하고, 도 5b는 본 발명의 선수를 도시한다.
도 6은 조파(造波) 저항시험의 결과를 도시한 그래프.
도 7은 저항증가계측의 시험결과를 도시한 그래프(만재상태).
도 8은 일반적인 선수형상을 기초로 한 파랑(波浪)중 저항증가의 감소효과를 도시한 그래프(만재상태).
도 9는 저항증가계측의 시험결과를 도시한 그래프(무적재 상태).
도 10은 종래형의 선수형상을 기초로 한 파랑중 저항증가의 감소효과를 도시한 그래프(무적재 상태).
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 선체 2 : 선수부
2a : 선수의 경사형상의 하면 2b : 선수부 상단
2c : 선수 상면 3 : 선수벌브부
3b : 선박이 항행 가능한 최소흘수선과 선수부 측면형상의 교점
5 : 선수의 경사형상 하면(2a)의 전방 연장선
6 : 선수 상면(2c)의 전방 연장선
D : 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(=0.02 ×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과의 교점
E : 선체 중심선 상의 선체 전단점
F : FP로부터 선수전단까지의 수평거리
LOA : 전장 LPP : 수선 사이 길이
P : 연장선5과 연장선6의 교차위치
a : 점E와 점D를 연결한 직선
г: 직선a의 선체 중심선으로부터 측정한 각도

Claims (15)

  1. 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다 아래쪽인 선수에 있어서, 전체 수선면에 있어서의 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02 ×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤ 55°로 설정한 것을 특징으로 하는, Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선.
    Lpp : FP위치로부터 키 축중심 위치(AP)까지의 수평거리로 측정한 선박의 길이
    d : 선박의 최대흘수선 아래 깊이
    B : 선박의 전폭
    ∇ : d에 대응하는 형배수 용적
    LOA : 선박의 전장
    FP : Fore Perpendicular의 약자로, 최대흘수선과 교차하는 선수선단위치(수직선)
  2. 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다 아래쪽인 선수에 있어서, 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02 ×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤ 55°로 한 수선면을 상기 선수범위의 70% 이상으로 설정한 것을 특징으로 하는, Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선.
    Lpp : FP위치로부터 키 축중심 위치(AP)까지의 수평거리로 측정한 선박의 길이
    d : 선박의 최대흘수선 아래 깊이
    B : 선박의 전폭
    ∇ : d에 대응하는 형배수 용적
    LOA : 선박의 전장
    FP : Fore Perpendicular의 약자로, 최대흘수선과 교차하는 선수선단위치(수직선)
  3. 최소흘수선보다 위쪽인 선수에 있어서, 데크 근방을 제외한 전체 수선면에 있어서의 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02 ×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤ 55°로 설정한 것을 특징으로 하는, Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선.
    Lpp : FP위치로부터 키 축중심 위치(AP)까지의 수평거리로 측정한 선박의 길이
    d : 선박의 최대흘수선 아래 깊이
    B : 선박의 전폭
    ∇ : d에 대응하는 형배수 용적
    LOA : 선박의 전장
    FP : Fore Perpendicular의 약자로, 최대흘수선과 교차하는 선수선단위치(수직선)
  4. 최소흘수선보다 위쪽인 선수에 있어서, 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02 ×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤ 55°로 한 수선면을 상기 선수범위의 80% 이상으로 설정한 것을 특징으로 하는, Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선.
    Lpp : FP위치로부터 키 축중심 위치(AP)까지의 수평거리로 측정한 선박의 길이
    d : 선박의 최대흘수선 아래 깊이
    B : 선박의 전폭
    ∇ : d에 대응하는 형배수 용적
    LOA : 선박의 전장
    FP : Fore Perpendicular의 약자로, 최대흘수선과 교차하는 선수선단위치(수직선)
  5. 최소흘수선보다 위쪽이면서 최대흘수선보다 아래쪽인 선수에서의 수선면에 있어서의 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02 ×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤ 55°로 설정하고,
    또한, 최소흘수선보다 위쪽인 선수에 있어서, 선체 중심선 상의 선체 전단점(E)과, 선체 전단으로부터 측정한 수평거리(C)(0.02 ×LOA) 후방위치의 선체 중심선에 대한 수직선(B-B)과 수선면 형상(4)의 교점(D)을 연결한 직선(a)의, 선체 중심선으로부터 측정한 각도(г)를 0°< г≤ 55°로 한 수선면을 상기 선수범위의 50% 이상으로 설정한 것을 특징으로 하는, Cb=∇/(Lpp ×B ×d)가 0.75 정도 이상인 비대선.
    Lpp : FP위치로부터 키 축중심 위치(AP)까지의 수평거리로 측정한 선박의 길이
    d : 선박의 최대흘수선 아래 깊이
    B : 선박의 전폭
    ∇ : d에 대응하는 형배수 용적
    LOA : 선박의 전장
    FP : Fore Perpendicular의 약자로, 최대흘수선과 교차하는 선수선단위치(수직선)
  6. 제1 항에 있어서,
    FP로부터 선수 전단까지의 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비를 0 ≤F/LOA ≤ 0.02의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 비대선.
  7. 제2 항에 있어서,
    FP로부터 선수 전단까지의 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비를 0 ≤F/LOA ≤ 0.02의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 비대선.
  8. 제3 항에 있어서,
    FP로부터 선수 전단까지의 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비를 0 ≤F/LOA ≤ 0.02의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 비대선.
  9. 제4 항에 있어서,
    FP로부터 선수 전단까지의 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비를 0 ≤F/LOA ≤ 0.02의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 비대선.
  10. 제5 항에 있어서,
    FP로부터 선수 전단까지의 수평거리(F)와 전장(LOA)의 비를 0 ≤F/LOA ≤ 0.02의 범위로 설정한 것을 특징으로 하는 비대선.
  11. 제1 항에 있어서,
    최대흘수선보다 위쪽인 상기 선수의 선단이, 선체 전체의 제한치수에 맞추어 상기 선수의 경사 형상의 하면(2a)의 전방 연장선(5)과 선수 상면(2c)의 전방 연장선(6)의 교차위치(P)보다도 후퇴되어 있는 것을 특징으로 하는 비대선.
  12. 제2 항에 있어서,
    최대흘수선보다 위쪽인 상기 선수의 선단이, 선체 전체의 제한치수에 맞추어 상기 선수의 경사 형상의 하면(2a)의 전방 연장선(5)과 선수 상면(2c)의 전방 연장선(6)의 교차위치(P)보다도 후퇴되어 있는 것을 특징으로 하는 비대선.
  13. 제3 항에 있어서,
    최대흘수선보다 위쪽인 상기 선수의 선단이, 선체 전체의 제한치수에 맞추어 상기 선수의 경사 형상의 하면(2a)의 전방 연장선(5)과 선수 상면(2c)의 전방 연장선(6)의 교차위치(P)보다도 후퇴되어 있는 것을 특징으로 하는 비대선.
  14. 제4 항에 있어서,
    최대흘수선보다 위쪽인 상기 선수의 선단이, 선체 전체의 제한치수에 맞추어 상기 선수의 경사 형상의 하면(2a)의 전방 연장선(5)과 선수 상면(2c)의 전방 연장선(6)의 교차위치(P)보다도 후퇴되어 있는 것을 특징으로 하는 비대선.
  15. 제5 항에 있어서,
    최대흘수선보다 위쪽인 상기 선수의 선단이, 선체 전체의 제한치수에 맞추어 상기 선수의 경사 형상의 하면(2a)의 전방 연장선(5)과 선수 상면(2c)의 전방 연장선(6)의 교차위치(P)보다도 후퇴되어 있는 것을 특징으로 하는 비대선.
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