KR100772133B1 - 활주 및 반활주선의 선체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활주 또는 반활주선의 선체에 관한 것이다. 선체(4)는, 급준하게 아래쪽으로 굽혀진 후연부를 갖고 있는바, 이는 바람직한 실시예에서는, 선체의 전체 폭을 횡단해서 뻗은 플랩의 형태를 한 것으로, 선체의 하부표면(14)의 위로 휘어진 부분 선체의 수준을, 선체의 전체 길이(L)중 단지 작은 부분만끔만 넘도록 뻗도록 되어 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른, 가볍게 캠버된 표면을 갖춘 선체도 기재되고 청구되어 있다. 이와 같은 선체는, 종래의 통상적인 활주용 선박에 비해, 한층 더 높은 양력계수 및 양항비가 얻어져, 설계속도에서 영각 0°로 동작할 수가 있다.

Description

활주 및 반활주선의 선체{Hulls for planing and semi-planing craft}

본 발명은 선박용 선체에 관한 것으로, 특히 종단면 및 그 설계에 관한 것이다. 지금까지의 반활주선용 선체의 종단면에서는, 비교적 낮은 양력계수(揚力係數)와 중간 정도의 양항비(揚抗比, 항력계수에 대한 양력계수의 비)를 얻도록 되어 있었다. 이에 대해, 본 발명은 높은 양력계수를 갖는 한편, 현저히 높은 양항비를 부여하게 되는 다른 종단면을 제공하게 된다.

선박에 관련해서 사용하고 또한 뒤의 설명에서도 사용하는 "종단면"이란 용어는, 본 발명의 기술분야에서 널리 이해되고 있는 용어로서, 선체의 길이방향 축을 따라 향한 선체의 단면을 의미하는 것으로, 선체의 하부 측면의 윤곽을 포함하고 있다고 이해되어야 한다.

도 1에는, 종래 기술에 의한 전형적인 선체의 종단면을 따른 압력분포가 나타나 있다. 압력계수(Pc)는 앞 가장자리의(leading edge)의 정체점(stagnation point; 1)에서는 일정하게 되어 있고, 그 후 급속히 내려가 후연부(2; trailing edge)에서는 거의 "0"에 가까워지게 된다. 양력의 중심은, 선체의 코드(chord: 즉, 물에 잠기는 길이)를 따라 대략 30%가 되는 지점이다. 실제로는, 종래 기술에 따른 선체의 전형적인 종단면에 대한 압력계수(Pc)는, 도시된 것보다 급격히 저하하게 된다(또, 이러한 현상으로 양력중심이 앞으로 이동한다). 이는 종래기술의 선박의 활주선체의 종횡비(aspect ratio)가 낮은 것과 진입부의 형상이 V자 형상을 하고 있기 때문이다.

또한, 종단면의 후연부에 1개 이상의 플랩(flap) 또는 "트림탭(trim tab)"을 갖고 있는 선박도 알려져 있다. 이러한 플랩은, 일반적으로는, 예컨대 미국특허 제5,806,455호와 미국특허 제5,215,029호 및 유럽특허출원 EP-A-0 071763호에 개시되어 있는 바와 같이, 수평면에 대해 비교적 작은 각도로 경사져 있도록 되어 있다. 제2도에는, 후연부에 플랩이 설치된 전형적인 선체의 종단면에 관한 압력분포가 나타나 있다. 이 경우에는, 제2의 압력피크가 후연부의 전방에 있는 지점 3에서 생기게 된다. 이는 거의 종단면 전체에 걸쳐 압력을 상승시키는 작용을 하게 되어, 양력을 현저히 증가시켜, 양력중심을 선체 코드의 약 48% 뒤로 이동시키게 된다. 그러나, 이런 형태의 플랩은 통상적으로 상당한 길이의 코드(예컨대 플랩의 침지부분의 길이)를 갖게 되어, 압력이 통상과 같이 플랩의 표면에 작용함에 따라(플랩의 표면을 따라 작용하는 작은 마찰요소를 별도로 하면), 만일 플랩의 각도(즉, 수평선에 대한 플랩의 각도)가 상당히 큰 경우에는 양력의 상승을 얻기 위해서는 항력의 상당한 증가라고 하는 희생을 동반한다. 또한, 이런 형태의 후연부에 설치되는 플랩의 대부분은 선체의 전체 폭을 넘어 뻗어 있지 않고, 그 결과 선단손실(tip loss)이 대단히 커지게 되고, 선체 전체의 압력분포가 불균일해지게 된다. 따라서, 이러한 플랩을 사용하는 것은, 그렇게 하지 않으면 균형이 나빠지게 되는 선박의 자세 및 거동을 바로잡기 위해서는, 희생을 수반하는 일시적 방편의 해결이다.

종래의 활주선체에서 흔히 경험하는 다른 하나의 문제점은, 고속에서 선박이 길이방향으로 불안정해진다는 점이다. 그 한가지 이유는, 접근해오는 파도 속으로 선수(船首)가 빨려들게 하는 작용 때문이다. 이러한 작용에 의해 현저히 증가된 항력이 야기되게 된다. 왜냐하면, 일단 충분한 배수양력이 발생하거나, 또는 파도가 통과했을 때밖에 선수가 부양(浮揚)되지 않기 때문이다. 도 3은, 공지기술의 활주선체의 종단면을 나타낸 것으로, 여기서 앞쪽의 단면은 설계 값을 넘은 침지(沈漬, immersion)에 기인하여 둥글게 되어 있다. 도 4에는, 이 종단면을 따른 대응압력분포(압력계수(Pc) : 코드)가 나타나 있다. 압력계수(Pc)는, 정체점(1)에서 일정한 값에 도달한 후에 급격히 저하되어, 코드의 10% 지점에서 부(-)의 값으로 되고, 코드를 따라 35% 지점에서밖에 다시 정(+)의 값으로는 되지 않는다. 이러한 상황은, 곡률이 상승함에 따라 나빠지게 되고, 그 결과 피칭 모멘트(pitching moment)가 부(-)의 값으로 되기 시작해서, 선미가 상승함에 따라 부(-)의 동양력(dynamic lift)을 가져오게 된다. 상기 만곡된 단면에서의 부(-)의 양력에 의해, 도 4에 도시된 종단면의 양항비는, 도 1에 나타나 있는 설계자세에서의 같은 단면에 대한 값에 비해 약 1/5밖에 되지 않는다.

본 발명은, 앞에서 설명된 결점을 해소하거나 또는 최소한으로 하기 위해 발명한 것이다.

국제공개 제96-20106호 공보에는 활주 또는 반활주선박용 선체가 개시되어 있는바, 이 선체는 그 하측면 및 급격히 아래로 뻗은 후연부(後緣部)를 갖도록 되어 있다.
본 발명에 의하면, 그와 같은 선체는 하부표면과 후연부 사이에 융합면(blending surface)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 후연부는 선체 중에 일체로 형성되어 있어도 좋다. 그러나, 상기 후연부는, 선체로부터 일반적으로 아래를 향해 뻗은 플랩수단의 형태로 되어 있는 것이 좋다. 이 플랩수단은 설계 수면의 법선에 대해 45°미만으로 경사져 있고, 실제로는 설계 수면에 대해 대략 직각을 이루어도 좋다. 상기 플랩수단은 선체의 선폭의 전체를 가로질러 뻗도록 하는 것이 좋다. 상기 플랩수단의 상기 각도는 고정되어 있으나, 별개로 형성되어도 좋고, 가변상태로 설치되어도 좋다.

상기 플랩은, 일반적으로 선체 전체길이의 1% 이하가 되는 선체길이의 극히 일부의 길이나 또는 "코드"만큼, 이 플랩과 바로 인접한 선체 아래쪽 부분의 외면에서 돌출하도록 되어 있다. 상기 플랩의 코드는 상기 플랩이 슬라이드 이동할 수 있게 장착된 경사진 축을 따라 위아래 쪽으로 슬라이드 이동을 함으로써 위치가 변화될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또, 상기 플랩의 이동을 제어하기 위해서는 기계적, 전기적 또는 유압수단들이 사용될 수 있다.

또, 상기 선체는 전단부(nose portion)와 후연부를 갖고 있는바, 그 중 상기 전단부는 이 선체의 전단부로부터 상기 후연부를 향해 뒤쪽 및 아래쪽을 향해 전방 표면을 갖고 있는바, 이 전방표면(前方表面)이 가볍게 캠버되어(cambered) 있어서, 이에 의해 선체를 사용하는 도중, 선체의 종단면에서, 수면에 대한 상기 전방 표면의 각도가 상기 전단부의 길이방향을 따라 연속적으로 감소하도록 되어 있다. 이와 같이 약간 캠버된 전단부는, 바람직하기는, 선체 하측면의 후방부 중으로 매끄럽게 융합되어 있고, 이 선체의 하측면의 후방부는, 선박의 설계된 운항속도로 선박이 이동하고 있을 때에는 통상적으로는 침지되어 있도록 하는 것이 좋다. 이러한 후연부의 하측면 뒷부분도 바람직하기는 연속되어 있고, 이에 의해 설계수면에 대한 하측면의 입사각이, (설계수면에서) 전단부의 전방 표면과 하측면이 만난다고 하는 점에서, 선체의 종단면에서 보았을 때, 대단히 작아져, 2°미만, 바람직하기는 1°또는 1° 미만으로 되는 것이 좋다.

통상적으로 침지되어 있는 하측면을 따른 표면은, 그 하측면 중 일반적으로는 위로 휘어진 후연부와 매끄럽게 융합되어 있다. 하측면의 위로 휘어진 부분은, 선체가 사용되는 도중, 선체가 조합된 선박의 형태와, 설계속도 및 선체의 하중조건에 따라 정(+) 또는 부(-)의 각도로 경사지도록 할 수가 있다.

여기서 사용된 "수면(water plane)"이라는 용어는, 선체에 의해 교란되지 않고 정지되어 있는 수면의 평면교차부분을 말한다. 상기 정지수면은, 선체가 정지해 있을 때의 선체에 대한 수면의 위치이다. 활주수면(滑走水面)은 이승(離昇, Ylift off)상태에서의 선체에 대한 수면의 위치이다. "설계수면"은, 설계조건(즉, 선체가 그의 설계속도로 항행할 경우)에서의 선체에 대한 수면의 위치이다.

또, "이승(lift-off)"은, 선체를 장비하는 선박이 그의 최소활주속도에 도달했을 때의 시점을 의미한다.

선체의 침지된 하측면의 위로 휘어진 후연부는, 바람직하기는 선체의 급격히 아래로 굽혀진 후연부 직전에서부터 시작되도록 하여도 좋다.
선체의 종단면에서, 선체의 길이방향의 침지단면의 길이 즉, "코드"가, 설계조건 하에서 선체가 사용되는 도중, 선체의 전체 길이의 1/10 미만인 것이 좋다.

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본 발명의 다른 실시예로는, 앞에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 선체를 구비하는 선박을 제공한다.

앞에서 설명한 바와 같이, 종래의 활주선의 종단면에서는, 양력을 발생시키기 위해, 선박이 정(+)의 영각(迎角, angle of attack)을 나타낼 것이 필요하게 되어 있다. 이에 대해, 본 발명에 따른 선체의 이점은, 선체가 설계속도에서는 0°의 영각으로 동작할 수가 있고, 또 선박의 속도범위 전체에 걸쳐 자세변화가 전혀 없거나 또는 거의 없도록 구비할 수가 있는 점이다.

더구나, 본 발명에 따른 선체에 의해, 양력계수의 개선과 2차원적인 양항비(two dimensional lift/drag ratio)가 얻어지게 된다. 양력계수가 향상되면 물과 접촉하는 표면적이 감소되어, 같은 선폭(船幅)의 선체에 대해서는, 부양면의 평균 코드가 감소하는 것을 의미하고, 그 결과로 프루드수(Froude Number;

)가 상승하게 된다. 여기서, Vs는 물을 지나가는 보트의 속도이고, L은 국부적인 코드이며, g는 중력가속도이다. 이에 의해, 비말항력(spray drag)과 조파항력(wave making drag) 모두 감소하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 선체에 의해, 동일한 중량과 치수를 가진 종래의 선체에 비해 현저한 출력의 절약이 기대되는 한편, 물결과 비말(飛沫)의 생성이 현저히 줄어드는 결과, 비말저지 시트를 아래쪽으로 향하게 함으로써 양력을 상승시키도록 설계된, 비말생성 방지용 레일이나 기타 다른 장치를 설치할 필요가 없게 된다.

본 발명에 의해 양력계수를 증대시킴으로써 얻어지는 다른 이익으로는, 선박이 현저히 낮은 속도로 활주를 할 수 있게 되는 한편, 양항비가 한층 더 높아지게 됨으로써, 활주속도를 달성하기 위해 필요한 출력이 한층 더 줄어들게 된다. 프로펠러구동선인 경우에는, 추진기의 슬립(slip)에 의해 선체 하부의 속도가 상승하게 됨으로써 양력이 현저하게 향상된다. 이러한 작용이 종래의 선체에 비해 훨씬 더 현저한 이유는, 코드가 크게 줄어들어, 후방단면 전체의 압력분포가 상승하고 있기 때문이다. 또, 양력계수가 한층 더 높아져, 그에 따라 활주속도가 낮아지게 됨에 따라, 추진기 슬립이 더욱 커지게 된다. 이에 의해, 선박에 대한 국부적인 속도가 상승하고, 동압(動壓)도 또한 상승하게 된다. 이와 같이 해서 추가로 발생한 양력에 의해, 활주속도를 달성하는데 필요한 출력을 30% 이상 줄일 수가 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부도면을 참조로 해서 상세히 설명한다.

도 1은, 전형적인 종래기술에 따른 선박의 종단면에 대한, 압력계수(Pc) : % 코드를 나타낸 그래프,

도 2는, 후연부 플랩이 선체에 설치되어 있는 경우의, 전형적인 종래기술에 따른 선박의 종단면에 대한, 압력계수(Pc) : % 코드의 그래프,

도 3은, 종래기술에 따른 활주선체의 종단면에 대한, 선체침지 : % 코드의 그래프,

도 4는, 도 3과 동일한 선체에 대한, 압력계수(Pc) : % 코드의 그래프,

도 5는, 본 발명의 제1실시예에 따른 선체의 종단면도,

도 6은, 도 5의 종단면의 후연부의 확대도,

도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선체의 뒷부분 사시도,

도 8은, 순항조건이 최적화된 본 발명에 따른 선체의 종단면에 대한, 압력계수(Pc) : % 코드의 그래프,

도 9는, 이승조건이 최적화된 본 발명에 따른 선체의 종단면에 대한, 압력계수(Pc) : % 코드의 그래프이다.

도 5는, 본 발명에 따른 선박의 전형적인 종단면(4)을 나타낸 것이다. 여기서 유의할 점으로는, 도 5에서는 설명의 편의상 수직축을 같은 비율로 축소해놓지 않고 과장해서 나타내었다는 점이다. 선체의 종단면(4)은 전방 표면(5)을 갖고 있는바, 이 전방 표면(5)은, 상기 종단면(4)의 전단부(nose)로부터 아래쪽으로 종단면의 후연부를 향해 뻗도록 되어 있다. 이 전방 표면(5)은, 일반적으로는 가볍게 캠버된 형태로 뻗어 있는바, 이에 의해 전방 표면이 정지수면(6)과 교차하는 지점(9)에서 작은 입사각(α₁)을 갖게 된다. 또, 일반적으로 가볍게 캠버된(lightly cambered) 표면(10)이 상기 지점(9)에서 상기 가볍게 캠버된 전방 표면(5)와 정접적(正接的)으로 연속해 있지만, 활주수면(7)과 교차하도록 되어 있어, 선박이 지속적인 활주속도에 도달했을 때에는 활주수면(7)과의 교차점이 지점(11)에 도달하게 된다. 이때, 상기 활주 수면(7)에 대한 상기 가볍게 캠버된 표면(10)의 정접각(α₂)은, 코드길이(C2, C3)와 같은 다른 제한조건과 합치되는 한도에서, 가능한 한 작은 것이 좋다.

도 6은, 상기 선체의 종단면(4)의 후미부분의 확대도이다. 일반적으로 가볍게 캠버된 표면(12)은, 상기 가볍게 캠버된 표면(10)과 지점(11)에서 정접적으로 연속되어 있으나, 지점(13)에서 설계수면(8)과 만나게 된다. 이 지점(13)에서의 개시각(α₃)은 극히 작아지도록 설정하는 것이 바람직한바, 1°이하가 되어도 좋다. 설계속도에서는, 선박이 가볍게 캠버된 표면(12)에 대해 지점(13)에서 정접적으로 연속하는 하부표면(14) 위로 오르게 된다. 이 하부표면(14)도 역시 가볍게 캠버되어 있는 것이 좋은바, 위로 휘어진 후연부의 후연(後緣; 15)에서 종결되도록 되어 있는 것이 좋다. 설계수면(8)에 대한 하부표면(14)의 위로 휘어진 부분의 정접각(正接角; α_TE)은, 선박의 형태와 설계속도 및 하중조건에 따라 약간의 부(-)의 값(아래로 기울어진)에서부터 +10°이상(위로 만곡)까지 변화되어 있어도 된다. 일반적으로, 상기 정접각(α_TE)의 값은 -1°~ 1°의 범위이다.

위로 휘어진 후연(15)에서, 선체가 급하게 아래로 향한 플랩(18)에서 끝이 나고, 플랩(18)은 지점(16)에서 급격하게 끝나게 된다. 플랩(18)의 코드(C_F; 즉, 플랩의 잠김부의 길이, 이는 위로 휘어진 후연(15)을 넘어 뻗은 플랩의 길이이다)는, 선체 종단면(4)의 전체 길이(L)에 중 작은 비율을 점하도록 되어 있다. 대부분의 고속선박에 대해서는 이 비율이 1% 미만으로 되어 있으나, 다음에 설명될 활주 또는 반활주의 한층 더 무거운 대형선박과 같은 특별한 경우에는 한층 더 높은 것이 좋다. 상기 플랩(18)은 가변될 수 있는 것이 좋은바, 화살표(A) 방향 위쪽 또는 아래쪽으로 플랩(18)의 위치를 조절함으로써 코드(C_F)가 변화하게 된다. 상기 하부표면(14)과 플랩(18) 사이의 위로 휘어진 후연(15)에 작은 융합부를 적용할 수가 있다. 설계수면(8)의 법선에 대한 플랩이 이루는 각도(β)는, 정(+) 또는 부(-)의 값이어도 좋은바, 45°미만인 것이 바람직하다.

도 5에서, 정지시의 종단면의 침지부분의 길이 또는 코드(잠김부의 길이)는 C₁으로 나타나 있다. 또, 선박이 평면상에서 활주하기 시작하는(즉, 이승) 속도에서의 코드는 C₂로 나타나 있다. 선박의 길이(L)에 대한 코드(C₂)의 비율은 공지기술의 선체에 비해 현저히 줄여지게 되는바, 이는 양력계수의 향상, 그의 마찰, 비말 및 조파항력(造波抗力)을 저감하는 작용에 의해서이다. 고속선박에서는, 설계코드(C₃; 즉, 설계속도에서의 코드)가 극히 작아서, 통상적으로 선박 길이(L)의 10% 미만이 된다. 설계코드(C₃)가 작다는 것의 중요성은, 앞에서 설명한 바와 같이 프루드수를 향상시킨다는 것을 의미한다.

도 7에는, 본 발명을 대형의 활주선 또는 반활주선에 적용한 변형예의 종단면(4)을 나타낸 것이다. 여기서는, 정접각(α_TE)이 도 3 및 도 4에 나타나 있는 것보다 훨씬 큰 정(+)의 각도로 되어 있는바, 이에 의해 위로 휘어진 후연(15)이 설계수면(8) 위에 위치하도록 되어 있다. 이 경우에는, 플랩 코드(C_F)도 또한 커지게 된다. 한편, 선박 종단면(4)의 측면(21)에 도면에서 점선으로 표시된 바와 같이 플레이트 형태의 스커트(skirt; 20)를 설치함으로써, 압력손실을 줄이는 것이 바람직하다. 이런 형태의 종단면은, 0.4를 넘는 양력계수와, 40을 넘는 양항비를 갖도록 설계할 수가 있다.

도 3, 도 4 및 도 5에는, 수면(6, 7, 8)은 편의상 직선으로 해서 나타내어져 있는바, 이는 선박으로부터 약간 떨어진 거리에서의 교란되지 않고 잠잠한 수면을 의미한다. 도 3에서 Y축의 -0.1은 코드의 0.1%만큼 잠김을 의미한다.

앞에서 설명된 "가볍게 캠버된(lightly cambered)"이란 용어는, 실질적으로 단면 전체에 걸쳐 캠버되어 있는 것을 의미하는 것으로, 그의 곡률이 모든 지점에서, 압력계수(Pc)가 모든 정상조건하에서도 부(-)의 값으로는 되지 않도록 되어 있다. 또, 선체 길이(L)에 대한 설계코드(C₃)의 비율이 낮은 값이라는 것은,

로 표현되는 곡률이 낮은 값을 채용함으로써, 충분히 높은 값을 가진 선수(船首)의 높이(H) 및 선수각(α_n)이 얻어진다는 것을 의미한다. 여기서, 도 1을 참조하면, α는 모든 표면(5, 10, 12, 14)을 따른 모든 지점에서의 수면에 대한 정접각의 값이고, C는 그에 대응하는 코드이다.

"압력계수", "양력계수" 및 "항력계수"란 용어는, 당해 기술분야에서 통상적으로 사용하는 용어로서, 다음과 같은 표준적인 정의를 갖는 기술용어이다.

선체의 표면에서 발생하는 압력은 국소적인 선체표면에 대해 수직방향으로 작용하게 된다. 그 압력계수(Pc)는 동압력으로 나눠진 단위표면적 상에 작용하는 압력과 같다.

여기서, 동압 = [물의 밀도 x (Va²/2)]로서, Va는 선박에 대한 국소적인 물의 상대적 속도이다.

양력계수(lift coefficient)는, 어떤 선박표면에 의해 발생하는 수직양력을, (수면상으로 뻗은 선박표면의 평면면적 x 동압)으로 나눈 값으로, [{압력계수 x 수평면에 대한 선체의 국소각의 cosine 값} - {마찰계수 x 수평면에 대한 선체의 국부적인 각도의 sine 값}] ÷ 표면적의 값을 적분한 값과 같다.

항력계수(drag coefficient)는, 어떤 선체표면에서 발생하는 수평방향 항력을, (선체표면적 x 동수두(動水頭))로 나눈 값으로, [{압력계수 x 수평면에 대한 선체의 국소적인 각도의 sine 값} - {마찰계수 x 수평면에 대한 선체의 국소적인 각도의 cosine 값}] ÷ 표면적의 값을 적분한 값과 같다.

여기서, 수평면에 대한 선체의 국소각이 정(+)인 경우에는, 선체표면의 접선이 선미방향에서 아래로 향하게 되고, 마찰계수(friction coefficient)는, 단위표적에서 발생한 표면마찰에 의한 항력을 동압으로 나눈 값이다.

양항비(揚抗比)는 양력계수/항력계수의 비율로 정의될 수 있다.

앞에서 설명한 개선된 종단면을 가진 선체의 작용은, 도 8 및 도 9에 나타내어진 압력계수분포를 참조하면 명백해지게 된다. 도 8은, 본 발명에 따른 종단면에 대한 결과가 나타낸 것으로, 이는 주어진 순항조건에 대응해서 최적화되어 있는 것으로, 0.15의 양력계수와 25 : 1의 양항비를 부여하게 된다. 이 경우의 플랩 코드(C_F)는 설계코드(C₃)의 0.5%가 된다. 공지기술의 종단면에서와 같이, 압력계수는, 전면부의 정체점(1)에서 일정한 값을 갖게 된다. 이 지점(13)에서의 표면은, 도 1의 종래기술의 종단면에 비해, 경사가 감소되어 있는바, 수직으로 작용하는 성분(또는 양력)은 약간 증가하는 한편, 뒤쪽으로 작용하는 성분(항력)은 저하되어 있다. 정체점(1) 바로 뒤에서는, 압력계수(Pc)가, 공지기술의 종단면에서보다도 훨씬 급속히 임계적으로 저하되어 있다. 이는, 하부표면(14)이 위로도 향해 굴곡이 됨으로써, 이 단면에서 발생하는 양력이 임계적으로 저하되기 대문이다. 그러나, 이 단면의 부(-)의 경사를 줄여줌으로써, 항력성분이 한층 더 줄어들게 한다. 즉, 종단면의 코드를 따라 진행하면, 아래쪽으로 뻗은 후연 플랩(18)의 영향이 커지게 됨으로써, 압력계수(Pc)가 증가하기 시작한다. 한편, 공지기술의 단면에 대한 압력계수는 계속해서 저하된다. 그와 동시에, 선체표면은 수평활주 자세를 취하여 우선적으로 상승하기 시작하고, 그에 의해 이 선체표면상 작용하는 압력은, 공지기술의 단면에 비해 현저하게 큰 양력을 발생시킬 뿐만 아니라, 실제로 선박을 밀어올리는 역학적 성분을 만들어내게 된다. 피크점인 굴곡점(23)에서, 압력계수가 다시 일정 값(굴곡의 급변도(abruptness)에 대응한 정밀한 값)에 달하게 된다. 확실히 이 표면에 의해 현저한 항력이 발생하게 되는바, 여기서는 선체표면이 아래쪽으로 수직방향으로 뻗어 있음으로써, 발생한 (높은)압력의 거의 전부가 항력성분을 생성하게 된다. 이 항력은, 증대된 발생양력과, 선체 하부표면(14)의 뒷부분에 의해 발생한 앞쪽방향 역학선분이 균형을 이루어야만 한다. 도 8의 곡선 아래의 면적을 도 1의 곡선 아래의 면적과 비교하면, 발생하는 양력에 대응해서, 곡선 아래의 면적이 3배가량 증가되어 있음을 알 수가 있다. 양항비는 대략 2배로 되어 있다.

도 9는, 본 발명에 따른 종단면에 대한 결과를 나타낸 것으로, 이는 이승조건에 대응해서 최적화되어 있는 것인바, 0.25의 양력계수와 15 : 1의 양항비가 주어져 있다. 이 경우를 위한 플랩 코드(C_F)는, 활주코드(C₂)의 2.0%까지 상승한다. 이와 같이 단면 코드의 백분율로 나타내어진 플랩 코드가 커지게 됨으로써, 선체의 후연 근방의 압력계수의 피크점인 굴곡점(23)이 확장되게 되는바, 일반적으로 선체의 전체 코드에 걸쳐 압력계수의 값을 커지게 한다. 도 9의 곡선 아래 면적을 도 2의 곡선 아래 면적과 대비함으로써 알 수 있는 바와 같이, 곡선 아래의 면적은, 발생한 양력에 대응해서, 3배까지 상승하였다. 이때 양항비는 거의 같게 유지되었다. 한편, 종래기술에 다른 플랩을 갖춘 단면의 경우에는, 양력중심이, 플랩을 적용함으로써 선체 코드의 약 16% 만큼 뒤쪽으로 이동하고, 본 발명에 따른 새로운 종단면에서의 압력중심은 선체 코드의 7% 만큼 앞으로 이동하게 된다. 이와 같이 양력중심의 이동이 줄여진다는 것은, 선박의 균형을 유지하는데 대단히 유익하다.

여기서는, 앞에서 예시한 양력계수 및 양항비를, 2차원적 종단면의 데이터(선체의 종단면에 대한)로 사용하기로 한다. 종단면에서 양력계수가 3배로 상승한다는 것은, 설계코드(C₃)가 동일한 중량 및 선폭을 가진 선체에 대해 동일한 배수(factor)로 줄여졌다는 것을 의미한다. 프루드 수는

배로 증가하게 된다. 활주면의 폭/코드 비율의 증대에 의한 선단손실(tip loss)의 감소에 따라, 프루드 수의 증대로 말미암은 비말 및 조파손실(造波損失) 감소에 맞춰, 연쇄효과가 얻어지게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 개량된 선박 단면을 3차원 형태의 선체에다 적용했을 경우에, 종래에 비해 약 5배의 양력계수의 증대와 양항비의 증대를 나타내게 된다. 앞쪽을 향하는 비말면(입사각(α₃)이 작고 양력면의 폭/코드 비율이 높은)의 작용은, 선수에서 비말면의 대부분이, 종래기술에 따른 선체의 경우와 같이 옆으로 굴곡되어 있지 않고, 앞쪽으로 뻗어 있음을 의미한다. 이와 같은 작용에 의해, 선체가 기포를 포함하여 발생하는 비말면을 타고 넘게 됨으로써, 피막마찰이 한층 더 줄어들게 된다.

최대의 이익을 얻기 위해서는, 본 발명에 따른 선체단면을 사용하는 선박은, 필요에 따라 가변플랩을 구비해야만 한다. 반활주 속도에서는 플랩이 이상적으로 후퇴해 있어서 항력을 최소화해야 하는 한편, 선박을 평면상에 부양시키기 위해서는, 플랩이 높은 양력을 부여하도록 연장되어야 한다. 순항속도에서는, 플랩이 부분적으로 후퇴함으로써 최소한의 항력을 부여해야 하고, 설계점을 넘은 속도에서는, 플랩이 한층 더 후퇴함으로써, 침지된 코드를 그의 설계치에 가깝게 유지되도록 한다.
본 발명에 따른 선체에 의해, 동일한 중량과 치수를 가진 종래의 선체에 비해 현저한 출력의 절약이 기대되는 한편, 물결과 비말(飛沫)의 생성이 현저히 줄어드는 결과, 비말저지 시트를 아래쪽으로 향하게 함으로써 양력을 상승시키도록 설계된, 비말생성 방지용 레일이나 기타 다른 장치를 설치할 필요가 없게 되는 효과를 거둘 수 있다.
또 본 발명에 의해 양력계수를 증대시킴으로써 얻어지는 다른 효과로는, 선박이 현저히 낮은 속도로 활주를 할 수 있게 되는 한편, 양항비가 한층 더 높아지게 됨으로써, 활주속도를 달성하기 위해 필요한 출력이 한층 더 줄어들게 된다. 즉, 이와 같이 해서 추가로 발생한 양력에 의해, 활주속도를 달성하는데 필요한 출력을 30% 이상 줄일 수가 있게 된다.
자유면상의 고속류에 경험을 가진 기술자라면 알 수 있듯이, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 정밀한 양력 및 항력특징은 정확하게 계산 및 최적화하는 것이 가능하여, 실제로 3차원적인 선체의 주위를 흐르는 흐름을 최적화하도록 된 단면형상으로 하기 위해 본질적이 아닌 변경을 가할 수가 있다.

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Claims (22)

1. 활주 또는 반활주 선박의 선체로서,

   상기 선체가 하부표면(14)과 급격하게 아래로 뻗은 후연부를 갖되,

   상기 하부표면(14)과 후연부 사이에 융합면이 갖춰져 있는 것을 특징으로 하는 선체.
2. 제1항에 있어서, 상기 후연부가 종단면(4)에 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 선체.
3. 제1항에 있어서, 상기 후연부가 종단면(4)에서 아래로 뻗은 플랩(18)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선체.
4. 제3항에 있어서, 상기 플랩(18)이 설계수면(8)의 법선에 대해 45°미만의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 선체.
5. 제3항에 있어서, 상기 플랩(18)이 거의 설계수면(8)에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 선체.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랩(18)이 선체의 전체 폭에 걸쳐 형성된 것을 특징으로 하는 선체.
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랩(18)의 각도(β)가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 선체.
8. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랩(18)의 각도(β)가 가변적으로 된 것을 특징으로 하는 선체.
9. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랩(18)이, 선체의 종단면(4) 전체 길이(L)의 1% 미만의 코드(C_F)만, 선체의 플랩에 바로 인접한 하부표면(14)의 수준을 넘어 뻗도록 된 것을 특징으로 하는 선체.
10. 제9항에 있어서, 상기 플랩(18)의 코드(C_F)가, 상기 플랩(18)이 슬라이드 이동할 수 있게 장착된 경사축을 따라 위아래로 상기 플랩(18)을 미끄러지게 함으로써 가변될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 선체.
11. 제10항에 있어서, 상기 플랩(18)의 동작이, 기계적, 전기적 또는 수력학적 제어수단 중 어느 하나에 의해 제어되도록 구성된 것을 특징으로 하는 선체.
12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선체가 전단부를 더 구비하되, 이 전단부가 당해 선체의 전단부에서부터 후연부를 향해 뒤쪽 및 아래쪽으로 뻗은 표면(5, 10, 12)를 갖고서, 이 상기 표면(5, 10, 12)의 형상이 가볍게 캠버되어 있음으로써, 상기 선박의 종단면(4)에서의 수면에 대한 상기 전방 표면의 각도(α)가 선박을 사용시에 상기 전방 표면의 길이방향을 따라 연속적으로 감소하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 선체.
13. 제12항에 있어서, 상기 가볍게 캠버된 표면(5, 10, 12)이, 상기 선체가 그 설계운행속도로 이동 중에 통상적으로 침지되어 있고, 상기 선체의 상기 하부표면(14) 후방부 중으로 매끄럽게 융합되도록 된 것을 특징으로 하는 선체.
14. 제13항에 있어서, 상기 선체 하부표면(14)의 후방부도 가볍게 캠버되어 있고, 이에 의해 종단면에서 보았을 때 설계수면(8)에 대한 상기 하부표면(14)의 입사각 입사각(α₃)이, 상기 하부표면(14)이 상기 전단부의 상기 표면(5, 10, 12)와 만나는 지점(13)에서 2°미만으로 되는 것을 특징으로 하는 선체.
15. 제14항에 있어서, 상기 설계 수면(8)에 대한 하부표면(14)의 입사각(α₃)이 1°이하인 것을 특징으로 하는 선체.
16. 제12항에 있어서, 상기 통상적으로 침지된 하부표면(14)의 가볍게 캠버된 면이, 상기 하부표면의 일반적으로 위로 휘어진 하부표면(14)의 후연(15)으로 매끄럽게 융합되어 있는 것을 특징으로 하는 선체.
17. 제16항에 있어서, 상기 하부표면(14)의 위로 휘어진 후연(15)이, 상기 선체의 사용시에, 상기 선체가 적용되는 선박의 형태와 설계속도 및 선체의 하중조건에 대응하는 각도(α_TE)로 설계수면(8)에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 선체.
18. 제17항에 있어서, 상기 하부표면의 후연(15)이, 상기 선박의 사용시에, -1°~ +1°의 범위 내의 각도(α_TE)로 설계수면(8)에 대해 경사져 있는 것을 특징으로 하는 선체.
19. 제16항에 있어서, 상기 위로 휘어진 후연(15)이, 선체의 아래로 급변하게 굽혀진 플랩(18)의 직전에 있는 것을 특징으로 하는 선체.
20. 제1항에 있어서, 선체의 종단면을 보았을 때, 상기 선체의 길이(L) 중 상기 침지단면의 길이(코드 C₁)가, 설계조건하에서 선체가 사용되는 도중에 선체의 총 길이(L)의 1/10 미만이 것을 특징으로 하는 선체.
21. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 선체를 갖춰 이루어진 선박.
22. 삭제

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