KR100894483B1 - 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템 및 그 방법 - Google Patents

선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 선박의 횡동요를 저감하기 위해 구비되는 횡동요 저감장치의 성능을 시험하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템에 있어서, 양측에 동일 치수로 제작되며 서로 대향하는 위치에 제작되는 탱크부와, 이 탱크부에 저장된 작동수를 이동시키는 작동수 이동로 및 상기 탱크부의 상부를 밀폐시키는 밀폐부재를 포함하며, 소정 비율로 축소 제작되는 동요 경감 수조; 상기 탱크부 일면에 구비되어 횡동요시 수면의 변위에 대한 진폭 및 위상을 전기적 신호로 측정하는 파고계와, 상기 동요 경감 수조가 고정되며 상기 동요 경감 수조의 횡동요각을 전기적 진호로 측정하는 전위차계가 구비되는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임을 회동시키는 구동부 및 상기 구동부를 작동시켜 상기 동요 경감 수조를 강제 횡동요시키는 제어부를 포함하는 성능 시험장치; 상기 파고계에서 전송하는 상기 동요 경감 수조의 수면의 변위에 대한 진폭 및 위상의 전기적 신호를 데이터로 변환하는 제 1 신호 변환기; 상기 전위차계에서 전송하는 상기 동요 경감 수조의 횡동요각에 대한 전기적 신호를 데이터로 변환하는 제 2 신호 변환기; 및 상기 제 1 신호 변환기 및 상기 제 2 신호 변환기에서 전송하는 상기 데이터를 곡선식으로 계산하여 이를 그래프로 출력하는 횡동요 측정 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면, 파고계 및 전위차계 등으로 구성되는 성능 시험장치를 통하여 동요 경감 수조의 횡동요각과 이 횡동요각에 따른 동요 경감 수조 내부 수면의 수위 변화를 함께 측정 및 계측함으로써, 동요 경감 수조의 횡동요 감소에 따른 성능을 시험할 수 있어 선박의 횡동요를 사전에 예측하여 횡동요를 최대한 억제할 수 있는 동요 경감 수조를 제작할 수 있음은 물론, 선박 운행에 있어서도 횡동요에 대한 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
동요 경감 수조, 횡동요, ART, 횡동요각

Description

선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템 및 그 방법{Performance Testing System of Anti-Rolling Tank For Vessel And Method Thereof}
본 발명은 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템 및 그 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 U자 관형의 동요 경감 수조에 파고계 및 전위차계 등으로 구성되는 성능시험 시스템을 설치하여 U자 관형의 동요 경감 수조의 횡동요 각과 이 횡동요각에 따른 동요 경감 수조 내부 수면의 수위 변화를 계측함으로써, U자 관형의 동요 경감 수조의 성능을 시험하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 제조된 선박의 성능을 시험할 때에는 실제 해양 상태의 축소된 파랑을 재현하고, 별도의 계측 시스템을 통해서 제조된 선박의 축소 제작된 모형 선박의 자유도 운동 및 저항치를 계측하는데, 이때 다양한 테스트와 함께 선박의 횡동요에 대한 횡동요 저감장치의 성능 시험이 함께 수행되고, 수행된 결과는 리포트로 작성된다. 여기서, 전술한 성능 시험의 결과가 작성된 리포트는 각종 운항 장비의 신호, 풍속, 풍향, 파향, 파고,조류의 계측 및 해석이 선행되어야 한다.
그러나, 선박의 성능 시험시 각종 신호의 식별은 시운전 요원의 관찰에 의해 계측되어 정도의 정확성을 기하는데 다소 어려움이 있었으며, 성능 시험 후 얻어진 결과를 사용하여 데이터를 해석하고 리포트를 작성하는데 있어서 전문가의 노력과 시간이 필요하며 그 결과에 대한 이견이 다소 있을 수 있는 문제점이 있었다.
특히, 선박에 설치되는 횡동요 저감장치로는 U자 관형의 동요 경감 수조(U- Tube Type Antiroll Tank)를 이용하는 방법, 핀안정기(Fin Stabilizer)를 이용하는 방법, 자이로 안정기(Gyro-Stabilizer) 및 만곡 부용골(Bilge Keel)을 설치하는 방법 등이 주로 선박에 적용되고 있으며, 이 횡동요 저감장치는 선박의 운항 목적에 따라 선박 설계시 적합한 시스템을 선정하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 선박의 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도시된 바와 같이, 선박에 적용되고 있는 다양한 횡동요 저감장치 중에서 U자 관형의 동요 경감 수조(U- Tube Type Antiroll Tank: 100, 이하, 동요 경감 수조라 함.)는 동요 경감 수조(100) 내의 작동수의 흐름을 직접 제어하는 방법으로서, 동요 경감 수조(100)의 작동수 탱크(110) 중앙부에 설치된 유체 흐름 제어장치(Flow Control Unit: 120)를 조정하여 작동수 탱크(110) 내의 유체가 유동되는 단면적을 변화시킴으로써 횡동요에 대한 주기를 제어할 수 있도록 구성된 것이다.
이와 같은 구성으로 이루어진 동요 경감 수조(100)는 횡동요각을 감지하는 감지센서(140) 및 타각 지시기(150) 등으로부터 선박의 자세 및 운항 상태의 신호를 제어장치(160)에서 입력받으며, 선박의 운동상태가 설정된 횡동요 범위를 초과 할 경우, 횡동요 주기 제어용 제어장치(160)를 작동시켜 유체 흐름 제어장치(120)의 개도각을 2∼4개의 스텝으로 정해진 각도로 조절함으로써 횡동요에 대한 감쇠 효과를 계측하여 선박이 횡동요에 의해 전복되는 위험을 사전에 예측 가능한 것이다.
그러나 전술한 바와 같이, 종래 기술에 따른 시험 시스템은 횡동요각속도 및 타각 만을 횡동요 감쇠장치의 작동에 필요한 주요 입력 자료로 이용하고 있기 때문에 동요 경감 수조(100)의 횡동요각 및 내부 수면에 대한 수위 변화의 정보는 입력변수로 사용하지 않아 횡동요 주기 변화에 대한 응답이 정확하지 않게 되어, 선박의 횡동요 주기 변화가 심할 경우에는 선박의 횡동요에 대한 적합한 적응 제어가 곤란하여 선박의 전복 위험도를 높여 탑승자 및 선박의 안전에 위험을 가중시키는 문제점이 있었다.
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이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 파고계 및 전위차계 등으로 구성되는 성능 시험장치를 통하여 축소 제작된 동요 경감 수조의 횡동요각과 이 횡동요각에 따른 동요 경감 수조의 내부 수면에 대한 수위 변화를 함께 측정 및 계측하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 목적으로는 동요 경감 수조의 횡동요 감소에 따른 성능을 시험할 수 있어 선박의 횡동요를 사전에 예측하여 횡동요를 최대한 억제할 수 있는 동요 경감 수조를 제작할 수 있음은 물론, 선박 운행에 있어서도 횡동요에 대한 안정성을 확보하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 선박의 횡동요를 저감하기 위해 구비되는 횡동요 저감장치의 성능을 시험하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템에 있어서, 양측에 동일 치수로 제작되며 서로 대향하는 위치에 제작되는 탱크부와, 이 탱크부에 저장된 작동수를 이동시키는 작동수 이동로 및 상기 탱크부의 상부를 밀폐시키는 밀폐부재를 포함하며, 소정 비율로 축소 제작되는 동요 경감 수조; 상기 탱크부 일면에 구비되어 횡동요시 수면의 변위에 대한 진폭 및 위상을 전기적 신호로 측정하는 파고계와, 상기 동요 경감 수조가 고정되며 상기 동요 경감 수조의 횡동요각을 전기적 진호로 측정하는 전위차계가 구비되는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임을 회동시키는 구동부 및 상기 구동부를 작동시켜 상기 동요 경감 수조를 강제 횡동요시키는 제어부를 포함하는 성능 시험장치; 상기 파고계에서 전송하는 상기 동요 경감 수조의 수면의 변위에 대한 진폭 및 위상의 전기적 신호를 데이터로 변환하는 제 1 신호 변환기; 상기 전위차계에서 전송하는 상기 동요 경감 수조의 횡동요각에 대한 전기적 신호를 데이터로 변환하는 제 2 신호 변환기; 및 상기 제 1 신호 변환기 및 상기 제 2 신호 변환기에서 전송하는 상기 데이터를 곡선식으로 계산하여 이를 그래프로 출력하는 횡동요 측정 서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템을 제공한다.
또한, 선박의 횡동요를 저감하기 위해 구비되는 횡동요 저감장치의 성능을 시험하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 방법에 있어서, (a) 성능 시험장치의 제어부에 제공된 강제 횡동요 조건에 따라서 소정의 비율로 축소 제작된 동요 경감 수조를 강제 횡동요시키는 단계; (b) 상기 동요 경감 수조의 강제 횡동요시 발생하는 횡동요각 및 탱크부 내부에 저장된 수면변위 중 상기 횡동요각을 상기 성능 시험장치에 구비된 전위차계에 의해서 측정된 전기적 신호를 제 2 신호 변환기로 전송하고, 상기 수면변위를 상기 성능 시험장치에 구비된 파고계에 의해서 착정된 전기적 신호를 제 1 신호 변환기로 전송하는 단계; (c) 상기 횡동요각에 대한 전기적 신호를 제 2 신호 변환기에서 출력 가능한 데이터로 변환하여 횡동요 측정 서버로 전송하고, 상기 수면변위에 대한 전기적 신호를 제 1 신호 변환기에서 출력 가능한 데이터로 변환하여 상기 횡동요 측정 서버로 전송하는 단계; 및 (d) 상기 횡동요 측정 서버는 상기 횡동요각 및 상기 수면변위의 위상 및 진폭을 상호 비교 분석하고, 이 비교 분석된 데이터를 곡선식으로 계산하여 그래프로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 파고계 및 전위차계 등으로 구성되는 성능 시험장치를 통하여 축소 제작된 동요 경감 수조의 횡동요각과 이 횡동요각에 따른 동요 경감 수조의 내부 수면에 대한 수위 변화를 함께 측정 및 계측가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 동요 경감 수조의 횡동요 감소에 따른 성능을 시험할 수 있어 선박의 횡동요를 사전에 예측하여 횡동요를 최대한 억제할 수 있는 동요 경감 수조를 제작할 수 있음은 물론, 선박 운행에 있어서도 횡동요에 대한 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템의 동요 경감 수조를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템은 동요 경감 수조(U- Tube Type Antiroll Tank: 200), 성능 시험장치(210), 전위차계(220), 파고계(230), 제 1 신호 변환기(240), 횡동요 측정 서버(250) 및 제 2 신호 변환기(260)를 포함하여 구성된다.
동요 경감 수조(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 선박의 횡동요를 저감하기 위해 구비되는 것으로서, 선박에 설치전 제작이 완료된 동요 경감 수조(200)의 횡동요의 감쇠 효과에 대해 시험하기 위해서 실제 제작된 동요 경감 수조(200)의 축소 모델을 제작하되, 실선과 모형선 길이의 비율이 1/λ의 비율로 축소 모델을 제작한다.
여기서, λ는 모형선 길이의 비율이며, 또한 λ=13500/806=16.74938이며, 축소 모델에 사용되는 소재는 그 두께가 8mm인 아크릴 소재를 사용하여 제작한다. 하지만, 이에 한정하는 것은 아니며, λ의 값이 적어도 16.5 ~ 17 사이의 값으로 축소 제작되어도 무방하다.
한편, 동요 경감 수조(200)는 제작을 계획할 때 있어서 배의 횡동요에 대한 주기범위를 파악하는 것이 가장 중요하게 판단해야할 사항이며, 이는 선박의 복원성 규칙에 정해져 있는 횡동요 고유주기의 추정 계산식에 의해 결정된다.
여기서, 횡동요 고유주기의 추정 계산식은 Ts = ( 2.01 x B x k ) / √GM 으로서, Ts = 배의 횡동요 고유주기를 나타내며, B = 선박의 폭을 나타내고, k = 환동(環動)반경 (계수)를 나타낸다. 또한, GM = 메터센터와 무게 중심 사이의 거리를 나타내고 있다.
즉, 전술한 횡동요 고유주기의 추정 계산식에 의하면 GM값이 클수록, 선박의 횡동요 고유주기는 짧게(빠르게)된다.
이와 같은 동요 경감 수조(200)는 양측에 좌현 탱크(202) 및 이 좌현 탱크(202)와 동일한 치수로 제작되며 좌현 탱크(202)와 대향하는 위치에 제작되는 우현 탱크(204)로 구성되는 탱크부(205)와, 이 탱크부(205)의 저면부를 연결하여 탱크부(205) 내부에 저장된 작동수를 좌우 방향으로 이동시키는 작동수 이동로(206) 및 좌현 탱크(202)와 우현 탱크(204)의 상부 일면에 주배수관, 측심관, 공기배출관등 외부로 통하는 모든 관의 밀폐가 가능한 밀폐부재(208)를 구비하되, 이 밀폐부재(208)의 수직하는 방향으로 길게 형성되고 소정의 크기로 형성되는 에어덕트(209)가 이 밀폐부재(208)의 일면에 형성된다.
또한, 동요 경감 수조(200)의 일측에는 파고계(230)가 설치되는데, 이 파고 계(230)는 통요 경감 수조(200)의 탱크부(205) 중 좌현 탱크(202) 일면에 설치되어 동요 경감 수조(200)의 횡동요시 탱크부(205) 내부의 수면 변위에 대한 진폭을 측정한다.
여기서, 본 발명에 있어서 동요 경감 수조(200)의 수변 변위를 측정하기 위해서 사용되는 파고계(230)는 그 일면에 구비된 수감부(232)를 동요 경감 수조(200)의 좌현 탱크(202) 일면 저면부에 설치하여 횡동요시 발생하는 수면의 변화를 측정하여 파고를 산출하는 것으로서, 수감부(232)와 케이블(미도시) 등을 통해 제 1 신호 변환기(240)와 연결하여 측정이 완료된 수면의 변화에 대한 측정값을 전송한다.
한편, 제 1 신호 변환기(240)는 파고계(230)와 유선 혹은 무선 중 어느 하나의 케이블 등으로 연결되며, 파고계(230)에서 전송된 전기적 신호를 데이터로 변환하는 변환기(Transducer)의 신호 변환기로서, 변환된 데이터는 횡동요 측정 서버(250)로 전송하여 최종 처리를 수행하도록 한다.
하지만, 본 발명에 있어서, 파고계(230)를 사용함에 한정하는 것은 아니다.
즉, 도면에 도시하지는 않았지만 고장율이 적고, 어업이나 선박의 항해에 방해 받지 않으며, 조석 간만의 차이가 큰 해역에서도 설치가 가능할 뿐 아니라 수위 측정이 용이한 압력식 파고계, 수면으로부터 수중에 저항선을 연직으로 설치하여 수위의 상하 변동에 의한 저항 변화를 측정하는 저항선식 파고계, 수중으로부터 수면상에 연직으로 설치되어 있는 전선과 작동수 사이의 전기적 용량이 수위에 상하에 따라서 변화하는 용량식 파고계, 일정한 간격으로 서로 절연된 전극을 연직으로 배열하여 이들 전극이 수중에 잠기거나 대기중에 노출되는 것을 전기적인 ON, OFF를 이용하여 수면의 변위를 측정하는 스텝식 파고계, 송 수신기를 공중에 설치하여 연직하 방향으로 발사한 초음파가 수면에서 반사되는 시간을 측정하여 수면의 변위를 측정하는 공중 발사형 파고계, 수면 내부에 설치된 초음파식 송수파기로부터 발사된 초음파가 작동수의 수면에 반사하여 돌아오는 시간을 측정하는 수중 발사형 파고계 등 동요 경감 수조의 횡동요시 수면의 변화를 보다 긴밀하게 측정 가능하다면 어떠한 파고계를 사용할 수도 있을 것이다.
성능 시험장치(210)는 축소 제작된 동요 경감 수조(200)를 일정 조건하에서 강제 횡동요를 시켜 이때 발생하는 동요 경감 수조(200)의 횡동요각 및 동요 경감 수조의 탱크부(205)내의 수면 변위, 다시말해 탱크부(205) 내의 수면에 대한 진폭 및 위상을 측정하기 위한 장치이다.
이와 같은 성능 시험장치(210)는 동요 경감 수조(200)가 고정되는 지지 프레임(212)이 구비되며, 이 지지 프레임(212)의 일측에 지지 프레임(212)을 구동시키는 구동부(214)와 이 구동부(214)를 작동시키는 제어부(216)가 구비된다.
지지 프레임(212)은 상부에 동요 경감 수조(200)가 안정적으로 고정되어 성능 시험장치(210)의 작동에 따라 동요 경감 수조(200)의 강제 횡동요가 이루어질 수 있도록 구비되는 것으로서, 그 중앙에 동요 경감 수조(200)의 횡동요각을 측정하는 전위차계(Potentiometer: 220)가 설치된다.
여기서, 전위차계(220)는 회전각을 저항 변화로 변환하기 위해 슬라이드 접점이 저항 소자에 접촉하면서 움직이고 접점의 변위량에 따른 저항 변화를 일으키 는 가변 저항기의 일종으로서, 일반 볼륨에서 사용되는 가변 저항기와는 달리 마찰이나 관성 부하가 적으며, 항상 접촉하면서 움직이는 것을 전제로 하기 때문에 동요 경감 수조(200)의 횡동요 형태에 따라서 직선 혹은 회전 변위에 대한 횡동요각을 측정할 수 있으며, 측정된 횡동요각은 전압의 형태로 출력되어 제 2 신호 변환기(260)로 전송된다.
즉, 본 발명의 전위차계(230)는 동요 경감 수조(200)가 성능 시험장치(210)에 의해서 강제적으로 횡동요를 일으키면 이때 발생하는 동요 경감 수조(200)의 횡동요각을 전위차계(220)에서 측정하여 측정된 값을 제 2 신호 변환기(260)로 전송하는 것으로서, 성능 시험장치(210)의 지지 프레임(212) 중앙부에 구비되되 동요 경감 수조(200)의 저면 중앙에 위치하도록 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 제 2 신호 변환기(260)는 전위차계(220)와 유선 혹은 무선 중 어느 하나의 케이블 등으로 연결되며, 전위차계(220)에서 전송된 전기적 신호를 데이터로 변환하는 변환기(Transducer)의 신호 변환기로서, 변환된 데이터는 횡동요 측정 서버(250)로 전송하여 최종 처리를 수행하도록 한다.
구동부(214)는 동요 경감 수조(200)를 강제적으로 횡동요시키기 위해서 지지 프레임(212)의 일측에 회동 가능하게 구비되며, 제어부(216)의 신호에 따라 지지 프레임(212)이 소정 각도만큼 회동하여 이 지지 프레임(212)에 고정되어 있는 동요 경감 수조(200)에서 횡동요가 발생하도록 한다.
이와 같은 구동부(214)는 도 11에 도시된 바와 같이, 상단이 지지 프레임(212)의 일측에 별도의 회동부재(310)를 통해서 결합되며, 하단에 동력 제공부 재(320)에 의해서 제어부(216)의 신호에 따라 지지 프레임(212)을 소정 각도만큼 회동시킴으로써, 동요 경감 수조(200)를 강제적으로 횡동요시키는 것이다.
제어부(216)는 동요 경감 수조(200)를 강제적으로 횡동요시키기 위해 필요한 전반적인 요구 조건들을 입력 및 계산하고, 계산이 완료된 요구 조건만큼 구동부(214)에 의해 지지 프레임(212)이 회동할 수 있도록 동력 전달부재(320)를 작동시킨다.
즉, 제어부(216)는 해상에서 일어나는 파고의 조건과 최대한 유사 조건을 이끌어낼 수 있도록 하기 위해 제공되는 다양한 조건에 따라 구동부(214)의 동력 제공부재(320)를 작동시킴으로써, 동요 경감 수조(200)가 해상의 파고에 의해 횡동요하는 것과 최대한 유사하게 횡동요를 일으킬 수 있도록 성능 시험장치(210)의 전체적인 시스템을 관리하는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 성능 시험장치(210)는 전술한 바와 같이, 축소 제작된 동요 경감 수조(200)를 지지 프레임(212)의 상부에 설치된 전위차계(220)가 저면 중앙에 위치하도록 고정하며 이 동요 경감 수조(200)의 좌현 탱크(202)에 파고계(230)를 설치다.
또한, 제어부(216)에 해상의 파고의 조건과 부합하는 요구 조건에 따라 고정된 동요 경감 수조(200)에서 강제적으로 횡동요가 발생하도록 함으로써, 파고계(230)에 의해서 탱크부(205) 내부의 수면 변위에 대한 진폭을 측정하여 제 1 신호 변환기(240)로 전송하고, 전위차계(220)에 의해서 횡동요각을 측정하여 제 2 신호 변환기(260)로 전송하도록 한다.
여기서, 제어부(216)에 제공되는 다양한 요구 조건이라함은 실제 해상의 파고를 상태별로 정리한 수치, 동요 경감 수조(200)의 탱크부(205)에 저장된 작동수의 상태 혹은 양, 동요 경감 수조(200)의 무게 및 밀폐부재(208)의 상태, 동요 경감 수조(200)의 횡동요 발생 주기 등이 이에 해당할 수 있을 것이나, 이에 한정하는 것은 아니며, 더욱 다양하고 세부적인 조건들이 제어부(216)로 제공되어 실제 선박에 설치된 동요 경감 수조(200)가 해상에서 발생하는 횡동요와 최대한 유사하게 발생할 수 있도록 함이 바람직할 것이다.
한편, 횡동요 측정 서버(250)는 전술한 성능 시험장치(210)의 파고계(230)와 전위차계(220)에서 측정한 동요 경감 수조(200)의 횡동요시 발생하는 횡동요각 및 수면의 변위에 대한 진폭과 위상을 제 1 신호 변환기(240) 및 제 2 신호 변환기(260)에서 데이터로 변환하여 전송하면 이 데이터를 확인할 수 있도록 최종적인 처리 다시말해, 계측된 작동수의 수면 변위에 대한 위상 및 진폭과, 동요 경감 수조(200)의 횡동요각에 대한 위상 및 진폭을 상호 비교 분석함으로써, 동요 경감 수조(200)에서 발생하는 횡동요각과 이 횡동요각에 의한 동요 경감 수조 내부의 수위의 변화를 보다 정밀하게 계측할 수 있는 것이다.
또한, 횡동요 측정 서버(250)는 다양한 조건에 의해 진행된 동요 경감 수조(200)의 횡동요각 및 작동수의 수면 변위에 대한 위상 및 진폭을 상호 비교 분석한 데이터를 곡선식으로 계산하여 이를 그래프 등으로 표현하여 선박의 횡동요의 저감 성능을 확인할 수도 있을 것이다.
예를 들어, 성능 시험장치의 제어부에서 제공된 동요 경감 수조의 횡동요 주기(T)는 실선(선박에 설치된 동요 경감 수조)에서의 횡동요 주기 7s ~ 10s에 대해 1s 간격으로 총 4가지의 주기에 대해서 성능 시험을 한다고 가정하면, 이와 관련된 기타 요구 조건들은 다음과 같을 것이다.
(1) 축소 모델된 동요 경감 수조(200)의 크기는 실제 동요 경감 수조(200)의 크기보다 1/λ로 그 크기를 축소시켜 제작한다.
(2) 축소된 동요 경감 수조(200)에 따른 횡동요 주기를 실선에 적용되는 횡동요 주기보다 1/λ1/2 로 그 스케일을 다운시켜 실선에서의 횡동요 주기 7s ~ 10s에 대해 1s 간격의 주기의 스케일 다운에 해당하는 1.71(s), 1.95(s), 2.24(s), 2.44(s)의 총 4가지의 주기에 대해 성능 시험을 실시한다.
(3) 축소된 동요 경감 수조(200)를 강제 횡동요시키기 위해 성능 시험장치(210)는 ±5°의 진폭으로 동요 경감 수조(200)를 강제 횡동요시킨다.
(4) 동요 경감 수조(200)의 밀폐부재(208) 조건은 완전 밀폐 상태와, 밀폐부재(208)의 일면에 형성되며, 그 폭이 적어도 2cm 이상으로 형성되되 밀폐 부재(208)의 상측면에서 하측면까지 길게 형성되는 에어덕트(209)를 형성하는 개방 상태로 분류하여 성능 시험을 실시한다.
(5) 동요 경감 수조(200)의 내부에 저장된 작동수의 수위 조건은 9.8cm 및 13cm로 분류하여 각각 성능 시험을 실시한다.
이에, 전술한 다양한 조건에 부합한 상태에서 성능 시험장치(210)는 도 4에 도시된 바와 같이, 성능 시험장치(210)의 제어부(216)에 제공된 강제 횡동요 조건에 따라서 동요 경감 수조(200)를 강제로 횡동요시키면(S402), 지지 프레임(212)의 중앙에 설치된 전위차계(Potentiometer: 220)는 동요 경감 수조(200)의 횡동요시 발생하는 횡동요각에 대한 신호를 측정하고, 측정된 횡동요각에 대한 전기적 신호를 케이블 등에 의해 연결되어 있는 제 2 신호 변환기(260)에 전송한다.(S404)
또한, 제 2 신호 변환기(260)는 횡동요 측정 서버(250)로 전위차계(220)로부터 전송받은 전기적 신호를 출력 가능한 데이터로 변환하여 횡동요 측정 서버(250)로 전송한다.(S406)
그리고, 횡동요 측정 서버(250)는 이 데이터를 바탕으로 동요 경감 수조(200)의 횡동요각의 위상과 진폭에 대한 데이터값을 곡선식으로 계산하여 그래프 등으로 출력함으로써, 동요 경감 수조(200)의 횡동요각을 계측할 수 있도록 한다.(S408)
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 성능 시험장치(210)의 제어부(216)에 제공된 강제 횡동요 조건에 따라서 동요 경감 수조(200)를 강제로 횡동요시킨다.(S502)
이때, 동요 경감 수조(200) 내 수면 변위를 측정하기 위해 동요 경감 수조(200)의 좌현 탱크(202)의 일면 어느 한 지점에 고정되어 있는 파고계(230)는 작동수의 정수면을 기준으로 동요 경감 수조(200)의 강제 동요시 발생하는 수면의 변위를 전기적 신호로 획득하고, 이 전기적 신호를 제 1 신호 변환기(240)에 전송한다.(S504)
그리고, 제 1 신호 변환기(240)는 파고계(230)에서 전송된 동요 경감 수조(200)의 수면 변위에 대한 전기적 신호를 출력 가능한 데이터로 변환하여 횡동요 측정 서버(250)로 전송한다.(S506)
그리고, 횡동요 측정 서버(250)는 이 데이터를 바탕으로 동요 경감 수 조(200)의 수면 변위에 대한 위상과 진폭의 데이터값을 곡선식으로 계산하여 그래프 등으로 출력함으로써, 동요 경감 수조(200)의 횡동요시 수면에 대한 변위를 확인할 수 있도록 한다.(S508)
이에 따라, 전위차계(220)와 파고계(230)에 의해 측정된 동요 경감 수조(200)의 횡동요각 및 수면 변위에 대한 성능 시험이 완료되어 그 데이터 값이 횡동요 측정 서버(250)로 전송되었다면, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 다양한 그래프의 형태로 표현이 가능한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 동요 경감 수조(U- Tube Type Antiroll Tank: 200)의 밀폐부재(208)를 개방한 상태에서 수위 9.8cm로 실선의 횡동요 주기 7s ~ 10s에 대해 1s 간격으로 총 4가지의 주기를 1/λ1/2로 그 스케일을 다운시킨 1.71(s), 1.95(s), 2.24(s), 2.44(s)의 주기에 대해서 성능 시험을 완료한 데이터 결과 그래프이다.
성능 시험장치(210)의 강제동요에 의해 전위차계(Potentiometer: 220)가 최대 ±5°로서 동요하고 있으며 그로 인해 동요 경감 수조를(200) 내 수면 변위가 최대 약 2.62m 정도 나타나고 있다. 즉, 성능 시험장치(210)의 횡동요 주기와 동요 경감 수조(200) 내 수면 변위에 대한 주기가 거의 일치함으로 횡동요 방지에 대한 효과는 미미한 것으로 확인할 수 있다.
여기서, 횡축은 시간을 나타내고 0.01초 간격으로 120초 동안 데이터를 획득하였으며, 좌측의 종축은 전위차계(Potentiometer: 220)에 출력되는 횡동요각을 표시하였고, 우측의 종축은 파고계(Wave recorder: 230)에 출력되는 수면의 변위에 대한 진폭을 표시한 것이다.
또한, 실선의 횡동요 주기를 스케일 다운한 1.71(s), 1.95(s), 2.24(s), 2.44(s)의 주기는 1.70 ~ 1.75(s), 1.90 ~ 1.95(s), 2.20 ~2.25(s), 2.40 ~ 2.45(s) 의 범위 내에 발생하는 횡동요 주기에 대한 데이터값과 동일 혹은 매우 유사한 값을 나타내며, 전술한 (s)는 "초(Sec)"를 의미한다.
또한, 도 7a 및 도 7b는 동요 경감 수조(U- Tube Type Antiroll Tank: 200)의 밀폐부재(208)를 개방한 상태에서 수위 13.0cm로 횡동요 주기 7s ~ 10s에 대해 1s 간격으로 총 4가지의 주기를 1/λ1/2로 그 스케일을 다운시킨 1.71(s), 1.95(s), 2.24(s), 2.44(s)의 주기에 대해서 성능 시험을 완료한 데이터 결과 그래프이다.
다시말해, 도 6과 도 7은 동요 경감 수조(200)의 횡동요 주기는 동일하지만 수면 정지 상태일 때 작동수의 수위가 다른 경우이다.
이는, 도 6a 및 도 6b와 비교해보았을 때, 전위차계(Potentiometer: 220)가 최대 ±5°로서 거의 일치하지만, 동요 경감 수조(U- Tube Type Antiroll Tank: 200) 내 수면 변위는 도 6a 및 도 6b보다 그 진폭이 약간 낮게 나타나므로 횡동요에 대한 억제 효과가 미약하게 발생하는 것을 알 수 있다.
또한, 도 8a 및 도 8b는 동요 경감 수조(U- Tube Type Antiroll Tank: 200)의 밀폐부재(208)를 밀폐한 상태에서 수위 9.8cm로 횡동요 주기 7s ~ 10s에 대해 1s 간격으로 총 4가지의 주기를 1/λ1/2로 그 스케일을 다운시킨 1.71(s), 1.95(s), 2.24(s), 2.44(s)의 주기에 대해서 성능 시험을 완료한 데이터 결과 그래프이다.
이는, 성능 시험장치(210)의 강제 동요에 의해 전위차계(220)가 최대 ±5°로 동요하고 있으며, 동요 경감 수조를(200) 내 수면 변위는 한쪽(-)방향으로 치우치되 최대 약 0.45m ~ 0.55m 로 치우치는 것으로 나타나고 있다. 즉, 성능 시험장치(210)의 횡동요 주기와 동요 경감 수조(200) 내 수면 변위에 대한 주기가 90°근방으로 횡동요에 대한 방지 효과가 있음을 알 수 있다.
또한, 도 9a 및 도 9b는 동요 경감 수조(U- Tube Type Antiroll Tank: 200)의 밀폐부재(208)를 밀폐한 상태에서 수위 13cm로 횡동요 주기 7s ~ 10s에 대해 1s 간격으로 총 4가지의 주기를 1/λ1/2로 그 스케일을 다운시킨 1.71(s), 1.95(s), 2.24(s), 2.44(s)의 주기에 대해서 성능 시험을 완료한 데이터 결과 그래프이다.
이는, 도 8a 및 도 8b와 비교해 보았을 때, 동일 주기에 정지 상태의 수위가 다른 경우로서 전위차계(220)가 최대 ±5°로서 거의 일치하고 있으며, 동요 경감 수조(200) 내 수면 변위는 0.21m ~ 0.31m로 도 8a 및 도 8b 보다 그 진폭이 대략 0.24m 만큼 낮게 나타나고 있으며, 밀폐부재(208)를 개방했던 전술한 도 6a 및 도 6b와 도 7a 및 도 7b에 비해서도 그 진폭이 상당히 감쇠되었음을 알 수 있고, 위상차는 90°근방으로 밀폐부재(208)를 밀폐하여 대기압을 차단함으로서 횡동요 억제에 대한 상당한 효과가 있음을 알 수 있다.
즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 밀폐형이고, 그 수위가 9.8cm 일 때 동요 경감 수조(200)의 위상차(성능 시험장치(210)의 위상과 동요 경감 수조(200) 내의 수면의 위상간)가 90°근처로서 횡동요에 대한 방지 효과가 있는 것으로 확인되었으 며, 정수면상의 수위간 비교하였을 경우, 수위 13cm 인 경우가 수위 9.8cm인 경우 보다 진폭이 낮게 나타남으로서 횡동요에 대한 방지 효과가 더 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템은 U자 관형의 동요 경감 수조(200)에 파고계(230) 및 전위차계(220) 등으로 구성되는 성능 시험장치(210)를 통하여 동요 경감 수조(200)의 횡동요각과 이 횡동요각에 따른 동요 경감 수조(200) 내부 수면의 수위 변화를 함께 측정 및 계측함으로써, 동요 경감 수조(200)의 횡동요 감소에 따른 성능을 시험할 수 있어 선박의 횡동요를 사전에 예측하여 횡동요를 최대한 억제할 수 있는 동요 경감 수조(200)를 제작할 수 있음은 물론, 선박 운행에 있어서도 횡동요에 대한 안정성을 확보할 수 있는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템을 개략적으로 도시한 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템을 개략적으로 도시한 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템의 동요 경감 수조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템에서 횡동요각을 측정하는 단계를 나타낸 순서도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템에서 수변 변위를 측정하는 단계를 나타낸 순서도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템의 제 1 조건에 따른 횡동요각 및 수위 변화를 나타낸 그래프,
도 7a 및 도 7b 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템의 제 2 조건에 따른 횡동요각 및 수위 변화를 나타낸 그래프,
도 8a 및 도 8b 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템의 제 3 조건에 따른 횡동요각 및 수위 변화를 나타낸 그래프,
도 9a 및 도 9b 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템의 제 4 조건에 따른 횡동요각 및 수위 변화를 나타낸 그래프,
도 10은 도 6 내지 도 9의 그래프들을 종합하여 표시한 그래프,
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템 을 나타낸 도면,
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템에 동요 경감 수조가 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200: 동요 경감 수조 202: 좌현 탱크
204: 우현 탱크 210: 성능 시험장치
212: 지지 프레임 214: 구동부
216: 제어부 220: 전위차계
230: 파고계 240: 제 1 신호 변환기
250: 횡동요 측정 서버 260: 제 2 신호 변환기

Claims (12)

  1. 선박의 횡동요를 저감하기 위해 구비되는 횡동요 저감장치의 성능을 시험하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템에 있어서,
    양측에 동일 치수로 제작되며 서로 대향하는 위치에 제작되는 탱크부와, 이 탱크부에 저장된 작동수를 이동시키는 작동수 이동로 및 상기 탱크부의 상부를 밀폐시키는 밀폐부재를 포함하며, 소정 비율로 축소 제작되는 동요 경감 수조;
    상기 탱크부 일면에 구비되어 횡동요시 수면의 변위에 대한 진폭 및 위상을 전기적 신호로 측정하는 파고계와, 상기 동요 경감 수조가 고정되며 상기 동요 경감 수조의 횡동요각을 전기적 진호로 측정하는 전위차계가 구비되는 지지 프레임과, 상기 지지 프레임을 회동시키는 구동부 및 상기 구동부를 작동시켜 상기 동요 경감 수조를 강제 횡동요시키는 제어부를 포함하는 성능 시험장치;
    상기 파고계에서 전송하는 상기 동요 경감 수조의 수면의 변위에 대한 진폭 및 위상의 전기적 신호를 데이터로 변환하는 제 1 신호 변환기;
    상기 전위차계에서 전송하는 상기 동요 경감 수조의 횡동요각에 대한 전기적 신호를 데이터로 변환하는 제 2 신호 변환기; 및
    상기 제 1 신호 변환기 및 상기 제 2 신호 변환기에서 전송하는 상기 데이터를 곡선식으로 계산하여 이를 그래프로 출력하는 횡동요 측정 서버
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동요 경감 수조는 실선에 설치되는 동요 경감 수조의 1/λ의 비율로 축소 제작되고, 상기 λ는 16.5 ~ 17 인 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 동요 경감 수조를 강제적으로 횡동요시키기 위해 필요한 전반적인 요구 조건들을 입력 및 계산하고, 계산이 완료된 상기 요구 조건만큼 상기 지지 프레임이 회동할 수 있도록 상기 구동부를 작동시키는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 동요 경감 수조의 상기 밀폐부재에는 에어덕트가 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 시스템.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    선박의 횡동요를 저감하기 위해 구비되는 횡동요 저감장치의 성능을 시험하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 방법에 있어서,
    (a) 성능 시험장치의 제어부에 제공된 강제 횡동요 조건에 따라서 소정의 비율로 축소 제작된 동요 경감 수조를 강제 횡동요시키는 단계;
    (b) 상기 동요 경감 수조의 강제 횡동요시 발생하는 횡동요각 및 탱크부 내부에 저장된 수면변위 중 상기 횡동요각을 상기 성능 시험장치에 구비된 전위차계에 의해서 측정된 전기적 신호를 제 2 신호 변환기로 전송하고, 상기 수면변위를 상기 성능 시험장치에 구비된 파고계에 의해서 착정된 전기적 신호를 제 1 신호 변환기로 전송하는 단계;
    (c) 상기 횡동요각에 대한 전기적 신호를 제 2 신호 변환기에서 출력 가능한 데이터로 변환하여 횡동요 측정 서버로 전송하고, 상기 수면변위에 대한 전기적 신호를 제 1 신호 변환기에서 출력 가능한 데이터로 변환하여 상기 횡동요 측정 서버로 전송하는 단계; 및
    (d) 상기 횡동요 측정 서버는 상기 횡동요각 및 상기 수면변위의 위상 및 진폭을 상호 비교 분석하고, 이 비교 분석된 데이터를 곡선식으로 계산하여 그래프로 출력하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 방법.
  6. 청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 5 항에 있어서,
    상기 동요 경감 수조는 실선에 설치되는 동요 경감 수조의 1/λ의 비율로 축소 제작되고, 상기 λ는 16.5 ~ 17 인 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 방법.
  7. 청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 5 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    상기 동요 경감 수조에 따른 횡동요 주기를 실선에 적용되는 횡동요 주기보다 1/λ1/2 로 상기 실선에 적용되는 횡동요 주기 7s ~ 10s에 대해 1s 간격의 주기의 스케일 다운에 해당하는 1.7(s), 1.9(s), 2.2(s), 2.4(s)의 주기로 상기 동요 경감 수조를 강제 횡동요시키고, 상기 성능 시험장치는 ±5°의 진폭으로 상기 동요 경감 수조를 강제 횡동요시키는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 5 항에 있어서,
    상기 (a) 단계는
    상기 동요 경감 수조의 탱크부를 완전 밀폐한 밀폐 상태 및 상기 탱크부를 소정 크기만큼 개방한 개방 상태로 분류하여 강제 횡동요시키는 것을 특징으로 하는 선박용 횡동요 저감장치의 성능시험 방법.
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