KR101104881B1

KR101104881B1 - 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박

Info

Publication number: KR101104881B1
Application number: KR1020090073805A
Authority: KR
Inventors: 윤현식; 권기조; 서장훈; 이창열; 전호환
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2012-01-17
Also published as: KR20110016210A

Abstract

본 발명은 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박은 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 홈인 유동제어홈과 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 돌기인 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 흘수선(吃水線:draft line) 하측의 선수(船首)와 선미(船尾) 사이 측면부에 수평면과 정해진 각도를 이루며 일체로 형성되도록 한 것으로, 선박 운항시 선체 표면을 유동하는 유체의 마찰저항과 압력저항이 저감될 수 있도록 한다. 또한, 추진기구가 설치되는 선체의 선미부에 유동제어홈/유동제어돌기가 형성되도록 하여 선체에 추진력을 부여하는 추진기구로 유입되는 유체의 와류저항(eddy resistance)도 저감될 수 있도록 하고, 배 밑바닥의 만곡된 부분인 빌지(bilge) 부위의 와류현상에 의한 선체의 진동도 저감될 수 있도록 한다. 이에 따라 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박은 추진효율이 증대되고, 에너지소비가 절감된다.

그리고, 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박은 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 선체에 포함되어 선체와 일체를 이루는 형상으로 선체가 설계되어 소성가공되도록 함으로써 선체 표면에 추가적으로 핀이나 파이프과 같은 부가물이 장착되면서 유동저항을 저감시키게 되는 종래의 선박과 달리 선체의 제조공정이 단순화되고, 이에 따라 선체의 제조비용이 절감되도록 한다. 또한, 유동제어홈/유동제어돌기가 선체와 일체를 이루어 유동제어 홈/유동제어돌기와 선체가 완만하게 연결됨에 따라 종래 선박에서 선체와 유동저항 저감을 위한 부가물 사이 연결부위가 불규칙한 형상을 가지던 것과 달리 연결부위에서도 유체의 원활한 유동이 유도되어 유동저항의 저감효과를 더욱 증대시킬 수 있게 된다.

선박, 선체, 추진기구, 유동저항, 압력저항, 와류저항

Description

유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박{Ship with body designed to decrease flow resistance}

본 발명은 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 선체와 일체를 이루는 유동제어홈/유동제어돌기가 정해진 길이와 폭으로 형성되어 유체의 압력저항과 마찰저항 및 추진기구 부위를 유동하는 유체의 와류저항(eddy resistance)을 저감시키는 한편, 선체의 제조공정을 단순화시켜 비용절감이 도모될 수 있는 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박에 관한 것이다.

현재, 조선업의 발전에 따라 선박의 설계 및 제조가 활발하게 이루어지고 있는데, 선박은 수상에서 이동하는 운송수단임에 따라 선박 운항시 선박을 이루는 선체는 유체의 유동저항을 받게 된다.

한편, 선체에 작용하는 유동저항에는 마찰저항과 압력저항이 있는데, 마찰저항은 선체에 작용하는 유동저항의 대부분을 차지하는 저항요소임에 따라 마찰저항 을 저감시키기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.

그러나, 현재까지 개발된 마찰저항을 저감시키기 위한 기술의 실질적인 효과가 미약함에 따라 마찰저항을 저감시키는 기술의 개발과 더불어, 차선책으로 압력저항을 저감시키기 위한 선박 설계 및 제조기술의 개발이 현재 활발하게 이루어지고 있는 추세이다.

상기와 같은 마찰저항과 압력저항을 저감시키는 기술과 관련하여 대한민국 공개특허공보 제2002-77112호는 유연성 있는 공기관을 내장한 다수의 슬릿이 형성되어 있는 파이프 하우징을 선체표면의 내측 혹은 외측에 설치하여 상기 공기관을 펌프로서 수축, 팽창시켜 슬릿을 통한 유체의 흡입, 분출을 이루게 하여 선체 표면에 형성되는 난류의 유동장을 변화시켜 마찰저항을 감소시키는 방법 및 장치를 개시하고 있다.

또한 대한민국 등록실용신안공보 제1992-8336호는 엔진과 각각 연결되는 한 쌍의 수차와, 상기 수차의 외측부에 위치하며, 그 중앙에는 구멍이 형성되는 토출물결 유도판과, 상기 수차의 양측 외주연에 위치되어 상기 토출물결 유도판의 양측에 부착되는 다수개의 흡입, 토출변향익편 및 상기 구멍의 외측부에 부착되는 흡입물결 유도판으로 구성되어 있으며, 상기의 구성을 통해 운항시 선수부에 부딪치는 물결의 마찰저항을 감소시키는 동시에 상기 한 쌍의 수차 회전속도와 회전방향으로 선박의 운항방향을 조정하는 선박의 선수추진 장치를 개시하고 있다.

그러나 상기와 같이 현재 개발된 능동적인 방법들은 별도의 마찰저항 저감장치를 제작 설치하여야 하는 경제적인 부담 이외에도, 마찰저항 저감장치를 부착함으로써 파생되는 에너지 절감 효과보다도 오히려 유동을 제어하기 위하여 이러한 마찰저항 저감 장치를 가동하는데 필요한 에너지가 상대적으로 더 크다는 단점을 가지고 있다.

한편, 마찰저항이나 압력저항을 저감시키기 위한 수동적인 방법들은 선체의 외형을 바꾸어 마찰저항이나 압력저항을 감소시키거나 선박의 일부분, 예컨대 선박의 선수, 선미 또는 저면에 부가물(appendage)을 부착하여 선박 표면의 유체 흐름을 제어함으로써 추진효율을 높이는 방법들이 이용되어 왔으며, 유동제어를 위한 에너지 공급이 필요없다는 장점으로 인하여 종래에도 널리 이용되는 방법 중의 하나다.

또한, 선체의 외형을 바꾸어 마찰저항이나 압력저항을 감소시키기 위한 방법으로서, 대한민국 등록특허공보 제359,933호는 선수를 가능한 한 전방으로 뾰족하게 형성 함으로써, 상기의 뾰족한 선수에서 전방으로의 파반사, 파의 붕괴현상을 완화하여 파랑중 저항증가를 저감할 수 있는 비대선을 개시하고 있다.

한편, 선박의 선수, 선미 또는 저면에 부가물을 설치하여 추진효율을 높이는 방법으로서, 대한민국 등록실용신안공보 2002-6929호는 유속의 저항을 줄이는 회전 반달원반을 개시하고 있으며, 이에 따르면 선박 선수에 회전 반달원반을 장착하기 위하여 캡 내부에 스러스트 베어링을 삽입하고, 보올 베어링을 회전 반달원반 축에 끼워 회전 반달원반 축을 캡으로 덮은 다음 선수에 고정함으로써, 선박이 진행할 때 선박의 선수부에 부딪치는 유속의 저항이 줄어들게 하고 있다.

또한 대한민국 공개특허공보 제1997-69724호는 선체의 하면에 오목부를 형성하고, 특히 선체의 전면부에 공기가 흡입되는 공기 흡입부를 형성하며, 상기 공기 흡입부를 통해 유입된 공기가 오목부에 잠시 머문 후, 선체 후면부의 후면 공기 배출부와 측면부의 측면 공기 배출부로 빠져나가게 함으로써, 상기 선체의 하면에 형성된 오목부에 공기가 지체되어 압력이 발생하게 되고, 이 압력에 의해 선체가 상승력을 받아 물과의 접촉부위가 최대한 감소되어 마찰 저항을 감소시킬 수 있는 고속선박의 구조를 개시하고 있다.

그러나 상기 수동적 방법들은 선박의 마찰저항이나 압력저항을 감소시키기 위한 방법으로서 능동적 방법들에 비하여 상대적으로 에너지 절감효율이 높다는 장점을 가지지만 선박의 외형 자체를 변형시켜야 하는 큰 과제에 따라 선박의 제조공정을 복잡하게 하고 선박의 제조원가를 상승시키는 요인이 될 뿐 아니라 상기의 외형변화는 선박의 다른 기능과 내구성에 많은 지장을 초래하게 된다.

이에 따라, 선체의 형상변화가 단순화되어 선체의 제조가 간편하게 이루어지 면서도 마찰저항이나 압력저항의 저감 효율이 증대될 수 있는 기술의 개발이 요구되는 실정이라 하겠다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 선체에 포함되어 선체와 일체를 이루는 형상으로 선체가 설계되어 소성가공되도록 함으로써 선체 표면에 추가적으로 핀이나 파이프과 같은 부가물이 장착되면서 유동저항을 저감시키게 되는 종래의 선박과 달리 선체의 제조공정이 단순화되고, 이에 따라 선체의 제조비용이 절감될 수 있는 새로운 형태의 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 홈인 유동제어홈과 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 돌기인 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 흘수선(吃水線:draft line) 하측의 선수(船首)와 선미(船尾) 사이 측면부에 수평면과 정해진 각도를 이루며 일체로 형성되도록 한 것으로, 선박 운항시 선체 표면을 유동하는 유체의 마찰저항과 압력저항이 저감될 수 있을 뿐만 아니라, 선체에 추진력을 부여하는 추진기구로 유입되는 유체의 와류저항(eddy resistance)도 저감될 수 있는 새로운 형태의 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 정해진 형상으로 이루어지고, 수상에서 부유하게 되는 선체와; 상기 선체의 선미부에 설치되고, 상기 선체에 추진력을 부여하여 상기 선체가 수상에서 이동할 수 있도록 하는 추진기구를 포함하여 이루어지고, 상기 선체는 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 홈인 유동제어홈과 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 돌기인 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 흘수선(吃水線:draft line) 하측의 선수(船首)와 선미(船尾) 사이 측면부에 수평면과 정해진 각도를 이루며 일체로 형성되도록 하여 상기 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나에 의해 선체의 표면을 유동하는 유체의 마찰저항과 압력저항이 저감되도록 하되, 상기 선체는 상기 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 포함되어 일체를 이루는 형상으로 설계되어 소성가공된 것임을 특징으로 한다.

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이와 같은 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박에서 상기 유동제어홈과 유동제어돌기는 반구형, 타원형, 각형 중에서 선택된 어느 하나의 단면형상을 가지되, 상기 유동제어홈과 유동제어돌기의 폭은 선체의 폭에 대응하여 선체 폭의 15％ 이내의 수치를 가지고, 상기 유동제어홈의 깊이와 유동제어돌기의 두께는 선체의 폭에 대응하여 선체 폭의 15％ 이내의 수치를 가지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박에서 상기 유동제어홈과 유동제어돌기는 수평면과 5~30°의 각도를 이루며 경사지게 형성되어 상기 선체 주변을 유동하는 유체의 유동저항이 저감되는 비율이 증대되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박에서 상기 선체는 구상선수(bulbous bow)을 가지되, 상기 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나는 상기 선체의 구상선수 부위에 형성되어 선체의 표면을 유동하는 유체의 압력저항이 저감되도록 하는 동시에, 상기 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 상기 추진기구와 근접하는 위치의 선미부에 형성되어 상기 추진기구로 유입되는 유체의 와류저항(eddy resistance)이 저감되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박에서 상기 선체는 상기 유동제어홈과 유동제어돌기가 정해진 위치에 서로 평행하게 다수개 설치되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박에 의하면, 선체와 일체를 이루는 유동제어홈/유동제어돌기가 정해진 길이와 폭으로 형성됨에 따라 유체의 마찰저항과 압력저항 및 추진기구 부위를 유동하는 유체의 와류저항(eddy resistance)이 저감되어 선박의 추진효율이 증대되고 에너지소비가 절감되는 효과를 가지게 된다.

특히, 유동제어홈/유동제어돌기가 추진기구 주위의 선미부에 형성될 경우, 배 밑바닥의 만곡된 부분인 빌지(bilge) 부위의 와류현상에 의한 선체의 진동도 저감되는 효과를 가지게 된다.

그리고, 본 발명은 유동제어홈/유동제어돌기가 선체와 일체로 설계되어 성형됨에 따라 선체의 제조공정이 단순화되고, 선체의 제조비용이 절감되는 효과도 동시에 가지게 된다.

또한, 본 발명의 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박은 유동제어홈/유동제어돌기가 선체와 일체를 이루어 유동제어홈/유동제어돌기와 선체가 완만하게 연결됨에 따라 유체의 원활한 유동이 유도되어 유동저항이 저감되는 효과가 더욱 증대되게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 선체, 선박이나 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명에 따른 선박(100)은 정해진 형상으로 이루어져 수상에서 부유하게 되는 선체(20)와, 선체(20)의 선미부에 설치되어 선체(20)에 추진력을 부여하게 되는 추진기구(40)를 포함하는 구성으로, 특히 선체(20)가 유동저항저감형으로 형상설계되도록 한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박(100)은 다양한 형상과 구성의 선박에 적용될 수 있는데, 특히 여객선, 컨테이너선, 유조선과 같은 대형 선박에 적용되어 선박 운항시 선체 표면을 유동하는 유체의 의한 각종 유동저항을 효과적으로 저감시키게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 선박(100)은 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 홈인 유동제어홈(22)과 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 돌기인 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나가 흘수선(吃水線:draft line) 하측의 선수(船首)와 선미(船尾) 사이 측면부에 수평면과 정해진 각도를 이루며 일체로 형성되도록 한 것을 기술적 특징으로 한다. 이에 따라, 선박(100)의 운항시 선체(20) 표면을 유동하는 유체의 마찰저항과 압력저항이 저감된다. 특히, 유동제어홈(22)이나 유동제어돌기(24)가 추진기구(40)가 설치되는 선체(20)의 선미부에 형성될 경우, 추진기구(40)로 유입되는 유체의 와류저항(eddy resistance)이 저감되면서 추진기구(40)의 원활한 작동이 유도되어 추진효율이 증대될 뿐만 아니라, 배 밑바닥의 만 곡된 부분인 빌지(bilge) 부위의 와류현상에 의한 선체의 진동도 저감되게 된다.

특히, 본 발명의 선박(100)은 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나가 선체(20)에 포함되어 선체(20)와 일체를 이루는 형상으로 선체(20)가 설계되어 소성가공되도록 하는 것을 기술적 특징으로 하는 바, 선체 표면에 추가적으로 핀이나 파이프과 같은 부가물이 장착되면서 유동저항을 저감시키게 되는 종래의 선박과 달리 선체(20)의 제조공정이 단순화되고, 이에 따라 선체의 제조비용이 절감되는 것이다.

본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박(100)은 도 1에서와 같이 정해진 형상으로 이루어져 수상에서 부유하게 되는 선체(20)와, 선체(20)의 선미부에 설치되어 선체(20)에 추진력을 부여하게 되는 추진기구(40)를 포함한다.

여기서, 선체(20)는 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 홈인 유동제어홈(22)과 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 돌기인 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나가 흘수선(吃水線:draft line) 하측의 선수(船首)와 선미(船尾) 사이 측면부에 형성된다. 이와 같은 선체(20)는 도 2 내지 도 8에서와 같이 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나가 포함되어 일체를 이루도록 형상설계되어 소성가공된 것이다.

그리고, 선체(20)에 형성되는 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24)의 단면형상은 반구형, 타원형과 같은 곡선으로 이루어지거나, 면과 면이 만나 모서리를 이 루는 형상, 즉 각형으로 이루어질 수 있다. 이와 같은 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24)의 폭은 선체의 크기에 대응하여 선체 폭의 15％ 이내의 수치를 가지도록 하고, 유동제어홈(22)의 깊이와 유동제어돌기(24)의 두께 또한, 선체(20)의 크기에 대응하여 선체 폭의 15％ 이내의 수치를 가지도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 선체(20)의 크기에 비례하여 유동제어홈(22)의 폭과 깊이, 유동제어돌기(24)의 폭과 두께가 선체 폭의 15％ 이내 범위에서 증대되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기와 같이 선체(20)에 형성되는 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24)는 도 3에서와 같이 수평면과 정해진 각도를 이루며 일체로 형성되도록 하여 선체의 표면을 유동하는 유체의 압력저항과 같은 유동저항이 저감되는 효과를 증대시킬 수 있다. 여기서, 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24)는 수평면과 5~30°의 각도를 이루며 경사지게 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같이 선체(20)에 형성되는 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24)는 도 4와 도 5에서와 같이 정해진 위치에 서로 평행하게 다수개가 설치되도록 하여 선체의 표면을 유동하는 유체의 마찰저항, 압력저항과 같은 유동저항이 저감되는 효과를 증대시킬 수 있다. 즉, 다수개의 유동제어홈(22)이 선체(20)의 정해진 위치에 상하방향으로 형성되거나, 다수개의 유동제어돌기(24)가 선체(20)의 정해진 위치에 상하방향으로 형성될 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 선박(100)이 여객선, 컨테이너선, 유조선과 같은 대형 선박에 적용되어 선체(20)가 구상선수(bulbous bow)을 가질 경우, 선체(20)에 형성되는 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나가 도 6에서와 같이 선체(20)의 구상선수 부위에 형성되도록 할 수도 있다. 이와 같이 선체(20)의 구상선수 부위에 형성되는 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나는 선체(20)의 표면을 유동하는 유체의 마찰저항과 압력저항을 저감시키게 된다.

여기서, 선체(20)의 구상선수 부위를 포함한 선수부에 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나가 형성될 경우, 선체(20)의 선수와 선체(20)의 측면 부위가 이어지면서 형상변화가 커지는 부위에 대한 유체의 압력저항 및 마찰저항이 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나에 의해 효과적으로 저감되게 되는 것이다.

이와 더불어, 도 7에서와 같이 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나가 추진기구(40)와 근접하는 위치의 선미부에 형성되어 추진기구(40)로 유입되는 유체의 와류저항(eddy resistance)이 저감되도록 할 수도 있다. 이와 같이 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24) 중에서 선택된 어느 하나가 선미부에 형성될 경우, 배 밑바닥의 만곡된 부분인 빌지(bilge) 부위의 와류현상에 의한 선체의 진동도 저감되게 된다.

상기와 같은 유동제어홈(22)과 유동제어돌기(24)는 선체(20)의 특정부위에 하나 이상이 형성될 수도 있고, 도 8에서와 같이 선체(20)의 선수부와 선미부에 서로 이격되어 동시에 형성될 수도 있다.

한편, 본 출원인은 본 실시예의 효과를 입증하기 위하여 선박 모형을 설계한 후 선박의 운항시 선체 표면의 압력분포와 유선분포를 시뮬레이션한 후 이에 대한 수치해석을 수행하였다.

시뮬레이션을 위한 선박모형으로는 MOERI KVLCC1 tanker가 사용되었고, 상기 MOERI KVLCC1 tanker의 Lpp는 5.5172m, Lwl은 1.0m, Bwl은 0.3586m, D는 0.5172m, T는 0.3586m, 속력은 1.0469m/s, 레이놀즈 수는 4600000, 선박침수표면적(WSA)는 4.1285㎡로 하였다.

또한, 상기 MOERI KVLCC1 tanker에는 유동제어홈(22)이 형성되도록 하였는데, 이와 같은 유동제어홈(22)은 선체의 18.5스테이션과 19.5스테이션에 양단부가 위치되도록 하였다. (여기서, 스테이션이란 LBP를 20개의 동일 구간으로 분리한 후 각각의 구간간의 경계를 칭하는 말이다. 선미부에서부터 번호가 부여되고 첫번째 스테이션의 번호는 0번, 마지막 스테이션의 번호는 20번이다. 상기 LBP는 선수수선과 선미수선간의 거리를 의미한다. 설계수선과 선수재의 앞면과의 교점을 지나고 설계수선에 연직으로 그은 선을 선수수선(F.P)이라 하고, 선미수선(A.P)이란 명확한 타주(rudder post)를 가지는 선박에서는 타주의 뒷면과 설계수선과의 교점을 지나는 연직선이며, 그렇지 않은 선박에서는 타두재(rudder stock)의 중심선과 설계수선과의 교점을 지나는 연직선이다.)

도 9 내지 도 14는 선체 표면의 압력저항을 확인하기 위해 선체 표면의 압력분포를 등고선 형태로 도시한 도면들로서, 도 9는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실 시예에 따른 선박(100)과 같이 하나의 유동제어홈(22)이 수평하게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case1을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이고, 도 10은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)과 같이 하나의 유동제어홈(22)이 5°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case2를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이며, 도 11은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)과 같이 하나의 유동제어홈(22)이 10°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case3을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이고, 도 12는 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)과 같이 하나의 유동제어홈(22)이 15°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case4를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이며, 도 13은 도 4에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)과 같이 두개의 유동제어홈(22)이 수평으로 서로 평행하게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case5를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이고, 도 14는 유동제어홈(22)이 형성되지 않은 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이다.

상기와 같은 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5와 원형(original)을 비교해보면, MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5의 압력분포가 유동제어홈(22)이 형성된 부위를 따라 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)보다 저감되어 있는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 15 내지 도 20은 선체 표면의 마찰저항을 확인하기 위해 선체 표면의 전단응력분포를 등고선 형태로 도시한 도면들로서, 도 15는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 수평하게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case1을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이고, 도 16은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 5°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case2를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이며, 도 17은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 10°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case3을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이고, 도 18은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 15°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case4를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이며, 도 19는 도 4에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 선박과 같이 두개의 유동제어홈이 수평으로 서로 평행하게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case5를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이고, 도 20은 유동제어홈이 형성되지 않은 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프이다.

상기와 같은 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5와 원형(original)을 비교해보면, MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5의 전단응력분포가 유동제어홈(22)이 형성된 부위를 따라 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)보다 저감되어 있는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 21에는 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5와 원형(original)에 각각 작용하는 항력(Drag Force)이 선체(20)의 표면에 작용하는 수직력(압력)과 수평력(점성력-전단응력에 대응하는 힘) 및 그 합력(total force)으로 구분되어 기재되어 있고, 도 22에는 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5와 원형(original)에 각각 작용하는 항력계수(Drag Coefficient)가 도 22와 동일한 방법으로 기재되어 있는데, 상기 도 21과 도 22에서도 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5의 항력과 항력계수가 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)보다 저감되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이와 같은 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5가 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)에 대하여 선체(20)의 표면에 작용하는 수직력(압력)와 수평력(점성력-전단응력에 대응하는 힘) 및 합력(total force)이 저감되는 비율은 도 23에 도시되어 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

도 1의 (a)는 선체 측면에 유동제어홈이 형성된 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 측면도;

도 1의 (b)는 선체 측면에 유동제어돌기가 형성된 본 발명에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 측면도;

도 2는 하나의 유동제어홈이 수평하게 형성된 본 발명의 제1실시예에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 부분 사시도;

도 3은 하나의 유동제어홈이 경사지게 형성된 본 발명의 제2실시예에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 부분 사시도;

도 4은 두개의 유동제어홈이 수평으로 서로 평행하게 형성된 본 발명의 제3실시예에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 부분 사시도;

도 5는 두개의 유동제어홈이 경사지게 형성된 본 발명의 제4실시예에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 부분 사시도;

도 6은 구상선수 부위에 하나의 유동제어홈이 형성된 본 발명의 제5실시예에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 부분 사시도;

도 7은 추진기구와 근접한 선미부에 하나의 유동제어홈이 형성된 본 발명의 제6실시예에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 부분 사시도;

도 8은 선수부와 선미부에 각각 유동제어홈이 동시에 형성된 본 발명의 제7실시예에 따른 유동저항저감형으로 형상설계된 선체의 부분 사시도;

도 9는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동 제어홈이 수평하게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case1을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 압력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 10은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 5°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case2를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 압력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 11은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 10°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case3을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 압력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 12는 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 15°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case4를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 압력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 13은 도 4에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 선박과 같이 두개의 유동제어홈이 수평으로 서로 평행하게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case5를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 압력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 14는 유동제어홈이 형성되지 않은 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 압력분포를 등고선 형 태로 도시한 도면;

도 15는 도 2에 도시된 본 발명의 제1실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 수평하게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case1을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 전단응력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 16은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 5°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case2를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 전단응력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 17은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 10°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case3을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 전단응력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 18은 도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 선박과 같이 하나의 유동제어홈이 15°각도로 경사지게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case4를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 전단응력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 19는 도 4에 도시된 본 발명의 제3실시예에 따른 선박과 같이 두개의 유동제어홈이 수평으로 서로 평행하게 형성된 MOERI KVLCC1 tanker의 case5를 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 전단응력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 20은 유동제어홈이 형성되지 않은 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)을 시뮬레이션 결과를 수치해석한 그래프로서, 선체 표면의 전단응력분포를 등고선 형태로 도시한 도면;

도 21은 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5와 원형(original)에 각각 작용하는 항력(Drag Force)이 선체의 표면에 작용하는 수직력(압력)과 수평력(점성력-전단응력에 대응하는 힘)으로 구분되어 기재된 표;

도 22는 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5와 원형(original)에 각각 작용하는 항력계수(Drag Coefficient)가 도 16과 동일한 방법으로 기재된 표;

도 23은 MOERI KVLCC1 tanker의 case1, case2, case3, case4, case5가 MOERI KVLCC1 tanker의 원형(original)에 대하여 선체의 표면에 작용하는 수직력(압력)과 수평력(점성력-전단응력에 대응하는 힘)이 저감되는 비율이 개지된 표이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20 : 선체 22 : 유동제어홈

24 : 유동제어돌기 40 : 추진기구

100 : 선박

Claims

정해진 형상으로 이루어지고, 수상에서 부유하게 되는 선체와;

상기 선체의 선미부에 설치되고, 상기 선체에 추진력을 부여하여 상기 선체가 수상에서 이동할 수 있도록 하는 추진기구를 포함하여 이루어지고,

상기 선체는 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 홈인 유동제어홈과 정해진 길이와 폭을 가진 띠 형상의 돌기인 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 흘수선(吃水線:draft line) 하측의 선수(船首)와 선미(船尾) 사이 측면부에 수평면과 정해진 각도를 이루며 일체로 형성되도록 하여 상기 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나에 의해 선체의 표면을 유동하는 유체의 마찰저항과 압력저항이 저감되도록 하되,

상기 선체는 상기 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 포함되어 일체를 이루는 형상으로 설계되어 소성가공된 것임을 특징으로 하는 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 유동제어홈과 유동제어돌기는 반구형, 타원형, 각형 중에서 선택된 어 느 하나의 단면형상을 가지되,

상기 유동제어홈과 유동제어돌기의 폭은 선체의 폭에 대응하여 선체 폭의 15％ 이내의 수치를 가지고, 상기 유동제어홈의 깊이와 유동제어돌기의 두께는 선체의 폭에 대응하여 선체 폭의 15％ 이내의 수치를 가지는 것을 특징으로 하는 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박.
제 1항에 있어서,

상기 유동제어홈과 유동제어돌기는 수평면과 5~30°의 각도를 이루며 경사지게 형성되어 상기 선체 주변을 유동하는 유체의 유동저항이 저감되는 비율이 증대되도록 하는 것을 특징으로 하는 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박.
제 1항 또는 제 4항에 있어서,

상기 선체는 구상선수(bulbous bow)을 가지되,

상기 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나는 상기 선체의 구상선수 부위에 형성되어 선체의 표면을 유동하는 유체의 압력저항이 저감되도록 하는 동시에, 상기 유동제어홈과 유동제어돌기 중에서 선택된 어느 하나가 상기 추진기구와 근접하는 위치의 선미부에 형성되어 상기 추진기구로 유입되는 유체의 와류저항(eddy resistance)이 저감되도록 하는 것을 특징으로 하는 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박.
제 1항 또는 제 4항에 있어서,

상기 선체는 상기 유동제어홈과 유동제어돌기가 정해진 위치에 서로 평행하게 다수개 설치되도록 하는 것을 특징으로 하는 유동저항저감형으로 형상설계된 선체를 가진 선박.