KR101168311B1 - 횡동요 저감형 선박 및 선박의 횡동요 제어 방법 - Google Patents

Abstract

횡동요 저감형 선박 및 선박의 횡동요 제어 방법이 개시된다. 횡동요 저감형선박은 선체; 상기 선체에 배치되고, 유체를 수용하는 탱크; 상기 탱크에 대해 유체를 유출입시키는 펌프; 및 운항 중 파도의 주기 및 선박 하중 상태에 따라 상기 탱크에 수용되는 유체의 양을 조절하여 상기 선체의 횡동요를 최소화하도록 상기 펌프를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

횡동요 저감형 선박 및 선박의 횡동요 제어 방법{Rolling decreasing typed ship and Method for controlling rolling of ship}

본 발명은 횡동요 저감형 선박 및 선박의 횡동요 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 해상에서 선박은 파도에 의해서 상하동요 및 횡동요 등 다양한 운동을 하게 되며, 이러한 동요현상은 작업성능과 안전을 저해하는 요인으로 작용한다. 특히, 무게중심이 높게 형성되는 선박의 경우 횡동요에 의해 전복될 우려가 있으므로 주의해야 한다.

이와 같은 선박의 횡동요를 억제하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있다. 가장 널리 알려진 것이 바로 빌지킬(Bilge Keel)이다. 빌지킬은 판과 같은 부재로서 선저와 선체의 측벽이 만나는 빌지 부분에 부착되는 장치이다. 이와 같은 빌지킬은 선박이 횡동요를 할 때 와류를 발생시키는데, 설치시 부가적인 비용이 크지 않음에 따라 대부분의 선박에 채택되어 사용되고 있다.

또한, 위와 같은 빌지킬 만으로 횡동요 감쇠효과를 충분히 얻지 못할 경우에는 횡동요 감쇠탱크(anti rolling tank)나 핀안정기와 같은 장비를 부가 설치하게 된다. 감쇠탱크는 선박의 중앙부에 U자형 물탱크를 설치하여 물탱크 내부 유동의 공진현상을 이용하는 것으로 수동식과 능동식이 모두 사용되고 있다.

그리고 핀안정기는 빌지에 핀을 부착시켜 횡동요에 따라 핀의 각도를 조절함으로써 핀에 양력을 발생시켜 부가적인 복원력과 감쇠력을 발생시키는 횡동요 감쇠장치이다.

그런데, 종래의 횡동요 감쇠방식에서 빌지킬은 저렴한 비용으로 거의 모든 선박에 보편적으로 적용되고 있으나, 횡동요의 감쇠 성능이 우수하지 못하다는 문제가 있었다.

또한, 핀안정기와 감쇠탱크는 설치에 많은 비용과 공간이 소요되어 작동하는데 지속적으로 동력을 소모하는 문제점이 있었다. 더욱이 핀안정기는 일정속도 이상으로 항해할 때만 유효하며 정지중에는 효과가 없다는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시예들은 능동적이고 효과적으로 횡동요를 저감하도록 구성된 선박 및 선박의 횡동요 제어 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 상기 선체에 배치되고, 유체를 수용하는 탱크; 상기 탱크에 대해 유체를 유출입시키는 펌프; 및 운항 중 파도의 주기 및 선박 하중 상태에 따라 상기 탱크에 수용되는 유체의 양을 조절하여 상기 선체의 횡동요를 최소화하도록 상기 펌프를 제어하는 제어부를 포함하는 횡동요 저감형 선박이 제공된다.

상기 제어부는, 상기 선박이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 상기 선박의 하중 상태에 대한 비교 데이터와 상기 선박에 대응하는 모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터를 비교하여, 상기 선박의 횡동요를 최소하도록 상기 탱크에 수용되는 유체의 양을 결정하고, 상기 기준 데이터는, 모델 선체 및 상기 모델 선체에 배치된 모델 탱크를 포함하는 모델 선박에 대해 모델 변수인 파도의 주기, 상기 모델 선박의 하중 상태 및 상기 모델 탱크에 수용된 유체의 양에 따른 슬로싱-운동 연성 해석을 수행하여 얻어질 수 있다.

상기 탱크의 횡단면은 팔각형상으로 이루어질 수 있다.

상기 탱크에 수용되는 유체는 해수를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박의 횡동요를 제어하는 방법에 있어서, 모델 선체 및 상기 모델 선체에 배치된 모델 탱크를 포함하는 모델 선박에 대해 모델 변수인 파도의 주기, 상기 모델 선박의 하중 상태 및 상기 모델 탱크에 수용된 유체의 양에 따른 슬로싱-운동 연성 해석을 수행하여, 상기 모델 변수에 따른 상기 모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터를 취득하는 단계; 선체 및 상기 선체에 배치된 탱크를 포함하는 상기 선박이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 상기 선박의 하중 상태에 대한 비교 데이터를 취득하는 단계; 및 상기 선박에 대한 비교 데이터와 상기 모델 선박에 대한 기준 데이터를 비교하여 상기 선박의 횡동요를 최소화하도록 상기 탱크에 수용되는 유체의 양을 결정하는 단계를 포함하는 선박의 횡동요 제어 방법이 제공된다.

상기 선박의 횡동요를 최소화하도록 결정된 양의 유체를 상기 탱크에 수용시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 선박이 운항 중인 해상 상태 및 선박의 하중 상태에 따라 탱크에 수용되는 유체의 양을 조절함으로써 선박의 횡동요가 능동적이고 효과적으로 저감될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 대응하는 모델 선박의 슬로싱-운동 연석해석 결과를 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 횡동요 제어 방법을 나타내는 순서도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일하거나 대응하는 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(1)은 선체(10)와, 탱크(20)와, 펌프(30)와, 제어부(40)를 포함한다.

선체(10)에는 탱크(20)가 배치될 수 있다. 탱크(20)는 유체를 수용할 수 있다. 탱크(20)에 수용되는 유체는 해수를 포함할 수 있다. 탱크(20)는 선체(10)의 전폭에 걸쳐 형성될 수 있다. 또는 선체(10)가 이중 선체 타입인 경우, 탱크(20)는 이중 선체 중 내측벽에 의해 한정될 수 있다. 이와 같은 탱크(20)는 선체(10)의 크기 및 형태에 따라 그 형태 및 개수가 결정될 수 있다.

탱크(20)의 횡단면은 팔각형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 만약, 탱크(20)의 횡단면이 사각형인 경우, 직각인 4부분의 코너에 슬로싱에 의한 충격이 집중될 수 있다. 따라서, 탱크(20)의 횡단면을 사각형의 4개의 코너를 경사시켜 팔각형상으로 만듦으로써 슬로싱에 의한 충격을 분산 시킬 수 있다.

펌프(30)는 유체를 탱크(20)에 대해 유출입시킨다. 이러한 펌프(30)는 제어부(40)에 의해 제어된다. 제어부(40)는 운항 중 파도의 주기 및 선박(1)의 하중 상태에 따라 탱크(20)에 수용되는 유체의 양을 조절하여 선체(10)의 횡동요를 최소화하도록 펌프(30)를 제어한다.

보다 상세히, 제어부(40)는, 선박(1)이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 선박(1)의 하중 상태에 대한 비교 데이터를, 선박(1)에 대응하는 모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터에 대입하여, 선박(1)의 횡동요를 최소하도록 탱크(20)에 수용되는 유체의 양을 결정한다.

여기서, 기준 데이터는, 모델 선체 및 모델 선체에 배치된 모델 탱크를 포함하는 모델 선박에 대해 모델 변수인 파도의 주기, 모델 선박의 하중 상태 및 모델 탱크에 수용된 유체의 양에 따른 슬로싱-운동 연성 해석을 수행하여 얻어진다.

여기서, 슬로싱-운동 연성 해석이란, 탱크에 수용된 유체의 슬로싱과 선박의 운동의 상호 작용에 의해 최종적으로 선박이 어떠한 운동을 할 것인지를 예측할 수 있는 수치해석의 일종이다. 보다 상세히, 선박이 운동하면, 선박에 포함된 탱크 내의 유체가 과도하게 움직이는 슬로싱이 발생한다. 이러한 슬로싱에 의해 탱크 내 수직 벽면에 큰 압력이 작용하게 된다. 이러한 압력은 선박의 운동에 영향을 주고 선박의 운동은 탱크 내의 유체의 슬로싱에 영향을 준다. 따라서 유체가 수용된 탱크를 포함한 선박의 운동을 정확하게 해석하기 위해서는 슬로싱-운동 연성해석을 수행하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 대응하는 모델 선박의 슬로싱-운동 연석해석 결과를 나타내는 도면이다. 여기서, X축은 파도의 진동수를 나타내고, Y축은 모델 선박의 횡동요 각도를 나타내며, 모델 선박의 하중 상태는 만재 상태(Full loading condition)이다. 또한, 곡선 A는 모델 탱크에 유체가 없는 경우, 곡선 B는 모델 탱크에 유체가 15% 채워진 경우, C는 모델 탱크에 유체가 30% 채워진 경우, D는 모델 탱크에 유체가 50% 채워진 경우를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 모델 선박이 만재 상태일 때, 모델 탱크에 수용된 유체의 양과 파도의 주기(또는 파도의 주파수)에 따라 모델 선박의 횡동요 각도가 달라진다. 다만, 도 2는 모델 선박이 만재 상태일 때의 슬로싱-운동 연성 해석 결과값을 그래프로 나타낸 것이고, 만약, 모델 선박이 경하 상태(light loading condition) 또는 다른 하중 상태에 있다면, 도 2의 곡선 A, B, C 및 D의 형태 및 크기가 달라질 수 있다.

이와 같이, 슬로싱-운동 연성 해석을 수행하여 얻어지는 모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터(예를 들어, 횡동요 각도)는 모델 변수인 파도의 주기, 모델 선박의 하중 상태 및 모델 탱크에 수용된 유체의 양에 따라 달라질 수 있다.

제어부(40)는, 모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터를, 선박(1)이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 선박의 하중 상태에 대한 비교 데이터와 비교한다. 비교 데이터 중, 해상의 파도 주기는 파고계(wave-height meter) 등을 이용하여 측정할 수 있고, 선박의 하중 상태는 선박을 운용하는 과정에서 당연히 알 수 있다.

본 실시예에 따른 제어부(40)는 선박(1)에 대한 비교 데이터를 취득하고, 비교 데이터와 앞서 설명한 슬로싱-운동 연성 해석에 의해 취득한 모델 선박의 기준 데이터를 비교한다. 비교 결과, 제어부(40)는 선박(1)의 횡동요를 최소화하는 탱크에 수용된 유체의 양을 결정한다.

보다 상세히, 제어부(40)는, 선박(1)이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 선박(1)의 하중 상태에 대한 비교 데이터를 도 2와 같은 모델 선박의 기준 데이터에 대입하고, 모델 선박의 횡동요를 최소화하는 모델 탱크에 수용된 유체의 양을 결정한다. 여기서, 결정된 유체의 양은 선박(1)의 횡동요를 최소화하도록 탱크(20)에 수용될 유체의 양이 된다. 예를 들어, 선박(1)의 하중 상태가 만재 상태이고, 선박(1)이 운항 중인 해상의 파도 주기가 2.5초(주파수는 0.4 rad/sec) 일 때, 제어부(40)는 이러한 비교 데이터를 도 2의 모델 선박의 기준 데이터에 대입하고, 모델 탱크에 유체가 30% 채워진 경우(C)에 모델 선박의 횡동요가 최소가 된다는 사실을 찾을 수 있다. 이와 같은 과정을 통해, 제어부(40)는 선박(1)의 횡동요를 최소화하도록 탱크(20)에 수용될 유체의 양을 결정한다.

제어부(40)는 선박(1)의 횡동요를 최소화하도록 결정된 양의 유체가 탱크(20)에 수용되도록 펌프(30)를 제어한다. 이에 따라, 탱크(20)에는 선박(1)의 횡동요를 최소화하는 양의 유체가 수용되고, 선박(1)의 횡동요가 최소화된다.

이상에서 살펴본 본 실시예에 따르면, 선박(1)이 운항 중인 해상 상태 및 선박(1)의 하중 상태에 따라 탱크(20)에 수용되는 유체의 양을 조절함으로써 선박(1)의 횡동요가 능동적이고 효과적으로 저감될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 횡동요 제어 방법을 나타내는 순서도이다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박의 횡동요 제어 방법은 모델 변수에 따른 모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터를 취득하는 단계(S110)와, 선박(1)이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 선박(1)의 하중 상태에 대한 비교 데이터를 취득하는 단계(S130)와, 선박(1)의 횡동요를 최소화하도록 탱크(20)에 수용되는 유체의 양을 결정하는 단계(S150)를 포함한다.

모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터를 취득하는 단계(S110)에서는 모델 선체 및 상기 모델 선체에 배치된 모델 탱크를 포함하는 모델 선박에 대해 모델 변수인 파도의 주기, 모델 선박의 하중 상태 및 모델 탱크에 수용된 유체의 양에 따른 슬로싱-운동 연성 해석을 수행한다.

선박(1)이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 선박의 하중 상태에 대한 비교 데이터를 취득하는 단계(S130)에서 비교 데이터 중, 해상의 파도 주기는 파고계(wave-height meter) 등을 이용하여 측정할 수 있고, 선박(1)의 하중 상태는 선박을 운용하는 과정에서 당연히 알 수 있다.

선박(1)의 횡동요를 최소화하도록 탱크(20)에 수용되는 유체의 양을 결정하는 단계(S150)에서는 선박(1)에 대한 비교 데이터와 모델 선박에 대한 기준 데이터를 비교하여 선박(1)의 횡동요를 최소화하도록 탱크(20)에 수용되는 유체의 양을 결정한다.

본 실시예에 따른 선박의 횡동요 제어 방법은 선박(1)의 횡동요를 최소화하도록 결정된 양의 유체를 탱크(20)에 수용시키는 단계(S170)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 선박의 횡동요 제어 방법은 선박(1)이 운항 중인 해상 상태 및 선박(1)의 하중 상태에 따라 탱크(20)에 수용되는 유체의 양을 조절함으로써 선박(1)의 횡동요를 능동적이고 효과적으로 제어할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 선체
20 : 탱크
30 : 펌프
40 : 제어부

Claims (6)

1. 선체;
   상기 선체에 배치되고, 유체를 수용하는 탱크;
   상기 탱크에 대해 유체를 유출입시키는 펌프; 및
   운항 중 파도의 주기 및 선박 하중 상태에 따라 상기 탱크에 수용되는 유체의 양을 조절하여 상기 선체의 횡동요를 최소화하도록 상기 펌프를 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 선박이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 상기 선박의 하중 상태에 대한 비교 데이터와 상기 선박에 대응하는 모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터를 비교하여, 상기 선박의 횡동요를 최소화하도록 상기 탱크에 수용되는 유체의 양을 결정하고,
   상기 기준 데이터는,
   모델 선체 및 상기 모델 선체에 배치된 모델 탱크를 포함하는 모델 선박에 대해 모델 변수인 파도의 주기, 상기 모델 선박의 하중 상태 및 상기 모델 탱크에 수용된 유체의 양에 따른 슬로싱-운동 연성 해석을 수행하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감형 선박.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 탱크의 횡단면은 팔각형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 횡동요 저감형 선박.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 탱크에 수용되는 유체는 해수를 포함하는 것을 특징으로 하는 횡동요 저감형 선박.
   
5. 선박의 횡동요를 제어하는 방법에 있어서,
   모델 선체 및 상기 모델 선체에 배치된 모델 탱크를 포함하는 모델 선박에 대해 모델 변수인 파도의 주기, 상기 모델 선박의 하중 상태 및 상기 모델 탱크에 수용된 유체의 양에 따른 슬로싱-운동 연성 해석을 수행하여, 상기 모델 변수에 따른 상기 모델 선박의 횡동요에 대한 기준 데이터를 취득하는 단계;
   선체 및 상기 선체에 배치된 탱크를 포함하는 상기 선박이 운항 중인 해상의 파도 주기 및 상기 선박의 하중 상태에 대한 비교 데이터를 취득하는 단계; 및
   상기 선박에 대한 비교 데이터와 상기 모델 선박에 대한 기준 데이터를 비교하여 상기 선박의 횡동요를 최소화하도록 상기 탱크에 수용되는 유체의 양을 결정하는 단계를 포함하는 선박의 횡동요 제어 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 선박의 횡동요를 최소화하도록 결정된 양의 유체를 상기 탱크에 수용시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 횡동요 제어 방법.
   
   

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