KR101259626B1 - 마찰저항 감소 선박 - Google Patents

Abstract

마찰저항 감소 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰저항 감소 선박은, 선체; 및 선체의 선저부에, 저면이 선체의 운항 방향과 반대방향으로 이동되도록 마련되어 선저부에서의 마찰저항을 감소시키는 마찰저항 감소 유닛을 포함을 포함한다.

Description

마찰저항 감소 선박{Drag reducing vessel}

본 발명은, 수면 상을 항해하는 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 운항 시 수중에서의 마찰저항을 감소시키는 마찰저항 감소 선박에 관한 것이다.

일반적으로 수면 상을 항해하는 선박은 유체에 의하여 저항을 받게 된다. 선박이 받는 저항은 마찰저항과 압력저항으로 구분될 수 있으며, 마찰저항이 전체 저항의 70% 이상을 차지하게 된다. 선박의 마찰저항은 선박의 추진력을 감소시키고 연료 소비를 증가시킨다.

따라서, 많은 기관에서 선박의 마찰저항을 줄이기 위한 연구들을 수행하고 있으며, 그 중의 대표적인 예가 공기를 이용하여 마찰저항을 줄이는 방안에 관한 것이다. 공기를 이용한 마찰 저항 감소 방안으로는, 공기 펌프 등의 공기 공급 장치로 발생시킨 가압 공기를 선체 외면으로부터 수중으로 취출시켜 선체 주위에 기포를 뿌려놓는 방법이나 선저부 일정 영역에 공기를 가두어 놓는 방법 등이 알려져 있다.

그러나, 이러한 공기를 이용한 마찰저항 감소 방법은 정수역(flat water)에서만 사용될 수 있거나, 또는 실질적으로 실용화하기가 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 실시예들은, 선박의 선저부에 마찰저항을 감소시키는 마찰저항 감소 유닛을 마련함으로써 운항 시 선저부에서의 유체의 마찰저항이 감소되는 마찰저항 감소 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 및 상기 선체의 선저부에, 저면이 상기 선체의 운항 방향과 반대방향으로 이동되도록 마련되어 상기 선저부에서의 마찰저항을 감소시키는 마찰저항 감소 유닛을 포함하는 마찰저항 감소 선박이 제공될 수 있다.

상기 마찰저항 감소 유닛은, 상기 선체의 상기 선저부에 상기 선체의 내측으로 함몰되어 마련되는 함몰설치부; 상기 함몰설치부의 내측 양 단부에 상기 선체의 진행방향과 교차되는 방향으로 회전축을 갖도록 마련되는 한 쌍의 회전롤러; 상기 회전롤러를 회전시키는 구동모터; 및 상기 회전롤러를 감싸며 접촉되도록 마련되어 상기 회전롤러의 회전에 따라 구동되는 회전벨트를 포함할 수 있다.

상기 마찰저항 감소 선박은, 상기 선저부에 상기 함몰설치부와 인접하여 마련되어 상기 선저부에서의 유속을 측정하는 유속계측기를 더 포함할 수 있다.

상기 마찰저항 감소 선박은, 상기 유속계측기로부터 측정된 유속과 동일한 속도로 상기 회전벨트가 구동되도록 상기 구동모터의 회전속도를 제어하는 제어유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 회전벨트의 외측 저면이 상기 선저부의 선체면과 동일 평면 상에 위치되도록 마련될 수 있다.

상기 한 쌍의 회전롤러 사이에 마련되어 상기 회전벨트를 지지하며 구동시키는 적어도 하나의 보조 회전롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 적어도 하나의 보조 회전롤러를 구동시키는 보조 구동모터를 더 포함할 수 있다.

상기 마찰저항 감소 선박은, 상기 선저부를 복수개의 구역으로 나누고, 각각의 구역에 상기 선저부의 형상에 따라 상기 회전벨트의 외측 저면이 상기 선저부의 선체면과 동일 평면 상에 위치되도록 상기 마찰저항 감소 유닛을 복수개 마련할 수 있다.

상기 마찰저항 감소 선박은, 상기 선저부에 상기 함몰설치부와 인접하여 마련되어 상기 선저부에서의 유속을 측정하는 복수개의 유속계측기; 및 상기 복수개의 마찰저항 감소 유닛의 구동모터의 회전속도를 개별적으로 제어하는 개별제어유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 회전롤러 사이에 마련되어 상기 회전벨트를 지지하며 구동시키는 적어도 하나의 보조 회전롤러; 및 상기 적어도 하나의 보조 회전롤러를 구동키시는 보조 구동모터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 선박의 선저부에 마찰저항을 감소시키는 마찰저항 감소 유닛을 마련함으로써 운항 시 선저부에서의 유체의 마찰저항이 감소되는 마찰저항 감소 선박이 제공된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰저항 감소 선박의 측면도이다.
도 2는 도 1의 마찰저항 감소 유닛의 측면도이다.
도 3은 도 2의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰저항 감소 유닛의 측면도 및 저면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰저항 감소 유닛의 측면도 및 저면도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰저항 감소 선박의 측면도이고, 도 2는 도 1의 마찰저항 감소 유닛의 측면도이며, 도 3은 도 2의 저면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰저항 감소 선박(1)은, 선체(10)와, 선체(10)의 선저부(11)에, 저면이 선체(10)의 운항 방향과 반대방향으로 이동되도록 마련되어 선저부(11)에서의 마찰저항을 감소시키는 마찰저항 감소 유닛(20)을 포함한다.

도 1을 참고하면, 선체(10)는 길이방향의 앞부분에 위치하는 선수부(12)와, 길이방향의 뒷부분에 위치하는 선미부(미도시)와, 선수부(12)와 선미부의 사이에 위치하는 중앙평행부(미도시)를 포함한다.

중앙평행부는 선체(10)의 길이방향에 교차하는 단면 형상에서, 상부에 위치하는 선상부(미도시)와 하부에 위치하는 선저부(11)를 포함한다. 중앙평행부는 운반선의 단면적 중에서 제일 큰 면적을 갖는 미드쉽(midship)을 포함하며, 선저부(11)는 선박의 단면형상에서 하단부 영역을 의미한다.

선박의 운항 시 선박이 앞으로 전진을 하게 되면 선체(10) 하부의 유체는 상대적으로 선박의 이동 방향과 반대 방향으로 흐르는 것처럼 상대 속도를 가지게 된다. 이로 인해 선저부의 선체면(11a)에서는 선체(10)면과 접촉되는 유체의 점성에 의해 마찰저항이 발생하게 된다.

이러한 마찰저항을 줄이기 위하여 마찰저항 감소 유닛(20)은 선저부(11)에 마련되어 마찰저항 감소 유닛(20)의 저면이 선체(10)면에서의 유체의 상대적 흐름과 동일한 방향과 속도를 갖도록 이동시킨다. 이에 의해서 유체의 흐름 방향 및 속도가 마찰저항 감소 유닛(20)의 저면의 이동 방향 및 속도와 동일하게 되어 마찰저항 감소 유닛(20)의 저면에 있어서는 유체와 선체(10) 사이의 상대 속도가 0이 되며, 따라서 마찰저항이 발생하지 않게 된다.

구체적으로, 도 2 및 도 3을 참조하여 살펴보면, 마찰저항 감소 유닛(20)은, 선체(10)의 선저부(11)에 선체(10)의 내측으로 함몰되어 마련되는 함몰설치부(21)와, 함몰설치부(21)의 내측 양 단부에 선체(10)의 진행방향과 교차되는 방향으로 회전축(22a)을 갖도록 마련되는 한 쌍의 회전롤러(22)와, 회전롤러(22)를 회전시키는 구동모터(23)와, 회전롤러(22)를 감싸며 접촉되도록 마련되어 회전롤러(22)의 회전에 따라 구동되는 회전벨트(24)와, 선저부(11)에 함몰설치부(21)와 인접하여 마련되어 선저부(11)에서의 유속을 측정하는 유속계측기(30)와, 유속계측기(30)로부터 측정된 유속과 동일한 속도로 회전벨트(24)가 구동되도록 구동모터(23)의 회전속도를 제어하는 제어유닛(미도시)를 포함한다.

함몰설치부(21)는, 회전롤러(22)와 회전벨트(24)를 함몰설치부(21)의 내측 공간에 마련하였을 때, 회전벨트의 외측 저면(24a)이 선저부의 선체면(11a)과 동일 평면 상에 위치되도록 선저부(11)의 일부 영역을 선체(10)의 내측으로 단이 지도록 마련된다.

회전롤러(22)는 함몰설치부(21)의 내측 공간에 선체(10)의 진행방향과 교차되는 방향으로 회전축(22a)을 갖도록 마련되어 회전축(22a)과 연결된 구동모터(23)에 의하여 회전된다.

회전벨트(24)는 회전롤러(22) 외주면의 일영역에서 회전롤러(22)와 접촉되며 회전롤러(22)를 둘러싸는 폐루프 형태로 마련된다. 이에 의해서 회전롤러(22)가 회전하면 회전롤러(22)와 회전벨트(24) 사이의 마찰력에 의하여 회전벨트(24)가 구동된다.

본 실시예에서는 회전롤러(22)와 회전벨트(24) 사이의 마찰력에 의하여 회전벨트(24)가 구동되나, 이와 달리, 회전롤러(22)의 외측면에 제1 요철부가 형성되고, 회전벨트(24)의 내측면에 제1 요철부와 맞물리도록 제1 요철부와 동일한 피치를 갖는 제2 요철부가 마련되어 제1 및 제2 요철부의 맞물림 이동에 의하여 회전벨트(24)가 구동될 수도 있다.

한편, 유속계측기(30)는 함몰설치부(21)와 인접하는 선저부(11)에 마련되어 선저부의 선체면(11a)을 흐르는 유체의 상대 속도를 측정한다. 유속계측기(30)에 의하여 측정된 유속은 제어유닛(미도시)에 입력되며, 제어유닛(미도시)은 입력된 유속에 따라 회전벨트(24)의 구동 속도를 측정된 유속과 동일하게 유지되도록 구동모터(23)의 회전속도를 제어한다.

이에 의하여, 선박의 운항 속도 뿐만 아니라 유체의 흐름 속도를 반영한 선저부(11)에서의 실제 유속에 맞추어 회전벨트(24)의 이동 속도를 조절함으로써 선저부(11)에서의 마찰저항을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

이러한 구성을 갖는 마찰저항 감소 선박(1)의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

선박이 운항을 시작하여 수면 상을 이동할 때에 선저부(11)에 마련된 유속계측기(30)에 의하여 선저부(11)에서 유체의 상대 속도를 측정한다.

유속계측기(30)에 의하여 측정된 유속은 제어유닛(미도시)에 전송되며, 제어유닛(미도시)는 측정된 유속과 동일한 속도로 회전벨트(24)가 구동되도록 구동모터(23)의 회전속도를 제어한다.

제어유닛(미도시)에 의하여 회전벨트(24)의 구동 속도가 선저부(11)에서의 유속과 동일해지므로 회전벨트(24)의 저면과 선저부(11)에서의 유체 사이의 상대 속도는 0이 되어 회전벨트(24)의 저면과 유체 사이의 마찰저항이 발생하지 않는다. 이에 의하여 선박의 선저부(11)에서의 마찰저항을 감소시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 마찰저항 감소 선박(1)에 의하면, 선박의 운항 시 선저부(11)에서의 마찰저항을 감소시켜 선박의 추진력을 향상시키고 연료를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰저항 감소 선박(1)을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 제1 실시예에 따른 마찰저항 감소 선박(1)에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마찰저항 감소 유닛의 측면도 및 저면도이다. 도 4에 있어서, 도 1 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4를 참조하여 살펴보면, 본 실시예의 마찰저항 감소 유닛(20)은, 한 쌍의 회전롤러(22) 사이에 마련되어 회전벨트(24)를 지지하며 구동시키는 적어도 하나의 보조 회전롤러(25)와, 적어도 하나의 보조 회전롤러를 구동키시는 보조 구동모터(26)를 더 포함한다.

제1 실시예에서 한 쌍의 회전롤러(22)는 함몰설치부(21)의 양 단부에 마련되어 회전벨트(24)를 구동시키도록 마련되었으나, 본 실시예에서는 도 4에서와 같이 일정한 간격을 두고 하나 이상의 보조 회전롤러(25)가 한 쌍의 회전롤러(22) 사이에 더 설치되어 회전벨트(24)를 구동시킨다. 각각의 보조 회전롤러(25)에는 그 회전축(25a)에 보조 구동모터(26)가 연결되어 보조 회전롤러(25)를 회전시킴으로써 회전벨트(24)의 구동을 보조한다.

보조 구동모터(26)는 경우에 따라서는 보조 회전롤러(25)의 회전축(25a)에 동력을 제공하지 않고 아이들(idle) 상태로 유지되며, 보조 회전롤러(25)는 회전벨트(24)를 지지하는 역할만을 수행하게 할 수도 있다.

이와 같이, 본 실시예의 마찰저항 감소 선박(1)에 의하면, 선체(10)가 큰 선박의 경우에 회전벨트(24)의 크기가 대형화되어 한 쌍의 회전롤러(22)만으로는 회전벨트(24)를 구동시킬 수 없을 시에 보조 회전롤러(25)와 보조 구동모터(26)를 추가적으로 구성하여 회전벨트(24)를 지지하며 구동시킬 수 있다.

한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰저항 감소 선박(1)을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 마찰저항 감소 선박(1)에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 마찰저항 감소 유닛의 측면도 및 저면도이다. 도 5에 있어서, 도 1 내지 도 3과 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예의 마찰저항 감소 선박(1)은, 선저부(11)를 복수개의 구역으로 나누고, 각각의 구역에 선저부(11)의 형상에 따라 회전벨트의 외측 저면(24a)이 선저부의 선체면(11a)과 동일 평면 상에 위치되도록 마찰저항 감소 유닛(20)을 복수개 마련한다.

복수개의 마찰저항 감소 유닛(20)은, 선저부(11)를 복수개의 구역으로 나누어 각각의 구역마다 함몰설치부(21)를 마련하고, 함몰설치부(21)의 내측 공간에 회전롤러(22), 구동모터(23) 및 회전벨트(24)를 설치하여 마련된다.

각각의 구역에 설치되는 마찰저항 감소 유닛(20)은, 선저부의 선체면(11a)의 형상에 따라 선저부의 선체면(11a)과 회전벨트의 외측 저면(24a)이 동일 평면 상에 위치되도록 마련된다.

일반적으로 선저부(11)는 편평한 평면 형상의 선체면을 가지나 선저부(11)의 선체면의 형상이 편평한 평면이 아닌 경우, 예를 들면, 선체(10)의 형상이 선저부(11)로 갈수록 좁아지게 형성되는 경우에는, 선저부(11)를 평면 구역과 경사 구역으로 나누어 각각의 평면 구역과 경사 구역에 선저부의 선체면(11a)과 회전벨트의 외측 저면(24a)이 동일 평면 상에 위치되도록 마찰저항 감소 유닛(20)을 마련함으로써 복수개의 구역에서 선체부의 선체면(11a) 형상에 따라 마찰저항을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

선체(10)의 형상을 선저부(11)로 갈수록 좁아지게 형성하는 경우에는 편평한 선저부(11)의 형상보다 더 깊게 선체(10)를 물 속으로 가라앉게 할 수 있고 침수 표면적을 상대적으로 감소시켜 줌으로써 저항 성능을 향상시키는 효과가 있다. 이러한 경우에 본 실시예에서와 같이 복수개의 구역에 각각의 마찰저항 감소 유닛(20)을 마련함으로써 선체의 마찰저항을 효과적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 선체(10)가 큰 경우에는, 선저부(11)를 복수개의 구역으로 나누어 각각의 구역에 마찰저항 감소 유닛(20)을 마련함으로써, 필요에 따라 마찰저항 감소 유닛(20)을 소형화시킬 수 있다. 마찰저항 감소 유닛(20)이 소형화됨에 따라 마찰저항 감소 유닛(20)의 설치 및 유지 보수를 용이하게 할 수 있다. 또한, 선체(10)가 큰 경우에는 대형의 회전벨트(24)가 필요하게 되는데, 대형 회전벨트(24)를 구동시키는 것은 에너지 효율이 저하될 수 있으므로 적당한 크기의 회전벨트(24)를 선택하여 구역별로 구동시킴으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 실시예의 마찰저항 감소 선박은, 선저부에 함몰설치부와 인접하여 마련되어 선저부에서의 유속을 측정하는 복수개의 유속계측기(30)와, 복수개의 마찰저항 감소 유닛(20)의 구동모터(23)의 회전속도를 개별적으로 제어하는 개별제어유닛(미도시)을 더 포함한다.

개별제어유닛은, 복수개의 유속계측기(30)에서 측정된 유속에 따라 그 유속계측기(30)와 인접한 마찰저항 감소 유닛(20)의 회전벨트(24)의 구동 속도를 측정된 유속과 동일하도록 개별적으로 제어한다. 대형의 선체(10)인 경우에는 선저부(11)의 각 영역에서 서로 다른 유속을 갖는 경우가 있을 수 있고, 이러한 경우에 복수개의 유속계측기(30)와, 이와 연동하여 복수개의 마찰저항 감소 유닛(20)의 구동모터(23)를 개별적으로 제어하는 개별제어유닛에 의하여 각 구역별로 마찰저항을 효율적으로 감소시킬 수 있다.

본 실시예에서도 제2 실시예와 같이 회전벨트(24)가 대형인 경우에는 회전벨트(24)를 보조적으로 지지하고 구동시키는 적어도 하나의 보조 회전롤러(25)와, 보조 회전롤러(25)를 구동키시는 보조 구동모터(26)를 더 포함할 수 있음은 물론이다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 마찰저항 감소 선박
10 : 선체 11 : 선저부
11a : 선저부의 선체면 20 : 마찰저항 감소 유닛
21 : 함몰설치부 22 : 회전롤러
22a : 회전축 23 : 구동모터
24 : 회전벨트 24a : 회전벨트의 외측 저면
25 : 보조 회전롤러 26 : 보조 구동모터
30 : 유속계측기

Claims (10)

1. 선체; 및
   상기 선체의 선저부에, 저면이 상기 선체의 운항 방향과 반대방향으로 이동되도록 마련되어 상기 선저부에서의 마찰저항을 감소시키는 마찰저항 감소 유닛을 포함하며,
   상기 마찰저항 감소 유닛은,
   상기 선체의 상기 선저부에 상기 선체의 내측으로 함몰되어 마련되는 함몰설치부;
   상기 함몰설치부의 내측 양 단부에 상기 선체의 진행방향과 교차되는 방향으로 회전축을 갖도록 마련되는 한 쌍의 회전롤러;
   상기 회전롤러를 회전시키는 구동모터;
   상기 회전롤러를 감싸며 접촉되도록 마련되어 상기 회전롤러의 회전에 따라 구동되는 회전벨트; 및
   상기 선저부에 상기 함몰설치부와 인접하여 마련되어 상기 선저부에서의 유속을 측정하는 유속계측기를 포함하는 마찰저항 감소 선박.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 유속계측기로부터 측정된 유속과 동일한 속도로 상기 회전벨트가 구동되도록 상기 구동모터의 회전속도를 제어하는 제어유닛을 더 포함하는 마찰저항 감소 선박.
5. 제1항에 있어서,
   상기 회전벨트의 외측 저면이 상기 선저부의 선체면과 동일 평면 상에 위치되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 마찰저항 감소 선박.
6. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 회전롤러 사이에 마련되어 상기 회전벨트를 지지하며 구동시키는 적어도 하나의 보조 회전롤러를 더 포함하는 마찰저항 감소 선박.
7. 제6항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 보조 회전롤러를 구동시키는 보조 구동모터를 더 포함하는 마찰저항 감소 선박.
8. 제1항에 있어서,
   상기 마찰저항 감소 유닛은 복수개로 마련되어 상기 선저부를 복수개의 구역으로 나누고, 각각의 구역에 상기 선저부의 형상에 따라 상기 회전벨트의 외측 저면이 상기 선저부의 선체면과 동일 평면 상에 위치되며,
   상기 복수개의 마찰저항 감소 유닛의 구동모터의 회전속도를 개별적으로 제어하는 개별제어유닛을 더 포함하는 마찰저항 감소 선박.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 한 쌍의 회전롤러 사이에 마련되어 상기 회전벨트를 지지하며 구동시키는 적어도 하나의 보조 회전롤러; 및
    상기 적어도 하나의 보조 회전롤러를 구동키시는 보조 구동모터를 더 포함하는 마찰저항 감소 선박.

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