KR101302033B1 - 가변형 벌브가 구비된 선박 - Google Patents

Abstract

가변형 벌브가 구비된 선박이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 벌브가 구비된 선박은, 선체; 선체의 선수부의 하부에 설치되어 승하강하는 가변형 벌브; 및 가변형 벌브와 선수부를 연결하며, 가변형 벌브를 흘수선 상부로 상승시키거나 흘수선 하부로 하강시키는 구동부를 포함한다.

Description

가변형 벌브가 구비된 선박{A ship with variable bulb}

본 발명은, 가변형 벌브가 구비된 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 선박이 운항하는 해역의 조건에 따라 상하로 이동할 수 있는 가변형 벌브가 구비된 선박에 관한 것이다.

선박의 벌브(bulb)는 선박의 운항 시 선박의 선체에서 나오는 파(wave)에 의한 조파저항을 감소시키려는 목적으로 고안되어 일반 상선에 널리 사용되고 있다.

벌브가 조파저항을 줄이는 원리는 도 1과 같다. 도 1을 참조하면, 선박의 운항 시에 선체(10)가 발생시키는 선수파(W1)는 선수부 상에서 파형이 시작되고, 벌브(11)에 의해 발생된 파(W2)는 벌브(11)의 바로 뒤에서 파형이 시작된다.

벌브(11)를 선수부에 설치하는 경우에 선체에 의해 발생되는 선수파(W1)와 벌브(11)에 의해 발생된 파(W2)가 상호 간섭하여 중첩파(W3)를 이루며, 선체(10)에 의해 발생되는 선수파(W1)가 벌브에 의해 발생되는 파(W2)에 의해 파상쇄(Wavecanceling)된다. 이와 같이 선박에 벌브(11)를 설치한 경우 선박의 선수부에 발생하는 파의 높이를 낮추어 조파저항을 감소시킬 수 있다.

그런데 이러한 벌브(11)는 일반해역을 운항하는 선박에만 채용될 수 있다. 즉, 북극해와 같이 결빙해역(結氷海域)을 통과하는 선박의 경우 벌브(11)를 설치할 수 없다. 결빙해역의 경우 유빙(流氷)과의 충돌로 인해 벌브(11)가 손상될 가능성이 높고, 이로 인한 선체의 손상은 선박의 좌초 혹은 침몰 등 큰 위험을 초래할 수 있기 때문이다.

이러한 이유로, 북극해에서 일반해상까지 운항하는 선박의 경우에는 각 해역의 특징이 매우 다르므로 선박의 성능이 해역에 따라 크게 떨어질 가능성이 매우 높다. 즉, 결빙해역에서는 벌브가 없으므로 운항에 유리하지만, 일반해역에서는 그 성능이 매우 떨어지는 문제가 있다.

따라서 벌브가 없는 것이 유리한 상황이면 벌브가 없는 상태에서, 벌브가 있는 것이 유리한 해역에서는 벌브효과를 볼 수 있도록 하여 모든 해역에서 운항 성능을 유지할 수 있는 선박의 개발이 필요한 실정이다.

[특허문헌 1] US 등록특허 4,658,746 1987.04.21.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 일반해역과 결빙해역에서 모두 운항 성능을 유지할 수 있는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체; 상기 선체의 선수부의 하부에 설치되어 승하강하는 가변형 벌브; 및 상기 가변형 벌브와 상기 선수부를 연결하며, 상기 가변형 벌브를 흘수선 상부로 상승시키거나 흘수선 하부로 하강시키는 구동부를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.

상기 선체가 결빙해역을 항해할 때에는 흘수선의 상부로 상기 가변형 벌브가 상승하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 선체가 일반해역을 항해할 때에는 흘수선의 하부로 상기 가변형 벌브가 하강하도록 상기 구동부를 제어할 수 있다.

상기 구동부는, 상기 가변형 벌브의 양측에 결합되는 한 쌍의 제1 승강부재;

상기 한 쌍의 제1 승강부재 중 적어도 하나와 나사결합되는 제2 승강부재; 및 상기 제2 승강부재를 회전시켜 상기 제1 승강부재를 승강시키는 제1 구동모터를 포함할 수 있다.

상기 제2 승강부재는, 상기 한 쌍의 제1 승강부재 중 어느 하나와 슬라이딩 가능하도록 결합하여, 상기 가변형 벌브의 승하강을 가이드하는 것을 특징으로 한다.

상기 구동부는, 상기 가변형 벌브 내에 설치되고, 회전축이 상기 제1 승강부재에 결합되어, 상기 가변형 밸브를 회전시키는 제2 구동모터를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 가변형 벌브가 상기 선체의 흘수선의 하부에 위치한 상태에서 상기 선체가 항해할 때 상기 가변형 벌브가 회전하도록 상기 제2 구동모터를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 상기 가변형 벌브가 상기 선체의 흘수선의 상부로 상승할 때, 상기 제1 승강부재와 나란한 방향이 되도록 상기 제2 구동모터의 가동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 승강부재의 측면과 상기 선체에 연결되어, 상기 가변형 벌브에 미치는 횡방향 압력을 지지하는 횡방향 지지부재를 더 포함할 수 있다.

상기 횡방향 지지부재는, 상기 가변형 벌브가 승하강함에 따라 상기 제1 승강부재와의 연결 길이가 조절되는 유압 실린더일 수 있다.

상기 선체의 선수부에는 상기 가변형 벌브가 상승할 때 이를 수용하는 수용홈이 마련될 수 있다.

상기 가변형 벌브의 단면은 원형, 익형, 쐐기형, 다면체 중 어느 하나로 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 결빙해역과 일반해역을 모두 운항하는 선박에 있어서, 해역조건에 따라 벌브의 효과가 필요할 때에는 벌브를 흘수선 아래로 하강시키고, 벌브의 효과가 필요하지 않을 때에는 흘수선 위로 상승시킴으로써, 결빙해역과 일반해역 모두에서 효율적으로 운항할 수 있는 가변형 벌브가 구비된 선박을 제공할 수 있다.

도 1은 선수파와 벌브에 의해 발생된 파의 간섭을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 벌브를 구비하는 선박의 개략적인 정면도이다.
도 3은 도 2의 가변형 벌브의 개략적인 측면도이다.
도 4는 도 2의 가변형 벌브를 승강시키는 구동부의 구조 단면도이다.
도 5는 도 2의 가변형 벌브를 회전시키기 위한 제2 구동모터의 개략적인 결합 구조도이다.
도 6은 가변형 벌브의 횡방향 압력을 지지하는 횡방향 지지부재의 결합 구조도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변형 벌브를 구비하는 선박의 개략적인 정면도이다.
도 8은 도 7의 가변형 벌브의 개략적인 측면도이다.
도 9는 도 7의 가변형 벌브를 회전시켜 상승시키는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 10은 가변형 벌브의 다른 단면형태를 나타내는 사시도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 벌브를 구비하는 선박의 개략적인 정면도이고, 도 3은 도 2의 가변형 벌브의 개략적인 측면도이며, 도 4는 도 2의 가변형 벌브를 승강시키는 구동부의 구조 단면도이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박은, 선체(10)와, 선체(10)의 선수부의 하부에 설치되어 승하강하는 가변형 벌브(20)와, 가변형 벌브(20)와 선수부를 연결하며 가변형 벌브(20)를 흘수선 상부로 상승시키거나 흘수선 하부로 하강시키는 구동부(30)와, 구동부(30)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다.

본 실시예의 가변형 벌브(20)가 적용되는 선박은 결빙해역과 일반 해역을 모두 운항하는 상선, 군함, 어선, 운반선, 드릴쉽 및 특수 작업선 등과 같이 자항능력을 갖는 선박에 적용될 수 있다.

결빙해역이 아닌 일반해역을 운항하는 선박에 있어서, 벌브는 조파저항을 효율적으로 줄일 수 있는 구성이나, 전술한 바와 같이, 결빙해역을 통과하는 선박의 경우 유빙과의 충돌로 인해 손상될 가능성이 있어 벌브가 구비되지 않는다.

본 실시예의 가변형 벌브(20)는 선박의 통과해역의 조건에 따라 벌브가 없는 것이 유리한 조건이면 벌브가 없는 상태에서, 벌브가 있는 것이 유리한 해역에서는 벌브효과를 볼 수 있도록 하는 구조로 마련된다.

본 실시예의 선체(10) 에는 가변형 벌브(20)를 수용하기 위한 벌브 수용홈(12)이 선체(10)의 선수부에 마련된다. 벌브 수용홈(12)은 가변형 벌브(20)가 흘수선 하부에서 상부로 상승할 때, 선수부와 간섭되는 것을 방지하기 위해 가변형 벌브(20)의 크기에 대응하는 폭과 깊이로 마련된다.

가변형 벌브(20)는 원통형상으로서 선박이 일반해역을 운항할 때에는 선수부의 하부의 흘수선 아래에 위치하는데, 종래 벌브가 일체형으로 구비된 선박에서의 벌브 위치와 동일한 위치일 수 있다.

구동부(30)는 가변형 벌브(20)를 승하강시키는 것으로, 가변형 벌브(20)의 양측에 결합되는 한 쌍의 제1 승강부재(31)와, 한 쌍의 제1 승강부재(31) 중 적어도 하나와 나사결합되는 제2 승강부재(32)와, 제2 승강부재(32)를 회전시켜 제1 승강부재(31)를 상승 또는 하강시키는 제1 구동모터(33)를 포함한다.

제1 승강부재(31)는 봉 형상으로 마련될 수 있으며, 한 쌍의 제1 승강부재(31) 중 적어도 어느 하나는 제2 승강부재(32)와 나사결합하기 위한 암나사가 형성된다. 또한, 선박의 항해 시 가변형 벌브(20)에 미치는 횡압력을 지지할 수 있도록 충분한 강성을 가진 부재로 마련된다.

한 쌍의 제1 승강부재(31)에 모두 암나사산을 형성하고, 제2 승강부재(32)와 모두 나사결합 되도록 할 수도 있으나, 한 쌍의 제1 승강부재(31) 중 어느 하나에만 암나사를 형성하고 다른 하나는 제2 승강부재(32)와 슬라이딩하며 가변형 벌브(20)의 승하강을 가이드하는 역할만 할 수 있도록 중공의 봉형 부재로 마련될 수도 있다.

제2 승강부재(32)는 제1 승강부재(31)와 나사결합 또는 슬라이딩 결합하는 한 쌍의 봉형 부재로 마련된다.

제1 승강부재(31)와 나사결합하는 제2 승강부재(32)에는 수나사가 형성되도록 마련되고, 제1 승강부재(31)와 슬라이딩 결합하는 제2 승강부재(32)는 제1 승강부재(31)에 삽입될 수 있도록 제1 승강부재(31)의 내경에 대응하는 봉형 부재로 마련된다.

제2 승강부재(32) 또한, 제1 승강부재(31)와 같이 항해 시 가변형 벌브(20)에 미치는 횡압력을 지지할 수 있도록 충분한 강성을 가진 부재로 마련된다.

제1 구동모터(33)는 한 쌍의 제2 승강부재(32) 중 제1 승강부재(31)와 나사결합하는 제2 승강부재(32)에 연결된다. 물론, 제1 승강부재(31)와 제2 승강부재(32)가 모두 나사결합하는 경우 한 쌍의 제2 승강부재(32) 각각에 제1 구동모터(33)가 연결될 수 있으며, 하나의 제1 구동모터(33)로 기어연결을 통하여 한 쌍의 제2 승강부재(32)를 동시에 회전시킬 수도 있다.

두 개의 제1 구동모터(33)로 한 쌍의 제2 승강부재(32) 각각을 구동시키는 경우에는 두 개의 제1 구동모터(33)를 동기화시켜 동일한 회전량으로 제2 승강부재(32)를 회전시키게 된다.

이러한 제1 구동모터(33)는 선체(10)에 고정될 수 있으며, 제1 구동모터(33)가 정회전 또는 역회전하면, 제2 승강부재(32)의 회전에 의해 제2 승강부재(32)에 나사결합된 제1 승강부재(31)가 상승하고, 이에 연결된 가변형 벌브(20)가 상승 또는 하강하게 된다.

제1 구동모터(33)의 구동은 제어부에 의해 이루어진다. 제어부는 선체가 결빙해역을 통과할 때에는 가변형 벌브(20)가 흘수선 상부에 위치할 때가지 제1 구동모터(33)를 정회전시키고, 선체가 일반해역을 통과할 때에는 가변형 벌브(20)가 흘수선 하부에 위치할 때가지 제1 구동모터(33)를 역회전시킨다.

도 5는 가변형 벌브를 회전시키기 위한 제2 구동모터의 개략적인 결합 구조도이다.

선박이 일반해역을 항해하는 중에 벌브가 회전하게 되면 마그누스 효과(magnus effect)가 발생할 수 있다. 마그누스 효과는 유체 속에서 회전하는 물체의 회전축이 유체의 흐름에 대하여 수직일 때, 유속 및 물체의 회전축에 대해 수직 방향의 힘이 생기는 현상을 말한다. 마그누스 효과가 발생하는 경우 벌브에 의한 조파저항의 감소효과가 증가한다고 보고되고 있다.

이를 위해 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 구동모터(34)가 가변형 벌브(20)의 내부에 장착되고, 제2 구동모터(34)의 회전축은 제1 승강부재(31)에 연결된다.

본 실시예에서 하나의 제2 구동모터(34)가 제1 승강부재(31)에 연결되는 것으로 예시하였으나, 제2 구동모터(34)는 제1 승강부재(31)에 대응하여 한 쌍으로 설치될 수도 있다.

제2 구동모터(34)가 구동되면 회전축이 제1 승강부재(31)에 연결되어 고정되어 있으므로, 제2 구동모터(34)가 회전하게 되고, 제2 구동모터(34)와 함께 가변형 벌브(20)가 회전하게 된다.

제어부는 가변형 벌브(20)가 선체(10)의 흘수선의 하부에 위치한 상태에서 선체가 항해할 때 가변형 벌브(20)가 회전하도록 제2 구동모터(34)를 제어한다.

이러한 제2 구동모터(34)의 동작은 본 실시예에서와 같이 원형 단면을 가진 가변형 벌브(2)에서는 마그누스 효과를 위해 동작하지만, 후술되는 다른 형태의 가변형 벌브(20)에서는 가변형 벌브(20)가 용이하게 벌브 수용홈(12)에 삽입될 수 있도록 하는데 도움을 주는 역할을 하게 된다.

도 6은 가변형 벌브의 횡방향 압력을 지지하는 횡방향 지지부재의 결합 구조도이다.

가변형 벌브(20)가 흘수선 상부에 위치한 채로 운항할 때에는 문제되지 않으나, 가변형 벌브(20)가 흘수선 하부에 위치하여 벌브효과를 발생시키며 일반해역을 항해하는 경우 가변형 벌브(20)는 해수에 의한 횡방향 압력을 받게 된다.

가변형 벌브(20)는 종래의 일체형 벌브에 비하여 횡방향 지지력이 작으므로 도 6에 도시된 횡방향 지지부재(35)에 의해 이를 보완하는 것이다.

횡방향 지지부재(35)의 일측은 선체(10)에 고정되며, 타측은 제1 승강부재(31)의 측면에 결합된다. 제1 승강부재(31)는 가변형 벌브(20)의 필요에 따라 승하강하게 되므로, 이에 연결되는 횡방향 지지부재(35)는 제1 승강부재(31)의 승하강에 따라 길이가 조절되도록 마련된다.

이러한 횡방향 지지부재(35)의 길이조절은 제1 구동모터(33)의 구동과 연동하여 작동하는 유압 실린더로 마련될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변형 벌브를 구비하는 선박의 개략적인 정면도이고, 도 8은 도 7의 가변형 벌브의 개략적인 측면도이며, 도 9는 도 7의 가변형 벌브를 회전시켜 상승시키는 방법을 나타낸 개략도이다.

본 실시예의 가변형 벌브(40)는 익형 단면을 가지며, 두께가 길이에 비하여 작으므로, 제1 승강부재(31)의 길이방향과 나란하도록 수직으로 세워서 상부로 이동시키는 것이 선체(10)의 공간활용과 구조적 측면에서 유리하다.

익형 단면을 가진 가변형 벌브(40)의 승하강 구동과 회전 구동은, 이전 실시예의 가변형 벌브(20)의 구동과 같이 구동부(30)에 의해 이루어지므로, 구동부(30)에 대한 자세한 설명은 생략한다.

본 실시예의 가변형 벌브(40)를 수직으로 세워 상승시키는 방법의 한 가지는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 구동모터(33)를 구동하여 가변형 벌브(40)를 상승시킴과 동시에 가변형 벌브(40)가 수직형태가 되도록 제2 구동모터(34)를 구동하여 회전시키는 것이다.

도 9의 (b)에 도시된 방법은, 가변형 벌브(40)의 회전 방향만 다를 뿐, 도 9의 (a)와 동일하다.

도 9의 (c)에 도시된 방법은, 가변형 벌브(40)를 상승시키기 전에, 제2 구동모터(34)를 가동하여 가변형 벌브(20)를 완전히 수직으로 세운 후, 제1 구동모터(33)를 가동시켜 가변형 벌브(40)를 상승시키는 방법이다.

제어부는 제1 구동모터(33)의 구동과 연동하여, 또는 제1 구동모터(33)의 구동 전에, 가변형 벌브(40)가 제1 승강부재(31)와 나란한 방향이 되도록 제2 구동모터(34)의 구동을 제어한다.

이와 같이 익형 단면의 가변형 벌브(40)를 수직으로 세워 상승시키면, 선수부와의 간섭폭이 줄어, 선수부에 마련되는 벌브 수용홈(12)의 크기를 줄일 수 있다.

도 10은 쐐기형 또는 다면체의 단면을 가진 가변형 벌브의 사시도이다.

도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 가변형 벌브는 쐐기형태로 마련될 수 있고, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 다면체의 단면을 갖는 형태로 마련될 수 있다.

이와 같이 가변형 벌브는 필요에 따라 다양한 단면 형태의 벌브가 채용될 수 있으며, 자전 구동이 가능한 단면을 가진 가변형 벌브의 경우 마그누스 효과를 얻을 수 있도록 회전 구동될 수 있으며, 길이가 긴 단면을 가진 가변형 벌브의 경우에는 전술한 바와 같이 벌브를 흘수선 상부로 상승시킴에 앞서 이를 수직으로 회전시켜 상승시킴으로써 공간효율을 높일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들은, 일반해역과 결빙해역을 모두 운항하는 선박에 있어서, 해역조건에 따라 벌브의 효과가 필요할 때에는 벌브를 흘수선 아래로 하강시키고, 벌브의 효과가 필요하지 않을 때에는 흘수선 위로 상승시킴으로써 일반해역과 결빙해역 모두에서 효율적으로 운항할 수 있는 가변형 벌브(20, 40)가 구비된 선박을 제공할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 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.

10: 선체 12: 벌브 수용홈
20: 가변형 벌브 30: 구동부
31: 제1 승강부재 32: 제2 승강부재
33: 제1 구동모터 34: 제2 구동모터
35: 횡방향 지지부재

Claims (12)

1. 선체;
   상기 선체의 선수부의 하부에 설치되어 승하강하는 가변형 벌브; 및
   상기 가변형 벌브와 상기 선수부를 연결하며, 상기 가변형 벌브를 흘수선 상부로 상승시키거나 흘수선 하부로 하강시키는 구동부를 포함하며,
   상기 구동부는,
   상기 가변형 벌브의 양측에 결합되는 한 쌍의 제1 승강부재;
   상기 한 쌍의 제1 승강부재 중 적어도 하나와 나사결합되는 제2 승강부재; 및
   상기 제2 승강부재를 회전시켜 상기 제1 승강부재를 승강시키는 제1 구동모터를 포함하는 선박.
2. 제1항에 있어서,
   상기 선체가 결빙해역을 항해할 때에는 흘수선의 상부로 상기 가변형 벌브가 상승하도록 상기 구동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 선박.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 선체가 일반해역을 항해할 때에는 흘수선의 하부로 상기 가변형 벌브가 하강하도록 상기 구동부를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 승강부재는 상기 한 쌍의 제1 승강부재 중 어느 하나와 슬라이딩 가능하도록 결합하여, 상기 가변형 벌브의 승하강을 가이드하는 것을 특징으로 하는 선박.
6. 제3항에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 가변형 벌브 내에 설치되고, 회전축이 상기 제1 승강부재에 결합되어, 상기 가변형 벌브를 회전시키는 제2 구동모터를 더 포함하는 선박.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 가변형 벌브가 상기 선체의 흘수선의 하부에 위치한 상태에서 상기 선체가 항해할 때 상기 가변형 벌브가 회전하도록 상기 제2 구동모터를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 가변형 벌브가 상기 선체의 흘수선의 상부로 상승할 때, 상기 제1 승강부재와 나란한 방향이 되도록 상기 제2 구동모터의 가동을 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
9. 제5항에 있어서,
   상기 제1 승강부재의 측면과 상기 선체에 연결되어, 상기 가변형 벌브에 미치는 횡방향 압력을 지지하는 횡방향 지지부재를 더 포함하는 선박.
10. 제9항에 있어서,
    상기 횡방향 지지부재는,
    상기 가변형 벌브가 승하강함에 따라 상기 제1 승강부재와의 연결 길이가 조절되는 유압 실린더인 것을 특징으로 하는 선박.
11. 제1항에 있어서,
    상기 선체의 선수부에는 상기 가변형 벌브가 상승할 때 이를 수용하는 수용홈이 마련되는 선박.
12. 제1항에 있어서,
    상기 가변형 벌브의 단면은 원형, 익형, 쐐기형, 다면체 중 어느 하나로 마련되는 선박.
    
    
    

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