KR101347347B1 - 모형시험 수조 - Google Patents

Abstract

모형시험 수조가 개시된다. 본 실시 예에 따른 모형시험 수조는 길이방향을 따라 어느 하나의 영역에서 제1수심을 갖는 제1저수부와 상기 길이방향을 따라 다른 하나의 영역에서 제1수심보다 깊은 제2수심을 갖는 제2저수부를 구비한 저수부를 포함하며, 저수부가 해양수조 및 내항조종수조 중 어느 하나로 사용될 수 있도록 제2저수부에는 제2수심을 가변시키도록 승강 이동하는 수심조절판이 구비된다.

Description

모형시험 수조{MODEL TEST BASIN}

본 발명은 선박 또는 해양 구조물의 유체역학적인 실험을 위하여 사용되는 모형시험 수조에 관한 것이다.

일반적으로 조선소에서 하나의 선박을 설계해서 생산하기 위하여 먼저 선박의 용도, 적재능력, 운항 속력, 항속거리, 선체구조, 강도, 복원 성능, 하역능력, 거주성 등에 대한 제반 요구조건을 만족시키기 위한 주요치수, 선형, 엔진의 종류 등을 결정하는 기본설계 과정을 거친다.

이러한 기본설계 과정에서는 선박의 유체역학적인 성능을 확인하거나 추정하기 위한 모형시험이 수행된다. 즉, 운항속력을 확인하고, 복원성능이나 파랑중의 안정성, 저항성능시험, 추진기 효율을 확인하는 추진성능시험, 파도나 조류 등 외부조건에 대한 배의 거동을 살피는 내항성능시험, 배의 운전능력을 시험하는 조종성능시험 등 다양한 모형시험들이 모형시험 수조를 통하여 수행된다.

또한, 모형시험 수조는 시험하려는 대상이나 성능의 특징에 따라 그 시험 조건이 다르므로 각 시험에 알맞은 모형시험 수조들이 구비된다. 이러한 모형시험 수조는 선박의 저항추진시험을 주로 실행하는 길이가 길고 폭이 좁은 예인수조와, 프로펠러의 시험을 수행하는 공동수조 외에 파랑 중 항주하는 선박의 운동성능과 자유항주 조종성능을 시험하기 위한 내항조종수조와, 조류, 바람 및 파도의 환경 속에서 정지상태에서 작업을 주로하는 해양 구조물 시험을 위한 해양수조 등이 사용되고 있다.

한편, 내항성능 및 조종성능을 실험하기 위한 내항조종수조(Seakeeping & Manoeuvring Basin) 및 해양수조(Offshore Basin)의 경우에는 수조 자체 외에 파도, 바람 및 조류 등의 외부조건을 만들기 위한 장치가 구비되어야 하므로 이들을 별도의 수조로 건립하는 데에는 많은 비용이 소요되는 문제가 있게 된다.

본 발명의 실시 예는 내항조종수조 및 해양수조의 두 기능을 가질 수 있는 모형시험 수조를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 길이방향을 따라 어느 하나의 영역에서 제1수심을 갖는 제1저수부와 상기 길이방향을 따라 다른 하나의 영역에서 제1수심보다 깊은 제2수심을 갖는 제2저수부를 구비한 저수부를 포함하며, 상기 저수부가 해양수조 및 내항조종수조 중 어느 하나로 사용될 수 있도록 상기 제2저수부에는 상기 제2수심을 가변시키도록 승강 이동하는 수심조절판이 구비되는 모형시험 수조를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제2저수부의 수심을 상기 제1저수부의 수심과 일치시키도록 상기 수심조절판을 상승 이동시키는 승강구동장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2저수부에는 상기 제2수심보다 깊은 제3수심을 갖는 피트(pit)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 저수부의 양측에 상기 길이방향을 따라 평행하게 배치되는 한 쌍의 주행레일을 따라 이동하는 주행전차와, 상기 저수부에서 모형선의 거동을 시험하기 위한 외부환경을 조성하는 조파장치,조류발생장치 및 바람발생장치 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 조파장치는 상기 저수부의 측벽들 중 서로 이웃하는 두 측벽에 설치되어 파도를 발생하는 조파기와, 상기 조파기가 설치되는 두 측벽과 대향하는 다른 두 측벽에 설치되어 상기 조파기에 의해 생성된 파도를 상쇄하는 소파기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 두 측벽에 설치된 소파기 중 적어도 하나는 이동 가능하게 마련될 수 있다.

또한, 상기 조류발생장치는 상기 저수부로 물이 토출되도록 상기 제2저수부의 일측 단변에 설치되는 입수부; 및 상기 저수부의 물이 배출되도록 상기 제2저수부의 일측 단변과 마주하는 상기 제2저수부의 타측 단변 및 상기 제1저수부의 단변에 각각 설치되는 출수부;를 포함할 수 있다.

본 실시 예의 모형시험 수조는 하나의 수조에 의해 내항조종수조 및 해양수조의 기능을 가질 수 있어 제작비용의 절감에 따른 생산성이 향상되게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모형시험 수조의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모형시험 수조의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모형시험 수조의 단면도이다.
도 4는 본 실시예의 모형시험 수조가 내항조종수조로 이용되는 상태를 나타낸 것이다.
도 5는 본 실시예의 모형시험 수조가 해양수조로 이용되는 상태를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모형시험 수조의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모형시험 수조의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 모형시험 수조의 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 모형시험 수조(10)는 모형선 등을 이용하여 시험을 수행하기 위한 것으로서, 파랑 중 항주하는 선박의 운동성능과 자유항주 조종성능을 시험하기 위한 내항조종수조 및 파도, 바람, 조류의 환경 속에서 정지 상태에서 작업을 주로하는 해양구조물 시험을 수행하는 해양수조의 기능을 하나의 수조(10)를 통하여 구현되도록 마련될 수 있다.

일반적으로 내항조종수조는 30~50m의 넓은 폭과 3~5m 정도의 수심 및 50m 이상의 길이를 가지고, 해양수조는 30~50m 정도의 폭과 길이 및 10m 이상의 수심을 가진다.

이러한 내항조종수조 및 해양수조의 기능을 가질 수 있도록 본 실시예의 모형시험 수조(10)는 내항조종수조의 기능을 수행하도록 길이방향(L)으로 길이가 긴 장방형 저수부(20)를 구비하고, 저수부(20)는 길이방향(L)을 따라 어느 일 영역에서는 내항조종수조에 적합한 제1수심을 가지는 제1저수부(21)를 구비하고, 다른 일 영역에서는 해양수조에 적합한 제2수심을 가지는 제2저수부(22)를 가지도록 마련된다.

즉, 저수부(20)의 바닥은 높이 차이를 가지도록 단차지게 마련되고, 단차진 부분(20a)에 의해 서로 구분되는 저수부(20)의 두 영역은 서로 다른 수심을 가지는 제1저수부(21)와 제2저수부(22)로 형성된다.

제1저수부(21)의 제1수심보다 상대적으로 깊은 제2수심을 가지는 제2저수부(22)의 바닥에는 심해에서의 시험을 위하여 제2수심보다 상대적으로 깊은 제3수심을 가지며, 원형 또는 사각형 형상의 단면을 가지는 피트(pit,23)가 상하방향으로 길게 형성될 수 있다.

또한, 제2저수부(22)에는 제2저수부(22)의 제2수심을 가변하기 위하여 상하방향으로 승강 이동 가능하게 설치되는 수심 조절판(30)(도3참조)이 설치된다.

수심 조절판(30)은 제2저수부(22)의 수심이 적어도 제1저수부(21)의 수심과 일치되는 위치까지 상승하도록 마련되어 저수부(20)가 내항조종수조로 이용되는 경우에는 저수부(20) 전체가 동일한 수심을 가지도록 한다. 또한, 수심 조절판(30)은 필요한 경우에는 수면 위 까지도 상승할 수 있도록 마련될 수 있다.

이러한 수심 조절판(30)은 제2저수부(22)의 크기와 실질적으로 대응하는 크기를 가지도록 마련되고, 수심 조절판(30)을 승강 이동시키는 승강 구동장치(40)에 의하여 이동하게 된다. 승강 구동장치(40)는 수심 조절판(30)의 하부에서 유압 또는 공압 실린더에 의해 수심 조절판(30)을 승강 이동시키는 엑츄에이터로 이루어지거나 수심 조절판(30)에 와이어를 연결하여 와이어를 감거나 풀림에 의해 수심 조절판(30)을 이동시키는 별도의 리프터로 이루어질 수 있다. 이러한 승강 구동장치(40)는 수심 조절판(30)을 승강 이동시키는 것이라면 어느 것이라도 적용할 수 있을 것이다.

제2저수부(22)의 피트(23)와 대응하는 수심 조절판(30)의 부분에는 피트(23)의 개구와 대응하는 너비를 가지며 개폐 가능하게 설치되는 피트커버(31)가 마련될 수 있다.

피트커버(31)는 심해 시험을 위하여 피트(23)를 사용하는 경우에는 수심 조절판(30)에서 분리 또는 회전됨에 따라 피트(23)를 개방시키도록 설치될 수 있다.

한편, 수조(20)의 양측에는 수조(20)의 길이방향(L)을 따라 평행하게 배치되는 한 쌍의 주행레일(50)이 마련되고, 모형선 등을 예항하는 주행전차(51)는 주행레일(50)을 따라 수조(20)의 길이방향(L)을 따라 이동하도록 배치된다.

또한, 수조(20)는 선박 또는 해양구조물의 모형 실험을 위한 외부환경을 조성하는 조파장치(60), 조류발생장치(70) 및 바람발생장치(80)를 포함한다.

조파장치(60)는 수조 내부의 채워진 물에 파도를 발생하기 위한 조파기(61,62)와, 조파기(61,62)에 의해 발생된 파도를 소멸시키기 위한 소파기(63,64)를 포함한다.

조파기(61,62)는 저수부(20)의 길이방향(L) 또는 폭방향(W)으로 진행하는 파도를 만들기 위하여 장방형 저수부(20)의 인접하는 두 측벽에 설치되고, 소파기(63,64)는 조파기(61,62)에서 발생되어 진행되는 파도를 소멸시키도록 조파기(61,62)가 설치된 두 측벽과 대향하는 두 측벽에 설치될 수 있다.

조파기(61,62)는 저수부(20)의 측벽에 설치되어 수면에 대하여 상하 또는 전후로 왕복 작동하면서 필요로 하는 파도를 발생시키는 다수의 조파체(65)를 구비하고, 다수의 조파체(65)는 유압 실린더, 전기 모터, 기어 및 벨트 등의 다수의 구동장치를 통하여 일정한 주기로 구동되도록 구비될 수 있다. 이러한 조파기(61,62)는 저수부(20)에 채워진 물에 파도를 생성하기 위한 공지된 장치로 적용될 수 있다. 즉, 조파기(61,62)의 조파체는 피스톤(piston)형, 플랩(flap)형, 플런저(plunger)형, 에어 쿠션(cushion)형 등 다양하게 구성될 수 있다.

소파기(63,64)는 조파기(61,62)로부터 보내오는 파도를 상쇄하기 위한 것으로서, 소파기(63,64)가 설치된 두 측벽까지 도달된 파도의 에너지를 흡수하여 반사파의 발생을 억제하기 위한 공지된 장치로 구성될 수 있다.

이러한 소파기(63,64)는 경사진 면에 요철부를 갖는 소파판(미도시)으로 이루어지거나 직립형 플레이트의 내부에 스펀지와 같은 공극을 갖는 소파재가 충전되는 소파판으로 이루어질 수 있다. 또한, 소파기(63,64)는 소파용 플랩의 요동에 의하여 소파작용을 수행하는 능동형 소파장치로 구성될 수 있다.

한편, 소파기(63,64) 중 저수부(20)의 단변에 설치되는 소파기(64)는 저수부(20)의 길이방향(L)을 따라 이동 가능하게 배치될 수 있다. 이러한 소파기(64)는 저수부(20)에 설치되는 레일(미도시)을 따라 이동되도록 구성되거나, 이동을 위한 별도의 휠 또는 롤러를 구비하여 수동 조작 또는 자동식으로 이동되도록 구성할 수 있다.

이동 가능하게 설치되는 소파기(64)는 수조(10)가 내항조종수조로 이용되는 경우에는 저수부(20)의 단변 측벽에 인접하게 배치되고, 수조(10)가 해양수조로 이용되는 경우에는 저수부(20)의 단차진 부분(20a)에 인접하도록 이동하여 제2저수부(22)의 단차진 부분(20a) 상부의 수면 근처에서 소파 기능을 수행하도록 배치될 수 있다.

조류발생장치(70)는 저수부(20) 내에 저수부(20)의 길이방향(L)으로 수류를 발생시키기 위한 것으로서, 제2저수부(22)의 마주보는 단변 양측벽에 각각 설치되는 입수부(71)와 출수부(72)를 구비할 수 있다.

입수부(71)는 도시하지 않은 펌프 또는 스러스터(thruster)를 가지는 수류생성부와 연결되어 수류생성부에 의해 유동하는 물이 저수부(20)쪽으로 토출되는 부분을 이루고, 출수부(72)는 제2저수부(22)의 물이 배출되어 다시 수류생성부로 돌아가는 부분을 이룬다. 수류생성부는 제2저수부(22)의 외측에 설치되어 입수부(71)와 출수부(72)를 연통하며 상기 펌프 또는 스러스터가 배치되는 유로를 구비할 수 있다.

즉, 조류발생장치(70)는 입수부(71)와 출수부(72)를 통해 물이 순환되도록 함으로써 제2저수부(22)의 길이방향(L)을 따라 수류를 발생시킨다.

또한, 출수부(72)는 제1저수부(21)의 단변 측벽에도 설치될 수 있다.

바람발생장치(80)는 저수부(20)의 상부에 바람을 불어 실험에 필요한 기상조건을 조성하기 위한 것으로서, 구동모터에 의해 회전하는 송풍기를 포함할 수 있다. 이러한 바람발생장치(80)는 구동모터의 회전수를 증감하는 것에 의하여 원하는 풍압을 자유롭게 조종한다.

이하에서는 본 발명의 모형시험 수조의 작동 및 효과에 대하여 설명한다. 도 4는 본 실시예의 모형시험 수조가 내항조종수조로 이용되는 상태를 나타낸 것이고, 도 5는 본 실시예의 모형시험 수조가 해양수조로 이용되는 상태를 나타낸 것이다.

먼저, 본 실시예의 모형시험 수조가 내항조종수조로 이용되는 경우에는 수조(10)의 전부가 저수조로 사용될 수 있도록 도 4에 도시한 바와 같이 제2저수부(22)에 배치되는 수심 조절판(30)은 제2저수부(22)의 수심이 제1저수부(21)의 수심과 일치되도록 상승한다. 그리고, 주행레일(50)을 따라 이동하는 주행전차(51)를 통해 모형선을 저수부(20)의 길이방향으로 이동시키면서 조성되는 외부 환경하에서 모형선의 운동성능과 조종성능을 시험하게 된다.

그리고, 모형시험 수조(10)가 해양구조물 시험에 적합한 해양수조로 이용되는 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이 저수부(20)의 단변 측벽에 배치된 이동식 소파기(64)를 단차진 측벽(20a)까지 이동시켜 제2저수부(22)의 단차진 부분(20a) 상부의 수면 근처에서 소파 기능을 수행하도록 배치한다.

그리고, 제2저수부(22)에서 조파장치(60), 조류발생장치(70) 및 바람발생장치(80)에 의해 조성되는 환경하에서 해양 구조물 시험을 실시하게 된다. 이 경우, 저수부(20)의 장변 측벽에 배치되는 조파기(62)는 제2저수부(22)를 형성하는 부분에 배치된 조파기(62)의 일부만이 동작되도록 구현된다.

이러한 구성을 통하여, 시험을 위하여 내항조종수조 및 해양수조를 각각 별도로 건립함에 따른 제작 비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 공간 활용성이 증가하게 된다. 즉, 각각 별개로 수조를 구비하는 경우에는 각 수조마다 조파장치, 조류발생장치, 바람발생장치 등의 장비가 마련되어야 하나 본 실시예의 모형시험 수조는 하나의 설치된 장비를 통하여 공통적으로 사용할 수 있게 되므로 제작비용을 대폭적으로 절감할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예의 저수부(20)는 다른 수심을 가지도록 단차지게 마련됨에 따라 저수부의 전체에 수심을 가변하기 위한 장치가 필요치 않게 되므로 수심 조절판(30)의 구성을 단순화 시킬 수 있게 되므로 공사비의 절감을 이룰 수 있게 된다.

한편, 본 실시예의 모형시험 수조는 제2저수부(22)가 수조의 한쪽 부분에 편향되도록 배치되었으나, 제2저수부(22)가 저수부(20)의 중앙 부분에 형성되도록 구성할 수 있음을 밝힌다.

이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.

10: 수조, 20: 저수부,
21: 제1저수부, 22: 제2저수부,
23: 피트, 30: 수심 조절판,
40: 승강 구동장치, 50: 주행레일,
51: 주행전차, 60: 조파장치,
61,62: 조파기, 63,64: 소파기,
70: 조류발생장치, 80: 바람발생장치.

Claims (7)

1. 길이방향을 따라 어느 하나의 영역에서 제1수심을 갖는 제1저수부와, 상기 길이방향을 따라 다른 하나의 영역에서 제1수심보다 깊은 제2수심을 갖는 제2저수부를 구비한 저수부를 포함하며,
   상기 저수부가 해양수조 및 내항조종수조 중 어느 하나로 사용될 수 있도록 상기 제2저수부에는 상기 제2수심을 가변시키도록 승강 이동하는 수심조절판이 구비되고,
   상기 제2저수부에는 상기 제2수심보다 깊은 제3수심을 갖는 피트(pit)가 설치되는 모형시험 수조.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제2저수부의 수심을 상기 제1저수부의 수심과 일치시키도록 상기 수심조절판을 상승 이동시키는 승강구동장치를 더 포함하는 모형시험 수조.
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 저수부의 양측에 상기 길이방향을 따라 평행하게 배치되는 한 쌍의 주행레일을 따라 이동하는 주행전차와, 상기 저수부에서 모형선의 거동을 시험하기 위한 외부환경을 조성하는 조파장치, 조류발생장치 및 바람발생장치 중 적어도 하나 이상을 포함하는 모형시험 수조.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 조파장치는,
   상기 저수부의 측벽들 중 서로 이웃하는 두 측벽에 설치되어 파도를 발생하는 조파기;
   상기 조파기가 설치되는 두 측벽과 대향하는 다른 두 측벽에 설치되어 상기 조파기에 의해 생성된 파도를 상쇄하는 소파기를 포함하는 모형시험 수조.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 다른 두 측벽에 설치된 소파기 중 적어도 하나는 이동 가능하게 마련되는 모형시험 수조.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 조류발생장치는
   상기 저수부로 물이 토출되도록 상기 제2저수부의 일측 단변에 설치되는 입수부; 및
   상기 저수부의 물이 배출되도록 상기 제2저수부의 일측 단변과 마주하는 상기 제2저수부의 타측 단변 및 상기 제1저수부의 단변에 각각 설치되는 출수부;를 포함하는 모형시험 수조.

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