KR101452855B1

KR101452855B1 - 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법

Info

Publication number: KR101452855B1
Application number: KR1020130146706A
Authority: KR
Inventors: 황승현; 반석호; 임근태; 안해성; 이영연; 김철희; 김명수; 유윤규; 이창용
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-10-23

Abstract

본 발명은, 모형선 내부에 설치되는 흘수측정장치, 무선송수신장치 및 무게중심변경장치와 모형선 외부에 설치되어 상기 무선송수신장치와 무선으로 교신하는 무선조절장치를 포함하는 모형선 흘수 자동 조절장치를 이용한 모형선의 흘수조건 설정방법으로서, 상기 흘수측정장치가 모형선의 흘수를 측정하고 측정흘수값을 상기 무선송수신장치에 전달하는 단계; 상기 무선송수신장치가 상기 흘수측정장치의 측정흘수값을 상기 무선조절장치에 송신하는 단계; 상기 무선조절장치가 상기 흘수측정장치의 측정흘수값이 미리 계산된 설정흘수값과 다를 경우 무게중심변경명령을 생성하는 단계; 상기 무선송수신장치가 상기 무선조절장치의 무게중심변경명령을 수신하여 상기 무게중심변경장치에 전달하는 단계 및; 상기 무게중심변경장치가 무게 추의 직선 왕복 이동을 통하여 모형선의 무게중심 위치를 자동으로 변경하는 단계;를 포함하는, 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법을 제공한다.

Description

무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법{method for automatic draught setting of model ship}

본 발명은 모형시험을 수행함에 있어서 수작업으로 무게 추의 위치를 변경함이 없이 자동화된 시스템을 통하여 모형선의 흘수조건을 신속하고 정확하게 맞출 수 있도록 하는 방법에 관한 것이다.

실선의 속도성능을 설계단계에서 예측하기 위한 방법으로, 실선과 기하학적 상사를 갖는 모형선을 이용하여 예인수조에서 저항 및 추진시험과 같은 모형시험을 수행한다. 이와 같은 모형시험은 모형선이 설계조건, 밸러스트조건 등 특정한 흘수조건에 맞추어진 상태에서 수행되며 모형시험의 계측결과는 모형선의 흘수조건을 얼마나 정확하게 맞추었는지에 영향을 받게 된다.

일반적으로 흘수조건에 맞도록 모형선을 설정하는 과정은 다음과 같은 절차를 거친다. 첫째, 모형선의 흘수조건에 맞는 배수량에서 모형선의 무게를 빼내어 얼마만큼의 무게 추를 모형선에 더 실어야 되는지를 계산한다. 둘째, 계산된 무게 추를 모형선에 싣고 자유표면(예인수조의 수면)과 모형선에 표시된 흘수선이 일치하도록 무게 추의 위치를 변경한다.

한편, 상기 두 번째 과정에서는 무게 추의 위치를 변경하기 위하여 무게 추를 모형선 내에서 들었다 놓았다 하는 절차를 반복하게 되는데, 이처럼 무게 추를 들었다 내려놓는 행위로 인해 모형선의 상하동요, 종동요, 횡동요 등과 같은 진동이 발생하게 된다. 그리고 이와 같이 모형선이 진동하는 경우 흘수선이 자유표면과 일치하는지를 육안으로 확인하려면 불가피하게 진동이 감쇠할 때까지 대기하여야 한다. 따라서 무게 추의 위치 변경 시 모형선의 진동을 최소화할 수 있도록 세심한 주의를 기울이는 것이 필요하며, 이 과정에서 작업자의 시간과 노력이 많이 소모된다.

모형선 시험장치(특허출원 제10-2010-0094517호)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 모형시험을 수행함에 있어서 수작업으로 무게 추의 위치를 변경함이 없이 자동화된 시스템을 통하여 모형선의 흘수조건을 신속하고 정확하게 맞출 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 모형선 내부에 설치되는 흘수측정장치, 무선송수신장치 및 무게중심변경장치와 모형선 외부에 설치되어 상기 무선송수신장치와 무선으로 교신하는 무선조절장치를 포함하는 모형선 흘수 자동 조절장치를 이용한 모형선의 흘수조건 설정방법으로서, 상기 흘수측정장치가 모형선의 흘수를 측정하고 측정흘수값을 상기 무선송수신장치에 전달하는 단계; 상기 무선송수신장치가 상기 흘수측정장치의 측정흘수값을 상기 무선조절장치에 송신하는 단계; 상기 무선조절장치가 상기 흘수측정장치의 측정흘수값이 미리 계산된 설정흘수값과 다를 경우 무게중심변경명령을 생성하는 단계; 상기 무선송수신장치가 상기 무선조절장치의 무게중심변경명령을 수신하여 상기 무게중심변경장치에 전달하는 단계 및; 상기 무게중심변경장치가 무게 추의 직선 왕복 이동을 통하여 모형선의 무게중심 위치를 자동으로 변경하는 단계;를 포함하는, 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 흘수측정장치는 모형선의 선수와 선미 그리고 좌현과 우현에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 무게중심변경장치는 모형선의 폭방향으로 설치되어 모형선의 폭방향 무게중심 위치를 변경하는 폭방향무게중심변경장치와 모형선의 길이방향으로 설치되어 모형선의 길이방향 무게중심 위치를 변경하는 길이방향무게중심변경장치가 쌍을 이루어 작동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 폭방향무게중심변경장치는 모형선의 센터라인에 대하여 수직방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 길이방향무게중심변경장치는 모형선의 센터라인에 대하여 수평방향으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 무선조절장치는 상기 폭방향무게중심변경장치와 상기 길이방향무게중심변경장치 중 어느 하나에 대해서만 무게중심변경명령을 내리거나 상기 폭방향무게중심변경장치와 상기 길이방향무게중심변경장치 모두에 대하여 동시다발적으로 무게중심변경명령을 내리는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 모형시험을 수행함에 있어서 수작업으로 무게 추의 위치를 변경함이 없이 자동화된 시스템을 통하여 모형선의 흘수조건을 신속하고 정확하게 맞출 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 흘수측정장치의 설치 예(모형선의 측면도).
도 2는 본 발명에 따른 모형선 흘수 자동 조절장치의 구성(모형선의 평면도).
도 3은 본 발명에 따른 무게중심변경장치의 구성 및 작동 예.
도 4는 본 발명에 따른 흘수측정장치의 예.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명은 모형시험을 수행함에 있어서 자동화된 시스템을 통하여 모형선(50)의 흘수조건을 신속하고 정확하게 맞출 수 있도록 하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 본 발명은 도 1 및 도 2에서는 보는 것과 같은 모형선 흘수 자동 조절장치를 통하여 구현될 수 있다.

이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 흘수측정장치의 설치 예(모형선의 측면도)를 보여준다. 그리고 도 2는 본 발명에 따른 모형선 흘수 자동 조절장치의 구성(모형선의 평면도)을 보여준다. 그리고 도 3은 본 발명에 따른 무게중심변경장치의 구성 및 작동 예를 보여준다.

본 발명에 따른 모형선 흘수 자동 조절장치는, 흘수측정장치(10), 무선송수신장치(20), 무선조절장치(30) 및 무게중심변경장치(40)를 포함하여 이루어진다(도 2).

흘수측정장치(10)는 모형선(50)에 설치되어 모형선(50)의 흘수를 측정하며, 그 측정흘수값을 무선송수신장치(20)에 전달한다. 흘수측정장치(10)와 무선송수신장치(20)는 모형선(50) 내에서 유선으로 연결된다. 그리고 흘수측정장치(10)는 모형선(50) 내에 설치된 축전지(60)와 전력선으로 연결되어 축전지(60)로부터 전력을 공급받는다. 흘수측정장치(10)로는 도 4에서 보는 것과 같은 서보식파고계 등이 이용될 수 있다.

흘수측정장치(10)의 설치위치와 관련하여, 흘수측정장치(10)는 모형선(50)의 선수와 선미 그리고 좌현과 우현에 각각 설치되는 것이 바람직하다(도 1, 도 2). 이는 모형선(50)이 경사지는 상황은 모형선(50)의 전후 및 좌우 여러 방향에 걸쳐 발생할 수 있으며 이 경우 모형선(50)의 흘수는 선수와 선미 그리고 좌현과 우현에서 각각 다르게 나타날 수 있기 때문에 이 때의 모형선(50)의 흘수를 정확하게 측정하기 위해서는 모형선(50)의 전후 및 좌우에 걸쳐 최소 네 군데 이상의 지점에서 흘수를 측정할 필요가 있기 때문이다.

무선송수신장치(20)는 모형선(50)에 설치되어 모형선(50) 외부의 무선조절장치(30)와 무선으로 교신한다(도 2). 무선송수신장치(20)는 모형선(50) 내에 설치된 축전지(60)와 전력선으로 연결되어 축전지(60)로부터 전력을 공급받는다. 무선송수신장치(20)는 흘수측정장치(10)로부터 측정흘수값을 전달받아 이를 무선조절장치(30)에 송신한다. 그리고 만약 무선조절장치(30)가 그 측정흘수값에 따라 무게중심변경명령을 생성하는 경우에는 이를 무선조절장치(30)로부터 수신하여 무게중심변경장치(40)에 전달한다.

무선조절장치(30)는 모형선(50) 외부에 설치되어 무선송수신장치(20)와 무선으로 교신한다(도 2). 무선조절장치(30)는 무선송수신장치(20)로부터 수신한 흘수측정장치(10)의 측정흘수값을 모니터링하여 측정흘수값이 미리 계산된 설정흘수값과 일치하는지를 판단한다. 여기서, 설정흘수값이란 모형선(50)의 설계흘수, 밸러스트흘수 등의 흘수조건을 만족하도록 흘수측정장치(10)의 설치 위치에서의 흘수값을 무선조절장치(30)에 미리 입력(설정)해 놓은 것이다. 여기서, 굳이 흘수측정장치(10)의 설치 위치에서의 흘수값을 사용하는 이유는 흘수조건에 따라 모형선(50)이 선수와 선미 그리고 좌현과 우현으로 기울어진 상태가 모형시험의 대상이 되는 조건일 수 있기 때문이다.

무선조절장치(30)는 흘수측정장치(10) 각각의 측정흘수값이 미리 계산된 설정흘수값과 다를 경우 무게중심변경명령을 생성한다. 여기서, 무게중심변경명령이란 측정흘수값이 설정흘수값과 일치하게 되도록 모형선(50)의 무게중심을 변경하여 모형선(50)의 흘수를 조절하라는 의미의 명령인데, 이러한 무게중심변경명령은 보다 구체적으로는 무게중심변경장치(40)가 무게 추(43)를 이동시키도록 요구하는 명령이다. 이처럼 무선조절장치(30)가 무게중심변경명령을 생성하면 그 무게중심변경명령을 무선송수신장치(20)가 수신하여 무게중심변경장치(40)에 전달한다.

무게중심변경장치(40)는 모형선(50)에 설치되며, 무선조절장치(30)의 무게중심변경명령이 있는 경우 무게 추(43)의 직선 왕복 이동을 통하여 모형선(50)의 무게중심 위치를 자동으로 변경한다. 무게중심변경장치(40)와 무선송수신장치(20)는 모형선(50) 내에서 유선으로 연결된다. 그리고 무게중심변경장치(40)는 모형선(50) 내에 설치된 축전지(60)와 전력선으로 연결되어 축전지(60)로부터 전력을 공급받는다.

도 3에서 보는 것과 같이, 무게중심변경장치(40)는, 편평한 바닥면을 갖는 베이스(41) 상에 놓여지는 볼스크류(42)와, 무게 추(43)를 탈착 가능한 상태로 장착하고 볼스크류(42)를 따라 왕복 이동하는 이동부(44)와, 볼스크류(42)를 구동시켜 이동부(44)를 이동시키는 모터(45)로 이루어진다. 즉, 무게중심변경장치(40)는 무선조절장치(30)의 무게중심변경명령이 있는 경우 모터(45)를 작동시켜 이동부(44)를 소정의 거리만큼 이동시키고 이에 따른 무게 추(43)의 이동을 통하여 모형선(50)의 무게중심 위치를 자동으로 변경하는 것이다.

한편, 무게 추(43)는 모형선(50)의 흘수조건을 만족할 수 있도록 미리 계산된 무게만큼이 이동부(44)에 장착된다. 즉, 모형선(50)의 흘수조건에 맞는 배수량에서 모형선(50)의 무게(이 경우 모형선(50)의 무게는 본 발명의 무게를 포함하는 개념이다)를 빼내고, 얼마만큼의 무게 추를 모형선(50)에 더 실어야 되는지를 계산한 후, 계산된 양의 무게 추 중 일부의 무게 추(43)를 이동부(44)에 장착하는 것이다. 이동부(44)에 장착되지 않은 나머지 무게 추는 모형선(50)의 내부에 설치한다. 이동부(44)에 장착되는 무게 추(43)의 무게는 모형시험이나 모형선(50)마다 매 번 달라질 수 있는 값이다.

한편, 이동부(44)에 설치된 무게 추(43)는 상황에 따라 그 무게가 상당히 나가는 경우도 있으며 이 경우 이동부(44)는 무게 추(43)의 무게로 인하여 이동 시 볼스크류(42) 상에서 기울어지거나 흔들리는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 경우를 대비하여 이동부(44)가 안정적으로 이동할 수 있도록 볼스크류(42)의 양 측에서 이동부(44)를 받쳐주는 LM가이드(46)를 구비하는 것이 바람직하다(도 3).

도 3에서, 무게중심변경장치(40)는 1축 구조(1개의 볼스크류(42)를 따라 이동부(44)가 한 쪽 방향으로만 왕복 이동하는 구조)이며 2축 구조가 아닌데, 이는 무게중심변경장치(40)를 2축 구조로 제작하는 경우 그 크기가 너무 커져버려 가뜩이나 협소한 모형선(50) 내 공간에 무게중심변경장치(40)를 배치하는 것이 매우 어려워질 수 있기 때문이다.

이에, 본 발명은 모형선(50)의 공간 활용도를 높이고자 1축 구조의 무게중심변경장치(40) 2개를 제작하여 모형선(50) 내 적절한 공간에 배치하고 이에 따라 모형선(50)의 폭방향 또는 길이방향 무게중심 위치를 변경할 수 있도록 하였는바, 이 경우 무게중심변경장치(40)는, 도 2에서 보는 것과 같이, 모형선(50)의 폭방향으로 설치되어 모형선(50)의 폭방향 무게중심 위치를 변경하는 폭방향무게중심변경장치(40a)와 모형선(50)의 길이방향으로 설치되어 모형선(50)의 길이방향 무게중심 위치를 변경하는 길이방향무게중심변경장치(40b)가 쌍을 이루어 작동하는 구조를 갖는다.

이 경우, 폭방향무게중심변경장치(40a)는 모형선(50)의 센터라인에 대하여 수직방향으로 설치되며, 길이방향무게중심변경장치(40b)는 모형선(50)의 센터라인에 대하여 수평방향으로 설치된다. 따라서 폭방향무게중심변경장치(40a)는 무게 추(43)의 이동에 따라 모형선(50)의 폭방향 무게중심 위치만을 변경하게 되며, 길이방향무게중심변경장치(40b)는 무게 추(43)의 이동에 따라 모형선(50)의 길이방향 무게중심 위치만을 변경하게 된다.

이 때, 무선조절장치(30)는 폭방향무게중심변경장치(40a)와 길이방향무게중심변경장치(40b) 중 어느 하나에 대해서만 무게중심변경명령을 내리거나 폭방향무게중심변경장치(40a)와 길이방향무게중심변경장치(40b) 모두에 대하여 동시다발적으로 무게중심변경명령을 내리는 것이 가능하다. 따라서 무선조절장치(30)가 폭방향무게중심변경장치(40a)와 길이방향무게중심변경장치(40b) 중 어느 하나에 대해서만 무게중심변경명령을 내리는 경우에는 모형선(50)은 폭방향과 길이방향 중 어느 한 방향에 대해서만 경사(흘수)가 바뀌게 되며, 무선조절장치(30)가 폭방향무게중심변경장치(40a)와 길이방향무게중심변경장치(40b) 모두에 대하여 동시다발적으로 무게중심변경명령을 내리는 경우에는 모형선(50)은 폭방향과 길이방향 모두에 대하여 경사(흘수)가 바뀌게 된다.

이하에서는, 본 발명에 따라 모형시험 시 모형선(50)의 흘수조건을 맞추는 과정에 대하여 설명한다.

먼저, 모형선(50)의 흘수조건에 맞는 배수량과 모형선(50)의 무게(이 경우 모형선(50)의 무게는 본 발명의 무게를 포함하는 개념이다) 간의 차를 통해 얼마만큼의 무게 추를 모형선(50)에 더 실어야 되는지를 계산하고, 본 발명을 모형선에 설치한 뒤, 계산된 양의 무게 추 중 일부의 무게 추(43)는 이동부(44)에 장착하고 나머지는 모형선(50) 내부에 설치한다. 이 상태에서 모형선(50)을 예인수조에 띄우면 곧바로 본 발명이 작동하게 되는바, 그 작동과정은 다음과 같다.

흘수측정장치(10)가 모형선(50)의 흘수를 측정하고 측정흘수값을 무선송수신장치(20)에 전달한다. 무선송수신장치(20)가 흘수측정장치(10)의 측정흘수값을 무선조절장치(30)에 송신한다. 무선조절장치(30)가 흘수측정장치(10)의 측정흘수값이 미리 계산된 설정흘수값과 다를 경우 무게중심변경명령을 생성한다. 무선송수신장치(20)가 무선조절장치(30)의 무게중심변경명령을 수신하여 무게중심변경장치(40)에 전달한다. 무게중심변경장치(40)가 무게 추(43)의 직선 왕복 이동을 통하여 모형선(50)의 무게중심 위치를 자동으로 변경한다.

이 경우, 무게 추(43)의 이동속도가 충분히 느리다면 모형선(50)이 동요하지 않고 평형상태를 유지하면서 모형선(50)의 흘수를 변경할 수 있는 장점이 있다. 결국 본 발명에 따르면, 모형시험을 수행함에 있어서 수작업으로 무게 추(43)의 위치를 변경함이 없이 자동화된 시스템을 통하여 모형선(50)의 흘수조건을 신속하고 정확하게 맞출 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 흘수측정장치 20 : 무선송수신장치
30 : 무선조절장치 40 : 무게중심변경장치
40a : 폭방향무게중심변경장치 40b : 길이방향무게중심변경장치
41 : 베이스 42 : 볼스크류
43 : 무게 추 44 : 이동부
45 : 모터 46 : LM가이드
50 : 모형선 60 : 축전지

Claims

모형선 내부에 설치되는 흘수측정장치, 무선송수신장치 및 무게중심변경장치와 모형선 외부에 설치되어 상기 무선송수신장치와 무선으로 교신하는 무선조절장치를 포함하는 모형선 흘수 자동 조절장치를 이용한 모형선의 흘수조건 설정방법으로서,
상기 흘수측정장치가 모형선의 흘수를 측정하고 측정흘수값을 상기 무선송수신장치에 전달하는 단계;
상기 무선송수신장치가 상기 흘수측정장치의 측정흘수값을 상기 무선조절장치에 송신하는 단계;
상기 무선조절장치가 상기 흘수측정장치의 측정흘수값이 미리 계산된 설정흘수값과 다를 경우 무게중심변경명령을 생성하는 단계;
상기 무선송수신장치가 상기 무선조절장치의 무게중심변경명령을 수신하여 상기 무게중심변경장치에 전달하는 단계 및;
상기 무게중심변경장치가 무게 추의 직선 왕복 이동을 통하여 모형선의 무게중심 위치를 자동으로 변경하는 단계;
를 포함하는, 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법.
청구항 1에 있어서,
상기 흘수측정장치는 모형선의 선수와 선미 그리고 좌현과 우현에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는, 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법.
청구항 1에 있어서,
상기 무게중심변경장치는 모형선의 폭방향으로 설치되어 모형선의 폭방향 무게중심 위치를 변경하는 폭방향무게중심변경장치와 모형선의 길이방향으로 설치되어 모형선의 길이방향 무게중심 위치를 변경하는 길이방향무게중심변경장치가 쌍을 이루어 작동하는 것을 특징으로 하는, 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법.
청구항 3에 있어서,
상기 폭방향무게중심변경장치는 모형선의 센터라인에 대하여 수직방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는, 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법.
청구항 3에 있어서,
상기 길이방향무게중심변경장치는 모형선의 센터라인에 대하여 수평방향으로 설치되는 것을 특징으로 하는, 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법.
청구항 3에 있어서,
상기 무선조절장치는 상기 폭방향무게중심변경장치와 상기 길이방향무게중심변경장치 중 어느 하나에 대해서만 무게중심변경명령을 내리거나 상기 폭방향무게중심변경장치와 상기 길이방향무게중심변경장치 모두에 대하여 동시다발적으로 무게중심변경명령을 내리는 것을 특징으로 하는, 무게 추의 자동적인 왕복 이동을 통한 모형선의 흘수조건 설정방법.