KR101518655B1 - 마그누스 로터를 지닌 화물선 및 화물선을 작동시키는 방법 - Google Patents

마그누스 로터를 지닌 화물선 및 화물선을 작동시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 마그누스 로터를 지닌 선박, 특히 화물선을 작동시키는 방법으로서, 본 작동 방법은 바람의 풍향을 파악하는 단계를 포함한다. 또한, 바람과 마그누스 로터 사이의 작용에 의해 본질적으로 선박의 전진 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 어느 하나의 회전 방향으로 적어도 하나의 마그누스 로터를 작동시키는 단계가 제공된다.

Description

마그누스 로터를 지닌 화물선 및 화물선을 작동시키는 방법{CARGO SHIP WITH MAGNUS ROTORS AND METHOD FOR OPERATING THE CARGO SHIP}
본 발명은 적어도 하나의 마그누스 로터(magnus rotor)를 지닌 선박, 특히 화물선을 작동시키는 방법에 관한 것이다.
마그누스 로터는 플레트너 로터(Flettner rotor) 또는 세일 로터(sail rotor)로도 지칭된다.
마그누스 효과(magnus effect)란 자신의 축을 중심으로 회전하고 그 축에 수직하게 유입 유동을 받는 실린더에서 그 축과 유입 유동 방향에 수직한 힘, 즉 횡력(transverse force)이 발생하는 것을 말한다. 회전하는 실린더 주위의 유동은 몸체 주위의 균질한 유동과 와류의 중첩으로서 해석될 수 있다. 전체 유동의 불균일한 분포로 인해, 실린더 둘레에 비대칭적 압력 분포가 생기게 된다. 따라서 선박은 바람의 유동 중에서 유효 풍향, 즉 최고 속도를 가지고 보정한 풍향에 수직한 힘을 생성하는 회전 로터들 또는 로터리 로터들을 구비하는데, 그와 같이 생성된 힘은 항해 시와 유사하게 선박을 추진하는데 사용될 수 있다. 수직으로 세워진 실린더는 자신의 축을 중심으로 회전하고, 그러면 옆으로부터 유입되는 공기가 표면 마찰에 의거하여 바람직하게는 실린더를 중심으로 한 회전 방향으로 흐르게 된다. 그 때문에, 정면 측에서는 유동 속도가 더 높고 정압이 더 낮으며, 그에 따라 선박이 전진 방향으로 힘을 얻게 된다.
그러한 선박은 이미 Claus Dieter Wagner의 "세일 장치(sail machine)", Ernst Kabel Verlag GmbH, Hamburg, 1991년, S. 156으로부터 공지되어 있다. 여기서는, 플래트너 로터로도 지칭되는 마그누스 로터를 화물선용 구동 장치 또는 보조 구동 장치로서 사용할 수 있는지 여부가 연구되었다.
그러한 선박들은 마그누스 효과를 오직 선박의 추진력을 생성하기 위해서만 이용한다는 점에서 공통적이다.
본 발명의 과제는 전적으로 선박의 추진력을 생성하기 위한 것 이외의 또 다른 목적들로 마그누스 효과를 이용하는, 적어도 하나의 마그누스 로터를 지닌 선박, 특히 화물선을 작동시키는 방법을 제공하는 것이다.
그러한 과제는 본 발명에 따라 적어도 하나의 마그누스 로터를 포함한 선박, 특히 화물선을 작동시키는 청구항 1, 청구항 2, 및 청구항 3에 따른 방법에 의해 그리고 청구항 4에 따른 선박에 의해 해결된다.
즉, 본 발명에 따르면, 바람의 풍향을 파악하는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 마그누스 로터를 지닌 선박, 특히 화물선을 작동시키는 방법이 제공된다. 또한, 바람과 마그누스 로터 사이의 작용에 의해 본질적으로 선박의 전진 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 어느 하나의 회전 방향으로 적어도 하나의 마그누스 로터를 작동시키는 단계가 제공된다.
그럼으로써, 한편으로 선박을 후진 이동시키고, 다른 한편으로 전진 이동으로부터의 선박의 제동 작용을 생성하기 위해, 마그누스 효과에 의해 후진 방향의 힘을 생성하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 후자의 경우는 다름이 아니라 선박이 고유한 의미의 브레이크를 구비하지 않고, 그 전진 이동이 반대 방향의 후진 이동만으로 제동될 수 있다는 점에서 유리하다. 그러나 그러한 후진 이동의 생성은 전통적인 범선들에서는 주로 돛의 위치로 인해 물리적으로 불가능하고, 스크루 추진 장치를 구비한 선박들에서는 그 스크루 추진 장치에 의해서만 생성될 수 있다. 그러나 후진 방향의 스크루 추진력의 생성은 선박의 원하지 않는 측방 치우침을 일으키는데, 그러한 측방 치우침은 항로를 바꿔버리고, 제동이 강력할 경우에는, 즉 최대 한도의 힘으로 후진 방향의 스크루 추진력을 생성할 경우에는 그 측방 치우침이 조타 장치에 의해서는 더 이상 보상될 수 없을 정도로 심하게 될 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 방법에 따르면, 마그누스 효과에 의해 후진 방향의 힘을 생성함으로써 스크루의 사용 및 그로 인한 측방 치우침 없이 선박을 후진 기동하거나 제동하거나 후진 방향의 스크루 추진력을 마그누스 효과에 의해 지원하여 기동이나 제동을 더 신속하게 또는 스크루를 덜 써서 달성한다는 이점이 있다.
본 발명은 적어도 2개의 마그누스 로터들을 포함하되, 선박의 좌현 측에 적어도 하나의 마그누스 로터가 마련되고 선박의 우현 측에 적어도 하나의 마그누스 로터가 마련된 선박, 특히 화물선을 작동시키는 방법에 관한 것이기도 하다. 본 작동 방법은 바람의 풍향을 파악하는 단계를 포함한다. 본 작동 방법은 바람과 선박의 좌현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터 사이의 작용에 의해 본질적으로 선박의 전진 이동 또는 후진 이동의 방향을 향하는 힘이 생성되도록 어느 하나의 회전 방향으로 선박의 좌현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터를 작동시키는 단계를 더 포함한다. 그와 동시에, 바람과 선박의 우현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터 사이의 작용에 의해 본질적으로 선박의 좌현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터의 힘의 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 선박의 좌현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터의 회전 방향과 반대인 회전 방향으로 선박의 우현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터를 작동시킨다.
그러한 방법은 선박의 좌현 측과 우현 측에서 서로 반대 방향을 향하도록 생성되는 힘들에 의해 선박의 센트로이드를 중심으로 한 토크가 생성된다는 점에서 유리하다. 그러한 토크에 의해, 좌현 측 및 우현 측의 마그누스 로터들의 각각의 회전 방향에 의해 지정될 수 있는 원하는 방향으로 선박을 회전시킬 수 있다. 이때, 선박은 다른 경우라면 있을 전진 방향 또는 후진 방향을 향하는 힘을 받지 않고, 본질적으로 제자리에서 선박의 회전이 이뤄진다. 예컨대, 스크루에 의해 전진 방향 또는 후진 방향의 힘이 생성될 경우, 조타 장치를 사용하지 않고서 항로를 변경하기 위해 또는 항로 변경 시에 조타 장치를 지원하기 위해 선박을 그러한 토크에 의해 하나의 방향 또는 다른 방향으로 항로 변경할 수 있다. 이때, 마그누스 효과에 의한 항로 변경의 정도는 마그누스 로터들의 각각의 회전 속도에 의해 지정될 수 있다.
본 발명은 적어도 2개의 마그누스 로터들을 포함하되, 선박의 좌현 측에 적어도 하나의 마그누스 로터가 마련되고 선박의 우현 측에 적어도 하나의 마그누스 로터가 마련된 선박, 특히 화물선을 작동시키는 방법에 관한 것이기도 하다. 본 작동 방법은 바람의 풍향을 파악하는 단계를 포함한다. 본 작동 방법은 바람과 적어도 2개의 마그누스 로터들 사이의 작용에 의해 본질적으로 선박의 전진 이동 또는 후진 이동의 방향을 향하는 힘이 생성되도록 동일한 회전 방향으로 선박의 좌현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터와 선박의 우현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터를 작동시키는 단계를 더 포함한다. 이때, 선박의 좌현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터의 회전 속도를 선박의 우현 측에 있는 적어도 하나의 마그누스 로터의 회전 속도와 상이하게 한다.
그러한 방법은 그럼으로써 적어도 부분적으로 마그누스 로터들에 의해 일어나는 전진 이동 또는 후진 이동 시에 마그누스 로터들에 의해서만 또는 마그누스 로터들에 의한 지원을 받아 항로 변경을 수행할 수 있다는 점에서 유리하다. 즉, 조타 장치를 지원하기 위해 조타 장치와 함께 항로 변경을 수행할 수 있거나, 조타 장치의 부담을 완전히 덜어주기 위해 본 발명에 따른 마그누스 로터들의 작동에 의해서만 항로 변경을 수행할 수도 있다.
본 발명은 적어도 하나의 마그누스 로터, 마그누스 로터에 부속된 전기 모터, 및 부속 컨버터를 포함하는 선박, 특히 화물선에 관한 것이기도 하다. 본 선박은 컨버터, 모터, 및 그에 따른 마그누스 로터를 제어하는 제어 유닛을 더 포함한다. 제어 유닛은 제1 작동 방식에서는 바람과 마그누스 로터 사이의 작용에 의해 본질적으로 선박의 전진 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 어느 하나의 회전 방향으로 적어도 하나의 마그누스 로터를 작동하게 구성된다. 제어 유닛은 제2 작동 방식에서는 바람과 선박의 좌현 측에 있는 제1 마그누스 로터 사이의 작용에 의해 본질적으로 선박의 전진 이동 또는 후진 이동의 방향을 향하는 힘이 생성되도록 제1 회전 방향으로 제1 마그누스 로터를 작동하게 구성된다. 또한, 제어 유닛은 바람과 선박의 우현 측에 있는 제2 마그누스 로터 사이의 작용에 의해 본질적으로 제1 마그누스 로터의 힘의 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 제1 마그누스 로터의 회전 방향과 반대되는 제2 회전 방향으로 제2의 마그누스 로터를 작동하게 더 구성된다. 제어 유닛은 제3 작동 방식에서는 바람과 선박의 좌현 측에 있는 제1 마그누스 로터 및 선박의 우현 측에 있는 제2 마그누스 로터 사이의 작용에 의해 본질적으로 선박의 전진 이동 또는 후진 이동의 방향을 향하는 힘이 생성되도록 동일한 회전 방향으로 제1 및 제2 마그누스 로터들을 작동시키게 구성된다. 제1 마그누스 로터의 회전 속도는 제2 마그누스 로터의 회전 속도와 상이하게 된다.
본 발명에 따르면, 전적으로 선박의 추진력을 생성하기 위한 것 이외의 또 다른 목적들로 마그누스 효과를 이용하는, 적어도 하나의 마그누스 로터를 지닌 선박, 특히 화물선을 작동시키는 방법이 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예들 및 그 장점들을 다음의 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 4개의 마그누스 로터들을 지닌 선박을 사시도로 나타낸 도면이고;
도 2는 4개의 마그누스 로터들을 지닌 선박의 제어 시스템을 블록 선도로 나타낸 도면이며;
도 3은 4개의 마그누스 로터들을 지닌 선박을 상세 사시도로 나타낸 도면이고;
도 4는 4개의 마그누스 로터들을 지닌 선박을 개략적인 평면도로 나타낸 도면이며;
도 5는 4개의 마그누스 로터들이 전진 추진력을 생성하는 상태의 선박을 개략적인 평면도로 나타낸 도면이고;
도 6은 4개의 마그누스 로터들이 후진 추진력을 생성하는 상태의 선박을 개략적인 평면도로 나타낸 도면이며;
도 7은 4개의 마그누스 로터들이 선박 센트로이드를 중심으로 한 토크를 생성하는 상태의 선박을 개략적인 평면도로 나타낸 도면이고;
도 8은 4개의 마그누스 로터들이 전진 추진력과 선박 센트로이드를 중심으로 한 토크를 생성하는 상태의 선박을 개략적인 평면도로 나타낸 도면이며;
도 9는 본 발명에 따른 마그누스 로터를 개략적인 단면도로 나타낸 도면이고;
도 10은 로터 수납부와 함께 선박의 마그누스 로터를 개략적인 평면도로 나타낸 도면이며;
도 11은 벡터도(vector diagram)와 함께 나타낸 도 10의 도면이고;
도 12는 벡터도와 함께 나타낸 도 10 및 도 11의 도면이며;
도 13은 대안적 벡터도와 함께 나타낸 도 12의 도면이다.
도 1은 마그누스 로터들(10)을 지닌 선박의 사시도를 도시하고 있다. 여기서, 선박은 수중 영역(16)과 수상 영역(15)으로 이뤄진 선체를 포함한다. 또한, 선박은 선체의 4개의 코너들에 배치되고 바람직하게는 원통형으로 형성된 4개의 마그누스 로터들(10)을 포함한다. 이때, 4개의 마그누스 로터들(10)은 바람에 의해 작동되어 본 발명에 따른 선박을 구동하는 구동 장치이다. 선박은 선수에 배치된 선교(30)를 포함한다. 선박은 수중에 스크루(50) 또는 프로펠러(50) 및 조타 장치(60) 또는 방향타(60)를 포함한다. 기동성의 개선을 위해, 선박은 횡 방향 스러스터(transverse thruster)를 또한 포함할 수 있는데, 선미에 1개의 횡 방향 스러스터가 마련되고 선수에 1개 내지 2개의 횡 방향 스러스터가 마련되는 것이 바람직하다(도시되지 않음). 이때, 선교(30) 및 노천 갑판(weather deck)의 위에 있는 모든 갑판 상부 구조물들은 바람 저항을 줄이기 위해 공기 역학적으로 부여된 형상을 갖는다. 그것은 특히 예리한 에지들 및 예리한 에지를 갖는 부착물들을 근본적으로 피함으로써 달성된다. 바람 저항을 최소화하고 공기 역학적 형상을 구현하기 위해, 갑판 상부 구조물들을 가급적 적게 마련한다.
선박은 기준선과 평행하게 수평으로 연장되어 배치된 길이 방향 축(3)을 갖는다. 따라서 그러한 길이 방향 축(3)은 직선 운항 시에(및 횡 방향 스러스터의 작동이 없을 시에) 선박의 운항 방향에 해당한다.
도 2는 4개의 마그누스 로터들을 지닌 선박의 제어 시스템의 블록 선도를 도시하고 있다. 4개의 마그누스 로터들(10)은 각각 자체 모터(M)와 별개의 컨버터(U)를 포함한다. 컨버터(U)들은 중앙 제어 유닛(SE)과 연결된다. 디젤 구동 장치(DA)는 전기 에너지를 생성하기 위해 발전기(G)와 연결된다. 이때, 하나의 디젤 구동 장치(DA) 대신에, 다수의 개별 디젤 구동 장치들(DA)의 조합이 하나의 발전기(G)와 또는 상응하는 개수의 개별 발전기들(G)과 연결될 수 있는데, 개별 디젤 구동 장치들(DA)과 개별 발전기들(G)은 각각 외부에서 전체적으로 보았을 때에 대응하는 하나의 대형 디젤 구동 장치(DA) 또는 발전기(G)와 동일한 출력을 제공한다. 각각의 컨버터(U)는 발전기(G)와 연결된다. 또한, 역시 전기 모터(M)와 연결된 메인 구동 장치(HA)가 도시되어 있는데, 전기 모터(M)는 다시 별개의 주파수 컨버터(U)에 의해 제어 유닛(SE)은 물론 발전기(G)와도 연결된다. 이때, 4개의 마그누스 로터들(10)은 개별적으로 제어될 수 있을 뿐만 아니라, 서로 별개로 제어될 수도 있다.
마그누스 로터들(10) 및 메인 구동 장치(HA)의 제어는 제어 유닛(SE)에 의해 이뤄지는데, 제어 유닛(SE)은 원하는 추진력을 얻기 위해 현재의 바람 측정치들(풍속, 풍향)(E1, E2)로부터 그리고 설정 항속 및 실제 항속(E3)에 의거하여(그리고 선택적으로 항법 유닛(NE)의 항해 정보에 의거하여) 개별 마그누스 로터들(10) 및 메인 구동 장치(HA)에 대한 해당 회전 속도 및 회전 방향을 결정한다. 제어 유닛(SE)은 4개의 마그누스 로터들(10)의 추진력 및 현재의 선박 속도와 속도의 설정치에 의존하여 필요한 경우에 메인 구동 장치(HA)의 출력을 낮추도록 무단으로 제어한다. 즉, 풍력 에너지 출력을 직접 자동으로 연료 절감식으로 실현할 수 있다. 마그누스 로터들(10)을 별개로 독립적으로 제어함으로써, 선박이 메인 구동 장치(HA) 없이도 제어될 수 있다. 특히, 각각의 마그누스 로터(10)의 상응하는 제어에 의해, 파도가 강한 상태에서 선박의 안정화를 구현할 수 있다.
또한, 선박의 기동성을 개선하기 위해, 하나 이상의 횡 방향 스러스터(QSA)가 마련될 수 있다. 이때, 후방에서는 1개의 횡 방향 스러스터(QSA)가 그리고 전방에서는 1개 내지 2개의 횡 방향 스러스터(QSA)가 선박에 마련될 수 있다. 각각의 횡 방향 스러스터(QSA)에는 구동용 모터(M) 및 컨버터(U)가 부속된다. 컨버터(U)는 역시 중앙 제어 유닛(SE) 및 발전기(G)와 연결된다. 따라서 횡 방향 스러스터들(QSA)(도 2에는 단지 하나만 도시되어 있음)도 또한 선박의 제어에 사용될 수 있는데, 왜냐하면 그들이 중앙 제어 유닛(SE)과 연결되어 있기(컨버터(U)를 통해) 때문이다. 횡 방향 스러스터들(QSA)은 그 회전 속도 및 회전 방향에 있어 중앙 제어 유닛(SE)에 의해 각각 개별적으로 제어될 수 있다. 이때, 제어는 전술한 바와 같이 이뤄질 수 있다.
도 3은 4개의 마그누스 로터들(10)을 지닌 선박의 상세 사시도를 도시하고 있다. 4개의 마그누스 로터들(10)의 개개의 제어 시스템이 도시되어 있다. 본 도면에는, 디젤 구동 장치(DA), 발전기(G), 및 하나의 마그누스 로터(10)의 컨버터(U)를 제어하는 제어 유닛(SE)이 도시되어 있다. 디젤 구동 장치(DA)는 발전기(G)를 구동하는 역할을 하고, 그러면 발전기(G)는 다시 전기 에너지를 생성하여 그것을 특히 도시된 컨버터(U)에 공급한다. 컨버터(U)는 제어 유닛(SE)에 의한 그것의 제어에 따라 그 전기 에너지를 모터(M)에 공급하여 제어 유닛의 지정에 따른 회전 방향과 회전 속도로 모터(M)를 작동시킨다. 이때, 발전기(G)는 자신의 전기 에너지를 도 1의 또 다른 3개의 마그누스 로터들(10)의 컨버터들(U) 또는 선내 전기 시스템 또는 횡 방향 스러스터 등과 같은 또 다른 소비 장치들에도 공급할 수 있다. 컨버터(U)는 다른 공급원들로부터 전기 에너지를 얻을 수도 있다.
제어 유닛(SE)은 예컨대 선박의 선교에 배치될 수 있는 조작 유닛(BE)과 연결된다. 그러한 조작 유닛(BE)에 의해, 선박의 승무원이 제어 유닛(SE)에 입력을 할 수 있다. 조작 유닛(BE)은 키패드 또는 터치스크린 디스플레이와 같은 입력 방안들을 갖는다. 누르거나 돌리는 버튼, 키 버튼, 스위치, 레버 등이 입력 수단으로서 마련될 수 있다. 그들은 물리적으로 형성되고/형성되거나, 예컨대 터치스크린 디스플레이 상에 가상으로 표시될 수 있다. 예컨대, 마이크로폰을 통한 음성 입력에 의해 제어 유닛(SE)에 입력을 하는 것도 가능하다. 또한, 조작 유닛(BE)에 의해, 제어 유닛(SE)의 정보와 보고를 예컨대 디스플레이 또는 모니터와 같은 표시 요소 상에 시각적으로, 스피커 등을 통해 신호음 또는 경고음 또는 구두 메시지로서 음향적으로, 또는 프린터나 플로터에 의해 종이 상의 인쇄로서도 표시하고 출력할 수 있다.
도 4는 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)을 포함한 선박의 개략적인 평면도를 도시하고 있다. 본 도면에는, 도 1의 4개의 마그누스 로터들(10)이 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)로서 도시되어 있다. 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)은 4개의 모터들(Ma, Mb, Mc, Md)에 의해 구동되는데, 모터들(Ma, Mb, Mc, Md) 그 자체는 각각 4개의 컨버터들(Ua, Ub, Uc, Ud)에 의해 급전되고 제어된다. 4개의 컨버터들(Ua, Ub, Uc, Ud)은 제어 유닛(SE)에 의해 제어되고, 제어 유닛(SE)은 조작 유닛(BE)을 통해 그 입력들을 받는다. 여기서, 도 4에 도시된 모터들(Ma, Mb, Mc, Md) 및 컨버터들(Ua, Ub, Uc, Ud)의 위치들이 현실의 배열과 일치하여야 하는 것은 아닌데, 왜냐하면 본 개략적인 평면도에서는 단지 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 제어의 원리적 관계만을 도시하려고 하는 것이기 때문이다.
즉, 본 발명에 따르면, 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)은 각각 제어 유닛(SE)에 의해 컨버터(Ua, Ub, Uc, Ud)를 사용하여 개별적으로 제어될 수 있다. 따라서 각각의 마그누스 로터(10a, 10b, 10c, 10d)에 그 각자의 회전 속도 및 2개의 가능한 회전 방향들 중의 그 각자의 회전 방향을 부여하는 것이 가능하다. 이때, 그러한 지정들은 한편으로 조작 유닛(BE)에 의해 수행될 수 있다. 즉, 조작 유닛(BE)을 통해 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 개개에 대해 각각 직접적인 지정들을 할 수 있고, 그러면 그러한 지정들은 제어 유닛(SE)에 의해 컨버터들(Ua, Ub, Uc, Ud)에 대한 해당 제어 신호들로 변환될 수 있다. 다른 한편으로, 조작 유닛(BE)에 의해 선박의 거동 방식들을 지정할 수도 있고, 그러면 그러한 거동 방식들은 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 모두 협력하여 지정된 선박 거동을 구현하도록 개개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)을 각각 제어하기 위해 제어 유닛(SE)에 의해 후속 처리될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 선박을 위한 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 그러한 개별적인 제어로부터 초래되는 가능성들을 설명하겠다.
도 5는 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 전진 추진력을 생성하는 상태의 선박의 개략적인 평면도를 도시하고 있다. 알아보기 쉽게 하기 위해, 본 도면에는 도 4의 모터들(Ma, Mb, Mc, Md), 컨버터들(Ua, Ub, Uc, Ud), 제어 유닛(SE), 및 조작 유닛(BE) 없이 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 도시되어 있다. 본 도면에서는, 좌측으로부터, 즉 좌현으로부터 바람(W)이 선박 또는 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)에 작용하고 있다. 따라서 마그누스 효과에 따라 전진 추진력을 생성하기 위해, 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 오른쪽으로, 즉 시계 방향으로 회전하도록 제어 유닛(SE)에 의해 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 제어된다. 또한, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 모두에 의해 각각 동일한 전진 추진력을 생성하기 위해, 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 동일한 회전 속도로도 작동된다. 이때, 간단히 하기 위해, 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 회전 속도를 그에 맞춰 설정할 풍속이 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 모두에 대해 동일한 것으로 간주할 수 있다고 가정하기로 한다. 그러나 그럼에도 불구하고, 개개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 각각에 대해 그 각자의 풍속을 결정하고, 개개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 각각에 대해 동일한 전진 추진력을 생성하기 위해 개개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 각각의 회전 속도를 그 풍속에 맞춰 설정하는 것도 가능하다.
각각의 마그누스 로터(10a, 10b, 10c, 10d)가 동일한 전진 추진력(Fvor)을 생성하도록 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)을 제어한다면, 4개의 전진 추진력들(Fvor , 1, Fvor , 2, Fvor , 3, Fvor , 4)은 선박이 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 받는 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)으로 더해진다. 그와 동시에, 이상적으로는 어떠한 측방 힘들이나 선박의 센트로이드를 중심으로 한 토크도 발생하지 않는다.
도 6은 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 후진 추진력을 생성하는 상태의 선박의 개략적인 평면도를 도시하고 있다. 그를 위해, 바람 거동이 도 5에서 가정한 것과 동일한 경우, 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 도 5에서 전진 추진력을 생성하는데 사용되었던 것과 반대의 회전 방향으로 제어된다. 그것은 도 6에 도시된 좌현으로부터의 바람(W)의 경우에 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 후진 추진력의 생성을 위해 왼쪽으로, 즉 반시계 방향으로 회전하도록 구동된다는 것을 의미한다. 이때 본 경우에도, 마그누스 로터(10a, 10b, 10c, 10d)마다 각각 동일한 후진 추진력(Fruck)을 얻기 위해 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 상이한 회전 속도들로 구동될 수 있다. 그러한 4개의 개별 후진 추진력들(Fruck , 1, Fruck , 2, Fruck , 3, Fruck , 4)은 총 후진 추진력(Fruck, gesamt)으로 더해진다. 그와 동시에, 이상적으로는 어떠한 측방 힘들이나 선박의 중점을 중심으로 한 토크도 발생하지 않는다.
그러한 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)은 한편으로 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)이 본 발명에 따른 선박을 전진 방향으로 구동할 수 있는 것과 마찬가지로 본 발명에 따른 선박을 후진 방향으로 구동하는데 사용될 수 있다. 이때, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 각각의 총 전진 추진력(Fvor , gesamt) 또는 총 후진 추진력(Fruck, gesamt)만이 단독으로 본 발명에 따른 선박을 구동하는 데 사용될 수 있다. 즉, 순전히 총 전진 추진력(Fvor , gesamt) 또는 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)만이 있을 경우, 측방 힘들이나 토크가 발생하지 않고, 선박이 직선적으로 전진 또는 후진 운항한다.
이때, 선박이 그 자체가 움직이는 매체인 물속에서 이동함으로 인해 언제든지 조류 및 파도가 선박의 수중 영역(16)에 작용하여 그 힘을 통해 선박의 이동 방향, 즉 항로에 영향을 미친다는 점을 감안하여야 한다. 또한, 바람(W)은 마그누스 효과를 일으킬 뿐만 아니라, 선박의 수상 영역(15)에 작용하기도 하여 역시 선박의 원하는 이동 방향으로부터의 선박의 치우침 및 바람의 부는 선박의 방향으로, 즉 순풍 쪽으로의 선박의 오프셋을 일으킨다. 항해 시에는, 선박의 이상적인 순수한 전진 이동 또는 후진 이동이 드물게만 발생하는 것이 아니라, 오히려 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 생성된 총 전진 추진력(Fvor , gesamt) 또는 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)이 작용하고 있는 자연력들과 중첩하여 선박의 현실의 전진 이동 또는 후진 이동을 생기게 하도록 그러한 바다와 바람의 영향들을 고려하여야 한다.
또한, 전진 방향으로는 물론 후진 방향으로도 또 다른 구동 장치가 추가로 작용할 수 있다. 즉, 선박 스크루(50)의 전진 추진력(Fvor , Schraube) 또는 후진 추진력(Fruck , Schraube) 등에 의해 선박의 전진 운항 또는 후진 운항이 지원될 수 있다. 또한, 선박의 전진 운항 또는 후진 운항 중에도 예컨대 선박을 측방으로 항로 변경하기 위해 횡 방향 스러스터에 의해 횡 방향 힘들이 도입될 수 있다. 마찬가지로, 선박의 항로 변경을 위해 조타 장치(60)에 의해 측 방향 힘들이 인가될 수도 있다. 그러한 모든 힘들이 더해져 선박의 전체의 전진 이동 또는 후진 이동을 일으킨다.
또한, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)은 전진 운항 중에 있는 선박을 제동하여 한편으로 전진 운항을 감속시키거나 다른 한편으로 그 전진 이동을 완전히 없애는데 사용될 수도 있다. 그러한 사례는 선박이 전진 이동 중에 있다가 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)이 도입될 경우에 발생할 수 있다.
이때, 전진 이동은 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 총 전진 추진력(Fvor , gesamt) 및/또는 선박 스크루(50)의 전진 추진력(Fvor , Schraube) 등에 의해 일어났을 수 있다. 그러한 선박의 전진 이동이 적어도 부분적으로 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)에 의해 생성되었다면, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 회전 속도는 그 정지 상태까지 감소한다. 이어서, 회전 방향이 반전되어야 하고, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)에 도달하게 할 회전 속도가 얻어져야 한다. 이때, 제어 유닛(SE)은 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)으로부터 총 후진 추진력(Fruck, gesamt)으로의 각각의 반전 시점에 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)에 의한 측방 힘들과 토크를 피하기 위해 가능한 한 전진 방향 또는 후진 방향의 힘들만이 작용하도록 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 제동 및 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 사이의 반대 회전 방향으로의 반전과 가속을 조정한다. 선박이 선박 스크루(50)의 전진 추진력(Fvor , Schraube) 등과 같은 다른 구동력들에 의해 전진 구동되었다면, 즉 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 정지 상태에 있었다면, 마그누스 효과에 의한 제동을 도입하기 위해, 전술한 힘 반전의 경우와 마찬가지로 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 해당 회전 방향으로 필요한 회전 속도로 가속된다.
이때, 선박의 제동은 매우 중요한 것인데, 왜냐하면 선박이 물이라는 매체 중에서 부유하여 이동하고, 예컨대 자동차와 같이 그에 대해 제동력을 인가할 수 있는 고정된 바닥을 갖지 않기 때문이다. 즉, 선박은 지금까지는 스크루(50)의 회전 방향을 바꾸어 수중에서 전진 이동에 대해 반대로 작용하는 힘을 생성함으로써 제동되었다. 그러나 그러한 제동은 대부분 매우 대형인 선박, 특히 화물선의 막대한 관성으로 인해 매우 느리게만 작용하고, 그에 따라 선박이 정지 상태에 도달하는 시점보다 이미 오래 전에 제동이 개시되어야 한다. 그로 인해, 선박은 다른 선박과의 충돌 등을 피하기 위해 제동하기가 사실상 힘들 수 있다. 또한, 수중의 선박을 제동하기 위해 스크루(50)가 후진력을 생성하는 것은 선박을 그 고유의 항로로부터 이탈시켜 조타 장치(60)에 의해 보상되어야 하는 측방 힘을 유발한다. 특히, 스크루(50)의 최대한의 후진력으로 제동을 수행한다면, 그러한 측방 힘이 너무 커서 조타 장치(60)로는 그것을 보상할 수 없어 선박이 항로로부터 벗어나 진행하게 된다.
따라서 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 선박의 제동을 지원하거나 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)만으로 선박의 제동을 수행하는 것이 매우 바람직하다. 그럼으로써, 스크루(50) 단독에 의한 것보다 높은 후진력이 생성되고, 그에 따라 충돌을 피하기 위해 최대한의 힘으로 제동을 하는 바로 그 경우에 정지 상태까지 더 신속한 제동을 구현할 수 있다. 또한, 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 단독에 의한 제동 시에도 스크루(50)에 의한 측방 작용력을 피할 수 있고, 조타 장치(60)에 의한 제동 시에도 항로를 확실하게 유지할 수 있다.
도 7은 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 선박 센트로이드를 중심으로 한 토크를 생성하는 상태의 선박의 개략적인 평면도를 도시하고 있다. 그에 대해서도, 도 5 및 도 6에서와 같이 좌현으로부터 작용하는 동일한 바람(W)을 가정하기로 한다. 본 도면에서, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)은 2개의 마그누스 로터들(10a, 10c)이 회전하여 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)으로 더해지고 2개의 마그누스 로터들(10b, 10d)이 회전하여 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)으로 더해지도록 제어 유닛(SE)에 의해 제어된다. 그것은 도 7에 도시된 경우에 있어서는 2개의 마그누스 로터들(10a, 10c)이 오른쪽으로, 즉 시계 방향으로 회전하고 2개의 마그누스 로터들(10b, 10d)이 왼쪽, 즉 반시계 방향으로 회전한다는 것을 의미한다.
따라서 그와 같이 제어되는 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)에 의해 선박의 좌현 측에 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)이 생성되고 선박의 우현 측에 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)이 생성된다. 그러나 선박은 일체로 형성되어 있기 때문에, 즉 선박의 양측이 서로 연결되어 있기 때문에, 좌현 측의 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)과 우현 측의 총 후진 추진력(Fruck , gesamt)의 중첩의 결과, 선박의 센트로이드(S)를 중심으로 토크(Mm)가 발생한다. 이때, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)은 동일한 회전 속도로 또는 부분적으로 또는 각각 상이한 회전 속도로 작동될 수 있다.
그러한 토크(Mm)는 도 7에 도시된 경우에 있어서는 선박의 센트로이드(S)를 중심으로 한 오른쪽으로의, 즉 시계 방향으로의 선박의 회전을 일으킨다. 그러나 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 모두의 회전 방향을 반전시킴으로써, 반대 방향으로, 즉 왼쪽으로, 다시 말해서 시계 방향의 반대 방향으로 작용하는 토크(Mm)도 생성할 수 있다.
그러한 토크(Mm)는 선박을 제자리에서 돌게 하여 선박을 기동하는 데 사용될 수 있다. 이때, 어느 하나의 방향으로의 선박의 회전을 개시하기 위해 해당 회전 방향으로의 토크(Mm)를 사용할 수 있다. 또한, 회전 방향의 반전에 의한 반대 방향의 토크(Mm)를 선박의 회전을 제동하는 데 사용할 수 있다. 그에 대해서는, 도 6에 따른 선박의 제동에서와 동일한 중첩이 적용된다.
이때, 선박 센트로이드를 중심으로 한 순전한 토크만을 생성하기 위해, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)은 그들이 그들의 회전 속도에 의거하여 크기에 있어 동일한 각각의 힘(Fvor, 1, Fruck, 2, Fvor, 3, Fruck, 4)을 생성하고 힘들(Fvor, 1, Fvor, 3)이 그 부호에 있어서만, 즉 선박의 전진 방향 또는 후진 방향으로의 방향 설정에 있어서만 힘들(Fruck , 2, Fruck , 4)과 상이하게 되도록 제어된다.
도 8은 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 전진 추진력과 선박의 센트로이드를 중심으로 한 토크를 생성하는 상태의 선박의 개략적인 평면도를 도시하고 있다. 여기서, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)은 동일한 회전 방향으로 상이한 회전 속도들로 구동된다. 도 8에 도시된 경우에 있어서, 바람(W)은 다시 좌현으로부터 작용한다. 그에 상응하여, 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)은 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)의 생성을 위해 오른쪽으로, 즉 시계 방향으로 구동되는데, 그에 관해서는 도 5를 참조하면 된다. 그러나 도 8에 도시된 경우에 있어서는, 선박의 좌현 측에 있는 2개의 마그누스 로터들(10a, 10c)이 선박의 우현 측에 있는 2개의 마그누스 로터들(10b, 10d)보다 더 높은 회전 속도로 구동된다. 그럼으로써, 선박의 우현 측에서 힘들(Fvor , 2, Fvor , 4)에 의해 생성되는 것보다 더 높은 전진 추진력이 선박의 좌현 측에서 힘들(Fvor , 1, Fvor , 3)에 의해 생성된다. 그와 같이 우현 측의 전진 추진력에 비해 좌현 측의 전진 추진력이 과잉됨으로써, 선박의 센트로이드(S)를 중심으로 토크(Mm)가 생성된다. 그 경우, 오른쪽으로, 즉 시계 방향으로 작용하는 토크(Mm)에 대해서는 도 7을 참조하면 된다. 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)과 토크(Mm)는 중첩되어 선박의 전체 이동을 일으키고, 그에 따라 선박이 한편으로 전진 이동하는 동시에 다른 한편으로 오른쪽으로 이동한다.
따라서 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 상이한 회전 속도들에 의해, 운항 중에 있는 선박을 조타하는 것이, 즉 측방으로 항로에 영향을 미치는 것이, 도 8에 도시된 경우에 있어서는 전진 운항 중에 오른쪽 항로, 즉 우현 쪽으로의 항로, 다시 말해서 시계 방향으로의 항로를 운항하는 것이 가능하게 된다. 우현 측의 2개의 마그누스 로터들(10b, 10d)이 좌현 측의 2개의 마그누스 로터들(10a, 10c)보다 더 높은 전진 추진력(Fvor, 2, Fvor, 4)을 생성하도록 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 회전 속도가 선택되면, 왼쪽으로의, 즉 좌현 쪽으로의, 다시 말해서 반시계 방향으로의 선박의 항로 변경이 이뤄진다.
총 후방 추진력(Fruck, gesamt)이 생성되도록 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 작동되면, 본 경우에도 도 8에 따른 방식으로 선박의 항로 변경이 이뤄질 수 있다. 즉, 선박의 제동 또는 후진을 위한 선박의 후진 이동 중에도 회전 방향이 동일할 때에 우현 측 및 좌현 측의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 상이한 회전 속도들에 의해 선박의 항로 변경이 이뤄질 수 있다.
그러한 모든 경우들에 있어서, 우현 측 및 좌현 측의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)의 상이한 회전 속도들 단독에 의해 선박의 측방 항로 변경이 이뤄질 수 있거나, 그 작용을 지원하기 위해 조타 장치(60)와 함께 또는 횡 방향 스러스터에 의해 이뤄질 수도 있다.
도 5와 관련하여 설명한 바와 같이 순전한 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)을 생성하는 것과 대비하여, 도 8에 관한 설명에 따라 토크(Mm)와 조합된 총 전진 추진력(Fvor, gesamt)을 생성하는 경우에 더 작은 총 전진 추진력(Fvor, gesamt)이 생성되는데, 왜냐하면 회전 속도들의 차이와 그에 따른 우현 측 및 좌현 측의 전진 추진력들의 차이에 의해 선박의 항로 변경에 필요한 토크(Mm)를 생성하기 위해 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 중의 2개가 최대한의 출력으로, 즉 최대 회전 속도로 작동될 수 없기 때문이다. 따라서 선박의 항로 변경을 위한 토크(Mm)의 인가는 항상 총 전진 추진력(Fvor , gesamt)의 감소를 가져온다.
4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)을 포함한 선박의 기동을 위한 전술한 방안들과 관련하여, 도 5 내지 도 8에는 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)이 도시되고 설명되어 있으나, 적어도 마그누스 로터들 중의 일부에 대해 회전 방향과 회전 속도를 설명한 바와 같이 지정할 수 있는 한, 마그누스 로터들의 다수의 조합들에 의해서도 그러한 방안들이 가능하다는 것을 언급하고자 한다. 또한, 도 7 및 도 8에 따른 토크(Mm)의 생성을 위해서는, 적어도 선박의 좌현 측에 하나의 마그누스 로터(10a, 10c)가 그리고 선박의 우현 측에 하나의 마그누스 로터(10b, 10d)가 각각 마련되는 것이 필요하다.
도 9는 본 발명에 따른 선박의 마그누스 로터(10)의 단면도를 도시하고 있다. 그러한 마그누스 로터(10)는 원통형 로터체(8) 및 상부 영역에 배치된 단부 플레이트(12)를 포함한다. 로터체(8)는 베어링 장치(6)에 의해 로터 수납부(4)에 회전 가능하게 장착된다. 로터체(8)는 수납부(4)의 상부 영역에서 힘 전달 수단에 의해 구동 모터(106)와 연결된다. 로터 수납부(4)는 내면(7)을 갖는다. 로터 수납부(4)의 하부 영역에서는, 측정 장치(5)가 내벽의 영역에 배치된다. 측정 장치(5)는 작동 플랫폼에 의해 구현될 수 있다.
측정 장치(5)는 로터체(8)에 작용하는 힘에 의한 베어링 장치(6)의 대략 반경 방향의 힘 응력으로 인해 발생하는 로터 수납부(4)의 휨 응력을 결정한다. 측정 장치는 본 예에서 서로 90°의 각도로 배치된 3개의 회전 센서들(9, 11)을 포함한다.
로터 수납부(4)는 플랜지 연결부(110)에 의해 선박 갑판과 연결된다.
도 10은 본 발명에 따른 마그누스 로터(10)의 개략적인 횡단면도를 도시하고 있다. 마그누스 로터(10)는 로터체(8)의 내부에 로터 수납부(4)를 포함한다. 로터 수납부(4)의 내면(7)에는 측정 장치의 일부로서 제1 회전 센서(9)와 제2 회전 센서(11)가 배치된다. 제1 회전 센서(9)는 로터 수납부(4)의 중심점으로부터 보았을 때에 제1 축(13) 상에 놓인다. 제1 축(13)은 선박의 길이 방향 축(3)에 대해 각도 β로 연장된다. 매우 바람직한 실시 형태에서는, 각도 β = 0°이다. 제2 회전 센서(11)는 로터 수납부(4)의 중심점으로부터 보았을 때에 제2 축(17)을 따라 로터 수납부(4)의 내벽(7)에 배치된다. 매우 바람직한 실시 형태에서는, 제1 축(13)과 제2 축(17) 사이의 각도 α = 90°이다.
제1 회전 센서(9)는 신호 라인(19)에 의해 데이터 처리 시스템(23)과 연결된다. 제2 회전 센서(11)는 제2 신호 라인(21)에 의해 데이터 처리 시스템(23)과 연결된다. 데이터 처리 시스템(23)은 제3 신호 라인(25)에 의해 지시 장치(27)와 연결된다. 지시 장치(27)는 로터 수납부(4)에 작용하는 추진력의 방향과 크기를 지시하도록 형성된다. 데이터 처리 시스템은 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된다.
도 11 내지 도 13은 도 10과 동일한 도면을 원리적으로 도시하고 있는 것들로서, 다만 신호 라인들이 개략적으로 도시되어 있고, 데이터 처리 시스템 및 지시 장치가 생략되어 있다. 도 11 내지 도 13에 의거하여, 마그누스 로터(10)에 작용하는 힘을 어떠한 방식으로 해석하고, 측정 장치에 의해 결정할 것인지 설명하기로 한다.
도 11로부터 시작하면, 마그누스 로터(10)가 바람의 반대를 향하는 측과 바람을 향하는 측(34)을 갖는 것을 확인할 수 있다. 바람을 향하는 측(34)은 바람이 유입되는 표면을 갖는다. 이때, 고정된 위치에서의 관찰 시에 바람이 마그누스 로터(10)에 유입되는 방향은 실제 풍향과는 다르게 되는데, 왜냐하면 선박이 통상적으로 이동 중에 있기 때문이다. 바람은 화살표(33)의 방향으로 마그누스 로터(10)에 부딪치고, 그럼으로써 바람의 방향으로 마그누스 로터(10)에 힘이 인가된다. 이하, 그러한 힘을 풍력으로서 또는 약자 FW로서 지칭하기로 한다. 마그누스 로터(10)가 화살표(29)의 방향으로 회전한다. 그럼으로써, 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이, 마그누스 효과에 의거하여 화살표(35)의 방향으로 힘이 발생한다. 이하, 그러한 힘을 마그누스 힘 또는 약자 FM으로서 지칭하기로 한다. 벡터 FM은 벡터 FW와 직교하여 연장된다.
즉, 한편으로 풍력(FW)과 다른 한편으로 마그누스 힘(FM)으로 구성된 힘이 로터 수납부(4)에 작용한다. 양 벡터들(FW, FM)의 합은 이하에서 FG로서 지칭할 총 합력에 대한 벡터로 합성된다. 벡터 FG는 화살표(37)의 방향으로 연장된다.
도 13은 도 11 및 도 12와 상응하고, 도 13에서는 길이 방향 축(3)과 제1 회전 센서(9)가 놓인 제1 축(13)이 일치한다는 점을 제외하면 도 10과도 상응한다. 도 11 및 도 12에 의거하여 이미 도출된 화살표(37)의 방향으로의 총 합력(FG)은 벡터 계산의 측면에서 보았을 때에 서로 직각인 2개의 벡터들의 합으로 해석될 수 있다. 매우 바람직한 실시 형태에 따르면, 제1 회전 센서(9)와 제2 회전 센서(11)가 서로 직각으로 배치된다. 도 13에 따른 실시 형태에서는, 제1 회전 센서(9)가 선박의 운항 방향으로, 그에 따라 선박의 길이 방향 축(3)의 방향으로 로터 수납부(4)의 내면에 배치되는 한편, 제2 회전 센서(11)가 그와 직교하여, 그에 따라 대략 선박의 바로 횡 방향으로 제2 축(17)을 따라 배치된다.
따라서 총 합력(FG)의 벡터는 길이 방향 축(3) 또는 제1 축(13)의 방향의 벡터와 제2 축(17)의 방향의 제2 벡터로 분할된다. 이하, 제1 축(13) 또는 길이 방향 축(3)의 방향의 성분을 FV로서 지칭하기로 한다. 이하, 제2 축(17)의 방향의 벡터를 FQ로서 지칭하기로 한다. 여기서, FV는 전진 추진력을 대표하고, 화살표(39)의 방향으로 연장되는 한편, FQ는 횡 방향 힘으로서 이해될 수 있고, 화살표(41)의 방향으로 전개된다.
벡터 FG가 어느 방향으로 작용하는지 여하에 따라, 제1 회전 센서(9)에 의해 확인된 휨 응력이 제2 회전 센서(11)에 의해 확인된 휨 응력과 상이하게 된다. 화살표들(39, 41)의 방향들의 휨 응력들의 서로에 대한 비는 화살표(37)의 방향의 총 합력(FG)과 양 축들(13, 17) 사이의 각도 γ에 따라 변한다. 제1 회전 센서(9)와 제2 회전 센서(11)에 의해 파악된 휨 응력들이 동일한 크기인 경우, 총 합력(FG)과 전진 추진력(FV) 사이의 각도 γ = 45°이다. 예컨대 제1 회전 센서(9)에 의해 확인된 휨 응력이 제2 회전 센서(11)에 의해 확인된 휨 응력의 2배의 크기인 경우, FV 또는 제1 축(13)에 대한 FG의 각도 γ = 30°이다.
따라서 일반적으로 공식화하면, FG와 FV 사이의 각도 γ는 관계식 γ = arctan(제2 회전 센서(11)의 신호치/제1 회전 센서(9)의 신호치)로부터 주어진다.
작용력 FG의 각도에 추가하여, 그 크기도 역시 개개의 회전 센서들(9, 11)에 의해 검출된 2개의 측정치들로부터 선택적으로 제1 회전 센서 측정치에 대해 또는 제2 회전 센서 측정치에 대해 산출될 수 있다. 벡터의 크기는 관계식 FG = FV/cos(γ) 또는 신호치 등가 관계식 = (제1 회전 센서(9)의 신호치/cosγ)로부터 주어진다.

Claims (4)

  1. 직사각형으로 펼쳐진 4개의 마그누스 로터들(10)을 지닌 화물선을 작동시키는 방법으로서,
    바람(W)의 풍향을 파악하는 단계, 및
    바람(W)과 마그누스 로터(10) 사이의 작용에 의해 선박의 전진 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 어느 하나의 회전 방향으로 4개의 마그누스 로터들(10)을 각각 작동시키는 단계
    를 포함하는 화물선의 작동 방법.
  2. 직사각형으로 펼쳐진 적어도 4개의 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)을 포함하되, 선박의 좌현 측에 2개의 제1 마그누스 로터들(10a, 10c)이 마련되고 선박의 우현 측에 2개의 제2 마그누스 로터들(10b, 10d)이 마련된 화물선을 작동시키는 방법으로서,
    바람(W)의 풍향을 파악하는 단계,
    바람(W)과 제1 마그누스 로터들(10a, 10c) 사이의 작용에 의해 선박의 전진 이동 또는 후진 이동의 방향을 향하는 힘이 생성되도록 제1 회전 방향으로 제1 마그누스 로터들(10a, 10c)을 작동시키는 단계, 및
    바람(W)과 제2 마그누스 로터들(10b, 10d) 사이의 작용에 의해 제1 마그누스 로터들(10a, 10c)의 힘의 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 제1 회전 방향과 반대인 제2 회전 방향으로 제2 마그누스 로터들(10b, 10d)을 동시에 작동시키는 단계
    를 포함하는 화물선의 작동 방법.
  3. 직사각형으로 펼쳐진 2개의 제1 마그누스 로터들 및 2개의 제2 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d)을 포함하되, 2개의 제1 마그누스 로터들(10a, 10c)이 선박의 좌현 측에 마련되고 2개의 제2 마그누스 로터들(10b, 10d)이 선박의 우현 측에 마련된 화물선을 작동시키는 방법으로서,
    바람(W)의 풍향을 파악하는 단계,
    바람(W)과 2개씩의 제1 및 제2 마그누스 로터들(10a, 10b, 10c, 10d) 사이의 작용에 의해 선박의 전진 이동 또는 후진 이동의 방향으로 향한 힘이 생성되도록 동일한 회전 방향으로 제1 마그누스 로터들(10a, 10c)과 제2 마그누스 로터들(10b, 10d)를 작동시키는 단계를 포함하되,
    제1 마그누스 로터들(10a, 10c)의 회전 속도를 제2 마그누스 로터들(10b, 10d)의 회전 속도와 상이하게 하는 것인 화물선의 작동 방법.
  4. 화물선으로서,
    직사각형으로 펼쳐진 4개의 마그누스 로터들(10), 각각의 마그누스 로터에 부속된 모터(M)와 부속 컨버터(U), 및
    적어도 하나의 마그누스 로터의 회전 방향 또는 회전 속도를 제어하기 위해, 적어도 하나의 컨버터를 제어하는 적어도 하나의 제어 유닛(SE)을 포함하고, 상기 제어 유닛(SE)은,
    바람(W)과 마그누스 로터(10) 사이의 작용에 의해 선박의 전진 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 마그누스 로터들(10)의 회전 방향을 제어하게 구성되는 제1 작동 방식으로 작동하거나,
    바람(W)과 적어도 하나의 제1 마그누스 로터(10a, 10c) 사이의 작용에 의해 선박의 전진 이동 또는 후진 이동의 방향을 향하는 힘이 생성되도록 제1 회전 방향으로 선박의 좌현 측에 있는 2개의 제1 마그누스 로터들을 작동시키고, 바람(W)과 적어도 하나의 제2 마그누스 로터(10b, 10d) 사이의 작용에 의해 적어도 하나의 제1 마그누스 로터의 힘의 방향과 반대 방향을 향하는 힘이 생성되도록 제1 회전 방향과 반대인 제2 회전 방향으로 선박의 우현 측에 있는 2개의 제2의 마그누스 로터들을 작동하게 구성되는 제2 작동 방식으로 작동하거나, 또는
    바람(W)과 적어도 제1 및 제2 마그누스 로터(10a, 10b, 10c, 10d) 사이의 작용에 의해 선박의 전진 이동 또는 후진 이동의 방향을 향하는 힘이 생성되도록 동일한 회전 방향으로 선박의 좌현 측에 있는 2개의 제1 마그누스 로터들 및 선박의 우현 측에 있는 2개의 제2 마그누스 로터들을 작동하게 구성되되, 제1 마그누스 로터들의 회전 속도가 제2 마그누스 로터들의 회전 속도와 상이하게 되는 제3 작동 방식으로 작동하는 것인 화물선.
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