KR101523917B1 - 헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법 - Google Patents

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Abstract

헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험장치는, 헬리콥터를 모사하며 상기 헬리데크의 펜케익부 상에 하중을 가하는 헬리콥터 모사체 및 상기 헬리콥터 모사체에 의한 하중에 따른 상기 헬리데크의 변형을 측정하는 측정장치를 포함할 수 있다.

Description

헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법{EXPERIMENTAL APPARATUS AND METHOD FOR MESURING STRENGTH OF HELIDECK}
본 발명은 헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법에 관한 것이다.
일반적으로 드릴쉽(Drill ship)이나 FPSO(Floating, Production, Storage and Offloading) 등과 같은 해양 구조물(Offshore plant) 또는 해상에서 오랜 시간을 체류해야 하는 선박들은 인원 이동을 위해서 헬리콥터(Helicopter)를 운용해야 하고, 이로 인해 선수 또는 선미에 헬리데크(Helideck)의 설치를 필요로 한다.
헬리데크는 헬리콥터가 이착륙하는 데크 플로어(deck floor)를 형성하는 펜케익(pancake)부와 펜케익부를 지지하는 펜케익 지지부로 구성될 수 있다. 펜케익부는 헬리콥터를 지지할 수 있도록 다수 개의 플랭크(plank)가 서로 연결되어 형성될 수 있다. 펜케익 지지부는 펜케익부를 지지할 수 있는 H형 빔(beam)들을 포함할 수 있다.
예를 들어, 펜케익부는 일 방향으로 길게 연장되는 알루미늄 소재의 플랭크가 다수 개 연결되어 형성될 수 있다. 또한, 펜케익 지지부는 플랭크의 연장 방향과 교차하는 방향으로 길게 연장되며 플랭크의 하측에 배치되어 펜케익부를 지지하는 다수 개의 알루미늄 H빔과, 알루미늄 H빔의 연장 방향과 교차하는 방향으로 길게 연장되며 알루미늄 H빔의 하측에 배치되어 알루미늄 H빔을 지지하는 다수 개의 스틸 H빔을 포함할 수 있다.
한편, 위와 같은 구성은 모두 헬리데크의 구조적 안정성을 위한 것인데, 헬리데크의 구조적 안정성을 평가할 수 있는 방법은 제안되고 있지 않다. 즉, 헬리데크가 어느 정도의 하중을 견딜 수 있는지에 대한 명확한 실험 프로세스가 정립되어 있지 않기 때문에, 현재로서는 각 부재, 즉 플랭크, 알루미늄 H빔, 스틸 H빔 각각의 제원을 바탕으로 전체 헬리데크의 강도를 예상하거나, 시뮬레이션 방식으로 헬리데크의 구조 해석을 하고 있다.
위와 같은 방법은 어디까지나 헬리데크의 구조적 안정성에 대한 예상에 불과하므로, 정확한 결과 도출을 위해 실제와 흡사한 상황을 설정하여 헬리데크의 강도에 대한 실험을 진행할 필요가 있다.
관련된 선행기술문헌은 발견되지 않음
본 발명의 실시예는 헬리데크의 강도에 대한 실험을 하여 헬리데크의 구조적 안정성을 시험할 수 있는 헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 헬리데크 강도 실험에 대한 명확한 프로세스를 확립할 수 있는 헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 실제와 흡사한 상황을 설정하여 정확한 결과를 도출할 수 있는 헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험장치는, 헬리콥터를 모사하며 상기 헬리데크의 펜케익부 상에 하중을 가하는 헬리콥터 모사체 및 상기 헬리콥터 모사체에 의한 하중에 따른 상기 헬리데크의 변형을 측정하는 측정장치를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 헬리콥터 모사체는, 상기 헬리콥터의 본체를 모사하며 상기 펜케익부에 가해지는 하중을 생성하는 부하장치, 상기 헬리콥터의 휠을 모사하며 상기 부하장치 하부에 배치되는 금속부재 및 상기 헬리콥터의 타이어를 모사하며 상기 펜케익부에 접하는 러버부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 헬리콥터 모사체는 상기 펜케익부가 포함하는 복수의 플랭크 중 어느 하나의 플랭크 및 상기 어느 하나의 플랭크에 인접 배치된 다른 하나의 플랭크의 경계 부위에 배치될 수 있다.
또한, 상기 헬리데크는, 각각이 상기 펜케익부가 포함하는 플랭크의 길이 방향과 수직인 방향으로 연장되며 상기 펜케익부 아래에 상기 플랭크의 길이 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 펜케익부를 지지하는 복수의 제 1 지지체 및 각각이 상기 플랭크의 길이 방향으로 연장되며 상기 제 1 지지체 아래에 상기 제 1 지지체의 연장 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 제 1 지지체를 지지하는 제 2 지지체를 포함하고, 측정대상영역은 상기 헬리데크를 상기 플랭크의 길이 방향으로 바라보았을 때 상기 복수의 제 2 지지체 중 서로 인접한 한 쌍의 제 2 지지체 각각이 상기 측정대상영역의 일측단 및 타측단이 되도록 설정되며, 상기 측정장치는 복수로 마련되어 상기 측정대상영역에 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 상기 측정대상영역의 일측단 및 타측단은 각각 고정단 및 자유단으로 모사될 수 있다.
이 때, 상기 고정단은, 상기 제 1 지지체와 상기 측정대상영역의 일측단 측의 제 2 지지체 사이에 배치되는 마찰패드로 모사되고, 상기 자유단은, 상기 제 1 지지체와 상기 측정대상영역의 타측단 측의 제 2 지지체 사이에 배치되는 롤러로 모사될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험방법은, 헬리콥터를 모사하는 헬리콥터 모사체를 헬리데크의 펜케익부 상에 배치하는 단계, 상기 헬리데크의 적어도 일부의 지점에 상기 헬리데크의 변형을 측정하는 측정장치를 설치하는 단계, 상기 헬리콥터 모사체가 포함하는 부하장치를 이용하여 상기 펜케익부에 하중을 가하는 단계 및 상기 측정장치를 이용하여 상기 하중에 의한 상기 헬리데크의 변형을 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 헬리콥터 모사체는 상기 펜케익부에 가해지는 하중을 생성하는 부하장치를 포함하고, 상기 헬리데크의 일부분에 파단이 일어날 때까지 상기 하중을 점차적으로 늘려가면서 상기 헬리데크의 변형을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 헬리데크의 강도에 대한 실험을 하여 헬리데크의 구조적 안정성을 시험할 수 있는 헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법을 제공할 수 있다.
또한, 헬리데크 강도 실험에 대한 명확한 프로세스를 확립할 수 있는 헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법을 제공할 수 있다.
또한, 실제와 흡사한 상황을 설정하여 정확한 결과를 도출할 수 있는 헬리데크 강도 실험장치 및 실험방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험장치의 정면도.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험방법의 순서도.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험장치(100)의 정면도 및 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 헬리데크는 복수의 플랭크(10)를 포함하는 펜케익부(10), 펜케익부(10) 아래에 배치되어 펜케익부(10)를 지지하는 제 1 지지체(20), 제 1 지지체(20) 아래에 배치되어 제 1 지지체(20)를 지지하는 제 2 지지체(30)를 포함할 수 있다.
펜케익부(10)는 일방향(y 방향)으로 길게 연장되는 플랭크(11)를 포함할 수 있다. 이러한 플랭크(11)는 복수 개로 마련되어 서로 길이 방향(y 방향)과 수직인 방향(x 방향)으로 병렬적으로 연결되어 펜케익부(10)를 포함할 수 있다. 이와 같은 펜케익부(10) 상에 헬리콥터가 착륙할 수 있다. 한편, 플랭크(11)는 일반적으로 알루미늄 재질로 형성되고 있다.
펜케익부(10) 아래에는 제 1 지지체(20) 및 제 2 지지체(30)가 차례로 배치되어 펜케익부(10)에 대한 상방향 지지력을 제공할 수 있다. 구체적으로, 제 1 지지체(20)는 플랭크(11)의 길이 방향(y 방향)과는 수직인 방향(x 방향)으로 연장되는 H 빔일 수 있다. 또한, 제 2 지지체(30)는 플랭크(11)의 길이 방향(y 방향)과 동일한 방향으로 연장되는 H 빔일 수 있다. 이처럼, 플랭크(11), 제 1 지지체(20) 및 제 2 지지체(30)를 서로 엇갈리게 배치하는 것을 통하여 헬리데크의 전체적인 구조 강도를 증강시킬 수 있는 것이다.
한편, 일반적으로 제 1 지지체(20)는 알루미늄 재질로, 제 2 지지체(30)는 스틸 재질로 형성되고 있다.
본 발명의 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험장치(100)는 헬리콥터 모사체(110)를 포함하므로, 이를 이용하여 헬리데크의 변형(특히, 수직 방향으로의 변형)을 측정할 수 있어, 이를 통해 헬리데크의 강도를 파악할 수 있다.
헬리콥터 모사체(110)는 부하장치(111), 금속부재(112) 및 러버부재(113)를 포함할 수 있다.
우선, 부하장치(111)에 대하여 설명하면, 부하장치(111)는 헬리콥터의 본체를 모사한 것으로, 헬리콥터 본체의 하중과 동일한 하중을 생성하여 펜케익부(10)에 상기 하중을 가하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 헬리콥터의 질량이 약 4000 kg 이라고 가정할 경우, 부하장치(111)는 약 40 kN 의 힘을 생성하여 펜케익부(10), 더 정확하게는 금속부재(111)를 가압할 수 있는 것이다.
금속부재(112)는 헬리콥터의 휠을 모사한 것이다. 헬리콥터의 휠은 헬리콥터의 본체 아래에 연결되어 본체의 하중을 지면에 전달하는 바, 실제 헬리콥터와 같이, 본 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험장치(100)에서도 금속부재(112)는 부하장치(111) 아래에 배치되어 부하장치(111)에서 생성된 하중을 아래로 전달할 수 있다. 금속부재(112)는 일반적인 휠과 마찬가지로 스틸 재질로 형성될 수 있다.
러버부재(113)는 헬리콥터의 타이어를 모사한 것이다. 타이어는 휠을 감싸도록 형성되며, 지면에 직접적으로 접하게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 헬리데크 강도 실험장치에 있어서도 러버부재(113)는 헬리콥터 모사체(110)의 가장 하측에 배치되어 펜케익부(10)의 플랭크(11)와 직접적으로 접할 수 있다. 러버부재(113)에는 실제 헬리콥터 타이어에 일반적으로 사용되는 고무 소재가 사용될 수 있다.
한편, 헬리콥터 모사체(110)는 도 1에 잘 도시된 것과 같이 인접한 한 쌍의 플랭크(11)의 경계 부위에 배치되어, 상기 경계 부위에 하중을 가할 수 있다. 플랭크(11) 간의 경계 부위에 헬리콥터의 하중이 인가될 때에 헬리데크의 변형이 가장 심할 수 있기 때문이다.
위와 같은 구성을 포함할 수 있는 헬리콥터 모사체(110)에 의해 하중이 인가되면, 상기 하중에 따른 헬리데크의 변형 여부 및 변형 정도를 별도의 측정장치(120)를 이용하여 측정할 수 있다. 본 실시예에서는 상기와 같은 측정장치(120)를 스트레인 게이지(strain guage)로 예시한다. 스트레인 게이지는 전기식 및 기계식으로 분류 가능하고, 그 중 전기식 스트레인 게이지의 경우 구조체가 변형을 일으킬 때에 전기적 저항이 변화하여 이로부터 구조체의 변형 정도를 파악할 수 있는 것이고, 기계식 스트레인 게이지는 두 지점 사이의 미소한 거리 변화를 기계적으로 측정하여 구조체의 변형 정도를 파악하는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지로 예시되는 복수의 측정장치(120)는 플랭크(11) 표면 상에 서로 일정 거리 이격된 채로 설치될 수 있다. 하중이 가해지는 지점으로부터의 거리에 따라 변형 정도가 달라질 수 있으므로, 측정장치(120)는 복수로 마련될 필요가 있다.
한편, 측정대상영역(40)이 설정될 수 있는데, 그 기준은 제 2 지지체(30, 31)일 수 있다. 헬리콥터 모사체(110)에 의한 하중을 최종적으로 전달 받는 것은 제 2 지지체(30, 31)이기 때문에 본 실시예에서는 도 1에서와 같이 서로 인접한 한 쌍의 제 2 지지체(30, 31)를 기준으로 측정대상영역(40)을 설정하였다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 제 2 지지체(30, 31)는 각각 측정대상영역(40)의 일측단 및 타측단이 될 수 있다.
또한, 도 2에서는 플랭크(11)의 상면에 복수의 측정장치(120)가 설치되는 것으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 측정장치(120)는 제 1 지지체(20)의 일측 및/또는 제 2 지지체(30)의 일측에도 설치되어 다양한 부위에서의 변형 여부 및 변형 정도를 측정할 수 있다.
한편, 측정대상영역(40)을 설정할 때, 측정대상영역(40)의 일측단 및 타측단은 각각 고정단 및 자유단으로 모사될 수 있다. 실제 헬리데크의 거더(girder)(제 1 지지체(20) 및 제 2 지지체(30)를 거더라고도 부름) 주변의 경계 조건은 고정 조건이 아닌 단순지지 조건이므로, 이와 유사하게 본 실시예에 있어서도 측정대상영역(40)의 일측단인 하나의 제 2 지지체(30) 부위를 고정단으로, 측정대상영역(40)의 타측단인 다른 하나의 제 2 지지체(31) 부위를 자유단으로 모사하였다.
구체적으로, 고정단을 모사하기 위해 제 1 지지체(20)와 상기 하나의 제 2 지지체(30) 사이에는 마찰패드(130)를 제공하고, 자유단을 모사하기 위해 제 1 지지체(20)와 상기 다른 하나의 제 2 지지체(31) 사이에는 롤러(140)를 제공하였다.
상술한 바와 같은 구성을 포함할 수 있는 헬리데크 강도 실험장치(100)를 이용하여 헬리데크의 강도를 파악할 수 있는 실험방법을 도 3을 함께 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 헬리데크의 펜케익부(10)에 헬리콥터를 모사한 헬리콥터 모사체(110)를 배치(S10)시키고, 펜케익부(10)에 하중을 가하지 않은 상태에서 헬리데크 각 부위의 치수를 측정할 수 있다.
이어서, 헬리데크의 변형 여부 및 변형 정도를 측정할 수 있는 측정장치(120)를 헬리데크에 설치(S20)한다. 측정장치(120)는 복수로 마련되어 플랭크(11)의 상면에 일정 간격을 가진 채 이격되도록 설치될 수 있고, 플랭크(11) 외의 다른 부위, 예를 들어, 제 1 지지체(20)의 일측 및/또는 제 2 지지체(30)의 일측에도 설치될 수 있다.
위와 같은 실험 준비가 완료되면, 헬리콥터 모사체(110)의 부하장치(111)를 이용하여 펜케익부(10)에 하중을 인가(S30)하며, 인가되는 하중은 점차적으로 증가될 수 있다. 예를 들어, 50 kN 단위로 하중을 늘려갈 수 있는 것이다. 또한, 플랭크(11) 간의 경계 부위에 하중을 인가할 수 있음은 전술한 바와 같다.
하중을 늘려갈 때마다 헬리데크의 각 부위의 치수를 측정(S40)하여 변형 여부 및 변형 정도를 파악할 수 있으며, 또는 상술한 바와 같이 스트레인 게이지와 같은 측정장치(120)를 이용하여 변형률을 파악할 수도 있을 것이다.
헬리데크의 일부분에 파단이 일어날 때까지 하중을 계속 늘려가는 것을 통해 상기 헬리데크가 견딜 수 있는 최대 하중이 어느 정도인지 정확하게 파악할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 헬리데크 강도 실험에 대한 명확한 프로세스를 확립할 수 있고, 실제와 흡사한 상황을 설정하는 것을 통해 정확한 결과를 도출할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 일부 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의하여 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서의 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이고, 그와 같은 실시는 모두 본 발명의 범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
10: 펜케익부 11: 플랭크
20: 제 1 지지체 30, 31: 제 2 지지체
40: 측정대상영역 100: 헬리데크 강도 실험장치
110: 헬리콥터 모사체 111: 부하장치
112: 금속부재 113: 러버부재
120: 측정장치

Claims (8)

  1. 헬리데크의 강도를 실험하기 위한 장치로서,
    헬리콥터를 모사하며, 상기 헬리데크의 펜케익부 상에 하중을 가하는 헬리콥터 모사체; 및
    상기 헬리콥터 모사체에 의한 하중에 따른 상기 헬리데크의 변형을 측정하는 측정장치를 포함하고,
    상기 헬리데크는,
    각각이 상기 펜케익부가 포함하는 플랭크의 길이 방향과 수직인 방향으로 연장되며, 상기 펜케익부 아래에 상기 플랭크의 길이 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 펜케익부를 지지하는 복수의 제 1 지지체; 및
    각각이 상기 플랭크의 길이 방향으로 연장되며, 상기 제 1 지지체 아래에 상기 제 1 지지체의 연장 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 제 1 지지체를 지지하는 제 2 지지체를 포함하는 헬리데크 강도 실험장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 헬리콥터 모사체는,
    상기 헬리콥터의 본체를 모사하며, 상기 펜케익부에 가해지는 하중을 생성하는 부하장치;
    상기 헬리콥터의 휠을 모사하며, 상기 부하장치 하부에 배치되는 금속부재; 및
    상기 헬리콥터의 타이어를 모사하며, 상기 펜케익부에 접하는 러버부재를 포함하는 헬리데크 강도 실험장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 헬리콥터 모사체는 상기 펜케익부가 포함하는 복수의 플랭크 중 어느 하나의 플랭크 및 상기 어느 하나의 플랭크에 인접 배치된 다른 하나의 플랭크의 경계 부위에 배치되는 헬리데크 강도 실험장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    측정대상영역은 상기 헬리데크를 상기 플랭크의 길이 방향으로 바라보았을 때 상기 복수의 제 2 지지체 중 서로 인접한 한 쌍의 제 2 지지체 각각이 상기 측정대상영역의 일측단 및 타측단이 되도록 설정되며,
    상기 측정장치는 복수로 마련되어 상기 측정대상영역에 서로 이격되도록 배치되는 헬리데크 강도 실험장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 측정대상영역의 일측단 및 타측단은 각각 고정단 및 자유단으로 모사되는 헬리데크 강도 실험장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고정단은, 상기 제 1 지지체와 상기 측정대상영역의 일측단 측의 제 2 지지체 사이에 배치되는 마찰패드로 모사되고,
    상기 자유단은, 상기 제 1 지지체와 상기 측정대상영역의 타측단 측의 제 2 지지체 사이에 배치되는 롤러로 모사되는 헬리데크 강도 실험장치.
  7. 헬리콥터를 모사하는 헬리콥터 모사체를 헬리데크의 펜케익부 상에 배치하는 단계;
    상기 헬리데크의 적어도 일부의 지점에 상기 헬리데크의 변형을 측정하는 측정장치를 설치하는 단계;
    상기 헬리콥터 모사체가 포함하는 부하장치를 이용하여 상기 펜케익부에 하중을 가하는 단계; 및
    상기 측정장치를 이용하여 상기 하중에 의한 상기 헬리데크의 변형을 측정하는 단계를 포함하고,
    상기 헬리데크는,
    각각이 상기 펜케익부가 포함하는 플랭크의 길이 방향과 수직인 방향으로 연장되며, 상기 펜케익부 아래에 상기 플랭크의 길이 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 펜케익부를 지지하는 복수의 제 1 지지체; 및
    각각이 상기 플랭크의 길이 방향으로 연장되며, 상기 제 1 지지체 아래에 상기 제 1 지지체의 연장 방향을 따라 서로 이격되도록 배치되어 상기 제 1 지지체를 지지하는 제 2 지지체를 포함하는 헬리데크 강도 실험방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 헬리콥터 모사체는 상기 펜케익부에 가해지는 하중을 생성하는 부하장치를 포함하고,
    상기 헬리데크의 일부분에 파단이 일어날 때까지 상기 하중을 점차적으로 늘려가면서 상기 헬리데크의 변형을 측정하는 헬리데크 강도 실험방법.
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