KR101719044B1 - 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치 - Google Patents

워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 워터젯 추진선박의 워터젯과 연동하는 서브노즐을 이용하여 특히 저속에서 선박의 위치 및 자세를 효과적으로 제어할 수 있는 경량형 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 워터젯 추진선박의 선체 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 위치에 설치되며, 메인노즐에서 분기된 물을 상기 워터젯 추진선박의 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 방향으로 분사하는 서브노즐; 상기 메인노즐과 상기 서브노즐 사이에 설치되며, 상기 메인노즐을 통과하는 물을 분기해 내어 상기 서브노즐로 흐를 수 있도록 연결하는 연결관 및; 상기 연결관 상에 설치되며, 제어기의 작동에 따라 상기 서브노즐을 개폐하거나 상기 서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 서브노즐밸브;를 포함하는, 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치를 제공한다.

Description

워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치{location and position control device using water-jet linked sub-nozzle}
본 발명은 워터젯 추진선박의 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치와 그 방법에 관한 것이다.
일반적인 스크류 프로펠러(screw propeller)는 선박의 고속운항 시 프로펠러 날개면에 캐비테이션(cavitation)이 과다하게 발생하여 추력이 감소하고 선체진동과 수중소음이 증가하므로 이를 해결하기 위한 차세대 추진장치로써 워터젯(water-jet) 추진장치가 등장하게 되었다.
이러한 워터젯 추진장치는 엔진과 연결된 펌프를 가동하여 선박 밑바닥에 있는 흡입구로부터 물을 빨아들인 후에 선박 내부에 설치된 유도관을 거쳐 노즐을 통해 가속된 물을 선박 뒤쪽으로 분사하면서 선박을 앞으로 밀어주는 힘(추력)을 발생시키게 된다.
도 5는 일반적인 워터젯 추진장치의 전체적인 구성을 보여준다.
워터젯 추진장치는 크게 임펠러(4), 주축(5), 유도관(6), 노즐(3), 디플렉터(2), 리버서(1)로 구성된다. 여기서, 임펠러(4)는 물에 에너지를 주기 위한 날개를 가진 회전체, 주축(5)은 임펠러(4)에 동력을 전달하는 축, 유도관(6)은 흡입구에서 흡입한 물을 임펠러(4) 입구까지 유도하는 부분, 노즐(3)은 임펠러(4)에 의하여 추력이 생긴 물을 분출시키는 부분, 디플렉터(2)는 노즐(3)에서 분출된 물의 방향을 좌우로 전향시킴으로써 선박의 진행방향을 조절하는 조향장치, 리버서(1)는 노즐(3)에서 분출된 물의 방향을 선박의 전진과 반대방향으로 전향시킴으로써 선박을 후진시키는 장치를 말한다.
그런데, 워터젯 추진장치는 상기와 같은 구성에도 불구하고 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 워터젯 추진선박은 대부분이 소형선으로 쓰러스트가 없으므로, 저속에서의 위치유지가 어렵고, 저속에서 횡이동(crabbing) 및 제자리 선회와 같이 이접안 및 진회수 시에 필요한 저속기동이 어렵다.
둘째, 워터젯 추진선박에서 횡동요 및 종동요 등 자세를 제어하기 위하여 사용하던 기존장치(예: 트림탭)는 선박의 속도가 일정 이상 올라가야 양력을 받아 효과가 있으며 저속에서는 효과가 없으므로 이것으로는 선박의 자세유지가 곤란하다.
하지만, 이러한 문제를 해결하기 위하여 워터젯 추진선박에 쓰러스트를 설치하게 되면 선박의 중량이 증가하고 시스템이 복잡해지는 또 다른 문제점이 발생하게 된다. 워터젯 추진선박은 활주(planing)가 중요하므로, 특히 선박의 중량이 증가하는 것은 상당한 문제가 될 수 있다.
부식방지용 워터젯 추진기가 구비된 선박 (특허출원 제10-2013-0034591호)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 워터젯 추진선박의 워터젯과 연동하는 서브노즐을 이용하여 특히 저속에서 선박의 위치 및 자세를 효과적으로 제어할 수 있는 경량형 장치와 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 워터젯 추진선박의 선체 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 위치에 설치되며, 메인노즐에서 분기된 물을 상기 워터젯 추진선박의 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 방향으로 분사하는 서브노즐; 상기 메인노즐과 상기 서브노즐 사이에 설치되며, 상기 메인노즐을 통과하는 물을 분기해 내어 상기 서브노즐로 흐를 수 있도록 연결하는 연결관 및; 상기 연결관 상에 설치되며, 제어기의 작동에 따라 상기 서브노즐을 개폐하거나 상기 서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 서브노즐밸브;를 포함하는, 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치를 제공한다.
상기 서브노즐은, 보다 구체적으로는, 상기 워터젯 추진선박의 선체 좌현 선수 쪽에 설치되는 제1서브노즐; 상기 워터젯 추진선박의 선체 우현 선수 쪽에 설치되는 제2서브노즐; 상기 워터젯 추진선박의 선체 좌현 선미 쪽에 설치되는 제3서브노즐 및; 상기 워터젯 추진선박의 선체 우현 선미 쪽에 설치되는 제4서브노즐;로 이루어진다.
상기 제1서브노즐과 상기 제2서브노즐, 상기 제3서브노즐과 상기 제4서브노즐은 각각 좌우대칭이 되도록 설치된다.
상기 연결관은 4점 또는 3점 이하의 분기방식에 따라 상기 메인노즐을 통과하는 물을 분기해 낸다.
상기 연결관이 4점 분기방식에 따르는 경우, 상기 연결관은 상기 제1서브노즐, 상기 제2서브노즐, 상기 제3서브노즐 및 상기 제4서브노즐과 각각 연결되는 4개의 독립관 형태로 구성된다.
상기 연결관이 3점 이하의 분기방식에 따르는 경우, 상기 연결관은 상기 제1서브노즐, 상기 제2서브노즐, 상기 제3서브노즐 및 상기 제4서브노즐 중 일부와 연결되는 독립관과 상기 독립관으로부터 분기되어 나머지 서브노즐과 연결되는 바이패스관 형태로 구성된다.
상기 서브노즐밸브는, 보다 구체적으로는, 상기 제1서브노즐을 개폐하거나 상기 제1서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 제1서브노즐밸브; 상기 제2서브노즐을 개폐하거나 상기 제2서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 제2서브노즐밸브; 상기 제3서브노즐을 개폐하거나 상기 제3서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 제3서브노즐밸브 및; 상기 제4서브노즐을 개폐하거나 상기 제4서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 제4서브노즐밸브;로 이루어진다.
상기 제어기는 상기 제1서브노즐밸브, 상기 제2서브노즐밸브, 상기 제3서브노즐밸브 및 상기 제4서브노즐밸브를 각각 독립적으로 제어하도록 작동한다.
한편, 본 발명은, 상기 서브노즐의 끝단에 설치되며, 상기 제어기의 작동에 의해 회전 구동함에 따라 상기 서브노즐의 물 분사방향을 전환하는 가동노즐;을 추가로 포함한다.
상기 가동노즐은 힌지 또는 볼스크류 방식에 따라 회전 구동하며, 상기 워터젯 추진선박의 선수미 및 높이 방향으로 180도 이상 회전 구동한다.
상기 가동노즐은, 보다 구체적으로는, 상기 제1서브노즐의 끝단에 설치되어 상기 제1서브노즐의 물 분사방향을 전환하는 제1가동노즐; 상기 제2서브노즐의 끝단에 설치되어 상기 제2서브노즐의 물 분사방향을 전환하는 제2가동노즐; 상기 제3서브노즐의 끝단에 설치되어 상기 제3서브노즐의 물 분사방향을 전환하는 제3가동노즐 및; 상기 제4서브노즐의 끝단에 설치되어 상기 제4서브노즐의 물 분사방향을 전환하는 제4가동노즐;로 이루어진다.
상기 제어기는 상기 제1가동노즐, 상기 제2가동노즐, 상기 제3가동노즐 및 상기 제4가동노즐을 각각 독립적으로 제어하도록 작동한다.
또한, 본 발명은, 상기 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치를 구비하는 워터젯 추진선박을 제공한다.
또한, 본 발명은, 워터젯 추진선박에 있어서, 상기 메인노즐에서 분기된 물이 상기 연결관을 통하여 상기 서브노즐로 흐르는 단계; 상기 서브노즐이 상기 워터젯 추진선박의 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 방향으로 물을 분사하는 단계; 상기 가동노즐이 회전 구동하면서 상기 서브노즐의 물 분사방향을 전환하는 단계 및; 상기 서브노즐밸브가 상기 서브노즐을 개폐하거나 상기 서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 단계;를 포함하는, 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 유리한 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 저속에서 워터젯 추진선박의 위치유지를 통해 안전한 이접안 및 진회수가 가능해지며, 저속에서 해양조사나 정찰감시를 수행하는 워터젯 추진선박의 위치 및 자세유지를 통한 정보수집의 정확성을 향상시킬 수 있으며, 워터젯 추진선박의 저속운항 시 파랑 중 횡동요 및 종동요 자세유지를 통한 선박의 내항성 및 운항안정성을 향상시킬 수 있다. 둘째, 워터젯 추진선박에 쓰러스트를 설치하지 않아도 되므로 선박의 중량 증가를 막을 수 있으며 이에 따라 선박의 활주(planing) 성능이 감소하지 않는다.
도 1은 본 발명의 전체적인 구성(메인노즐의 4점 분기방식)을 보여준다.
도 2는 본 발명의 전체적인 구성(메인노즐의 2점 분기방식)을 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 가동노즐의 작동 예(평면도)를 보여준다.
도 4는 본 발명에 따른 가동노즐의 작동 예(정면도)를 보여준다.
도 5는 일반적인 워터젯 추진장치의 전체적인 구성을 보여준다.
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 워터젯 추진선박의 워터젯과 연동하는 서브노즐을 이용하여 특히 저속에서 선박의 위치 및 자세를 효과적으로 제어할 수 있는 경량형 장치와 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기본적으로 서브노즐, 연결관 및 서브노즐밸브를 포함하여 이루어진다. 이하, 각 구성요소별 기능 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 전체적인 구성(메인노즐의 4점 분기방식)을 보여준다. 도 2는 본 발명의 전체적인 구성(메인노즐의 2점 분기방식)을 보여준다. 도 3은 본 발명에 따른 가동노즐의 작동 예(평면도)를 보여준다. 도 4는 본 발명에 따른 가동노즐의 작동 예(정면도)를 보여준다.
서브노즐(31, 32, 33, 34)은 워터젯 추진선박(10)의 선체 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 위치에 설치되며, 메인노즐(20)에서 분기된 물을 워터젯 추진선박(10)의 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 방향으로 분사한다.
여기서, 메인노즐(20)은 워터젯 추진장치에 구비되는 통상의 노즐에 해당하는 것으로(도 5의 부호 3), 임펠러에 의하여 추력이 생긴 고압의 물을 외부로 분출하여 추진력을 발생시키는 작용을 한다. 본 발명의 경우 노즐은 상기 통상의 노즐 외에도 서브노즐, 가동노즐과 같이 그 기능 및 작용을 달리 하는 다양한 노즐들이 구비되는바, 이들과의 구분을 위하여 상기 통상의 노즐을 ‘메인노즐(20)’이라 칭한다.
서브노즐은 대형 선박에 일반적으로 설치되는 쓰러스트처럼 선박의 좌현 및 우현 방향 추력을 발생시키는 기능을 한다. 그런데, 본 발명의 경우 워터젯 추진선박(10)에 쓰러스트를 설치하지 않고 이를 대신하여 서브노즐을 설치한 이유는, 쓰러스트를 설치하게 되면 선박의 중량이 증가하고 시스템이 복잡해지는 또 다른 문제점이 발생하기 때문이다. 워터젯 추진선박(10)은 활주(planing)가 중요하므로, 특히 선박의 중량이 증가하는 것은 상당한 문제가 될 수 있다.
서브노즐은 쓰러스트에 비해 상당히 경량의 구조물이므로 본 발명에서처럼 워터젯 추진선박(10)에 서브노즐을 설치하게 되면 서브노즐이 쓰러스트의 기능을 다 하면서도 부가물의 설치로 인한 선박의 중량 증가를 막을 수 있다. 특히, 본 발명의 경우 서브노즐은 메인노즐(20)을 통과하는 물(워터젯)과 연동하여 작동하는 구조이며 그 구동을 위한 별도의 펌프 장치를 필요로 하지 않으므로, 서브노즐의 설치로 인한 제2, 제3의 추가적인 중량 증가 또한 막을 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 서브노즐의 기능이 효과적으로 발현되기 위해서는, 서브노즐은 워터젯 추진선박(10)의 좌현과 우현에 모두 설치되는 것이 바람직하며, 이 경우 좌현과 우현에는 선수 및 선미 쪽에 서브노즐이 각각 하나씩 설치되는 것이 바람직하다(도 1, 도 2).
즉, 서브노즐은 워터젯 추진선박(10)의 좌현과 우현의 선수 및 선미 쪽에 총 4개가 설치되는 것으로, 본 발명에서는 선체 좌현 선수 쪽에 설치되는 서브노즐을 제1서브노즐(31), 선체 우현 선수 쪽에 설치되는 서브노즐을 제2서브노즐(32), 선체 좌현 선미 쪽에 설치되는 서브노즐을 제3서브노즐(33), 선체 우현 선미 쪽에 설치되는 서브노즐을 제4서브노즐(34)이라 칭한다.
이 경우, 제1서브노즐(31)과 제2서브노즐(32), 제3서브노즐(33)과 제4서브노즐(34)은 각각 좌우대칭이 되도록 설치되는 것이 바람직하다(도 1, 도 2).
이 상태에서 워터젯 추진선박(10)의 위치 및 자세를 제어하기 위하여, 제1서브노즐(31)은 워터젯 추진선박(10)의 선수 쪽에서 좌현 방향으로 물을 분사하며, 제2서브노즐(32)은 선수 쪽에서 우현 방향으로 물을 분사하며, 제3서브노즐(33)은 선미 쪽에서 좌현 방향으로 물을 분사하며, 제4서브노즐(34)은 선미 쪽에서 우현 방향으로 물을 분사하게 된다.
연결관(40a, 40b)은 메인노즐(20)과 서브노즐 사이에 설치되며, 메인노즐(20)을 통과하는 물을 분기해 내어 서브노즐로 흐를 수 있도록 연결하는 기능을 한다. 즉, 임펠러에 의하여 추력이 생긴 고압의 물은 메인노즐(20)을 통과하는 과정에서 연결관에 의해 분기되어 서브노즐로 흐르게 되며 서브노즐은 이 물을 선체 외부로 분사하게 되는 것이다. 따라서 서브노즐은 상술한 바와 같이 메인노즐(20)을 통과하는 물과 연동하여 작동하게 되며 그 구동을 위한 별도의 펌프 장치를 필요로 하지 않으므로, 서브노즐의 설치로 인한 제2, 제3의 추가적인 선체 중량 증가를 막을 수 있다.
연결관(40a, 40b)은 4점 또는 3점 이하의 분기방식에 따라 메인노즐(20)을 통과하는 물을 분기해 낸다. 여기서, 4점 분기방식이라 함은 연결관이 메인노즐(20)의 4군데 지점에서 각각 메인노즐(20)을 통과하는 물을 분기해 내는 방식을 말하며, 3점 이하의 분기방식이라 함은 연결관이 메인노즐(20)의 3군데 이하의 지점에서 각각 메인노즐(20)을 통과하는 물을 분기해 내는 방식을 말한다.
이때, 4점 분기방식에 따를 것인가 아니면 3점 이하의 분기방식에 따를 것인가는 워터젯 추진선박(10)의 크기나 내부 시스템 구성 등에 따라 선택적으로 결정할 수 있는 문제이다.
만약, 4점 분기방식에 따를 경우, 연결관은 도 1에서 보는 것과 같이 제1서브노즐(31), 제2서브노즐(32), 제3서브노즐(33) 및 제4서브노즐(34)과 각각 연결되는 4개의 독립관(40a) 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 독립관(40a)이라 함은 연결관의 일 끝단은 메인노즐(20)에, 타 끝단은 서브노즐에 연결되어, 연결관이 메인노즐(20)과 서브노즐을 직접 연결하는 경우의 관 형태를 일컫는 것이다. 도 1은 연결관이 4점 분기방식에 따라 설치된 구성을 보여준다.
만약, 3점 이하의 분기방식에 따를 경우, 연결관은 도 2에서 보는 것과 같이 제1서브노즐(31), 제2서브노즐(32), 제3서브노즐(33) 및 제4서브노즐(34) 중 일부와 연결되는 독립관(40a)과 상기 독립관(40a)으로부터 분기되어 나머지 서브노즐과 연결되는 바이패스관(40b) 형태로 구성될 수 있다. 도 2는 연결관이 2점 분기방식에 따라 설치된 구성을 보여준다. 여기서, 제3서브노즐(33)과 제4서브노즐(34)은 독립관 형태의 연결관(40a)에, 제1서브노즐(31)과 제2서브노즐(32)은 바이패스관 형태의 연결관(40b)에 연결되어 있음을 확인할 수 있다.
서브노즐밸브는 연결관(40a, 40b) 상에 설치되며, 제어기(미도시)의 작동에 따라 서브노즐을 개폐하거나 서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 기능을 한다.
여기서, 제어기는 서브노즐밸브와 유선 또는 무선의 방식으로 연결되는 일종의 컴퓨터 장치로서, 선박 운항자의 수동 조작 또는 내장된 프로그램에 의한 자동 조작에 따라 작동하는바, 서브노즐밸브는 이러한 제어기의 명령에 따라 서브노즐의 작동을 조정하게 된다.
당연하게도, 서브노즐밸브가 서브노즐을 닫으면 추력은 사라지며 반대로 서브노즐을 열면 추력이 발생한다. 그리고 서브노즐밸브가 서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 증가시키면 추력도 증가하며 반대로 서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 감소시키면 추력도 감소한다.
한편, 워터젯 추진선박(10)의 위치 및 자세를 효과적으로 제어하기 위해서는 워터젯 추진선박(10)의 다양한 운항상태(예: 이접안 및 진회수, 파랑 중 저속운항 등)에 맞추어 서브노즐의 작동 또한 다각적으로 조정할 필요가 있다.
이에, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 제1서브노즐(31), 제2서브노즐(32), 제3서브노즐(33) 및 제4서브노즐(34)에 대하여 일대일로 작동하는 제1서브노즐밸브(51), 제2서브노즐밸브(52), 제3서브노즐밸브(53) 및 제4서브노즐밸브(54)를 별개로 두었는바, 제1서브노즐밸브(51)는 제1서브노즐(31)을 개폐하거나 제1서브노즐(31)에서 분사되는 물의 세기를 조절하며, 제2서브노즐밸브(52)는 제2서브노즐(32)을 개폐하거나 제2서브노즐(32)에서 분사되는 물의 세기를 조절하며, 제3서브노즐밸브(53)는 제3서브노즐(33)을 개폐하거나 제3서브노즐(33)에서 분사되는 물의 세기를 조절하며, 제4서브노즐밸브(54)는 제4서브노즐(34)을 개폐하거나 제4서브노즐(34)에서 분사되는 물의 세기를 조절하는 기능을 하게 된다.
그리고 상기의 경우 제어기는 제1서브노즐밸브(51), 제2서브노즐밸브(52), 제3서브노즐밸브(53) 및 제4서브노즐밸브(54)를 각각 독립적으로 제어하도록 작동한다. 따라서 제1서브노즐(31), 제2서브노즐(32), 제3서브노즐(33) 및 제4서브노즐(34)은 워터젯 추진선박(10)의 운항상태에 따라 노즐의 개폐 여부나 노즐에서 분사되는 물의 세기가 서로 동일하거나 다르게 다양한 형태로 운용될 수 있다.
한편, 서브노즐밸브가 연결관(40a, 40b) 상에 설치되는 것과 관련하여, 서브노즐밸브는 연결관(40a)의 일 끝단(메인노즐(20)과의 연결부)에 설치될 수도 있고(도 1 참조), 연결관(40a, 40b)의 타 끝단(서브노즐과의 연결부)에 설치될 수도 있다(도 2 참조). 물론 서브노즐밸브는 연결관(40a, 40b)의 양 끝단 사이에 설치될 수도 있다. 이처럼 서브노즐밸브의 설치 위치는 워터젯 추진선박(10)의 크기나 내부 시스템 구성 등에 따라 선택적으로 결정할 수 있는 문제이다.
지금까지의 구성만으로도 워터젯 추진선박(10)은 선수미의 두 지점에서 좌현 및 우현 방향으로 추력을 발생시켜 선박의 위치 및 자세를 효과적으로 유지하거나 제어할 수 있으나, 본 발명은 워터젯 추진선박(10)의 ‘보다 정밀하고 다양한 형태의 위치 및 자세 제어’를 위하여 이하에서 설명하는 바와 같은 가동노즐을 더욱 구비한다.
가동노즐(61, 62, 63, 64)은 서브노즐(31, 32, 33, 34)의 끝단에 설치되며, 제어기(미도시)의 작동에 의해 회전 구동함에 따라 서브노즐의 물 분사방향을 전환하는 기능을 한다(도 3, 도 4).
만약 서브노즐만 존재하는 경우라면 서브노즐에서 분사된 물은 한 방향으로만 향하게 되며 그 결과 추력도 한 방향으로만 발생하게 된다. 하지만, 가동노즐이 서브노즐의 물 분사방향을 전환하게(바꾸게) 되면 서브노즐에서 분사된 물은 가동노즐의 회전 방향에 따라 다양한 방향으로 향하게 되며 그 결과 추력 또한 다양한 방향으로 발생하게 된다. 그리고 이처럼 추력이 다양한 방향으로 발생한다는 것은 워터젯 추진선박(10)의 위치 및 자세를 제어할 수 있는 경우의 수가 많아지고 그 정밀도가 더욱 높아짐을 의미하는 것이다.
가동노즐은 힌지 또는 볼스크류 방식에 따라 회전 구동할 수 있으며, 이 경우 제어기는, 상술한 서브노즐밸브의 경우와 마찬가지로, 가동노즐과도 연결되어 상기 가동노즐의 회전 구동을 제어하는 역할을 한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 가동노즐의 기능이 십분 발휘될 수 있도록, 제1서브노즐(31), 제2서브노즐(32), 제3서브노즐(33) 및 제4서브노즐(34)에 대하여 일대일로 작동하는 제1가동노즐(61), 제2가동노즐(62), 제3가동노즐(63) 및 제4가동노즐(64)을 별개로 두었는바, 제1가동노즐(61)은 제1서브노즐(31)의 끝단에 설치되어 제1서브노즐(31)의 물 분사방향을 전환하며, 제2가동노즐(62)은 제2서브노즐(32)의 끝단에 설치되어 제2서브노즐(32)의 물 분사방향을 전환하며, 제3가동노즐(63)은 제3서브노즐(33)의 끝단에 설치되어 제3서브노즐(33)의 물 분사방향을 전환하며, 제4가동노즐(64)은 제4서브노즐(34)의 끝단에 설치되어 제4서브노즐(34)의 물 분사방향을 전환하는 기능을 하게 된다.
그리고 상기의 경우 제어기는 제1가동노즐(61), 제2가동노즐(62), 제3가동노즐(63) 및 제4가동노즐(64)을 각각 독립적으로 제어하므로, 제1서브노즐(31), 제2서브노즐(32), 제3서브노즐(33) 및 제4서브노즐(34)의 물 분사방향은 워터젯 추진선박(10)의 운항상태에 따라 각각이 서로 동일하거나 다르게 다양한 형태로 운용될 수 있다.
한편, 서브노즐의 물 분사방향을 전환하는 것과 관련하여, 가동노즐은 워터젯 추진선박(10)의 선수미 및 높이 방향으로 180도 이상 회전 구동하도록 설계되는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 도 3은 가동노즐이 워터젯 추진선박(10)의 선수미 방향으로 180도 이상 회전 구동하는 상태를 예시하고 있으며, 도 4는 가동노즐이 워터젯 추진선박(10)의 높이 방향으로 180도 이상 회전 구동하는 상태를 예시하고 있다.
도 3에서, 제1가동노즐(61), 제2가동노즐(62), 제3가동노즐(63) 및 제4가동노즐(64)이 모두 선수 방향으로 회전한 상태라면 물은 모두 선수 방향으로 분사되며 이에 따라 추력은 선미 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)이 후진을 하게 된다 (전진/후진) . 반대로, 제1가동노즐(61), 제2가동노즐(62), 제3가동노즐(63) 및 제4가동노즐(64)이 모두 선미 방향으로 회전한 상태라면 물은 모두 선미 방향으로 분사되며 이에 따라 추력은 선수 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)이 전진을 하게 된다 (전진/후진) .
또한, 도 3에서, 제1서브노즐(31)과 제3서브노즐(33)은 닫히고 제2서브노즐(32)과 제4서브노즐(34)만 열린 상태에서 제2가동노즐(62)과 제4가동노즐(64)이 모두 우현 방향으로 회전한 상태라면 물은 모두 우현 방향으로 분사되며 이에 따라 추력은 좌현 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)이 왼쪽으로 이동하게 된다 ( 횡이동 ) . 반대로, 제2서브노즐(32)과 제4서브노즐(34)은 닫히고 제1서브노즐(31)과 제3서브노즐(33)만 열린 상태에서 제1가동노즐(61)과 제3가동노즐(63)이 모두 좌현 방향으로 회전한 상태라면 물은 모두 좌현 방향으로 분사되며 이에 따라 추력은 우현 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)이 오른쪽으로 이동하게 된다 ( 횡이동 ) .
또한, 도 3에서, 제2서브노즐(32)과 제3서브노즐(33)은 닫히고 제1서브노즐(31)과 제4서브노즐(34)만 열린 상태에서 제1가동노즐(61)은 좌현 방향으로, 제4가동노즐(64)은 우현 방향으로 회전한 상태라면 물은 선수 쪽에서 좌현 방향으로, 선미 쪽에서 우현 방향으로 분사되며 이에 따라 추력은 선수 쪽에서 우현 방향으로, 선미 쪽에서 좌현 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)이 제자리에서 우현으로 선회(시계방향 회전)하게 된다 (제자리 선회) . 반대로, 제1서브노즐(31)과 제4서브노즐(34)은 닫히고 제2서브노즐(32)과 제3서브노즐(33)만 열린 상태에서 제2가동노즐(62)은 우현 방향으로, 제3가동노즐(63)은 좌현 방향으로 회전한 상태라면 물은 선수 쪽에서 우현 방향으로, 선미 쪽에서 좌현 방향으로 분사되며 이에 따라 추력은 선수 쪽에서 좌현 방향으로, 선미 쪽에서 우현 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)이 제자리에서 좌현으로 선회(반시계방향 회전)하게 된다 (제자리 선회) .
도 4에서, 제1가동노즐(61), 제2가동노즐(62), 제3가동노즐(63) 및 제4가동노즐(64)이 모두 하(下) 방향으로 회전한 상태라면 물은 모두 하(下) 방향으로 분사되며 이에 따라 추력은 상(上)방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)이 소정의 수심만큼 상승하게 된다 (상승/하강) . 반대로, 제1가동노즐(61), 제2가동노즐(62), 제3가동노즐(63) 및 제4가동노즐(64)이 모두 상(上) 방향으로 회전한 상태라면 물은 모두 상(上) 방향으로 분사되며 이에 따라 추력은 하(下) 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)이 소정의 수심만큼 하강하게 된다 (상승/하강) .
또한, 도 4에서, 제1서브노즐(31)과 제2서브노즐(32)은 닫히고 제3서브노즐(33)과 제4서브노즐(34)만 열린 상태에서 제3가동노즐(63)과 제4가동노즐(64)이 모두 하(下) 방향으로 회전한 상태라면 선미 쪽의 물만 모두 하(下) 방향으로 분사되며 이에 따라 선미 쪽에서만 추력이 상(上) 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)은 선미부가 선수부보다 더 상승하여 기울어지는 거동(자세)을 하게 된다 (종 동요각 제어) . 반대로, 제3서브노즐(33)과 제4서브노즐(34)은 닫히고 제1서브노즐(31)과 제2서브노즐(32)만 열린 상태에서 제1가동노즐(61)과 제2가동노즐(62)이 모두 하(下) 방향으로 회전한 상태라면 선수 쪽의 물만 모두 하(下) 방향으로 분사되며 이에 따라 선수 쪽에서만 추력이 상(上) 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)은 선수부가 선미부보다 더 상승하여 기울어지는 거동(자세)을 하게 된다 ( 종동요각 제어) .
또한, 도 4에서, 제2서브노즐(32)과 제4서브노즐(34)은 닫히고 제1서브노즐(31)과 제3서브노즐(33)만 열린 상태에서 제1가동노즐(61)과 제3가동노즐(63)이 모두 하(下) 방향으로 회전한 상태라면 좌현 쪽의 물만 모두 하(下) 방향으로 분사되며 이에 따라 좌현 쪽에서만 추력이 상(上) 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)은 좌현이 우현보다 더 상승하여 기울어지는 거동(자세)을 하게 된다 ( 횡동요각 제어) . 반대로, 제1서브노즐(31)과 제3서브노즐(33)은 닫히고 제2서브노즐(32)과 제4서브노즐(34)만 열린 상태에서 제2가동노즐(62)과 제4가동노즐(64)이 모두 하(下) 방향으로 회전한 상태라면 우현 쪽의 물만 모두 하(下) 방향으로 분사되며 이에 따라 우현 쪽에서만 추력이 상(上) 방향으로 발생하여 워터젯 추진선박(10)은 우현이 좌현보다 더 상승하여 기울어지는 거동(자세)을 하게 된다 ( 횡동요각 제어) .
이처럼 가동노즐이 선수미 및 높이 방향으로 180도 이상 회전 구동할 수 있게 되면 워터젯 추진선박(10)의 전진/후진, 횡이동(crabbing), 제자리 선회, 상승/하강, 종동요각 제어, 횡동요각 제어 등 다양한 위치 및 자세 제어가 가능해진다.
하지만, 이상의 설명은 가동노즐의 대표적인 몇 가지 작동 예만을 언급한 것으로, 제1가동노즐(61), 제2가동노즐(62), 제3가동노즐(63) 및 제4가동노즐(64)의 작동 상태는 보다 다양하게 조합될 수 있으며, 이를 통해 보다 다양한 형태의 위치 및 자세 제어가 가능해진다.
특히, 가동노즐의 상기 작동 예에 메인노즐(20)의 전진 기능 또는 리버서의 후진 기능을 결합하면, 워터젯 추진선박(10)은 선수각 유지 상태에서의 전진 및 후진, 종동요각 유지 상태에서의 전진 및 후진, 횡동요각 유지 상태에서의 전진 및 후진 등이 모두 가능해진다. 참고로, 리버서(도 5의 부호 1에 해당)는 메인노즐(20)에서 분출된 물의 방향을 선박의 전진과 반대방향으로 전향시킴으로써 선박을 후진시키는 장치를 말한다.
예를 들어, 도 3에서, 제1가동노즐(61)과 제3가동노즐(63)은 모두 좌현 방향으로 회전한 상태에서 물을 분사하고, 제2가동노즐(62)과 제4가동노즐(64)은 모두 우현 방향으로 회전한 상태에서 물을 분사하고, 이 상태에서 메인노즐(20)의 전진 기능을 구현하면, 워터젯 추진선박(10)은 선수각 유지 상태에서 전진을 하게 된다. 이는 특히 파랑 중 워터젯 추진선박(10)이 고속으로 항주하는 경우 보침 성능을 높이는 데 상당한 도움이 된다.
또한, 도 4에서, 제3가동노즐(63)과 제4가동노즐(64)만 모두 하(下) 방향으로 회전한 상태에서 물을 분사하고, 이 상태에서 메인노즐(20)의 전진 기능을 구현하면, 워터젯 추진선박(10)은 선수부가 선미부보다 하강한 종동요각 유지 상태에서 전진을 하게 된다.
또한, 도 4에서, 제1가동노즐(61)과 제3가동노즐(63)만 모두 하(下) 방향으로 회전한 상태에서 물을 분사하고, 이 상태에서 메인노즐(20)의 전진 기능을 구현하면, 워터젯 추진선박(10)은 좌현이 우현보다 상승한 횡동요각 유지 상태에서 전진을 하게 된다.
워터젯 추진선박(10)의 위치 및 자세를 제어하는 방법은 다음의 단계에 따라 구현될 수 있다.
먼저, 메인노즐(20)에서 분기된 물이 연결관(40a, 40b)을 통하여 서브노즐로 흐른다. 다음으로, 서브노즐이 워터젯 추진선박(10)의 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 방향으로 물을 분사한다. 다음으로, 가동노즐이 회전 구동하면서 서브노즐의 물 분사방향을 전환한다. 마지막으로, 서브노즐밸브가 서브노즐을 개폐하거나 서브노즐에서 분사되는 물의 세기를 조절한다.
이에 따르면, 본 발명을 통하여 다음과 같은 유리한 효과를 얻을 수 있다. 첫째, 저속에서 워터젯 추진선박(10)의 위치유지를 통해 안전한 이접안 및 진회수가 가능해지며, 저속에서 해양조사나 정찰감시를 수행하는 워터젯 추진선박(10)의 위치 및 자세유지를 통한 정보수집의 정확성을 향상시킬 수 있으며, 워터젯 추진선박(10)의 저속운항 시 파랑 중 횡동요 및 종동요 자세유지를 통한 선박의 내항성 및 운항안정성을 향상시킬 수 있다. 둘째, 워터젯 추진선박(10)에 쓰러스트를 설치하지 않아도 되므로 선박의 중량 증가를 막을 수 있으며 이에 따라 선박의 활주(planing) 성능이 감소하지 않는다.
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 : 워터젯 추진선박 20 : 메인노즐
31 : 제1서브노즐 32 : 제2서브노즐
33 : 제3서브노즐 34 : 제4서브노즐
40a, 40b : 연결관
51 : 제1서브노즐밸브 52 : 제2서브노즐밸브
53 : 제3서브노즐밸브 54 : 제4서브노즐밸브
61 : 제1가동노즐 62 : 제2가동노즐
63 : 제3가동노즐 64 : 제4가동노즐

Claims (15)

  1. 추력이 생긴 물을 분출시켜 선박을 전진시키는 메인노즐(20)과, 메인노즐(20)에서 분출된 물의 방향을 전향시켜 선박을 후진시키는 리버서를 포함하는 워터젯 추진선박(10)의 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치에 있어서,
    선체 좌현 선수 쪽에 설치되는 제1서브노즐(31)과, 상기 제1 서브노즐(31)과 좌우대칭을 이루어 선체 우현 선수 쪽에 설치되는 제2서브노즐(32)과, 선체 좌현 선미 쪽에 설치되는 제3서브노즐(33)과, 상기 제3서브노즐(33)과 좌우대칭을 이루어 선체 우현 선미 쪽에 설치되는 제4서브노즐(34)을 포함하며, 상기 메인노즐(20)에서 분기된 물을 상기 워터젯 추진선박(10)의 좌현 또는 우현 중 어느 하나 이상의 방향으로 분사하는 서브노즐(31, 32, 33, 34);
    상기 메인노즐(20)과 상기 서브노즐 사이에 설치되며, 상기 메인노즐(20)을 통과하는 물을 분기해 내어 상기 서브노즐로 흐를 수 있도록 연결하는 연결관(40a, 40b);
    상기 연결관(40a, 40b) 상에 설치되어 제어기의 작동에 따라 각각이 독립적으로 제어되며, 상기 제1서브노즐(31)의 개폐 및 분사되는 물의 세기를 조절하는 제1서브노즐밸브(51)와, 상기 제2서브노즐(32)의 개폐 및 분사되는 물의 세기를 조절하는 제2서브노즐밸브(52)와, 상기 제3서브노즐(33)의 개폐 및 분사되는 물의 세기를 조절하는 제3서브노즐밸브(53)와, 상기 제4서브노즐(34)의 개폐 및 분사되는 물의 세기를 조절하는 제4서브노즐밸브(54)를 포함하는 서브노즐밸브(51, 52, 53, 54); 및
    상기 제어기의 작동에 따라 각각이 독립적으로 상기 워터젯 추진선박(10)의 선수미 및 높이 방향으로 적어도 180도 회전 구동하도록 제어되며, 상기 제1서브노즐(31)의 끝단에 설치되어 상기 제1서브노즐(31)의 물 분사방향을 전환하는 제1가동노즐(61)과, 상기 제2서브노즐(32)의 끝단에 설치되어 상기 제2서브노즐(32)의 물 분사방향을 전환하는 제2가동노즐(62)과, 상기 제3서브노즐(33)의 끝단에 설치되어 상기 제3서브노즐(33)의 물 분사방향을 전환하는 제3가동노즐(63)과, 상기 제4서브노즐(34)의 끝단에 설치되어 상기 제4서브노즐(34)의 물 분사방향을 전환하는 제4가동노즐(64)을 포함하는 가동노즐(61, 62, 63, 64);를 포함하여,
    상기 워터젯 추진선박(10)의 전진/후진, 횡이동(crabbing), 제자리 선회, 상승/하강, 종동요각 제어, 횡동요각 제어가 가능한 것을 특징으로 하는 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결관은 4점 또는 3점 이하의 분기방식에 따라 상기 메인노즐(20)을 통과하는 물을 분기해 내는 것을 특징으로 하는, 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결관이 4점 분기방식에 따르는 경우, 상기 연결관은 상기 제1서브노즐(31), 상기 제2서브노즐(32), 상기 제3서브노즐(33) 및 상기 제4서브노즐(34)과 각각 연결되는 4개의 독립관 형태(40a)로 구성되는 것을 특징으로 하는, 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 연결관이 3점 이하의 분기방식에 따르는 경우, 상기 연결관은 상기 제1서브노즐(31), 상기 제2서브노즐(32), 상기 제3서브노즐(33) 및 상기 제4서브노즐(34) 중 일부와 연결되는 독립관(40a)과 상기 독립관으로부터 분기되어 나머지 서브노즐과 연결되는 바이패스관(40b) 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는, 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동노즐은 힌지 또는 볼스크류 방식에 따라 회전 구동하는 것을 특징으로 하는, 워터젯 연동 서브노즐을 이용한 위치 및 자세 제어 장치.
  11. 삭제
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