KR101719417B1 - 선박 공기 윤활 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박 공기 윤활 장치에 관한 것으로, 그 목적은 선체 외판의 주변에 형성되는 공기층이 효과적으로 선체와 해수 사이의 경계층으로 침투하고 공기와 해수 사이의 난류 섭동을 최소화하도록 고안되어 선미측 방향으로 보다 길게 이어지면서 최대한 많은 선체 면적을 덮게 되므로 안정적인 점성저항 저감효과를 구현할 수 있도록 한 선박 공기 윤활 장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 선체 외판으로부터 돌출된 구조를 갖도록 배치되는 제1 돌출부재; 선미쪽 뒷부분이 상기 제1 돌출부재의 앞부분과 겹쳐지는 구조를 형성하도록 제1 돌출부재의 외측 전방에 배치되되, 제1 돌출부재의 표면으로부터 이격된 내면을 포함하는 제2 돌출부재; 및 상기 제1 돌출부재의 표면을 천장으로 하고 상기 제2 돌출부재의 내면을 바닥으로 하는 하나의 공간으로, 선체의 좌우 방향으로 연장된 슬릿구조를 갖고, 선미측 방향으로 개방되게 형성되어 선체에 마련된 공기공급수단으로부터 제1,2 돌출부재의 사이로 공급되는 공기가 제1 돌출부재의 표면을 따라 유동하면서 선미측 방향으로 분사되게 하는 분사공간;으로 구성된 것을 특징으로 하는 선박 공기 윤활 장치를 제공한다.

Description

선박 공기 윤활 장치{Air lubrication device for ships}

본 발명은 선박의 외판 주변에 공기층을 형성하여 선박의 운항시 발생되는 저항을 감소시키는 선박 공기 윤활 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 개의 돌출부재가 상호 일부 중첩된 구조를 이루고, 두 돌출부재의 사이에 형성되는 틈새 공간을 통하여 공기가 분출되면서 선박의 외판 주변에 안정적인 공기층을 형성할 수 있도록 한 선박 공기 윤활 장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박이 항해할 때 선체에 작용하는 주요 저항으로는 조파저항과 점성저항이 있으며, 예전에는 조파저항이 선체 작용하는 저항의 상당부분을 차지하고 있었으나, 점차적으로 선형이 개선됨에 따라 조파저항이 차지하는 비중은 작아지고 점성저항이 차지하는 비중은 커지고 있는 실정이다.

이에 따라 점성저항 즉, 선박이 항해할 때 선체와 접촉하는 물입자의 점성으로 인해 발생되는 저항을 감소시키기 위한 일환으로 선체와 물 사이에 공기층을 형성하는 공기 윤활 장치가 선박에 적용되고 있다.

한편, 공기 윤활 장치는 크게 캐비티 방식과 버블 방식으로 구분할 수 있다.

상기 캐비티 방식은 선박의 외판에 공기가 충전되는 캐비티를 형성한 것으로 이루어지며, 이러한 캐비티 방식은 캐비티의 내부에 비교적 균일한 공기층을 형성할 수 있으므로, 점성저항을 큰 폭으로 저감시킬 수 있는 장점을 갖고 있는 반면, 선박의 요동시 캐비티에 충전된 공기가 쉽게 유실되어 공기층이 파괴됨에 따라 실선 적용시 큰 효과를 기대하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 상기 버블 방식은 선박의 외판 주변에 공기를 분사하여 버블에 의한 공기층이 선박의 외판 주변에 형성되게 한 방식으로, 캐비티 방식에 비하여 점성저항의 저감폭은 작은 반면, 구조가 간단하고 선박의 요동시에도 공기층이 어느 정도 수준을 유지할 수 있으므로, 실선 적용이 보다 용이한 이점을 갖고 있다.

한편, 종래 버블 방식의 공기 윤활 시스템은 선수측 하단부에 공기가 충전되는 챔버를 형성하고, 상기 챔버에 충전된 공기가 분출되는 구멍을 선수측 선저면에 형성하여 구멍을 통해 선저면의 밖으로 분출되는 공기가 선저면을 따라 선미측으로 유동하면서 공기층을 형성하는 구조로 되어 있으며, 이와 같은 구조를 갖는 공기 윤활 시스템이 일본 공개특허공보 제2008-114710호를 비롯하여 다양한 특허문헌에 개시되어 있다.

그러나, 상기와 같은 구조로 된 종래의 공기 윤활 시스템은 선체 밑바닥 내측에 챔버를 형성하기 위하여 보강재 등 주변 구조물의 구조변경이 요구됨에 따라 적용이 용이하지 못한 문제점이 있다.

또한, 선수측에서 분사되는 공기에 의해 형성되는 공기층이 선미측으로 길게 이어지지 못하고 소실되어 점성저항의 저감효과가 떨어지는 문제점이 있다.

일본 공개특허공보 제2008-114710호(2008.05.22. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 선체 외판의 주변에 형성되는 공기층이 효과적으로 선체와 해수 사이의 경계층으로 침투하고 공기와 해수 사이의 난류 섭동을 최소화하도록 고안되어 선미측 방향으로 보다 길게 이어지면서 최대한 많은 선체 면적을 덮게 되므로 안정적인 점성저항 저감효과를 구현할 수 있도록 한 선박 공기 윤활 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 선체의 외판에 대하여 돌출된 구조로써, 선체의 구조변경 없이 또는 선체의 구조변형을 최소화하면서 적용이 가능하므로, 신규 제작선박은 물론이고, 제작이 완료되어 사용 중인 선박에도 적용이 가능한 선박 공기 윤활 장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 선체 외판으로부터 돌출된 구조를 갖도록 배치되는 제1 돌출부재; 선미쪽 뒷부분이 상기 제1 돌출부재의 앞부분과 겹쳐지는 구조를 형성하도록 제1 돌출부재의 외측 전방에 배치되되, 제1 돌출부재의 표면으로부터 이격된 내면을 포함하는 제2 돌출부재; 및 상기 제1 돌출부재의 표면을 천장으로 하고 상기 제2 돌출부재의 내면을 바닥으로 하는 하나의 공간으로, 선체의 좌우 방향으로 연장된 슬릿구조를 갖고, 선미측 방향으로 개방되게 형성되어 선체에 마련된 공기공급수단으로부터 제1,2 돌출부재의 사이로 공급되는 공기가 제1 돌출부재의 표면을 따라 유동하면서 선미측 방향으로 분사되게 하는 분사공간;으로 구성된 것을 특징으로 하는 선박 공기 윤활 장치를 제공한다.

한편 상기 선박 공기 윤활 장치에 있어서, 상기 제1 돌출부재는 선수쪽 앞부분은 둥근 곡선형의 구조로 이루어지고, 선미쪽 뒷부분은 뾰족하게 이루어져 전체적으로 유선형의 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

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한편 상기 선박 공기 윤활 장치에 있어서, 상기 제2 돌출부재의 표면은 선체 외판을 기준으로 볼록하게 돌출된 구조로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 선체의 외판 주변에 형성되는 공기층을 선수측으로부터 선미측으로 길게 연장시킴으로서 공기층에 의한 점성저항 저감효과를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 구조를 보인 사시도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 구조를 보인 측면도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 구조를 보인 저면도,
도 4 는 본 발명에 따른 제1 돌출부재의 종단면도,
도 5 는 본 발명에 따른 제2 돌출부재의 종단면도,
도 6 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 내부 구조를 보인 단면도,
도 7 은 'A'부 상세도,
도 8 은 본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치가 선저 외판에 설치된 구조를 보인 측면도,
도 9 는 분사공간을 통해 분사되는 공기층의 흐름과 해수의 흐름 관계를 보인 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 구조를 보인 사시도를, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 구조를 보인 측면도를, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 구조를 보인 저면도를, 도 4는 본 발명에 따른 제1 돌출부재의 종단면도를, 도 5는 본 발명에 따른 제2 돌출부재의 종단면도를, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 내부 구조를 보인 단면도를, 도 7은 'A'부 상세도를 도시하고 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 표시된 'B'는 선수 방향을 나타내고, 'S'는 선미 방향을 나타낸다.

본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치는 선체 외판에 설치되고, 선체 외판으로부터 돌출된 구조를 가지며, 선체 외판의 주변으로 공기를 분사함으로서, 선체 외판의 주변에 공기층을 형성시키는 것이다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박 공기 윤활 장치는 선체의 바닥면을 구성하는 선저 외판(10)에 설치되되, 선수측에 위치하도록 설치되며, 선미측 방향으로 공기를 분사함으로서, 선저 외판(10) 상에 선수로부터 선미로 이어지는 공기층을 형성하도록 구성된다.

이러한 본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치(100)는 제1 돌출부재(110)와 제2 돌출부재(120)로 이루어지며, 선체에 마련된 공기공급수단(20)으로부터 제공되는 공기가 선미쪽으로 분사되도록 하는 분사공간(101)이 상기 제1 돌출부재(110)와 제2 돌출부재(120)의 사이에 형성된 것으로 구성된다.

상기 제1 돌출부재(110)는 공기 윤활 장치를 선체 외판에 설치한 경우, 선체 외판으로부터 돌출되는 구조를 갖도록 형성된다.

한편, 상기 제1 돌출부재(110)는 선체 외판과 마주하게 되는 윗면(110a)이 선체 외판에 안정적으로 밀착될 수 있도록 선체 외판의 형상에 따라 평면 또는 곡면으로 구성되며, 수중에 노출되는 표면(110b)은 곡면으로 이루어지면서 전체적으로 유선형의 형상을 갖도록 구성된다.

이러한 제1 돌출부재(110)의 구조를 보다 명확하게 설명하기 위하여 제1 돌출부재(110)의 종단면을 기준으로 하여 설명하도록 한다.

상기 제1 돌출부재(110)는 선수쪽 앞부분이 둥근 곡선형의 구조로 형성되고, 선미측 뒷부분은 뒤쪽으로 갈수록 점차적으로 가늘어지면서 최종적으로 뾰족하게 형성되어 전체적으로 유선형의 종단면 구조로 형성된다.

상기 제2 돌출부재(120)는 제1 돌출부재(110)의 외측에서 제1 돌출부재(110)와 일정부분이 겹쳐지는 구조를 갖되, 상기 제1 돌출부재(110)와의 사이에 상기 분사공간(101)이 형성되도록 설치된다.

한편, 상기 분사공간(101)은 제1 돌출부재(110)와 제2 돌출부재(120)의 사이에 형성되고, 공기가 선미측 방향으로 분사될 수 있도록 선미측 방향으로 개방된 구조로 형성된다.

이와 같은 분사공간(101)을 형성하기 위하여 상기 제2 돌출부재(120)는 제1 돌출부재(110)의 앞쪽에 배치되고, 제2 돌출부재(120)의 선미쪽 뒷부분이 제1 돌출부재(110)의 앞부분과 중첩되되, 제2 돌출부재(120)의 뒷부분 내면(120a)이 제1 돌출부재(110)의 표면(110b)과 일정 간격 이격되도록 배치된다.

이처럼 상호 마주하는 제2 돌출부재(120)의 내면(120a)과 제1 돌출부재(110)의 표면(110b)은 소정 구간에 걸쳐 상호 마주하면서 이격된 구조를 갖도록 구성되며, 이러한 구조에 따르면 제2 돌출부재(120)의 내부로 공급되는 공기는 제2 돌출부재(120)의 내면(120a)과 제1 돌출부재(110)의 표면(110b) 사이에서 일정 구간에 걸쳐 형성되는 분사공간(101)을 통해 유동하는 과정에서 그 흐름이 안정되므로, 공기층의 안정에도 도움을 줄 수 있는 이점이 있다.

상술한 바와 같이, 제1 돌출부재(110)의 선단 외측에 배치되어 제1 돌출부재(110)와 함께 분사공간(101)을 형성하는 제2 돌출부재(120)는 선박 운항시 해수와의 저항이 가장 많이 발생되는 부분으로, 해수와의 저항을 감소시키기 위한 일환으로 제2 돌출부재(120)가 유선형의 종단면을 갖도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제2 돌출부재(120)는 수중에 노출되는 표면(120b)이 선저 외판(10)을 기준으로 볼록하게 돌출된 곡면으로 구성되어 전체적으로 유선형의 구조를 갖는다.

상기와 같은 구성되는 제1 돌출부재(110)와 제2 돌출부재(120)의 사이에 형성되는 분사공간(101)은 선체의 좌우방향으로 연장되는 슬릿으로 구성되거나, 또는 다수개의 구멍으로 구성될 수 있다.

이와 같이 슬릿 또는 다수개의 구멍으로 형성되는 분사공간(101)은 이미 설명된 바와 같이 선미측 방향으로 개방된 구조를 구비함으로서, 선미쪽으로 공기를 분사하도록 구성되되, 분사되는 공기의 방향이 제2 돌출부재(120)의 선미측 끝단에서 해수의 흐름 방향과 평행하도록 구성되는 것이 바람직하다.

참고로, 상기와 같은 분사 공기의 방향은 제1,2 돌출부재(110,120)의 표면 형상과 분사공간(101)의 구조에 따라 결정되는 것이므로, 공기의 분사 방향이 제2 돌출부재(120)의 선미측 끝단에서 해수의 흐름 방향과 평행하도록 제1,2 돌출부재(110,120)의 표면 형상과 분사공간(101)의 구조를 결정하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치의 구성을 설명함에 있어서, 제1 돌출부재(110)와 제2 돌출부재(120)로 구분하여 설명하였으나, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치는 제1 돌출부재(110)와 제2 돌출부재(120)가 상호 결합되어 하나의 구조체로 이루어지며, 분사공간(101)을 제외한 나머지 부분은 폐쇄되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치가 갖는 작용효과에 대해 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치가 선저 외판에 설치된 구조를 보인 측면도를, 도 9는 분사공간을 통해 분사되는 공기층의 흐름과 해수의 흐름 관계를 보인 예시도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치(100)은 선저 외판(10)의 선수측에 위치하도록 설치되며, 선박의 크기나 선저 외판(10)의 구조에 따라 하나 이상이 선저 외판(10)에 분산되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치는 선저 외판(10)에 용접되어 고정되거나, 볼트 체결에 의해 고정되는 등 다양한 고정방식이 적용될 수 있다.

상기와 같이 선저 외판(10)에 설치되는 선박 공기 윤활 장치는 선체에 마련된 공기공급수단(20)과 연결되며, 구체적으로는 제2 돌출부재(120)가 공기공급수단(20)과 연결되어 제2 돌출부재(120)의 내부로 공기가 공급된다.

상기 제2 돌출부재(120)의 내부로 공급되는 공기는 제2 돌출부재(120)의 내부 공간을 통해 분사공간(101)으로 유동하게 된다. 참고로 도 3 및 도 6에는 제2 돌출부재(120)로 유입된 공기가 분사공간(101)으로 유동하는 경로가 이점쇄선으로 표시되어 있으며, 도 3 및 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 제2 돌출부재(120)의 내부로 공급되는 공기는 제2 돌출부재(120)의 내부에서 확산되면서 분사공간(101)으로 유동하게 된다.

한편, 상기 분사공간(101)은 제1 돌출부재(110)의 표면(110b)과 제2 돌출부재(120)의 내면(120a)이 마주한 채로 이격되어 형성된 공간으로, 이러한 분사공간(101)을 공기가 유동하는 과정에서 공기의 흐름은 어느 정도 안정된 후, 분사공간(101)의 개방된 부분을 통하여 선미측 방향으로 분사된다.

상기 분사공간(101)으로부터 분사되는 공기는 제2 돌출부재(120)의 선미 방향 끝단 주변에 형성되는 해수의 흐름과 평행한 방향으로 분사되고, 이처럼 분사되는 공기는 제1 돌출부재(110)의 표면(110b) 주변으로 분사되면서 제1 돌출부재(110)의 표면(110b)과 선저 외판(10)의 표면을 따라 선미측 방향으로 유동하게 된다.

한편, 선박의 운항시 공기 윤활 장치의 앞부분을 구성하는 제2 돌출부재(120)의 주변에는 해수의 흐름이 형성되고, 유선형의 구조로 형성된 제2 돌출부재(120)의 표면(120b)을 해수가 유동하는 과정에서 제2 돌출부재(120)의 표면(120b) 주변을 유동하는 해수의 유속이 증가하게 되며, 제2 돌출부재(120)의 표면(120b)을 따라 유동하는 해수의 흐름(S2)은 분사공간(101)으로부터 분사되는 공기에 의해 형성되는 공기층에 인접한 위치에서 공기층의 흐름(S1)과 마찬가지로 선미측 방향으로 유동하게 된다.

상기와 같이 제2 돌출부재(120)에 의해 공기층의 이웃한 위치에 형성되는 해수의 흐름(S2) 속도가 공기층의 흐름(S1) 속도와 균형을 이루고, 분사공간(101)으로부터 분사되는 공기의 방향과 해수의 흐름 방향이 평행한 경우, 분사 공기에 의해 형성되는 공기층이 선체와 해수 사이의 경계층으로 보다 효과적으로 침투할 수 있으며, 공기와 해수 사이의 난류 섭동을 최소화하여 선저 외판(10)에 형성되는 공기층을 더욱 안정화시킬 수 있다.

참고로, 상기 제2 돌출부재(120)의 표면(120b)을 따라 유동하는 해수의 흐름 속도는 선박의 운항 속도와 제2 돌출부재(120)의 표면(120b) 형상에 영향을 받게 되므로, 결국 선형에 따라 제2 돌출부재(120)의 표면 형상을 최적화하고, 선박의 운항 속도에 따라 분사공간(101)을 통해 분사되는 공기를 제어하여 공기층의 흐름과 해수의 흐름이 균형을 이루게 함으로서 선저 외판(10)에 형성되는 공기층을 안정화시킬 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 공기 윤활 장치는 선저 외판(10)에 돌출된 구조로 설치되므로, 공기 윤활 시스템의 구성을 위한 선체의 구조 변경을 최소화하고, 더불어 공기가 분사되는 주변 조건을 개선하여 선저 외판(10)의 주변에 형성된 공기층이 보다 안정된 흐름을 형성할 수 있도록 함으로서, 선수측으로부터 선미측으로 길게 이어지는 공기층의 형성이 가능하게 되며, 이에 따라 공기층에 의한 점성저항 저감효과를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 선박 공기 윤활 장치
110: 제1 돌출부재
101: 분사공간
120: 제2 돌출부재

Claims (7)

1. 선체 외판으로부터 돌출된 구조를 갖도록 배치되는 제1 돌출부재(110);
   선미쪽 뒷부분이 상기 제1 돌출부재(110)의 앞부분과 겹쳐지는 구조를 형성하도록 제1 돌출부재(110)의 외측 전방에 배치되되, 제1 돌출부재(110)의 표면(110b)으로부터 이격된 내면(120b)을 포함하는 제2 돌출부재(120); 및
   상기 제1 돌출부재(110)의 표면(110b)을 천장으로 하고 상기 제2 돌출부재(120)의 내면(120b)을 바닥으로 하는 하나의 공간으로, 선체의 좌우 방향으로 연장된 슬릿구조를 갖고, 선미측 방향으로 개방되게 형성되어 선체에 마련된 공기공급수단(20)으로부터 제1,2 돌출부재(110,120)의 사이로 공급되는 공기가 제1 돌출부재(110)의 표면(110b)을 따라 유동하면서 선미측 방향으로 분사되게 하는 분사공간(101);으로 구성된 것을 특징으로 하는 선박 공기 윤활 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 돌출부재(110)는 선수쪽 앞부분은 둥근 곡선형의 구조로 이루어지고, 선미쪽 뒷부분은 뾰족하게 이루어져 전체적으로 유선형의 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 선박 공기 윤활 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 돌출부재(120)의 표면은 선체 외판을 기준으로 볼록하게 돌출된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 선박 공기 윤활 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 분사공간(101)은 제2 돌출부재(120)의 선미 방향 끝단에 형성되는 해수의 흐름 방향과 평행한 방향으로 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 선박 공기 윤활 장치.

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