KR101750759B1 - 저항저감장치 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

저항저감장치 및 이를 포함하는 선박이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 저항저감장치는 트랜섬에서 전방으로 하향 경사진 선미 경사부가 형성된 트랜섬 선미를 가지는 선박의 저항을 저감하는 장치로서, 상기 선미 경사부를 아래에서 커버하도록 상기 트랜섬 선미에 설치되고, 상기 선미 경사부보다 완만하게 전후 방향으로 연장되며, 물이 통과하는 관통홀이 형성된 부가부재; 및 상기 관통홀을 개폐시키는 개폐 부재를 포함한다.

Description

저항저감장치 및 이를 포함하는 선박{Resistance reduction apparatus and Ship including the same}

본 발명은 저항저감장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

선박은 저비용으로 화물을 대량으로 운반하기 위한 운송수단으로 각광받고 있다. 선박을 운용하기 위한 운용비 중 연료비가 큰 비중을 차지한다. 연료비를 저감하기 위해 다양한 기술들이 개발되고 있는 실정이다.

일례로 엔진의 효율을 개선하기 위한 기술, 프로펠러의 추진효율을 향상시키기 위한 기술 또는 선박의 저항을 저감시키기 위한 기술 등이 개발되고 있다.

통상적으로 선박은 특정 운항 조건에서 최소 저항이 발생하도록 특정 형상으로 제작된다. 그러나 선박을 운항하는 과정에서 운항 조건이 달라지기 때문에 특정 형상을 가지는 선박은 운항 조건에 따라 최소 저항이 발생하는 상태로 운항되지 않아 에너지 효율이 좋지 못하다.

본 발명의 실시예는, 선박운항조건에 따라 선박의 저항을 저감시키는 저항저감장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 트랜섬에서 전방으로 하향 경사진 선미 경사부가 형성된 트랜섬 선미를 가지는 선박의 저항을 저감하는 장치로서, 상기 선미 경사부를 아래에서 커버하도록 상기 트랜섬 선미에 설치되고, 상기 선미 경사부보다 완만하게 전후 방향으로 연장되며, 물이 통과하는 관통홀이 형성된 부가부재; 및 상기 관통홀을 개폐시키는 개폐 부재를 포함하고, 제1선박운항조건에서 물이 통과되지 않도록 상기 관통홀이 폐쇄되고, 상기 부가부재와 접하는 물의 동압(dynamic pressure)이 상기 부가부재를 전방으로 밀어 저항을 저감시키고, 제2선박운항조건에서 물이 통과되도록 상기 관통홀이 개방되고, 상기 선미 경사부와 접하는 물의 동압(dynamic pressure)이 상기 선미 경사부를 전방으로 밀어 저항을 저감시키는, 저항저감장치가 제공될 수 있다.

상기 부가부재는 상기 제1선박운항조건에서 상기 부가부재와 접하는 물의 동압에 의해 상기 부가부재를 전방으로 밀어내는 힘이 최대가 되는 형상을 가지고, 상기 선미 경사부는 상기 제2선박운항조건에서 상기 선미 경사부와 접하는 물의 동압에 의해 상기 선미 경사부를 전방으로 밀어내는 힘이 최대가 되는 형상을 가질 수 있다.

상기 저항저감장치는 상기 개폐 부재의 개폐 동작을 위한 구동력을 제공하는 구동부를 더 포함할 수 있다.

상기 관통홀은 전후 방향 또는 좌우 방향으로 연장된 슬릿 형상을 가질 수 있다.

상기 관통홀은 복수로 제공되고, 상기 복수의 관통홀은 좌우 방향 또는 전후 방향으로 이격 배치될 수 있다.

상기 부가부재는 마주보는 상기 선미 경사부에 대응하는 형상을 가질 수 있다.

상기 트랜섬의 하단은 수평하게 연장된 수평구간을 가지며, 상기 부가부재는 상기 수평구간의 폭과 동일한 폭을 가질 수 있다.

상기 제1선박운항조건은 발라스트 흘수(ballast draft) 상태이고, 상기 제2선박운항조건은 디자인 흘수(design draft) 상태일 수 있다.

상기 저항저감장치는 상기 제1선박운항조건에서 상기 관통홀을 폐쇄시키고, 상기 제2선박운항조건에서 상기 관통홀을 개방시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 저항저감장치를 포함하는 선박이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 선미 경사부를 아래에서 커버하도록 트랜섬 선미에 설치된 부가부재와 선미 경사부가 각각 제1선박운항조건 및 제2선박운항조건에서 선체의 저항을 저감하고 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치가 설치된 선박의 후부를 후방 아래에서 바라본 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치가 설치된 선박의 후부를 측면에서 바라본 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치가 설치된 선박을 후방에서 바라본 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐부재 및 구동부의 동작을 나타내는 도면이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치를 도출하기 위해 수행된 실험 데이터를 나타내는 도면이고,
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치를 도출하기 위해 수행된 다른 실험 데이터를 나타내는 도면이고,
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치의 작동을 설명한 도면이고,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치에 추가되는 구성을 설명하는 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치가 설치된 선박의 후부를 후방 아래에서 바라본 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치가 설치된 선박의 후부를 측면에서 바라본 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치가 설치된 선박을 후방에서 바라본 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 저항저감장치(100)는 부가부재(110)와 개폐부재(120)를 포함하고, 트랜섬 선미를 가지는 선박(1)의 저항을 저감한다. 트랜섬 선미(10)는 선체의 후단부를 구성한다.

트랜섬 선미(10)의 후단에는 상하 방향으로 평평한 판 형상의 트랜섬(11)이 형성된다.

본 실시예에서 트랜섬(11)의 하단은 도 3에 도시된 바와 같이 수평하게 연장된 수평구간(11a)을 가질 수 있다. 이러한 트랜섬 형상은 트윈 스케그를 가지는 선박에서 흔히 볼 수 있으나 이에 국한되지 않는다.

대안적으로 트랜섬의 하단은 도 3에 도시된 수평구간(11a)이 없는 V자 형상을 가지거나 아치 형상을 가질 수 있고, 이외에도 다양한 형상을 가질 수 있다.

부가부재(110)는 선미 경사부(13)를 아래에서 커버하도록 트랜섬 선미(10)에 설치된다. 이때, 부가부재(110)는 선미 경사부(13)보다 완만하게 전후 방향으로 연장된다. 부가부재(110)는 지지부재(115)에 의해 트랜섬 선미(10)에 지지될 수 있다.

부가부재(110)에는 물이 통과하는 관통홀(111)이 형성된다. 관통홀(111)은 복수로 제공될 수 있다. 이때, 복수의 관통홀(111)을 도 1과 같이 좌우 방향으로 이격 배치되거나 도시되지 않았으나 전후 방향으로 이격 배치될 수 있다.

관통홀(111)은 슬릿 형상을 가질 수 있다. 이때, 관통홀(111)은 도 1과 같이 전후 방향으로 연장되거나 도시되지 않았으나 좌우 방향으로 연장될 수 있다.

개폐부재(120)는 관통홀(111)을 개폐시킨다. 구동부(미도시)는 개폐 동작을 위한 구동력을 개폐부재(120)에 제공한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 개폐부재 및 구동부의 동작을 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 개폐부재(120)는 여닫이 방식으로 부가부재(110)에 설치될 수 있다. 구동부(130)는 신축 동작하는 유압 또는 공압 실린더일 수 있다. 구동부(130)의 일단은 개폐부재(120)의 일측에서 연장된 연장부재(121)과 힌지 결합되고, 구동부(130)의 타단은 부가부재(110)의 일측에 힌지 결합될 수 있다.

위와 같은 개폐부재(120) 및 구동부(130)의 경우, 구동부(130)가 수축하면 개폐부재(120)는 도 4와 같이 관통홀(111)을 폐쇄하고, 구동부(130)가 신장하면 개폐부재(120)는 도 5와 같이 관통홀(111)을 개방하도록 동작한다.

이외에도 관통홀(111)을 개폐하기 위한 다양한 형태의 개폐부재 및 구동부가 제안될 수 있음은 물론이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 부가부재(110)는 마주보는 선미 경사부(13)를 전체적으로 또는 부분적으로 커버하는 형상을 가질 수 있다. 부가부재(110)는 트랜섬(11)의 하단에 형성된 수평구간(11a)의 폭과 동일한 폭을 가질 수 있다. 부가부재(110)는 판 형상을 가질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 제1선박운항조건에서 물은 부가부재(110)에 형성된 관통홀(111)을 통과하지 못한다. 이를 위해, 개폐부재(120)는 폐쇄 동작하여 관통홀(111)을 폐쇄한다. 이때, 부가부재(110)와 접하는 물의 동압이 부가부재(110)를 전방으로 밀어내어 선체의 저항을 저감시킨다.

이때, 부가부재(110)는 제1선박운항조건에서 부가부재(110)와 접하는 물의 동압에 의해 부가부재(110)를 전방으로 밀어내는 힘이 최대가 되는 형상을 가질 수 있다. 이에 대한 설명은 후술한다.

제2선박운항조건에서 물은 부가부재(110)에 형성된 관통홀(111)을 통과한다. 이를 위해, 개폐부재(120)는 개방 동작하여 관통홀(111)을 개방한다. 이때, 관통홀(111)로 유입되어 선미 경사부(13)와 접하는 물의 동압이 선미 경사부(13)를 전방으로 밀어 선체의 저항을 저감시킨다.

이때, 선미 경사부(13)는 제2선박운항조건에서 선미 경사부(13)와 접하는 물의 동압에 의해 선미 경사부(13)를 전방으로 밀어내는 힘이 최대가 되는 형상을 가진다. 이에 대한 설명은 후술한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치를 도출하기 위해 수행된 실험 데이터를 나타내는 도면이다.

본 실험은 수치해석방법으로 수행되었고, 트랜섬의 하단의 높이와 이에 따른 선미 경사부의 경사는 다르지만 나머지 부분이 동일한 선체 모델들에 대해 흘수 별로 저항을 도출하였다. 이때, 선속 조건은 동일하였다.

도 6 및 도 7은 위와 같은 수치해석으로 도출된 결과의 일부이다. 도 6 및 도 7에서 수평축은 『트랜섬 높이』를 나타내는 것으로, 기준 트랜섬 하단에 대한 변형 트랜섬 하단의 상대 높이를 의미한다. 기준 트랜섬 하단의 높이를 0으로 정의한다. 참고로, 기준 트랜섬은 기준 선체 모델의 트랜섬을 의미하고, 변형 트랜섬은 기준 선체 모델의 기준 트랜섬을 변형한 변형 선체 모델의 트랜섬을 의미한다.

예컨대, 수평축에서 +0.5는 기준 트랜섬의 하단에서 0.5M 높은 하단을 가지는 변형 트랜섬을 의미한다. 그리고 수평축에서 -0.5는 기준 트랜섬의 하단에서 0.5M 낮은 하단을 가지는 변형 트랜섬을 의미한다.

도 6 및 도 7에서 수직축은 『전체 저항』을 나타내는 것으로, 선체 모델이 특정 속도로 전진할 때 선체 모델에 걸리는 전체 저항을 의미한다. 기준 트랜섬을 가지는 기준 선체 모델에 걸리는 전체 저항을 100%로 정의한다.

도 6을 참조하면, 흘수가 디자인 흘수인 경우, 기준 트랜섬보다 대략 0.76M 높은 하단을 가지는 변형 트랜섬에서 최소 저항을 가진다. 이는 흘수가 디자인 흘수일 때, 기준 트랜섬보다 대략 0.76M 높은 하단을 가지는 변형 트랜섬을 가지는 변형 선체 모델의 경우, 선미 경사부와 접하는 물의 동압에 의해 선미 경사부를 전방으로 밀어내는 힘이 다른 변형 선체 모델에 비해 최대가 되기 때문이다.

도 7을 참조하면, 흘수가 발라스트 흘수인 경우, 기준 트랜섬보다 대략 -0.95M 높은 트랜섬 하단을 가지는 변형 트랜섬에서 최소 저항을 가진다. 이는 흘수가 발라스트 흘수일 때, 기준 트랜섬보다 대략 -0.95M 높은 하단을 가지는 변형 트랜섬을 가지는 변형 선체 모델의 경우, 선미 경사부와 접하는 물의 동압에 의해 선미 경사부를 전방으로 밀어내는 힘이 다른 변형 선체 모델에 비해 최대가 되기 때문이다.

위와 같은 수치해석 결과를 통해 흘수에 따라 저항을 최소화하는 트랜섬 하단의 높이와 이에 대응하는 선미 경사부의 형상이 존재함을 확인할 수 있다.

도 8 및 도 9는은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치를 도출하기 위해 수행된 실험 데이터를 나타내는 도면이다. 이하, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 실시예에 따른 저항저감장치(100)를 도출하기 위해 수행된 실험 내용을 설명한다.

본 실험은 수치해석방법으로 수행되었고, 트랜섬의 하단의 높이와 이에 따른 선미 경사부의 경사는 다르지만 나머지 부분이 동일한 선체 모델들에 대해 선속 별로 저항을 도출하였다. 이때, 흘수 조건은 동일하였다.

도 8을 참조하면, 선속이 17.5 노트인 경우, 기준 트랜섬보다 대략 0.1M 높은 하단을 가지는 변형 트랜섬에서 최소 저항을 가진다. 이는, 선속이 17.5 노트일 때, 기준 트랜섬보다 대략 0.1M 높은 하단을 가지는 변형 트랜섬을 가지는 변형 선체 모델의 경우, 선미 경사부와 접하는 물의 동압(dynamic pressure)에 의해 선미 경사부를 전방으로 밀어내는 힘이 다른 변형 선체 모델에 비해 최대가 되기 때문이다.

도 9를 참조하면, 선속이 19.5 노트인 경우, 기준 트랜섬보다 대략 0.75M 높은 트랜섬 하단을 가지는 변형 선체에서 최소 저항을 가진다. 이는, 선속이 19.5 노트일 때, 기준 트랜섬보다 대략 0.75M 높은 하단을 가지는 변형 트랜섬을 가지는 변형 선체 모델의 경우, 선미 경사부와 접하는 물의 동압에 의해 선미 경사부를 전방으로 밀어내는 힘이 다른 변형 선체 모델에 비해 최대가 되기 때문이다.

위와 같은 수치해석 결과를 통해 선속에 따라 저항을 최소화하는 트랜섬 하단의 높이와 이에 대응하는 선미 경사부의 형상이 존재함을 확인할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 부가부재(110)는 제1선박운항조건에서 부가부재(110)와 접하는 물의 동압에 의해 부가부재(110)를 전방으로 밀어내는 힘이 최대가 되는 형상을 가질 수 있다. 그리고 선미 경사부(13)는 제2선박운항조건에서 선미 경사부(13)와 접하는 물의 동압에 의해 선미 경사부(13)를 전방으로 밀어내는 힘이 최대가 되는 형상을 가질 수 있다.

이와 같은 부가부재(110) 및 선미 경사부(13)의 형상은 도 6 내지 도 9와 같은 실험을 통해 도출될 수 있다.

제1선박운항조건 및 제2선박운항조건은 운항 빈도를 기준으로 결정될 수 있다. 예컨대, 흘수 조건 측면에서 선박(1)이 발라스트 흘수 상태 및 디자인 흘수 상태에서 가장 높은 빈도로 운항되는 경우 제1선박운항조건 및 제2선박운항조건은 각각 발라스트 흘수 상태 및 디자인 흘수 상태로 결정될 수 있다.

또는 선속 조건 측면에서 선박(1)이 20kts와 25kts 에서 가장 높은 빈도로 운항되는 경우, 제1선박운항조건 및 제2선박운항조건은 각각 선속 20kts과 조건선속 25kts 조건으로 결정될 수 있다.

또는 흘수 및 선속을 조합한 조합 조건 측면에서 위와 같은 기준으로 가장 운항 빈도가 높은 조건이 제1선박운항조건 및 제2선박운항조건으로 결정될 수 있다.

도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치의 작동을 설명한다.

도 10을 참조하면, 선박(1)이 제1선박운항조건, 예컨대 발라스트 흘수 조건 에서 운항한다. 이 경우, 개폐부재(미도시)가 폐쇄 동작하여, 부가부재(110)에 형성된 관통홀(111)은 물이 통과하지 못하도록 폐쇄된다. 이때, 부가부재(110)에 접하는 물의 동압(P)은 부가부재(110)에 수직하게 작용한다. 이 동압(P) 중 전방을 향하는 힘(F₁)은 부가부재(110)를 전방으로 밀어 선체의 저항을 저감시킨다.

도 11을 참조하면, 선박(1)이 제2선박운항조건, 예컨대 디자인 흘수 조건 에서 운항한다. 이 경우, 개폐부재(미도시)가 개방 동작하여, 부가부재(110)에 형성된 관통홀(도 1의 111)은 물이 통과하도록 개방된다. 이때, 부가부재(110)를 통과하여 선미 경사부(13)에 접하는 물의 동압(P)은 선미 경사부(13)에 수직하게 작용한다. 이 동압(P) 중 전방을 향하는 힘(F₁)은 선미 경사부(13)를 전방으로 밀어 선체의 저항을 저감시킨다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 저항저감장치(100)의 작동과 관련하여, 저항저감장치(100)는 선박(1)을 조종하는 조종사에 의해 수동으로 작동할 수 있다.

예컨대, 조종사는 제1선박운항조건으로 선박(1)을 운항시킨다. 이때 조종사는 구동부(도 3의 130)를 작동시켜 개폐부재(120)가 부가부재(110)에 형성된 관통홀(111)을 폐쇄하도록 조종한다. 이후, 필요에 의해 조종사는 제2선박운항조건으로 선박(1)을 운항시킨다. 이때 조종사는 구동부(도 3의 130)를 작동시켜 개폐부재(120)가 부가부재(110)에 형성된 관통홀(111)을 개방하도록 조종한다.

대안적으로, 저항저감장치(100)는 자동으로 작동할 수 있다. 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항저감장치에 추가되는 구성을 설명하는 도면이다. 도 12는 참조하면, 저항저감장치(100)는 선박운항조건에 따라 구동부(130)를 작동시키는 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.

보다 상세히, 제어부(150)는 제1선박운항조건에서 개폐부재(도 1의 120)가 관통홀(도 1의 111)을 폐쇄하도록 구동부(130)를 제어한다. 그리고 제어부(130)는 제2선박운항조건에서 개폐부재(도 1의 120)가 관통홀(도 1의 111)를 개방하도록 구동부(130)를 제어한다.

제어부(150)는 선박운항조건을 측정할 수 있는 측정 장치(160)를 통해 선박이 제1선박운항조건 및 제2선박운항조건으로 운항되고 있는지 여부를 확인할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1 : 선박
10 : 트랜섬 선미
11 : 트랜섬
13 : 선미 경사부
100 : 저항저감장치
110 : 부가부재
120 : 개폐부재
130 : 구동부
150 : 제어부
160 : 측정 장치

Claims (8)

1. 트랜섬에서 전방으로 하향 경사진 선미 경사부가 형성된 트랜섬 선미를 가지는 선박의 저항을 저감하는 장치로서,
   상기 선미 경사부를 아래에서 커버하도록 상기 트랜섬 선미에 설치되고, 상기 선미 경사부보다 완만하게 전후 방향으로 연장되며, 물이 통과하는 관통홀이 형성된 부가부재;
   상기 관통홀을 개폐시키는 개폐 부재; 및
   제1선박운항조건에서 물이 통과되지 않도록 상기 관통홀이 폐쇄되고, 상기 부가부재와 접하는 물의 동압(dynamic pressure)이 상기 부가부재를 전방으로 밀어 저항을 저감시키고, 제2선박운항조건에서 물이 통과되도록 상기 관통홀이 개방되고, 상기 선미 경사부와 접하는 물의 동압(dynamic pressure)이 상기 선미 경사부를 전방으로 밀어 저항을 저감시키는 제어부를 포함하고,
   상기 부가부재는 상기 제1선박운항조건에서 상기 부가부재와 접하는 물의 동압에 의해 상기 부가부재를 전방으로 밀어내는 힘이 최대가 되는 형상을 가지고,
   상기 선미 경사부는 상기 제2선박운항조건에서 상기 선미 경사부와 접하는 물의 동압에 의해 상기 선미 경사부를 전방으로 밀어내는 힘이 최대가 되는 형상을 가지는, 저항저감장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 관통홀은 전후 방향 또는 좌우 방향으로 연장된 슬릿 형상을 가지는, 저항저감장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 관통홀은 복수로 제공되고,
   상기 복수의 관통홀은 좌우 방향 또는 전후 방향으로 이격 배치되는, 저항저감장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 부가부재는 마주보는 상기 선미 경사부에 대응하는 형상을 가지는, 저항저감장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 트랜섬의 하단은 수평하게 연장된 수평구간을 가지며,
   상기 부가부재는 상기 수평구간의 폭과 동일한 폭을 가지는, 저항저감장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1선박운항조건은 발라스트 흘수(ballast draft) 상태이고,
   상기 제2선박운항조건은 디자인 흘수(design draft) 상태인, 저항저감장치.
8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 저항저감장치를 포함하는 선박.

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