KR101803439B1 - 공기부양정 소음 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기부양정에 관한 것으로, 특히 공기부양정에서 발생하는 소음의 주된 원인인 프로펠러 소음을 현저히 줄일 수 있도록 한 공기부양정 소음 저감장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 공기부양정에서 발생하는 소음의 주된 원인인 프로펠러 소음을 현저히 줄이는 효과를 얻을 수 있고, 또한 선체와 스커트의 연결부가 염해에 대한 저항성이 높은 코팅물질로 코팅되어 틈새를 보호하므로 스커트의 경화를 막고 장수명화를 달성하게 하여 준다.

Description

공기부양정 소음 저감장치{Forward Noise Reduction Device of Air-Cushion Vehicle}

본 발명은 공기부양정에 관한 것으로, 특히 공기부양정에서 발생하는 소음의 주된 원인인 프로펠러 소음을 현저히 줄일 수 있도록 한 공기부양정 소음 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공기부양정(ACV:Air-Cushion Vehicle)이란 선체 상부에 추진용 프로펠러를 탑재해 그 힘으로 물 위에 뜨는 상륙함을 말한다.

이러한 공기부양정은 1959년 영국의 브리티시 호버크래프트사(BHC; British Hovercraft Corporation)가 제작하면서 유명해졌으며, 당시 상품명이었던 ‘호버크래프트(Hovercraft)’는 현재 명사화되어 공기부양정과 동의어로 사용되고 있다.

공기부양정은 크게 추진용 프로펠러와 공기 압축용 팬(Lift Pan), 스커트(Skirt) 등으로 구성되며, 추진용 프로펠러와 공기 압축용 팬이 회전하면 대량의 공기가 배 아래쪽으로 들어가 수면 사이에 공기층(Air Cushion)이 생겨 선체를 띄워 추진하는 방식이다.

때문에, 선체 아래에는 고무와 같이 신축성 있는 재질로 만들어진 스커트가 있어 공기층을 유지하기 위한 차단막 역할을 한다.

그런데, 프로펠러에 의해 추진되는 공기부양정은 공기를 흡입 배출하는 과정에서 프로펠러에 의한 소음, 즉 공기파열음이 매우 커 탑승자에게 불편함을 제공하는 단점이 있다.

뿐만 아니라, 공기부양정의 프로펠러 소음은 공기부양정이 운용되는 주변 환경에 영향을 미치므로 이를 줄이기 위한 많은 노력들이 경주되어 왔지만, 아직까지 이렇다할 성과를 내지 못하고 있는 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0065905호(2013.06.20.) '공기부양정' 대한민국 특허 등록번호 제10-1492100호(2015.02.04.) '복합재료를 이용한 공기부양정의 플랩 블레이드 제조방법' 대한민국 특허 등록번호 제10-1492373호(2015.02.04.) '공기부양정'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 공기부양정에서 발생하는 소음의 주된 원인인 프로펠러 소음을 현저히 줄일 수 있도록 한 공기부양정 소음 저감장치를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명은 선체와 스커트 사이의 틈새를 밀봉하면서 염해저항성을 높임으로써 스커트의 장수명화를 달성하도록 한 것에 그 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 하부에 스커트가 조립된 선체, 선체의 후측 상면에 설치된 케이싱, 상기 케이싱에 장착되어 선체의 부양 및 추진력을 제공하는 프로펠러를 포함하는 공기부양정에서,
상기 프로펠러는 프론트 프로펠러와 리어 프로펠러로 이중화시켜 더블 프로펠러로 구현되며;
리어 프로펠러는 프론트 프로펠러와 동일 방향으로 회전되면서 프론트 프로펠러보다 느린 속도로 회전되면서 위상차를 가져 소멸간섭 범위만큼 소음을 저감시키도록 구성되고;
상기 케이싱은 내부통과 외부통으로 이중화되며, 내부통과 외부통 사이에는 소음저감용 다공체가 개재되고, 내부통에는 둘레방향으로 다수의 흡입홀이 형성되며, 외부통에는 둘레방향으로 다수의 배출홀이 형성되고;
상기 선체와 스커트가 연결되는 부위에 코팅물을 코팅하여 틈새를 막고 염분 침투를 억제하여 내구성을 강화시키되, 상기 코팅물은 메틸펜텐 폴리머수지와, 상기 메틸펜텐 폴리머수지 100중량부에 대해 징크플레이크(Zinc flake) 6중량부, 알킬아크릴레이트 3중량부, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 5중량부, 프로피온산(Propionic acid) 4중량부, 메틸렌비스스테아릴아미드 5중량부, 옥토크릴렌(Octocrylene) 5중량부, 폴리이소시아네이트 5중량부 및 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기부양정 소음 저감장치를 제공한다.

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본 발명에 따르면, 공기부양정에서 발생하는 소음의 주된 원인인 프로펠러 소음을 현저히 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 선체와 스커트의 연결부가 염해에 대한 저항성이 높은 코팅물질로 코팅되어 틈새를 보호하므로 스커트의 경화를 막고 장수명화를 달성하게 하여 준다.

도 1은 일반적인 공기부양정을 보인 예시도이다.
도 2는 일반적인 공기부양정의 공기부양 원리를 설명하는 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기부양정 소음 저감장치를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기부양정 소음 저감장치를 구현하기 위해 케이싱에 소음 저감구조를 갖춘 예를 보인 케이싱의 모식적인 단면도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공기부양정은 선체(100)와, 선체(100) 하부에 설치되는 스커트(110)와, 상기 선체(100)의 상면 후측에 설치된 케이싱(200)과, 상기 케이싱(200) 내부에 설치된 추진기인 프로펠러(300)를 포함한다.

그리하여, 대량의 공기를 배, 즉 선체(100) 아래 쪽으로 불어넣어 수면과 지면과 공기층을 만들고, 이를 이용해 선체(100)를 살짝 띄운 채로 운행하게 된다.

이때, 선체(100) 아래 쪽에는 에어 쿠션을 효율적으로 유지하기 위한 차단막인 스커트(110) 구비되어 있어 공기층을 효율적으로 만들게 되는데, 이 스커트(110)는 보통 말랑말랑한 고무 재질 비슷한 것으로 배가 운항중일 때는 공기압으로 인해 빵빵해진다.

본 발명은 이와 같은 공기부양정에서 선체(100)의 부양과 추진에 사용되는 프로펠러(300)의 설치 구조를 개량함으로써 프로펠러(300) 추진시 매우 시끄럽게 발생되는 소음을 현격히 줄이도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 도 3의 예시와 같이, 프로펠러(300)는 프론트 프로펠러(310)와 리어 프로펠러(320)로 이중화 된다.

이때, 프론트 프로펠러(310)는 공기를 직접적으로 흡입하여 토출하는 블레이드이고, 리어 프로펠러(320)는 소음을 저감시키기 위한 블레이드이다.

여기에서, 중요한 것은 프론트 프로펠러(310)와 리어 프로펠러(320)의 회전시 위상각 차이이며, 또한 반드시 동일방향으로 회전하도록 설계해야 한다.

이것은 소음 저감의 핵심 포인트로서, 회전시 발생되는 소음파형, 즉 프론트 프로펠런(310)의 소음파형과 리어 프로펠러(320)의 소음파형중 서로 소멸간섭을 일으키는 지점에서 중첩되게 하여 소음을 현저히 줄이도록 설계하는 것이 본 발명의 주된 특징이다.

이렇게 설계하게 되면, 소음이 전혀 발생하지 않는 것은 아니지만, 기존 싱글 프로펠러의 경우 100%의 소음을 발생시켰다면, 본 발명의 더블 프로펠러를 구현함으로 인해 소음 소멸분이 생기므로 약 60% 정도의 소음이 발생되게 하면 결국 40%의 소음 저감 효과를 얻게 된다.

물론, 두 프로펠러의 위상차를 정확하게 조절하고, 케이싱(200)에 소음 저감구조를 갖추게 되면 50% 이상의 소음 저감 효과도 얻을 수 있다.

예컨대, 케이싱(200)에 설계되는 소음저감 구조는 도 4의 예시와 같이, 상기 케이싱(200)이 내부통(210)과 외부통(220)으로 구분되어 서로 조립 고정되게 이중통 구조로 이루어지며, 내부통(210)과 외부통(220) 사이에는 소음흡수용 다공체(230)가 내장되고, 내부통(210)에는 둘레방향으로 다수의 흡입홀(212)이 천공되며, 외부통(220)에는 둘레방향으로 다수의 배출홀(222)이 천공된다.

그러면, 케이싱(200) 안쪽에서 발생되는 소음이 흡입홀(212)을 통해 다공체(230)에 이동하면서 흡수되고, 흡수되지 못한 일부만 배출홀(222)을 타고 외부로 배출되기 때문에 그 만큼 현저한 소음 저감효과를 달성할 수 있게 된다.

여기에다 앞서 설명한 프론트 프로펠러(310)와 리어 프로펠러(320) 사이의 회전 위상차를 이용하여 소음을 저감시키는 효과가 같이 복합적으로 결합되게 되면 소음 저감 효과는 현저히 향상된다.

때문에, 상기 프론트 프로펠러(310)와 리어 프로펠러(320)는 서로 회전속도에 차이가 있다. 이를 테면, 리어 프로펠러(320)는 프론트 프로펠러(310) 보다 작은 회전수, 즉 더 느리게 회전되어야 한다.

이렇게 되면 회전수 차이에 의해 위상차가 발생되고, 이것은 음파의 소멸간섭 범위에서 소음 감쇄가 일어나므로 소음을 줄일 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 상기 프론트 프로펠러(310)와 리어 프로펠러(320)는 서로 이격된 거리도 매우 중요한 팩터 중 하나인데, 실험에 따르면 두 프로펠러의 간격은 프론트 프로펠러(310) 및 리어 프로펠러(320)의 축이 고정되는 축보스(BOS)의 길이만큼 떨어뜨린 상태로 이격설치할 때 가장 효과적인 소음저감 효과를 달성할 수 있었다.

이에 더하여, 스커트(110)는 선체(100)에 비해 신축성을 갖는 고무와 유사한 재질이므로 해상 운행시 상시 염분에 노출된 상태이고 장시간 운행시 선체(100)와 스커트(110)가 연결 고정되는 부분을 따라 틈새가 생기고 그 틈새에 염분이 쌓이면서 연결부를 경화시켜 그 부분을 탈락시키거나 수명 단축을 초래하게 되므로 이를 해소하기 위해 선체(100)와 스커트(110)가 연결되는 부위에 기능성 코팅물을 코팅하여 틈새를 막고 염분 침투를 억제하도록 구성된다.

이러한 기능성 코팅물은 메틸펜텐 폴리머수지와, 상기 메틸펜텐 폴리머수지 100중량부에 대해 징크플레이크(Zinc flake) 6중량부, 알킬아크릴레이트 3중량부, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 5중량부, 프로피온산(Propionic acid) 4중량부, 메틸렌비스스테아릴아미드 5중량부, 옥토크릴렌(Octocrylene) 5중량부, 폴리이소시아네이트 5중량부, 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈 3중량부를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 메틸펜텐 폴리머수지는 점도가 낮고 유동성이 좋아 사출성형하기 용이한 수지재료이며, 특히 융점이 235℃로서 매우 높고 고온에서의 기계적 강도가 PP나 PC 보다 우수하며, 내열안정성이 뛰어나다.

그리고, 상기 징크플레이크는 아연산화피막을 형성하여 코팅면의 내부식성을 강화한다.

또한, 상기 알킬아크릴레이트도 도막의 밀착력을 높여 수분 침투를 막고 내식성을 강화시키기 위해 첨가된다.

뿐만 아니라, 상기 에틸렌글리콜모노메틸에테르는 접착성을 강화시키기 위해 첨가되며, 부착력을 강하게 하여 내구성을 높이는데 기여하며, 신축변형성이 우수하여 굴신시에도 박리성을 억제하는 특징이 있다.

아울러, 상기 프로피온산은 코팅층 보존력을 증대시키면서 염해 저항성을 높이기 위해 첨가된다.

또한, 상기 메틸렌비스스테아릴아미드는 윤활성을 증대시키기 코팅액의 점도를 조절하고 코팅특성을 향상시키기 위해 첨가된다.

그리고, 상기 옥토크릴렌은 2-에칠헥실2-시아노-3-페닐신나메이트를 말하는 맑은 황색의 액체로서, 강한 방수성을 함께 갖기 때문에 본 발명에서는 내식성을 증대시키기 위한 주요성분중 하나로 포함된다.

나아가, 상기 폴리이소시아네이트는 경화제이며, 상기 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈는 기계적 강도를 높이기 위해 첨가되는 접착력 향상제이다.

이와 같이 조성된 기능성 코팅물에 대한 특성을 평가하기 위해 사각판상의 플라스틱 표면에 두께 1mm로 스프레이 코팅하여 코팅막을 형성한 후 코팅막에 대한 내부식성을 테스트하였다.

내부식성 테스트는 시료를 15℃에서 0℃까지 변화시키면서 물과 흙탕물 및 모래를 번갈아가면서 비산 혹은 투석하는 실험을 5일간 2시간씩 연속적으로 수행하였다.

실험결과, 코팅막에서 부식성이 전혀 보이지 않았고, 도막 밀착성도 뛰어나 도막이 박리되는 현상도 없었다.

또한, 염해저항성을 확인하기 위해, 염수분무시험도 병행하였는데, 시험결과 부식이 발생되지 않았고, 염해 피해도 없었으며, 변색도 발생하지 않았다.

100: 선체 200: 케이싱
300: 프로펠러

Claims (3)

1. 하부에 스커트가 조립된 선체, 선체의 후측 상면에 설치된 케이싱, 상기 케이싱에 장착되어 선체의 부양 및 추진력을 제공하는 프로펠러를 포함하는 공기부양정에서,
   상기 프로펠러는 프론트 프로펠러와 리어 프로펠러로 이중화시켜 더블 프로펠러로 구현되며;
   리어 프로펠러는 프론트 프로펠러와 동일 방향으로 회전되면서 프론트 프로펠러보다 느린 속도로 회전되면서 위상차를 가져 소멸간섭 범위만큼 소음을 저감시키도록 구성되고;
   상기 케이싱은 내부통과 외부통으로 이중화되며, 내부통과 외부통 사이에는 소음저감용 다공체가 개재되고, 내부통에는 둘레방향으로 다수의 흡입홀이 형성되며, 외부통에는 둘레방향으로 다수의 배출홀이 형성되고;
   상기 선체와 스커트가 연결되는 부위에 코팅물을 코팅하여 틈새를 막고 염분 침투를 억제하여 내구성을 강화시키되, 상기 코팅물은 메틸펜텐 폴리머수지와, 상기 메틸펜텐 폴리머수지 100중량부에 대해 징크플레이크(Zinc flake) 6중량부, 알킬아크릴레이트 3중량부, 에틸렌글리콜모노메틸에테르 5중량부, 프로피온산(Propionic acid) 4중량부, 메틸렌비스스테아릴아미드 5중량부, 옥토크릴렌(Octocrylene) 5중량부, 폴리이소시아네이트 5중량부 및 하이드록시프로필메틸셀룰로우즈 3중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기부양정 소음 저감장치.
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