KR101893508B1 - The air lubrication method with pressure gradient for reducing the ship resistance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선박의 항주자세 및 운항속도에 따라 노즐을 통한 공기 분사를 제어하여 적은 에너지로 효과적인 공기윤활을 할 수 있도록 하는 선박의 공기 윤활 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 선박의 공기 윤활 방법은, 선체의 선저에 공기를 분사하는 복수의 노즐이 선체의 길이방향과 폭방향을 따라 배열되어 있는 선박의 공기 윤활방법에 있어서,
물의 유속에 따른 운동에너지에 대한 노즐에서 분사되는 공기의 운동에너지 비(KER)가 로 정의되며, 상기 는 공기의 밀도이고 는 물의 밀도, 는 공기의 유속, 는 물의 유속을 나타낼 때,
상기 운동에너지 비(KER)가 1.0 이하가 되도록 공기의 분사 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a method of air lubrication of a ship in which the air injection through a nozzle is controlled according to a ship's standing posture and a speed of a ship to enable effective air lubrication with a small energy, A method of air lubrication of a ship in which a plurality of nozzles for spraying air to the bottom of a hull are arranged along the longitudinal direction and the width direction of the hull,
The kinetic energy ratio (KER) of the air injected from the nozzle to the kinetic energy according to the flow rate of water is , ≪ / RTI > Is the density of the air The density of water, The flow rate of air, Indicates the flow rate of water,
And the injection speed of air is controlled so that the kinetic energy ratio (KER) is 1.0 or less.
Description
본 발명은 공기윤활을 이용하여 선박의 마찰저항을 저감하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 항주자세에 따라 노즐을 통한 공기 분사를 제어하여 선체에 인위적인 압력구배가 발생할 수 있도록 하여 적은 에너지로 효과적인 공기윤활을 할 수 있도록 하는 선박의 공기 윤활 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of reducing friction resistance of a ship using air lubrication, and more particularly, to a method of controlling air injection through a nozzle in accordance with a ship's standing posture so that an artificial pressure gradient can be generated in the ship, To an air lubrication method of a ship which enables efficient air lubrication.
IMO(International Maritime Organization)에서는 지구 온난화의 영향으로 인한 온실가스 배출 규제 및 에너지효율 설계지수 EEDI(Energy Efficiency Design Index)를 2013년도부터 신조선에 발효하였다. 이로써 선박 저항 및 추진 효율 향상은 더 이상 선택의 문제가 아닌 조선 및 해운 업계의 생존 문제로 대두되고 있다.In the International Maritime Organization (IMO), the greenhouse gas emission regulation and the energy efficiency design index (EEDI) due to global warming have entered into force on the newbuilding since 2013. As a result, ship resistance and propulsion efficiency are no longer a matter of choice but a survival problem for shipbuilding and shipping industry.
선박의 운항 저항은 크게 선체가 일으키는 파도에 의한 조파저항과 물속에 잠긴 선체와 물과의 마찰에 의한 마찰 저항으로 대별된다. CFD 및 선형기술의 발전에 따라 조파저항은 총저항의 20% 이하 수준으로 크게 떨어지고 있다. 마찰 저항이 총 저항에서 차지하는 비중은 저속 비대선의 경우 80~90% 으로 알려져 있다. 선박의 마찰 저항을 10% 저감할 경우, 전 세계적으로 약 20억불의 운송비 저감 효과가 있다. The ship's operational resistance is largely divided into the wave resistance caused by the waves generated by the hull and the frictional resistance due to the friction between the hull and the water immersed in the water. With advances in CFD and linear technology, the ripple resistance is dropping below 20% of the total resistance. The ratio of the friction resistance to the total resistance is known to be 80 to 90% in the case of low speed non-election. Reducing the frictional resistance of a ship by 10% has a worldwide shipping cost savings of about $ 2 billion.
공기막윤활 (Air-layer lubrication) 및 미소기포 마찰저항 저감 기법은 마찰저항저감을 위하여 제안된 유동제어기법 중 실용화에 가장 근접한 기법이다. 미소기포법(BRD)은 표면 근처에 미세한 공기 방울을 분사하여 난류유동의 운동량 교환을 방해하여 저항을 저감하는 방법으로 일본 NMRI(National Marine Research Institute) 그룹에 의하여 실선 적용이 시도되어 총합적으로 3-4% 의 운항효율 향상이 보고되고 있다. 하지만 기포 분사공을 가공해야 하고 기포가 추진기의 캐비테이션(cavitation)을 야기하여 추진효율이 저하되는 점은 실용화의 주된 걸림돌로 꼽히고 있다. Air-layer lubrication and micro-bubble frictional resistance reduction techniques are the closest to practical use among the proposed flow control techniques for reducing frictional resistance. Micro-bubble method (BRD) is a method of reducing resistance by interfering with the exchange of momentum of turbulent flow by spraying fine air bubbles near the surface, and it is tried to apply solid line by NMRI (National Marine Research Institute) -4% efficiency improvement has been reported. However, the fact that air bubbles need to be machined and air bubbles cause cavitation of the propeller, resulting in lower propulsion efficiency, is considered to be a major obstacle to commercialization.
선체 표면으로 분사된 공기의 유량이 일정 수준 이상(약 2배)일 때 기포가 병합되어 공기막이 형성되는 공기막윤활(air-layer lubrication) 방법의 경우 공기를 분사하는 펌프의 소요동력보다 저항저감으로 얻는 이득이 커져야 경제성이 있다. 도 1은 평판에서의 공기분사 유량에 따른 저항저감을 나타낸 그래프이며, 미소기포법(BRD) 보다 공기막윤활기법(ALDR)이 약 4배 이상의 저항 저감율을 보임을 알 수 있다.In case of air-layer lubrication method where air bubbles are merged when the flow rate of air injected to the hull surface is more than a certain level (about 2 times), resistance is lower than the power required of the pump that injects air It is economical to obtain the gain. FIG. 1 is a graph showing the resistance reduction according to the air injection flow rate in the flat plate, and it is seen that the air film lubrication technique (ALDR) shows a resistance reduction rate about four times or more as compared with the microbubbles method (BRD).
공기막윤활 저항저감기법은 평면에 공기를 분사하여 공기막을 형성하는 ALDR (Air Layer Drag Reduction)과 오목한 부분에 공기를 분사하여 공동부위를 형성하는 PCDR(Partial Cavity Drag Reduction) 방법이 있다. 도 2는 ALDR과 PCDR의 개념을 나타낸 도면이다. ALDR 의 경우는 기본적으로 미소기포 분사법과 동일한데 공기유량을 증가시키면 분사된 기포가 융합하여 막을 형성하여 저항저감효과가 급격히 증가한다. PCDR 의 경우 보다 적은 양의 분사유량으로 공동을 유지할 수 있다는 장점이 있으나 때때로 공동이 불안정해지고 벽면에 홈을 가공해야 한다는 단점이 있다. 신규 제작된 선박뿐만 아니라 기 제작된 선박에 있어서의 적용에는 ALDR 기법이 더욱 적합하다 할 수 있다.The air film lubrication resistance reduction technique is ALDR (Air Layer Drag Reduction) which forms an air film by spraying air on a plane, and PCDR (Partial Cavity Drag Reduction) method which forms a cavity by injecting air into a concave portion. 2 is a diagram showing the concept of ALDR and PCDR. In the case of ALDR, it is basically the same as micro-bubble injection method. However, if the air flow rate is increased, the injected bubbles fuse to form a film, and the resistance reduction effect increases sharply. The PCDR has the advantage of being able to maintain the cavity with a smaller injection flow rate, but sometimes the cavity becomes unstable and the groove must be machined on the wall. The ALDR technique is more suitable for application in newly built vessels as well as newly built vessels.
이와 관련한 종래기술로는 등록특허 제0761107호, 공개특허 제2011-0023883호 등이 있다.The prior art related to this is Registration No. 0761107, Publication No. 2011-0023883, and the like.
상기 등록특허 제0761107호는 선저부에 복수의 공기 분출공이 형성된 에어 챔버의 메인터넌스를 용이하게 실시할 수 있음과 함께, 선체 내부에 해수가 침입하지 않도록 수밀한 구조로 할 수 있는 선체 마찰 저항 저감 장치를 제공하고자 하는 것이다. No. 0761107 discloses a hull frictional resistance reduction device capable of easily performing maintenance of an air chamber having a plurality of air ejection holes formed at the bottom of the hull and having a watertight structure so that seawater does not enter the inside of the hull, .
상기 공개특허 제2011-0023883호는 에어챔버가 배치된 선저에 형성된 복수의 공기 분출공으로부터 균일하게 공기를 분출시킬 수 있는 선체 마찰 저항 저감 장치에 관한 것이다.The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-0023883 relates to a hull frictional resistance reducing device capable of uniformly blowing out air from a plurality of air blowing holes formed on the bottom of an air chamber.
그런데, 이러한 종래의 선박의 공기 윤활 기술은 공기를 균일하게 분사하는 것에 치중하여 연구가 이루어지고 있으며, 선박의 항주자세나 운항속도 등을 고려하여 효율적인 공기 분사가 이루어질 수 있도록 하는 기술에 대해서는 연구 개발이 미진한 실정이다. Conventionally, the air lubrication technique of a ship has been studied by focusing on the uniform spraying of air. The technology that enables effective air injection in consideration of the ship's standing position and the speed of the ship, This is a small fact.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 선박의 항주자세 및 운항속도에 따라 노즐을 통한 공기 분사를 제어하여 적은 에너지로 효과적인 공기윤활을 할 수 있도록 하는 선박의 공기 윤활 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a watercraft which can control air injection through a nozzle according to a ship's standing posture and a speed of a ship, Air lubrication method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박의 공기 윤활 방법은, 선체의 선저에 공기를 분사하는 복수의 노즐이 선체의 길이방향과 폭방향을 따라 배열되어 있는 선박의 공기 윤활방법에 있어서, In order to accomplish the above object, the present invention provides a method of air lubrication of a ship, in which a plurality of nozzles for spraying air at the bottom of a hull are arranged along a longitudinal direction and a width direction of the hull, ,
물의 유속에 따른 운동에너지에 대한 노즐에서 분사되는 공기의 운동에너지 비(KER)가 로 정의되며, 상기 는 공기의 밀도이고 는 물의 밀도, 는 공기의 유속, 는 물의 유속을 나타낼 때, The kinetic energy ratio (KER) of the air injected from the nozzle to the kinetic energy according to the flow rate of water is , ≪ / RTI > Is the density of the air The density of water, The flow rate of air, Indicates the flow rate of water,
상기 운동에너지 비(KER)가 1.0 이하가 되도록 공기의 분사 속도를 제어하는 것을 특징으로 한다. And the injection speed of air is controlled so that the kinetic energy ratio (KER) is 1.0 or less.
본 발명의 한 형태에 따르면, 선박의 항주자세가 선수트림인 경우, 상기 복수개의 노즐 중 선박의 선수와 선미 사이의 중간 부분에 선폭 방향으로 배치된 노즐을 이용하여 공기를 분사한다. According to one aspect of the present invention, when the ship is in a bow posture, the air is sprayed using nozzles arranged in the line width direction in an intermediate portion between the bow and aft end of the ship among the plurality of nozzles.
그리고, 상기 선박의 항주자세가 선미트림인 경우, 상기 복수개의 노즐 중 선박의 중심선(center line)에 길이방향을 따라 배치된 노즐을 이용하여 공기를 분사한다.When the ship's standing posture is a stern trim, air is jetted by using a nozzle arranged along the longitudinal direction on the center line of the ship among the plurality of nozzles.
본 발명에 따르면, 선박의 운항에 의해 발생하는 선체와 물 간의 상대 유속에 따른 운동에너지에 대한 노즐(2)에서 분사되는 공기의 운동에너지의 비(KER)를 1.0 이하로 유지하여 공기 윤활막이 갈라지지 않고 균일한 공기 윤활막 형성이 가능하며, 선박의 항주자세, 즉 선수트림과 선미트림에 따라 공기가 분사되는 노즐의 위치를 선택적으로 제어하여 적은 에너지로 효율적인 공기 윤활막을 형성할 수 있게 된다. According to the present invention, by maintaining the kinetic energy ratio (KER) of the air injected from the
도 1은 평판에서의 공기분사 유량에 따른 저항저감을 나타낸 그래프이다.
도 2는 평면에 공기를 분사하여 공기막을 형성하는 ALDR(Air Layer Drag Reduction)과 오목한 부분에 공기를 분사하여 공동부위를 형성하는 PCDR(Partial Cavity Drag Reduction) 방법의 개념을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 공기 윤활 방법을 구현하기 위하여 평판형 선체샘플에서의 공기윤활실험을 실시한 구성도이다.
도 4는 도 3의 공기윤활실험에 적용된 노즐의 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 3의 공기윤활실험에서 실시한 선체샘플의 항주자세의 변화를 각도 별로 나타낸 사진들이다.
도 6은 도 3의 공기윤활실험에서 유속이 1.0m/s, 공기분사유량의 운동에너지비(KER)가 1.02일 때의 평균 윤활 형상을 노즐의 형상 및 선체샘플의 각도별로 나열한 도면이다.
도 7은 도 3의 공기윤활실험에서 유속이 1.5m/s, 공기분사유량의 운동에너지비(KER)가 1.02일 때의 평균 윤활 형상을 노즐의 형상 및 선체샘플의 각도별로 나열한 도면이다.
도 8은 도 3의 공기윤활실험에서 유속이 1.5m/s 인 경우 분사유량의 운동에너지비(KER)를 달리 하였을 때의 순간 윤활형상을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3의 공기윤활실험에서 (A) 노즐을 적용하였을 때 분사유량의 운동에너지비(KER), 항주자세의 변화, 유속 변화에 따른 평균 윤활면적을 유효윤활면적을 기준으로 차지한 면적을 백분율로 나타낸 표이다.
도 10은 도 3의 공기윤활실험에서 (B) 노즐을 적용하였을 때 분사유량의 운동에너지비(KER), 항주자세의 변화, 유속 변화에 따른 평균 윤활면적을 유효윤활면적을 기준으로 차지한 면적을 백분율로 나타낸 표이다.
도 11은 도 3의 공기윤활실험에서 (C) 노즐을 적용하였을 때 분사유량의 운동에너지비(KER), 항주자세의 변화, 유속 변화에 따른 평균 윤활면적을 유효윤활면적을 기준으로 차지한 면적을 백분율로 나타낸 표이다.
도 12는 본 발명에 따른 선박의 공기 윤활 방법을 구현하기 위한 모형선 실험에 사용된 66k Bulk Carrier의 사진들이다.
도 13은 도 12의 모형선 실험에 사용된 66k Bulk Carrier의 제원표이다.
도 14는 도 12의 모형선에 위치한 노즐의 위치와 실험을 실시한 트림각을 도시한 것이다.
도 15는 모형선 실험에서의 총 유효에너지를 나타낸 그래프이다.
도 16은 모형선 실험에서 1.0˚-17_11T-x10(4)과 1.0˚-17_16_11T-x10(6)에서의 윤활영상을 분석하여 평균윤활면적 나타낸 도면이다.1 is a graph showing a resistance reduction according to an air injection flow rate in a flat plate.
FIG. 2 is a schematic view illustrating an ALDR (Air Layer Drag Reduction) method for forming an air layer by spraying air on a plane, and a PCDR (Partial Cavity Drag Reduction) method for forming cavities by injecting air into concave portions.
FIG. 3 is a configuration diagram of an air lubrication test on a plate hull sample to implement a method of air lubrication of a ship according to the present invention.
4 is a view showing embodiments of nozzles applied to the air lubrication test of FIG.
Fig. 5 is a photograph showing angular changes of the hull posture of the hull sample performed in the air lubrication test of Fig. 3; Fig.
FIG. 6 is a diagram showing an average lubrication shape when the flow velocity is 1.0 m / s and the kinetic energy ratio (KER) of the air injection flow is 1.02 in the air lubrication test of FIG. 3, according to the shape of the nozzle and the angle of the hull sample.
FIG. 7 is a graph showing the average lubrication shape when the flow velocity is 1.5 m / s and the kinetic energy ratio (KER) of the air injection flow is 1.02 in the air lubrication test of FIG. 3, according to the shape of the nozzle and the angle of the hull sample.
FIG. 8 is a graph comparing instantaneous lubrication shapes when the kinetic energy ratio (KER) of the injection flow rate is different when the flow velocity is 1.5 m / s in the air lubrication test of FIG.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the kinetic energy ratio (KER) of the injection flow rate, the change in the anti-roll orientation, the average lubricating area according to the flow rate change when the nozzle is applied, It is a table expressed as a percentage.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the kinetic energy ratio (KER) of the injection flow rate, the change of the anti-roll orientation, the average lubricating area according to the flow rate change when the nozzle (B) It is a table expressed as a percentage.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the kinetic energy ratio (KER) of the injection flow rate, the change of the anti-roll orientation and the average lubricating area according to the flow velocity when the nozzle (C) It is a table expressed as a percentage.
FIG. 12 is a photograph of a 66k bulk carrier used in a model test to implement a method of air lubrication of a ship according to the present invention.
Fig. 13 is a table of the 66k bulk carrier used in the model line experiment of Fig.
FIG. 14 shows the position of the nozzle located on the model line of FIG. 12 and the trim angle of the experiment.
15 is a graph showing the total effective energy in the model line test.
FIG. 16 is a graph showing an average lubrication area obtained by analyzing lubrication images at 1.0 占 17_11T-x10 (4) and 1.0 占 17_16_11T-x10 (6) in a model line test.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박의 공기 윤활 방법을 상세히 설명한다. Hereinafter, a method of air lubrication of a ship according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 따른 선박의 공기 윤활 방법을 실행하기 위해 평판에서의 공기 윤활 실험을 실시한 구성도로, 선단부와 선미부가 유선형으로 이루어진 평판형태로 된 선체샘플(1)을 소정 수위로 물이 채워진 수조 내에 잠기도록 설치하고, 선체샘플(1)의 중간 부분에 선체샘플(1)의 하부면으로 공기를 분사하는 노즐(2)을 설치하며, 수조의 하부에 공기 윤활 상태를 촬영하기 위한 LED 조명(3)과 카메라(4)를 설치하였다. 그리고, 상기 선체샘플(1)의 전방부와 후방부 각각에 서포트바아(5)를 상대 회전이 가능하게 설치하고, 상기 각각의 서포트바아(5)를 상하로 원하는 거리만큼 이동이 가능하게 구성하여 선체샘플(1)의 자세를 선박의 선수트림과 선미트림에 대응하는 자세로 가변시킬 수 있도록 하였다. Fig. 3 is a diagram showing the air lubrication test on the flat plate for carrying out the method of air lubrication of the ship according to the present invention. Fig. 3 is a view showing an example of the air lubrication test of the hull sample 1, A
도 4는 상기 선체샘플(1)에 설치되는 노즐(2)의 실시예들을 나타낸 것으로, 도 4의 (A)에 도시된 노즐(2)은 중앙에 1개의 분사공(21)이 형성된 것이고, (B)에 도시된 노즐(2)은 선폭방향으로 복수의 미세분사공(22)이 일렬로 배열된 구조를 가지며, (C)에 도시된 노즐(2)은 선폭방향으로 긴 장공형의 슬릿(23)이 형성된 구조를 갖는데, 공기가 분사되는 통로의 단면적은 모두 동일하다.4 shows the embodiments of the
도 5는 선체샘플(1)의 항주 자세의 변화를 나타낸 것이고, 도 6 및 도 7은 수조 내의 물의 유속이 각각 1.0m/s 및 1.5m/s에서 운동에너지(KER)가 1.02일 때 노즐 부분에서 공기의 평균 유량을 나타낸 것이다. Figs. 6 and 7 show the change of the hinge posture of the hull sample 1 when the velocity of water in the water tank is 1.0 m / s and 1.5 m / s, respectively, and the kinetic energy (KER) And the average flow rate of air in the air.
이러한 평판 형태의 선체샘플(1)에 대한 공기 윤활 실험에서 노즐(2)의 공기 분사공의 형상보다는 선체샘플(1)의 항주 자세와 유체(물)의 속도가 공기 윤활막 형성에 가장 큰 비중을 차지함을 확인하였다.In the air lubrication test for this flat plate type hull sample (1), the hull posture of the hull sample (1) and the velocity of the fluid (water) rather than the shape of the air injection hole of the nozzle (2) Respectively.
그리고, 도 8은 유속이 1.5m/s에서 수직 원형 노즐(도 4의 (A)에 도시된 노즐)에서 공기 분사 유량을 달리한 실시간 공기 윤활 형상을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 물의 유속에 따른 운동에너지에 대한 노즐(2)에서 분사되는 공기의 운동에너지 비인 운동에너지비(KER)가 1.0이 초과하게 되면 공기의 윤활 형상이 '∧' 형태로 갈라지기 시작하는 것을 볼 수 있다. 즉, 도 8에서 운동에너지비(KER)가 0.13일 경우에는 공기윤활막(붉은색으로 표시된 부분)가 거의 일자형으로 진행하지만, 운동에너지비(KER)가 1.02에서 공기 윤활막의 가운데 부분에서 공기윤활막이 없는 부분이 생성되기 시작하고, 운동에너지비(KER)가 4.59에서는 공기윤활막이 완전히 '∧' 형태로 갈라져서 형성된다. 여기서, 상기 운동에너지비(KER)는, Fig. 8 shows a real-time air lubrication shape in which the air injection flow rate is different in the vertical circular nozzle (the nozzle shown in Fig. 4 (A)) at a flow velocity of 1.5 m / s. Referring to FIG. 8, when the kinetic energy ratio (KER), which is the kinetic energy ratio of the air injected from the
로 정의된다. .
여기서 상기 는 공기의 밀도이고, 는 물의 밀도, 는 공기의 유속, 는 물의 유속을 나타낸다. Here, Is the density of air, The density of water, The flow rate of air, Represents the flow rate of water.
따라서, 실제 선박의 운항 중 공기 윤활막을 형성할 때 운동에너지 비(KER)가 1.0 이하가 되도록 공기의 분사 속도를 제어하면 더욱 향상된 공기 윤활 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.Therefore, it can be seen that the air lubrication effect can be further improved by controlling the air injection speed so that the kinetic energy ratio (KER) becomes 1.0 or less when the air lubricating film is formed during operation of the actual ship.
이러한 평판형태의 선체샘플(1)에 대한 공기윤활실험을 바탕으로 선저부 평탄면이 전체 침수편면적의 40%를 차지하는 66k 벌크캐리어(Bulk Carrier)를 대상으로 모형 실험을 실시하였다. 도 12는 모형 실험에 사용한 모형선의 사진들이며, 도 13은 도 12에 도시된 모형선의 제원이다. 도 14는 모형선에 위치한 노즐의 위치와 실험을 실시한 트림각을 나타낸 것이다.Based on the air lubrication test for this flat plate type hull sample (1), a model experiment was conducted on a 66k bulk carrier where the bottom flat surface occupies 40% of the total flooded area. Fig. 12 is photographs of the model lines used in the model test, and Fig. 13 is the specifications of the model lines shown in Fig. 14 shows the positions of the nozzles located on the model line and the trim angle of the experiment.
도 12 및 도 14를 참조하면, 선박의 선저 부분에 공기를 분사하는 복수의 노즐(2)이 선체의 길이방향과 폭방향을 따라 배열되어 있는데, 상기 모형선의 경우 선저의 중앙부에 5개의 노즐이 십자(+) 형태로 배열되고, 선저의 선수부에 3개의 노즐이 삼각형 형태로 배열된 구조로 이루어진다. 좀 더 구체적으로, 선체의 선수부터 선미까지의 길이를 20등분하고, 선미부터 순차적으로 번호를 부여했을 때, 9번 및 13번 위치의 중심선에 각각 1개씩의 노즐(2)이 배치되고 11번 위치에 선폭방향으로 3개의 노즐(2)이 일정 간격으로 배열되어 9~13번 위치의 노즐(2)이 십자형의 배열 구조를 갖는다. 그리고, 16번 위치에 선폭방향으로 2개의 노즐(2)이 배치되고, 17번 위치의 중심선에 1개의 노즐(2)이 배치되어 삼각형 배열 구조를 갖는다. 12 and 14, a plurality of
상기 모형선에 대한 공기 윤활 실험에서 실험선속은 실선기준 10.0~16.0kts(설계 속도 14.5kts) 범위에서 총 6가지의 선속으로 실험을 실시하였고, 선수가 물속으로 더 잠기는 방향을 양의 방향으로 선체 트림각도는 -1.0˚, -0.5˚, 0.0˚, 0.5˚, 1.0˚로 총 5가지 조건에서 실시하였으며, 노즐(2)에서 분사되는 윤활공기의 분사 속도는 모형선 선속을 기준으로 조건에 따라 10배~60배(x10, x20, x30, x40, x60)로 분사하였다. 도 15는 모형선 실험에서의 총 유효에너지와 에너지 저감저율을 나타낸 그래프이다. ITTC1957기법을 이용하여 실선확장해석을 진행한 후 분사에 필요한 펌핑파워를 고려한 에너지저감율 나타내었다. 각 실험조건을 나타내는 표기법은 트림각-노즐분사위치-분사속도(노즐수)로 나타내었다. 설계선속인 14.5kts를 기준으로 선수트림을 주는 것이 대상 모형선에 있어서 유효동력이 적게 필요한 것으로 확인되었고, 1.0˚-17_11T-x10(4)의 조건에서 펌핑파워를 고려한 총에너지 저감율 19.21%를 기록하였다. In the air lubrication test for the model line, the experiment was carried out with six line speeds in the range of 10.0 ~ 16.0 kt (design speed 14.5 kts) based on the solid line, and the direction in which the athlete was further immersed in the water, The injection angles of the lubrication air injected from the nozzle (2) were determined according to the condition of the model line speed. The injection angle was -1.0˚, -0.5˚, 0.0˚, 0.5˚ and 1.0˚. 10 to 60 times (x10, x20, x30, x40, x60). 15 is a graph showing the total effective energy and the energy reduction rate in the model line test. The ITTC1957 technique was used to analyze the energy and the energy reduction ratio considering the pumping power required for the injection. The notation for each experimental condition is represented by the trim angle - nozzle injection position - injection speed (number of nozzles). It was confirmed that the trimming of the bow based on the design line speed of 14.5 kt required less effective power in the model line and the total energy reduction rate of 19.21% considering the pumping power under the condition of 1.0˚-17_11T-x10 (4) Respectively.
도 16은 선수트림에서의 공기 윤활 영상 중 1.0˚-17_11T-x10(4) 와 1.0˚-17_16_11T-x10(6)에서의 공기 윤활 영상을 분석하여 평균 윤활면적을 나타낸 것이다. 1.0˚-17_11T-x10(4)의 경우 전체 침수표면적 대비 평균 윤활면적은 9.55%이고 모형선 기준 저항 저감율은 19.98%이다. 1.0˚-17_16_11T-x10(6)의 경우 전체 침수표면적 대비 평균 윤활면적은 14.96%이고 모형선기준 저항 저감율은 13.22%이다. 보다 많은 펌핑파워가 소요되었음에도 불구하고 윤활면적이 넓다고 반드시 저항이 많이 감소하지 않는 것을 확인 할 수 있다. 이는 선수의 측면에서 빠져 나간 윤활공기가 만들어낸 조파의 영향으로 볼 수 있다. Fig. 16 shows the average lubrication area by analyzing the air lubrication images at 1.0 占 17_11T-x10 (4) and 1.0 占 17_16_11T-x10 (6) in the air lubrication image at the forward trim. In the case of 1.0˚-17_11T-x10 (4), the average lubrication area is 9.55% and the model line resistance reduction rate is 19.98%. In the case of 1.0˚-17_16_11T-x10 (6), the average lubrication area is 14.96% and the model line resistance reduction rate is 13.22%. It can be confirmed that the resistance does not decrease much because the lubrication area is large even though the pumping power is required. This can be seen as the effect of the searing waves produced by the lubrication air escaping from the side of the athlete.
따라서 선박의 항주자세가 선수트림의 경우 선박의 선저에 배치된 복수개의 노즐 중 선박의 선수와 선미 사이의 중간 부분에 선폭 방향으로 배치된 노즐을 이용하여 공기를 분사하는 것이 바람직하다. 상기 모형선의 경우 선저 중앙부의 노즐(9~13번 위치의 노즐) 중 11번 위치에서 선폭 방향으로 배열된 3개의 노즐(2)과, 선저의 선수부의 노즐(16번~17번 위치의 노즐) 중 16번 위치에서 동일 선폭 방향으로 배열된 2개의 노즐(2)을 이용하여 공기를 분사하는 것이 바람직하다. Therefore, it is preferable that the air is sprayed by using a nozzle arranged in the line width direction in the intermediate portion between the bow and the stern of the ship among the plurality of nozzles arranged at the bottom of the ship in the case of the bow posture of the ship. In the case of the model line, three
이 때, 나머지 노즐(2)에서는 전혀 공기가 분사되지 않거나 분사되더라도 전체 분사량의 10~20% 미만으로 공기가 분사되는 것이 바람직하다. At this time, it is preferable that the air is injected at less than 10 to 20% of the total injection amount even if no air is injected or sprayed at all in the remaining
그리고, 선박의 항주자세가 선미트림인 경우, 선박의 선저에 배치된 복수개의 노즐 중 선박의 중심선(center line)에 길이방향을 따라 배치된 노즐을 이용하여 공기를 분사하는 것이 바람직하다. 상기 모형선의 경우 상기 선박의 선저의 중앙부의 노즐(9~13번 위치의 노즐) 중 선박의 중심선에 배열된 3개의 노즐(9번, 11번, 13번 위치의 중심선에 일렬로 배치된 노즐)과, 선저의 선수부의 노즐(16번~17번 위치의 노즐) 중 선박의 중심선에 배치된 노즐(17번 위치의 노즐)을 이용하여 공기를 분사하는 것이 바람직하다. 물론 이 경우에도 나머지 노즐(2)에서는 전혀 공기가 분사되지 않거나 분사되더라도 전체 분사량의 10~20% 미만으로 공기가 분사되는 것이 바람직하다. When the ship's standing posture is a stern trim, it is preferable to inject air using a nozzle arranged along the longitudinal direction on the center line of the ship among a plurality of nozzles disposed at the bottom of the ship. In the case of the model line, three nozzles (nozzles arranged in line in the center line of the 9th, 11th and 13th positions) arranged at the center line of the ship among nozzles (nozzles at
이와 같이 본 발명의 공기 윤활 방법은 선박의 운항에 의해 발생하는 선체와 물 간의 상대 유속에 따른 운동에너지에 대한 노즐(2)에서 분사되는 공기의 운동에너지의 비(KER)를 1.0 이하로 유지하여 공기 윤활막이 갈라지지 않고 균일한 공기 윤활막 형성이 가능하며, 선박의 항주자세, 즉 선수트림과 선미트림에 따라 공기가 분사되는 노즐의 위치를 선택적으로 제어하여 펌핑파워를 고려한 효율적인 공기 윤활막을 형성할 수 있다. As described above, the air lubrication method of the present invention maintains the kinetic energy ratio (KER) of the air injected from the
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.
1 : 선체샘플 2 : 노즐
3 : LED 조명 4 : 카메라
5 : 서포트바아1: hull sample 2: nozzle
3: LED lighting 4: camera
5: Support bar
Claims (5)
물의 유속에 따른 운동에너지에 대한 노즐에서 분사되는 공기의 운동에너지 비(KER)가 로 정의되며, 상기 는 공기의 밀도이고 는 물의 밀도, 는 공기의 유속, 는 물의 유속을 나타낼 때,
상기 운동에너지 비(KER)가 1.0 이하가 되도록 공기의 분사 속도를 제어하며,
상기 선박의 항주자세가 선수트림인 경우, 상기 복수의 노즐 중 선박의 선수와 선미 사이의 중간 부분에 선폭 방향으로 배치된 노즐을 이용하여 공기를 분사하고,
상기 선박의 항주자세가 선미트림인 경우, 상기 복수의 노즐 중 선박의 중심선(center line)에 길이방향을 따라 배치된 노즐을 이용하여 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 선박의 공기 윤활방법.A method of air lubrication of a ship in which a plurality of nozzles for spraying air to the bottom of a hull are arranged along a longitudinal direction and a width direction of the hull,
The kinetic energy ratio (KER) of the air injected from the nozzle to the kinetic energy according to the flow rate of water is , ≪ / RTI > Is the density of the air The density of water, The flow rate of air, Indicates the flow rate of water,
The injection speed of air is controlled so that the kinetic energy ratio (KER) is 1.0 or less,
Jetting air using nozzles arranged in a line width direction at an intermediate portion between a bow and aft end of the ship among the plurality of nozzles when the ship's standing posture is a bow trim,
Wherein air is sprayed by using a nozzle arranged along a longitudinal direction on a center line of the ship among the plurality of nozzles when the ship's standing posture is a stern trim.
선박의 항주자세가 선수트림인 경우, 상기 선저의 중앙부에 배열된 노즐 중 선폭 방향으로 배열된 3개의 노즐과, 선저의 선수부에 배열된 노즐 중 동일 선폭 방향으로 배열된 2개의 노즐을 통해 공기를 분사하고,
선박의 항주자세가 선미트림인 경우, 선저의 중앙부에 배열된 노즐 중 선박의 중심선에 배열된 3개의 노즐과, 선저의 선수부에 배열된 노즐 중 선박의 중심선에 배치된 노즐을 이용하여 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 선박의 공기 윤활방법.2. The watercraft according to claim 1, wherein five nozzles are arranged in the shape of a cross at the center of the bottom of the ship, three nozzles are arranged in a triangular shape at the forefront,
When the ship is in a bow posture, three nozzles arranged in the width direction of the nozzles arranged at the center of the bottom of the ship, and two nozzles arranged in the fore end of the bottom of the ship, In addition,
In the case where the ship's standing posture is a stern trim, three nozzles arranged at the centerline of the ship among the nozzles arranged at the center of the bottom of the ship, and nozzles arranged at the centerline of the ship among the nozzles arranged at the fore- And the air is supplied to the ship.
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