KR102017748B1

KR102017748B1 - 공기 윤활 시스템

Info

Publication number: KR102017748B1
Application number: KR1020157017686A
Authority: KR
Inventors: 요한네스 요한네손
Original assignee: 실버스트림 테크놀러지스 비.브이.
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2019-09-03
Also published as: CN104254478A; CY1117714T1; US9573657B2; WO2013125951A1; KR20140129185A; PL2817208T3; EP2952424C0; ES2948082T3; EP2952424B1; HK1205074A1; CN106627983A; JP6621213B2; SG10201601987PA; EP2817208A1; US20150298767A1; US9545978B2; JP2015506879A; ES2580528T3; EP2952424A1; KR20150082697A

Abstract

본 발명은 선박이 물을 통해 이동할 때, 선박(1)의 헐(2)의 실질적으로 편평한 바닥(3) 및 상기 바닥 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위한 시스템을 제공하고, 상기 시스템은 캐비티(cavity; 6)를 정의하는 상벽(4) 및 측벽들(5, 5')을 포함하고, 상기 캐비티(6)는 상기 편평한 바닥(3)의 높이에서 상기 측벽들(5, 5')에 횡방향인 인터페이스 면 내에 위치된 개구(13)를 구비하며, 상기 개구는 상기 캐비티의 길이방향으로 보여지는, 전단(front end; 9) 및 후단(rear end; 15)를 구비하고, 상기 캐비티 안으로 공기를 안내하기 위해 상기 개구로부터 공기 입구(10)가 이격 배치되고, 상기 캐비티(6)의 개구(13)의 길이는 2 및 10m 사이이고 상기 인터페이스 면으로부터 상벽(4)의 거리(H)는 0.2m 및 0.5m 사이이다.

Description

공기 윤활 시스템{AIR LUBRICATION SYSTEM}

본 발명은 선박이 물을 통해 이동할 때 헐(hull) 아래 흐르는 물과 선박의 헐 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 그러한 시스템을 포함하는 배수형 선박(displacement vessel), 배수형 선박 내에서 그러한 시스템을 작동시키기 위한 방법 및 배수형 선박 내에 그러한 시스템을 제공하기 위한 방법에 관한 것이다.

WO 2010/064911은 마찰항력(frictional drag)을 감소시키기 위해 배수형 선박의 헐 상에 마이크로 버블들(micro bubbles)의 층을 생성시키는 방법을 설명하고, 선박의 헐의 편평한 바닥 영역 내에 캐비티(cavity)가 제공되어, 캐비티의 개구(opening)가 편평한 바닥 영역에 있을 수 있다. 공기는 캐비티 내 수위가 실질적으로 선박의 헐의 높이에 유지되는 비율로 캐비티 안에 주입된다. 선박의 전방 이동에 의해, 캐비티 내 공기는 선박이 이동하는 속도에서 물에 대해 상대적으로 이동하거나, 캐비티에서 보면, 물이 그 속도로 캐비티를 지나 흐를 것이다. 공기와 물 사이의 속도 차이는 소위 켈빈 헬름홀츠 불안정성(Kelvin Helmholtz Instability; KHI)을 야기하게 되는데, 이것은 공기와 물 사이의 인터페이스(interface)에서 공기와 물의 혼합, 및 작은 크기의 공기 버블들의 층의 필연적인 발생을 초래한다. 이러한 공기 버블들의 작은 크기는 그것들을 매우 안정적이게 하고 그것들은 비교적 장시간 물 속에서 머물 수 있다. 캐비티 내에서 발생된 작은 버블들은 캐비티의 후방 가장자리로부터 해제되어(released) 그것들은 캐비티의 헐 하류(hull downstream)의 바닥을 따라 멀리 연장하는 안정적인 윤활 층을 형성할 수 있다. 이러한 방식으로 선박의 추진 시 에너지 절약이 달성될 수 있다.

본 발명의 목적은 선박이 물을 통해 이동할 때, 헐 아래 흐르는 물과 선박의 헐 사이에 공기 윤활 층을 제공하고, 선박의 헐 내에 보다 용이하게 포함될 수 있는 개선된 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 파랑 조건들(wave conditions)에서 효율적이고 안정적인 방식으로 작동될 수 있는 공기 윤활 층을 제공하기 위한 개선된 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 그러한 시스템을 포함하는 배수형 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 배수형 선박 내에서 그러한 시스템을 작동시키기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기존의 헐을 약화시키지 않고, 기존의 배수형 선박의 헐 안에 그러한 시스템을 개조하는 방법을 제공하는 것이다. 다른 목적은 선박의 화물 공간(cargo space)과 간섭 없이 개조하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적들을 만족시키기 위해 본 발명은 선박이 물을 통해 이동할 때 바닥 아래 흐르는 물과 선박의 헐의 실질적으로 편평한 바닥 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위한 시스템을 제공하고, 상기 시스템은 캐비티를 정의하는 상벽 및 측벽들을 포함하고, 상기 캐비티는 실질적으로 상기 편평한 바닥의 높이에서 상기 측벽들에 횡방향인 인터페이스 면 내에 위치된 개구를 구비하며, 상기 개구는 상기 캐비티의 길이방향으로 보여지는, 전단 및 후단을 구비하고, 상기 캐비티 안으로 공기를 안내하기 위해 상기 개구로부터 공기 입구가 이격 배치되고, 상기 캐비티의 개구의 길이는 2 및 10m 사이, 바람직하게 2 및 7m 사이, 보다 바람직하게 2m 및 5m 사이이고, 상기 인터페이스 면으로부터 상기 상벽의 거리는 0.2m 및 0.5m 사이이다.

본 발명자들은 0.2m 내지 0.5m의 높이에서, 2m 및 10m 사이의 캐비티의 개구의 길이가 캐비티 내 공기 및 물 사이의 인터페이스에서 안정적이고 잘 정의된 윤활 공기-물 혼합물을 형성한다는 것을 깨달았다. 이는 또한 0.2m 및 1.5m 사이, 바람직하게 0.2m 및 1.0m 사이, 가장 바람직하게 0.2m 및 0.5m 사이의 인터페이스 면으로부터 상벽의 거리에서, 2m 및 5m의 길이를 구비하는 캐비티들에 대해 발견되었다.

5m 및 30m 사이의 길이, 및 5m까지의 높이가 제안된 WO 2010/064911로부터 공지된 캐비티의 큰 부피 및 상대적으로 큰 개구에 비해, 발명자들은 안정적이고 효율적인 방식으로 작동하면서 캐비티가 훨씬 작게 마련될 수 있고 동시에 선박의 헐 안에 포함시키기에 용이하다는 것을 발견했다. 특히 그러한 시스템이 개조될 때, 헐의 구조의 약화 효과를 최소화하기 위해 캐비티는 가능한 작은 것이 바람직하다. 특히, 0.5m보다 작은 캐비티의 높이는 시스템이 이중 바닥 또는 이중 헐 선박 내 두 개의 헐들 사이에 배치되게 하고, 이는 이용 가능한 화물 공간이 선박 안에 시스템의 포함에 의해 영향을 받지 않는다는 것을 의미한다. WO 2010/064911로부터 공지된 캐비티는 5m까지의 높이를 구비하고, 이는 선박의 화물 공간 안에 연장되어, 화물이 선박에 의해 덜 운송될 것이라는 것을 의미한다. 게다가, 더 작은 시스템들은 원료비가 덜 요구되고 다루기가 더 쉽다.

WO 2010/064911로부터 공지된, 30m 길이의 캐비티의 다른 단점은, 파랑들이 캐비티의 내부에 형성되기 시작할 것이며, 캐비티의 후단에서 그러한 파랑들이 캐비티로부터 물-공기 혼합물의 불균일한(uneven) 배출을 야기한다는 것이다. 이는 헐 및 그것 아래 흐르는 물 사이에 형성된 윤활 층이 불균일하고 덜 효율적이라는 것을 의미한다. 발명자는 본 발명에 따른 캐비티의 비교적 짧은 길이 및 그것의 비교적 얕은(shallow) 형상이 캐비티 내 공기 및 물 사이의 인터페이스에서 적절한 물-공기 혼합물을 형성하기에 충분하고, 캐비티를 나갈 때 공기 층이 편평한 바닥의 긴 길이를 가로질러 연장하여, 선박의 헐에 대해 우수한 윤활 효과를 담보하는 동시에 짧은 캐비티 내에서 상당한 파랑 형성이 발생하지 않는다는 것을 깨달았다. 본 발명에 따른 캐비티는 선박이 큰 상하동요(heave), 롤(roll) 및 피치(pitch) 모션들을 구비할 때 공기의 손실 없이 잘 기능하고 파랑들에 비교적 덜 민감하다.

또한 비교적 작은 캐비티의 이용에 의해 공기 소비가 감소될 수 있으며 윤활 효과를 감소시키는 효과적인 마찰을 여전히 유지할 수 있다.

비교적 짧은 캐비티에 의해 획득된 보다 균일하고 개선된 윤활 효과와는 별개로, 또한 기존의 선박의 헐 안에 개조될 때 챔버(chamber)가 비교적 짧은 것이 바람직하다. 이는 헐 안에 용접되어야 할 때 원료비 및 노동비를 절약할 수 있다.

바람직하게, 캐비티는 0.5m 및 1.5m 사이의 폭을 구비한다. 몇몇의 캐비티들은 길이방향으로 보여질 때 다른 것 뒤에 및/또는 나란히 선박의 헐을 가로질러 분포될 수 있다.

개구에 인접한 캐비티의 후단의 적어도 일부가 개구를 향해 경사질 때, 경사진 벽 부분은 실질적으로 수평 바닥면의 위치에 연장하고, 공기-물 혼합물은 헐 아래 순조롭게 안내되고 선박이 바다에서 파랑에 의해 롤링 또는 이동될 때조차도 균일한 윤활 효과를 제공하여, 선박의 헐 아래 윤활 층의 평평한 해제(even release)를 담보한다. 바람직하게, 시스템은 편평한 바닥 선박 내에 적용되고 캐비티의 후단은 캐비티 내 형성된 버블들의 순조로운 전이를 위해 헐의 바닥면과 교차하도록 아래로 경사진다. 바람직하게, 캐비티의 경사진 벽 부분은 선박의 헐의 실질적으로 편평한 바닥을 따라 캐비티로부터 공기 버블 층(air bubble layer)의 안정적인 전이를 제공하기 위해 바닥면의 위치에서 바닥면에 접하여, 후방으로 멀리 연장하는 긴 버블 테일(bubble tail)을 형성한다.

바람직하게 개구에 인접한 캐비티의 후단의 적어도 일부는 볼록하다. 이는 윤활 층이 헐 아래로 안내되게 하는 방식을 추가적으로 개선할 것이다.

바람직하게, 선박의 속도에 따라, 캐비티의 폭에 비례하여 캐비티 안에 안내되는 공기의 부피를 제어하기 위한 수단이 제공되고, 약 1m의 폭의 캐비티에 대해서 다음과 같다:

4 m/s의 속도에서 7 및 70 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,

5 m/s의 속도에서 15 및 150 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,

6 m/s의 속도에서 25 및 250 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,

7 m/s의 속도에서 45 및 450 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,

8 m/s의 속도에서 70 및 700 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,

9 m/s의 속도에서 15 및 150 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,

10 m/s의 속도에서 100 및 1000 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,

11 m/s의 속도에서 140 및 1400 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,

12 m/s의 속도에서 260 및 2600 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공된다.

제어 시스템은 캐비티 안에 공기를 공급하는 공기 압축기에 연결된 메모리 장치 및 프로세서를 포함한다. 발명자는 주어진 윤활 효과를 제공하기 위해 요구되는 공기의 양 및 선박의 속도 사이의 구체적인 관계를 발견했고, 그것은 캐비티의 폭에 대략 비례한다. 그러므로, 공기 흐름은 캐비티 내에 센서들에 대한 요구 없이 조절될 수 있다. 이는 시스템 그 자체를 대단히 간소화시키고 그것의 설치에 연관된 비용을 감소시킨다.

바람직하게, 캐비티의 측벽들 사이의 거리는 전방으로 감소되어 캐비티의 전방 부분은 '드래거(dagger)'- 형상을 구비한다. 이러한 형상은 수위가 전방 벽의 하부 가장자리와 완전히 동일한 높이가 아닐 때 캐비티 내부에 발생될 수 있는 파랑 형상들을 적어도 감소시키거나 제거하는 역할을 할 수 있다.

시스템이, 예를 들어 기존의 헐 안에 개조될(retrofitted) 모듈과 같이 형성된 때, 그것은 개구 주위에 연장하는 편평한 플레이트 섹션(flat plate section)을 포함할 수 있고, 상기 편평한 플레이트 섹션은 선박의 헐 내 개구 안에 용접되도록 맞춰진다. 이는 선박의 헐 내 모듈을 제 위치에 용접하고 설치하기에 수월하게 한다.

본 발명은 또한 선박이 물을 통해 이동할 때 선박의 실질적으로 편평한 바닥 및 바닥 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위한 시스템을 제공하고, 시스템은 개구를 정의하는 상벽 및 측벽들을 포함하고, 상기 캐비티는 실질적으로 편평한 바닥의 높이에서, 상벽으로부터 이격되어 위치된 인터페이스 면을 정의하고, 상기 개구는 사용 중에, 선박의 전방 이동의 방향으로 보여지는, 전단 및 후단, 캐비티 안으로 공기를 안내하기 위해 상기 개구로부터 분리된 공기 입구, 및 인터페이스 면으로부터 이격되어, 폭 방향으로 캐비티 내부에 연장하는 적어도 하나의 파랑 굴곡 부재를 구비하고, 상기 파랑 굴곡 부재는 측벽들 및/또는 상벽에 고정되고 인터페이스 면에 대해 실질적으로 횡방향으로 향해진다.

그러한 파랑 굴곡 부재는 시스템의 개시(starting-up)를 수월하게 한다. 시스템이 작동되기 전에 캐비티는 보통 물로 가득 차 있을 것이다. 그러므로, 시스템은 선박이 물을 통해 그것의 항해 속도로 이동할 때 작동될 수 있어야 한다. 캐비티 안으로 공기를 안내하기 시작할 때, 수위는 캐비티의 상부에 있을 것이고, 선박의 헐 아래 물의 흐름은 캐비티 안에 매우 격렬한 난류를 야기시키고, 수위가 개구의 높이에 도달하기 전에 캐비티에서 큰 부피의 공기를 끌어올(drawing) 것이다. 그러므로, 안정적인 상태에서 시스템이 운영되기 위해 요구되는 것보다 훨씬 크게, 시스템을 개시하기 위해 매우 큰 공기 흐름을 요구한다. 그 결과, 큰 용량을 구비하는 공기 공급원(air source)이 요구된다. 그러나, 하나 또는 그 이상의 파랑 굴곡 부재(들)가 캐비티 내에 제공된다면, 파랑에 의해 발생된 난류는 캐비티의 전단 가장자리로부터 나타나고, 거기에서 발생된 난류는 굴곡될 것이며, 이에 의해 시스템의 초기 개시 동안 캐비티에서 공기를 덜 끌어오게 될 것이다. 따라서, 공기 공급원은 낮은 용량을 구비하고, 안정된 상태에서 시스템을 운영하는 데 요구되는 것보다 단지 약간 큰 용량이 시스템을 개시할 수 있게 하기에 충분하다.

바람직하게, 적어도 하나의 파랑 굴곡 부재는 구부러지고, 이에 의해 캐비티 내 파랑 형성을 더 약화시킬 수 있다.

본 발명은 또한 적어도 10.000톤, 바람직하게 50.000톤의 물 배수량(water displacement)을 구비하고, 선박이 물을 통해 이동할 때, 상기 선박의 헐과 상기 헐 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위해 적어도 하나의 캐비티를 포함하는 배수형 선박을 제공하고, 상기 선박은 그것의 폭을 가로질러 실질적으로 연장하는 실질적으로 편평한 바닥 및 속도로 항해하기 위한 추진 장치를 구비하고, 편평한 바닥은 적어도 10m, 바람직하게 적어도 20m의 길이를 구비하고, 캐비티의 개구는 실질적으로 편평한 바닥의 높이에 있어, 적어도 캐비티의 길이만큼 큰 길이, 바람직하게 적어도 15m를 구비하는 편평한 바닥의 일부는 그것 또는 각각의 캐비티로부터 하류로 연장한다.

큰 선박의 헐의 폭을 가로질러 윤활 층을 생성하기 위해, 복수 개의 캐비티들은 헐의 폭의 적어도 일부에 대해 실질적으로 인접하게 배치될 수 있다.

긴 선박에서, 복수 개의 캐비티들 또는 복수 개의 열들의 인접한 횡방향으로 연장하는 캐비티들은 헐의 길이방향으로 서로 뒤이어 배치될 수 있다. 캐비티로부터 배출된 버블들의 윤활 효과는 50 내지 100m 후보다 적게 일어나기 시작할 것이며, 이에 의해 400m까지 길 수 있는 큰 선박에서, 선박의 길이방향으로 서로 뒤이어, 4-8열의 인접한 횡방향으로 연장하는 캐비티들 또는, 길이방향으로 분포된 적어도 4-8개의 캐비티들을 제공하는 것이 적절할 수 있다.

본 발명은 또한 선박이 물을 통해 이동할 때 실질적으로 편평한 바닥을 구비하는 선박의 헐 및 헐 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위한 시스템을 작동시키기 위한 방법을 제공하고, 방법은 다음을 포함한다:

- 캐비티에서 물을 배출하기 위해 캐비티 안에 공기를 안내하는 단계;

- 캐비티 내 수위가 편평한 바닥의 외부 표면의 높이에 실질적으로 유지되는 비율로 캐비티 안으로 공기를 연속적으로 안내하는 단계, 상기 선박이 물을 통해 전방으로 이동할 때, 상기 캐비티 내 공기는 공기-물 인터페이스에서 상기 물과 혼합되어, 물-공기 혼합물을 형성함; 및

상기 혼합물을 상기 개구의 폭을 따라, 상기 캐비티의 후방 가장자리 아래로 상기 캐비티를 나가게 하는 단계, 상기 혼합물은 상기 캐비티의 하류에서 편평한 바닥을 따라 윤활 층을 형성하게 됨.

바람직하게, 공기-물 혼합물 상에 직접적인 충돌을 방지하는 방식으로 공기가 캐비티 안에 주입된다. KHI에서 적절하게 작용하기 위해, 그리고 매우 길게 지속되지 않고, 안 좋은 윤활 효과만 가져올, 큰 버블들의 형성을 피하기 위해, 공기-물 인터페이스가 주입된 공기의 강한 제트(strong jet)에 의해 영향을 받지 않는 것이 중요하다. 바람직하게 공기는 큰 개구를 통해 챔버 안에 주입되어, 입구 개구 에서 공기의 속도는 낮게, 바람직하게 5-10 m/s 아래로 유지될 수 있다.

본 발명은 또한, 선박의 헐 내에, 전술된 시스템을 제공하기 위한 방법이 제공되고, 방법은 다음을 포함한다.

- 선박의 헐 내에 홀을 절단하는 단계;

- 홀과 소통하도록 개구를 위치시키고 선박의 헐에 캐비티의 벽들을 용접하는 단계;

- 캐비티에 공기 덕트를 연결하는 단계.

방법에 따라, 시스템은 기존의 선박의 헐 내에 쉽게 제공될 수 있고 기존의 선박들 내에서 추진을 위한 에너지가 15%까지 절약될 수 있다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

본 발명에 따라 선박이 물을 통해 이동할 때 헐 아래 흐르는 물과 선박의 헐 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위한 시스템의 일부 실시예들이 예시로서 다음의 부수하는 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 선박의 측면을 개략적으로 도시하고 예시는 선박의 헐 내에 서로 뒤이어 배치된 두 개의 캐비티들을 포함한다.
도 2는 선박의 저면도를 도시한다.
도 3은 캐비티 내에 횡방향으로 연장하는 굽은 파랑 굴곡 부재들(curved wave deflecting members)을 구비하는 본 발명에 따른 시스템의 측면을 개략적으로 도시한다.
도 4는 캐비티 내 횡방향으로 연장하는 실질적으로 곧은 파랑 굴곡 부재들(plane wave deflecting members)을 구비하는 본 발명에 따른 시스템의 측면을 개략적으로 도시한다.
도 5는 선박의 바닥에서 보여지는, 캐비티의 개구를 개략적으로 도시한다.

도 1은 헐(hull; 2) 및 바닥면(bottom surface; 3)을 구비하는 본 발명에 따른 선박(vessel; 1)의 측면을 개략적으로 도시한다. 헐(2)은, 바닥면(3)을 따라 측정된, 예를 들어 50m 및 400m 사이의 길이(Lh)를 구비한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 선박(1)의 바닥면(3)은 2열의 캐비티들(cavities; 6)을 포함하고, 각각은 선박의 폭(Wv)을 가로질러 서로 나란히 배치된 5개의 캐비티들(6.1a 내지 6.1e 및 6.2a 내지 6.2e)을 구비한다. 열들은 대체로 V-형상을 구비하는 것으로 도시되나, 캐비티들은 굽은 라인(curved line)의 직선(straight) 상에 또는 다른 패턴으로 배치될 수 있다. 캐비티들의 수는 바닥면(3)의 폭(Wv)에 따라 선택될 수 있다. 그러나, 또한 바닥면(3) 내 단일의 캐비티를 구비할 수 있다.

캐비티들은 바람직하게 모두 동일한 치수들을 구비할 수 있으나, 다른 치수들을 구비할 수 있으며, 예를 들어 선박의 측면 가까이에서 캐비티들은 다른 형상 및/또는 크기를 구비할 수 있다.

도 3-5는 전단(front end; 9), 후단(rear end; 15), 상벽(top wall; 4), 후벽(rear wall; 16), 두 개의 측벽들(side walls; 5, 5'), 및 공기 입구(air inlet; 10), 공기 입구(10)에 연결된 공기 공급 덕트(air supply duct; 11)를 구비하는 캐비티(6)를 도시한다. 캐비티(6)는 헐의 바닥면(3)과 실질적으로 동일한 높이인 개구(opening; 13)를 더 포함한다. 개구(13)는 2m 및 10m 사이에 놓이고 선박 길이(Lh)에 비해 상대적으로 짧은 길이(Lc)를 구비한다. 개구(13)(도 5 참조)의 폭(W)은 바람직하게 0.5m 및 1.5m 사이이다. 캐비티는, 바닥면(3)에서 상벽(4)까지 측정된, 높이(H)를 구비하고, 높이(H)는 0.2m 및 예를 들어 0.5m 사이일 수 있다.

0.2m 및 1.5m, 바람직하게 0.2m 및 1m 사이의 높이(H)에서 1.5m 및 5m 사이의 길이(Lc)를 구비하는 다른 작은 크기의 캐비티들은 또한 효율적이고 안정적인 공기 윤활 층을 제공한다.

캐비티(6)의 전단(9) 가까이에서, 공기 입구(10)가 제공되고, 공기 공급 덕트(11)에 연결된다. 압축기(12)는 덕트(11)를 통해 대기 공기를 받아들이고, 캐비티로부터 물을 배출하기 위해 캐비티(6)에 압축된 공기를 공급한다. 컴퓨터 장치와 같은 제어기(20)는 선박의 속도에 따라 압축기를 작동시키기 위해 압축기(12)에 연결된다.

선박이 물을 통해 항해할 때 캐비티(6) 내 물-공기 인터페이스를 가로질러 흐르는 물은 켈빈 헬름홀츠 불안정성을 초래하고 작은-크기의 버블들(14)을 형성한다. 이러한 버블들은 캐비티(6)의 후단(15)에 버블 유출 영역(bubble outflow region)을 통해 새어 나온다. 후단(15)에서, 캐비티(6)는 아래로 경사진 표면을 구비하고, 캐비티의 후단(15) 가까이에 쐐기-형상의(wedge-shaped) 공간을 형성한다. 이 유출 영역으로부터, 버블들(14)은 바닥면(3)의 대부분을 덮기 위해, 헐(2)의 선미(aft; 18)를 향해 퍼진다. 아래로 경사지는 표면은 곧은 벽(16) 또는 굽은 벽(16)으로 형성될 수 있다. 도 3의 바람직한 실시예는 바닥 면(3)의 위치(15)에서 상기 바닥면(3)과 접하는(tangent) 굽은 후벽(rear wall; 16)을 도시한다. 버블들이 캐비티로부터 순조롭게 안내되게 하기 위해 후벽(16)의 하부 부분은 충분히 구부러지거나 경사진다. 캐비티로부터 버블들의 순조로운 전이(smooth transition)를 위해 후벽(16)이 바닥면(3)의 위치(15)에 내내(all the way) 연장하는 것이 중요하다. 상벽(4)에 인접한 후벽(16)의 위치가 반드시 구부러지거나 경사질 필요는 없다. 후벽(16)의 이러한 위치는 예를 들어 수직할 수 있다.

도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 많은 파랑 굴곡 부재들(wave deflecting members; 7, 7', 7")은 캐비티(6) 내 횡방향으로 연장한다. 이러한 파랑 굴곡 부재들은 캐비티를 통해 공기의 자유로운 흐름을 허용하기 위해 측벽들(5, 5') 및/또는 상벽(4)으로부터 가까이 있지 않는다(stay clear). 그 대신에, 파랑 굴곡 부재들은 상벽(4) 및/또는 측벽들(5, 5')에 연장하나, 예를 들어 천공들(perforations)이 제공되거나 메쉬(mesh) 같은 패턴을 형성하여, 공기를 투과시킬 수 있다. 이러한 파랑 굴곡 부재들(7, 7', 7")은 시스템의 개시(starting-up)를 수월하게 한다. 시스템이 작동되기 전에 캐비티(6)는 보통 물로 가득 찰 것이다. 파랑 굴곡 부재들(7, 7', 7")은, 선박이 물을 통해 전방으로 이동할 때, 캐비티(6)의 전단(9)으로부터 나타나는 파랑들을 굴곡시키는 역할을 하고, 거기에서 발생된 난류는 굴곡되어 시스템의 초기 개시 동안 캐비티(6)에서 공기가 덜 끌어들이게 될 것이다. 단일의 파랑 굴곡 부재(7)는 일부 예시들에서 충분할 수 있는 반면, 3 또는 5, 또는 5 이상과 같은 많은 파랑 굴곡 부재들을 제공하는 것에 의해 개선된 효율이 획득될 수 있다. 파랑 굴곡 부재(들)는 측벽들(5, 5') 및/또는 상벽(4)에 고정될 수 있다.

적어도 하나의 파랑 굴곡 부재(7)는 구부러지거나, 수직 또는 경사진 각도로 배치된 실질적으로 곧은 요소(plane element)에 의해 형성될 수 있어, 아래 방향으로 헐(2)의 선미(18)를 향해 경사진다. 부재들(7, 7', 7")은 견고할 수 있으며, 또는 임의적으로 부재(7, 7', 7")의 정면(front)으로부터 후면(rear side)으로 연장하는 개구들 또는 홀들이 제공될 수 있다.

1: 선박
2: 헐
3: 편평한 바닥
4: 상벽
5, 5': 측벽
6: 캐비티
7, 7', 7": 파랑 굴곡 부재
8: 편평한 플레이트 섹션
9: 전단
10: 공기 입구
11: 공기 공급 덕트
12: 공기의 부피를 제어하기 위한 수단
13: 개구
14: 버블
15: 후단
16: 후벽
18: 선미

Claims

배수형 선박이 물을 통해 이동할 때, 배수형 선박(1)의 헐(2)의 실질적으로 편평한 바닥(3) 및 상기 바닥 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위한 시스템에 있어서,
상기 시스템은 캐비티(cavity; 6)를 정의하는 상벽(top wall; 4) 및 측벽들(sidewalls; 5, 5')을 포함하고, 상기 캐비티(6)는 상기 편평한 바닥(3)의 높이에서 상기 측벽들(5, 5')에 횡방향인 인터페이스 면(interface plane) 내에 위치된 개구(13)를 구비하며, 상기 개구는 상기 캐비티의 길이방향으로 보여지는, 전단(front end; 9) 및 후단(rear end; 15)을 구비하고, 캐비티 내의 수위가 실질적으로 편평한 바닥의 외부 표면의 레벨로 유지되는 속도로 상기 캐비티 안으로 공기를 안내하기 위해 상기 개구로부터 공기 입구(10)가 이격 배치되고, 선박이 물을 통하여 전방으로 이동되는 경우, 캐비티 내의 공기는 공기-물 인터페이스(air-water interface)에서 상기 물과 혼합되고, 후방 가장자리 아래로 상기 캐비티를 나가는 물-공기 혼합물을 형성하며 캐비티의 길이(Lc)만큼 적어도 큰 길이를 지니는 캐비티의 편평한 바닥 하류의 일 부분을 따라 윤활 층을 형성하며,
상기 캐비티(6)의 개구(13)의 길이는 2 내지 10m 사이이고 상기 인터페이스 면으로부터 상기 상벽(4)의 거리(H)는 0.2m 내지 0.5m 사이이거나, 또는
상기 캐비티(6)의 개구(13)의 길이는 2 내지 5m 사이이고 상기 인터페이스 면으로부터 상기 상벽(4)의 거리(H)는 0.2m 내지 1.5m 사이이며,
상기 캐비티(6)는 0.5m 내지 1.5m 사이의 폭(W)을 구비하고, 상기 캐비티(6)의 후단(15)의 적어도 일부(portion; 16)는 후방으로 나아갈 때 상기 상벽(4)으로부터 상기 인터페이스 면으로 경사지고, 경사진 벽 부분(sloping wall part)은 실질적으로 수평 바닥면의 위치에 연장하며, 상기 시스템은 상기 편평한 바닥(3)의 길이방향으로 분포되거나 길이방향의 중심 선의 각각의 사이드 상의 복수 개의 캐비티들(6.1a - 6.1e 및 6.2a - 6.2e)을 포함하는, 배수형 선박이 물을 통해 이동할 때, 배수형 선박(1)의 헐(2)의 실질적으로 편평한 바닥(3) 및 상기 바닥 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위한 시스템.
제1항에 있어서,
상기 경사진 벽 부분은 상기 바닥면의 위치에서 상기 바닥면에 접하는(tangent) 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 개구(13)에 인접하는 상기 캐비티(6)의 후단(15)의 적어도 일부(16)는 볼록한(convex) 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 선박의 속도에 따라, 상기 캐비티의 폭(W)에 비례하여 상기 캐비티(6) 안에 안내되는 공기의 부피를 제어하기 위한 수단(12)을 포함하고,
1m의 폭의 캐비티에 대하여,
4 m/s의 속도에서 7 내지 70 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,
5 m/s의 속도에서 15 내지 150 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,
6 m/s의 속도에서 25 내지 250 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,
7 m/s의 속도에서 45 내지 450 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,
8 m/s의 속도에서 70 내지 700 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,
9 m/s의 속도에서 15 내지 150 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,
10 m/s의 속도에서 100 내지 1000 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,
11 m/s의 속도에서 140 내지 1400 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되고,
12 m/s의 속도에서 260 내지 2600 m³/h 사이의 공기 흐름이 제공되는 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 측벽들(5, 5') 사이의 거리가 상기 전단(9)을 향해 나아갈 때 감소하는 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 개구(13) 주위에서 연장하는 편평한 플레이트 섹션(flat plate section; 8)을 포함하고, 상기 편평한 플레이트 섹션(8)은 상기 헐과 동일한 높이가 되게 선박의 헐(2) 내 개구 안에 용접되도록 맞춰지는 시스템.
적어도 10.000톤의 물 배수량(water displacement)을 구비하고, 선박이 물을 통해 이동할 때, 상기 선박의 헐(2)과 상기 헐 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위해 제1항 또는 제2항에 따른 복수의 시스템을 포함하는 배수형 선박(displacement vessel; 1)에 있어서,
상기 선박은 실질적으로 편평한 바닥(3) 및 속도로(at a speed) 항해하기 위한 추진 장치를 구비하고, 상기 편평한 바닥(3)은 적어도 10m의 길이(Lh)를 구비하고, 상기 캐비티(6)의 인터페이스 면은 실질적으로 상기 편평한 바닥(3)의 높이에 있어, 적어도 캐비티의 길이(Lc)만큼 큰 길이를 구비하는 상기 편평한 바닥의 일부는 적어도 하나의 캐비티(6)로부터 하류로 연장하는, 배수형 선박.
제7항에 있어서,
상기 편평한 바닥은 상기 선박의 폭(Wv)을 실질적으로 가로질러 연장하는 배수형 선박.
제7항에 있어서,
상기 편평한 바닥(3)의 폭의 적어도 일부 상에 나란히 배치된 복수 개의 캐비티들(6.1a - 6.1e 및 6.2a - 6.2e)을 포함하는 선박.
적어도 10.000톤의 물 배수량을 구비하고, 선박이 물을 통해 이동할 때 배수형 선박의 헐(2)과 헐 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위해, 제1항 또는 제2항 따른 적어도 하나의 시스템을 포함하는 배수형 선박(1)에서 제1항 또는 제2항에 따른 시스템을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
상기 선박은 실질적으로 편평한 바닥(3) 및 속도로 항해하기 위한 추진 장치를 구비하고, 상기 편평한 바닥(3)은 적어도 10m의 길이(Lh)를 구비하고, 상기 캐비티(6)의 인터페이스 면은 실질적으로 상기 편평한 바닥(3)의 높이에 있어, 적어도 캐비티의 길이(Lc)만큼 큰 길이를 구비하는 상기 편평한 바닥의 일부가 적어도 하나의 캐비티(6)로부터 하류로 연장되고,
상기 방법은,
상기 캐비티에서 물을 배출하기 위해 상기 캐비티 안으로 공기를 안내하는 단계;
상기 캐비티 내 수위가 상기 편평한 바닥의 외부 표면의 높이에 실질적으로 유지되는 비율(rate)로 상기 캐비티 안에 공기를 연속적으로 안내하는 단계, 상기 선박이 물을 통해 전방으로 이동할 때, 상기 캐비티 내 공기는 공기-물 인터페이스(air-water interface)에서 상기 물과 혼합되어, 물-공기 혼합물을 형성함; 및
경사진 벽 부분이 바닥면과 교차하는 상기 개구(13)의 폭을 따라, 상기 혼합물이 상기 캐비티의 후방 가장자리 아래로 상기 캐비티를 나가게 하는 단계, 상기 혼합물은 상기 캐비티의 하류에서 편평한 바닥을 따라 윤활 층을 형성하게 됨;
를 포함하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 공기는 상기 공기-물 인터페이스 상에 직접적인 충돌(impingement)을 방지하는 방식으로 상기 캐비티 안에 주입되는 방법.
배수형 선박이 물을 통해 이동할 때 배수형 선박의 헐(2) 및 헐 아래 흐르는 물 사이에 공기 윤활 층을 제공하기 위해, 적어도 10.000톤의 물 배수량을 구비하는 배수형 선박(1)에 제1항 또는 제2항에 따른 시스템을 제공하는 방법에 있어서,
상기 방법은,
상기 선박의 헐 내에 홀을 절단하는 단계;
상기 헐과 동일한 높이가 되도록 선박의 헐(2) 내 홀 안에 편평한 플레이트 섹션(flat plate section; 8)을 용접하는 단계; 및
상기 캐비티에 공기 덕트를 연결하는 단계;
를 포함하는 방법.
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