KR102106939B1 - 선저 돌출형 공기 윤활 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선저 돌출형 공기 윤활 장치에 관한 것으로, 그 목적은 선저 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 선저 돌출형 공기 윤활 장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 선저 외판으로부터 돌출된 구조를 갖도록 선저 외판에 설치되는 선저 돌출형 공기 윤활 장치에 있어서, 상기 선저 돌출형 공기 윤활 장치의 앞부분을 형성하되, 선수측으로부터 선미방향을 기준으로 점차적으로 돌출되게 형성된 표면을 갖는 제1 유도부; 상기 제1 유도부와 일체형의 구조로 형성되면서 상기 선저 돌출형 공기 윤활 장치의 뒷부분을 형성하되, 선수측으로부터 선미방향을 기준으로 점차적으로 선저 외판에 근접하는 구조를 가지며 상기 제1 유도부의 표면과 높이차를 두고 일정 부분 중첩되게 형성된 표면을 갖는 제2 유도부; 및 상기 제1 유도부와 제2 유도부의 중첩 부분에 형성되며, 선미측 방향으로 개방되고 선체의 좌우 방향으로 연장되는 슬릿으로 형성되어 선체에 마련된 공기공급수단으로 제공되는 공기를 제2 유도부의 표면 주변으로 분사하는 분사공간;으로 구성된 것을 특징으로 하는 선저 돌출형 공기 윤활 장치를 제공한다.

Description

선저 돌출형 공기 윤활 장치{Air lubrication device for ships}

본 발명은 선저 외판 주변에 공기층을 형성하여 선박의 운항시 발생되는 저항을 감소시키는 선박 공기 윤활 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선저 외판으로부터 돌출되고, 선단으로부터 후단 방향으로 연장되게 형성되는 제1 유도부와, 후단으로부터 선단 방향으로 연장되게 형성되는 제2 유도부가 높이차를 두고 일정 부분 중첩되도록 구성되며, 제1,2 유도부의 중첩 부분을 통해 공기를 분사하여 공기층을 형성하도록 한 선저 돌출형 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 선저 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 선저 돌출형 공기 윤활 장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 선저 외판으로부터 돌출된 구조를 갖도록 선저 외판에 설치되며, 선저 외판의 주변으로 공기를 분사하여 선저 외판의 주변에 공기층을 형성하는 선저 돌출형 공기 윤활 장치에 있어서, 상기 선저 돌출형 공기 윤활 장치의 앞부분을 형성하되, 선수측으로부터 선미방향을 기준으로 점차적으로 돌출되게 형성된 표면을 갖는 제1 유도부; 상기 제1 유도부와 일체형의 구조로 형성되면서 상기 선저 돌출형 공기 윤활 장치의 뒷부분을 형성하되, 선수측으로부터 선미방향을 기준으로 점차적으로 선저 외판에 근접하는 구조를 가지며 상기 제1 유도부의 표면과 높이차를 두고 일정 부분 중첩되게 형성된 표면을 갖는 제2 유도부; 및 상기 제1 유도부와 제2 유도부의 중첩 부분에 형성되며, 선미측 방향으로 개방되고 선체의 좌우 방향으로 연장되는 슬릿으로 형성되어 선체에 마련된 공기공급수단으로 제공되는 공기를 제2 유도부의 표면 주변으로 분사하는 분사공간;으로 구성된 것을 특징으로 하는 선저 돌출형 공기 윤활 장치를 제공한다.

한편 상기 선저 돌출형 공기 윤활 장치에 있어서, 상기 제1 유도부의 표면은 해저방향으로 볼록하게 돌출되는 곡면으로 이루어지는 것이 바람직하다.

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한편 상기 선저 돌출형 공기 윤활 장치에 있어서, 상기 분사공간은 제1 유도부의 선미 방향 끝단에 형성된 해수의 흐름 방향과 평행한 방향으로 공기를 분사하도록 구성되는 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 사시도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 측면도,
도 3 은 본 발명에 따른 공기 윤활 장치가 선저 외판에 설치된 상태를 보인 측면도,
도 4 는 본 발명에 따른 분사공간을 통해 분사되는 공기의 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 사시도를, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 윤활 장치의 측면도를, 도 3은 본 발명에 따른 공기 윤활 장치가 선저 외판에 설치된 상태를 보인 측면도를, 도 4는 본 발명에 따른 분사공간을 통해 분사되는 공기의 흐름과 해수의 흐름 관계를 보인 예시도를 도시하고 있다.

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

본 발명에 따른 공기 윤활 장치(100)는 선저 외판(10)으로부터 돌출된 구조를 갖도록 선저 외판(10)에 설치되되, 선수측에 위치하도록 설치되며, 선미측 방향으로 공기를 분사함으로서, 선저 외판(10)의 주변에 선수로부터 선미로 이어지는 공기층을 형성하도록 구성된다.

이러한 본 발명에 따른 공기 윤활 장치(100)는 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120) 및 분사공간(130)으로 구성된다.

상기 제1 유도부(110)는 공기 윤활 장치의 앞부분을 형성하는 것으로, 선수측으로부터 선미방향을 기준으로 점차적으로 돌출되게 형성된 표면(110a)을 갖는다.

이러한 제1 유도부(110)의 표면(110a)은 선박 항해시 해수와 마주하는 부분으로, 해수와의 저항을 최소화하는 것이 바람직하며, 이를 고려하여 본 발명에 따른 제1 유도부(110)의 표면(110a)은 해저방향으로 볼록하게 돌출되는 곡면으로 구성된다.

이처럼 해저방향으로 볼록하게 돌출된 곡면으로 이루어지는 제1 유도부(110)의 표면(110a)은 분사공간(130) 주변의 해수 흐름(S2)이 분사공간(130)으로부터 분사되는 공기의 흐름(S1)과 평행한 흐름을 형성하도록 설계되는 것이 바람직하다.

상기 제2 유도부(120)는 공기 윤활 장치의 뒷부분을 형성하는 것으로, 제1 유도부(110)와 일체형의 구조로 이루어지며, 선수측으로부터 선미방향을 기준으로 점차적으로 선저 외판(10)에 근접하는 구조를 가지며 제1 유도부(110)의 표면(110a)과 높이차를 두고 일정 부분 중첩되는 표면(120a)을 갖는 것으로 구성된다.

상기와 같은 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120)의 구조에 따르면, 공기 윤활 장치의 앞부분은 제1 유도부(110)의 표면(110a)이 형성하는 곡면에 의하여 둥글게 형성되는 반면, 뒷부분은 제2 유도부(120)의 표면(120a)에 의하여 뾰족한 구조로 형성되므로, 결국 공기 윤활 장치(100)의 종단면은 전체적으로 유선형의 구조를 갖게 된다.

이와 같은 형성되는 제2 유도부(120)는 분사공간(130)으로부터 분사되는 공기가 흐트러지지 않고 선저 외판(10)으로 유동하도록 안내하는 기능을 제공하게 된다.

상기 분사공간(130)은 선체에 구비된 공기공급수단(20)으로부터 공기 윤활 장치의 내부로 공급되는 공기가 제2 유도부(120)의 표면(120a) 주변에서 선미쪽으로 분사되도록 하는 공간으로, 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120)가 중첩되는 부분이 상호 일정간격 이격되도록 함으로서 형성되며, 선미측 방향이 개방된 구조로 이루어진다.

이러한 분사공간(130)은 선체의 좌우방향으로 연장되는 슬릿으로 구성되거나, 또는 다수개의 구멍으로 구성될 수 있다.

이와 같이 슬릿 또는 다수개의 구멍으로 형성되는 분사공간(130)은 이미 설명된 바와 같이 선미측 방향으로 개방된 구조를 구비함으로서, 선미쪽으로 공기를 분사하도록 구성되되, 분사되는 공기의 방향이 제1 유도부(110)의 선미측 끝단에서 해수의 흐름 방향과 평행하도록 구성되는 것이 바람직하다.

참고로, 분사 공기의 방향은 분사공간(130)의 구조에 따라 결정되고, 분사공간(130) 주변에 형성되는 해수 흐름 방향은 제1 유도부(110)의 표면 형상에 따라 결정되므로, 결국 분사공간(130)의 구조와 제1 유도부(110)의 표면 형상을 선형이나 공기 윤활 장치가 설치되는 주변 구조를 고려하여 분사 공기의 방향과 해수의 흐름 방향이 평행하도록 결정하게 된다.

한편, 상기와 같이 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120) 및 분사공간(130)으로 구성되는 공기 윤활 장치는 별도의 기저판(140)에 상기 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120)를 일체형의 구조로 형성되어 선저 외판(10)과 마주하는 윗면이 폐쇄된 구조로 형성될 수도 있고, 윗면이 완전히 개방된 채로 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120)가 선저 외판(10)에 직접 고정되도록 구성될 수도 있다.

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

본 발명에 따른 선저 돌출형 공기 윤활 장치는 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 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 공기 윤활 장치는 선체에 마련된 공기공급수단(20)과 연결되며, 공기공급수단(20)으로부터 공급되는 공기는 공기 윤활 장치의 내부로 유입되어 충전된다.

이처럼 공기 윤활 장치의 내부에 충전되는 공기는 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120)의 사이에 형성된 분사공간(130)을 통하여 선미측 방향으로 분사된다.

상기 분사공간(130)으로부터 분사되는 공기는 제1 유도부(110)의 선미 방향 끝단 주변에 형성되는 해수의 흐름(S2)과 평행한 방향으로 분사되고, 이처럼 분사되는 공기는 제2 유도부(120)의 표면(120a) 주변으로 분사되면서 제2 유도부(120)의 표면(120a)과 선저 외판(10)의 표면을 따라 선미측 방향으로 유동하게 된다.

한편, 선박의 운항시 공기 윤활 장치의 앞부분을 구성하는 제1 유도부(110)의 주변에는 해수의 흐름이 형성되고, 해저방향으로 볼록하게 돌출된 제1 유도부(110)의 표면(110a)을 해수가 유동하는 과정에서 해수의 유속이 증가하게 되며, 이처럼 제1 유도부(110)의 표면(110a)을 따라 유동하는 해수의 흐름은 분사공간(130)으로부터 분사되는 공기에 의해 형성되는 공기층의 인접한 위치에서 공기의 흐름(S1)과 마찬가지로 선미측 방향으로 유동하게 된다.

상기와 같이 제1 유도부(110)에 의해 공기층의 이웃한 위치에 형성되는 해수의 흐름 속도가 공기층의 흐름 속도와 균형을 이루고, 분사공간(130)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 제1 유도부(110)의 표면(110a)을 따라 유동하는 해수의 흐름 속도는 선박의 운항 속도와 제1 유도부(110)의 표면(110a) 형상에 영향을 받게 되므로, 결국 선형에 따라 제1 유도부(110)의 표면(110a) 형상을 최적화하고, 선박의 운항 속도에 따라 분사공간(130)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 장치(100)는 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 형성되는 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.

또한, 일체형의 구조를 갖는 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120)에 의해 형성되는 공기 윤활 장치는 그 구조가 단순하고, 부피가 작아 생산 및 취급이 용이한 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>
10: 선저 외판 20: 공기공급수단
110: 제1 유도부 120: 제2 유도부
130: 분사공간

Claims (5)

1. 선저 외판(10)으로부터 돌출된 구조를 갖도록 선저 외판(10)에 설치되며, 선저 외판(10)의 주변으로 공기를 분사하여 선저 외판(10)의 주변에 공기층을 형성하는 선저 돌출형 공기 윤활 장치에 있어서,
   상기 선저 돌출형 공기 윤활 장치의 앞부분을 형성하되, 선수측으로부터 선미방향을 기준으로 점차적으로 돌출되게 형성된 표면(110a)을 갖는 제1 유도부(110);
   상기 제1 유도부(110)와 일체형의 구조로 형성되면서 상기 선저 돌출형 공기 윤활 장치의 뒷부분을 형성하되, 선수측으로부터 선미방향을 기준으로 점차적으로 선저 외판(10)에 근접하는 구조를 가지며 상기 제1 유도부(110)의 표면(110a)과 높이차를 두고 일정 부분 중첩되게 형성된 표면(120a)을 갖는 제2 유도부(120); 및
   상기 제1 유도부(110)와 제2 유도부(120)의 중첩 부분에 형성되며, 선미측 방향으로 개방되고 선체의 좌우 방향으로 연장되는 슬릿으로 형성되어 선체에 마련된 공기공급수단(20)으로 제공되는 공기를 제2 유도부(120)의 표면(120a) 주변으로 분사하는 분사공간(130);으로 구성된 것을 특징으로 하는 선저 돌출형 공기 윤활 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 유도부(110)의 표면(110a)은 해저방향으로 볼록하게 돌출되는 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선저 돌출형 공기 윤활 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 분사공간(130)은 제1 유도부(110)의 선미 방향 끝단에 형성된 해수의 흐름 방향과 평행한 방향으로 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 선저 돌출형 공기 윤활 장치.

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