KR102114753B1 - 선저 구조 및 선박 - Google Patents

Abstract

선저에 선저 경사부를 구비한 세장선에 있어서도 공기 윤활 시스템에 의한 마찰 저항 저감 효과를 양호하게 얻을 수 있도록 한, 선저 구조 및 선박을 제공한다. 선체(10)의 선저(13)에 기포(100)를 분출하는 공기 윤활 시스템을 장비함과 함께, 선저(13)에, 선체 폭 방향(Y)에 있어서 외측을 향하여 상방으로 경사지는 선저 경사부(13b)를 구비한 선박의 선저(13)의 구조로서, 선체(10)의 횡단면이 최대가 되는 최대 횡단면 위치에 있어서의 선저 경사부(13b)의 각도(φ)가, 0도보다 크고 15도보다 작은 범위로 설정된다.

Description

선저 구조 및 선박

본 발명은, 공기 윤활 시스템을 장비한 선박의 선저(船底) 구조 및 그것을 구비한 선박에 관한 것이다.

항행 시에, 선수(船首) 측으로부터 선미(船尾) 측을 향하여 기포류를 발생시켜, 선저를 기포류로 덮음으로써 선체 마찰 저항을 저감시키는 공기 윤활 시스템이 알려져 있다. 공기 윤활 시스템을 사용하여 선체 마찰 저항(추진 저항)을 저감시킴으로써, 선박의 추진 성능의 향상, 에너지 절약화를 도모할 수 있다.

공기 윤활 시스템은, 주로 탱커와 같은 선체가 통통한 선박(비대선)에 대하여 적용되고 있지만, 페리나 자동차 운반선과 같은 세장선에 대해서도 적용이 요망되고 있다.

세장선은, 복원성을 유지하기 위하여, 선저에, 중앙으로부터 외측을 향하여 상방으로 경사지는 경사부(ROF: Rise Of Floor. 이하, ROF 또는 선저 경사부라고도 함)가 마련되어 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2010-076489호

공기 윤활 시스템을 비대선에 적용하는 경우에는, 공기 윤활 시스템의 효과가 충분히 발휘된다. 이것은, 비대선은 평평한 선저 형상을 갖고 있기 때문에, 선저로부터 기포류가 박리하기 어려워 마찰 저항을 저감시키는 효과가 양호하게 얻어지기 때문이다.

한편, 공기 윤활 시스템을 세장선에 적용하려고 하면, 공기 윤활 시스템의 효과가 충분히 발휘되지 않을 우려가 있다. 이것은, 세장선은, 상술한 바와 같이 복원성을 유지하기 위하여 ROF가 마련되어 있으므로, 비대선과 비교하여, 선저 부분에 평평한 부분이 적고, 선저 부분의 외측의 경사가 크기 때문에, 기포류가 ROF로부터 외측으로 흘러 선저로부터 박리되기 쉽기 때문이다.

본 발명은, 선저에 선저 경사부를 구비한 세장선에 있어서도 공기 윤활 시스템에 의한 마찰 저항 저감 효과를 양호하게 얻을 수 있도록 한, 선저 구조 및 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 선저 구조는, 선체의 선저에 기포를 분출하는 공기 윤활 시스템을 장비함과 함께, 상기 선저에, 선체 폭 방향의 중심 측으로부터 외측을 향하여 상방으로 경사지는 선저 경사부를 구비한 선박의 상기 선저의 구조로서, 상기 선체의 횡단면이 최대가 되는 최대 횡단면 위치에 있어서의 상기 선저 경사부의 각도가, 0도보다 크고 15도보다 작은 범위로 설정된 것을 특징으로 하고 있다.

(2) 상기 최대 횡단면 위치에 있어서의 상기 선저 경사부의 형상이, 직선 형상인 것이 바람직하다.

(3) 상기 최대 횡단면 위치에 있어서의 상기 선저 경사부의 형상이, 상기 선저와 선현을 매끄럽게 연결하는 스플라인 커브 형상으로 형성되며, 상기 최대 횡단면 위치에 있어서의 상기 선저 경사부의 각도가, 상기 선저 경사부의 특정 위치에 있어서의 접선의 각도로서 규정되고, 상기 특정 위치는, 상기 선체 폭 방향의 중심으로부터, 상기 선체의 폭 치수에 0.4를 곱하여 얻어진 소정 길이만큼 떨어진 위치인 것이 바람직하다.

(4) 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 선박은, 선체의 선저에 기포를 분출하는 공기 윤활 시스템과, (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 선저 구조를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 선저 경사부의 각도가, 0도보다 크고 15도보다 작은 범위로 설정되어 있으므로, 선저 경사부로부터의 기포류의 박리를 억제할 수 있고, 선저에 선저 경사부를 구비한 세장선에 있어서도 공기 윤활 시스템에 의한 마찰 저항 저감 효과를 양호하게 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태로서의 선박의 전체 구성을 나타내는 모식인 측면도이고, 그 하방으로 선체 전후 방향의 위치에 관한 횡단면적의 분포도를 함께 나타낸다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태의 선저의 구조(형상)를 나타내는 모식도이고, 최대 횡단면 위치에 있어서의 횡단면도이다.
도 3, 가로축을 평판 경사 각도 θ로 하고, 세로축을 전단력 변화율 rf로 한 그래프에 시험 결과를 나타낸 도이다.
도 4는, 본 발명의 제2 실시형태의 선저의 구조(형상)를 나타내는 모식도이고, 최대 횡단면 위치에 있어서의 횡단면도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 각 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 각 실시형태는 어디까지나 예시에 지나지 않고, 이하의 각 실시형태에서 명시하지 않은 다양한 변형이나 기술의 적용을 배제할 의도는 없다. 이하의 각 실시형태의 구성은, 그들의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

또한, 이하의 설명에서는, 선박(1)의 선수(11) 측(진행 방향)을 전방으로 하고, 선미(12) 측을 후방으로 하며, 전방을 기준으로 좌우를 정하여, 중력의 방향을 하방으로 하고, 그 반대를 상방으로 하여 설명한다. 또, 선체 전후 방향(이하 "전후 방향"이라고도 함)(X)과 직교하는 방향을 선체 폭 방향(이하 "폭 방향"또는 "선폭 방향"이라고도 함)(Y)으로 하여, 선폭 방향(Y)의 중심선(CL)에 근접하는 측을 내측으로 하고, 그 반대로 중심선(CL)으로부터 멀어지는 측을 외측으로 하여 설명한다. 또, 편의상, 도 2, 4에서는 기포(100)를 실제보다 크게 나타낸다.

각 실시형태에서는, 본 발명을 페리에 사용되는 세장선에 적용한 예를 설명한다.

[1. 제1 실시형태]

[1-1. 구성]

본 발명의 제1 실시형태로서의 선박의 전체 구성에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태로서의 선박의 전체 구성을 나타내는 모식인 측면도이고, 그 하방에 선체 전후 방향의 위치에 관한 횡단면적의 분포도를 함께 나타낸다.

선박(1)은, 선박(1)의 본체인 선체(10)와, 선박(1)의 각종 제어가 행해지는 컨트롤 룸(20)과, 공기 윤활 시스템(30)을 구비한다.

선체(10)에는, 그 후부(선미(12) 부근)에 선체(10)를 추진하는 프로펠러(16)가 설치되고, 또한 프로펠러(16)의 후방에, 선체(10)의 진행 방향을 정하는 러더(17)가 설치되어 있다.

공기 윤활 시스템(30)은, 선저(13)로부터 공기를 분출하여 선저(13)와 수면의 경계에 기포(100)의 흐름(기포류)을 발생시키고, 이 기포(100)에 의하여 선저(13)를 덮는 기포층을 형성한다. 이로써, 항행하는 선체(1)의 마찰 저항을 저감시킬 수 있다.

구체적으로는, 공기 윤활 시스템(30)은, 예를 들면 블로어나 컴프레서에 의하여 구성되는 공기 공급원(31)과, 선저(13)의 선수(11) 부근에 설치된 기포 분출부(33)와, 공기 공급원(31)과 기포 분출부(33)를 연결하는 공기 공급 통로(32)를 구비하여 구성되며, 공기 공급원(31)을 작동시킴으로써, 기포 분출부(33)로부터 선미(12)를 향하여 기포(100)가 분출된다.

도 1에 있어서, 선박의 측면도의 하방에는, 가로축을 "선체 전후 방향(X)에 관한 위치 P"로 하고, 세로축을 "선체(10)의 횡단면적(선체 전후 방향(X)에 수직으로 절단한 단면의 면적)"으로 한 그래프에, 선체(10)의 횡단면적의 분포를 나타낸 횡단면의 분포도를 나타낸다. 가로축의 위치는, 위의 측면도에 나타내는 선체(10)의 위치와 대응하고 있다.

이 분포도에서도 그렇지만, 통상 선체(10)의 횡단면적 A는, 전후 방향(X)의 중앙부에서 최대가 된다. 이하, 횡단면적 A이 최대가 되는 전후 방향(X)의 위치를 최대 횡단면 위치 Pmax라고 부르고, 최대의 횡단면적을 최대 횡단면적 Amax라고 부른다.

이하, 도 2를 참조하여 선저(13)의 구조(형상)에 대하여 설명한다.

도 2는, 선저(13)의 구조(형상)를 나타내는 모식적인 횡단면도이고, 최대 횡단면 위치 Pmax(도 1 참조)에 있어서의 횡단면도이다.

도 2에서는, 선폭 방향(Y)의 중심선(CL)보다 우측, 즉 우현(선현)(14) 측만 나타내지만, 선체(10)의 형상은 중심선(CL)에 대하여 대칭의 형상으로 되어 있고, 선저(13)의 형상도, 우현(14) 측의 형상과 좌현 측의 형상은 선대칭의 형상으로 되어 있다. 따라서, 도 2에서는 우현(14) 측(편측)만을 나타내고, 우현(14) 측의 형상을 대표로 하여 선저(13)의 형상에 대하여 설명한다.

선체(10)에는, 선박(1)이 세장선인 점에서, 복원성을 유지하기 위하여, 선저(13)에 중앙으로부터 외측을 향하여 상방으로 경사지는 경사부(ROF: Rise Of Floor. 이하, ROF 또는 선저 경사부라고도 함)(13b)가 마련되어 있다.

선저(13)는 중앙의 수평을 이루면서 평탄한 킬부(13a)와, 킬부(13a)의 외측에 이어져 마련되는 상기 ROF(13b)와, ROF(13b)와 우현(14)을 매끄럽게 연결하는 만곡부(13c)를 구비하여 구성되어 있다.

본 실시형태에서는, ROF(13b)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 최대 횡단면 위치 Pmax에 있어서의 횡단면에 있어서, 킬부(13a)의 외단(外端)과 만곡부(13c)의 내단(內端)을 직선적으로 접속하는 직선 형상으로 되어 있다. ROF(13b)의 경사 각도(이하 "ROF 각도"라고도 함)(φ)는, 항행 시의 안정 상태에 있어서 수평 자세가 되는 킬부(13a)에 대한 ROF의 각도로서 규정된다.

이 최대 횡단면 위치 Pmax에 있어서의 ROF 각도(φ)가 15[degree]보다 작으면(φ<15), 기포(100)의 박리가 억제되고, 도 2에 나타내는 바와 같이 ROF(13b)에 기포(100)의 층이 형성되는 것이 시험 결과로부터 판명되고 있다.

이 시험 결과에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.

도 3은, 가로축을 평판 경사 각도 θ로 하고, 세로축을 전단력 변화율 rf로 한 그래프에 시험 결과를 나타낸 도이다.

이 시험은, 물의 흐름 중에 평판을 수몰시켜, 이 평판의 경사 각도(평판 경사 각도) θ의 전단력 변화율 rf를 계측한 것이다. 평판 경사 각도 θ는 수평을 기준으로 한 각도이고, ROF 각도(φ)에 상당한다.

또, 전단력 변화율 rf란, "공기 윤활 시스템의 비작동 시에 평판이 상기 물의 흐름으로부터 받는 전단력 f_off"에 대한 "공기 윤활 시스템의 작동 시에 평판이 상기의 물의 흐름으로부터 받는 전단력 f_on"의 비인 (rf=f_on/f_off)이다. 따라서, 전단력 변화율 rf가 1보다 낮으면, 공기 윤활 시스템의 효과가 얻어지고, 또 전단력 변화율 rf가 낮을수록 공기 윤활 시스템의 효과가 높았다고 판정할 수 있다. 환언하면, 전단력 변화율 rf가 1보다 낮으면, 전단력으로서 평판에 작용하는 마찰을 저감시킬 수 있는 양의 기포가, 평판에 부착되어 있었다고 판정할 수 있고, 또 전단력 변화율 rf가 낮을수록 평판에 부착되어 있었던 기포가 많았다고 판정할 수 있다.

도 3에 나타내는 시험 결과로부터, 평판 경사 각도 θ가 15[degree]보다 작으면(θ<15), 전단력 변화율을 0.8 이하로 할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 선체(10)에 있어서도, 평판 경사 각도 θ에 대응하는 ROF 각도(φ)를 15[degree]보다 작게 함으로써, 선저 경사부(13b)로부터의 기포(100)의 박리를 충분하고 효과적으로 억제할 수 있다.

여기에서, 최대 횡단면 위치 Pmax에 있어서 ROF 각도(φ)를 규정하고 있는 것은, 일반적으로, 선체의 형상은, 항행 시에 선체가 받는 저항을 억제하기 위하여, 최대 횡단면 위치 Pmax보다 전방 또는 후방이 됨에 따라 ROF 각도(φ)가 커지므로, 평탄화해도 항행 시의 저항에 영향이 적은 최대 횡단면 위치 Pmax에 있어서, ROF 각도(φ)의 상한을 규정하도록 하고 있기 때문이다. 또, 도 1의 선체의 횡단면적의 분포도에 나타내는 바와 같이, 최대 횡단면 위치 Pmax 부근에서 다른 위치와 비교하여 평탄한 분포가 되기 때문에, 최대 횡단면적 Amax으로부터 일정한 범위의 횡단면적 A를 갖는 개소가 넓은 범위에 걸쳐, 최대 횡단면 위치 Pmax를 대표 위치로 하는 것이 바람직하기 때문이다.

또한, 도 3으로부터도 명확한 바와 같이, 평판 경사 각도 θ를 작게 할수록, 전단력 변화율 rf를 작게 할 수 있으므로, ROF 각도(φ)도 작게 하는 것이 바람직하지만, ROF 각도(φ)를 0으로 해버리면 ROF(13b) 자체가 없어져 버리므로, 당연히 ROF 각도(φ)는 0[degree]보다 크다(φ>0).

[1-2. 효과]

본 발명의 제1 실시형태에 의하면, ROF 각도(φ)가, 0[degree]보다 크고 15[degree]보다 작은 범위로 설정되어 있으므로, ROF(13b)로부터의 기포(100)의 박리를 억제할 수 있어, 선저(13)에 ROF(13b)를 구비한 세장선에 있어서도 공기 윤활 시스템(30)에 의한 마찰 저항의 저감 효과를 양호하게 얻을 수 있다.

[2. 제2 실시형태]

[2-1. 구성]

본 발명의 제2 실시형태의 선박에 대하여, 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4는, 본 발명의 제2 실시형태의 선저의 구조(형상)를 나타내는 모식적인 횡단면도이고, 최대 횡단면 위치 Pmax(도 1 참조)에 있어서의 횡단면도이다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.

본 실시형태의 선박은, 제1 실시형태에 대하여 ROF의 구성이 다르다. 구체적으로는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 선체(10A)의 선저(13A)는, 중앙의 수평을 이루면서 평탄한 킬부(13a)와, 킬부(13a)의 외측에 이어져 마련되는 ROF(13b’)를 구비하여 구성되어, ROF(13b’)는, 우현(14)을 매끄럽게 연결하는 만곡 형상(스플라인 커브 형상)으로 되어 있다.

만곡 형상의 ROF(13b’)의 경사 각도("ROF 각도"라고도 함)(φ')는, 그 특정 위치(W1)에 있어서의 접선(L1)의 킬부(13a)에 대한 각도로서 규정된다.

특정 위치(W1)는, 선체(10A)의 폭 방향(Y)의 치수(이하 "폭 치수"라고 함)를 B로 하고, 선체(10A)의 우현 절반의 폭 치수를 (B/2)로 했을 때에, 0.8Х(B/2) 즉 0.4ХB만큼, 중심선(CL)으로부터 폭 방향(Y)으로 떨어진 위치를 말한다.

ROF 각도(φ’)는, 만곡 형상의 ROF(13b’)의 대표 경사 각도이고, ROF 각도(φ’)를, 제1 실시형태와 동일하게 0[degree]보다 크고 15[degree]보다 작은 범위(0＜φ'＜15)로 설정함으로써 기포(100)의 박리를 억제할 수 있다.

[2-2. 효과]

본 발명의 제2 실시형태에 의하면, 제1 실시형태와 동일하게, ROF 각도(φ’)가, 0[degree]보다 크고 15[degree]보다 작은 범위로 설정되어 있으므로, ROF(13b’)로부터의 기포(100)의 박리를 억제할 수 있고, 선저(13A)에 ROF(13b’)를 구비한 세장선에 있어서도 공기 윤활 시스템에 의한 마찰 저항 저감 효과를 양호하게 얻을 수 있다.

[3. 변형예]

상기 각 실시형태에서는, 본 발명을 페리에 적용한 예를 설명했지만, 본 발명은 ROF를 갖는 세장선이면 페리에 한정되지 않고 적용할 수 있는 것이고, 예를 들면 자동차 운반선에도 적용할 수 있다.

1 선박
10, 10A 선체
13 선저
13a 킬부
13b, 13b' 선저 경사부, ROF
14 우현(선현)
CL 선폭 방향(Y)의 중심선
30 공기 윤활 시스템
33 기포 분출부
W1 선저 경사부(13b’)의 특정 위치
L1 특정 위치 W에 있어서의 접선
CL 선폭 방향(Y)의 중심선
φ 선저 경사부(13b)의 경사 각도(ROF 각도)
φ' 선저 경사부(13b’)의 경사 각도(ROF 각도)

Claims (4)

1. 선체의 선저에 기포를 분출하는 공기 윤활 시스템을 장비함과 함께, 상기 선저는, 선체 폭 방향의 중앙에 마련되어 수평을 이루면서 평탄한 킬부와, 상기 킬부의 외측에 이어져 마련되어 상기 선체 폭 방향 중심 측으로부터 외측을 향하여 상방으로 경사지는 선저 경사부를 구비한 세장 선박의 상기 선저의 구조로서,
   상기 공기 윤활 시스템으로부터 분출된 기포에 의한 기포층으로 덮이는 상기 선저 중에서, 상기 선체의 횡단면이 최대가 되는 최대 횡단면 위치에 있어서의 상기 선저 경사부의 각도가, 0도보다 크고 15도보다 작은 범위로 설정된 것을 특징으로 하는, 선저 구조.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 최대 횡단면 위치에 있어서의 상기 선저 경사부의 형상이 직선 형상인 것을 특징으로 하는, 선저 구조.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 최대 횡단면 위치에 있어서의 상기 선저 경사부의 형상이, 상기 선저와 선현을 매끄럽게 연결하는 스플라인 커브 형상으로 형성되며,
   상기 최대 횡단면 위치에 있어서의 상기 선저 경사부의 각도가, 상기 선저 경사부의 특정 위치에 있어서의 접선의 각도로서 규정되고,
   상기 특정 위치는, 상기 선체 폭 방향의 중심으로부터, 상기 선체의 폭 치수에 0.4를 곱하여 얻어진 소정 길이만큼 떨어진 위치인 것을 특징으로 하는, 선저 구조.
4. 선체의 선저에 기포를 분출하는 공기 윤활 시스템과,
   청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 선저 구조를 구비한 것을 특징으로 하는, 선박.

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