KR102182067B1 - Underwater surface structure with feather structure of cormorant and underwater structure comprising thereof - Google Patents

Underwater surface structure with feather structure of cormorant and underwater structure comprising thereof Download PDF

Info

Publication number
KR102182067B1
KR102182067B1 KR1020190005286A KR20190005286A KR102182067B1 KR 102182067 B1 KR102182067 B1 KR 102182067B1 KR 1020190005286 A KR1020190005286 A KR 1020190005286A KR 20190005286 A KR20190005286 A KR 20190005286A KR 102182067 B1 KR102182067 B1 KR 102182067B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
partition
underwater
partition wall
fine
interval
Prior art date
Application number
KR1020190005286A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200088678A (en
Inventor
이상준
최우락
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 포항공과대학교 산학협력단 filed Critical 포항공과대학교 산학협력단
Priority to KR1020190005286A priority Critical patent/KR102182067B1/en
Publication of KR20200088678A publication Critical patent/KR20200088678A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102182067B1 publication Critical patent/KR102182067B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15DFLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00Influencing flow of fluids
    • F15D1/10Influencing flow of fluids around bodies of solid material
    • F15D1/12Influencing flow of fluids around bodies of solid material by influencing the boundary layer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B63B1/36Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction using mechanical means
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체는, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에서 서로 일정한 제 1 간격으로 이격되어 배열되는 구획 격벽; 상기 구획 격벽 사이를 연결하고 서로 일정한 제 2 간격으로 이격되어 배열되는 미세 격벽; 및 상기 베이스 플레이트 상에서, 상기 구획 격벽 및 미세 격벽 사이에 형성되는 캐비티를 포함할 수 있고, 상기 제 2 간격은 상기 제 1 간격보다 작을 수 있다.The underwater surface structure according to an embodiment includes a base plate; Partition partition walls arranged to be spaced apart from each other at a first regular interval on the base plate; Fine partitions connected between the partition partitions and arranged to be spaced apart from each other at a predetermined second interval; And a cavity formed between the partition partition wall and the fine partition wall on the base plate, and the second interval may be smaller than the first interval.

Description

가마우지의 깃털 구조를 갖는 수중 표면 구조체 및 이를 포함하는 수중 구조물{UNDERWATER SURFACE STRUCTURE WITH FEATHER STRUCTURE OF CORMORANT AND UNDERWATER STRUCTURE COMPRISING THEREOF}An underwater surface structure having a cormorant's feather structure, and an underwater structure including the same {UNDERWATER SURFACE STRUCTURE WITH FEATHER STRUCTURE OF CORMORANT AND UNDERWATER STRUCTURE COMPRISING THEREOF}

아래의 설명은 가마우지의 깃털 구조를 갖는 수중 표면 구조체 및 이를 포함하는 수중 구조물에 관한 것이다.The following description relates to an underwater surface structure having a cormorant feather structure and an underwater structure including the same.

선박, 잠수함 및 어뢰와 같이 수중에서 이동하는 수중 운송체의 경우, 물의 저항을 이겨내기 위해 많은 에너지를 소모하게 된다. 특히 유류비는 선박 운영비의 약 60~80%를 차지하는 것으로 알려져 있기 때문에, 이를 절감하기 위해서 수중 운송체 표면에 작용하는 마찰 저항을 줄이는 것이 중요하다.In the case of underwater vehicles moving underwater such as ships, submarines and torpedoes, a lot of energy is consumed to overcome the resistance of water. In particular, since the fuel cost is known to account for about 60 to 80% of the operating cost of the ship, it is important to reduce the frictional resistance acting on the surface of the underwater vehicle in order to reduce this.

수중 운송체에 작용하는 마찰 저항을 저감시키기 위해, 저마찰 기능을 갖는 초소수성 표면 기술이 개발되어 왔다. 하지만, 시간 경과에 따라 초소수성 표면에 내부의 캐비티에 형성된 공기층이 점진적으로 파괴되어 기능이 저하되는 문제점이 존재하였기에 초소수성 표면의 실용화가 제대로 이루어지지 못하고 있는 실정이다.In order to reduce the frictional resistance acting on an underwater vehicle, a superhydrophobic surface technology having a low friction function has been developed. However, as time passes, the air layer formed in the cavity inside the superhydrophobic surface is gradually destroyed and the function is deteriorated. Therefore, the practical use of the superhydrophobic surface is not properly achieved.

한편, 파괴된 공기층을 복구시키기 위해 수중에서 선체 표면을 따라 공기를 분사하는 기술의 경우, 공기 분사에 소모되는 추가적인 에너지의 소모로 인해 효율적이니 못하다는 문제점으로 인해 실용화에 어려움을 겪고 잇다.On the other hand, in the case of the technology of spraying air along the hull surface underwater to restore the destroyed air layer, it is difficult to commercialize it due to the problem that it is not efficient due to the consumption of additional energy consumed in air spraying.

따라서, 항력 저감 및 공기층의 안정성의 효과를 달성할 수 있는 초소수성 표면 기술을 구현하되, 사회경제적 및 환경적 비용 측면을 모두 만족할 수 있는 수중 표면 구조물에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있는 추세이다.Therefore, while implementing superhydrophobic surface technology that can achieve the effect of drag reduction and stability of the air layer, research and development on underwater surface structures that can satisfy both socio-economic and environmental cost aspects are actively progressing. .

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-described background technology is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the present invention, and is not necessarily a known technology disclosed to the general public prior to filing the present invention.

일 실시 예의 목적은 가마우지의 깃털 구조를 갖는 수중 표면 구조체 및 이를 포함하는 수중 구조물을 제공하는 것이다.An object of an embodiment is to provide an underwater surface structure having a feather structure of a cormorant and an underwater structure including the same.

일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체는, 베이스 플레이트; 상기 베이스 플레이트 상에서 서로 일정한 제 1 간격으로 이격되어 배열되는 구획 격벽; 상기 구획 격벽 사이를 연결하고 서로 일정한 제 2 간격으로 이격되어 배열되는 미세 격벽; 및 상기 베이스 플레이트 상에서, 상기 구획 격벽 및 미세 격벽 사이에 형성되는 캐비티를 포함할 수 있고, 상기 제 2 간격은 상기 제 1 간격보다 작을 수 있다.The underwater surface structure according to an embodiment includes a base plate; Partition partition walls arranged to be spaced apart from each other at a first regular interval on the base plate; Fine partitions connected between the partition partitions and arranged to be spaced apart from each other at a predetermined second interval; And a cavity formed between the partition partition wall and the fine partition wall on the base plate, and the second interval may be smaller than the first interval.

상기 구획 격벽 및 미세 격벽은 서로 수직하게 배치될 수 있다.The partition partition wall and the fine partition wall may be disposed perpendicular to each other.

상기 구획 격벽, 미세 격벽 및 베이스 플레이트는 초소수성 재질로 형성될 수 있다.The partition partition wall, the fine partition wall, and the base plate may be formed of a superhydrophobic material.

상기 구획 격벽, 미세 격벽 및 베이스 플레이트는 초소수성 물질로 표면처리 될 수 있다.The partition partition wall, the fine partition wall, and the base plate may be surface-treated with a superhydrophobic material.

상기 구획 격벽은, 상기 구획 격벽 상단에서 상기 캐비티를 향해 측 방향으로 돌출 형성되는 제 1 돌출부를 포함할 수 있다.The partition partition wall may include a first protrusion protruding from an upper end of the partition partition wall toward the cavity.

상기 미세 격벽은, 상기 미세 격벽 상단에서 상기 캐비티를 향해 측 방향으로 돌출 형성되는 제 2 돌출부를 포함할 수 있다.The fine partition wall may include a second protrusion formed from an upper end of the fine partition wall to protrude in a lateral direction toward the cavity.

상기 제 1 돌출부는, 상기 구획 격벽 상단으로부터 측 방향으로 돌출된 단부가 하측으로 절곡된 형상을 가질 수 있다.The first protrusion may have a shape in which an end protruding laterally from an upper end of the partition partition is bent downward.

상기 제 2 돌출부는, 상기 미세 격벽 상단으로부터 측 방향으로 돌출된 단부가 하측으로 절곡된 형상을 가질 수 있다.The second protrusion may have a shape in which an end protruding laterally from an upper end of the fine partition wall is bent downward.

상기 수중 표면 구조체의 수평 방향을 따라서 변화하는 압력 구배의 크기에 기초하여 상기 제 1 간격 및 제 2 간격은 상기 압력 구배의 크기에 반비례하게 설계될 수 있다.The first and second intervals may be designed in inverse proportion to the size of the pressure gradient based on the magnitude of the pressure gradient that changes along the horizontal direction of the underwater surface structure.

상기 제 1 간격 및 제 2 간격은 다음의 수학식을 만족하는 범위 내에서 설계될 수 있다.The first and second intervals may be designed within a range satisfying the following equation.

(수학식)(Equation)

Figure 112019004991984-pat00001
Figure 112019004991984-pat00001

(여기서, "L"은 구획 격벽간의 제 1 간격, "w"는 미세 격벽간의 제 2 간격, "dP c /dx"는 수중 표면 구조체의 표면에서의 압력 구배의 크기, "b"는 비례 상수)(Where "L" is the first interval between partition partitions, "w" is the second interval between fine partitions, " dP c / dx " is the magnitude of the pressure gradient on the surface of the underwater surface structure, and "b" is the proportional constant )

상기 구획 격벽은 가마우지 깃털 구조의 바브(barb)를 자연 모사한 것이고, 상기 미세 격벽은 가마우지 깃털 구조의 바뷸(barbule)을 자연 모사한 것일 수 있다.The partition partition wall naturally simulates a barb of a cormorant feather structure, and the fine partition wall may be a natural simulation of a barbule of a cormorant feather structure.

상기 구획 격벽과 미세 격벽은 직선 형상을 갖고, 상기 미세 격벽은 한 쌍의 인접한 구획 격벽 사이에서 상기 수중 표면 구조체의 표면의 내측을 향하여 함몰된 산등성이(ridge) 형상을 가질 수 있다.The partition partition wall and the micro partition wall may have a linear shape, and the minute partition wall may have a ridge shape recessed toward the inside of the surface of the underwater surface structure between a pair of adjacent partition partition walls.

일 실시 예에 따른 수중 구조물은 가마우지의 깃털 구조를 갖는 제 1 수중 표면 구조체와, 제 2 수중 표면 구조체를 포함할 수 있고, 제 1 수중 표면 구조체는 제 1 베이스 플레이트와, 상기 제 1 베이스 플레이트 상에서 서로 일정한 제 1 간격으로 이격되어 배열되는 제 1 구획 격벽과, 상기 제 1 구획 격벽 사이를 연결하고 서로 일정한 제 2 간격으로 이격되어 배열되는 제 1 미세 격벽과, 상기 제 1 베이스 플레이트 상에서 상기 제 1 구획 격벽 및 제 1 미세 격벽 사이에 형성되는 제 1 캐비티를 포함할 수 있고, 상기 제 2 간격은 상기 제 1 간격보다 작고, 상기 제 2 수중 표면 구조체는, 제 2 베이스 플레이트와, 상기 제 2 베이스 플레이트 상에서 서로 일정한 제 3 간격으로 이격되어 배열되는 제 2 구획 격벽과, 상기 제 2 구획 격벽 사이를 연결하고 서로 일정한 제 4 간격으로 이격되어 배열되는 제 2 미세 격벽과, 상기 제 2 베이스 플레이트 상에서 상기 제 2 구획 격벽 및 제 2 미세 격벽 사이에 형성되는 제 2 캐비티를 포함할 수 있고, 상기 제 4 간격은 상기 제 3 간격보다 작고, 상기 제 3 간격은 상기 제 1 간격보다 작고, 상기 제 4 간격은 상기 제 2 간격보다 작을 수 있다.The underwater structure according to an embodiment may include a first underwater surface structure having a cormorant feather structure, and a second underwater surface structure, wherein the first underwater surface structure includes a first base plate, and on the first base plate. A first partition partition wall arranged to be spaced apart from each other at a first constant interval, a first fine partition wall connected between the first partition partition walls and arranged to be spaced apart from each other at a constant second interval, and the first on the first base plate It may include a first cavity formed between the partition partition wall and the first fine partition wall, the second gap is smaller than the first gap, the second underwater surface structure, a second base plate, the second base A second partition partition wall arranged to be spaced apart from each other at a predetermined third interval on the plate, a second fine partition wall connected between the second partition partition walls and arranged to be spaced apart from each other at a constant fourth interval, and the second base plate It may include a second cavity formed between the second partition and the second fine partition, the fourth interval is smaller than the third interval, the third interval is smaller than the first interval, the fourth interval May be smaller than the second interval.

상기 수중 구조물은, 수면 또는 수중을 이동하는 수중 이동체일 수 있고, 상기 제 2 수중 표면 구조체는, 상기 수중 이동체의 전방에 배치될 수 있고, 상기 제 1 수중 표면 구조체는, 상기 수중 이동체의 측방 또는 후방에 배치될 수 있다.The underwater structure may be a water surface or an underwater vehicle that moves underwater, the second underwater surface structure may be disposed in front of the underwater vehicle, and the first underwater surface structure may be a side of the underwater vehicle or Can be placed in the rear.

중력 방향을 기준으로, 상기 제 2 수중 표면 구조체는, 상기 제 1 수중 표면 구조체보다 하측에 배치될 수 있다.Based on the direction of gravity, the second underwater surface structure may be disposed below the first underwater surface structure.

일 실시 예의 수중 구조물에 의하면, 가마우지의 깃털 구조를 모사한 캐비티의 구성을 통해 캐비티를 안정적으로 유지할 수 있어서 수중 구조물의 표면에 작용하는 수력학적 항력을 효과적으로 저감시킬 수 있다.According to the underwater structure of an embodiment, the cavity can be stably maintained through the configuration of the cavity that simulates the feather structure of a cormorant, so that hydraulic drag acting on the surface of the underwater structure can be effectively reduced.

도 1은 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체를 갖는 선박의 측면도이다.
도 2는 가마우지의 날개 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 사시도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 평면도이다.
도 5는 도 4의 선 I-I을 따라 취한 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 단면도이다.
도 6은 도 4의 선 II-II을 따라 취한 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 단면도이다.
도 7은 도 4의 선 I-I을 따라 취한 다른 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 단면도이다.
도 8은 도 4의 선 II-II을 따라 취한 다른 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 단면도이다.
1 is a side view of a ship having an underwater surface structure according to an embodiment.
2 is a view showing the structure of the cormorant's wing.
3 is a perspective view of an underwater surface structure according to an embodiment.
4 is a plan view of an underwater surface structure according to an embodiment.
5 is a cross-sectional view of an underwater surface structure according to an embodiment taken along line II of FIG. 4.
6 is a cross-sectional view of an underwater surface structure according to an embodiment taken along line II-II of FIG. 4.
7 is a cross-sectional view of an underwater surface structure according to another embodiment taken along line II of FIG. 4.
8 is a cross-sectional view of an underwater surface structure according to another embodiment taken along line II-II of FIG. 4.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the constituent elements of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but another component between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components including common functions will be described using the same name in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions in one embodiment may be applied to other embodiments, and detailed descriptions in the overlapping range will be omitted.

도 1은 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체를 갖는 선박의 측면도이고, 도 2는 가마우지의 날개 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 사시도이고, 도 4는 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 평면도이고, 도 5는 도 4의 선 I-I을 따라 취한 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 단면도이고, 도 6은 도 4의 선 II-II을 따라 취한 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 단면도이다.1 is a side view of a ship having an underwater surface structure according to an embodiment, FIG. 2 is a view showing a wing structure of a cormorant, FIG. 3 is a perspective view of an underwater surface structure according to an embodiment, and FIG. 4 is an embodiment A plan view of the underwater surface structure according to the example, FIG. 5 is a cross-sectional view of the underwater surface structure according to an embodiment taken along line II of FIG. 4, and FIG. 6 is a plan view taken along line II-II of FIG. 4. Is a cross-sectional view of the underwater surface structure.

먼저 도 1을 참조하면, 선체의 표면이 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체(1)로 형성된 수중 구조물(8)의 모습을 확인할 수 있다. 여기서, "수중 구조물"이란, 선박이나 잠수정 등 수면 또는 수중을 이동하는 이동체나, 유체 수송용 도관 등과 같이 수중에 고정적으로 설치된 고정체 등을 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 이하 수중 구조물(8)이 선박인 경우를 예시적으로 설명하기로 하지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니라는 점을 밝혀 둔다. 또한, 매크로 스케일 뿐만 아니라, 미세 유체 공학(microfluidics) 분야에도 활용 가능하다는 점을 밝혀 둔다.일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체(1)는 선박(8)과 같은 수중 운송체의 선체 표면에 설치되거나 선체의 외부에 일체형으로 형성될 수 있어서, 선체 표면을 따라서 작용하는 마찰 저항을 감소시켜 수중 운송체의 운항에 따른 이동 저항을 감소시켜 연료 효율과 운항 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.First, referring to FIG. 1, the appearance of the underwater structure 8 formed of the underwater surface structure 1 according to an embodiment of the hull surface can be confirmed. Here, the "underwater structure" may be understood as a concept including all of a moving body that moves on the surface or underwater, such as a ship or a submarine, or a fixed body fixedly installed in the water such as a conduit for fluid transport. Hereinafter, a case where the underwater structure 8 is a ship will be exemplarily described, but it should be noted that the present invention is not necessarily limited thereto. In addition, it is found that it can be used not only in macroscale but also in the field of microfluidics. The underwater surface structure 1 according to an embodiment is installed on the hull surface of an underwater vehicle such as a ship 8 or Since it can be formed integrally with the outside of the hull, it is possible to greatly improve fuel efficiency and operational stability by reducing the frictional resistance acting along the hull surface and reducing the movement resistance according to the operation of the underwater vehicle.

도 2를 참조하면, 가마우지 깃털의 모습과 깃털의 구조를 X선 영상기법으로 확대한 이미지를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2, an image of an enlarged image of a cormorant feather and a structure of a feather by an X-ray imaging technique can be confirmed.

물에서 자유롭게 유영하는 것뿐만 아니라 물 속 30미터까지 다이빙하면서도 깃털이 젖지 않는 상태를 유지하는 가마우지의 깃털의 구조는 효과적인 방수 시스템으로 잘 알려져 있다.The structure of the cormorant's feathers, which not only swims freely in the water, but also keeps the feathers dry while diving up to 30 meters underwater, is well known as an effective waterproofing system.

가마우지 깃털의 구조를 확대한 이미지를 살펴보면, 약 10 μm 직경의 바뷸(barbule, 미세 깃털 구조체)이 약 15 μm의 간격을 유지하며 평행하게 배치되어 있고, 평행하게 놓여있는 바뷸들을 지지하기 위해 약 100 μm 두께의 바브(barb, 굵은 깃털)로 이루어진 격벽 구조체가 그 사이에 약 200 μm 간격으로 이격되어 배열되어 있는 구조를 확인할 수 있다.Looking at the enlarged image of the cormorant feather structure, a barbule (fine feather structure) with a diameter of about 10 μm is arranged in parallel with a spacing of about 15 μm, and about 100 to support the parallel barbules. It can be seen that a structure in which a partition wall structure made of μm-thick barbs (thick feathers) is arranged spaced apart by about 200 μm intervals therebetween.

위의 깃털 구조에 의하면, 가마우지가 물 속을 유영할 때 물이 내부로 유입되는 것을 저지하는 역할을 수행할 수 있고, 또한 깃털이 물 속으로 들어갔을 경우 미세 깃털 사이 형성되는 공동(cavity) 구조에 공기층(air plastron)을 형성함으로써 유영하는 가마우지에 작용하는 항력을 저감시킬 수 있고, 격벽 구조를 이루고 있는 굵은 깃털들은 이러한 공기층을 지속적으로 유지시킬 수 있는 효과를 갖게 된다.According to the above feather structure, when a cormorant swims in the water, it can play a role of preventing water from flowing into the inside, and a cavity structure formed between the fine feathers when the feather enters the water. By forming an air plastron in the air, it is possible to reduce the drag acting on the cormorant, and the thick feathers forming the bulkhead structure have the effect of continuously maintaining this air layer.

따라서, 본 발명의 목적은 이러한 가마우지 깃털의 미세 구조를 모사한 수중 표면 구조체(1)를 제시함으로써, 이를 선박, 잠수함, 어뢰와 같은 수중 이동체, 유체 수송용 도관, 또는 해양 구조물 등의 표면에 적용하여 초소수성 표면을 구현하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to propose an underwater surface structure (1) that simulates the microstructure of such a cormorant feather, thereby applying it to the surface of a ship, a submarine, an underwater vehicle such as a torpedo, a conduit for transporting fluid, or an offshore structure. This is to implement a superhydrophobic surface.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체(1)의 구체적인 구조를 확인할 수 있다.3 to 6, a specific structure of the underwater surface structure 1 according to an embodiment can be confirmed.

일 실시 예에 따른 수중 표면 구조체(1)는 판 형상의 베이스 플레이트(11)와, 베이스 플레이트(11) 상에서 서로 일정한 간격으로 이격되어 배열되는 구획 격벽(12)과 베이스 플레이트(11) 상에서 구획 격벽(12) 사이를 연결하고 서로 일정한 간격으로 이격되어 설치되는 미세 격벽(13)과, 상기 구획 격벽(12) 및 미세 격벽(13) 사이에 형성되어 내부에 공기층을 형성하는 캐비티(14)를 포함할 수 있다.The underwater surface structure 1 according to an embodiment includes a plate-shaped base plate 11, a partition partition 12 arranged to be spaced apart from each other at regular intervals on the base plate 11, and a partition partition wall on the base plate 11 (12) Including a micro-barrier 13 connected to each other and spaced apart from each other at regular intervals, and a cavity 14 formed between the partitioning and micro-barrier 13 to form an air layer therein. can do.

베이스 플레이트(11)는, 수중 표면 구조체(1)가 설치되는 대상 표면에 설치되는 판 형상의 부재일 수 있다. 다른 예로, 베이스 플레이트(11)는 상기 대상 표면과 일체로 형성되어 있을 수 있다.The base plate 11 may be a plate-shaped member installed on a target surface on which the underwater surface structure 1 is installed. As another example, the base plate 11 may be integrally formed with the target surface.

구획 격벽(12)은, 가마우지 깃털 구조의 바브(barb)를 자연 모사한 것으로, 복수 개의 미세 격벽(13)을 지지할 수 있다. 구획 격벽(12)은, 베이스 플레이트(11) 상에서 서로 일정한 제 1 간격(L)으로 이격되어 배열될 수 있다. 예를 들어, 구획 격벽(12)은 베이스 플레이트(11)의 표면으로부터 돌출 높이(H)만큼 돌출 형성될 수 있다.The partition wall 12 is a natural simulation of a barb having a cormorant feather structure, and may support a plurality of fine partition walls 13. The partition partition walls 12 may be arranged to be spaced apart from each other at a first interval L on the base plate 11. For example, the partition wall 12 may be formed to protrude from the surface of the base plate 11 by a protruding height H.

예를 들어, 구획 격벽(12)은 상단부에서 캐비티(14)를 향해 측 방향으로 돌출 형성되는 제 1 돌출부(121)를 포함할 수 있다.For example, the partition partition wall 12 may include a first protrusion 121 protruding from an upper end toward the cavity 14 in a lateral direction.

제 1 돌출부(121)는 수중 표면 구조체(1)의 표면상으로부터 캐비티(14)로 연결되는 입구 부분의 단면적을 축소시킬 수 있다. 예를 들어 제 1 돌출부(121)는, 도 5와 같이 구획 격벽(12)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라 절개한 측 단면 상에서 다른 인접한 구획 격벽(12)을 향하여 수직하게 돌출 형성되는 구조를 가질 수 있다.The first protrusion 121 may reduce a cross-sectional area of an inlet portion connected to the cavity 14 from the surface of the underwater surface structure 1. For example, the first protrusion 121 has a structure formed to protrude vertically toward the other adjacent partition partition 12 on a side cross section cut along a direction perpendicular to the length direction of the partition partition wall 12 as shown in FIG. 5. Can have.

제 1 돌출부(121)에 의하면, 수중 표면 구조체(1)의 표면 상에서 유체가 유동하는 경우, 캐비티(14)의 입구 부분에서 표면 장력에 기인한 유체의 피닝 힘(pinning force)을 증가시켜 외부 유동으로부터 캐비티(14) 내부에 형성된 공기층을 효과적으로 보호할 수 있고, 동시에 공기층이 캐비티 밖으로 유실되는 것을 방지할 수 있다.According to the first protrusion 121, when a fluid flows on the surface of the underwater surface structure 1, external flow by increasing the pinning force of the fluid due to the surface tension at the inlet portion of the cavity 14 It is possible to effectively protect the air layer formed inside the cavity 14, and at the same time, it is possible to prevent the air layer from being lost out of the cavity.

미세 격벽(13)은, 가마우지 깃털 구조의 바뷸(barb)을 자연 모사한 것으로, 공기층을 유지함으로써, 수중 표면 구조체(1)를 통하여 수중 구조물(8)의 내부로 물이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 베이스 플레이트(11) 상에서 서로 일정한 제 2 간격(w)으로 이격되어 배열될 수 있고, 상기 제 2 간격(w)은 제 1 간격(L)보다 작을 수 있다. 예를 들어, 미세 격벽(13)의 두께는 구획 격벽(12)의 두께보다 작을 수 있다.The fine partition wall 13 naturally simulates a barb of a cormorant feather structure, and by maintaining an air layer, it is possible to prevent water from flowing into the interior of the underwater structure 8 through the underwater surface structure 1. have. The base plate 11 may be arranged to be spaced apart from each other at a constant second interval w, and the second interval w may be smaller than the first interval L. For example, the thickness of the fine partition wall 13 may be smaller than the thickness of the partition wall 12.

예를 들어, 미세 격벽(13)은 구획 격벽(12)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라서 베이스 플레이트(11)의 표면으로부터 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 미세 격벽(13)의 돌출 높이는 구획 격벽(12)의 돌출 높이(H)와 동일하거나 그보다 작을 수 있다.For example, the fine partition wall 13 may be formed to protrude from the surface of the base plate 11 along a direction perpendicular to the length direction of the partition partition wall 12. For example, the protruding height of the fine partition wall 13 may be equal to or smaller than the protruding height H of the partition partition wall 12.

한편, 도 3과 달리, 미세 격벽(13)은 도 2에 도시된 가마우지 깃털의 바뷸(barb)처럼, 수중 표면 구조체(1)의 표면으로부터 내측을 향하여 함몰된 산등성이(ridge) 형상을 가질 수 있다. 다시 말하면, 미세 격벽(13)의 양단부는 중앙부보다 높게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 도 4를 기준으로 y축 방향으로 바라볼 때, 미세 격벽(13)의 중앙부는 z축의 음의 방향으로 함몰된 형상을 가질 수 있다.On the other hand, unlike FIG. 3, the fine partition wall 13 may have a shape of a ridge recessed from the surface of the underwater surface structure 1 toward the inside, like the barb of the cormorant feather shown in FIG. 2. . In other words, both ends of the fine partition wall 13 may be formed higher than the central portion. In other words, when viewed in the y-axis direction with reference to FIG. 4, the central portion of the fine partition wall 13 may have a shape recessed in the negative direction of the z-axis.

예를 들어, 미세 격벽(13)은, 미세 격벽(13)의 상단부에서 캐비티(14)를 향해 측 방향으로 돌출 형성되는 제 2 돌출부(131)를 포함할 수 있다.For example, the fine partition wall 13 may include a second protrusion 131 protruding in a lateral direction from the upper end of the fine partition wall 13 toward the cavity 14.

제 2 돌출부(131)는 수중 표면 구조체(1)의 표면상으로부터 캐비티(14)로 연결되는 입구 부분의 단면적을 축소시킬 수 있다. 예를 들어 제 2 돌출부(131)는, 도 6과 같이 미세 격벽(13)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라 절개한 측 단면 상에서 다른 인접한 미세 격벽(13)을 향하여 수직하게 돌출 형성되는 구조를 가질 수 있다.The second protrusion 131 may reduce a cross-sectional area of an inlet portion connected to the cavity 14 from the surface of the underwater surface structure 1. For example, the second protrusion 131 has a structure in which the second protrusion 131 protrudes vertically toward the other adjacent fine partitions 13 on a side cross section cut along a direction perpendicular to the length direction of the fine partition 13 as shown in FIG. 6. Can have.

이상의 구조에 의하면, 캐비티(14)의 입구의 가장자리는 제 1 돌출부(121) 및 제 2 돌출부(131)에 의해 협소해지는 구조를 갖게 되어, 전술한 제 1 돌출부(121)와 같이 외부 유동으로부터 캐비티(14) 내부에 형성된 공기층을 효과적으로 보호할 수 있고, 동시에 공기층이 캐비티(14) 밖으로 유실되는 것을 보다 더 효과적으로 방지할 수 있다.According to the above structure, the edge of the entrance of the cavity 14 has a structure that is narrowed by the first protrusion 121 and the second protrusion 131, so that the cavity from the external flow like the above-described first protrusion 121 (14) It is possible to effectively protect the air layer formed inside, and at the same time, it is possible to more effectively prevent the air layer from being lost out of the cavity 14.

예를 들어, 구획 격벽(12), 미세 격벽(13) 및 베이스 플레이트(11)는 소수성 재질로 형성될 수 있어서, 유동하는 유체에 의해 캐비티(14) 내부의 공기층을 보다 효과적으로 보호할 수 있고, 유체의 마찰 저항을 감소시킬 수 있다.For example, the partition partition wall 12, the fine partition wall 13, and the base plate 11 may be formed of a hydrophobic material, so that the air layer inside the cavity 14 can be more effectively protected by the flowing fluid, It can reduce the frictional resistance of the fluid.

예를 들어, 수중 표면 구조체(1)는 SPC(Self Polishing Copolymer) 또는 실리콘 계열의 소수성 재질로 형성될 수 있다.For example, the underwater surface structure 1 may be formed of SPC (Self Polishing Copolymer) or a silicon-based hydrophobic material.

다른 예로, 상기 구획 격벽, 미세 격벽 및 베이스 플레이트는 소수성 화학 물질을 통한 표면 처리를 추가적으로 적용하여 수중 표면 구조체(1)의 표면 내구성을 증가시키는 것과 동시에 소수성을 증가시킬 수 있다.As another example, the partition partition wall, the fine partition wall, and the base plate may increase the hydrophobicity while increasing the surface durability of the underwater surface structure 1 by additionally applying a surface treatment using a hydrophobic chemical substance.

캐비티(14)는, 베이스 플레이트(11) 상에서 돌출 형성된 구획 격벽(12) 및 미세 격벽(13)에 의해 구획되는 공간으로서, 수중 표면 구조체(1)의 표면이 유체에 접촉하더라도 내부에 공기를 포획된 상태로 유지하는 공기층을 형성할 수 있다.The cavity 14 is a space defined by the partition partition 12 and the fine partition wall 13 protruding from the base plate 11, and traps air inside even if the surface of the underwater surface structure 1 contacts the fluid. It is possible to form an air layer that maintains the state.

캐비티(14)에 형성된 공기층에 의하면, 수중 표면 구조체(1)의 표면에 작용하는 마찰 저항을 감소시킴으로써 수력학적인 항력을 저감시킬 수 있다.According to the air layer formed in the cavity 14, the hydraulic drag force can be reduced by reducing the frictional resistance acting on the surface of the underwater surface structure 1.

예를 들어, 캐비티(14)의 크기, 구획 격벽(12)의 간격 등은 수중 표면 구조체(1)의 표면 상에서 유동하는 유체의 유동 조건에 따라 상이하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 캐비티(14)의 크기는 수중 표면 구조체(1)의 표면에서 유동하는 유체가 형성하는 압력의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.For example, the size of the cavity 14, the spacing of the partition walls 12, and the like may be designed differently according to the flow conditions of the fluid flowing on the surface of the underwater surface structure 1. For example, the size of the cavity 14 may be determined based on the amount of pressure formed by the fluid flowing on the surface of the underwater surface structure 1.

선박(8)의 경우, 선체 표면의 위치 또는 표면의 곡률 크기에 기초하여 유동 조건이 상이하게 결정됨에 따라, 수중 표면 구조체(1)에 가해지는 수압의 크기는 서로 다르게 형성될 수 있다.In the case of the ship 8, as the flow conditions are determined differently based on the position of the hull surface or the size of the curvature of the surface, the magnitude of the hydraulic pressure applied to the underwater surface structure 1 may be formed differently.

따라서, 수중 표면 구조체(1)를 선박(8)과 같은 수중 운송체나 해양 구조물에 적용할 경우, 상기 수중 표면 구조체(1)가 설치되는 표면 부분의 유동 조건에 기초하여 수중 표면 구조체(1)의 항력저감 효과 및 공기층의 안정성에 영향을 미치는 정도가 상이하게 형성될 수 있음에 따라, 수중 표면 구조체(1)의 캐비티(14)의 크기, 형상 또는 간격을 해당 유동 조건에 적합하게 설계할 수 있다.Therefore, when the underwater surface structure (1) is applied to an underwater vehicle or offshore structure such as a ship (8), the underwater surface structure (1) is based on the flow conditions of the surface portion on which the underwater surface structure (1) is installed. As the degree of influence on the drag reduction effect and the stability of the air layer can be formed differently, the size, shape, or spacing of the cavity 14 of the underwater surface structure 1 can be designed to suit the flow conditions. .

이 경우, 구획 격벽(12)간의 제 1 간격(L) 및 미세 격벽(13)간의 제 2 간격(w)는 수중 표면 구조체(1)의 표면에 작용하는 압력의 크기에 반비례할 수 있다.In this case, the first gap L between the partition walls 12 and the second gap w between the fine bulkheads 13 may be in inverse proportion to the magnitude of the pressure acting on the surface of the underwater surface structure 1.

예를 들어, 수중 구조물(8)의 위치별로 서로 다른 형태를 갖는 복수 개의 수중 표면 구조체(1)가 설치될 수 있다. 구체적으로 복수 개의 수중 표면 구조체(1)에서 각각의 제 1 간격(L) 및 제 2 간격(w)은 다음의 수학식 1을 만족하는 범위내에서 설정될 수 있다.For example, a plurality of underwater surface structures 1 having different shapes for each location of the underwater structure 8 may be installed. Specifically, each of the first interval (L) and the second interval (w) in the plurality of underwater surface structures 1 may be set within a range that satisfies Equation 1 below.

Figure 112019004991984-pat00002
Figure 112019004991984-pat00002

(여기서, "L"은 구획 격벽간의 제 1 간격, "w"는 미세 격벽간의 제 2 간격, "P c "는 수중 표면 구조체의 표면에 작용되는 압력의 크기, "a"는 비례 상수)(Here, "L" is the first interval between partition partitions, "w" is the second interval between fine partitions, " P c "is the magnitude of pressure applied to the surface of the underwater surface structure, and "a" is a proportional constant)

다른 예로, 수중 표면 구조체(1)의 캐비티(14)의 크기, 즉 구획 격벽(12)간의 제 1 간격(L) 및 미세 격벽(13)간의 제 2 간격(w)은 유체의 유동 방향을 따라서 작용하는 압력의 불균일성을 나타내는 압력 구배(pressure gradient)의 크기에 따라 결정될 수도 있다.In another example, the size of the cavity 14 of the underwater surface structure 1, that is, the first gap L between the partition walls 12 and the second gap w between the fine bulkheads 13 are along the flow direction of the fluid. It can also be determined by the magnitude of the pressure gradient, which represents the non-uniformity of the applied pressure.

수중 구조물(8)의 위치별로 서로 다른 형태를 갖는 복수 개의 수중 표면 구조체(1)가 설치될 경우, 복수 개의 수중 표면 구조체(1)에서 각각의 제 1 간격(L) 및 제 2 간격(w)은 다음의 수학식 2를 만족하는 범위내에서 설정될 수 있다.When a plurality of underwater surface structures (1) having different shapes for each location of the underwater structure (8) are installed, each of the first interval (L) and the second interval (w) in the plurality of underwater surface structures (1) May be set within a range that satisfies Equation 2 below.

Figure 112019004991984-pat00003
Figure 112019004991984-pat00003

(여기서, "L"은 구획 격벽간의 제 1 간격[μm], "w"는 미세 격벽간의 제 2 간격[μm], "dPc /dx"는 수중 표면 구조체의 표면에서의 압력 구배의 크기, "b"는 비례 상수)(Here, "L" is the first interval [μm] between partition partitions, "w" is the second interval [μm] between fine partitions, " dP c / dx " is the size of the pressure gradient at the surface of the underwater surface structure, "b" is a proportional constant)

이상의 구조에 의하면, 수중 구조물(8)의 위치별로 설치된 수중 표면 구조체(1) 각각의 표면 상에서 유동 방향을 따라서 압력의 크기가 변화하는 정도를 나타내는 압력 구배의 값에 기초하여 제 1 간격(L) 및 제 2 간격(w)의 크기를 설정할 수 있다.According to the above structure, the first interval L based on the value of the pressure gradient indicating the degree of change in the magnitude of the pressure along the flow direction on each surface of the underwater surface structure 1 installed for each position of the underwater structure 8 And the size of the second interval w may be set.

예를 들어, 수중 구조물(8)의 표면을 따라서 압력이 급격히 변화되기 시작하는 지점에서는 캐비티(14)의 크기를 작고 조밀하게 형성할 수 있고, 상대적으로 압력의 변화가 작은 지점에서는 캐비티(14)의 크기를 상대적으로 크고 덜 조밀하게 형성할 수 있어서, 수중 구조물(8)의 표면에서의 유체의 유동 변화에 보다 효과적으로 대응할 수 있다.For example, the size of the cavity 14 can be made compact and compact at a point where the pressure begins to rapidly change along the surface of the underwater structure 8, and the cavity 14 at a point where the pressure change is relatively small. The size of the can be formed relatively large and less dense, it is possible to more effectively respond to changes in the flow of the fluid on the surface of the underwater structure (8).

결과적으로, 수중 표면 구조체(1)에 작용하는 유동조건에 따라 수중 표면 구조체(1)의 크기를 조절하여 적용할 수 있음에 따라서, 수중 표면 구조체(1)의 설치 위치별로 상이한 유동 조건에 따라 항력 저감 효과 및 공기층의 보존 효과를 최적화하여, 결과적으로 수중 표면 구조체(1)의 소수성을 크게 향상시킬 수 있다.As a result, as the size of the underwater surface structure 1 can be adjusted and applied according to the flow conditions acting on the underwater surface structure 1, the drag force according to the different flow conditions for each installation location of the underwater surface structure 1 By optimizing the reduction effect and the preservation effect of the air layer, the hydrophobicity of the underwater surface structure 1 can be greatly improved.

예를 들어, 제 1 간격(L), 제 2 간격(w) 및 미세 격벽(13)의 두께는 마이크로미터 단위의 크기로 형성될 수 있고, 수중 표면 구조체(1)에 적용되는 압력 구배의 크기에 반비례하는 관계일 수 있다.For example, the first gap (L), the second gap (w), and the thickness of the fine partition wall 13 may be formed in micrometers, and the size of the pressure gradient applied to the underwater surface structure 1 It may be a relationship inversely proportional to.

예를 들어, 수중 표면 구조체(1)의 캐비티(14) 구조, 다시 말하면 구획 격벽(12), 미세 격벽(13)의 형상은 광식각(photolithography) 공정을 통해 형성될 수 있다.For example, the structure of the cavity 14 of the underwater surface structure 1, that is, the shape of the partition partition wall 12 and the fine partition wall 13 may be formed through a photolithography process.

한편, 전술한 바와 같이 일 실시 예에 따른 수중 구조물(8)은 서로 상이한 크기로 형성되는 복수개의 수중 표면 구조체(1)를 포함할 수 있다.Meanwhile, as described above, the underwater structure 8 according to an embodiment may include a plurality of underwater surface structures 1 formed in different sizes from each other.

예를 들어, 수중 구조물(8)이 선박, 잠수함 또는 어뢰와 같은 수중 이동체일 경우, 표면에 가해지는 압력이 크게 형성되는 전방에는 구획 격벽(12) 및 미세 격벽(13) 간격의 크기가 작고 조밀하게 형성된 수중 표면 구조체(1)가 설치될 수 있고, 표면에 가해지는 압력이 전방보다 적게 형성되는 측방 또는 후방에는 구획 격벽(12) 및 미세 격벽(13) 간격의 크기가 상대적으로 크고 덜 조밀하게 형성될 수 있다.For example, when the underwater structure 8 is an underwater vehicle such as a ship, a submarine, or a torpedo, the size of the partition bulkhead 12 and the fine bulkhead 13 is small and compact in the front where the pressure applied to the surface is large. The underwater surface structure 1 may be installed, and at the side or rear where the pressure applied to the surface is formed less than the front, the size of the interval between the partition partition 12 and the fine partition 13 is relatively large and less dense. Can be formed.

여기서, 수중 구조물(8)의 후방에 설치되는 수중 표면 구조체(1)를 제 1 수중 표면 구조체(1)라 할 수 있고, 수중 구조물(8)의 전방에 설치되는 수중 표면 구조체(1)을 제 2 수중 표면 구조체(1)라 할 수 있다.Here, the underwater surface structure (1) installed at the rear of the underwater structure (8) may be referred to as the first underwater surface structure (1), and the underwater surface structure (1) installed in front of the underwater structure (8) is prepared. 2 It can be called an underwater surface structure (1).

제 1 수중 표면 구조체(1)는 수중 표면 구조체(1)의 구조와 동일하게 제 1 베이스 플레이트(11)와, 제 1 베이스 플레이트(11)상에서 서로 일정한 제 1 간격(L)으로 이격되어 배열되는 제 1 구획 격벽(12)과, 제 1 구획 격벽(12) 사이를 연결하고 서로 일정한 제 2 간격(w)으로 이격되어 배열되는 제 1 미세 격벽(13)과, 제 1 베이스 플레이트(11) 상에서 제 1 구획 격벽(12) 및 제 1 미세 격벽(13) 사이에 형성되는 제 1 캐비티(14)를 포함할 수 있다.The first underwater surface structure (1) is arranged to be spaced apart from each other by a first base plate (11) and a constant first distance (L) on the first base plate 11 and the same structure as the structure of the underwater surface structure (1). On the first fine partition wall 13 and the first base plate 11 are connected between the first partition wall 12 and the first partition wall 12 and are spaced apart from each other at a constant second interval (w). A first cavity 14 formed between the first partition wall 12 and the first fine partition wall 13 may be included.

제 2 수중 표면 구조체(1) 또한 제 1 수중 표면 구조체(1)의 구조와 유사하게 제 2 베이스 플레이트(11)와, 제 2 베이스 플레이트(11)상에서 서로 일정한 제 3 간격(L)으로 이격되어 배열되는 제 2 구획 격벽(12)과, 제 2 구획 격벽(12) 사이를 연결하고 서로 일정한 제 4 간격(w)으로 이격되어 배열되는 제 2 미세 격벽(13)과, 제 2 베이스 플레이트(11) 상에서 제 2 구획 격벽(12) 및 제 2 미세 격벽(13) 사이에 형성되는 제 2 캐비티(14)를 포함할 수 있다.The second underwater surface structure 1 is also spaced apart from each other by a constant third distance L on the second base plate 11 and the second base plate 11 similar to the structure of the first underwater surface structure 1. The arranged second partition partition walls 12 and the second fine partition walls 13 connected between the second partition partition walls 12 and arranged to be spaced apart from each other at a constant fourth interval w, and the second base plate 11 ) May include a second cavity 14 formed between the second partition wall 12 and the second fine partition wall 13.

예를 들어, 제 4 간격(w)은 제 3 간격(L)보다 작고, 제 2 미세 격벽(13)의 두꼐는 제 2 구획 격벽(12)의 두께보다 작을 수 있다.For example, the fourth interval w may be smaller than the third interval L, and the thickness of the second fine partition wall 13 may be smaller than the thickness of the second partition partition wall 12.

제 3 간격(L)은 제 1 간격(L)보다 작고, 제 4 간격(w)은 제 2 간격(w)보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 제 1 수중 표면 구조체(1)의 구획 격벽(12)간의 간격은 제 2 수중 표면 구조체(1)의 구획 격벽(12)간의 간격보다 크게 형성되고, 제 1 수중 표면 구조체(1)의 미세 격벽(13)간의 간격은 제 2 수중 표면 구조체(1)의 미세 격벽(13)의 간격보다 크게 형성될 수 있다.The third interval L may be smaller than the first interval L, and the fourth interval w may be smaller than the second interval w. In other words, the distance between the partition walls 12 of the first underwater surface structure 1 is larger than the distance between the partition walls 12 of the second underwater surface structure 1, and the first underwater surface structure 1 The spacing between the fine partition walls 13 may be formed larger than the spacing of the fine partition walls 13 of the second underwater surface structure 1.

또한, 중력 방향을 기준으로, 상대적으로 캐비티(14)의 크기가 작은 제 2 수중 표면 구조체(1)는 제 1 수중 표면 구조체(1)보다 하측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 수중 구조물(8)이 선박, 잠수함 또는 어뢰와 같은 수중 이동체(8)이거나 수중에 고정되는 고정체(8)일 경우, 수압이 중력 방향을 따라서 하측으로 갈수록 증가하는 것에 기인하여 하측으로 갈수록 구획 격벽(12)간의 간격과 미세 격벽(13)간의 간격이 작은 수중 표면 구조체(1)가 설치될 수 있다.In addition, the second underwater surface structure 1 having a relatively small size of the cavity 14 based on the direction of gravity may be disposed below the first underwater surface structure 1. For example, when the underwater structure 8 is an underwater vehicle 8 such as a ship, a submarine, or a torpedo, or a fixed body 8 fixed in the water, the water pressure increases downward along the direction of gravity. As the direction goes, the submerged surface structure 1 may be installed in which the spacing between the partition walls 12 and the spacing between the fine bulkheads 13 are small.

한편, 수중 구조물(8)은, 제 1 수중 표면 구조체(1) 및 제 2 수중 표면 구조체(1) 사이에 배치되는 제 3 수중 표면 구조체(1)를 더 포함할 수도 있다. 마찬가지로 제 3 수중 표면 구조체(1) 또한 제 1 수중 표면 구조체(1)의 구조와 유사하게 제 3 베이스 플레이트(11)와, 제 3 베이스 플레이트(11)상에서 서로 일정한 제 5 간격(L)으로 이격되어 배열되는 제 3 구획 격벽(12)과, 제 3 구획 격벽(12) 사이를 연결하고 서로 일정한 제 6 간격(w)으로 이격되어 배열되는 제 3 미세 격벽(13)과, 제 3 베이스 플레이트(11) 상에서 제 3 구획 격벽(12) 및 제 3 미세 격벽(13) 사이에 형성되는 제 3 캐비티(14)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the underwater structure 8 may further include a third underwater surface structure 1 disposed between the first underwater surface structure 1 and the second underwater surface structure 1. Similarly, the third underwater surface structure (1) is also spaced apart from each other by a constant fifth interval (L) on the third base plate 11 and the third base plate 11 similar to the structure of the first underwater surface structure 1 The third partition partition wall 12 and the third base plate are connected between the third partition partition wall 12 and the third partition partition wall 12 are arranged and are spaced apart from each other at a constant sixth interval w. 11) A third cavity 14 formed between the third partition wall 12 and the third fine partition wall 13 may be included.

예를 들어, 제 5 간격(L) 및 제 6 간격(w)의 곱은 제 1 수중 표면 구조체(1) 및 제 2 수중 표면 구조체(1) 사이의 압력 구배의 크기에 반비례하도록 수학식 2에 따라 설정될 수 있다. For example, the product of the fifth interval (L) and the sixth interval (w) is inversely proportional to the magnitude of the pressure gradient between the first underwater surface structure 1 and the second underwater surface structure 1 according to Equation 2 Can be set.

도 7은 도 4의 절개선 I-I을 따라 절개한 수중 표면 구조체의 단면도이고, 도 8은 도 4의 절개선 II-II을 따라 절개한 다른 실시 예에 따른 수중 표면 구조체의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of the underwater surface structure cut along the cut line I-I of FIG. 4, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the underwater surface structure according to another embodiment cut along the cut line II-II of FIG. 4.

도 7 및 도 8을 참조하면, 도 5 및 도 6에 도시된 수중 표면 구조체(1)의 돌출부(121, 131)와 다른 형상의 돌출부(221, 231)를 갖는 수중 표면 구조체(2)의 구성을 확인할 수 있다.7 and 8, the construction of the underwater surface structure 2 having the protrusions 121 and 131 of the underwater surface structure 1 shown in FIGS. 5 and 6 and the protrusions 221 and 231 of a different shape can confirm.

제 1 돌출부(221)는, 도 7과 같이 구획 격벽(22)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라 절개한 측 단면 상에서 다른 인접한 구획 격벽(22)을 향하여 수직하게 돌출 형성되는 형상을 갖되, 그 돌출된 단부가 하측으로 절곡되어 있는 형상을 가질 수 있다.The first protrusion 221 has a shape formed to protrude vertically toward the other adjacent partition partition 22 on a side cross section cut along a direction perpendicular to the length direction of the partition partition wall 22 as shown in FIG. 7. The protruding end may have a shape that is bent downward.

예를 들어, 제 2 돌출부(231)는, 도 8과 같이 미세 격벽(23)의 길이 방향에 수직한 방향을 따라 절개한 측 단면 상에서 다른 인접한 미세 격벽(23)을 향하여 수직하게 돌출 형성되되, 그 돌출된 단부가 하측으로 절곡되어 있는 형상을 가질 수 있다.For example, the second protrusion 231 is formed to protrude vertically toward the other adjacent fine partition wall 23 on a side section cut along a direction perpendicular to the length direction of the fine partition wall 23 as shown in FIG. 8, The protruding end may have a shape that is bent downward.

하측으로 절곡된 형상을 가지는 제 1 돌출부(221) 또는 제 2 돌출부(231)의 구조에 의하면, 수중 표면 구조체(2)의 표면에서 유동하는 유체로부터 캐비티(24)에 포집된 공기층을 보다 안정적으로 보호하는 동시에, 공기층이 캐비티 밖으로 유실되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.According to the structure of the first protrusion 221 or the second protrusion 231 having a shape bent downward, the air layer collected in the cavity 24 from the fluid flowing on the surface of the underwater surface structure 2 is more stably While protecting, it is possible to more effectively prevent the air layer from being lost out of the cavity.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited drawings, various modifications and variations are possible from the above description to those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as the described structure, device, etc. are combined or combined in a form different from the described method, or in other components or equivalents. Even if substituted or substituted by, an appropriate result can be achieved.

Claims (8)

베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트 상에서 서로 일정한 제 1 간격으로 이격되어 배열되는 구획 격벽;
상기 구획 격벽 사이를 연결하고 서로 일정한 제 2 간격으로 이격되어 배열되는 미세 격벽; 및
상기 베이스 플레이트 상에서, 상기 구획 격벽 및 미세 격벽 사이에 형성되는 캐비티를 포함하고,
상기 구획 격벽 및 미세 격벽은 서로 수직하게 배치되고,
상기 구획 격벽은,
상기 구획 격벽의 상단에서 상기 캐비티를 향해 측 방향으로 수직하게 돌출 형성되는 제 1 돌출부를 포함하고,
상기 미세 격벽은,
상기 미세 격벽의 상단에서 상기 캐비티를 향해 측 방향으로 수직하게 돌출 형성되는 제 2 돌출부를 포함하고,
상기 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부는, 상기 베이스 플레이트 상에 유체가 유동하는 경우, 상기 캐비티의 입구 부분에서 표면 장력에 기인한 피닝 힘을 증가시켜 외부 유동으로부터 상기 캐비티 내부에 형성되는 공기 층을 효과적으로 보호하고,
상기 베이스 플레이트의 수평 방향을 따라서 변화하는 압력 구배의 크기에 기초하여 상기 제 1 간격 및 제 2 간격은 아래의 수학식과 같이 상기 압력 구배의 크기에 반비례하게 설계되는 수중 표면 구조체.
(수학식)
Figure 112020118119872-pat00013

(여기서, "L"은 구획 격벽간의 제 1 간격[μm], "w"는 미세 격벽간의 제 2 간격[μm], "dPc /dx"는 수중 표면 구조체의 표면에서의 압력 구배의 크기, "b"는 비례 상수)
Base plate;
Partition partition walls arranged to be spaced apart from each other at a first interval on the base plate;
Fine partitions connected between the partition partitions and arranged to be spaced apart from each other at a predetermined second interval; And
On the base plate, including a cavity formed between the partition partition wall and the fine partition wall,
The partition partition wall and the fine partition wall are disposed perpendicular to each other,
The partition partition wall,
And a first protrusion formed vertically protruding in a lateral direction from an upper end of the partition partition wall toward the cavity,
The fine partition wall,
And a second protrusion formed to protrude vertically in a lateral direction toward the cavity from an upper end of the fine partition,
When the fluid flows on the base plate, the first protrusion and the second protrusion increase the pinning force due to surface tension at the inlet of the cavity to effectively prevent the air layer formed inside the cavity from external flow. Protect,
An underwater surface structure in which the first and second intervals are designed in inverse proportion to the size of the pressure gradient, as shown in the following equation, based on the magnitude of the pressure gradient that changes along the horizontal direction of the base plate.
(Equation)
Figure 112020118119872-pat00013

(Here, "L" is the first interval [μm] between partition partitions, "w" is the second interval [μm] between fine partitions, " dP c / dx " is the size of the pressure gradient at the surface of the underwater surface structure, "b" is a proportional constant)
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부에서 측 방향으로 돌출된 단부는 각각 하측으로 절곡된 형상을 갖는 수중 표면 구조체.
The method of claim 1,
Ends protruding in the lateral direction from the first protrusion and the second protrusion are each bent downwardly.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 구획 격벽은 가마우지 깃털 구조의 바브(barb)를 자연 모사한 것이고, 상기 미세 격벽은 가마우지 깃털 구조의 바뷸(barbule)을 자연 모사한 것을 특징으로 하는 수중 표면 구조체.
The method of claim 1,
The partition partition wall naturally simulates a barb of a cormorant feather structure, and the fine partition wall naturally simulates a barbule of a cormorant feather structure.
가마우지의 깃털 구조를 갖는 제 1 수중 표면 구조체와, 제 2 수중 표면 구조체를 포함하는 수중 구조물에 있어서,
상기 제 1 수중 표면 구조체는,
제 1 베이스 플레이트와, 상기 제 1 베이스 플레이트 상에서 서로 일정한 제 1 간격으로 이격되어 배열되는 제 1 구획 격벽과, 상기 제 1 구획 격벽 사이를 연결하고 서로 일정한 제 2 간격으로 이격되어 배열되는 제 1 미세 격벽과, 상기 제 1 베이스 플레이트 상에서 상기 제 1 구획 격벽 및 제 1 미세 격벽 사이에 형성되는 제 1 캐비티를 포함하고,
상기 제 2 수중 표면 구조체는,
제 2 베이스 플레이트와, 상기 제 2 베이스 플레이트 상에서 서로 일정한 제 3 간격으로 이격되어 배열되는 제 2 구획 격벽과, 상기 제 2 구획 격벽 사이를 연결하고 서로 일정한 제 4 간격으로 이격되어 배열되는 제 2 미세 격벽과, 상기 제 2 베이스 플레이트 상에서 상기 제 2 구획 격벽 및 제 2 미세 격벽 사이에 형성되는 제 2 캐비티를 포함하고,
상기 제 1 구획 격벽 및 제 1 미세 격벽은, 각각의 제 1 구획 격벽 및 제 1 미세 격벽의 상단에서 상기 제 1 캐비티를 향해 측 방향으로 수직하게 돌출 형성되는 제 1 돌출부를 각각 포함하고,
상기 제 2 구획 격벽 및 제 2 미세 격벽은, 각각의 제 2 구획 격벽 및 제 2 미세 격벽의 상단에서 상기 제 2 캐비티를 향해 측 방향으로 수직하게 돌출 형성되는 제 2 돌출부를 각각 포함하고,
상기 제 1 돌출부 및 제 2 돌출부는, 상기 수중 구조물 상에 유체가 유동하는 경우, 상기 캐비티의 입구 부분에서 표면 장력에 기인한 피닝 힘을 증가시켜 외부 유동으로부터 상기 제 1 캐비티 및 제 2 캐비티 내부에 형성되는 공기 층을 효과적으로 보호하고,
상기 수중 구조물의 수평 방향을 따라서 변화하는 압력 구배의 크기에 기초하여 상기 제 1 간격 및 제 2 간격 또는 상기 제 3 간격 및 제 4 간격은 아래의 수학식과 같이 상기 압력 구배의 크기에 반비례하게 설계되는 수중 구조물.
(수학식)
Figure 112020118119872-pat00014

(여기서, "L"은 구획 격벽간의 제 1 간격[μm] 또는 제 3 간격[μm], "w"는 미세 격벽간의 제 2 간격[μm] 또는 제 4 간격[μm], "dPc /dx"는 제 1 수중 표면 구조체 또는 제 2 수중 표면 구조체의 표면에서의 압력 구배의 크기, "b"는 비례 상수)
In an underwater structure comprising a first underwater surface structure having a cormorant feather structure and a second underwater surface structure,
The first underwater surface structure,
A first base plate, a first partition partition wall arranged to be spaced apart from each other at a constant first interval on the first base plate, and a first fine particle connected between the first partition partition wall and arranged spaced apart from each other at a constant second interval A partition wall, and a first cavity formed between the first partition partition wall and the first fine partition wall on the first base plate,
The second underwater surface structure,
A second base plate, a second partition partition wall arranged to be spaced apart from each other at a constant third interval on the second base plate, and a second fine particle connected between the second partition partition wall and arranged spaced apart from each other at a constant fourth interval A partition wall, and a second cavity formed between the second partition partition wall and the second fine partition wall on the second base plate,
The first partition partition wall and the first fine partition wall each include a first protrusion formed vertically protruding in a lateral direction toward the first cavity from an upper end of each of the first partition partition wall and the first minute partition wall,
The second partition partition wall and the second fine partition wall each include a second protrusion formed vertically protruding in a lateral direction toward the second cavity from an upper end of each of the second partition partition wall and the second minute partition wall,
When the fluid flows on the underwater structure, the first protrusion and the second protrusion increase the pinning force due to surface tension at the inlet portion of the cavity, so that the inside of the first cavity and the second cavity Effectively protects the formed air layer,
Based on the magnitude of the pressure gradient that changes along the horizontal direction of the underwater structure, the first and second intervals or the third and fourth intervals are designed in inverse proportion to the size of the pressure gradient as shown in the following equation. Underwater structures.
(Equation)
Figure 112020118119872-pat00014

(Here, "L" is the first interval [μm] or the third interval [μm] between the partition partitions, "w" is the second interval [μm] or the fourth interval [μm] between the fine partition walls, " dP c / dx "Is the magnitude of the pressure gradient at the surface of the first underwater surface structure or the second underwater surface structure, "b" is a proportional constant)
제 6 항에 있어서,
상기 수중 구조물은, 수면 또는 수중을 이동하는 수중 이동체이고, 수중 이동체의 위치에 따라 상기 제 1 수중 표면 구조체, 제 2 수중 표면 구조체가 선택적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 수중 구조물.
The method of claim 6,
The underwater structure is an underwater vehicle that moves on the water surface or underwater, and the first underwater surface structure and the second underwater surface structure are selectively arranged according to the position of the underwater vehicle.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 수중 표면 구조체와 상기 제 2 수중 표면 구조체는 소수성 재질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 수중 구조물.
The method of claim 7,
The first underwater structure and the second underwater structure is an underwater structure, characterized in that coated with a hydrophobic material.
KR1020190005286A 2019-01-15 2019-01-15 Underwater surface structure with feather structure of cormorant and underwater structure comprising thereof KR102182067B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190005286A KR102182067B1 (en) 2019-01-15 2019-01-15 Underwater surface structure with feather structure of cormorant and underwater structure comprising thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190005286A KR102182067B1 (en) 2019-01-15 2019-01-15 Underwater surface structure with feather structure of cormorant and underwater structure comprising thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200088678A KR20200088678A (en) 2020-07-23
KR102182067B1 true KR102182067B1 (en) 2020-11-23

Family

ID=71894194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190005286A KR102182067B1 (en) 2019-01-15 2019-01-15 Underwater surface structure with feather structure of cormorant and underwater structure comprising thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102182067B1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3322477B2 (en) * 1994-04-05 2002-09-09 三菱重工業株式会社 Ship with frictional resistance reduction device
KR20050098774A (en) * 2005-08-02 2005-10-12 경종만 Decreasing equipment of fricion, tidalwave resistance for ship
KR20120072598A (en) * 2010-12-24 2012-07-04 현대중공업 주식회사 Air-cavity vessel

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200088678A (en) 2020-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9910176B2 (en) Method and system of a controllable tail buoy
Leong et al. Quasi-static analysis of the hydrodynamic interaction effects on an autonomous underwater vehicle operating in proximity to a moving submarine
US20140030118A1 (en) Apparatus for lowering drag on a moving nautical vessel
Lee et al. Hydrodynamic design of an underwater hull cleaning robot and its evaluation
KR102182067B1 (en) Underwater surface structure with feather structure of cormorant and underwater structure comprising thereof
JP2018094961A (en) Float-sink device
KR101415072B1 (en) Reduction device of flow resistance
Riziotis et al. Numerical and experimental analysis of the hydroelastic behavior of purse seine nets
US9850387B2 (en) Micro-nano hierarchical structure for drag reduction and microbial adhesion prevention and marine structure comprising the same
Seo et al. Effects of ship motion on ship maneuvering in waves
US9137599B2 (en) Underwater sensor arrays linearized by weight and buoyance distribution
Ruponen et al. Experimental and numerical study on progressive flooding in full-scale
JP2015169173A (en) floating structure
JP5577206B2 (en) Sway reduction device and floating body
Gad-El-Hak Drag reduction using compliant walls
Yoon et al. Dynamic modeling and simulation of a towing rope using multiple finite element method
JP2012220018A (en) Travel machine body within fluid
KR20160100037A (en) Dock structure
Krishnankutty et al. Experimental and numerical studies on an underwater towed body
Raman-Nair et al. A model for deployment of a freefall lifeboat from a moving ramp into waves
Huang et al. Drag reduction of deepwater risers by the use of helical grooves
Parra Numerical Study on Offshore Lifting Operations of a Subsea Spool
Leong et al. Transient analysis of hydrodynamic interaction effects on an autonomous underwater vehicle in proximity of a moving submarine
RU2787422C1 (en) Bow end of the ship's hull
KR101975798B1 (en) Method of inundation analysis in ship

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant