KR102250485B1

KR102250485B1 - 선박

Info

Publication number: KR102250485B1
Application number: KR1020160081658A
Authority: KR
Inventors: 신현준
Original assignee: 한국조선해양 주식회사; 현대중공업 주식회사
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2021-05-11
Also published as: KR20170051172A

Abstract

본 발명은 선박에 관한 것으로서, 선수부를 갖는 선박으로서, 상기 선수부는, 구상선수를 갖는 형태의 선수형상이면서, 상부의 전단이 상기 구상선수가 마련되는 하부의 전단과 연직하게 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박{A ship}

본 발명은 선박에 관한 것이다.

일반적으로 광석이나 원유, 컨테이너 등을 싣고 항해하는 선박의 경우, 선박의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

이러한 선박은 수선면에 부유하여 항해하기 때문에, 해수에 의한 마찰저항과 함께 파도 등에 의한 조파저항을 받게 된다. 이때 조파저항 등은 선수 선형에 따라 다르게 발생하는데, 항해 중 파랑에 의해 전체저항에 있어 선박의 조파저항 영향력은 더욱 커진다고 할 수 있다.

따라서 선수 선형의 모습은 부가저항을 결정짓는 중요한 요소이며, 선박의 운항 중 주요 저항은 선수 선형에 따라 크게 좌우될 수 있다. 특히 정수중의 선박성능이 설계흘수(design draft) 아랫부분에 의해 큰 영향을 받는 반면, 파랑중의 선박성능은 설계흘수 아랫부분의 형상뿐만 아니라 윗부분의 형상에 의해서도 많은 영향을 받는다.

저속비대선의 경우 화물을 효과적으로 적재하기 위해 선수부의 형상이 비대해지므로, 파랑 중에서의 부가저항이 클 수밖에 없다. 따라서 많은 기관에서 저속비대선의 파랑 중 부가저항을 최소화하기 위한 최적 선형설계 연구를 수행하고 있다.

선박은 운항특성 및 항로에 따라 최소의 에너지 소비를 할 수 있는 설계 포인트가 달라진다. 환경이나 경제적인 요인에 의해 최근 선박의 운항 프로파일을 고려해 총 효율 측면에서 최적선형설계가 강조되고 있다. 이러한 측면에서 저속비대선 중 VLCC(Very Large Crude oil Carrier)는 운항 특성 상 경하흘수의 운항비율이 만재흘수와 거의 같아 경하상태에서도 파랑 중 부가저항을 고려하여 선형을 설계하고 결정하는 것이 필요하다.

환경적인 측면이나 경제적인 측면에서 선박성능 최적화에 대한 관심이 국내외 적으로 그 어느 때보다 증가하였고, 국제유가가 40불 근처로 안정화되고 있지만 성능 최적화는 선박시장에서 여전히 화두가 되고 있다. 정수 중에서의 선박성능뿐 아니라 선박의 운항 시 실제 선박성능에 많은 관심이 집중되면서 선박의 운항프로파일에 따라 최소 저항, 최고 효율을 갖는 선박설계가 주요관심사이다.

최근 EEDI(Energy Efficiency Design Index) 관련해 선박의 실제 해상조건으로 인한 선박속도 최적화가 그 선박의 강력한 경쟁력이 되고 있다. 컨테이너와 같이 작은 방형계수와 저항 추진 측면에서 효과적인 길이/폭 비를 가진 선박들은 운항 속도와 흘수 측면에서 최적설계를 수행하는데 중점을 두는 반면, VLCC와 같이 대규모의 벌크형태의 화물을 싣고 다니는 저속 비대선은 방형계수 Cb가 크고 LcB가 선수쪽에 치우쳐 있어 뚱뚱한 수선면을 가지므로 정수 중 선속보다는 거친 해상상태에서 나타나는 파랑 중 부가저항을 고려한 선박선형 설계에 중점을 두고 있다.

특히 파랑 중 부가저항은 주로 선박의 파랑 중 운동과 선수부에 부딪치는 파도의 반사파에 의해 발생하는데, VLCC와 같은 대형 일반 상선의 경우 단파장에서의 반사파에 의한 부가저항이 파랑 중 부가저항을 줄이기 위한 핵심요소이다.

선수부의 반사파에 의한 부가저항과 더불어 파랑 속에서 선체형상으로 인해 선체 주위에 특징적으로 만들어지는 조파현상을 효과적으로 제어할 수 있는 선형에 대한 설계 지식과 기술이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 만재흘수뿐만 아니라 경하흘수에서도 부가저항이 감소할 수 있도록 설계된 선형을 갖는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 선수부를 갖는 선박으로서, 상기 선수부는, 구상선수를 갖는 형태의 선수형상이면서, 상부의 전단이 상기 구상선수가 마련되는 하부의 전단과 연직하게 마련되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 선수부는, 상기 하부; 및 상기 하부의 상방에 마련되고 전단이 상기 하부의 전단과 연직하며 상기 하부 대비 뾰족한 평단면을 갖는 형태인 상기 상부를 포함할 수 있다.

구체적으로, 방형계수가 큰 저속비대선일 수 있다.

구체적으로, 상기 선수부는, 상기 상부와 상기 하부를 부드럽게 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 상부는, 전단에서 후방으로 갈수록 좌우 폭이 완만하게 확대되었다가 급격하게 확대되는 형태일 수 있다.

구체적으로, 상기 상부는, 상단에서 하단까지 좌우 폭이 일정할 수 있다.

구체적으로, 상기 하부는, 특정 횡단면을 기준으로 상기 상부 대비 좌우 폭이 상대적으로 클 수 있다.

구체적으로, 상기 하부는, 상기 특정 횡단면을 기준으로 상단에서 하방으로 일정 지점까지 좌우 폭이 일정하고 상기 일정 지점에서 하단까지 좌우 폭이 감소하며, 일정한 좌우 폭이 상기 상부의 좌우 폭 대비 상대적으로 클 수 있다.

구체적으로, 상기 연결부는, 상기 특정 횡단면을 기준으로 상기 상부의 하단에 연결되는 상단에서 상기 하부의 상단에 연결되는 하단까지 좌우 폭이 증가할 수 있다.

구체적으로, 상기 선수부는, 상기 상부의 상방에 마련되며, 상기 상부 대비 뚱뚱한 평단면을 갖는 형태인 최상부를 더 포함하며, 상기 최상부는, 전단이 상기 상부의 전단 및 상기 하부의 전단과 연직하게 마련될 수 있다.

본 발명에 따른 선박은, 만재흘수와 경하흘수에서의 부가저항을 감소하는 선수부를 가져 실제 운항상태에서 경제성을 부각시킨 환경친화적 경제선형을 가지면서도, 정수 중에서의 선박성능 또한 저하되지 않도록 할 수 있다.

도 1은 종래의 일반적인 선박의 사시도이다.
도 2는 종래의 구상선수가 없는 부가저항 저감형 선박의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 사시도이다.도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 측면도이다.
도 5는 도 4에서 A의 평단면도이다.
도 6은 도 5에서 B의 정단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 정단면도이다.
도 9는 종래의 일반적인 선박과 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 파랑을 비교한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서의 파랑 중 전진하는 파형을 CFD 해석으로 나타내는 도면이다.
도 11은 종래의 일반적인 선박과 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선체 압력 분포를 비교한 도면이다.
도 12는 종래의 일반적인 선박과 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 파형을 비교한 도면이다.
도 13은 종래의 일반적인 선박 대비 종래의 부가저항 저감형 선박 및 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 CFD 해석에서의 저항 감소 비율을 나타낸 도면이다.
도 14는 종래의 선박과 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 모형선박 실험 모습을 나타내는 도면이다.
도 15는 종래의 일반적인 선박 대비 종래의 부가저항 저감형 선박 및 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 모델테스트에서의 저항 감소 비율을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 일반적인 선박의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 일반적인 선박(1)은 하부(11)에 전방으로 돌출되는 구상선수를 갖고, 구상선수의 상부(12)가 후방으로 함몰된 형상을 갖는다.

이 경우 종래의 일반적인 선박(1)은 정수 중에서는 구상선수로 인하여 조파저항 유지 측면에서 비교적 안정적인 상태를 유지할 수 있지만, 주로 노출되는 운항 조건인 거친 해상상태에서 만재흘수부분의 입수각이 커 반사파에 의한 부가저항이 크게 나타나므로, 저항 증가로 인하여 추진효율 및 연비가 저하되고 총 에너지 소비가 증대된다는 문제가 있다.

도 2는 종래의 구상선수가 없는 부가저항 저감형 선박의 사시도이다.

도 2를 참조하면, 파랑 중 부가저항을 저감하기 위하여 선수부 입사파를 줄이기 위해 선수부에 구상선수를 없애고 입사각만 줄이는 선형을 적용한 선박(2)이 연구되고 있다.

이와 같은 선형은 파랑 중 반사파에 의한 부가저항을 줄일 수는 있으나 구상선수가 없어짐으로 정수 중 선박성능이 저하될 뿐 아니라 또 파랑 중 경하흘수에서 조파저항을 저감할 수 있는 구상선수의 역할이 없어지므로 부가저항 저감효과가 없다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 측면도이며, 도 5는 도 4에서 A의 평단면도이고, 도 6은 도 5에서 B의 정단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(3)은, 선수부(10)를 갖는다. 본 발명의 선박(3)은 VLCC 등 방형계수가 큰 저속비대선일 수 있으며, 선수부(10)는 구상선수를 갖는 형태의 선수형상이면서, 하부(11), 상부(12), 연결부(13)를 포함할 수 있다.

하부(11)는, 전단에서 후방으로 갈수록 좌우 폭이 확대되는 형태를 갖는다. 하부(11)는 종래의 일반적인 선박(1)의 구상선수 역할을 적어도 일부 담당할 수 있도록 좌우 폭이 뚱뚱한 형태를 가질 수 있다.

하부(11)는 상부(12) 보다 뚱뚱한 형태이므로, 본 발명의 선박(3)을 위에서 내려다보면 하부(11)는 상부(12) 대비 좌우로 튀어나와 있게 된다(다만 하부(11)는 전단이 상부(12)의 전단과 나란하므로 전방으로 튀어나오진 않는다.). 이때 튀어나온 부분이 구상선수의 형태를 이룰 수 있다.

선박(3)의 전단에서 후방으로 일정한 위치에서 횡단면을 특정할 때, 특정 횡단면에서 하부(11)는 상단에서 하방으로 일정 지점까지 좌우 폭이 일정할 수 있다. 물론 하부(11)는 일정 지점에서 하단까지 좌우 폭이 감소하는 형태를 가질 수 있다. 즉 하부(11)는, 상단에서 하단으로 갈수록 좌우 폭이 일정하였다가 급격히 감소하는 형태를 갖는다. 이때 일정 지점은 하부(11)에서 하단에 치우쳐 위치한다.

하부(11)는 좌우 폭이 상부(12) 대비 상대적으로 클 수 있다. 즉 하부(11)는 정면에서 바라볼 때 좌현 및 우현이 상부(12) 대비 외측으로 돌출되는 형태를 가질 수 있으며, 이러한 형태를 통하여 조파저항 등의 부가저항을 감소시킬 수 있다.

상부(12)는, 하부(11)의 상방에 마련된다. 상부(12)는 전단에서 후방으로 갈수록 좌우 폭이 확대되는데, 이때 상부(12)는 좌우 폭이 상부(12) 대비 완만하게 확대될 수 있다. 이는 상부(12)가 하부(11) 대비 좌우 폭이 날씬한 형태를 가짐을 의미한다. 즉 상부(12)는 하부(11) 대비 뾰족한 평단면을 갖는 형태일 수 있다.

상부(12)는, 상기에서 언급한 특정 횡단면을 기준으로, 상단에서 하단까지 좌우 폭이 일정할 수 있다. 이때 상부(12)의 하단 좌우 폭은 하부(11)의 상단 좌우 폭보다 상대적으로 작을 수 있는데, 이와 같이 비연속으로 나타나는 부분은 연결부(13)를 이용하여 부드럽게 연결할 수 있다.

상부(12)는, 전단에서 후방으로 갈수록 좌우 폭이 확대되는 기울기가 점차 증가하였다가 점차 감소하는 형태일 수 있다. 즉 상부(12)는 전단에서 후방으로 갈수록 좌우 폭이 완만하게 확대되었다가 급격하게 확대될 수 있는데, 과장되게 표현하자면 평단면에서 바라본 우현의 외곽선이 "S"자 모양일 수 있고, 좌현 외곽선은 그에 대칭일 수 있다.

상부(12)는 전단이 연직하게 마련될 수 있다. 또한 하부(11) 역시 전단이 연직하게 마련될 수 있는데, 상부(12)의 전단은 하부(11)의 전단과 연직할 수 있다. 즉 측면에서 바라볼 때 본 발명의 선박(3)은, 전단이 상단(상부(12)의 상단)에서 하방으로 일정 지점(하부(11)의 일정지점)까지 연직하게 형성될 수 있다. 물론 일정 지점에서 하단까지는(하부(11)의 일정 지점에서 하단까지) 전단이 후방으로 기울어진 형태일 수 있다.

연결부(13)는, 상부(12)와 하부(11)를 연결한다. 연결부(13)는 상부(12)와 하부(11)를 절곡 없이 부드럽게 연결하는 곡면을 가진다. 또한 연결부(13)는, 상단이 상부(12)의 하단에 연결되고 하단이 하부(11)의 상단에 연결되는데, 상기 특정 횡단면을 기준으로 상단에서 하단까지 좌우 폭이 증가하는 형태를 가질 수 있다.

이때 특정 횡단면에서 나타나는 연결부(13)의 좌우 폭 증가 형태는, 도면에서 도시한 바와 같이 일정하지 않을 수 있고, 상부(12)에서 멀어지면서 좌우 폭의 증가가 완만하다가 하부(11)에 가까워지면서 좌우 폭의 증가가 급격해질 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 측면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 정단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박(3)은, 최상부(14)를 더 포함할 수 있다.

최상부(14)는 상부(12)의 상방에 마련된다. 최상부(14)는 전단에서 후방으로 갈수록 좌우 폭이 상부(12) 대비 급격하게 확대되어, 상부(12) 대비 좌우 폭이 뚱뚱한 평단면을 갖는 형태일 수 있다. 또한 최상부(14)는, 전단에서 후단으로 갈수록 좌우 폭이 하부(11) 대비 완만하면서 상부(12) 대비 급격하게 확대될 수 있다.

이때 최상부(14) 역시 전단은 상부(12)의 전단 및 하부(11)의 전단과 연직하도록 마련될 수 있다.

최상부(14)는 흘수가 높이는 부분이 아니므로 조파저항 등의 부가저항에 영향을 주지 않으며, 다만 최상부(14)는 좌우 폭을 확장하여 상갑판의 면적을 넓히는 구성일 수 있다. 즉 최상부(14)를 더 포함하는 본 실시예는, 앞서 설명한 일 실시예와 대비하여 볼 때, 공기저항을 제외한 부가저항의 성능에는 차이가 없을 수 있다.

이하에서는 도 9 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 선박(3)에 대한 성능을 구체적으로 설명하도록 한다.

도 9는 종래의 일반적인 선박과 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 파랑을 비교한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에서의 파랑 중 전진하는 파형을 CFD 해석으로 나타내는 도면이며, 도 11은 종래의 일반적인 선박과 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 선체 압력 분포를 비교한 도면이고, 도 12는 종래의 선박과 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 파형을 비교한 도면이다.

또한 도 13은 종래의 일반적인 선박 대비 종래의 부가저항 저감형 선박 및 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 CFD 해석에서의 저항 감소 비율을 나타낸 도면이며, 도 14는 종래의 선박과 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 모형선박 실험 모습을 나타내는 도면이고, 도 15는 종래의 일반적인 선박 대비 종래의 부가저항 저감형 선박 및 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 모델테스트에서의 저항 감소 비율을 나타낸 도면이다.

이때 (A)는 종래의 일반적인 선박(1)이고, (B)는 본 발명에 따른 선박(3)을 의미한다.

선박(3)의 파랑 중 부가저항을 감소시키는 선형을 개발하기 위하여 우선 고려되어야 할 것은 정수 중에서의 선박(3) 성능이다. 해상이 좋을 때나 해상상태가 나쁠 때 모두 저항이 작은 선박(3)을 개발하는 것이 가장 좋은 방법이지만, 일반적으로 정수 중에서 기 최적화가 된 선형이라면 파랑 중 부가저항을 감소시키기 위해 선형이 변경되면 선박(3)성능이 저하되기 마련이다.

그러나 본 발명은, 파랑 중 부가저항이 줄어드는 선형이면서도 정수 중에서 선박(3)의 성능이 감소하지 않으므로, 선박(3)의 운항 빈도에 따른 프로파일에 따라 총 에너지 효율을 계산할 때 에너지 절감 효과가 보장될 수 있다.

정수 중 선박(3)성능은 CFD 해석 결과 아래 표 1에 나타낸 바와 같이 종래의 일반적인 선박(1)에 비해 본 발명에 따른 선박(3)이 약 99.7%의 저항값을 나타냈다. 즉 본 발명에 따른 선박(3)은 파랑 중 부가저항 감소를 위한 선형임에도 불구하고 정수 중에서 선박(3)성능이 저하되지 않는 선형을 성공적으로 설계하게 되었다고 판단된다. 모형시험을 통해 유사한 결과를 확인하였다.

Hull	CFD(rtm based)
Conventional	100%
Present Invention	99.7%

즉 본 발명은, 정수 중이든 파랑 중이든 어떤 환경에서도 종래의 일반적인 선박(1) 대비 우수한 성능이 유지될 수 있으며, 또한 아래 수학식 1과 같이 흘수, 속도, 운항루트별 연간 해상상태 등을 고려한 운항 빈도별 소요마력을 계산하는 총에너지 소비 측면에서도 종래의 일반적인 선박(1) 대비 진보된 것임을 확인하였다.

여기서 E_Total는 총에너지합, T_max, Tmin은 최대흘수, 최소흘수, Vmax, Vmin는 최대속도, 최소속도 fT,V와 PT,V는 각각의 조건에서의 운항빈도수와 소요마력을 의미한다.

컨테이너선이나 가스운반선과 같이 상대적으로 고속으로 움직이는 선박(3)들은 구상선수의 형상에 따라 속도별, 흘수별 변화가 심하여 운항프로파일을 면밀히 분석하여 빈도별 최적선형설계 포인트를 먼저 결정할 필요가 있다.

반면 저속비대선의 경우 속도에 따른 조파저항의 변화가 선형 특성상 두드러지 않고 특히 VLCC의 경우 일반적인 운항조건이 만재흘수와 경하흘수로 양분화되어 있는데, 이하에서는 두 흘수 조건에서 본 발명의 성능을 모형시험과 CFD를 통하여 검토하였다.

파랑 중 부가저항은 크게 거친 해상상태에서 높은 파고가 선수부(10)의 설계 흘수 부분에 부딪쳐 발생하는 반사파와 파도의 주기 변화와 파고에 따른 선박(3)의 수직동요 응답에 의해 증가하게 된다.

선박(3)이 일반적으로 항해가 가능하고 조우할 수 있는 확률이 높은 단파장구역뿐만 아니라, SWELL과 같은 장파장의 영역에서의 선박(3) 운동에 따른 부가저항의 증감을 알아볼 수 있도록, CFD와 모형시험을 통해 성능을 검토하였다.

구체적으로 STAR-CCM+를 활용하여 CFD 해석을 진행하였으며, 효율적인 격자 배치를 통해 정도 높은 부가저항을 산출하기 위해 노력하였다. 사용된 해석 기법 및 조건은 아래의 표 2와 같다.

Tool	STAR-CCM+ 9.06.009
Simulation model	Icompressible, unsteady
Multi-phase interaction	Volume of Fluid (VOF)
Turbulent model	RANS
Pressure-velocity coupling	Segregated flow model
Unsteady scheme	1st order implicit
Boundary condition	No-slip
Time Step	1/500 period
Wave length ratio (λ/L)	0.3 ~ 1.8

해석 시 입사파 감쇄 최소화를 위해 EOM (Euler Overray Method)를 선수부(10) 앞쪽에 적용하였으며, 선체의 운동을 고려하기 위하여 계산 영역 전체를 병진/회전하는 DFBI(Dynamic Body Fluid Interaction) 기법을 적용하였다.

입사파가 선수파인 경우에 대해서만 해석이 수행되었으므로, 해석 시 상하동요와 종동요를 제외한 나머지 운동은 구속한 상태에서 계산을 수행하였다. 파랑 중 부가저항 계산은 파랑 중 저항에서 정수 중 저항을 감하는 방식을 활용하였으며, 선체 표면 및 공간 격자 생성은 트리머 (trimmed mesh)와 경계층 격자 (prism layer)를 사용하였다.

도 9에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 선박(1)은 라운드형태의 둥근 수선형상을 가짐에 따라 입사파가 유입될 경우 파의 반사가 전진 방향으로도 일어나므로, 추가적인 저항이 발생하는 반면, 본 발명에 따른 선박(3)은 좌우 폭이 날렵한 상부(12)를 가짐에 따라 입사파가 유입될 경우 유체 흐름이 좌우측으로 부드럽게 빠져나가면서 반사파가 발생하지 않거나 파의 반사가 좌우 방향으로 작게 일어나 반사파로 인한 주요 부가저항을 대폭 감소시킨다.또한 실험을 통해 도 11에 도시된 바와 같은 종래의 일반적인 선박(1)과 본 발명의 선박(3)에서 나타나는 선체 압력 분포와, 도 12에 도시된 바와 같은 종래의 일반적인 선박(1)과 본 발명의 선박(3)에서 나타나는 파형을 비교 확인하였다.

실험에 의해 산출된 부가저항은 선형의 차이로 인해 발생하는 효과를 비교하기 위하여 도 13 및 도 15와 같이 종래의 일반적인 선박(1)을 기준으로 한 비율로 나타내었다. 이때 도 13 및 도 15에는, 종래의 일반적인 선박(1) 대비 종래의 부가저항 저감형 선박(2)에 대한 부가저항도 함께 나타냈다.

먼저 도 13과 도 15에서 종래의 부가저항 저감형 선박(2)에 대한 부가저항을 확인하여 보면, 종래의 부가저항 저감형 선박(2)의 경우 만재흘수(design draft)에서는 종래의 일반적인 선박(1) 대비 부가저항의 감소 효과를 얻음을 알 수 있다. 그러나 종래의 부가저항 저감형 선박(2)은, 경하흘수(ballast draft)에서 부가저항 감소 효과가 거의 없거나 오히려 부가저항이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

이에 반해 본 발명에 따른 선박(3)은 만재흘수 상태에서 전 파장 영역에서 종래의 일반적인 선박(1) 대비 부가저항이 저감되는 결과를 얻었으며, 또한 본 발명은 경하흘수 상태에서도, 종래의 일반적인 선박(1) 대비 부가저항 저감 성능이 전 파장 영역에서 뛰어난 것을 확인하였다.

즉 본 발명에 따른 선박(3)은, 종래의 일반적인 선박(1) 대비 만재흘수와 경하흘수 모두에서 부가저항의 감소차이가 뚜렷한 것을 알 수 있다. 따라서, 구상선수를 갖는 선수형상을 유지하면서 부가저항을 저감을 위해 입사각을 대폭 줄일 수 있도록 한 본 발명의 선박(3)의 경우 만재흘수뿐만 아니라 경하흘수에서도 저항이 대폭 줄어듦으로써 전체 운항효율을 대폭 증가시키는 선박으로 평가할 수 있겠다.

이하에서는 도 14에서 나타난 바와 같이 내항성 모형시험을 수행한 결과를 설명하도록 한다. 이 시험을 통해 종래의 일반적인 선박(1)과 본 발명의 선박(3)에 대해 규칙파 중 부가저항을 만재흘수와 경하흘수에서 각각 관찰하고 비교하였다. 모형시험을 위해 결정한 선박(3)의 제원은 다음 표 3과 같다.

Designation		Symbol	Conventional	Present invention
Length between perpendiculars		LBP	322.00	330.00
Breadth		B	60.00	60.00
Depth		D	29.40	29.40
Loaded draft	FP	TF	20.50	20.50
	AP	TA	20.50	20.50
	M	TM	20.50	20.50
Ballast Draft	FP	TF	7.42	7.77
	AP	TA	11.04	11.19
	M	TM	9.23	9.48

모형선은 선수 규칙파 상태에서 두 가지 종류의 적재조건으로 시험되었다. 환경 조건과 시험조건은 아래 표 4에서 나타내었다. 조파는 Flap type 조파기에 의해서 생성되었고 Flap의 조종신호는 사인파에 의해 생성되었다.

Wave length ratio (λ/L)	Wave period (s)	Wave height (m)
0.3	7.96	2.0
0.5	10.28	2.0
0.6	11.26	2.0
0.7	12.16	2.0
0.8	13.00	2.0
0.9	13.79	2.0
1.0	14.54	2.0
1.2	15.93	2.0
1.4	17.20	2.0
1.8	19.51	2.0

도 15는 파랑 중 부가저항 모형시험 결과를 만재흘수와 경하흘수별로 비교하여 나타내었다. 본 발명은 규칙파에서 부가저항 감소 효과가 λ/L≤0.7의 단파장 영역에서 종래의 일반적인 선박(1) 대비 효과적임을 알 수 있었다. 특히 경하흘수 조건에서, CFD에서 보인 바와 같이 본 발명의 선박(3)의 부가저항 감소효과는 뚜렷하게 나타났음을 알 수 있었다. 즉 본 발명의 선박(3)은, 종래의 부가저항 저감형 선박(2)과 대비하더라도 경하흘수에서의 부가저항 감소 효과를 얻을 수 있다는 점에서 운항효율을 극대화한 것이다.

이하에서는 불규칙파에서의 부가저항을 분석하였으며, 불규칙파에서의 부가저항은 ITTC 2파라미터 스펙트럼과 규칙파에서의 모형시험 결과를 바탕으로 아래 수학식 2에 의해서 계산되었다.

여기서 S(ω)는 불규칙파의 스펙트럼밀도를, ω는 주기(rad/s)를 의미한다. 불규칙파의 해상환경조건은 아래 표 5와 같다.

Sea state	Significant wave height, HS(m)	Modal period, TP(s)
4	1.88	8.8
5	3.25	9.7
6	5.00	12.4

이때 만재흘수와 경하흘수에서 각각의 부가저항과 소요마력은 아래 표 6 및 표 7과 같이 나타난다. 표 6은 부가저항이고, 표 7은 소요마력을 나타낸다.

Sea state	Present invention
Sea state	Design draft	Ballast draft
4	-43.9%	-28.4%
5	-42.6%	-27.7%
6	-26.4%	-24.4%

Sea state	Present invention
Sea state	Design draft	Ballast draft
4	-2.4%	-2.5%
5	-7.4%	-8.0%
6	-10.0%	-13.6%

이와 같이 본 발명의 선박(3)은, 종래의 일반적인 선박(1) 대비 sea state 4에서 2.4%, sea state 5에서 7%, sea state 6에서 10%의 소요마력 감소 효과가 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명의 선박(3)은 만재흘수 및 경하흘수 모두에서 부가저항이 종래의 일반적인 선박(1) 대비 대폭 감소한 것을 확인할 수 있는데, 다만 만재흘수 상태와 경하흘수 상태에서 부가저항 감소량이 다소 다르게 나타났으며, 특히 만재흘수 상태에서의 부가저항 감소가 더욱 두드러지게 나타났다.

이와 같이 살펴본 결과, 본 발명의 선박(3)은, 부가저항 감소형 선형을 갖지만 정수 중에서도 선박(3)이 성능이 떨어지지 않으며, 운항 중 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 만재흘수뿐만 아니라 경하흘수에서 파랑 중 부가저항이 감소하도록 선형을 개선하였다. 이는 CFD를 통해 종래의 일반적인 선박(1) 대비 선박(3)성능이 예측되었고, 모형시험을 통해 검증되었다.

또한 본 발명의 선박(3)은, 선박(3)운항 중 현실적으로 조우 가능한 Sea State 6 이하 λ/L≤0.7의 단파장 영역에서 부가저항 감소효과가 종래의 일반적인 선박(1) 대비 크게 나타났는데, 이는 VLCC와 같은 대형 저속비대선에 있어서 본 발명이 갖는 날씬한 상부(12)가 선수부(10) 입사파에 대한 입사각을 줄임으로써 반사파에 의한 부가저항이 현저히 줄어 든 효과라고 판단된다.

또한 본 발명의 선박(3)은, Sea state별 불규칙파에서의 부가저항으로 환산할 때 sea state 4 내지 6에 따라 종래의 일반적인 선박(1) 대비 약 2.9% 에서 44% 정도 부가저항의 감소가 나타났으며, 이는 2.4% 내지 13.6%의 소요마력 절감 효과에 해당한다.

VLCC와 같은 선박(3)은 절반은 경하흘수로 운항하므로 경하흘수에서의 선박(3)성능이 중요한데, 본 발명의 선박(3)은 경하흘수에서도 만재흘수에서 나타난 저항감소 효과를 보여주었다. 따라서 본 발명에 따른 선박(3)은, 종래의 부가저항 저감형 선박(2)과 비교하더라도 뛰어난 운항효율을 갖는다.

즉 본 발명에 따른 선박(3)은, VLCC에서의 부가저항이 장, 단파 모두에서 종래의 일반적인 선박(1) 대비 본 발명이 낮게 나타나, 본 발명은 내항성능이 우수한 것을 확인하였다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 종래의 일반적인 선박
2: 종래의 부가저항 저감형 선박
3: 본 발명의 선박
10: 선수부 11: 하부
12: 상부 13: 연결부
14: 최상부

Claims

선수부를 갖는 선박으로서,
상기 선수부는,
구상선수를 갖는 형태의 선수형상이면서, 상부의 전단이 상기 구상선수가 마련되는 하부의 전단과 연직하게 마련되며,
상기 선수부는,
상기 하부; 및
상기 하부의 상방에 마련되고 전단이 상기 하부의 전단과 연직하며 상기 하부 대비 뾰족한 평단면을 갖고 상단에서 하단까지 좌우 폭이 일정한 상기 상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
삭제
제 1 항에 있어서,
저속비대선인 것을 특징으로 하는 선박.
제 1 항에 있어서, 상기 선수부는,
상기 상부와 상기 하부를 부드럽게 연결하는 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
제 4 항에 있어서, 상기 상부는,
전단에서 후방으로 갈수록 좌우 폭이 완만하게 확대되었다가 급격하게 확대되는 형태인 것을 특징으로 하는 선박.
삭제
제 4 항에 있어서, 상기 하부는,
특정 횡단면을 기준으로 상기 상부 대비 좌우 폭이 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 선박.
제 7 항에 있어서, 상기 하부는,
상기 특정 횡단면을 기준으로 상단에서 하방으로 일정 지점까지 좌우 폭이 일정하고 상기 일정 지점에서 하단까지 좌우 폭이 감소하며, 일정한 좌우 폭이 상기 상부의 좌우 폭 대비 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 선박.
제 8 항에 있어서, 상기 연결부는,
상기 특정 횡단면을 기준으로 상기 상부의 하단에 연결되는 상단에서 상기 하부의 상단에 연결되는 하단까지 좌우 폭이 증가하는 것을 특징으로 하는 선박.
제 1 항에 있어서,
상기 선수부는,
상기 상부의 상방에 마련되며, 상기 상부 대비 뚱뚱한 평단면을 갖는 형태인 최상부를 더 포함하며,
상기 최상부는, 전단이 상기 상부의 전단 및 상기 하부의 전단과 연직하게 마련되는 것을 특징으로 하는 선박.