KR102461779B1 - 선박의 전면의 설계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원양 선박들(seagoing vessels)의 설계에 관한 것으로, 느리게 움직이는 쉽들(ships) 및 바지들(barges)에서부터 활주 속력까지 동작하는 고속 쉽들 및 보트들, 및 또한 세일링 보트들에 이르는 대부분의 선체 유형들에 사용될 수 있다. 본 발명은 선박의 전면의 설계에 관한 것이고 그리고 폭넓은 속력 범위 내에서 선박의 조파 저항을 감소시킬 뿐만 아니라 스프레이 및 쇄파 저항(wave-breaking resistance)을 감소시키거나 제거하는 디바이스에 관한 것이다. 이 디바이스는 전체 또는 부분적으로 수괴에 잠기며 선수 영역에 포지셔닝되는 본체를 포함하는데, 본체는 뒤에 있는 선체와 상호 작용하게 작동한다. 본체는, 본질적으로 수직 평면에서 다가오는 수괴(oncoming water mass)를 배수시키고 그 다음에, 선수 영역에 본질적으로 평행하고 그리고/또는 선수 영역으로부터 멀리 본체의 최상부 표면 상을 통과하는 수괴를 유도하며, 본체 뒤에 있는 이러한 선체 자체는 다가오는 수괴들을 적어도 가능한 정도까지 배수시키도록 설계 및 포지셔닝된다. 따라서, 선박으로부터의 전방 이동에 대해 감소된 저항이 획득된다.

Description

선박의 전면의 설계
본 발명은 원양 선박(seagoing vessel)들의 설계에 관한 것으로, 느리게 움직이는 쉽(ship)들, 리그(rig)들, 바지(barge)들에서부터 활주 속력(planing speed)까지 동작하는 고속 쉽들 및 보트들, 및 또한 세일링 보트들 및 다중 선체 선박들에 이르는 대부분의 선체 유형들에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명은, 선박의 조파 저항(wave resistance)을 감소시킬 뿐만 아니라 스프레이(spray) 및 쇄파 저항(wave-breaking resistance)을 감소시키거나 제거하는 디바이스를 포함하는 선박의 전면(forepart)의 구성에 관한 것이다.
선박이 수괴(water mass)의 표면에서 이동할 때, 다수의 상이한 저항 인자들이 선박의 이동에 대해 작용한다. 배수(displacement) 선박용 개별 컴포넌트들에 대한 저항 계수들이 도 1에 예시된다. 확인될 수 있는 바와 같이, 마찰 저항(CF) 및 조파 저항(CW)이 2개의 주요 인자들이다. 주어진 선박의 경우, 속력이 증가됨에 따라 프루드 수(Froude's number)[FN]가 증가되며, x-축을 따라 표시된다:
Figure 112017070411218-pct00001
뉴턴(Newtons)[N] 단위의 전방 이동에 대한 저항을 획득하기 위해, 저항 계수들(CF 및 CW)에 속력의 제곱(v2)이 곱해진다. 결과적으로, 속력이 증가됨에 따라 조파 저항이 매우 급속히 증가된다.
대부분의 선박들은 선수(bow) 구성을 가지며, 선박이 고속일 때 선박이 만나는 수괴들은 본질적으로 선박의 횡단 방향에서 측방향으로 배수된다. 선박이 수괴들을 통해 이동할 때, 선수의 전방에서 물의 국부적인 감속, 즉, 선체에 대한 상대 물 속도의 감소가 발생한다. 더 나아가, 선체의 폭이 증가되는 경우, 수괴들의 상대적 가속이 발생하는데, 그 이유는 선체의 형상의 결과로서, 물이 측들로, 그리고 가능하게는 선박 아래로 포스 아웃(force out)되기 때문이다. 물 속도의 이러한 상대적 변화들은 파(wave) 형성 및 압력의 변화의 기원이며, 베르누이 방정식에 의해 주어진다:
Figure 112017070411218-pct00002
더 낮은 상대 물 속도는 둘러싸는 수괴들과 관련하여 압력 및 파봉(wave crest)의 증가를 초래하는 반면, 더 높은 상대 물 속도는 더 낮은 압력 및 파곡(wave trough)을 제공한다.
따라서, 선박은 상대 물 속도가 낮은 경우, 파봉을 선박의 전방에 형성한다. 더 나아가, 선체의 폭이 증가되는 경우, 높은 상대 물 속도로 인해 파곡이 생성된다.
선체 아래에서 증가된 물 속도는 또한, 선체 아래에서 더 낮은 압력을 초래하며, 결과적으로 선박의 속력이 증가될 때, 부력의 손실을 초래한다. 이 저항은 조파 저항이라는 용어에 포함된다.
움직이는 선체에 의해 생성되고 그리고 둘러싸는 수괴들로 확산되는 파들은 손실 에너지를 나타낸다. 조파 저항이 일반적으로 구성하는 지속 속력에서 전방 이동에 대한 총 저항의 퍼센트는 선박 유형에 따라 30-70%이고, 속력이 증가됨에 따라 급격히 증가된다.
그러므로, 전방 이동에 대한 선박의 저항을 감소시키기 위해, 조파 저항을 최소화하는 것이 중요하다.
벌브(bulb)
선박으로부터의 전체적인 파 형성을 감소시키기 위해, 소정의 크기의 선박들의 대다수는 오늘날, 이런 저런 형태의 벌브를 구비한다. 벌브는 기본적으로 둘러싸는 수괴들에서 자신의 파의 생성을 야기함으로써 동작한다. 호의적인 파 간섭을 획득하기 위해, 이 파를 선체의 파 시스템과 역위상으로(antiphase) 가능한 한 많이 갖도록 시도된다. 수면(5)의 포지션 및 종래 기술의 벌브로부터의 파 형성의 예시가 도 3a 및 도 3b에 개략적으로 도시된다.
도 3a는 종래 기술에 따른 벌브를 갖는 선박의 측면도이며, 선박은 설계 속력으로 동작된다. 선박의 벌브에 의해 생성된 파 시스템(31)이 선체의 선수 부분에 의해 생성된 파 시스템(32)과 역위상이어서, 그로 인한 파(33) ― 파(33)는 2개의 파 시스템들(31 및 32)의 합임 ― 는 사실상 평탄하다.
속력이 증가됨에 따라 파의 길이가 증가되기 때문에, 따라서, 벌브에 따른 문제점은, 속력이 증가될 때 파곡이 선박에 대해 더 후방에 생성될 것이고, 속력이 감소될 때 더 전방에 생성될 것이라는 점이다. 반면에, 파봉들은 동일한 포인트에서 생성될 것이며, 그러므로 제한된 속력 범위 내에서만, 벌브로부터의 파 및 선박의 선체로부터의 파들이 호의적인 파 간섭을 가질 것이다. 설계 속력 이외의 속력들에서, 벌브 및 선체로부터의 파들은 더 이상 역위상이 아닐 것이다. 이는 도 3b에 도시된 개략적 예시로부터 명확하게 확인될 수 있는데, 여기서 증가된 파 길이는, 선체의 선수 부분에 의해 생성된 파 시스템(32)을 더 이상 페이징 아웃(phasing out)하지 않는 벌브의 파 시스템(31)을 초래하여, 결과적인 파(33)가 증가된다.
실제로, 벌브는 비교적 낮은 속력들, 통상적으로는 FN= 0.23 내지 FN=0.28에서 작용한다. 그러나, 더 높은 속력들에서 파 소멸(wave cancellation)이 발생하도록, 벌브가 선체의 선수 부분의 정면의 훨씬 전방에 포지셔닝되는 선박들이 존재한다. 그러나, 대부분의 선박들의 경우, 선수 부분의 훨씬 더 전방에 벌브를 위치시키는 것은 편의성(expedience)이 거의 없다. FN=0.32의 속력의 경우, 벌브는 선수 영역의 정면에 선체 길이의 대략 ¼에 위치되어야 하며, FN=0.4의 속력의 경우, 벌브는 선수 영역의 정면에 선체 길이의 대략 ½에 위치되어야 한다.
정면에서 확인되는 벌브는 종종 거의 구형이다. 대안적으로, 더 삼각형으로 만들어질 있다. 종래의 벌브들의 상이한 구성들이 도 4a, 도 4b 및 도 4c에 개략적으로 도시된다. 파선(5)은 수면을 표시한다. 모든 벌브들의 공통적인 특징은, 정면 영역 및 폭이 수면 아래의 선체의 정면 영역 및 폭에 비해 작다는 것이다. 게다가, 종래 기술의 벌브들은 대략 1의 폭/높이 비율을 갖는다. 도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 화살표들에 의해 도시되는 바와 같이, 벌브의 포지션 및 구성은, 벌브가 기본적으로, 다가오는 수괴들을 수평면 및 수직면에서 동일하게 배수시킨다는 것을 의미한다.
얇은 조파 플레이트(thin wave-making plate)
2개의 본체들 사이의 파 소멸에 기반하는 다른 알려진 해법들이 또한 존재한다.
조파 플레이트와 선체 사이의 파 소멸에 기반하는 얇은 조파 저부 플레이트를 설명하는 US 4,003,325에 대한 참조가 이루어진다.
US 4,003,325는, 조파 플레이트가 선체 폭의 대략 1/3의 최대 폭을 갖고, 가벼운 적하 상태들 하의 플레이트의 수직 두께가 선수에서 선박의 드래프트(draught)의 1/3만큼 점유할 수 있고, 또한 플레이트가 선체의 저부와 실질적으로 동일 평면 상에 배치되는 것을 개시한다. 따라서, 정면에서 볼 때, 얇은 플레이트의 표면 영역은 수면 아래의 선체의 정면 영역에 비해 매우 작다(최대 대략 11%).
얇은 플레이트 본체의 평면인/곧은 상부 표면, 그것의 제한된 두께, 및 수면 아래의 거리에서 선체 저부와 실질적으로 동일 평면 상에 있는 그것의 포지션이, 단지 작은 정도로만 파를 생성할 것이라는 것, 및 이 파는 따라서, 뒤에 놓이는 선수에 의해 생성되는 선수 파를 페이징 아웃하는 데 단지 작은 정도로만 기여할 것이라는 것이 주목된다.
벌브와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 호의적인 파 간섭에 기반하는 이 해법은 또한, 좁은 속력 범위 내에서 그리고 실제로는 비교적 낮은 속력들에서만 최적화되는 것이 단지 가능할 것이다.
윙 프로파일 형상 플랜지(wing profile-shaped flange)
JPS58-43593U에 대한 참조가 이루어진다.
조파 저항과 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 선체가 수괴를 통과할 때, 선수의 전방의 수괴의 로컬 감속, 즉, 감소된 상대 속도가 발생할 것이다. 수괴의 더 낮은 상대 속도는 압력 증가 및 파봉(선수 파)을 초래한다.
JPS58-43593U의 해법은, 윙 프로파일 형상 플랜지가 수면 아래의 선체 선수 영역 상에 위치된다는 점에서, 선수 영역에 의해 생성된 선수 파의 높이를 감소시키려고 하며, 윙 프로파일의 굴곡된 상부 표면은 증가된 속도 및 결과적으로 윙 프로파일 형상 플랜지의 상부 표면 상의 선수 파에서의 더 낮은 압력을 초래하며, 이는 또한 선수 파의 높이의 감소를 초래한다.
리프팅 포일들
다른 알려진 저항-감소 디바이스들 중에서, 선체를 물 밖으로 들어올리는 수중 리프팅 포일들에 대해 언급이 이루어질 수 있다. 포일의 만곡된 상부 표면에서, 물 속도가 증가하고, 이에 의해 포일의 하부측에서보다 포일의 상부측에서 더 낮은 압력이 형성된다. 따라서, 포일의 상부 표면은 리프트를 생성한다.
도 5a는 포지션(1)에서 더블 라인 화살표 방향으로 초기 속도(V0)로 포일을 향하여 그리고 포일을 가로질러 흐르는 수괴를 도시한다. 포일의 상부 표면으로부터 90 도를 향하는 화살표들은 대략 포지션(3)에서 포일 프로파일의 최대 두께에서 피크 언더프레셔(peak underpressure)를 가지는, 포일의 상부 표면 상의 통상적인 언더프레셔 분포를 표시한다. 베르누이(Bernoulli) 방정식(2)에 따라, 도 5a에 도시된 언더프레셔 분포를 가지는 포일은 대략 포지션(3)의 포일 프로파일의 최대 두께에서 최대 속도(VMAX)에 도달하는 도 5b에 예시된 수괴의 속도 분포를 가질 것이다. 그에 따라서 수괴의 속도는 포지션(2)의 포일의 리딩 에지 약간 뒤로부터 포지션(3)의 최대 프로파일 두께로 증가하고, 그 다음 포지션(3)으로부터, 포일의 후 상부 표면의 포지션(4)을 통하여, 포지션(5)(여기서, 수괴는 다시 자신의 초기 속도(V0)에 도달함)로 물 속도가 감소한다. 이런 특정 압력 및 속도 분포를 달성하기 위하여, 포일은 수면 아래의 충분한 깊이에 배열되어야 한다.
포일이 충분히 잠겨지지 않으면, 포일의 상부 표면에 형성된 부압은 도 7b에 도시된 바와 같은 수면의 파곡을 유발할 것이고, 여기서 파선(5)은, 포일이 존재하지 않을 때 수면을 표시한다. 따라서, 포일은 파들을 생성하고, 차례로 증가된 저항을 생성한다. 파 형성에 더하여, 불충분하게 잠겨진 포일은 더 작은 리프트를 생성할 것이다.
충분히 잠겨진 포일들의 경우에서도, 포일에 의해 생성된 리프트는 리프트 증가에 따라 증가하는 저항을 유발한다. 포일들 자체가 마찰 저항 및 리프트로 인한 저항 둘 모두를 유발하기 때문에, 총 저항의 감소는, 선체가 물로부터 상당히 들어올려질 때만 선체에 대해서 달성될 것이다. 상당한 중량의 선체에 대해, 이것은 그 자체로 다량의 에너지를 요구할 것이고, 따라서 부당할 것이다. 그러므로, 포일들은 고속으로 이동하도록 의도된 비교적 낮은 중량의 선체들에 대한 전방 이동에 대해 더 낮은 저항을 주로 제공할 것이다.
게다가, 수중 포일들이 선박의 모션들에 맞대응하도록 의도될 수 있다는 것이 또한 알려졌다.
게다가, 동적 리프트(포일의 상부 표면상의 언더프레셔로 인한 리프트)에 더하여, 배수 부력(displacement buoyancy)(부력은 포일의 체적으로부터 발생함)을 제공하도록 의도된 약간 충만한 수중의 포일들이 또한 알려졌다. 여기서, US 7,191,725 B2호에 대해 참조가 이루어졌다.
윙 보드(wing board)
선수의 하부 팁(tip) 근처에 장착된 가이딩 윙 보드를 설명하는 JP 1-314686호에 대해 참조가 이루어진다. 가이딩 윙 보드는 조파 저항을 감소시키고 선수 영역의 난류를 억제하기 위하여 설명된다.
JP 1-314686의 도 6a는 윙 보드의 상부 표면에서 압력 분포 및 윙 보드 위의 언더프레셔가 홀로 작용할 때 윙 보드 위 및 뒤의 수면을 어떻게 낮추는지를 도시하고, 또한 이 문헌의 도 7b를 참조한다. 윙 보드의 목적은 선박의 선수 영역의 전면의 수면이 너울지는 것을 방지하는, 즉 선수 영역의 위치에서 파봉 또는 파곡을 만들지 않는 것이다. 이것은 선수의 하부 팁에 윙 보드를 배열하고, 이에 의해 윙 보드의 후면 표면에 강한 부압 구역을 생성함으로써 달성된다.
게다가, 윙 보드의 목적은 JP 1-314686(참조 번호 8로 마킹됨)의 도 5b에 도시된 바와 같은 가이딩 윙 보드로서 작용하는 것이다. JP 1-314686호의 도 5a로부터 알 수 있는 바와 같이, 바람이 유동 방향으로 큰 변화를 생성하는 만곡된 풍동(wind tunnel)(11)으로 불어올 때, 유동은 분리된다. 그러나, 유동의 분리는 JP 1-314686호의 도 5b에 도시된 가이딩 윙 보드(8)의 효과로 인해 감소되거나 방지된다. 그러므로, 총 유동 저항은 감소한다. JP 1-314686호에 따른 윙 보드의 효과는 풍동 내의 가이딩 윙 보드와 정확하게 동일한 것으로 주장된다.
JP1-314686호에 도시된 바와 같이 선박에 장착된 모든 윙 보드들이 항공 분야에서 "팁 와류(tip vortex)"로서 알려진, 상당한 와류 난류를 생성할 것이라는 것이 주목된다. 와류는 포일의 상부 표면 및 하부측(또는 항공기 날개)에서 압력 차이들로 인해 발생한다. 포일의 하부측에서 압력은 포일의 상부 표면에서의 언더프레셔와 등화하도록 시도한다. 그런 와류는 도 8a, 도 8b 및 도 8c(각각 위에서 볼 때의 포일, 측면에서 볼 때의 포일 및 정면에서 볼 때의 포일)의 곡선 화살표들로 예시된다. 와류로 인한 증가된 항력(drag)은 상당할 수 있고 포일의 상부 표면과 하부 표면 간의 압력 차이에 따라 증가한다. 와류에 의해 영향을 받는 물 입자들의 속도 벡터는 윙 보드의 트레일링(trailing) 에지에서 선박들의 주행 방향으로 축을 중심으로 약 90 도 회전하고, 선박의 총 저항에 호의적이지 않다.
결과적으로, JP 1-314686에 따른 윙 보드는 전체 유동 저항을 감소시키는데 기여하지 않을 것이다.
와류 유도 윙(vortex inducing wing)
특허 공개 JP S60 42187A는 선박의 선수에 의해 생성된 쇄파 와류에 대항하여 윙 단부 와류들의 고의적인 생성에 의해 쇄파 저항을 감소시키고자 하는 선박의 선수 전면에 있는 윙 어레인지먼트를 개시한다.
선박이 전방 이동할 때, 선수를 둘러싸는 물의 압력은 증가하여, 선수 파가 생성된다. 이런 선수 파의 파봉이 전방으로 붕괴되면, 이는 쇄파 와류를 생성할 것이다. 특허 공개 JP S60 42187A에 개시된 해법들에서, 선수에서 이런 유도된 쇄파 와류는 흘수선(waterline) 근처에 배열된 윙에 의해 물에 생성되는 회전의 반대 방향을 갖는 윙 단부 와류에 의해 소멸된다. 게다가, 윙은, 선수 쇄파의 발생이 감소되도록, 선수 앞에 수면의 상승을 억제한다. 주장된 결과는 쇄파 저항의 상당한 감소이다.
윙 단부 와류의 생성에 대해, 도 8a, 도 8b 및 도 8c, 및 이 문헌의 더 이전 설명에 대해 참조가 이루어진다.
JP S60 42187A는, 선수 파가 어떻게 억제되는지를 제외하고, 위에서 이미 설명된 것과 동일한 효과를 가지는 제 4 실시예(JP S60 42187A의 도 14 및 15 참조)를 설명한다. 제 4 실시예에서, 윙 본체는, 윙 쪽으로 흐르는 물이 방향을 변경하고, 따라서 쉽의 선수 파와 역위상의 파를 생성하도록 배열된다. 결과적인 파는 상당히 감소된 높이를 가지는 것이 주장된다. 게다가, 또한 이런 윙은 선박에 의해 생성된 쇄파 와류와 역위상의 와류를 생성하도록 설계된다.
따라서, 윙의 목적은 선박의 선수 영역으로부터 쇄파 저항을 감소시키는 것이다.
쇄파 저항[CWB]이 선박의 조파 저항[CW]의 사소한 부분을 구성하는 것이 도 1로부터 자명하다. 파형 저항[CWP]은 단연코 조파 저항[CW]에 대한 주된 원인이다.
본 발명의 목적은 넓은 속력 범위에 걸쳐 전방 이동에 대해 선박의 저항을 감소시키는 전면을 개발하는 것이다. 게다가, 본 발명은 선박의 원양항해 특성들을 개선하고, 또한 종래의 선박들과 비교될 때 더 큰 폭 및 더 짧은 길이의 선박들의 설계를 허용할 수 있다. 위에서 설명된 목적들은 제 1 항에 따른 선박으로 달성된다. 추가 유리한 특징들은 종속항들에서 정의된다.
특히, 본 발명은 선박을 포함하며, 선박은, 선체 ―선체는, 선박이 움직이지않게 놓이고 수괴에서 떠있을 경우, 정면에서 볼 때, 수면 아래 선체의 영역으로서 정의되는 선수 영역을 가짐―, 및 선수 영역 근처에, 예컨대 선수 영역의 상류에 배열되는 하나의(또는 그 초과의) 본체(들)를 포함한다. "움직이지 않게 놓이고"란 표현은 엄격하게 해석되는 것이 아니라, 예컨대, 기류들(currents), 바람 등과 같은 환경적 영향력들(environmental forces)로부터의 작은 이동을 포함하도록 해석되어야 한다는 것이 주목된다. 본체는, 하나의(또는 그 초과의) 리딩 에지(들), 리딩 에지(들)의 하류에 놓이는 하나의(또는 그 초과의) 트레일링 에지(들), 하나의(또는 그 초과의) 하부측(들) 및 하나의(또는 그 초과의) 최상부 표면(들)을 포함한다. 본체의 최상부 표면은, 정면에서 볼 때, 본체의 리딩 에지로부터 본체의 하나의(또는 그 초과의) 외부 윤곽선(들)으로 연장되는 하나의(또는 그 초과의) 전방 최상부 표면(들)을 포함한다. 윤곽선은, 추가 기준으로서, 선박의 주행 방향에서 최상부 표면의 접선들이 수평인 교차 지점들을 따라 라인을 그림으로써 발견될 수 있다. 정면에서 볼 때, 본체의 가장 높은 지점은, 페이로드(payload) 및 밸러스트(ballast) 없이, 선박이 움직이지 않게 놓이고 수괴에서 떠있을 경우 선박의 가장 깊은 드래프트(draught)의 절반보다 높게 로케이팅된다. '본체의 가장 높은 지점'이란 표현은 또한, 최상부 표면 및/또는 하나 또는 그 초과의 가장 높은 평탄한 부분들 상에 몇 개의 가장 높은 지점들이 존재하는 경우를 포함할 수 있다는 것이 주목된다. 페이로드 및 밸러스트가 없는 선박의 가장 깊은 드래프트는, 선박 자체의 연료 탱크들 및 윤활유(lubricating oil) 탱크들이 비어있을 경우 측정되어야 한다. 가장 깊은 드래프트는, 육지 정박(grounding) 없이 선박이 항해할 수 있는 물의 최소 깊이로써 정의된다. 바람직하게, 정면에서 볼 때, 본체의 가장 높은 지점은 선박의 적하 상태들(loading conditions) 중 적어도 하나에서 선박의 가장 깊은 드래프트의 절반보다 높게 로케이팅된다. 보다 바람직하게는, 정면에서 볼 때, 본체의 가장 높은 지점은, 적어도 하나의 적하 상태에서 측정된 선박의 가장 깊은 드래프트의 2/3보다 높게, 보다 호의적으로는 적어도 하나의 적하 상태에서 선박의 가장 깊은 드래프트의 5/6보다 높게, 보다 더 호의적으로는 적어도 하나의 적하 상태에서 선박의 가장 깊은 드래프트의 8/9보다 높게, 예컨대 평온한 흘수선(undisturbed water line)에 또는 이 근처에 로케이팅된다.
선박의 주행 방향에서 본체의 수직 섹션 그리고 선체의 횡단 방향에서 본체의 범위는 추가로, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 선박의 주행 방향을 따라 수직 평면에서 주로(primarily) 배수되는 다가오는 수괴가 본체의 전방 최상부 표면 위에서 본질적으로 층류(laminar flow)를 획득하는 선박의 최저 속력으로 정의되는 하위 설계 속력과 같거나 또는 이보다 높은 선박의 속력으로 본체의 최상부 표면, 바람직하게는 본체의 전방 최상부 표면 전체, 보다 바람직하게는 본체의 전체 최상부 표면 위에서 다가오는 수괴를 배수시키도록, 그리고 본체의 최상부 표면의 구성이 윤곽선 하류의 중력장에서 또는 중력장에 의해 아래에 있는 다가오는 수괴가 가속되는 경우, 다가오는 수괴가 선수 영역으로부터 멀어지게, 또는 본질적으로 선수 영역에 평행하게, 또는 이들의 조합을 유도하는 본체의 트레일링 에지에서의 방향 및 속도를 획득하도록 설계된다. 따라서, 선수 영역 자체는 적어도 가능한 정도로 다가오는 수괴를 배수시킬 것이며, 이는 선수 영역으로부터의 감소된 조파 저항 또는 어떠한 조파 저항도 없게 그리고 선박에 대한 감소된 조파 저항을 발생시킨다. 본원에서의 감소된 조파 저항은 종래의 선수 설계를 갖는 선박들로부터의 조파 저항과 비교할 때 감소된 것을 의미한다. 본 문서 전반에 걸친 하류/상류란 용어는 해당 포지션에서 수괴의 유동 라인을 지칭한다는 것이 주목된다.
유리한 실시예에서, 본체의 최상부 표면은 추가로, 다가오는 수괴가 선수 영역으로부터 멀어지게, 또는 본질적으로 선수 영역에 평행하게 또는 이들의 조합을 유도하는 윤곽선의 하류 방향을 다가오는 수괴가 획득하도록 구성된다. '본질적으로 선수 영역에 평행한'이란 표현은, 선수 영역의 배수 이벤트시, 본체의 최상부 표면 상에 있는 전체 수괴가, 선수 영역이 제거된 경우 있을 수 있는 수괴의 유동 라인에 대해 25도 미만의 공격 각도, 보다 유리하게는 15도 미만의 공격 각도, 보다 더 유리하게는 10도 미만의 공격 각도로, 예컨대 정확히 평행하게 배수되는 것을 의미한다는 것이 주목된다.
또 다른 유리한 실시예에서, 상기 가속은 윤곽선의 상류의 중력장에서 다가오는 수괴의 리프팅을 포함한다.
또 다른 유리한 실시예에서, 본체의 리딩 에지는, 위에서 볼 때, 본체의 가장 큰 폭으로부터 연장한다.
또 다른 유리한 실시예에서, 본체의 리딩 에지는 선수 영역의 상류에 로케이팅된다.
또 다른 유리한 실시예에서, 본체는, 선박이 움직이지 않게 놓이고 수괴에서 떠있을 경우, 본체의 리딩 에지가 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서 수면 아래에 또는 수면에 있도록 배열된다. 본원에서 '~에(at)'라는 단어는 엄격하게 해석되는게 아니라, 리딩 에지가 수면보다 약간 위로 돌출하는 것을 허용하도록 해석된다.
또 다른 유리한 실시예에서, 본체는, 페이로드 및 밸러스트 없이, 선박이 움직이지 않게 놓이고 수괴에서 떠있을 경우, 정면에서 볼 때, 본체의 가장 높은 지점이 선박의 가장 낮은 지점으로 여겨지는 선박의 가장 깊은 드래프트의 3/4보다 높게 로케이팅되도록 포지셔닝된다. 예컨대, 본체의 가장 높은 지점은 수면에 또는 수면보다 높게 로케이팅된다. 선박의 가장 깊은 드래프트가 선박의 방향타, 프로펠러, 본체 또는 선박의 다른 부분에 의해 결정될 수 있다는 것이 주목된다.
또 다른 유리한 실시예에서, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 본체의 윤곽선 및 본체의 리딩 에지는, 다가오는 수괴의 20% 초과가 하위 설계 속력과 같거나 또는 이보다 높은 선박 속력으로 수면 위로 리프팅되도록 포지셔닝된다.
또 다른 유리한 실시예에서, 하나의 수직 섹션에서 볼 때, 본체의 트레일링 에지는 끝이 뾰족하거나(pointed) 또는 거의 끝이 뾰족하거나, 또는 본체의 하부측과 최상부 표면 사이에 마킹된 경계를 야기하는 임의의 다른 형상을 갖는다. 본원에서 '끝이 뾰족한'이라는 용어는 엄격하게 해석되는 것이 아니라, 다소 둔탁하거나 둥근 형상을 또한 허용한다. '끝이 뾰족한'의 또 다른 정의는 또한, 수괴들이 본체를 떠나는 영역에서 어떠한 난류도 생성되지 않거나 또는 최소한의 가능한 난류가 생성되도록 본체의 트레일링 에지가 형상화되는 것일 수 있다. '끝이 뾰족한'의 다른 정의는, 본체의 트레일링 에지가, 수직 섹션에서, 본체의 최대 두께의 5% 미만, 예컨대 3% 미만인 최대 두께를 갖는 것일 수 있다. 대안적으로, 하나의 수직 섹션에서 볼 때, 본체의 트레일링 에지는, 예컨대 특허 공보 US 6,467,422B1 또는 GB 992375A 또는 JP H0656067A 또는 US 4,335,671A에 예시된 하나 또는 그 초과의 하이드로포일들의 트레일링 에지와 같은 하이드로포일의 트레일링 에지와 동일한, 또는 거의 동일한 형상을 가질 수 있다. 이들 모든 특허 공보들이 인용에 의해 포함된다.
또 다른 유리한 실시예에서, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 선체의 주행 방향에서 본체의 범위 및 선박의 주행 방향에서 본체의 수직 섹션은, 하위 설계 속력과 같은 또는 이를 초과하는 선박 속력으로 본체의 최상부 표면 위를 통과하는 다가오는 수괴의 20% 초과가, 보다 유리하게는 30% 초과가, 보다 더 유리하게는 40% 초과가, 보다 더 유리하게는 50% 초과가, 보다 더 유리하게는 60% 초과가, 보다 더 유리하게는 70% 초과가, 보다 더 유리하게는 80% 초과가, 보다 더 유리하게는 90% 초과가, 예를 들어 100%가 선체 아래로 유도되도록, 구성된다. '선체 아래로'라는 표현은, 선박의 주행 방향으로 2개의 수직 평면 사이의 선체 아래에 있으며, 선박을 정면에서 볼 경우, 수면에서 선수 영역의 최대 폭에 대응하는 거리에 이격된 것을 의미한다. 선박의 주행 방향으로의 수직 섹션 구성의 예는, 원하는 속도 벡터가 획득될 때까지, 본체의 트레일링 에지의 포지션을 조정하는 것이다. 이는 본체의 공격 각도를 변경함으로써 달성될 수 있다.
또 다른 유리한 실시예에서, 본체는, 적어도 하나의 통로가 본체와 선수 영역 사이에 형성되도록, 선수 영역으로부터 거리를 두고 배열된다.
또 다른 유리한 실시예에서, 본체의 트레일링 에지는 선수 영역으로부터 거리를 두고 배열되어, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 선체는, 선박의 속력이 하위 설계 속력과 같거나 또는 이를 초과할 경우, 선체 아래로 유도되는 다가오는 수괴의 부분이 상승하는 것을 방지한다. 여기서, 선수 영역으로부터의 트레일링 에지의 거리는 수평 평면에 또는 수직 평면에 또는 이들의 조합으로 있을 수 있다는 것이 주목된다. 추가로, "다가오는 수괴가 상승하는 것을 방지한다"라는 표현은, 이 수괴가 선체에 의해 눌려져서(held down), 선체가 본질적으로, 둘러싸는 수괴들로 퍼지는 파들의 형성들을 방지하거나 감소시키는 것을 의미하도록 의도된다는 것이 추가로 주목된다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 최대 높이(H)에 의해서 나누어지는 본체의 최대 횡단 범위(B)는 정면에서 볼 때, 1.5보다 크지만, 바람직하게는 8.0 미만, 예컨대 4.0이다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 영역은 정면에서 볼 때, 선박의 최대 드래프트에서 선수 영역의 20% 초과, 더 유리하게는 30% 초과, 더욱더 유리하게는 40 내지 100%, 예컨대 50%를 구성한다. 전방에서 볼 때, 본체의 영역은, i) 본체의 최대 단면 영역으로서 또는 바람직하게 ii) 본체의 트림을 또한 고려하여 계산될 수 있다.
다른 유리한 실시예에서, 선박의 주행 방향에서 본체의 수직 섹션은, 선박이 중립적으로 트리밍되고(neutrally trimmed) 자신의 최대 페이로드의 10%로 적하될 경우에는 선체 드래프트의 적어도 40%, 더 유리하게는 선체 드래프트의 적어도 50%, 더욱더 유리하게는 적어도 60%, 더욱더 유리하게는 적어도 70%, 예컨대 선체 드래프트의 75%를 구성하는 수직 평면의 최대 범위를 갖는다. 선박의 주행 방향의 수직 섹션을 따라 본체의 가장 높은 지점으로부터 그것의 가장 낮은 지점을 뺀 것이 수직 평면의 최대 범위로 나타내어진다.
다른 유리한 실시예에서, 본체는 정면에서 볼 때, 선체의 최대 폭의 적어도 3/8, 더 유리하게는 선체의 최대 폭의 적어도 5/8, 더욱더 유리하게는 선체의 최대 폭의 적어도 7/8, 예컨대 선체의 최대 폭의 전체인 정면에서 보았을 때의 최대 횡단 범위를 갖는다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 상부 표면은 상부 표면의 10% 초과, 더 유리하게는 상부 표면의 20% 초과를 구성하는 적어도 하나의 볼록한 부분을 포함한다.
다른 유리한 실시예에서, 선박의 주행 방향을 따라 수직 섹션에서 볼 때 본체의 하부측은 직선이다. 대안적으로, 본체의 하부측은 적어도 하나의 볼록한 부분 또는 적어도 하나의 오목한 부분, 또는 이들의 조합을 갖도록 구성될 수 있다.
다른 유리한 실시예에서, 본체는 선박의 주행 방향에서 비대칭적인 프로파일을 형성한다.
다른 유리한 실시예에서, 윤곽선의 하류의 본체의 상부 표면은, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서 하위 설계 속력에서 또는 그 위에서, 본체의 상부 표면에 전달되는 다가오는 수괴들이 다가오는 수괴들이 선체를 만나기 전에 본체의 리딩 에지의 높이 포지션 밑으로 또는 그 아래로 낮추어지게 하는 구성을 갖는다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 리딩 에지는 위에서 볼 때 직선 형상 또는 만곡된 형상, 또는 이들의 조합을 갖는다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 트레일링 에지는 위에서 볼 때 직선 형상 또는 만곡된 형상, 또는 이들의 조합을 갖는다.
다른 유리한 실시예에서, 선박들 적하 상태들 중 적어도 하나에서 선박의 주행 방향의 수직 섹션 및 선체의 횡단 방향으로의 본체의 범위는 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 선박의 속력에서 본체의 전방 최상부 표면에 걸쳐서 본체의 배수에 의해 야기되는 리프팅된 수괴의 대부분, 즉, 50% 초과를 리딩하도록 설계된다. 본체의 전방 상부 표면에 걸쳐 리딩되는 리프팅된 수괴의 비율에는 따라서 본체의 트레일링 에지에서 수괴의 증가된 속도를 제공하기 위해 상부 표면 윤곽선의 하류에서 활용될 수 있는 포텐셜 에너지가 공급된다. 본원에서는 수괴가 수면 위로 리프팅되지 않는 경우보다 더 높은 속도가 증가된 속도로 나타내어진다는 것을 주목한다. 리프링된 수괴의 비율은 더 유리하게는 60% 초과, 더욱더 유리하게는 70% 초과, 예컨대 80%를 구성할 수 있다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 영역은, 정면에서 볼 때, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 선박의 주행 방향의 2개의 수직 평면들 사이에서 본체 뒤에 로케이팅되고 본체의 최대 폭에 대응하는 거리로 이격되어 있는 선수 영역의 부분의 20% 초과를 구성한다. 더 유리하게는, 상기 표면 영역은 30% 초과, 더욱더 유리하게는 40% 초과, 더욱더 유리하게는 50% 초과, 더욱더 유리하게는 60% 초과, 더욱더 유리하게는 70% 초과, 더욱더 유리하게는 80% 초과, 예컨대 90%를 구성한다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 횡단 범위 및 수면과 관련한 본체의 포지션은, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 선박의 속력으로 본체의 상부 표면을 지나가는 다가오는 수괴의 대부분, 즉, 50% 초과가 둘러싸는 수괴들과 분리되도록 선택된다. 이러한 종류의 분리는 분리된 수괴가 둘러싸는 수괴들에서의 상당한 압력 강하 및 파 형성 없이도 가속될 수 있다는 것을 결과적으로 제공할 것이다. 둘러싸는 수괴들로부터 분리된 다가오는 수괴의 상기 비율은 더 유리하게는 60% 초과, 더욱더 유리하게는 70% 초과, 더욱더 유리하게는 80% 초과, 예컨대 100%를 구성할 수 있다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 하부측은, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 선박의 속력으로 동적 리프트를 제공하도록 형상을 이루거나 그리고/또는 각도를 이루며, 그로 인해서 본체는 선박이 움직이지 않고 놓여 있고 수괴에 떠있을 때와 비교하여 불변하거나 또는 거의 불변하는 부력을 획득한다.
다른 유리한 실시예에서, 수면에 대한 본체의 수직 포지션은, 적어도 하나의 적하 상태에서, 선박의 주행 방향 및 본체의 코드 라인(chord line)에 대해 90도를 따라 측정되는 본체의 최대 두께 하류의 본체의 상부 표면에서의 다가오는 수괴가 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 선박의 속력에서 본질적으로 일정하거나 또는 증가하는 속도를 획득하게 한다.
다른 유리한 실시예에서, 수면에 대한 본체의 수직 포지션은, 다가오는 수괴의 압력이 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 선박의 속력에서 외부 윤곽선 하류의 상부 표면 위에서 본질적으로 일정해진다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 단면 영역은 정면에서 볼 때, 본체의 횡단 방향에서 둘레부 쪽으로 높이가 감소하고 있고, 그로 인해서 본체의 하부측에서의 압력 증가 및 본체의 상부 표면에서의 압력 증가가 본체의 둘레부들에서 본질적으로 동일하여, 와류들의 생성을 억제시킨다.
다른 유리한 실시예에서, 본체의 각각의 횡단 측에서의 둘레부는 선박의 주행 방향을 따라 본체의 대부분, 즉, 50% 초과에 걸쳐 연장하는 플레이트를 포함하는데, 그 플레이트의 기하학적 형상은 본체의 하부측에서의 압력이 본체의 상부 표면에서의 압력에 어떤 영향도 주지 않거나 대수롭지 않은 영향을 주도록 설계되어, 와류들의 생성을 억제시킨다. 플레이트들은 대안적으로 본체의 대부분에 걸쳐 본체의 둘레부들의 곡률, 또는 이들의 조합을 따른다. 플레이트들은 수직으로, 즉, 수직 방향으로 메인 컴포넌트와 지향될 수 있다. "수직"이란 용어는 본원에서, 본체가 선박의 선수 영역에 포지셔닝된 이후에 본체의 횡단 방향에 직교하는 방향으로서 정의된다.
다른 실시예에서, 본체는 선수 영역에 통합된다.
다른 실시예에서, 본체는 본체의 횡단 범위의 적어도 20%, 바람직하게는 본체의 횡단 범위의 적어도 30%, 더 바람직하게는 적어도 40%, 예컨대 100%에 걸쳐, 선박의 주행 방향에서 볼 때 본체의 리딩 에지 및/또는 본체의 트레일링 에지 쪽으로 테이퍼링 섹션을 갖도록 구성된다.
다른 실시예에서, 본체는 그 위에 적어도 하나의 포일이 장착되는데, 그 적어도 하나의 포일은, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 선박의 속력으로 동적 리프트를 제공하며, 그로 인해서 본체는 선박이 움직이지 않고 놓여 있고 수괴에 떠있을 때와 비교하여 불변하거나 또는 거의 불변하는 부력을 획득한다.
다른 실시예에서, 본체의 상부 표면은, 선박의 주행 방향을 따른 수직 섹션에서 볼 때, 적어도 하나의 볼록한 부분 및 적어도 하나의 오목한 부분을 포함한다.
다른 실시예에서, 본체는, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 하위 설계 속력 또는 그 초과에서, 본체의 하부측에서의 물 가속으로부터 비롯되는 부압이, 본체의 최상부 표면으로부터의 다가오는 수괴에 의해 본체의 트레일링 에지에서 완전히 또는 상당한 정도로 중화되도록, 구성된다.
다른 실시예에서, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 하위 설계 속력 또는 그 초과에서, 본체의 최상부 표면 위로 안내되는 다가오는 수괴는 본체의 트레일링 에지에서 초임계 유동을 형성한다.
다른 실시예에서, 본체는, 그 전방 부분에서, 하위 설계 속력 초과에서 본체의 상류에 압력 파를 단지 약간 형성하도록, 형상화된다.
다른 실시예에서, 본체는, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 하위 설계 속력 또는 그 초과에서, 정지된 파곡이 선박의 폭의 20-100 %, 더 유리하게 30-100 %, 더욱 더 유리하게 40 % 초과, 더욱 더 유리하게 60 % 초과, 예컨대 100 %를 따라서 본체의 트레일링 에지에 형성되도록, 형상화된다. 다른 실시예에서, 본체의 가장 낮은 포인트는, 예컨대, 페이로드 없이 그리고 밸러스트 없이, 선박의 적하 상태들 중 적어도 하나에서 선체의 가장 깊은 드래프트의 2/3와 3/2 사이에 해당하는 수면 아래에 거리를 두고 로케이팅된다.
다른 실시예에서, 본체는, 선박의 주행 방향으로 본체의 길이의 적어도 20 %에 걸쳐서, 예컨대, 본체의 길이의 적어도 50 %에 걸쳐서 횡단 방향으로 본체의 둘레부 쪽으로 테이퍼링 섹션을 가지며 형성된다.
하위 설계 속도의 대안적인 정의는, 증가하는 속도에서, 다가오는 수괴의 유동 특성이, 본체의 전방 최상부 표면에서 본질적으로 난류 유동으로부터 본질적으로 층류 유동로 변화하는 속도이며; 도 20a 및 20b를 각각 참조한다.
하위 설계 속력의 다른 대안적인 정의는, 본체의 전방 최상부 표면에 대한 다가오는 수괴의 평균 속도가 선박의 속력 보다 현저하게 낮지 않은 속력이며; 도 20b를 참조한다. 도 20a에서, 본체의 전방 최상부 표면의 상기 평균 속력은 현저히 더 낮다.
하위 설계 속도의 다른 대안적인 정의는, 다가오는 수괴의 평균 속도가, 현저하게 더 낮은 것(도 20a 참조)으로부터 본체의 전방 최상부 표면에서의 선박의 속력과 대략적으로 동일한 것(도 20b 참조)으로 변화하는 속도이다.
하위 설계 속도의 다른 대안적인 정의는, 선박의 에너지 소비가 뚜렷한 하락을 겪는 선박의 속력이다. 여기서, 도 2의 그래프에 주어지는 모델 테스트들로부터의 결과들에 대한 참조가 이루어지며, 테스트 B에서의 모델 보트는 약 0.99 m/s의 속력에서 전방 이동에 대한 저항의 뚜렷한 하락을 겪는 것으로 추정된다. 이러한 추정은, 도 20a 및 도 20b에 도시된 바와 같은 유동 패턴의 변화와 유사한 유동 패턴의 변화의 시각적 알들에 기초하며, 테스트 B에서의 이러한 변화는 1.00 m/s 바로 미만에서 발생하였다.
본체 및/또는 선체 주위에서의 임의의 유체 유동 패턴들, 즉 유체 유동 방향들 및/또는 유체 속도들은 다수의 측정 기법들에 의해 알 및 결정될 수 있음을 주목한다. 이러한 측정 기법들의 예들은, 본체 및 선체를 통과하는 물에서의 착색제들의 사용 및/또는 (범선들에 대한 돛들에서 사용되는 바와 같은) 선체에 그리고/또는 본체에 부착되는 경량 스레드들의 사용이다. 이러한 측정 기법들은 유체 유동 데이터 시뮬레이션들로 보완되거나 또는 이러한 시뮬레이션들로 대체될 수 있다.
본 발명의 일반적인 작동 모드
본 발명은 유선형(streamlined) 본체를 포함하며, 이러한 본체는 적어도 하나의 적하 상태에서, 선박이 움직이지 않으면서 놓여있을 때 수괴에 완전히 또는 부분적으로 잠기며, 뒤 선체의 앞에 포지셔닝되며, 본체는 뒤 선체와 상호작용하면서 워킹한다. 본체는, 수직 평면에서 다가오는 수괴들을 본질적으로 배수(displace)시킨 다음 수괴를 뒤 선체의 측들 아래로 그리고/또는 그러한 측들 쪽으로 안내하도록 형성 및 포지셔닝되며, 그에 따라, 본체 뒤에 놓이는 선체 자체는 다가오는 수괴들을 가능한 최소의 범위로 배수시킨다.
따라서, 전술한 목적들이 달성되는 바, 즉,
1) 감소된 조파 저항; 및/또는
2) 감소된 또는 제거된 스프레이 및 쇄파 저항을 통해,
선박은, 넓은 속력 범위에 걸쳐서, 전방 이동에 대한 그 저항을 감소시킨다. 또한, 선박의 항해 특성들이 개선된다.
다가오는 수괴들이 선체 아래로 안내되는 특정 실시예에 대한 본 발명의 일반적인 작동 모드, 및 본체와 선체 간의 상호작용이 도 9a 및 도 9b의 도움으로 본 섹션의 나머지 부분에서 설명된다. 수면의 포지션은 파선에 의해 도시된다.
본 발명은, 선박이 전술된 하위 설계 속도 초과에서 작동할 때, 선박의 전방 이동에 대한 저항을 감소시킨다. 하위 설계 속력 초과에서, 본 발명은 선체 앞에 넓은 유선형 본체를 포지셔닝함으로써 선체의 폭의 넓은 부분을 따라 파곡의 형성을 야기한다. 파곡의 저부는 본질적으로, 본체의 정의된 트레일링 에지에 의해 결정된다.
파곡은, 다가오는 수괴의 상당 비율을 본체의 리딩 에지 위로 배수시킴으로써 생성되며, 이러한 수괴는 본체의 곡선 최상부 표면 위로 가속된다. 수괴의 전체 또는 부분들은, 바람직하게는 수면 위로 리프트된다. 본체의 후방 최상부 표면에서, 수괴는 중력장으로 낮춰지고 본체의 트레일링 에지에서 선박과 관련하여 증가된 상태 속도를 얻는다. 본체의 최상부 표면 상의 수괴가 본체의 트레일링 에지에서의 상대 속도를 증가시킴에 따라, 수직 평면에서의 수괴의 범위가 감소될 것이다. 이는, 본체의 트레일링 에지에서의 수괴의 상대 벡터와 함께, 파곡을 형성한다.
본체의 프로파일 및 그 횡단 범위 때문에, (본체의, 다가오는 수괴들의 배수로 인한) 본체의 앞에서 리프트되는 수괴의 주요 부분은, 파들로서 주위의 수괴들로 빠져나가는 대신에 본체의 최상부 표면 위로 안내될 것이다. 본체의 최상부 표면 위로 안내되는 수괴 전체는 가속되며, 주위의 수괴들로부터 큰 정도로 격리될 것이다. 따라서, 본체의 최상부 표면에서의 다가오는 물의 배수 및 물 속도의 변화는, 본체 뒤에 생성되는 의도되는 파곡을 넘는 주위의 수괴들 내의 파들을 단지 작은 정도로 초래한다.
본체의 하부측은, 전면이, 속력을 내는 동안 가능한 최소한의 범위로 드래프트의 변화를 겪도록, 본체의 최상부 표면 위로 통과하는 수괴들로부터의 중량의 전체 또는 부분들을 밸런싱하도록 형상화되고 그리고/또는 각도를 이룬다.
선체 선수 영역이, 본체의 후방 에지에 생성되는 파곡에 로케이팅되며, 그에 따라, 선수 영역 자체는 본체에 의해 배수되는 수괴들을 배수시키지 않는다. 선수 영역은, 속력을 내는 동안, 건조한 채로 또는 기본적으로 건조한 채로 유지된다. 또한, 선박의 선체는 본체에 의해 생성되는 파곡이 상승하는 것을 방지함으로써, 파곡이 파들로서 주위 수괴들에서 추가로 전파되는 것을 막는다.
다가오는 수괴를 선수 영역으로부터 멀리 안내하도록 파곡을 형성하기 위해 본체 상에 가해지는 힘은, 선박에 대한 저항을 초래할 것이다. 하지만, 이는 적절히 설계된 본체가, 통상의 설계의 선박 상에 가해지는 조파 저항보다, 선박 상에 더 적은 저항을 가하게 될 경우이다.
파들에서 속력을 내는 동안, 본체는 선박에 대한 피칭 움직임들에 맞대응함으로써 스태빌라이저의 역할을 한다. 다가오는 파들은 본체의 최상부 표면에 의해 큰 정도로 평탄해지고, 선수 영역에 대한 슬래밍(slamming)을 초래하지 않으면서 선수 영역 아래로 안내될 것이다. 본체의 최상부 표면 상의 파봉들의 중량은 선박을 짓누르고자 시도할 것이며, 그에 따라, 파봉은 통상의 선수의 경우와 동일한 방식으로 배수 부력을 야기하지 않을 것이다. 유사하게, 파곡은 본체의 최상부 표면에서의 수괴의 중량을 감소시킬 것이다.
본체는 또한 본체의 후방 최상부 표면의 중력장에서 파봉들이 낮아지는 경우 또는 선박의 선체 하에서 도달되는 수괴의 증가된 속력에 따라 다가오는 파봉들이 전방 이동에 대해 표현하는 포텐셜 에너지의 부분들을 활용할 수 있을 것이다.
선박의 항해 특성들이 개선되기 때문에, 파들은 파들에 있는 선박의 속력을 더 적은 정도로 제한할 것이다.
수반되는 물리학 및 본 발명이 작용하는 방법을 이해하는 것을 돕기 위해, 본 발명에 대한 경우에서와 같이 수면에 근접하게 로케이팅된 포일의 최상부 표면을 통과하는 수괴의 속도 분포는 수면 아래에 더 깊이 로케이팅된 동일한 포일과 기본적으로 상이할 것임을 주목해야 한다. 도 6a 및 도 6b가 이를 예시하는 것을 도울 수 있다. 도 6a에서, 본질적으로 도 5a에 도시된 포일과 동일한 형상을 갖는 프로파일에 걸쳐 공기에서의 볼 롤링(ball rolling)이 도시된다. 볼은 포지션 1에서 및 포지션 2의 프로파일 "리딩 에지"에서 초기 속도(V0)를 갖는다. 중력으로 인해, 속도는 볼이 포지션 3의 본체 프로파일의 가장 두꺼운 부품에서 최소 속도(Vmin)에 도달할 때까지 점진적으로 감소된다. 포지션 3으로부터, 프로파일의 후방 최상부 표면의 포지션 4를 통해, 포지션 5까지, 볼이 속도는 초기 속도(V0)가 포지션 5에서 재획득될 때까지 증가한다. 도 6b는 포지션 1 내지 5에서 볼의 속도(V)를 도식적으로 예시한다. 도 6b를 도 5b(충분히 수중의 포일)와 비교하는 경우, 2개의 예들의 속도 분포는 기본적으로 상이함을 알 수 있다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 더블 라인 화살표의 방향에서 포일에 대해 초기 속도(V0)로 흐르는 수괴의 스트림라인들을 개략적으로 예시한다. 직선 수면(5)이 도에 표시된다.
- 도 7a에서, 본체는 수면 아래에서 깊이 수중에 있다. 따라서, 포일은 리프트를 생성하고, 포일의 최상부 측을 통과하는 수괴의 속도는 포일 프로파일의 가장 두꺼운 부품으로부터 포일의 트레일링 에지를 향해 감소하고 있다.
- 도 7b에서, 본체는 수면 아래 중간 위치에서 수중에 있다. 포일은 여전히 리프트를 생성하고, 포일의 최상부 측을 통과하는 수괴의 속도는 포일 프로파일의 가장 두꺼운 부품으로부터 포일의 트레일링 에지를 향해 여전히 감소하고 있다. 따라서, 표시된 바와 같이 수면의 파곡에서 포일의 최상부 측의 언더프레셔가 생성된다.
- 도 7c에서, 본체는 수면에 또는 그에 근접하게 로케이팅된다. 포일의 최상부 표면의 이러한 어레인지먼트에 있어서, 리프트는 생성되지 않고, 포일의 최상부 측을 통과하는 수괴의 속도는 포일 프로파일의 가장 두꺼운 부품으로부터 포일의 트레일링 에지를 향해 증가하고 있고, 여기서 수괴는 트레일링 에지에서 초임계 유동을 형성할 수 있다.
종래 기술과의 차이점들
위의 설명을 참조하여, 본 발명은 하기 영역들에서 종래 기술과 상이하다:
벌브:
1. 벌브는, 주어진 속력에서 선체의 파 시스템에 대한 역위상으로 가능한 한 큰 둘러싸는 수괴들에서 파를 생성하도록 설계된다. 그러나 본 발명은, 선체 폭의 큰 부분에서, 그리고 선수 영역 자체가 가능한 한 적은 물을 대체하도록 선체 선수 영역이 로케이팅되는 위치에서, 선박의 속력과 독립적으로, 정지 파곡을 생성하도록 설계된 선박의 더 하위 설계 속력 위에 있다.
2. 벌브는 좁은 속력 범위 내에서 작용하는 한편, 본 발명은 넓은 속력 범위에 걸쳐 작용한다.
3. 벌브는 실시 시에 벌브와 선체 뒤 사이의 거리에 의해 결정되는 더 낮은 속력들에서만 작용하는 한편, 본 발명은 또한 본체가 추가로 전방으로 이동됨이 없이 더 높은 속력들로 기능한다.
4. 벌브를 갖는 선박의 경우, 정면에서 볼 때 벌브의 제한된 영역으로 인해 다가오는 수괴들을 배수시키는 것은 본질적으로 선박의 선수 영역일 것인 한편, 본 발명의 경우, 다가오는 수괴들의 전부 또는 상당 부분을 배수시키고 이들을 선수 영역으로부터 멀리 이끄는 것은 본체이다.
5. 벌브는 수직 평면에서와 대략 동일하게 큰 수괴들을 수평 평면에서 배수시킬 것인 한편, 본 발명에 따른 본체는 본질적으로 수직 평면에서 수괴들을 배수시키는데, 이는 본체가 정면에서 볼 때의 벌브보다 실질적으로 더 큰 폭/높이 비를 갖기 때문이다.
6. 벌브는, 정의된 트레일링 에지를 갖는 본체와 달리 정의된 트레일링 에지를 갖지 않는다.
7. 본 발명과 달리 벌브는, 선수 영역 자체가 가능한 한 적은 물을 배수시키도록, 선수 영역으로부터 멀리 그리고/또는 선수 영역에 본질적으로 평행하게 물 입자들을 이끄는 이의 트레일링 에지에서의 속도 및 방향을 이의 최상부 표면에 걸쳐 통과하는 물 입자들에 부여하도록 설계되지 않는다.
얇은 조파 플레이트(US 4,003,325):
1. US 4,003,325호에 따른 얇은 플레이트는 주어진 속력에서 선체의 선수 파에 대한 역위상으로 가능한 한 많은 둘러싸는 수괴들에서의 파를 형성하도록 구성된다. 한편, 본 발명은, 선수 영역 자체가 가능한 한 적은 물을 대체하도록 선수 영역이 로케이팅되는 선체 폭의 큰 부분에서, 선박의 속력과 독립적으로, 정지 파곡을 생성하도록 설계된 선박의 더 하위 설계 속력 위에 있다.
2. US 4,003,325에 따른 얇은 플레이트는 좁은 속력 범위 내에서 작용하는 한편, 본 발명은 넓은 속력 범위에 걸쳐 작용한다.
3. US 4,003,325에 따른 얇은 플레이트는 실시 시에 얇은 플레이트의 리딩 에지와 선체 뒤 사이의 거리에 의해 결정되는 더 낮은 속력들에서만 작용하는 한편, 본 발명은 또한 본체가 추가로 전방으로 이동됨이 없이 더 높은 속력들에서 작용한다.
4. US 4,003,325에 따른 얇은 플레이트를 구비한 선박의 경우, 정면에서 볼 때 얇은 플레이트의 제한된 영역으로 인해 다가오는 수괴들을 배수시키는 것은 본질적으로 선박의 선수 영역일 것인 한편(첨부된 도 5에 의한 US 4,003,325 참조), 본 발명의 경우, 다가오는 수괴들의 전부 또는 상당 부분을 배수시키고 이들을 선수 영역으로부터 멀리 이끄는 것은 본체이다.
5. US 4,003,325에 따른 얇은 플레이트는 곧고/평면인 최상부 표면을 갖는다. 따라서, 플레이트의 곧고/평면인 최상부 표면은 얇은 플레이트의 최상부 표면 상을 통과하는 수괴를 가속하지 않을 것이다. 한편, 본 발명에 따른 본체는 본체의 최상부 표면 상을 통과하는 물을 가속하도록 구성되는 최상부 표면을 가질 것이다.
6. 정면에서 볼 때 US 4,003,325에 따른 얇은 플레이트의 가장 높은 지점은, 본 발명에 따른 본체와 달리 페이로드 없이 및 밸러스트 없이 선박이 움직이지 않고 놓여있고 수괴에서 떠있을 경우, 선박의 가장 깊은 드래프트의 절반보다 낮게 로케이팅된다.
7. US 4,003,325에 따른 플레이트의 곧고/평면인 최상부 표면은 오직 이의 최상부 표면 상에서 통과하는 수괴를 매우 제한된 정도로만 제어할 수 있지만, 한편 본체의 최상부 표면의 1차 오브젝트는, 본체의 최상부 표면 상의 수괴가 본체의 트레일링 에지에서 제어되고 원하는 속도 벡터가 주어지도록 구성되어야 한다.
8. 본 발명과 달리 US 4,003,325에 따른 얇은 플레이트는, 선수 영역 자체가 가능한 한 적은 물을 배수시키도록, 선수 영역으로부터 멀리 그리고/또는 선수 영역에 실질적으로 평행하게 물 입자들을 이끄는 이의 트레일링 에지에서의 속도 및 방향을 물 입자들에 부여하기 위해 이의 최상부 표면이 최상부 표면을 통과하는 물 입자들을 가속하도록 구성되지 않는다.
윙 프로파일 형상 플랜지(JPS58-43593U):
1. JPS58-43593U에 따른 윙 프로파일 형상 플랜지는 윙 프로파일의 상부 표면에서 선수 파 증가된 속도를 형성하는 수괴를 제공함으로써 선박의 선수 영역에 의해 이미 형성된 선수 파의 높이를 감소시키도록 추구한다. 반면에, 본 발명에 따른 본체는 수괴를 선수 영역으로부터 떨어져 안내하고 그리고/또는 수괴가 선수 영역과 만나기 전에 선수 영역과 본질적으로 평행하는 속도 및 방향을 자신의 트레일링 에지에서 수괴에 전하도록 구성되어, 선수 영역 자체가 가능한 적게 물을 배수시킨다.
2. JPS58-43593U의 설명은, 윙 프로파일의 크기가 제한된다는 것을 의미하는 용어 "윙 프로파일-형상 플랜지"를 사용한다. JPS58-43593U에 따라, 다가오는 수괴들을 배수시키는 것은 주로 선박의 선수 영역이고, 윙 프로파일 형상 플랜지는 선박이 배수시켜야 하는 다가오는 수괴들의 작은 부분만을 배수시킨다(비교, 부속의 도 3을 갖는 JPS58-43593U). 반면에, 본 발명의 경우에, 본체는 다가오는 수괴들 전부 또는 상당한 비율들을 배수시키고, 그들을 선수 영역으로부터 떨어져 안내한다.
3. 윙 프로파일-형상 플랜지의 상부 표면은, 선수 영역에 인접하게 놓이는, 전방에서 볼 때, 외부 윤곽선을 갖는다(비교, 부속의 도 3 및 도 1을 갖는 JPS58-43593U). 따라서, 플랜지의 상부 표면 위를 통과하는 수괴는, 본 발명과 대조적으로, 이러한 윤곽선의 중력장 하류에서 하강될 수 없다.
4. JPS58-43593U에 따라, 윙 프로파일-형상 플랜지의 상부 표면은, 상부 표면 위를 통과하는 다가오는 수괴가, 본 발명의 적어도 하나의 실시예와 달리, 수괴를 선수 영역으로부터 떨어져 안내하고 그리고/또는 선수 영역과 본질적으로 평행하는 윤곽선의 방향 하류를 획득하도록 구성되지 않는다.
5. JPS58-43593U에 따라, 윙 프로파일 형상 플랜지의 리딩 에지는 정확히 플랜지의 최대 폭으로 연장된다. 따라서, 윙 프로파일 형상 플랜지는 정의된 트레일링 에지를 갖지 않는다.
리프팅 포일(예컨대, US 7,191,725 B2)
1. US 7,191,725 B2의 해법은 리프트("리프팅 본체")를 생성하도록 구성된 본체들을 설명한다. 본 발명에 따른 본체의 목적은 리프트를 생성하는 것이 아니라, 선수 영역에서 파들의 형성을 방지하는 것이다.
2. US 7,191,725 B2의 해법은 고속 동안에 선박의 드래프트를 감소시켜서 선박의 전체 저항이 감소되는 리프트를 생성한다. 따라서, 본 발명에 따른 본체는 선박의 전체 저항을 감소시키기 위해 고속 동안에 선박의 드래프트를 감소시키도록 구성되지 않는다.
3. US 7,191,725 B2에 따른 리프팅 본체를 갖는 선박에 대해, 선수 영역에 대해 전방 및 자신의 로케이션에서 볼 때 리프팅 본체의 제한된 영역으로 인해 다가오는 수괴들을 배수시키는 것은 주로 선박의 선수 영역일 것이고, 반면에 본 발명의 경우에, 다가오는 수괴들의 상당한 비율을 배수시키고 그들을 선수 영역으로부터 떨어져 안내하는 것은 본체이다.
4. US 7,191,725 B2에 따라, 전방에서 볼 때, 리프팅 본체의 가장 높은 지점은, 본 발명에 따른 본체와 달리, 페이로드 없이 그리고 밸러스트 없이, 선박이 움직이지 않게 놓이고 수괴에서 떠있을 때, 선박의 가장 깊은 드래프트의 절반보다 더 아래에 위치된다.
5. US 7,191,725 B2에 따른 리프팅 본체는, 본 발명과 달리, 선수 영역 자체가 가능한 적은 물을 배수시키도록, 물 입자들을 선수 영역으로부터 떨어져 안내하고 그리고/또는 본질적으로 선수 영역에 평행하는 자신의 트레일링 에지에서의 속도 및 방향을 자신의 상부 표면 위를 통과하는 물 입자들에 전하도록 구성되지 않는다.
6. US 7,191,725 B2에 따른 리프팅 본체의 상부 표면에서의 수괴는 자신의 후방 최상부 표면 위에서 감소하는 속도를 가질 것이다(비교, 도 7a 및 b). 본 발명에 따른 본체의 상부 표면에서 수괴는 자신의 후방 최상부 표면 위에서 증가하는 속도를 가질 것이다(비교, 도 7c).
윙 보드(JP 1-314686):
1. JP 1-314686에 따른 윙 보드는 윙 보드의 후면에서 강한 부압 구역을 획득하기 위해 수면 아래에 충분한 깊이에 로케이팅된다. 이것은, 본체의 상부 표면이 본체의 상부 표면에서 실질적인 언더프레셔를 회피하기 위해 수면에 대해 충분히 높게 위치되는 본 발명과 대조적이다.
2. JP 1-314686에 따른 윙 보드는 선체의 선수 영역에 의해 생성된 오버프레셔(overpressure)를 등화시킬 수괴에서 강한 언더프레셔를 생성하도록(즉, 파봉을 생성하지 않고 파곡을 생성하지 않도록) 설계 및 위치된다. 대조적으로, 선박의 하위 설계 속력 위에서, 본 발명에 따른 본체는 선체의 폭의 상당한 부품에서, 선박의 속력과 독립적으로, 정지 파곡을 생성하도록 설계되고, 여기서 선수 영역은 선수 영역 자체가 가능한 적게 물을 배수시키도록 배열된다.
3. JP 1-314686에 따른 윙 보드는, 본 발명에 따른 본체와 대조적으로, 페이로드 없이 그리고 밸러스트 없이, 선박이 움직이지 않게 놓이고 수괴에서 떠있을 때, 선박의 가장 깊은 드래프트의 절반보다 더 낮게 로케이팅된다.
4. JP 1-314686에 따른 윙 보드를 갖는 선박에 대해, 전방에서 볼 때 윙 보드의 제한된 영역으로 인해 다가오는 수괴들을 배수시키는 것은 본질적으로 선박의 선박 영역일 것이다. 반면에, 본 발명의 경우에, 다가오는 수괴들의 전부 또는 상당한 비율을 배수시키고 그들을 선수 영역으로부터 떨어져 안내하는 것은 본체이다.
5. JP 1-314686에 따른 윙 보드는 상당한 와류를 생성할 것이다. 본 발명에 따른 본체는, 와류가 생성되지 않거나 가능한 가장 작은 범위로 생성되는 그러한 방식으로 설계 및 배열된다.
6. 본 발명과 대조적으로, JP 1-314686에 따른 윙 보드는, 선수 영역 자체가 가능한 적게 물을 배수시키도록, 물 입자들을 선수 영역으로부터 떨어져 안내하고 그리고/또는 선수 영역과 실질적으로 평행하는 자신의 트레일링 에지에서의 속력 및 방향을 자신의 상부 표면 위를 통과하는 물 입자들에 제공하도록 설계되지 않는다(참조, 또한 JP 1-314686에 의해 생성된 와류).
7. JP 1-314686에 따른 윙 보드의 상부 표면에서 수괴는 자신의 후방 최상부 표면 위에서 감소하는 속도를 가질 것이다(비교, 도 7b). 본 발명에 따른 본체의 상부 표면에서 수괴는 자신의 후방 최상부 표면 위에서 증가하는 속도를 가질 것이다(비교, 도 7c).
와류 유도 윙(JP S60 42187A):
1. JP S60 42187A의 해법에 따른 윙은 쉽의 선수에 의해 생성된 쇄파 와류에 대한 반대 회전 방향을 갖는 와류를 생성하도록 설계된다. 반면에, 본 발명의 본체는 와류의 생성을 방지하도록 설계 및 배열된다.
2. JP S60 42187A의 해법은 선박의 선수 영역으로부터 쇄파 저항 [CWB]을 감소시키도록 설계된다. 반면에, 본 발명은 선박에 대한 파형 저항 [CWP], 쇄파 저항 [CWB] 및 스프레이 저항 [CS]을 감소시키도록 설계된다(비교, 도 1).
3. JP S60 42187A에 개시된 해법에 대해, 전방에서 볼 때 윙의 영역이 매우 제한되기 때문에, 다가오는 수괴들을 배수시키는 것은 주로 선박의 선수 영역이고(비교, JP S60 42187A의 도 5-14), 반면에, 본 발명의 경우에, 다가오는 수괴들의 전부 또는 상당한 비율을 배수시키고 그들을 선수 영역으로부터 멀리 안내하는 것은 본체이다.
4. JP S60 42187A에 개시된 윙은, 본 발명과 대조적으로, 선수 영역 자체가 가능한 적게 물을 배수시키도록, 물 입자들을 선수 영역으로부터 떨어져 안내하고 그리고/또는 선수 영역과 실질적으로 평행하는 자신의 트레일링 에지에서의 속력 및 방향을 자신의 상부 표면 위를 통과하는 물 입자들에 제공하도록 설계되지 않는다(참조, 또한 JP S60 42187A에 의해 생성된 와류).
본 발명의 바람직한 실시예들이 이제 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 수괴의 표면에서 움직이는 통상적인 종래 기술의 선박 상에 작용하는 프루드 수 [FN]의 함수로서 상이한 저항 계수들을 표시하는 그래프이다.
도 2는 다음을 사용하는 모델 테스트들을 위해 속력의 함수로서 전방 이동에 대한 저항을 표시하는 그래프이다:
A : 종래 기술에 따른 통상의 선수를 갖는 선박;
B : V- 웨지가 없는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 변형된 선수를 갖는 선박; 및
C : V- 웨지가 없는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 변형된 선수를 갖는 선박;
도 3a는 선박이 설계 속력으로 작동되는, 종래 기술에 따른 벌브를 갖는 선박의 측면도이다.
도 3b는 선박이 설계 속력을 초과하여 작동되는, 도 3a에 따른 선박의 측면도이다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 벌브 형상들이 다가오는 수괴를 어떻게 배수시키는지를 보여주는, 상이한 벌브 형상들을 갖는 종래 기술의 선박의 정면도들이다.
도 5a는 완전히 잠겼을 때 그리고 대량의 물이 더블 라인 화살표의 방향에서 초기 속도(V0)로 포일 쪽으로 그리고 이를 가로질러 유동할 때 그 최상부 표면 위의 통상적인 부압 분포를 도시하는 포일 프로파일의 예시이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 부압 분포를 갖는 포일 프로파일의 최상부 표면을 통과하는 수괴의 대응하는 속도 분포를 예시하는 그래프이다.
도 6a는 도 5a에 도시된 포일 프로파일과 유사한 프로파일 위를 공기 중에서 롤링하는 볼의 속도 벡터들을 도시하는 예시이다.
도 6b는 프로파일을 따른 상이한 포지션들에서 도 6a에 도시된 공기 중에서 롤링하는 볼의 속도를 예시하는 그래프이다.
도 7a, 도 7b 및 도 7c는 동일한 공격 각도를 갖고 본체가 수면 아래의 상이한 깊이들에 로케이팅될 때 더블 라인 화살표의 방향에서 본체 쪽으로 또는 그 위로 유동하는 물의 결과적인 유동 패턴을 갖는 본체를 도시한다. 도 7a는 본체가 수면 아래에 깊이 로케이팅될 때의 유동 패턴을 도시한다. 도 7b는 본체가 중간 깊이로 로케이팅될 때의 유동 패턴을 도시하고 도 7c는 본체가 수면에 또는 그에 근접하게 로케이팅될 때의 유동 패턴을 도시한다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 각각 위에서, 측면에서 그리고 정면에서 본 포일을 도시한다. 수괴는 더블 라인 화살표의 방향에서 포일 쪽으로 유동한다. 곡선 화살표는 포일의 각각 측면에서 생성하는 소용돌이를 예시한다.
도 9a는 본 발명에 따른 본체의 개략적인 수직 종단면이며, 선박이 수괴에서 하위 설계 속력을 초과하여 움직일 때 본체 단독에 의해 생성된 파들을 도시한다.
도 9b는 선박이 수괴에서 하위 설계 속력을 초과하여 움직일 때 본 발명에 따른 본체와 선체 사이의 상호작용들을 개략적으로 도시한다.
도 10a, 도 10b, 도 10c 및 도 10d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 여기서 도 10a는 전면의 평면도이고 도 10b는 전면의 수직 종단면이고 도 10c는 전면의 정면도이고 도 10d는 전면의 저부도이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 여기서 도 11a는 전면의 평면도이고 도 11b는 전면의 측면도이고 도 11c는 전면의 정면도이고 도 11d는 전면의 저부도이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c 및 도 12d는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 여기서 도 12a는 전면의 평면도이고 도 12b는 전면의 측면도이고 도 12c는 전면의 정면도이고 도 12d는 전면의 저부도이다.
도 13a, 도 13b 및 도 13c는 본 발명의 작동의 모드를 더 자세히 예시하는, (도 10a 내지 도 10d에서 또한 도시되는) 본 발명의 제 1 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 도 13a는 전면의 평면도이고 도 13b는 전면의 수직 종단면이고 도 13c는 전면의 정면도이다.
도 14a, 도 14b, 도 14c 및 도 14d는 본 발명의 작동의 모드를 더 자세히 예시하는, (도 11a 내지 도 11d에서 또한 도시되는) 본 발명의 제 2 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 도 14a는 전면의 평면도이고 도 14b는 전면의 측면도이고 도 14c는 전면의 정면도이고 도 14d는 전면의 저부도이다.
도 15a, 도 15b, 도 15c 및 도 15d는 본 발명의 작동의 모드를 더 자세히 예시하는, (도 12a 내지 도 12d에서 또한 도시되는) 본 발명의 제 3 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 도 15a는 전면의 평면도이고 도 15b는 전면의 측면도이고 도 15c는 전면의 정면도이고 도 15d는 전면의 저부도이다.
도 16a는 종래 기술에 따른 종래의 선수를 갖는, 후방으로부터 비스듬한 각도에서 본 모델 테스트들에서 사용된 모델 보트의 사진을 도시한다.
도 16b는 도 16a의 모델 보트의 정면도의 사진을 도시한다.
도 16c는 도 16a의 모델 보트의 전방 경사도의 사진을 도시한다.
도 17a는 본 발명의 제 7 실시예에 따라 선수 섹션이 변형된 선수로 대체된 모델 보트의 정면도의 사진을 도시한다.
도 17b는 도 17a의 모델 보트의 전방 경사도의 사진이다.
도 18a는 V-웨지를 갖는, 본 발명의 제 3 실시예에 따라 선수 섹션이 변형된 선수로 대체된 모델 보트의 정면도의 사진이다.
도 18b는 도 18a의 모델 보트의 전방 경사도의 사진이다.
도 19a는 모델 보트가 도 16a 내지 도 16c에 도시된 바와 같은 종래 기술에 따른 종래의 선수를 갖고, 측정된 속력이 1.25m/s 인 사진이다.
도 19b는 모델 보트가 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이 본 발명의 제 3 실시예에 따른 변형된 선수를 갖고(그러나 V-웨지가 없음) 측정된 속력이 1.25m/s 인 사진이다.
도 19c는 모델 보트가 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같은(그러나 V-웨지가 없음) 본 발명의 제 3 실시예에 따른 변형된 선수를 갖고 측정된 속력이 1.34m/s 인 사진이다.
도 20a 및 도 20b는 각각 모델 보트의 하위 설계 속력 초과 및 미만의 속력에서 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같이(그러나 V-웨지가 없음) 본 발명의 제 3 실시예에 따른 변형된 선수를 갖는 모델 보트의 선수 부분의 사진들이다.
도 21a, 도 21b, 도 21c 및 도 21d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 여기서 도 21a는 전면의 평면도이고 도 21b는 전면의 측면도이고 도 21c는 전면의 정면도이고 도 21d는 전면의 저부도이다.
도 22a, 도 22b, 도 22c 및 도 22d는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 여기서 도 22a는 전면의 평면도이고 도 22b는 전면의 측면도이고 도 22c는 전면의 정면도이고 도 22d는 전면의 저부도이다.
도 23a, 도 23b, 도 23c 및 도 23d는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 여기서 도 23a는 전면의 평면도이고 도 23b는 전면의 측면도이고 도 23c는 전면의 정면도이고 도 23d는 전면의 저부도이다.
도 24a, 도 24b, 도 24c 및 도 24d는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 선박의 전면을 도시하며, 여기서 도 24a는 전면의 평면도이고 도 24b는 전면의 측면도이고 도 24c는 전면의 정면도이고 도 24d는 전면의 저부도이다.
도 25a 및 도 25b는 본체의 트레일링 에지가 선체 바닥보다 높게 그리고 선체 바닥보다 깊게 각각 로케이팅되는 본 발명에 따른 선박의 전면의 측면도들이다.
도 26a, 도 26b, 도 26c, 도 26d, 도 26e 및 도 26f는 본체의 수직 종단면이 본 발명에 따라 어떻게 형성될 수 있는지에 관한 상이한 구성들을 도시하고 도 26e는 본체들 중 하나가 다른 본체 위에 배치되는 2개의 본체들의 예들을 도시하며, 도 26f는 2개의 부분들을 포함하는 본체를 도시한다.
도 27a, 도 27b, 도 27c, 도 27d 및 도 27e는 본 발명에 따른 상이한 실시예들의 수직 종단면들이며, 본체의 동적 리프트가 어떻게 변할 수 있는지를 도시하며, 도 27b, 도 27c 및 도 27d는 본체의 트레일링 에지의 유동이 플랩/제어 표면에 의해 어떻게 변할 수 있는지를 도시한다.
도 28a, 도 28b, 도 28c, 도 28d, 도 28e, 도 28f, 도 28g, 도 28h, 도 28i 및 도 28j는 본 발명에 따라 본체가 어떻게 구성될 수 있는지를 도시하는 상이한 구성들의 평면도들이다.
정의들
이 문헌 전체에 걸쳐, 다음 정의가 적용될 것이다:
선박(1) :
모든 배수 선박들 및 활주 속력들까지 동작하는 선박들
선체(2) :
속력이 있는 동안 물과 접촉하거나 또는 접촉하게 될 수 있고 선박을 항해에 적합하게 하는 선박(1)의 부분, 본 발명에 따른 본체(4), 또는 종래의 선박들(1)을 위한 벌브 등을 포함하지 않음.
선수 영역(3) :
선박(1)이 수괴에서 떠있을 경우 정면에서 볼 때 수면(5) 아래에 있는 선체(2)의 영역, 그러나 본 발명에 따른 본체(4), 또는 종래 선박들(1)을 위한 벌브 등을 포함하지 않음.
본체(4) :
선수 영역(3)에 배열되는 본체.
수면(5) :
파들이 없는 경우 바다 또는 물의 표면이 형성하는 직선 표면.
선박(6)의 전면 :
선박(1)의 길이방향의 중앙부로부터 선박(1)의 최대의 전방 포인트까지, 즉 본 발명에 따른 본체(4), 또는 종래의 선박들(1)을 위한 벌브 등을 포함함.
선수 파 :
다가오는 수괴의 선체(2)의 감속으로 인해 선수 영역(3)보다 앞에 형성된 파봉.
본체의 리딩 에지(41) :
본체(4)의 맨 앞의 에지, 항공기 날개의 "리딩 에지"와 등가임.
본체의 트레일링 에지(42) :
본체(4)의 정의된 맨 뒤의 에지, 본체의 상부 표면(47)으로부터의 수괴들은 본체(4)를 남겨두며, 이는 항공기 날개의 "트레일링 에지"와 등가임.
본체의 전방 상부 표면(43) :
본체의 리딩 에지(41)로부터 전방에서 본 본체(4)의 윤곽선(53)까지 연장되는 본체(4)의 상부 표면 영역.
본체의 후방 상부 표면(44) :
본체의 전방 최상부 표면(43)이 종료하는 곳에서 시작하여 본체의 트레일링 에지(42)로 다시 연장되는 본체(4)의 상부 표면 영역.
본체의 하부측(45) :
본체의 리딩 에지(41)부터 그의 트레일링 에지(42)까지 연장되는 본체(4)의 하부측 영역
본체의 전방 부분(46) :
본체의 리딩 에지(41)부터 윤곽선 라인(53)을 통해 수직 단면까지 뒤를 향해 연장되는 본체(4)의 볼륨.
본체의 상부 표면(47) :
본체의 리딩 에지(41)부터 그리고 뒤를 향해 그의 트레일링 에지(42)까지 연장되는 본체(4)의 상부 표면 영역.
윤곽선(53) :
본체의 상부 표면(47) 상의 본체(4)의 폭을 가로질러 연장되는 라인, 정면에서 볼 때 본체(4)가 본체의 횡단 방향을 따라 본체(4)의 가장 높은 가시적인 포인트에 의해 형성됨. 따라서, 선박(1)의 주행 방향에서의 본체(4)에 대한 접선은 전체 윤곽선을 따르는 교차점들에서 수평하다.
인터페이스(54) :
본체의 리딩 에지(41)와 그의 트레일링 에지(42) 사이의 경계.
인터페이스(55) :
본체의 상부 표면(47)과 선수 영역(3) 또는 V-웨지(65) 사이의 경계.
인터페이스(56) :
선체(2) 저부와 선수 영역(3) 사이의 경계.
V-웨지(65) :
본체(4)를 선체(2)에 고정하고 그리고/또는 본체의 트레일링 에지(42)에서의 유동 상태들을 개선하기 위한 디바이스, 위에서 볼 때 디바이스는 V-형 또는 대략적인 V-형을 갖는다.
리프트된 수괴(80) :
선박(1)에 속력이 있을 경우 다가오는 수괴들의 본체(4)의 배수의 결과로서 수면(5)위로 리프트되는, 빠져나간 수괴(80A)를 포함한 총 수괴.
빠져나간 수괴(80A) :
선박(1)에 속력이 있을 경우 다가오는 수괴들의 본체(4)의 배수의 결과로서 수면(5) 위로 리프트되고, 파들로서 둘러싸는 수괴들로 빠져나간 수괴의 부분.
속도 벡터(85) :
본체의 상부 표면(47) 위를 통과하는 수괴는 본체의 트레일링 에지(42)에서 속도 벡터의 형태로 주어질 수 있는 속도 및 방향을 갖는다. 이 속도 벡터는 결국, 각각의 개별적인 물 분자의 속도 벡터의 결과이다.
도 9a 및 도 9b는 다가오는 수괴들이 선체 아래로 인도되는 특정 실시예에 대한 본 발명의 일반적인 동작 모드를 도시한다. 수면(5)의 포지션이 파선과 함께 나타내어진다. 도 9a는, 본체(4)가 하위 설계 속력을 초과하여 수괴를 통해 통과될 경우에만 파(31)가 본체(4) 위에 형성된 것을 도시한다. 도 9b는 본체(4)와 선체(2) 사이의 상호작용 및 선박(1)이 하위 설계 속도를 초과하여 동작될 경우 발생하는 파(31)를 선체(2)가 방지하는 방법을 도시한다.
본 발명은 여러 가지 방식들로 구성될 수 있지만, 동작 모드의 메인 원리들은 모든 실시예들에 대해 공통이다.
제 1 실시예
본 섹션은 본 발명에 따른 선박(1)의 제 1 실시예의 구조 및 동작 모드를 설명한다. 도 10a, 도 10b, 도 10c 및 도 10d와 도 13a, 도 13b 및 도 13c를 참조한다.
도 10a 내지 도 10d 및 도 13a 내지 도 13c는 본 발명에 따른 본체(4) 및 선수 영역(3)을 갖는 선체(2)를 포함하는 선박(1)의 전면(6)을 도시하며, 본체(4)는, 선박(1)이 움직이지 않는 상태에 있을 경우 수괴에 부분적으로 수중에 있게 된다. 수면(5)의 포지션은 도 10b 및 도 10c 및 도 13b 및 도 13c에서 표시된다. 패시지(60)가 본체(4)와 선수 영역(3) 사이에 형성되도록 본체(4)가 선수 영역(3)으로부터 떨어진 거리에 위치된다. 도 10a 내지 도 10d에 가장 잘 도시된 바와 같이, 본체(4)는 리딩 에지(41), 트레일링 에지(42), 전방 최상부 표면(43), 윤곽선(53), 후방 최상부 표면(44), 하부측(45) 및 전방 부분(46)을 포함한다. 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44)의 합은 본체의 상부 표면(47)을 구성한다. 윤곽선(53)은 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44) 사이의 경계를 표시한다. 도 10a의 본체의 트레일링 에지(42), 윤곽선(53) 및 인터페이스(56)에 대한 점선들은 위에서 보이지 않지만, 선체(2) 및 본체(4)의 구성을 보다 잘 예시하기 위해서 도시된다.
도 13a 내지 도 13c를 특히 참조하면, 선박(1)이 속력을 내고 있으며, 하위 설계 속력보다 더 빠르게 이동할 때, 본체의 전방 최상부 표면(43)에 걸친 층류로 수괴가 배수된다. 본체(4)의 만곡된 최상부 표면(47)은, 본체의 트레일링 에지(42) 쪽으로 테이퍼링되는 프로파일로, 수괴를 가속시키며, 이 수괴가 중력장에서 낮아지도록 허용한다. 본체의 트레일링 에지(42)에서, 수괴는 높은 속도를 가지며, 이 높은 속도는 더 작은 수직 정도를 갖는 수괴를 야기한다. 이는, 본체의 트레일링 에지(42)에서의 수괴의 속도 벡터(85)와 함께, 물 볼륨을 선수 영역(3) 아래로 리딩하며, 따라서 선수 영역(3)은 다가오는 수괴들을 배수시키지 않는다. 따라서, 속력을 내는 동안, 선수 영역(3)은 건조하거나 또는 기본적으로 건조하다.
본체(4)의 앞에서 또는 상류에서, 수괴들은 종래의 스킵의 선수의 앞에서와 동일한 방식으로 감속될 것이다. 이는 본체(4)의 앞에서 리프팅된 수괴(80)를 야기한다. 본체(4)의 횡단 범위, 그리고 본체(4)의 각각의 측 상에 위치된 측 플레이트들(70)(도 13a 내지 도 13c 참조)은 리프팅된 수괴(80)의 대부분을 본체(4) 위로 리딩하며, 따라서 본체(4)의 앞의 리프팅된 수괴(80)의 단지 작은 비율(80A)만이 파들로서, 둘러싸는 수괴들로 이탈한다. 이탈되는 수괴(80A)를 포함하여 본체(4)에 의해 형성되는 리프팅된 수괴(80)는 도 13a 내지 도 13c에서 예시된다.
본체(4)가 측 플레이트들(70)에 의해 구분되는 큰 횡단 범위를 가지며, 다가오는 수괴들을 수직 평면으로 리프팅하기 때문에, 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴는 둘러싸는 수괴들로부터 격리되며, 따라서 수괴가 본체의 최상부 표면(47) 상에서 가속될 때, 둘러싸는 수괴들에서는 파들이 거의 또는 전혀 생성되지 않는다. 따라서, 수괴는 지점(200)으로부터 지점(400)까지 가속되며, 여기서, 둘러싸는 수괴들에서 상당한 파들이 생성되지 않고, 호의적인 속도 벡터(85)(도 13b 참조)를 수괴에게 제공할 수 있다.
본체(4)의 앞의 수괴(80)를 리프팅하는 것을 돕는 에너지의 부분들은 본체의 최상부 표면(47) 위의 포텐셜 에너지로서 수괴를 동반하며, 여기서 수괴는 중력장에서 본체의 후방 최상부 표면(44)에서 낮아진다. 따라서, 파들로서 둘러싸는 수괴들로 손실되는 것 대신에, 리프팅된 수괴(80)에서 증가되는 포텐셜 에너지의 부분들은, 전방 이동을 위해 또는 본체 증가 속력의 최상부 표면(47) 상의 수괴를 본체의 트레일링 에지(42)에서 제공하기 위해 활용된다.
본체(4)가 물 표면(5)에 가까이 위치되기 때문에, 충분히 수중의 리프팅 포일로 수행되는 바와 같은 리프트는 획득되지 않는다. 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴들의 중량은 선박(1)의 전면(6)을 짓누를 것이다. 이에 맞대응하기 위해, 본체의 하부측(45)은, 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴의 부분들 또는 전체의 중량을 밸런싱하는 동적 리프트를 제공하도록 형상화되며 그리고/또는 각도가 이루어질 수 있다. 도 13b에서 알 수 있는 바와 같이, 본체의 하부측(45)이 수평 평면에 대한 공격 각도(α)를 형성하는 동적 리프트가 생성된다. 따라서, 본체의 트레일링 에지(42)가 낮아질 때, 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴의 속도는 추가로 증가한다.
본체의 트레일링 에지(42)와 수괴가 선체(2)에 충돌하는 영역 간의 거리는, 본체의 후방 최상부 표면(44) 위로의 가능한 한 많은 층류로, 그리고 추가로, 뒤의 선체(2)가 파 형성을 방지하는 지점들(500 및 600)(도 13b) 아래로의 가능한 한 많은 층류로, 수괴가 흐르도록 적응된다. 지점들(100 및 300)은 유동 라인을 따라, 각각 리딩 에지(41)의 상류(즉, 지점(200)의 상류)에 있으며 본체의 4개의 최고 지점에 있는 수괴들의 위치이다. 지점들(100, 200, 300, 400, 500 및 600)이 또한, 도 13a에서 마킹된다.
따라서, 본 발명은 둘러싸는 수괴들로 퍼지는, 선박(1)으로부터의 파들의 형성을 감소시켰다.
속력 증가에 따라, 본체의 최상부 표면(47) 상의 본질적 층류의 속도는 선박(1)의 속력의 증가에 비례하여 증가하며, 따라서 본체(4) 앞의 수괴들(80)의 추가 축적을 방지할 것이다. 파로서 이탈하는 본체(4) 앞의 리프팅된 수괴(80)의 퍼센트(80A)는 비교적 일정하게 유지될 것이다. 유사하게, 본체(4) 앞의 리프팅된 수괴(80)의 높이는 상대적으로 일정하게 유지될 것이며, 따라서 선박(1)의 전면(6)에 의해 형성되는 파 높이는 종래의 선박(1)의 경우에서와 같이 증가하지 않을 것이다.
본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴는, 코안다(Coanda) 효과로 인해, 본체의 최상부 표면(47)을 또한 높은 속력들로 따른다.
따라서, 본 발명은 넓은 속력 범위 내에서 선박(1)의 조파 저항을 감소시킨다.
본체의 전방 최상부 표면(43) 상의 층류는 스프레이 및 쇄파 저항을 방지하며, 따라서 이들 저항 컴포넌트들을 또한 감소시키거나 또는 제거할 것이다.
이러한 제 1 실시예에서, 본체(4)는 도 13a 내지 도 13c에서 도시된 바와 같이 측 플레이트들(70)에 의하여 선체(2)에 고정될 수 있다. 본체(4)는 또한, 선수 영역(3)과 본체의 최상부 표면(47) 간의 하나 또는 그 초과의 V-웨지들(65)(예컨대, 도 12a 내지 도 12d 참조)에 의해 선체(2)에 고정될 수 있다. 선박(1)의 낮은 속력에서, 모델 테스트들은, 일정 폭의 V-웨지(65)를 갖는 것이 호의적일 수 있다는 것을 나타냈다. 그 이유는, 수괴가 선체 아래로 리딩되어야 할 때 쉽게 발생하는 난류가 감소하며, 그리고/또는 난류가 형성되는 영역이 감소하기 때문이다. 더 높은 속력들에서, 체결 수단들은, 그들이 본체의 최상부 표면(47) 상에서 흐르는 수괴들을 가능한 한 적게 감속시키도록 구성될 수 있다.
제 2 실시예
이 섹션은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 구조 및 작동 모드를 설명한다. 도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d, 그리고 도 14a, 도 14b, 도 14c 및 도 14d를 참조한다.
작동 모드에 대한 주요 원리들이 실시예들 전부에 공통적이기 때문에, 다음의 설명은 위의 섹션에서 제공된 설명과 유사할 것이다.
도 11a 내지 도 11d 및 도 14a 내지 도 14d는 본 발명에 따라 선체(2) 및 본체(4)를 포함하는 선박(1)의 전면(6)을 도시하며, 여기서 본체(4)는 선수 영역(3)에 통합된다. 또한, 선박(1)이 움직이지 않게 놓여 있을 때, 본체(4)는 부분적으로 수괴에 잠긴다. 물 표면(5)의 포지션은 도 11b 및 도 11c, 그리고 도 14b 및 도 14c에서 표시된다.
도 11a 내지 도 11d에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 본체(4)는 리딩 에지(41), 2개의 트레일링 에지들(42), 전방 최상부 표면(43), 윤곽선(53), 인터페이스(55), 후방 최상부 표면(44), 하부측(45) 및 전방 부분(46)을 포함한다. 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44)의 합은 본체의 최상부 표면(47)을 구성한다. 윤곽선(53)은 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44) 간의 경계를 표시하며, 인터페이스(54)는 본체의 리딩 에지(41)와 본체의 트레일링 에지들(42) 간의 경계를 표시한다. 본체의 트레일링 에지들(42), 윤곽선(53) 및 인터페이스(55)를 표시하는 도 11a의 파선들은 위에서 볼 때 보이지 않지만, 선체(2) 및 본체(4)의 설계를 더욱 잘 예시하기 위하여 도시된다.
도 14a 내지 도 14d를 특히 참조하면, 선박(1)이 속력을 내고 있으며, 하위 설계 속력보다 더 빠르게 작동할 때, 본체의 전방 최상부 표면(43) 위의 층류로 수괴가 배수된다. 본체의 만곡된 최상부 표면(47)은 수괴를 가속시킨다. 본체의 후방 최상부 표면(44)이 본체(4)의 둘레부 쪽으로 횡단 방향으로 테이퍼링되는 단면을 갖게 구성되기 때문에, 선수 영역(3)과 접촉하게 되지 않고, 수괴는 중력장에서 본체의 트레일링 에지들(42)에서 낮아질 것이며, 따라서 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴의 원치 않은 감속이 방지된다. 선수 영역(3)의 구성은, V-웨지(65)처럼, 본체의 최상부 표면(47)에서의 수괴를 제어하는 것을 도울 수 있다. 본체의 트레일링 에지들(42)에서, 수괴는 높은 속도를 가지며, 이 높은 속도는 더 작은 수직 정도를 갖는 수괴를 야기한다. 이는, 본체의 트레일링 에지들(42)에서의 수괴의 속도 벡터들(85)과 함께, 선수 영역(3) 아래로 그리고/또는 선체(2)의 측들 쪽으로 수괴를 리딩한다. 이는, 선수 영역(3)이 단지, 선박(1)의 전면(6)이 배수시켜야 하는 다가오는 수괴들의 작은 비율만을 배수시킬 것임을 의미한다; 선박(1)의 정면도를 도시하는 도 14c를 참조한다.
본체의 최상부 표면(47)으로부터의 수괴의 전체 또는 부분들이 선수 영역(3) 아래로 리딩되는 경우, 본체(4)는 본체의 트레일링 에지들(42)에서의 수괴들의 속도 벡터들(85) 및 본체(4)에 의해 배수되지 않는 다가오는 수괴들의 속도 벡터가 선수 영역(3)에 가능한 한 평행한 속도 벡터를 획득하도록 구성될 수 있다.
본체(4)의 앞에서 또는 상류에서, 수괴들은 종래의 쉽의 선수의 앞에서와 동일한 방식으로 감속될 것이다. 이는 본체(4)의 앞의 리프팅된 수괴(80)를 초래한다. 본체의 전방 최상부 표면(43)은 횡단 방향에서 본체(4)의 둘레부를 향하는 테이퍼링 단면을 갖는다. 이는 주로, 본체(4)의 중간을 향하는, 그리고 정면에서 볼 때 조금 정도만 본체(4)의 둘레부를 향하는 수괴들(80)의 리프팅을 야기한다. 따라서, 본체(4)의 횡단 범위는 리프팅된 수괴(80)의 대부분을 본체(4) 위로 리딩하고, 이로써 본체(4)의 앞의 리프팅된 수괴(80)의 단지 작은 비율(80A)만이 둘러싸는 수괴들로의 파들로서 이탈한다. 본체(4)에 의해 형성되는 리프팅된 수괴(80 및 80A)는 도 14a 및 도 14b에서 예시된다.
본체(4)가 큰 횡단 범위를 가지며, 또한 다가오는 수괴들을 수직 평면으로 리프팅하기 때문에, 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴는 둘러싸는 수괴들로부터 크게 격리되고, 이로써 수괴가 본체의 최상부 표면(47) 상에서 가속되는 결과로서, 둘러싸는 수괴들에서 상당한 파들이 생성되지 않는다. 따라서, 둘러싸는 수괴들에서 상당한 파들이 생성되지 않으면서 수괴가 지점(200)으로부터 지점(400)(도 14a 내지 도 14d 참조)으로 가속될 수 있다. 수괴들은 선체(2) 아래에서 지점(500)으로 가능한 한 많은 층류와 함께 흐른다. 지점(100) 및 지점(300)은 각각, 리딩 에지(41)의 상류(즉, 지점(200)의 상류)에서의 그리고 유동 라인을 따른, 본체(4)의 가장 높은 지점에서의 수괴들의 로케이션이다.
본체(4)의 앞의 수괴(80)를 리프팅하는 것을 도왔던 에너지의 부분들은 본체의 최상부 표면(47) 위의 포텐셜 에너지로서 수괴를 동반하며, 본체의 후방 최상부 표면(44)에서의 중력장에서 낮아진다. 따라서, 둘러싸는 수괴들로 파들로서 손실되는 것 대신에, 리프팅된 수괴(80)에서의 증가된 포텐셜 에너지의 부분들이 전방 이동을 위해 또는 본체의 트레일링 에지들(42)에서 증가된 속도로 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴를 제공하기 위해 활용된다.
본체(4)가 수면(5)에 가깝게 로케이팅되기 때문에, 충분히 수중에 있는 리프팅 포일로 수행되는 바와 같은 리프트는 획득되지 않는다. 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴들의 중량은 전면(6)을 짓누를 것이다. 이에 맞대응하기 위해, 본체의 하부측(45)은, 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴 전체 또는 그 부분들의 중량을 밸런싱하는 동적 리프트를 제공하도록 형상화되고 그리고/또는 각도가 이루어질 수 있다. 도 14b 및 도 14c에서 알 수 있는 바와 같이, 동적 리프트는, 본체의 트레일링 에지(42)가 본체의 리딩 에지(41)보다 낮게 포지셔닝하도록 생성된다. 따라서, 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴의 속도가 더욱 증가한다.
따라서, 본 발명은 둘러싸는 수괴들로 퍼지는, 선박(1)으로부터의 파들의 형성을 감소시켰다.
선박(1)이 고속으로 이동되도록 설계될 경우, 본체(4)의 횡단 범위가 위에서 볼 때(즉, 인터페이스(54)의 하류에서) 본체(4)의 가장 큰 폭으로부터 그리고 후방으로 감소하게 허용하고, 따라서, 선체(2)의 측면들을 향하는 것 대신에 선수 영역(3) 아래에서 본체의 최상부 표면(47)을 통과하는 수괴의 더 큰 비율을 리딩하는 것이 바람직할 것이다.
본체의 전방 최상부 표면(43) 상의 층류는 스프레이 및 쇄파 저항을 방지하며, 그러므로 이들 저항 컴포넌트들을 또한 감소시킬 것이다.
선체(2) 빔들 및 지원 시스템이 확장되며 본체(4)의 내부에서 계속된다는 점에서, 이 제 2 실시예의 본체(4)는 선수 영역(3)에 통합되며, 선체(2)에 고정된다. 따라서, 이 실시예는 임의의 형태의 외부 스트러트(external strut) 또는 다른 형태의 외부 어태치먼트(attachment)를 요구하지 않는다.
제 3 실시예
도 12a, 도 12b, 도 12c 및 도 12d, 및 도 15a, 도 15b, 도 15c 및 도 15d에서 도시된 바와 같은, 본 발명에 따른 이러한 제 3 실시예는 위에서 설명된 2개의 실시예들 간의 어딘가에 있는 구조 및 동작 모드를 갖는다. 모델 테스트들이라는 명칭의 섹션 하에 이 문서에서 추후에 설명되는 모델 보트는 제 3 실시예에 따라 수행되는 테스트 B에 있다; V-웨지(65)가 없는 도 18a 및 도 18b를 참조한다.
도 12a 내지 도 12d 및 도 15a 내지 도 15d는 선박(1)이 움직이지 않고 놓여 있을 때 수괴에서 부분적으로 수중에 있는 본체(4)와 함께 본 발명에 따른 선수 영역(3) 및 본체(4)를 갖는 선체(2)를 포함하는 선박(1)의 전면(6)을 도시한다. 수면(5)의 포지션은 도 12b 및 도 12c에서 그리고 도 15b 및 도 15c에서 표시된다.
본체(4)는 패시지(60)가 본체(4)와 선수 영역(3) 간에 형성되도록 선수 영역(3)으로부터 일정 거리에 로케이팅된다. 도 12a 내지 도 12d에 최상으로 도시되는 바와 같이, 본체(4)는 리딩 에지(41), 트레일링 에지(42), 전방 최상부 표면(43), 윤곽선(53), 후방 최상부 표면(44), 하부측(45) 및 전방 부분(46)을 포함한다. 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44)의 합은 본체의 최상부 표면(47)을 구성한다. 윤곽선(53)은 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44) 간의 경계를 표시하고, 인터페이스(54)는 본체의 리딩 에지(41)와 본체의 트레일링 에지(42) 간의 경계를 표시한다. 본체(4)는 패시지(60)가 본체(4)와 선수 영역(3) 간에 형성되도록 선수 영역(3)으로부터 일정 거리에 로케이팅된다. 본체의 트레일링 에지(42), 윤곽선(53), 인터페이스(55) 및 인터페이스(56)에 대한 도 12a의 파선들은 위에서 볼 때는 볼 수 없지만, 선박(1)의 구성을 보다 잘 예시하기 위해 도시된다.
특히 도 15a 내지 도 15d를 참조하면, 선박(1)이 속도를 내며, 하위 설계 속도보다 빨리 동작할 때, 수괴는 본체의 전방 최상위 표면(43) 위의 층류로 배수된다. 본체의 트레일링 에지(42)를 향하는 테이퍼링 프로파일을 갖는 본체의 만곡된 최상부 표면(47)은 수괴를 가속시키며, 수괴를 중력장에서 낮아지게 허용한다. 본체의 트레일링 에지(42)에서, 수괴는 높은 속도를 가지며, 이 높은 속도는 더 작은 수직 정도를 갖는 수괴를 야기한다. 이는, 본체의 트레일링 에지(42)에서의 수괴의 속도 벡터(85)와 함께, 선수 영역(3) 아래로 수괴를 리딩하고, 이로써 선수 영역(3)은 선수 영역(3)의 측면들에서 다가오는 수괴들의 단지 작은 비율만을 배수시킨다(도 15c 참조). 따라서, 선수 영역(3)의 큰 부분들은 모션 동안 건조하거나 또는 기본적으로 건조하다.
본체(4)의 앞에서 또는 상류에서, 수괴들은 종래의 쉽의 선수의 앞에서와 동일한 방식으로 감속될 것이다. 이는 본체(4)의 앞의 리프팅된 수괴(80)를 야기한다. 본체의 전방 최상부 표면(43)은 횡단 방향에서 본체(4)의 둘레부를 향하는 테이퍼링 단면을 갖는다. 이는 주로, 본체(4)의 중간을 향하는, 그리고 횡단 방향에서 조금 정도만 본체(4)의 둘레부를 향하는 수괴들(80)의 리프팅을 야기한다. 따라서, 본체(4)의 횡단 범위는 리프팅된 수괴(80)의 대부분을 본체(4) 위로 리딩하고, 이로써 본체(4)의 앞의 리프팅된 수괴(80)의 단지 작은 비율(80A)만이 둘러싸는 수괴들로의 파들로서 이탈한다. 이탈된 수괴(80A)를 포함하여 본체(4)에 의해 형성된 리프팅된 수괴(80)가 도 15a 및 도 15b에 예시된다.
본체(4)가 큰 횡단 범위를 가지며, 다가오는 수괴들을 수직 평면으로 리프팅하기 때문에, 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴는 둘러싸는 수괴들로부터 크게 격리되고, 이로써 수괴가 본체의 최상부 표면(47) 상에서 가속될 때 둘러싸는 수괴들에서 상당한 파들이 생성되지 않는다. 따라서, 수괴는 지점(200)으로부터 지점(400)까지 가속될 수 있고, 여기서 둘러싸는 수괴들에서 상당한 파들이 생성되지 않으면서 수괴에 호의적인 속도 벡터(85)(도 15a 내지 도 15d 참조)가 제공될 수 있다.
본체(4)의 전방에서 수괴(80)를 리프팅하는 것을 돕는 에너지의 부분들은 본체의 최상부 표면(47) 위에서 포텐셜 에너지로서 수괴를 동반하며, 수괴는 후방 최상부 표면(44)에서의 중력장에서 낮아진다. 따라서 리프트된 수괴(80)에서 증가된 포텐셜 에너지의 부분들은 전방 이동을 위해, 또는 파들로서 둘러싸는 수괴들에 유실되는 대신에 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴에 본체(42)의 트레일링 에지에서 증가된 속도를 제공하기 위해 이용된다.
본체(4)가 수면(5)에 가깝게 로케이팅되기 때문에, 충분히 수중에 있는 리프팅 포일로 달성되는 바와 같이 리프트가 얻어지지 않는다. 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴들의 중량은 전면(6)을 짓누를 것이다. 이를 막기 위해, 본체의 하부측(45)은 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴의 전체 또는 부분들의 중량을 밸런싱하는 동적 리프트를 제공하도록 형상 및/또는 각도를 이룰 수 있다. 도 15b 및 도 14c에서 알 수 있는 바와 같이, 동적 리프트는 본체의 트레일링 에지(42)가 그 리딩 에지(41)보다 낮게 포지셔닝하도록 생성된다. 따라서 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴의 속도가 더욱 증가한다.
본체의 트레일링 에지(42)와 수괴들이 선체(2)를 만나는 영역들 사이의 거리는, 뒤 선체(2)가 파 형성을 방지하는 지점들(500, 600)(도 15a 내지 도 15d)까지 수괴가 본체의 후방 최상부 표면(44) 위에 가능한 한 많은 층류로 그리고 추가로 선체(2) 아래에 가능한 한 많은 층류로 흐르도록 적응된다. 지점들(100, 300)은 각각, 유동 라인을 따라 리딩 에지(41)의 상류(즉, 지점(200)의 상류) 및 본체(4)의 가장 높은 지점에서의 수괴들의 로케이션이다.
따라서 본 발명은 둘러싸는 수괴들로 퍼지는 선박(1)으로부터의 파들의 형성을 감소시켰다.
속력 상승에 따라, 본체의 최상부 표면(47) 상의 본질적으로 층류의 속도는 선박(1)의 속도의 증가에 비례하여 증가할 것이고, 따라서 본체(4)의 앞쪽에서 수괴들(80)의 추가 축적을 방지할 것이다. 파로서 빠져나가는 본체(4) 앞쪽의 리프트된 수괴(80)의 퍼센트(80A)는 상대적으로 일정하게 유지될 것이다. 유사하게, 본체(4) 앞쪽의 리프트된 수괴(80)의 높이는 증가하는 속력에서 비교적 일정하게 유지될 것이고, 따라서 전면(6)에 의해 형성된 파 높이는 종래의 선박(1)의 경우와 같이 증가하지는 않을 것인데; 모델 테스트들로부터의 도 19a 내지 도 19c를 참조한다.
본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴는 코안다 효과로 인해 본체의 최상부 표면(47)을 또한 보다 높은 속력들로 따라갈 것이다.
따라서 본 발명은 넓은 속력 범위 내에서 조파 저항을 감소시킨다.
본체의 전방 최상부 표면(43) 상의 층류는 스프레이 및 쇄파 저항을 방지하고, 따라서 또한 이들 저항 컴포넌트들을 감소 또는 제거할 것이다. 이는 본체의 전방 최상부 표면(43) 위로 리프트된 배수된 수괴의 비-층류 및 층류 특성들을 각각 보여주는 도 20a 및 도 20b로부터 명백하게 알 수 있다.
도 18a 및 도 18b에서 또한 알 수 있는 바와 같이, 이러한 제 3 실시예에서 본체(4)는 도 12a 내지 도 12d에 도시된 바와 같이, 위에서 본 하나 또는 그 초과의 V-웨지(65)에 의해 선체(2)에 고정될 수 있다. 선체(1)의 보다 낮은 속력에서, 모델 테스트들은 V-웨지(65)의 특정 폭을 갖는 것이 호의적일 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 수괴가 선체 아래로 인도될 때 쉽게 발생하는 난류가 약해지고 그리고/또는 난류가 형성되는 영역이 감소하기 때문이다. 더 높은 속력에서, 본체(4)는 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴들이 가능한 한 적게 느려지도록 스트럿들 또는 플레이트들을 사용하여 선체(2)에 체결될 수 있다.
일반적인 설계 기준들 - 기타
본체(4) 및 선체(2)는 선박(1)에 대한 전체 저항이 가능한 한 낮도록 구성된다. 본체(4)의 구성 및 로케이션은 선체(2)의 드래프트, 폭/드래프트 비, 드래프트의 변화(로드/밸러스트) 및 속력 범위에 의해 크게 결정된다. 또한, 항해 특성들에 대해 그리고 선박의 사용과 관련하여 실제적인 설계가 달리 무엇인지에 대해 고려되어야 한다.
본체(4)는 보다 하위 설계 속력으로부터 본체의 최상부 표면(47)에서 최대 층류가 달성되도록 구성되어야 한다.
일반적으로, 본체의 최상부 표면(47) 위에 다가오는 수괴의 주요 비율을 유도하려는 시도가 이루어질 수 있다. 본체의 하부측(45)에 의해 그리고/또는 선체(2)에 의해 배수되어야 하는 수괴의 비율은 이와 같이 더 작다. 이것은 본체의 하부측(45)에 의해 및/또는 선체(2)에 의해 배수된 수괴가 증가된 물 속도를 야기하는데, 이는 결국 부압 및 부력의 손실, 그리고 또한 파 형성을 야기하기 때문에 유리할 수 있다.
낮은 속력에서 보통 속력, 일반적으로 FN 0.1 - 0.25로 작동하는 선박(1)의 경우, 이는 본체의 전방 최상부 표면(43) 위로 리프트되는 다가오는 수괴들의 비율을 제한하는, 다가오는 수괴들의 동압일 수 있다.
따라서 보다 하위 설계 속력으로 본체의 전방 최상부 표면(43)에 대한 층류를 얻기 위해, 본체(4)는 본체(4)의 프로파일이 본체의 전방 부분(46)에서 거의 충만하지 않으며, 본체(4)의 전방 하부측이 작은 공격 각도를 가질 수 있도록 구성될 수 있는데; 도 26b, 도 26c, 도 26d 및 도 26f를 참조한다. 이것은 본체(4) 앞쪽에서 수괴들의 감속을 거의 제공하지 않는다. 본체(4)의 후방 하부측은 점진적으로 증가하는 공격 각도를 가져 선박(1) 아래로 수괴들을 보다 쉽게 유도할 수 있으며; 도 26c, 도 26d 및 도 26f를 참조한다.
도 26f는 본체의 하부측(45)으로부터의 일부 물이 갭을 통해 그리고 본체의 후방 최상부 표면 상으로 흐르게 함으로써, 본체의 트레일링 에지(42) 주위의 영역에서 유동 컨디션을 개선하는 갭을 가지며, 이로써 임의의 난류 문제들을 감소시킨다. 본체(4)의 이러한 갭은 그 중에서도 항공기 산업에서 사용되는 종래 기술이다.
도 26e는 상이한 높이들에 로케이팅된 2개의 본체들(4)의 일례를 도시한다. 이러한 종류의 구성은 선박(1)이 상이한 적하 상태에서 작동할 때 사용될 수 있다. 선박(1)이 가벼운 로드 또는 밸러스트로 작동할 때, 상부 본체(4)는 수괴들이 이 본체 위로 인도되는 것이 아니라 하부 본체(4)가 본 명세서에서 달리 설명된 바와 같이 기능하도록 높게 배치될 수 있다. 선박(1)이 과중하게 로드될 때, 수괴들은 두 본체들(4) 모두를 피할 수 있고, 여기서 본체들(4)의 효과 역시 본 명세서에서 달리 설명된 바와 같을 것이다.
동압이 더 높은, 더 높은 속력들에서, 다가오는 물의 큰 비율을 본체의 최상부 표면(47) 위로 유도되게 하는 것이 편리할 수 있다.
일반적으로 FN = 0.25에서부터 FN = 1.0 이상까지 중간 속력 내지 더 높은 속력에서 작동하는 선박(1)의 경우, 본체(4)에 선체(2)와 거의 동일한 폭을 제공하는 것이 편리할 수 있다.
드래프트와 비교하여 더 큰 폭을 갖는 선체(2), 일반적으로 바지들의 경우, 본체(4)에 선체(2)의 폭과 거의 동일한 폭을 부여하여, 선체 전방의 리프트된 수괴(80)가 본질적으로 선체(2) 아래로 인도되게 하는 것이 또한 편리할 수 있다.
선박(1)에 대한 낮은 폭/드래프트 비에서, 본체(4)는 보다 큰 폭/드래프트 비를 갖는 경우보다 측 방향으로 다가오는 수괴들의 큰 비율을 배수시키도록 구성될 수 있다.
횡단 방향으로 본체(4)의 둘레부 쪽으로의 본체(4)의 단면은 더 얇게 만들어질 수 있고, 따라서 본체(4)의 둘레부의 상류에서 수괴들(80)의 리프팅을 감소시킬 수 있으며; 도 11c, 도 12c, 도 21c, 도 22c 및 도 23c를 참조한다.
다른 실시예의 경우, 본체의 트레일링 에지들(42)은 또한 더 많은 물이 선체(2)의 측들을 향해 인도되도록 선체(2)의 측들에 평행하게 구성될 수 있다.
본체(4)는 선박(1)이 밸러스트될 때 본체의 하부측(45) 또는 본체의 리딩 에지(41)가 수면(5) 바로 위에 포지셔닝되어, 본체의 하부측(45)이 물리적으로 선수 파의 형성을 방지하도록 적응될 수 있으며; 도 21a, 도 21b, 도 21c 및 도 21d를 참조한다. 선박(1)이 적하 상태에 있을 때, 본 명세서에서 달리 설명된 것처럼 본체(4)는 완전히 또는 부분적으로 수중에 있게 될 것이다.
본체(4)는 고정 포지션으로 선체(2)에 고착될 수 있다. 부착은 또한, 수직 평면, 수평 평면, 및/또는 공격 각도에서의 본체(4)의 포지션이 모션 동안에 변화될 수 있도록 실시될 수 있다. 게다가, 상이한 깊이/속력에 대한 선박(1)에 대한 전체 저항을 최소화하기 위해, 본체의 트레일링 에지(42)에서 하나 또는 그 초과의 수동 또는 능동 플랩들이 본체(4)에 장비될 수 있다. 게다가, 능동 플랩들은 파들에서 선박(1)의 모션들을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
본체의 하부측(45)은 고속으로 본체의 하부측(45)으로부터 동적 리프트가 생성되도록 형성될 수 있고 그리고/또는 각도를 이룰 수 있고, 여기에서, 동적 리프트는 선박(1)이 고속인 경우에 본체의 최상부 표면에서의 수괴들이 본체(4) 상에 가하는 추가의 중량의 전체 또는 부분들을 밸런싱한다. 본체의 최상부 표면(47)에서의 유동에서의 수괴들로부터의 중량이 본질적으로, 더 하위 설계 속력 위에서 일정하지만, 본체의 하부측(45)으로부터의 동적 리프트는 속력이 증가됨에 따라 증가되기 때문에, 더 높은 속력은 더 작은 공격 각도를 요구할 것이다. 그에 따라, 본 발명에 따라 선박(1)을 구축하는 것이 유리할 수 있고, 여기에서, 도 27a에서 화살표들에 의해 표시된 바와 같이, 본체(4)의 상기 공격 각도가 고속으로 조정될 수 있다. 게다가, 도 27b는 화살표에 의해 표시된 바와 같이 이동할 수 있는 하나 또는 그 초과의 멀리있는 제어되는 플랩들이 피팅된 본체(4)를 도시한다. 따라서, 본체의 트레일링 에지(42)에서의 동적 리프트 및 유동 사진은 고속으로 변화되는 것이 가능할 것이다. 도 27c는 화살표들 중 하나 또는 그 초과가 표시하는 바와 같이 이동할 수 있는 하나 또는 그 초과의 멀리있는 제어되는 플랩들이 피팅된 본체(4)를 도시한다. 따라서, 본체의 트레일링 에지(42)에서의 동적 리프트 및 유동 사진은 고속으로 변화되는 것이 가능할 것이다. 도 27d는 화살표들 중 하나 또는 그 초과에 의해 표시되는 바와 같이 이동할 수 있는 하나 또는 그 초과의 멀리있는 제어되는 플랩들이 피팅된 본체(4)를 도시한다. 따라서, 본체의 트레일링 에지(42)에서의 동적 리프트 및 유동 사진은 고속으로 변화되는 것이 가능할 것이다. 동적 리프트는 또한, 본체의 하부측(45)에서 하나 또는 그 초과의 고정된 및/또는 이동가능한 리프팅 포일들을 본체(4)에 피팅함으로써 제공될 수 있다. 이는 도 27e에서의 가능한 실시예에서 예시된다. 화살표들은 리프팅 포일의 공격 각도가 어떻게 고속으로 변화될 수 있는지를 표시한다.
본체의 하부측(45)이 또한, 작은 공격 각도로 또는 공격 각도 없이 장착될 수 있고, 여기에서, 본체의 하부측에서의 필요한 리프트는 다가오는 수괴들의 배수의 결과로서 본체(4) 아래에서 선수 영역(3)에서의 압력의 증가에 의해 생성되고; 도 21b 내지 도 21d를 참조한다. 따라서, 본체의 하부측(45)은 또한, 적어도 하나의 적하 상태에서 선수 파의 형성을 억제시킬 것이다.
도 21a 내지 도 21d는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 본체(4) 및 선체(2)를 포함하는 선박(1)의 전면(6)을 도시한다. 여기에서 볼 수 있는 바와 같이, 본체(4)는 리딩 에지(41), 2개의 트레일링 에지들(42), 전방 최상부 표면(43), 윤곽선(53), 후방 최상부 표면(44), 하부측(45), 및 전방 부분(46)을 포함한다. 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44)의 합은 본체의 최상부 표면(47)을 구성한다. 윤곽선(53)은 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44) 간의 경계를 표시하고, 인터페이스들(54)은 본체의 리딩 에지(41)와 본체의 트레일링 에지들(42) 간의 경계를 표시한다. 선박 수면(5)이 2개의 적하 상태들로 표시되고, 이는 또한, 2개의 적하 상태들에 대해 선수 영역(3)을 그렇게 정의한다. 도 21a에서의 본체의 트레일링 에지들(42), 윤곽선(53), 및 인터페이스(55)에 대한 파선들은 위에서 보이지 않지만, 선체(2) 및 본체(4)의 구성을 더 잘 예시하기 위해 도시된다.
본체의 트레일링 에지(42)와 선수 영역(3) 간에 최소의 가능한 난류가 생성되도록, 본체의 트레일링 에지(42)에서 결과적인 속도 벡터(85)로 본체의 최상부 표면(47)에 걸쳐 충분한 수괴들이 인도되어야 한다.
본체의 트레일링 에지(42)와 선수 영역(3) 간의 거리를 증가시키는 것은, 특히 더 낮은 속력들에서 난류 문제들을 증가시킬 수 있다. 선수 영역(3)과 본체의 트레일링 에지(42) 간의 거리는 또한, 본체의 최상부 표면(47)으로부터의 수괴들이 선체(2) 아래에서 유동하는 것이 방지될 정도로 작지 않아야만 한다.
본체(4)와 선수 영역(3) 간의 패시지 또는 채널(60)은, 본체(4)에 걸쳐 통과하는 수괴가 선체(2) 더 아래에서 그리고 선택적으로 선수 영역(3)의 측들로 최대 층류로 자유롭게(즉, 감속이 거의 없이 또는 감속 없이) 유동하도록 치수설정되어야 한다. 가장 깊은 드래프트에서, 본체의 최상부 표면(47) 상의 수괴들이 자유롭게 유동하게 허용하기 위해, 본체의 최상부 표면(47) 및 본체의 트레일링 에지(42)로부터 선수 영역(3)까지의 충분한 거리가 있어야 한다.
본체의 트레일링 에지(42)에서의 수괴들을 측방향으로 배수시키는 본체(4) 뒤의 난류(예컨대, 도 14a 참조)를 상쇄시키기 위해, 수괴들이 또한, 본체의 하부측(45)에 의해 유사한 방식으로 측방향으로 배수되는 것이 유리할 수 있고; 이는, 예컨대, 파선들이 본체의 하부측(45)에서의 유동 라인들을 예시하는 도 14d를 참조한다.
본체(4)는, 예컨대 제 1 실시예를 참조하여, 측 플레이트들(70)을 갖도록 또는 갖지 않도록 구성될 수 있다. 측 플레이트들(70)은 본체의 리딩 에지(41)로 연장될 수 있거나, 또는 이들은 본체의 리딩 에지(41)를 지나서 더 전방으로 연장될 수 있다. 일반적으로, 측 플레이트들(70)이 더 전방으로 연장될수록, 본체(4) 앞의 리프팅된 수괴(80)의 더 작은 비율(80A)이 둘러싸는 수괴들에서의 파로서 벗어날 것이라고 말할 수 있다. 본체(4)가 측 플레이트들(70)을 갖지 않도록 구성되는 경우에, 본체(4)는, 정면에서 볼 때, 바로 본체(4)의 측들에 고착되지 않은 스트러트들 또는 플레이트들을 사용하여 선수 영역에 체결될 수 있다. 게다가, 제 1 및 제 3 실시예에서 설명된 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 V-웨지들(65)을 사용하여 본체(4)가 고착될 수 있다. 도 22a, 도 22b, 도 22c, 및 도 22d에서 도시된 바와 같이, 본체(4)는 또한, 이러한 부착들로, 정면에서 볼 때 본체(4)의 측들을 향하는 테이퍼링 단면을 갖도록 구성될 수 있다.
도 22a 내지 도 22d는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 본체(4) 및 선체(2)를 포함하는 선박(1)의 전면(6)을 도시하고, 본체(4)는 선박(1)이 움직이지 않도록 놓인 경우에 수괴에 완전히 잠수된다. 수면(5)의 포지션은 도 22b 및 도 22c에서 표시된다. 본체(4)는 본체(4)와 선수 영역(3) 간에 패시지(60)가 형성되도록 선수 영역(3)으로부터 거리를 두고 배치된다. 본체(4)는 리딩 에지(41), 트레일링 에지(42), 전방 최상부 표면(43), 윤곽선(53), 후방 최상부 표면(44), 하부측(45), 및 전방 부분(46)을 포함한다. 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44)의 합은 본체의 최상부 표면(47)을 구성한다. 윤곽선(53)은 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44) 간의 경계를 표시한다. 도 22a에서의 본체의 트레일링 에지(42), 윤곽선(53), 인터페이스(56), 및 체결 수단에 대한 파선들은 위에서 보이지 않지만, 선체(2) 및 본체(4)의 구성을 더 잘 예시하기 위해 도시된다.
도 23a 내지 도 23d는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 본체(4) 및 선체(2)를 포함하는 선박(1)의 전면(6)을 도시하고, 본체(4)는 선박(1)이 움직이지 않도록 놓인 경우에 수괴에 완전히 잠수된다. 수면(5)의 포지션은 도 23b 및 도 23c에서 표시된다. 본체(4)는 본체(4)와 선수 영역(3) 간에 패시지(60)가 형성되도록 선수 영역(3)으로부터 거리를 두고 배치된다. 본체(4)는 리딩 에지(41), 트레일링 에지(42), 전방 최상부 표면(43), 윤곽선(53), 후방 최상부 표면(44), 하부측(45), 및 전방 부분(46)을 포함한다. 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44)의 합은 본체의 최상부 표면(47)을 구성한다. 윤곽선(53)은 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44) 간의 경계를 표시하고, 인터페이스들(54)은 본체의 리딩 에지(41)와 본체의 트레일링 에지(42) 간의 경계를 표시한다. 본체의 트레일링 에지(42), 윤곽선(53), 및 인터페이스들(55 및 56)을 표시하는 도 23a에서의 파선들은 위에서 보이지 않지만, 선체(2) 및 본체(4)의 구성을 더 잘 예시하기 위해 도시된다.
도 24a 내지 도 24d는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 본체(4) 및 선체(2)를 포함하는 선박(1)의 전면(6)을 도시한다. 본 문헌에서 모델 테스트라는 제목을 갖는 섹션 하에 추후에 설명되는 모델 보트는 이러한 제 7 실시예에 따라 이루어지는 테스트 C에 있고; 도 17a 및 도 17b를 참조한다. 본 실시예는 제 1 실시예에서 설명된 바와 같은 특성들을 포인팅된 종래의 선수의 특성들과 조합한다. 수면(5)의 포지션은 도 24b 및 도 24c에서 표시된다. 본 실시예에서, 본체(4)는, 정면에서 볼 때, 선박(1)의 가장 큰 폭으로 연장되지 않는다. 본 발명의 제 1 실시예에서 설명된 바와 같이, 본체(4)는 본체(4)와 선수 영역(3) 사이에 패시지(60)가 형성되도록 선수 영역(3) 뒤로부터 거리를 두고 포지셔닝된다. 본체(4)는 리딩 에지(41), 트레일링 에지(42), 전방 최상부 표면(43), 윤곽선(53), 후방 최상부 표면(44), 하부측(45), 및 전방 부분(46)을 포함한다. 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44)의 합은 본체의 최상부 표면(47)을 구성한다. 윤곽선(53)은 전방 최상부 표면(43)과 후방 최상부 표면(44) 간의 경계를 표시한다. 도 24a에서의 본체의 트레일링 에지(42), 패시지(60), 윤곽선(53), 및 인터페이스들(56)에 대한 파선들은 위에서 보이지 않지만, 선체(2) 및 본체(4)의 구성을 더 잘 예시하기 위해 도시된다. 추가로, 도 24d에서의 파선들은 본체(4)와 선체(2) 간의 경계를 마킹한다.
격랑시(heavy sea), 본체의 상부 표면(47)은 다가오는 파들을 평탄하게 하고 이들을 선체 아래로 유도하여, 선수 영역(3)이 더 낮은 정도로 파들로부터의 저항과 직면하게 할 것이다. 따라서, 본체의 상부 표면(47)과 선수 영역(3) 사이의 거리가 충분한 경우, 소정의 높이의 파들이 본체의 상부 표면(47)과 선수 영역(3) 사이의 패시지(60)에 자유롭게 들어가고, 그 다음 선체(2) 아래로 유도되게 하는 것이 유리할 수 있다.
더욱이, 본체(4)와 선수 영역(3) 사이의 패시지(60)에 자유롭게 들어갈 수 없는 다가오는 높은 파도(high sea)가 결국 가능한 한 자유롭게 측면으로 배수될 수 있는 도 23a 내지 도 23d 및 도 24a 내지 도 24d에 도시된 바와 같은 선수 구성이 선체(2)에 주어지는 것이 더 높은 파도서 유리할 것이다.
높은 파도에서, 슬래밍이 또한 본체의 하부측(45)에서 발생할 수 있다. 이에 대응하기 위해, 본체의 하부측(45)은 정면에서 볼 때, 만곡되거나 V-형상으로 제조될 수 있다; 각각 도 14b 내지 도 14c 및 도 23b 내지 도 23c를 참조한다. 더욱이, 본체의 리딩 에지(41)가 둥글게 될 수 있거나(도 14a 및 도 14d 참조), 본체(4)가 "스윕 백(sweep back)" 구성으로 제조될 수 있다; 도 23a 내지 도 23d 참한다. 하부측에서 본체(4)의 영역은 또한 중요할 수 있는데, 그 이유는 더 작은 영역이 더 적은 슬래밍이 생기게 하기 때문이다. 수괴에서 더 깊게 본체(4)를 포지셔닝시킴으로써, 본체의 하부측(45)은 또한 슬래밍에 더 적게 노출될 수 있다.
도 25a 및 도 25b는, 본체(4)의 가장 높은 지점이 수면(5)에 로케이팅된, 본 발명에 따른 선체(2) 및 본체(4)를 포함하는 선박(1)의 전면(6)을 도시한다. 본체의 트레일링 에지(42)가, 각각 선체(2) 저부보다 높게 그리고 낮게 로케이팅된다. 낮은 속력에서, 본체의 트레일링 에지(42)가 선체(2) 저부보다 낮게 로케이팅되는 것이 유리할 수 있는데, 부분적으로 그 이유는 본체의 상부 표면(47)으로부터의 수괴가 선체(2)의 하부로 유도될 때 발생할 수 있는 난류 문제들이 결국 더 작게될 것이기 때문이다.
선박(1)의 주행 방향에서 수직 섹션에서 볼 때, 본체의 리딩 에지(41)에서의 본체(4)의 반경은 본체(4)의 항해 특징들에 있어서 중요할 수 있다. 여기서 본체(4)의 반경이 과도하게 뾰족하면, 즉 본체의 리딩 에지(41)에서 더 작은 반경이면(예를 들어, 도 26b, 도 26c 및 도 26d 참조), 선박(1)이 고속 운행중이고 그리고/또는 파들에 노출될 때, 캐비테이션(cavitation) 및 난류가 발생할 수 있다. 도 26a에 도시된 바와 같은 본체의 리딩 에지(41)의 구성은, 캐비테이션과 관련하여 더욱 유리할 수 있다. 더욱이, 상부 표면(47) 및/또는 작은 곡률 반경을 갖는 하부측(45)에 다른 영역들이 존재하면, 캐비테이션 문제들이 발생할 수 있다. 본원에서 작다는 것은, 본체(4)의 전형적인 치수들보다 실질적으로 더 작은 것, 예를 들어, 본체의 길이의 20% 미만의 곡률 반경을 의미한다.
본 발명에 따라 설계된 선박(1)이 종래의 선박(1)에 비해 증가하는 속도에서 조파 저항이 감소하기 때문에, 그리고 선박(1)의 조파 저항이 선박(1)의 길이에 덜 의존하기 때문에, 종래의 선박(1)에 비해 더 넓은 폭과 더 작은 길이로 본 발명에 따른 선박(1)을 설계하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 종래의의 선박(1)과 동일한 적재 용량을 갖는 본 발명에 따른 선박(1)이 제조하는데 비용이 덜 들 수 있다.
본체의 상부 표면(47)은, 도 26a, 도 26b 및 도 26c에서 각각 도시된 바와 같이, 단일, 이중 또는 삼중 곡률을 가질 수 있다. 상부 표면(47)은 또한, 하나 또는 그 초과의 곧은 부분들을 가질 수 있다. 더욱이, 본체(4)의 윤곽선(53)은, 도 26a 내지 도 26d에 도시된 것을 참조하여 본체(4)의 길이 방향에서 전방으로 또는 후방으로 이동될 수 있다. 본체(4)는 본체(4)의 횡단 범위에 걸쳐 상이한 프로파일들 및 프로파일 두께들을 가질 수 있다. 본체의 하부측(45)은 곧을 수 있거나(도 26b 참조), 단일 곡률을 가질 수 있거나(도 26a 및 도 26d 참조), 이중 곡률을 가질 수 있다(도 26c를 참조한다). 본체(4)는 도 26a 내지 도 26d의 하나 또는 그 초과의 조합으로 제조될 수 있다. 도 26a 내지 도 26d에 도시된 구성들은, 본체(4)의 모든 가능한 구성들을 도시하는 것과 관련하여 한정적인 것은 아니다.
수괴를 본체(4)의 중앙을 향해 이동시키는 것이 바람직하다면, 본체(4)는 대안적인 실시예에서, 정면에서 볼 때, 횡단 방향에서 본체(4)의 둘레부를 향해 최대로 통통하게(fullness) 그리고 중앙 축을 중심으로 최소로 통통하게 제작될 수 있다.
더욱이, 본체의 후방 최상부 표면(44)은, 예를 들어, 포인팅되거나 거의 포인팅된 정의된/마킹된 트레일링 에지(42)를 갖게 제작될 수 있으며, 여기서 정의된 트레일링 에지(42)는 본체의 리딩 에지(41)보다 아래에 로케이팅될 수 있다.
위에서 볼 때, 본체의 리딩 에지(41)는, 곧게, 오목하게, 볼록하게, "스윕 백"으로, "포워드 스윕"으로, 또는 이들의 조합으로 제작될 수 있다. 본체의 트레일링 에지(42)에도 동일하게 적용된다. 도 28a 내지 도 28j는 이들의 예들을 예시하고, 위에서 볼 때, 본체의 상부 표면(47)을 도시한다. 화살표는 수괴의 유동의 방향을 표시한다. 본체의 리딩 에지(41), 트레일링 에지(42) 및 인터페이스(54)가 표시된다. 그러나 도 28a 내지 도 28j는, 본체(4)의 모든 가능한 구성들을 도시하는 것과 관련하여 한정적인 것은 아니다.
선박(1)이 경사(heeling)에 적응되도록 움직이지 않고 있을 때, 본체의 상부 표면(47) 및 하부측(45)은, 정면에서 볼 때, V 또는 U 형상으로 구성될 수 있다. 이는 특히 범선들과 관련될 것이다.
정면에서 볼 때, 본체(4)의 폭은 통상적으로, 제 1, 제 2, 제 3, 제 4, 제 5 및 제 6 실시예의 경우, 선체(2) 폭의 50 내지 100% 이어야 한다. 제 7 실시예의 경우, 정면에서 볼 때, 본체(4)의 폭은 또한 선체(2)의 폭의 50% 미만 일 수 있다.
정면에서 볼 때, 본체(4)는, 바람직하게는 1.5보다 큰 폭/높이 비율을 가져야 한다.
모델 테스트들
본 발명 및 그 동작 모드를 기록하기 위해, 그리고 전방 이동에 대한 저항의 변화를 검증하기 위해, 발명자는 모델 보트를 이용하여 테스트들을 수행했다.
선박(1)의 전면(6)의 상이한 구성들에 있어서 전방 이동에 대한 저항을 임의로 비교할 수 있기 위해, 모델 보트는 교환가능한 선수 섹션을 갖는다. 따라서, 모델 보트의 나머지 부분은 동일한 구조로 가지면서, 다양한 선수 섹션들 간의 교환이 용이하다. 따라서, 반복된 실행이, 그 밖에는 동일한 컨디션들 하에서 수행될 수 있다.
모델 보트는 전기식 추진 엔진을 사용하여 무선-제어된다. 배터리는 전압 손실이 미미하게 되도록 양호하게 치수가 정해진다. 모델의 프로펠러 샤프트는, 수평으로 또는 수평에 가깝게 장착되며, 스러스트-힘들(thrust forces)을 흡수하지 않는 간단한 황동 베어링들에 의해 지지된다. 프로펠러 샤프트는, 전기식 모터 바로 위에 장착되는데, 결국 프로펠러 샤프트의 방향으로 평활하게 롤링하는 캐리지에 장착된다. 캐리지는 프로펠러와 전기식 모터의 비틀림 모멘트(torsional moment)를 흡수하지만 프로펠러의 스러스트-힘은 흡수하지 않는다. 캐리지는, 뉴턴[N] 단위의 프로펠러의 스러스트-힘이 로깅될 수 있도록 압력 센서에 영향을 준다. 모델 보트가 일정한 속력으로 구동될 때, 프로펠러로부터의 스러스트-힘은 모델 보트의 추진 저항과 동일하다. 모델 보트의 속력은 GPS 로거(logger)에 의해 측정된다. 달성된 속력[m/s] 및 추진 저항[N]의 테스트 결과들은 도 2에서 테스트 A, B 및 C로 표시된 3개의 모델 테스트들 각각에 대한 것이다. 모델의 길이 및 속력에 기반하여, 모델의 프루드 수[FN]가 또한 x 축을 따라 제공된다. 각각의 측정 포인트에 대해, 평균 스러스트-힘은 5-10초의 시간 기간을 두고 등록되고 동일한 시간 기간 동안의 속력에 대해 그에 상응하여 표시된다.
테스트 A에서, 도 16a, 도 16b 및 도 16c에 도시된 바와 같이, 모델 보트는 종래 기술에 따라 종래의 선수 구성을 사용하여 구동된다.
테스트 B에서, 이 문헌에 앞서 설명된 바와 같이, 모델 보트는 V-웨지(65) 없이 본 발명의 제 3 실시예에 따라 수정된 선수 구성을 사용하여 구동된다. 테스트 B에서의 선수 섹션들은, 도 18a 및 도 18b에서 수정된 선수 구성이 V-웨지(65)를 갖는 것으로 도시되는 것을 제외하고는 도 18a 및 도 18b와 동일하다. 도 20a에서 알 수 있는 바와 같이, 본체(4)는 테스트 B에서 얇은 플레이트를 사용하여 모델 보트에 고정된다.
테스트 C에서, 도 17a에 도시된 바와 같이, 그리고 도 24a, 도 24b, 도 24c 및 도 24d와 비교하여 본 문헌에 앞서 설명된 바와 같이, 모델 보트는 본 발명의 제 7 실시예에 따라 수정된 선수 구성을 사용하여 구동된다.
테스트 A에서 종래의 선수를 갖는 모델 보트는 통상적인 배수 선체로서 구축된다. 이 모델은 154 cm의 최대 길이 및 33 cm의 폭을 갖는다. 모델 보트의 선체 측들과 선수 영역(3) 사이의 천이는 모델 보트의 선미로부터 대략 115 cm에 있다. 모델 테스트들 동안, 모델 보트 무게는 34.5 kg이었고, 이는 대략 9.7 cm의 드래프트를 나타냈다. 모델 보트는, 움직이지 않고 놓여 물에 떠있을 때 거의 중립인 트림을 갖도록 트리밍되었다. 중립 트림은, 모델 보트의 저부가 수면(5)에 평행하도록 모델 보트가 배향되었음을 나타내는 것을 의미한다.
테스트 B에서의 모델 보트는 153.5 cm의 최대 길이를 갖는다. 모델의 폭, 중량 및 트림은 달리 테스트 A에서 변경되지 않는다. 모델 보트의 드래프트는 대략 10.2 cm이었다. 정면에서 볼 때 본체(4)의 최대 폭은 33.0 cm이고, 측면에서 볼 때 본체(4)의 최대 길이는 31.0 cm이다. 본체(4)의 최대 수직 두께는, 8.0 cm이고 본체의 리딩 에지(41) 상의 맨 앞 포인트(foremost point)로부터 대략 13 cm에 로케이팅된다. 본체의 트레일링 에지(42)는 모델 보트의 저부에서 1.0 cm 위에 포지셔닝된다. 선박(1)의 주행 방향에서 본체의 리딩 에지(41) 상의 맨 앞 포인트는 모델 보트의 저부보다 4.9 cm 더 높게 로케이팅된다. 모델 보트의 저부와 선수 영역(3) 사이에서 천이의 곡률은 대략 15.0 cm의 반경을 갖는다. 수평 평면에서 측정된 본체의 트레일링 에지(42)와 선체(2) 사이에서 패시지(60)의 거리는 대략 11.0 cm이다. 본체의 상부 표면(47)에 수직하게 측정된, 본체의 상부 표면(47)과 선체(2) 사이의 패시지(60)의 거리는 대략 6.0 cm이다. 모델 보트의 측들과 선수 영역(3) 사이의 천이에서 곡률의 반경은 대략 5.5 cm이다.
테스트 C에서의 모델 보트는 154 cm의 최대 길이를 갖는다. 모델의 폭, 중량 및 트림은 달리 테스트 A에서 변경되지 않는다. 모델 보트의 드래프트는 대략 9.8 cm이었다. 정면에서 볼 때 본체(4)의 폭은 16 cm이고, 측면에서 볼 때 본체(4)의 길이는 26.5 cm이다. 본체(4)의 최대 수직 두께는 4.0 cm이고 본체의 리딩 에지(41)로부터 12 cm에 로케이팅된다. 본체의 트레일링 에지(42)는 모델 보트의 저부와 동일한 높이에 로케이팅된다. 본체의 리딩 에지(41) 상의 맨 앞 포인트는 모델 보트의 저부보다 4.7 cm 더 높게 로케이팅된다. 패시지(60)를 형성하는 선수 영역(3)과 모델 보트의 저부 사이의 곡률은 대략 10 cm의 반경을 갖는다. 수평 평면에서 측정된 본체의 트레일링 에지(42)와 선체(2) 사이에서 패시지(60)의 거리는 대략 7.0 cm이다. 본체의 상부 표면(47)에 수직하게 측정된, 본체의 상부 표면(47)과 선체(2) 사이의 패시지(60)의 거리는 대략 8 cm이다. 모델 보트의 선체 측들과 선수 영역(3) 사이의 천이는 모델 보트의 선미로부터 대략 110 cm에 있으며, 여기서 선수 영역(3)은 도 17a에서 알 수 있는 바와 같이 볼록한 형상으로 시작한 후 오목한 형상이 된다.
도 2의 추정된 곡선들로부터 알 수 있는 바와 같이, 테스트 B에서 수정된 선수가 대략 1.23m/s 이상의 속력에서 전방 이동에 대해 가장 낮은 저항을 갖는 반면, 테스트 C에서 수정된 선수는 대략 1.03m/s 내지 1.23m/s의 속력 범위에서 전방 이동에 대해 더 낮은 저항을 제공한다. 테스트 A에서 종래의 선수에 대한 추진 저항은 대략 1.03m/s 미만의 수정된 선수를 갖는 2개의 대안들보다 더 낮다.
도 19a, 도 19b 및 도 19c는 모델 테스트들 동안 찍은 사진들을 도시한다. 도 19a는 모델이 테스트 A에서와 같이 종래의 선수 구성으로 고정될 때 찍은 것인 반면, 도 19b 및 도 19c는 모델이 테스트 B에서와 같이 수정된 선수 구성으로 고정될 때 찍은 것이다. 도 19a, 도 19b 및 도 19c에 대해 측정된 속도는 각각 1.25 m/s, 1.25 m/s 및 1.34 m/s이다. 본 발명에 따라 수정된 선수를 갖는 모델로부터의 파 형성이 종래의 선수 구성과 동일한 모델보다 실질적으로 더 작다는 것이 도 19a, 도 19b 및 도 19c에 가시적으로 도시된다.
도 2의 추정된 곡선들로부터, 도 19a 및 도 19b의 모델 보트의 속력인 1.25 m/s의 속력에서, 테스트 A의 종래의 선수 구성을 갖는 모델 보트에 테스트 B에서 수정된 선수를 갖는 모델 보트보다 대략 38.3% 더 많은 추진 저항이 제공된 것으로 판독될 수 있다(추정된 추진 저항은 각각 10.44 N 및 7.55 N임).
모델 보트가 50회 스케일링되면, 77미터 길이의 풀-스케일 쉽이 획득될 것이다. 1.25 m/s의 모델 보트의 속력은, 위에 주어진 방정식(1)을 사용함으로써 풀-스케일 쉽에 대해 8.84 m/s의 속력에 대응할 것이며, 이는 17.2 노트에 해당한다. 이 속력에서, 모델 테스트는, 테스트 A에서 사용된 모델에 따라 종래의 선수로 구축된 풀-스케일 쉽에 테스트 B에서 사용된 모델에 따라 수정된 선수로 구축된 풀-스케일 쉽 보다 47.1% 더 많은 추진 저항이 제공될 것이다(계산된 추진 저항은 각각 1,158 KN 및 787 KN임). 측정 데이터는 Havard Holm 및 Sverre Steen - Motstand og framdrift - NTNU(노르웨이)에 의해 설명된 절차에 따라 모델에서 풀 스케일로 변환되었다. 종래의 선수를 갖는 모델 보트 그리고 수정된 선수를 갖는 모델 보트는 Sm=0.71 m2의 습식 표면을 가질 것이고, 또한 둘 다는 흘수선(water line) Lvl,m=1.54 m의 길이를 가질 것으로 가정된다.
이전의 설명에서, 본 발명에 따른 선박의 상이한 양상들이 예시적인 실시예들을 참조로 설명되었다. 선박 및 그 작동 모드의 전반적인 이해를 제공하기 위한 목적으로, 상세한 설명, 특정 번호들, 시스템들 및 구성들이 제시되었다. 그러나, 이 상세한 설명은 제한적인 방식으로 해석하도록 의도되지 않는다. 설명된 내용과 관련된 당업자들에게 자명한 선박의 다른 실시예들뿐만 아니라 예시적인 실시예들의 상이한 수정들 및 변동들도 본 발명의 범위 내에 있을 것이다.

Claims (24)

  1. 선박(1)으로서,
    선체(hull)(2) - 상기 선체는 선박(1)이 움직이지 않게 놓이고 수괴(mass of water)에서 떠있을(floating) 경우, 정면에서 볼 때, 수면(5) 아래 상기 선체(2)의 표면 영역으로서 규정되는 선수 영역(bow area)(3)을 가짐 -; 및
    상기 선수 영역(3)에 배열되는 본체(4)를 포함하고, 상기 본체(4)는,
    리딩 에지(41);
    상기 리딩 에지(41)의 하류에 로케이팅되는 트레일링 에지(42);
    하부측(45); 및
    최상부 표면(47)을 더 포함하며, 상기 최상부 표면은,
    정면에서 볼 때, 상기 본체의 리딩 에지(41)로부터 상기 본체(4)의 외부 윤곽선(53)으로 연장되는 전방 최상부 표면(43)을 더 포함하고; 그리고
    정면에서 볼 때, 상기 본체(4)의 가장 높은 지점은 페이로드(payload) 및 밸러스트(ballast) 없이 상기 선박(1)이 움직이지 않게 놓이고 수괴에서 떠있을 경우 상기 선박(1)의 가장 깊은 드래프트(draught)의 절반보다 더 높게 로케이팅되며,
    상기 선박(1)의 주행 방향을 통하는 상기 본체(4)의 수직 섹션 그리고 상기 선체(2)의 횡단 방향으로의 상기 본체(4)의 범위는, 상기 선박(1)의 적하 상태들(load conditions) 중 적어도 하나에서,
    상기 선박(1)의 최저 속력으로 규정되는 하위 설계 속력과 같거나 또는 이보다 높은 상기 선박(1)에 대한 속력으로 상기 본체의 최상부 표면(47) 위로 다가오는 수괴를 변위시키되, 상기 선박(1)의 주행 방향을 따라 수직 평면에서 주로(primarily) 변위되는(displaced), 다가오는(oncoming) 수괴가 상기 본체의 전방 최상부 표면(43) 위에서 본질적으로 층류(laminar flow)를 획득하고 그리고 상기 본체의 최상부 표면(47)의 구성이 윤곽선(53) 하류의 중력장에서 낮춰진 다가오는 수괴를 가속시켜서 상기 선수 영역(3)으로부터 멀어지게, 또는 본질적으로 상기 선수 영역(3)에 평행하게, 또는 이들의 조합으로 상기 다가오는 수괴를 리드(lead)하는, 상기 본체의 트레일링 에지(42)에서의 방향 및 속도에 상기 다가오는 수괴가 도달하도록 설계되며,
    상기 본체(4)의 영역은, 정면에서 볼 때, 상기 본체(4)의 최대 폭에 대응하는 간격을 갖는, 상기 선박(1)의 주행 방향의 2 개의 수직 평면들 사이에서 상기 본체(4) 뒤에 로케이팅되는, 상기 선수 영역(3)의 부분의 20% 초과를 구성하는,
    선박(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체의 최상부 표면(47)은, 상기 선수 영역(3)으로부터 멀어지게, 또는 본질적으로 상기 선수 영역(3)에 평행하게 또는 이들의 조합으로 상기 다가오는 수괴를 리드하는, 상기 윤곽선(53)의 하류 방향을 상기 다가오는 수괴가 획득하도록 더 구성되는,
    선박(1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 가속은 상기 윤곽선(53)의 상류의 상기 중력장에서 상기 다가오는 수괴의 리프팅을 포함하는,
    선박(1).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체의 리딩 에지(41)는, 위에서 볼 때, 상기 본체(4)의 가장 큰 폭까지 연장하는,
    선박(1).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)는, 상기 선박(1)이 움직이지 않게 놓이고 수괴에서 떠있을 경우, 상기 본체의 리딩 에지(41)가 상기 선박(1)의 적하 상태들 중 적어도 하나에서 수면(5) 아래에 또는 수면(5)에 있도록 배열되는,
    선박(1).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)는, 페이로드 및 밸러스트 없이, 선박이 움직이지 않게 놓이고 수괴에서 떠있을 경우, 정면에서 볼 때, 상기 본체(4)의 가장 높은 지점이 상기 선박(1)의 가장 낮은 지점으로 여겨지는 상기 선박(1)의 가장 깊은 드래프트의 3/4보다 높게 포지셔닝되도록 포지셔닝되는,
    선박(1).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 선박(1)의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 상기 본체의 윤곽선(53) 및 리딩 에지(41)는, 상기 다가오는 수괴의 20% 초과가 하위 설계 속력과 같거나 또는 이보다 높은 상기 선박(1)의 속력으로 상기 수면(5) 위로 리프팅되도록 포지셔닝되는,
    선박(1).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하나의 수직 섹션에서 볼 때, 상기 본체의 상기 트레일링 에지(42)는, 하이드로포일(hydrofoil)의 트레일링 에지와 동일한, 또는 거의 동일한 형상을 갖는,
    선박(1).
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 선박(1)의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 상기 선체(2)의 횡단 방향으로의 상기 본체(4)의 범위 및 상기 선박(1)의 주행 방향으로의 상기 본체(4)의 수직 섹션은, 하위 설계 속력과 같거나 또는 이보다 높은 상기 선박(1)의 속력으로 상기 본체의 최상부 표면(47) 위를 통과하는 상기 다가오는 수괴의 20% 초과가, 상기 선체(2) 아래로 리드되도록, 구성되는,
    선박(1).
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)는, 적어도 하나의 통로(60)가 상기 본체(4)와 상기 선수 영역(3) 사이에 형성되도록, 상기 선수 영역(3)으로부터 거리를 두고 배열되는,
    선박(1).
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체의 트레일링 에지(42)는 상기 선수 영역(3)으로부터 거리를 두고 배열되어, 상기 선박(1)의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 상기 선체(2)는, 상기 선박(1)의 속력이 하위 설계 속력과 같거나 또는 이를 초과할 경우, 상기 선체(2) 아래로 리드되는 상기 다가오는 수괴의 부분이 상승하는 것을 방지하는,
    선박(1).
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)의 최대 높이(H)에 의해서 나누어지는 상기 본체(4)의 최대 횡단 범위(B)는, 정면에서 볼 때, 1.5보다 큰,
    선박(1).
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)의 영역은, 정면에서 볼 때, 상기 선박(1)의 최대 드래프트에서 상기 선수 영역(3)의 20% 초과를 구성하는,
    선박(1).
  14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 선박(1)의 주행 방향으로의 상기 본체(4)의 수직 섹션은, 상기 선박(1)이 중립적으로 트리밍되고(neutrally trimmed) 자신의 최대 페이로드의 10%가 적하될 때 상기 선체(2)의 드래프트의 적어도 40%를 구성하는 수직 평면에서 최대 범위를 갖는,
    선박(1).
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)는, 정면에서 볼 때 상기 선체(2)의 최대 폭의 적어도 3/8인, 정면에서 볼 때의 최대 횡단 범위를 갖는,
    선박(1).
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체의 최상부 표면(47)은 상기 본체의 최상부 표면(47)의 10% 초과를 구성하는 적어도 하나의 볼록한 부분을 포함하는,
    선박(1).
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 윤곽선(53)의 하류의 본체의 최상부 표면(47)은, 상기 본체의 최상부 표면(47) 위를 통과하는 상기 다가오는 수괴가, 상기 다가오는 수괴가 상기 선체(2)에 부딪치기 전에, 상기 본체의 리딩 에지(41)의 높이 포지션까지 또는 그 밑으로 아래로 낮추어지게 하는 구성을 갖는,
    선박(1).
  18. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)의 횡단 범위 및 상기 수면(5)에 대한 본체의 포지션은, 상기 선박(1)의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 상기 선박(1)의 속력으로 상기 본체의 상부 표면(47) 위를 통과하는 다가오는 수괴의 대부분(major part)이 둘러싸는 수괴들과 분리되도록 선택되는,
    선박(1).
  19. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체의 하부측(45)은, 상기 선박(1)의 적하 상태들 중 적어도 하나에서, 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 상기 선박(1)의 속력으로 동적 리프트(dynamic lift)를 제공하도록 형상을 이루거나 그리고/또는 각도를 이루어, 상기 본체(4)는 상기 선박(1)이 움직이지 않고 놓여 있고 수괴에서 떠있을 때와 비교하여 불변하거나 또는 거의 불변하는 부력을 획득하는,
    선박(1).
  20. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수면(5)에 대한 상기 본체(4)의 수직 포지션은, 적어도 하나의 적하 상태에서, 상기 본체(4)의 익현선(chord line) 상 90도 및 상기 선박(1)의 주행 방향을 따라 측정되는, 상기 본체(4)의 최대 두께 하류의 상기 본체의 최상부 표면(47)에서의 상기 다가오는 수괴가 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 상기 선박(1)의 속력에서 본질적으로 일정하거나 또는 증가하는 속도를 획득하게 하는,
    선박(1).
  21. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수면(5)에 대한 상기 본체(4)의 수직 포지션은, 적어도 하나의 적하 상태에서, 상기 다가오는 수괴의 압력이 하위 설계 속력과 동일하거나 그보다 큰 상기 선박(1)의 속력에서 외부 윤곽선(53) 하류의 최상부 표면(47) 위에서 본질적으로 일정하게 하는,
    선박(1).
  22. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)의 단면 영역은, 정면에서 볼 때, 상기 본체의 횡단 방향으로의 둘레부를 향해 높이가 감소하고 있어서, 상기 본체(4)의 하부측(45)에서의 압력 축적(built up) 및 상기 본체(4)의 최상부 표면(47)에서의 압력 축적이 상기 본체의 둘레부들에서 본질적으로 동일해지는,
    선박(1).
  23. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 본체(4)의 각각의 횡단 측에서의 둘레부는 상기 선박의 주행 방향을 따라 상기 본체(4)의 대부분에 걸쳐 연장하는 플레이트를 포함하며, 상기 플레이트의 기하학적 형상은 상기 본체(4)의 하부측(45)에서의 압력이 상기 본체(4)의 최상부 표면(47)에서의 압력에 어떤 영향도 주지 않거나 미미한 영향을 주도록 설계되는,
    선박(1).

  24. 삭제
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