KR19990086934A

KR19990086934A - 4자유도 운동 및 저항 계측장치

Info

Publication number: KR19990086934A
Application number: KR1019980020121A
Authority: KR
Inventors: 유성선; 유우준; 정성욱
Original assignee: 이해규; 삼성중공업 주식회사
Priority date: 1998-05-30
Filing date: 1998-05-30
Publication date: 1999-12-15
Also published as: KR100343022B1

Abstract

본 발명은 4자유도 운동 및 저항 계측 장치에 관한 것이며, 예인전차에 탑재 및 고정되는 지지프레임(10); 지지프레임(10)에 형성된 가이드(110), 가이드를 따라 이동 및 고정 가능하게 설치된 캐리어(120), 캐리어의 양측에 설치된 2개의 풀리(130), 두 풀리 사이에 걸리고 일점이 캐리어에 고정되어 캐리어의 운동을 풀리에 전달하는 루프 와이어(140), 및 두 풀리 중 하나에 장착되어 캐리어의 가로방향 직선운동을 계측하는 센서(150)를 포함하는 서징 계측부(100); 캐리어에 형성된 안내홀(210), 안내홀에 이동 및 고정 가능하게 장착된 히브봉(220), 히브봉의 양단에 걸려 히브봉의 이동과 함께 상하로 이동하는 와이어(230), 와이어(230)에 물려 와이어(230)의 상하 이동에 따라 회전하는 흴(240), 및 휠에 장착되어 히브봉의 상하 직선 운동을 계측하는 센서(250)를 포함하는 히빙 계측부(200); 히브봉 하단에 설치되고 전후좌우로의 회전을 허용하는 짐벌(310), 짐벌에 설치되고 피칭을 계측하는 센서(320), 및 짐벌에 설치되고 롤링을 계측하는 센서(330)를 포함하는 피칭 및 롤링 계측부(300); 히브봉 하단에 설치되고 히브봉이 받는 저항을 계측하는 저항 검력계(410)를 포함하는 저항 계측부(400); 및 짐벌의 하단에 설치되어 히브봉을 모형선박(3)에 고정시키는 연결판(500); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치.

Description

4자유도 운동 및 저항 계측장치

(기술분야)

본 발명은 4자유도 운동 및 저항 계측 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 선박의 저항추진능력이나 운동조정성능 등에 관한 데이터를 얻기 위하여 예인수조에서 모형선박을 사용하여 행하는 예인 시험에 있어서, 모형선박이 일정한 속도로 진행할 때 모형선박이 받는 각종 운동과 저항을 측정하는 계측장치에 관한 것이다.

(배경기술)

일반적으로 선박은 수면 위에서 가장 안정한 상태로 유체의 저항을 가장 적게 받으면서 고속의 속도를 구현할 수 있도록 설계되는 것이 가장 바람직한 바, 이러한 조건을 갖춘 선박을 시행착오 없이 제작하기 위하여, 실선박의 제작하기에 앞서 모형선박을 미리 제작한 후 예인수조 안에서 선박의 형상에 따른 물의 저항 및 프로펠러의 곡면형상에 따른 추진력 등과 같이, 선박의 저항추진성능 및 운동조종성능 등에 관한 여러 가지의 데이터를 얻기 위한 모형선박 시험용 예인수조가 개발되어 사용되고 있다.

이러한 모형선박 시험용 예인장치는, 실해역과 같은 효과를 나타낼 수 있는 길이 및 폭, 깊이 등을 갖춘 예인수조 안에 시험하고자하는 모형선박을 띄워놓음과 동시에 예인전차에 모형선박을 조립한 후 예인전차를 이용하여 추진되도록 하므로써, 모형선박이 물위를 실제의 해역에서 달리는 것과 같이 고속 또는 저속으로 선회 주행되도록 하여, 예인전차와 모형선박에 장착된 각종 계측장비에 의해 각종 시험 데이터 값을 수득하여 최적의 조건을 갖춘 선박을 구현할 수 있도록 하는 것이다.

모형선박의 예인 시험에 있어서, 해상상태에서 선박이 파랑 중에 일정한 속도로 진행할 때 항주하는 선박의 운동성능 및 파랑 중의 저항증가 성능을 추정하기 위하여 실제 해양 상태의 축소된 파랑의 형태를 재현하고 모형선박을 장착하여 예인하면서 운동 및 저항치를 계측하는 장치를 필요로 한다.

항해 중인 선박이 보이는 운동은, 선체의 길이 방향의 수평축에 연한 전후동요(surge), 선체의 길이 방향의 수평축에 대한 회전동요(roll), 선체의 횡방향 수평축을 따라 움직이는 좌우동요(sway), 선체의 횡방향 수평축에 대한 회전운동(pitch), 선체의 연직축 방향으로의 상하동요(heave), 및 선체의 연직축 방향으로 한 회전동요(yaw) 등의 6방향 운동으로 대별할 수 있다.

계측하려는 물리량이 모형선박이 파랑 중에 일정한 속도로 예인될 때의 운동과 저항인 경우 계측장치가 갖추어야 할 조건으로서는, 구속이 필요한 운동에 대해서는 충분한 강성을 가지고 제한하면서 허용되는 운동의 부분에 대해서는 가능한 한 관성과 간섭의 영향이 없도록 하는 것이다. 즉, 허용되는 운동에 대해서는 최소의 간섭으로 자유로운 운동을 보장하고 비허용 운동은 완전히가 구속하는 한편, 정밀성과 반복성이 우수한 센서를 사용하고, 교정이 편리하여야 바람직한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 실제 해양 상태의 축소된 파랑을 재현하여 축소 모형선박을 예인 시험할 때, 모형선박의 4자유도 운동 및 저항치를 계측하는 계측장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적은 허용되는 운동인 히빙(heaving), 서징(surging), 피칭(pitching) 및 롤링(rolling)에 대해서는 최소의 간섭으로 자유로운 운동을 보장하고, 구속이 필요한 스웨잉(swaying)과 요잉(yawing)에 대해서는 확실히 구속할 수 있는 4자유도 운동 및 저항치를 계측하는 계측장치를 제공하고자 하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 4자유도 운동 및 저항 계측장치의 정면도,

도2는 본 발명에 따른 4자유도 운동 및 저항 계측장치의 측면도,

도3은 히브봉 하단부의 짐벌의 정면도,

도4는 히브봉 하단부의 짐벌의 측면도,

도5는 저항 계측부가 연결된 히브봉 하단부의 짐벌의 측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2: 예인전차 3: 모형선박

10: 지지프레임 100: 서징 계측부

110: 가이드 120: 캐리어

130: 풀리 140: 루프 와이어

150,250,320: 센서 200: 히빙 계측부

210: 안내홀 220: 히브봉

230: 와이어 240: 흴

300: 롤링 계측부 310: 짐벌

400: 저항 계측부 410: 저항 검력계

500: 연결판

상기한 본 발명의 목적은, 예인전차에 탑재 및 고정되는 지지프레임; 상기 지지프레임에 형성된 가이드, 상기 가이드를 따라 수평방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치된 캐리어, 상기 캐리어의 양측에 설치된 2개의 풀리, 상기 두 풀리 사이에 걸리고 일점이 상기 캐리어에 고정되어 상기 캐리어의 운동을 상기 풀리에 전달하는 루프 와이어, 및 상기 두 풀리 중 하나에 장착되어 상기 캐리어의 가로방향 직선운동을 계측하는 센서를 포함하는 서징 계측부; 상기 캐리어에 형성된 안내홀, 상기 안내홀에 상하 방향으로 이동 및 고정 가능하게 장착된 히브봉, 상기 히브봉의 양단에 걸려 상기 히브봉의 이동과 함께 상하로 이동하는 와이어, 상기 와이어에 물려 상기 와이어의 상하 이동에 따라 회전하는 흴, 및 상기 휠에 장착되어 상기 히브봉의 상하 직선 운동을 계측하는 센서를 포함하는 히빙 계측부; 상기 히브봉 하단에 설치되고 전후좌우로의 회전을 허용하는 짐벌, 상기 짐벌에 설치되고 피칭을 계측하는 센서, 및 상기 짐벌에 설치되고 롤링을 계측하는 센서를 포함하는 피칭 및 롤링 계측부; 상기 히브봉 하단에 설치되고 히브봉이 받는 저항을 계측하는 저항 검력계를 포함하는 저항 계측부; 및 상기 짐벌의 하단에 설치되어 상기 히브봉을 모형선박에 고정시키는 연결판을 포함하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치에 의해 달성된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 4자유도 운동 및 저항 계측장치를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 4자유도 운동 및 저항 계측장치를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1은 본 발명에 따른 4자유도 운동 및 저항 계측장치의 정면도, 도2는 본 발명에 따른 4자유도 운동 및 저항 계측장치의 측면도, 도3은 히브봉 하단부의 짐벌의 정면도, 도4는 히브봉 하단부의 짐벌의 측면도, 도5는 저항 계측부가 연결된 히브봉 하단부의 짐벌의 측면도이다.

본 발명에 따른 계측장치(1)는 지지프레임(10), 서징 계측부(100), 히빙 계측부(200), 피칭 및 롤링 계측부(300), 저항 계측부(400), 및 연결판(500)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

도1과 도2에 도시된 바와 같이, 지지프레임(10)은 본 발명에 따른 계측장치(1)를 지지하고, 이를 예인전차(2: 구체적으로 서브예인전차의 레일)에 탑재 및 고정하기 위한 골격부재로서, 사각의 강재바를 직사각형 형상으로 제작하여 수평으로 위치시킨 수평 프레임(11)과 상기 수평 프레임(11)의 하부에 하방으로 위치시킨 수직 프레임(12)으로 구성된다. 수평 프레임(11)의 네 모서리 부분에는 본 발명의 장치(1)를 예인전차(2)에 고정하기 위한 클램프(13)가 설치되어 있고, 지지프레임(10)의 하면에는 이를 예인전차(2) 상에 안전하게 올려놓을 수 있도록 하는 받침대(14)가 설치되어 있다.

상기 지지프레임(10)에는 서징 계측부(100), 히빙 계측부(200), 피칭 및 롤링 계측부(300), 저항 계측부(400:5도 참조), 및 연결판(500)을 포함하는 본 발명의 계측장치(1)가 설치된다.

서징 계측부(100)는 선체의 길이 방향의 수평축에 연한 전후동요인 서징을 계측하기 위한 장비로서, 가이드(110), 캐리어(120), 풀리(130), 루프 와이어(140), 및 센서(150)를 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

가이드(110)는 상기 캐리어(120)의 이동로를 형성하는 한편, 서징 계측부(100), 히빙 계측부(200), 피칭 및 롤링 계측부(300), 저항 계측부(400) 및 연결판(500) 모두를 지지하는 작용을 한다.

가이드(110)는 지지프레임(10)에 상하 일정한 간격을 두고 수평으로 평행하게 신장되어 있는 한쌍의 지지대(111)와 이 지지대(111)에 일정간격 이격되어 수평으로 평행하게 신장되어 있는 한쌍의 안내봉(112)으로 이루어져 있으며, 지지대(111)는 수직 프레임(12)의 내측면에 고정 설치되고 안내봉(112)은 지지대(111)의 양단에 돌출 형성한 고정구(113)에 장착된다.

상기 가이드(110)에는 캐리어(120)가 길이방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치된다. 캐리어(120)는 상기 두 안내봉(112)에 걸쳐서 위치하는 본체(121)와, 상기 본체의 상하 양단에 형성되어 안내봉(112)이 끼워지고 다수의 롤러(123)를 구비한 슬라이딩부(122)를 포함한다. 캐리어(120)는 상기 롤러(123)의 작용으로 안내봉(112)에 대하여 최소의 저항으로 미끄럼 운동할 수 있게 된다.

상기와 같이 캐리어(120)를 두 안내봉(112)을 가지는 평행 가이드(110)로 지지하는 것은 모형 선박(3)의 운동과 관련하여 발생할 수 있는 의도하지 않은 캐리어(120)의 유동을 최소화하기 위한 것이다.

상기 캐리어(120)에는 선박의 서징을 계측할 필요가 없는 경우 가이드(110)에 대해 캐리어가 이동하지 못하도록 고정시키는 스토퍼(124)가 설치되어 있으며, 스토퍼(124)로는 슬라이딩부(122)에 고정볼트를 장착하여 캐리어(120)를 지지대(111)에 고정시키는 구조를 사용할 수 있다.

상기 가이드(110)와 캐리어(120)의 작용에 의해 선박(3)의 서징은 캐리어(120)의 이동으로 나타난다. 이와 같은 캐리어(120)의 이동은 한쌍의 풀리(130), 루프 와이어(140) 및 센서(150)의 작용으로 전기적으로 측정된다.

풀리(130)는 캐리어(120)의 양측에, 즉 수평 프레임(11)의 양단에 일직선상에 설치되고, 이 두 풀리(130)에는 와이어(140)가 루프식으로 팽팽하게 걸려 있으며, 루프 와이어(140)의 일점은 연결바(141)에 의해 캐리어(120)에 고정되어 있다. 또한 상기 두 풀리(140) 중 하나에는 예컨대 포텐쇼미터(potentio meter)와 같은 센서가 장착되어 있어서 풀리(140)의 회전을 계측하도록 되어 있다.

따라서, 선박(3)의 서징운동이 후술하는 히브봉(220)을 통해 캐리어(120)에 전달되어 캐리어(120)가 가이드(110)를 따라 이동하면, 캐리어(120)의 이동이 상기 와이어(140)를 이동시켜 풀리(130)를 회전시키게 되고, 이 풀리(130)의 회전량을 센서(150)가 측정하게 되므로, 선박(3)의 서징운동을 계측할 수 있게 된다.

다음에 선체의 연직축 방향으로의 상하동요를 계측하는 히빙 계측부(200)에 대해 설명한다. 히빙계측부(200)는, 안내홀(210), 히브봉(220), 와이어(230), 흴(240), 및 센서(250)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

안내홀(210)은 히브봉(220)의 상하 운동을 안내하는 부재로서, 상기 캐리어(120)에 일체로 형성되거나 별도로 제작하여 조립되며, 수직으로 뻗은 통상 구조로 되어 있다. 첨부 도면에서는 캐리어(120)의 두 슬라이딩부(122)에 각각 원통 형상의 안내홀(210)이 상하로 조립된 구조를 예시하고 있다.

히브봉(220)은 선박(3)의 상하운동을 받는 부재로서, 상기 안내홀(210)에 최소한의 저항으로 상하 이동 가능하게 끼워지며, 히빙 운동을 계측할 필요가 없을 때 캐리어(120)에 대해 히브봉(220)을 고정시키기 위한 스토퍼(221)를 구비하고 있다. 도3과 도4에서 도면부호 260은 히브봉(220)에 후술하는 짐벌(310)을 연결하기 위한 플랜지를 나타낸다.

모형선박(3)의 히빙은 상기 안내홀(210)과 히브봉(220)의 작용에 의해 히브봉(220)의 상하 이동으로 나타난다. 이와 같은 히브봉(220)의 이동은 와이어(230), 흴(240) 및 센서(250)의 작용으로 전기적으로 계측된다.

와이어(230)는 히브봉(220)의 양단에 설치된 상하 와이어 연결핀(231)에 팽팽하게 결속되어 있어서 히브봉(220)의 상하 이동과 함께 상하로 이동하며, 상기 와이어(230)의 진행경로(예를 들어, 상기 캐리어(120)상의 와이어 진행경로)에는, 휠(240)이 회전 가능하게 설치되어 있다. 이 휠(240)에는 와이어(230)가 물려 있어서, 휠(240)은 와이어(230)의 상하 이동에 따라 회전하게 된다. 또한, 상기 휠(240)에는 예컨대 포텐쇼미터와 같은 센서(250)가 장착되어 있어서 휠(240)의 회전을 계측하도록 되어 있다.

따라서, 선박(3)의 히빙운동은 히브봉(220)을 통해 와이어(230)를 상하 이동시키고, 이것이 흴(240)의 회전으로 전달되어 그 회전량을 센서(250)가 측정하게 되므로, 선박(3)의 히빙운동을 계측할 수 있게 되는 것이다.

다음에, 도3과 도4를 참조하여 피칭 및 롤링 계측부(300)에 대해 설명한다. 피칭 및 롤링 계측부(300)는 선체 횡방향 수평축에 대한 회전운동과 선체 길이 방향 수평축에 대한 회전동요를 계측하기 위한 것으로서, 히브봉(220) 하단에 연결되는 짐벌(310), 피칭과 롤링을 계측하는 예컨대 포텐쇼미터와 같은 센서(320,330)를 포함한다.

짐벌(310)은 전후좌우로의 회전을 허용하는 공지의 구조인 바, 그 구체적인 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 상기 짐벌(310)에는 피칭 또는 롤링 운동을 계측할 필요가 없을 때, 짐벌의 한쪽 또는 양쪽 방향의 회전을 고정시키는 스토퍼(340)가 구비되어 있다.

이와 같은 피칭 및 롤링 계측부(300)의 구성에 따라, 모형선박(3)의 피칭과 롤링 운동은 짐벌(310)의 전후좌우 방향의 회전으로 전달되어 그 회전량을 센서(320,330)가 측정하게 되므로, 선박의 피칭 및 롤링 운동을 계측할 수 있게 된다.

도5에 도시된 바와 같이, 예인력과 파력에 의해 모형선박(3)이 받는 저항을 계측하는 저항 계측부(400)는, 히브봉(320)의 하단, 예를 들어 히브봉(220)과 짐벌(310) 사이에 플랜지 결합되는 예컨대 스트레인 게이지(strain gauge)와 같은 저항 검력계(410)를 포함한다. 저항을 계측할 필요가 없는 경우에는 도3과 도4에 도시된 바와 같이 저항 검력계(410)를 분리하고 히브봉(220)에 짐벌(310)을 바로 연결하여 사용한다. 히브봉(220)의 플랜지(260)에는 여기에 결합되는 저항 검력계(410)의 방향을 변경 및 고정시킬 수 있는 스토퍼(420)를 설치하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 도1 등에 도시된 바와 같이, 상기 짐벌(310)의 하단에는, 모형선박(3)의 운동을 이상에서 설명한 본 발명의 계측장치(1)에 전달하기 위해 히브봉(220)을 모형선박(3)의 내측 바닥에 고정시키는 연결판(500)이 설치된다. 연결판(500)은 평판 형상으로 되어 있으며, 선박(3)의 바닥에 설치된 어댑터(510)와의 사이에 볼트(520)를 체결하는 방식으로 고정된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 4자유도 운동 및 저항 계측장치(1)는, 그 수평 프레임(11)을 예인수조의 예인전차(2)에 탑재하고 연결판(500)을 모형선박(3)의 바닥에 설치된 어댑터(510)에 고정하므로써 설치되며, 시험 계획에 따라 실시되는 예인속도 및 파랑에 따라 모형선박(3)에 가해지는 각종 운동과 저항을 서징 계측부(100), 히빙 계측부(200), 피칭 및 롤링 계측부(300), 및 저항 계측부(400)에 의해 정밀하게 계측할 수 있으며, 또한 측정이 필요 없는 운동 또는 저항이 있는 경우에는, 전술한 바와 같이 스토퍼에 의해 해당 운동 또는 저항을 계측하는 부위를 확실히 구속하여 다른 운동의 간섭을 최소화한 상대로 필요로 하는 운동 또는 저항을 정밀하게 계측할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 4자유도 운동 및 저항 계측장치에 의하면, 허용되는 운동인 히빙, 서징, 피칭 및 롤링에 대해서는 최소의 간섭으로 자유로운 운동을 보장하고 구속이 필요한 스웨잉과 요잉에 대해서는 확실히 구속한 상태에서 계측코자 하는 운동 및 저항을 측정할 수 있으므로, 선박이 항해 중에 받는 힘과 저항을 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Claims

예인전차에 탑재 및 고정되는 지지프레임(10); 상기 지지프레임(10)에 형성된 가이드(110), 상기 가이드(110)를 따라 수평방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치된 캐리어(120), 상기 캐리어(120)의 양측에 설치된 2개의 풀리(130), 상기 두 풀리(130) 사이에 걸리고 일점이 상기 캐리어(120)에 고정되어 상기 캐리어(120)의 운동을 상기 풀리(130)에 전달하는 루프 와이어(140), 및 상기 두 풀리(130) 중 하나에 장착되어 상기 캐리어(120)의 가로방향 직선운동을 계측하는 센서(150)를 포함하는 서징 계측부(100); 상기 캐리어(120)에 형성된 안내홀(210), 상기 안내홀(210)에 상하 방향으로 이동 및 고정 가능하게 장착된 히브봉(220), 상기 히브봉(220)의 양단에 걸려 상기 히브봉(220)의 이동과 함께 상하로 이동하는 와이어(230), 상기 와이어(230)에 물려 상기 와이어(230)의 상하 이동에 따라 회전하는 흴(240), 및 상기 휠(240)에 장착되어 상기 히브봉(220)의 상하 직선 운동을 계측하는 센서(250)를 포함하는 히빙 계측부(200); 상기 히브봉(220) 하단에 설치되고 전후좌우로의 회전을 허용하는 짐벌(310), 상기 짐벌(310)에 설치되고 피칭을 계측하는 센서(320), 및 상기 짐벌에 설치되고 롤링을 계측하는 센서(330)를 포함하는 피칭 및 롤링 계측부(300); 상기 히브봉(220) 하단에 설치되고 히브봉이 받는 저항을 계측하는 저항 검력계(410)를 포함하는 저항 계측부(400); 및 상기 짐벌(310)의 하단에 설치되어 상기 히브봉을 모형선박(3)에 고정시키는 연결판(500); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 가이드(110)는 상기 지지프레임(10)에 상하 일정한 간격을 두고 수평으로 평행하게 고정된 한쌍의 지지대(111)와 상기 지지대(111)에 일정간격 이격되어 수평으로 평행하게 설치된 안내봉(112)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치.
제2항에 있어서, 상기 캐리어(120)는 상기 두 안내봉(112)에 걸쳐 위치하는 본체(121)와 상기 본체의 상하 양단에 형성되어 안내봉(112)이 끼워지고 다수의 롤러(123)를 구비한 슬라이딩부(122)로 구성되고, 상기 캐리어(120)에는 상기 가이드(110)에 대해 상기 캐리어(120)가 이동하지 못하도록 고정시키는 스토퍼(124)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 안내홀(210)에는 상기 캐리어(120)에 대해 상기 히브봉(220)이 이동하지 못하도록 고정시키기 위한 스토퍼(221)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 짐벌(310)에는 그 회전을 선택적으로 고정하는 스토퍼(340)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 저항 계측부(400)의 저항 검력계(410)는, 상기 히브봉(220)과 짐벌(310) 사이에 착탈 가능하게 설치되고, 상기 히브봉(220)의 플랜지(260)에는 상기 저항 검력계(410)의 방향을 변경 및 고정시킬 수 있는 스토퍼(420)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서들은 포텐쇼미터인 것을 특징으로 하는 4자유도 운동 및 저항 계측장치.