KR20010052452A - 고속 하이브리드 해상 선박 - Google Patents

Abstract

일체구조의 유치역학적 양력 발생, 롤 안정 및 피치 제어용 윙(4, 5) 또는 수중익을 가진 고속 하이브리드 해상 선박(1)이며, 이것은 2개의 완전히 다른 모드로 운용되는데, 하나는 적어도 3개의 침수된 선각 요소(2, 3)에 의한 (+) GM 값을 특징으로 하는 유체정역학적으로 안정된 저속 모드이고, 다른 하나는 단 하나의 침수된 선각 요소(2)에 의한 (-) GM 값을 특징으로 하는 유체정역학적으로 불안정한 고속 모드이며, 상기의 측선각(2, 3) 요소는 이 측선각을 주선각에 연결하는 일체 구조의 갑판 구조물을 경유하여 선박과 일체 구조로 되어 있다.

Description

고속 하이브리드 해상 선박{HIGH SPEED HYBRID MARINE VESSEL}

현대 고속 선박에 있어서, 최근에는 쌍동선(雙胴船)이, 특히 크기가 100m 이하인 단일선각(monohull) 선박 시장의 우위를 차지하고 있다. 이 형식의 선박은 운전의 단순성, 높은 안정성 및 비교적 고속의, 특히 30 내지 35 노트 속도대의 속항(速航) 능력을 특징으로 한다. 그러나 두드러진 현상은 속도 성능에 대한 요구가 계속 높아지고 있는 것처럼 보이며, 일부 쌍동선은 45노트에 이르고 있고, 드물게는 50노트 이상의 선박까지 등장하는 것이 오늘날 현실화 되고 있다. 또한 속항 성능은 현대의 고속해상 수송에서 중요한 이슈가 되고 있다. 이들 수요는, 추진 기관의 탑재 및 승선감을 위해 선수(船首)에 위치하는 소형 T-포일(foils) 및 선미(船尾)에 위치하는 트림-탭 (trim-tap) 등과 같은 능동적 작용을 하는 제동 시스템의 도입이라는 결과를 가져왔다. 그러나 기본적으로 비영구적 양력 발생 기구인 T-포일의 도입은 40 내지 45노트 쌍동선에서 약 2 내지 3노트가 감속되는 현저한 드래그(drag, 속도 장애)가 되고 있다.

정기 노선에 대한 고속 수요의 증가와 더불어, 대부분의 고속 페리 운전자들은 이로 인해 급상승하는 연료 소모 때문에 이러한 개발 추세에 동참하기를 여전히 꺼리고 있다. 70년대 초에 상업적으로 처음 개발된 쌍동선 기술이, 오늘날 유체역학적 관점에서 개발의 최적 단계에 도달된 것 같다. 중요한 드래그 요소가 유체역학적 표면 마찰에 관련되어 있다는 점 때문에 더 이상의 드래그 감소는 심하게 제한을 받는다. 이를 극복하기 위해, 습표면 면적을 감소하든지 아니면, 공기 윤활 같은 신기술을 적용하여 표면 마찰을 줄여야만 한다.

이러한 기술적 도전을 해결해 줄 검증된 수단이 없다는 점을 인정할 때, 오늘날 우리가 알고 있는 쌍동선 개념은 모든 면에서 미래의 수요에 충분히 대처하기에는 더 이상 적합하지 않다는 것을 알 수 있다. 이 견해는 일반인들과 정부들이 보여주는 환경 문제에 관한 증가된 관심에 의해 지지를 받고 있으며, 이런 점에서 새로운 개념의 발전을 통해 잘 추진되어 나갈 것처럼 보인다.

90년대 초, 그중에서도 특히 쌍동선이 물과 선각의 마찰력을 감소시키기 위한 수중익 원리의 일시적 부흥을 이끌었다. 노르웨이 특허 175199호 및 여러가지 미합중국 특허에 개시된 바와 같이, 물에서 양 선각를 리프트하는 포일 시스템에 관한 다양한 쌍동선 개념이 소개되었다. 고속 및 속항 능력에 관련된 이점이 있는 반면, 이 기술은 투자비의 증가 및 중량에 대한 민감성 문제 등의 몇가지 단점이 있으며, 이 중량 민감성 문제는 이런 형식 선박의 물리적 크기 및 페이-로드(pay-load)에 상당한 제한을 가하며 긍극적으로 그것은 상업적 수요의 결여로 이어진다.

해군 리서치에 따르면, 일반적으로 고속 페리 사업은 물론 오늘날 여러가지 새로운 디자인의 설계 및 모델 단계 시험 쪽으로의 뚜렷한 추세를 관찰할 수 있다. 몇가지 추세 역행 디자인 중에서 고속 3동선(三胴船) 개념의 어떤 유형이 가까운 미래의 관심을 끄는 잠재적 타협안이 될 것으로 보인다.

미합중국 특허 5503100호가 이 범주에 속하는 것이다. 그러나 이 발명은 일반적으로 고속 선박에 요구되는 조건 면에서 볼 때, 이 발명을 거의 무용하게 만들지도 모를 실행 불가능하고 일부는 비기능적인 속성들로 인해 훼손받고 있는 것 같다. 여러 가지 중에서, 이것은 수중 선각 형상 및 추진 시스템의 구조에 대해 다루지고 있지만, 상당한 선각 마찰 저항 및 형상 저항, 큰 드래프트(draft, 吃水) 및 과도한 총중량을 초래할 것 같다.

본 발명의 새로운 설계는, 고속 및 속항 능력으로 인해 요트업계에서 호평을 얻고 있는 널리 알려진 3동선의 변형이다. 3동선 설계는 3개의 선각 요소로 구성되어 있으며, 이것은 길고 좁은 중심 선각 및, 선각 중앙 또는 선미에 위치하는 횡가교 구조물의 하측과 일체 구조로 되어 있는 한 쌍의 짧은 현외(舷外, outrigger) 선각 또는 측선각을 포함한다. 그러나 이 설계는 아직 고속 페리에는 이용되지 못하고 있다. 이 방식의 설계가 미합중국 특허 4348972호, 5178085호, 5529009호, WO/93/07046, 94/20359, 97/10988, EP/455605 및 일본 특허 63130492호에 개시되어 있다.

소위, 프루우드 수는 다음식으로 표현된다.

Fn = v/√g*L

여기서, v = 속도(m/s), g = 중력 가속도, L = 흘수선(吃水線) 길이(m)는 선박의 유체역학적 저항에서 중요한 역할을 한다. 완전히 침수된 선각을 특징으로 하는 종래의 3동선(三胴船)에서는 길이가 짧고 속도가 충분히 빠를 때, 수면에서 떠오르는 식으로 운전되는 경향이 있다. 일반적으로 안정성 요건 즉, 충분히 높은 GM 값을 특징으로 하는 3동선에서 측선각의 비교적 깊은 침수는 높은 프루우드 수의 실질적인 저항 증가의 위험을 초래한다.

본 발명은 전술한 3동선 형식의 개선된 것에 관한 것이며, 서로 확연히 다른 모드에서 운전되는 하이브리드 해상 선박에 관한 것이다. 즉, 유체정역학적으로 안정된 저속 모드가 그 하나며, 이 모드는 적어도 3개의 침수된 선각 요소에 의한 (+) GM 값을 특징으로 하며, 이 선각 요소는 가늘고 깊은 주선각과 적어도 한 쌍의 가늘고 얕은 지지 선각을 포함하며, 이 지지 선각은 후에 측선각으로서 언급이 되겠지만, 이 측선각을 주선각과 연결하는 견고한 갑판 구조물을 경유하여 선박과 일체 구조로 되어 있다. 다른 모드는 부분적으로 침수되는 가느다란 주선각만에 의한 (-) GM 값을 특징으로 하는 부분적으로 양력을 받는 유체정역학적으로 불안정한 고속 모드이다. 일체 구조의 유체역학적 양력 발생, 롤 안정 및 피치 제어용 윙 또는 수중익의 이용에 의한 보강으로, 한 모드에서 다른 모드로 전환됨으로써 측선각이 흘수선 위에 놓이게 된다. 이 선박은 다음 것들의 조합을 특징으로 한다.:

- 주선각은 (-) GM 값을 가진, 그 자체가 유체역학적으로 불안정한 형식이며, 흘수선 폭에 비해 흘수선 길이가 길고, 흘수선 폭에 비해 메인덱(main deck, 主甲板)) 폭이 넓다;

- 웨트덱(wet deck) 아래의 주선각의 선미부가 도 4(a-d)에 도시된 바와 같은 횡단면을 가지며, 결국은 이들의 조합으로 된다;

- 주갑판 레벨 아래의 주선각의 앞쪽이 그 길이 대부분에 걸쳐 도 4(e-m)에 도시된 바와 같은 V, U 또는 Y 형상의 힝단면을 가진다.

- 지지 선각은 주선각의 깊이보다 대체로 더 얕은 깊이를 가지며, 결국 이것은 조정 가능한 높이이다. 그리고 지지 선각은 선미에 위치하거나 또는, 측면에서 바라 본 선박 중간 지점에 가깝게 위치하며, 중심선에 대해 대칭이다.

- 적어도 하나의 제1 유체역학적 윙 또는 수중익이 주선각과 측선각 사이에 배치되어 있으며, 이것들은 수직 스트럿(struts)을 통해 일체 구조로 되어 있고, 결국 적어도 하나의 수직 스트럿을 통해 그 사이에 놓여 있는 웨트덱 구조물과 일체 구조로 되어, 선박 중심선의 양측에 대칭적으로 배치된다

- 주선각(바람직하게는 대형 선박)은 자기 제어 방식의 신속히 물을 스쿠핑하는 밸러스트 시스템을 장착하고 있으며, 결국은 주수(注水, scooping) 및 배수 조절 수단이 된다.

바람직한 예로는, 선박이 양력 발생 및 롤 안정을 위한 높은 종횡비의 완전 침수된 제1 수중익을 갖추는 것이다. 이것은 주선각과 측선각 사이의 하방에 위치하며 LCG(선박 중량의 종방향 중심)에 가까이 있다. 그리고 주선각 및, 웨트덱 구조물과 측선각에 고정되어 있다. 그리고 후미 또는 전방에(결국은 두 곳에 다 있음) 위치한 제2 유체역학적 양력 발생 및 피치 제어를 위한 제2 윙 또는 수중익을 갖추는 것이다. 이것은 주선각 및, 수중익의 횡방향 길이에 따라 다르기는 하지만 웨트덱 구조물에 고정되어 있다.

다른 바람직한 예로는, 특히 100m 이상의 선박에 적합한 것인데, 선박이 양력 발생, 롤 안정 및 피치 제어를 위한 큰 종횡비의 2개의 제1 수중익을 갖추는 것이다. 일반적으로 이런 크기의 선박은 1000 톤을 훨씬 초과하는 만재 배수량을 가진다. 이것은, 40 내지 45 노트 속도에서 50% 수준의 LD(lift-to-displacement ratio)비를 제공하기 위해, 수중익의 폭이 선박의 정상적인 폭을 초과하여 증가되는 총 드래그의 최적화에 바람직할 것이다. 그러한 구성이 도 8에 도시되어 있다. 여기서 덱 구조물의 일부는 수중익 외부 스트럿의 지지를 돕기 위해 선박의 정상적인 폭을 초과하여 횡으로 연장되어 있다. 이들 브리지 구조물은 하역장은 물론 계류장에서도 도움을 줄 수 있다.

수중익 폭의 증가에 의한 양력의 증가는 드래그에 관련된 복합적인 이점을 제공한다. 드래프트 감소 및 주선각 웨트 면적의 감소로 인한 주선각 드래그의 감소, 스트럿 침수의 감소 및 수중익 자체의 종횡비의 증가로 인한 수중익 총 드래그의 감소가 그것이다. 분리되어 존재한다는 측면에서 수중익으로 인한 중량이 증가하고 보강 구조물이 요구된다 할지라도, 드래그 계산에 의하면, 유사한 크기 및 유사한 페이로드(pay lod) 용량의 쌍동선 및 단일선각 선박에 비해 35 노트 이상의 속도에서 상당한 드래그 감소 가능성이 있다는 것이 드러났다. 또한 이러한 탠덤형 수중익 구조는, 선체의 상하 운동, 피치 및 롤 운동에 대한 높은 정도의 능동적 및 수동적 댐핑으로 인해 매우 높은 속항 능력을 제공한다. 널리 알려진 바와 같이, 높은 속도/동력비와 속항 능력의 조합은 지금까지 달성하기 어려운 매우 어려운 과제였으며, 한편, 대부분의 고속 페리 운전자들에게는 가장 중요한 문제였다.

범위를 좀더 넓혀 보면, 200m 이상의 선박에선 3개의 제1 양력 발생 수중익도 가능할 수 있다. 그런 경우에는 그것들의 대략적인 위치가 후미, 전방 및 중간부이다. 그러나 수중익들 사이의 종방향 거리가 충분히 크지 않으면 전방 수중익의 다운-워시(down wash) 효과가 뒷쪽 수중익의 저항을 증가하므로 최종적인 이점은 신중히 검토되어야 한다.

특히 대형 선박에 있어서, 주선각의 독특한 횡방향 형상은, 표면적의 감소 및 선각의 구조 중량은 물론이고 주갑판 아래의 선각 내부 체적의 이용면에서 종래의 쌍동선에 비해 이점이 많다. 유사한 크기, 유사한 페이로드 용량의 쌍동선에 비해, 측선각을 포함하여 20 내지 30% 범위의 표면적 감소가 얻어질 수 있다. 일반적으로 이것은 같은 수준의 구조 중량 감소로 이어진다.

본 발명은 해상 선박, 특히 주선각(主船殼, main hull)와 2개 이상의 측선각(側船殼, side hulls)를 특징으로 하는, 높은 종횡비(aspect-ratio)의 수중익(水中翼, hydrofoil)의 도움을 받는 고속 하이브리드 선각에 관한 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조로 하여 더 구체적으로 설명된다.

도 1은 측면에서 바라본, 본 발명에 따른 하이브리드 해상 선박을 도시하고 있다.

도 2는 도 1의 선박에서, 제1 수중익을 지나는 선박 중간부의 횡단면도이며, 주선각, 웨트덱 및 측선각을 도시하고 있다.

도 3은 선박 후미의 횡단면도이며, 고속 모드에서의 흘수선(WL-1), 저속 모드에서의 흘수선(WL-2), 및 중력의 수직 중심(VCG) 및 저속 모드에서의 메터센터(M)와 고속 모드에서의 메터센터(M1)를 도시하고 있다.

도 4 (a) - 4 (d)는 웨트덱 레벨 아래의 주선각 후미를 보여주는 선택적 횡단면도이다.

도 4 (e) - 4 (m)은 주갑판 아래의 주선각의 전방을 보여주는 선택적 횡단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 선박을 후방에서 본 도면이며, 조절 가능한 측선각을 도시하고 있다.

도 6은 본 발명에 따른 선박에서 높이 조절이 가능한 측선각에 대한 횡단면 상세도이며, 그 작동 원리를 도시하고 있다.

도 7 (a) - 7 (g)는 워터 밸러스트 시스템의 작동 원리를 도시하고 있다.

도 8은 2 세트의 제1 수중익과 2세트의 측선각을 가진 대형 선박의 평면도이다.

도 9는 표면 관통 제1 수중익을 갖춘 선박의 횡단면도이다.

도 10은 완전히 침수된 제1 수중익의 평면도이며, 전방 에지 및 후방 에지, 코드 길이(CL) 및 조절 가능한 플랩을 도시하고 있다.

본 발명에 따른 고속 하이브리드 해상 선박은 유체역학적 양력 발생을 위한, 그리고 롤 안정과 피치 제어를 위한 윙 또는 수중익을 갖추고 있으며, 2종의 완전히 다른 모드로 운전된다. 즉 적어도 3개의 침수 수중익 요소에 의한 (+) GM 값을 특징으로 하는 유체정역학적으로 안정한 저속 모드와, 단 하나의 침수 수중익 요소에 의한 (-) GM 값을 특징으로 하는 유체정역학적으로 불안정한 고속 모드가 그것이며, 다음을 포함한다.

- 주선각의 폭을 넘어 횡방향으로 돌출해 있는 일체 구조로 된 견고한 갑판 구조물. 이 구조물은 선박이 원래의 흘수선 상에 정지해 있을 때 웨트덱(wet deck)이 흘수선 위에 놓이게 되며, 선박의 전진 속도가 실질적으로 증가하면 흘수선 위의 높이가 증가하게 되어 있다.

- 상기 주선각은, 흘수선 위의 임의의 높이에 있는 최대의 프레임 폭과 흘수선 높이에 있는 최대의 프레임 폭 사이에, 적어도 2가지의 어떤 고유 상태를 대표하는 관계를 가진다.

- 상기의 주선각은, 최대 흘수선 길이와 최대 흘수선 폭 사이에 적어도 6가지의 수직 플로팅의 고유 상태를 대표하는 관계를 가진다.

- 상기의 주선각의 전방은 메인 웨트덱 레벨 아래서 V, U 및 Y자 형상의 횡단면을 가지며, 결국은 이들의 조합으로 된다.

- 상기 주선각의 후미는 웨트덱 레벨 아래서 V, U 및 Y자 형상의 횡단면을 가지며, 결국은 이들의 조합으로 된다.

- 상기 주선각은 웨트덱 아래에 일체 구조의 측선각을 갖추고 있으며, 이 측선각은 주선각의 깊이보다 대체로 더 작은 깊이를 특징으로 하는데, 따라서 선박이 최대 속도의 40 내지 70%의 속도를 가질 때 상기 측선각의 바닥이 흘수선 위에 오게 된다. 그리고 상기의 측선각은 후미에 위치하거나 측면에서 볼 때 선박의 중간 지점을 가로질러 위치하며, 선박 중심선과 평행하거나 미소한 인보드 각도(inboard angle)를 유지하고, 상기의 중심선을 기준으로 하여 양측면에서 대칭으로 위치한다.

- 상기 웨트덱은 적어도 측선각의 뱃머리의 상부 최전방으로부터 주선각의 고물보까지 뻗어 있으며, 길이 방향에서 또는 전체적으로 아크(弧, arc)를 따라가는 그 밖의 어떤 지점보다 더 높이 위치하는 엔드 포인트를 가진 아크 형상을 특징으로 한다. 일부는 주갑판과 평행하거나 어떤 각도를 이룬다. 바람직하게는 전방과 후방 끝이 그 사이의 평면보다 높은 것이다. 결국은 아크 형상의 중간부와 각도를 이룬 전·후방부의 조합으로 된다.

- 상기 웨트덱은 횡방향으로 수평을 이루거나 어떤 각도를 이루고 있으며, 따라서 선박의 중심선으로부터 멀리 떨어져 있는 외곽선 위의 지점은 보다 높은 위치에 놓인다. 동일 레벨에 있는 지점 (33)은 상기의 중심선에 보다 가까이 위치한다.

- 상기 측선각은 측면에서 본 선박 중간부의 후미에 위치할 때, 뱃머리가 웨지 형상이며 버트(butt) 형상의 고물보를 가진다. 그리고 수평면 상의 면적이 수직 방향으로 증가하는 것이 특징인데, 그 이유는 뱃머리가 수직으로 경사지고, 인보드 측 및/또는 아웃보드 측이 횡단면 상에서 기울어져 있기 때문이다.

- 상기 측선각은 그것이 측면에서 본 선박 중간부의 후미에 위치할 때, 주선각의 고물보 후미에 놓이게 된다

- 상기의 측선각은 경선박의 경우 조합된 부력을 가진다. 선박이 정지 상태에 있으면 선박 총부력의 20%를 넘지는 않는다.

- 보다 대형의 선박에서는 상기의 측선각이 일렬로 배치될 수 있으며, 하나는 중력의 종방향 센터의 후방에 위치하고 다른 하나는 상기 지점의 전방에 위치한다. 둘 다 주선각 중심선으로부터 횡방향으로 동일한 거리에 위치하거나, 아니면, 전방의 측선각이 상기의 중심선에 좀 더 가깝게 위치한다. 측선각의 각 쌍은 상기의 중심선을 기준으로 대칭으로 위치한다.

바람직한 실시예로는, 상기의 하이브리드 해상 선박은 코드 라인(chord line, CL)을 가진 충분히 침수되는 제1 유체역학적 윙 또는 수중익으로 구성된 구조을 포함한다. 이 CL은 수중익 횡단면에서 리딩 에지와 팔로잉 에지 사이의 종방향 거리로 정의되며, 임의의 전진 속도에서 CL의 적어도 50%에 상당하는 깊이가 흘수선을 기준으로 침수되어 있다. 여기서 수중익은, 주선각의 중심선과 측선각 사이 거리의 적어도 50%가 횡방향으로 연장되어 있다. 그리고 여기서 상기의 수중익은 선박 중력의 종방향 중심에 가까이 위치해 있으며, 주선각, 웨트덱 및 측선각에 고정되어 있는데, 결국은 웨트덱 또는 측선각을 지나 횡으로 뻗어 있는 덱 구조물의 일부를 형성한다. 또한, 이 수중익은 그것의 횡방향 길이에 따라서는 스트럿 수단에 의해, 선박에 유체역학적 양력을 전달하는 이들 구조물 요소의 일부에 고정되어 있다. 여기에는 선박 중심선 양측의 수중익 후미와 일체 구조로 된 적어도 하나의 원격 제어형 플랩이 주어져 있는데, 이것은 선박이 보다 고속으로 전진할 때, 선박의 중심선을 기준으로 한 횡방향의 제어 가능한 보정 모멘트를 부여함으로써 요구되는 유체역학적 안정성을 제공한다. 그리고 측선각은 부분적으로 침수되거나 완전히 흘수선 위에 위치한다.

더 바람직한 실시예로는, 상기 하이브리드 해상 선박은, 주선각의 중심선과 측선각 사이 거리의 50% 미만이 횡방향으로 뻗어 있는 제2 유체역학적 윙 또는 수중익으로 구성되는 구조를 포함한다. 여기서는, 상기 수중익이 주선각의 전방 또는 후미에 위치해 있는데, 결국은 2 군데가 모두 상기의 선각에 고정되거나, 또는 종방향 위치는 물론, 수중익의 횡방향 길이에 따라서는 적어도 하나의 스트럿 수단에 의해, 일반적으로 수직 방향의 힘인 유체역학적 힘을 선박에 전달하는 웨트덱에 고정되어진다. 여기에는 상기의 수중익 후미부에 일체 구조로 된 적어도 하나의 원격 제어식 플랩이 주어지는데, 이것은 선박이 보다 고속으로 전진할 때 선박의 종방향 피봇 센터를 중심으로한 소정의 트림 조절 모멘트를 제공한다.

도 1은 주선각(2)과 측선각(3)을 가진 하이브리드 해상 선박(1)을 도시하고 있다. 선박의 하부에는 제2 수중익(5) 뿐만 아니라, 제1 수중익(4) 시스템과 수직 스트럿(11)이 도시되어 있다.

설명한 바와 같이, 제1 유체역학적 윙(4), 또는 수중익으로 구성된 구조가 주선각(2)과 측선각(3)사이에 위치하며, 이것은 중요한 유체역학적 양력을 제공하며 그 결과, 흘수가 감소하며 물과 접촉하는 선각 표면을 감소한다. 아울러, 이것은 도 9에 도시한 바와 같이, 표면 관통 수중익 시스템(6)을 통해 동적 안정을 제공한다. 바람직하게는, 충분히 제어 가능한 수중익부를 특징으로 하는 도 2의 수직 스트럿(11)에 의해 지지되는 충분히 침수된 수중익 시스템을 통해 동적 안정성을 제공하는 것이다. 또한 바람직하게는, 상기 수중익 표면(4)의 팔로잉 에지(29)와 일체 구조로 된 조절식 플랩을 통해 동적 안정성을 제공하는 것이다. 45 노트의 속도에서, 수중익 시스템에 의해 발생된 유체역학적 양력은, 수중익 크기와 배수량에 따라 다르지만, 길이 45m 선박의 만재(滿載) 배수량의 50-75%에 상당하는 값을 얻을 수 있다. 그 효과로 인해, 측선각이 흘수선 위로 올라 오도록 선박이 물 속에서 충분히 위로 리프팅 될 것이다.

이것은 선박이 유사하게 리프팅되는 종래의 쌍동선에 비해 유체역학적 드래그(drag)에 관한 큰 이점을 얻게 된다. 그 이유는 첫째, 본 발명에 따른 선박 주선각의 수중 표면적이 기본적으로 선각 형상으로 인해 비교적 작다는 것과, 둘째, 전술한 바의 구조 중량의 감소 효과 때문이다. 또한, 어떤 특정한 형상의 수중 단일선각의 습면적은 비록 총배수량이 동일하다 해도, 동일한 형상의 2개의 선각보다 작다. 소정의 배수량에서 사각형 수중 선체의 습표면적에서의 수학적 차이는 동일한 배수량을 가진 2개의 유사한 형상을 가진 선체의 그것보다 작은 약 27% 작다. 삼각형 선체에 대한 감소는 약 29% 이다. 다시 말해, 본 발명의 설계에 의해 유체역학적 선각 마찰이 상당히 감소될 수 있다.

이러한 사실이, 수중익 발생 양력으로 인한 효과와 더불어, 유사한 크기 및 배수량을 가진 쌍동선에 비해, 45m 선박 기준으로 50-70%의 습표면 감소에 기여한다. 따라서, 고속 수송선에 매우 적합한 개념을 제공하는 표면 마찰 저항을 상당히 감소한다.

본 발명의 경우처럼, 높은 종횡비를 특징으로 하는 현대의 수중익 시스템은 특히 높은 L/D비(揚抗比, lift-drag ratio)를 가진다. 높은 프루우드 수 즉, D/D(배수량/드래그, displacement/drag)비의 쌍동선과 비교하여, 수중익 시스템은 일반적으로 스트럿과 포드(pod)로 인한 저항을 포함하여 효율면에서 60% 이상의 효과를 볼 수 있다. 동일한 수준의 습표면적의 감소 효과 외에도, 본 발명은 쌍동선 및 단일선각 선박에 비해 우수한 저항 특성을 가진다.

이를 예시하기 위해, 속도 35 노트 및 흘수선 깊이 34m 에 대응하는 프루우드 수 1,0,에서 드래그 및 동력을 계산하면, 본 발명에 따른 선박은 동일한 크기 및 동일한 재화중량(載貨重量, dead weight)의 일반적인 쌍동선보다 동력 소요가 15-20% 적다. 그러나 45 노트에서는 수중익 시스템의 실제의 리프팅 분력에 따라 다르긴 하지만, 소요 동력이 40-65% 적다.

트림 모멘트(trim momentum)와 결합된, 수중익 시스템에 의해 발생된 양력은 선박 흘수(draft)의 감소를 가능하게 함으로써, 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 소정의 전진 속도에서 측선각의 바닥이 흘수선 위로 오게 된다. 빔이 14m인 40m 길이의 선박에서, 그리고 약 200 톤(metric ton)의 만재 배수량을 기준으로 했을 때, 실제의 재화 중량에 따라 다르긴 하지만, 일반적으로 약 25 내지 25 노트에서 이 현상이 일어난다. 이 상태에서는, 그리고 고속에서는 주선각의 좁은 하부와 수중익 시스템만 수중에 있게 된다. 속도가 증가함에 따라, 흘수선과 주선각 바닥과의 틈새가 커지며, 일반적으로 45 노트에서 1m 이상이다.

종래의 쌍동선과는 반대로, 높은 안정성, 또는 롤 강성(剛性)을 가져다 주는 높은 메터센터를 특징으로 하며, 본 발명에 따른 선박은 정지 상태로 수중에 있을 때, 작은 경사 각도에서의 유체정역학적 안정성은 낮다. 속도와 수중익 시스템에 의해 발생된 양력이 증가함에 따라 유체정역학적 안정성은 더 감소된다. 속도와 양력이 충분히 커지고 측선각이 흘수선을 벗어나면, 본 발명에 따른 선박은 완전한 유체정역학적 불안정 상태에 들어간다. 이 상태의 특징은 GM(metacentric height)이 (-)이다. 이 GM은 일반적으로 VCG(선박 중력의 수직 중심)와 선박 중심선을 지나는 수직선상의 가상의 메터센터 포인트(M) 사이의 수직거리로 정의된다. 작은 경사 각도에서, 상기의 수직선은 일반적으로 VCG 위에 있는 소정의 지점에서 교차하게 된다. 메터센터 포인트가 VCG 위에 더 멀리 위치할수록 유체정역학적 안정성은 더 높아진다. 따라서, 일반적으로 불안정한 선박은 낮거나, (-)인 GM 값과 연관이 있으며, 이것은 메터센터 포인트가 VCG 아래에 있다는 의미이다.

이것은 L/B(흘수선 길이와 주선각 폭과의 관계)가 높고, 동시에 VCG(선박 중력의 수직 중심)도 높다는 사실을 고려해 봄으로써 보다 실제적으로 설명될 수 있다. 이 상태를 예시하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 이 상태에 있는 상기의 40m 선박에서 VCG(G)는 흘수선 위 약 2.7m에 위치하게 될 것이다. 주선각의 최대 흘수선 길이는 약 37m이고 그 흘수선에서의 폭은 약 3.7m 이다. 약 200톤의 선박 총중량이 VCG(G)와 중심이 일치하고 있다는 점을 감안할 때, 이 상태에서는 분명히 안정성이 거의 없으며, 수중익 시스템 및/또는 측선각으로부터의 유체정역학적 효과와의 조합으로 보정 모멘트가 주어지지 않으면, 중심이 분리되어 무조건 전복될 것이다.

도 4는 전술한 바와 같이, 불안정한 또는 유체정역학적으로 불안정한 형태의 여러가지 주선각의 예를 도시한 것이다.

도 4 (a-d)에 예시된 첫번째 라인의 주선각 형태는 주갑판 아래의 주선각 전방부의 가능한 선각 형상을 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, 기본적으로 뚜렷한 V, U 또는 Y 형상 아니면 이것들을 조합한 형상으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 하이브리드 해상 선박에 적용되는 동적 안정 운전 원리는 기본적으로 현대식 제트 전투기에 적용되는 것과 유사하다. 알려진 바와 같이, 이런 형식의 항공기는 항공역학적으로 불안정하며, 파이럿트에 의해 조종되는 종래의 안정한 항공기와는 반대로, 수동으로는 조종이 불가능하다. 그러므로 그것들은 본 발명에 따른 선박과 원리면에서 동일한 방법으로 컴퓨터에 의해 제어된다. 당연히, 그것들이 지상에서 휠에 의해 지지될 때는, 본 발명의 하이브리드 선박이 정지 또는 저속일 때와 유사하게 정적으로 안정하다. 더 현실적인 예로 자전거를 들 수 있다. 자전거도 역시 정적으로는 불안정하여 그것에 적용되는 보정 모멘트가 없이는 균형을 잡을 수가 없다.

정적 불안정 상태는 수중익의 제어 가능한 플랩에 의해 주어지는 능동적 동적 안정화 효과를 이용함으로써 높은 승선감을 얻을 수 있다는 점에서는 유리하다. (-) GM 값을 특징으로 하는 본 발명의 선각에서는, (-) GM 값을 특징으로 하는 종래의 쌍동선과는 반대로, 선각을 치는 파도의 충격으로 대표되는 외부적인 흥분 효과는 당연히 훨씬 덜하다. 이것은 특히 롤 운동을 유발하는 측면 파도의 경우이다. 실제로 본 발명에 따른 선박은 파도 높이에 따른 롤 운동이 제한을 받거나 없게 된다. 반면에 상기의 쌍동선은 동일한 능력의 수중익 시스템을 갖춘 경우라도 이를 피할 방법이 없다.

주선각만이 수중에 있기 때문에, 이것은 쌍동선 또는 종래의 단일선각보다 상당히 작은 수선면적(水線面積, water plane area)을 특징으로 하며, 또한 수직 상하요동 운동이 감소된다. 이것들은, 도 1에 도시된 바와 같이, LCG 가까이, 또는 약간 전방에 위치하는 비교적 큰 제1 수중익의 수동적 및 능동적 상하요동 댐핑의 조합으로 인해 더욱 감소된다.

일반적으로 속도가 40 내지 45 노트가 되는 정상 운전 조건하에서, 선박은 측면 파도에 의해 유발되는 롤에 대한 동적 안정성 한계를 가지며, 이는 적어도 선체가 물 위로 완전히 들어 올려지는 소위 수중익 쌍동선에 비교될 수 있다. 이것은 측선각이 상기의 수중익 쌍동선에 비해 상당히 적은 배수량을 가지기 때문이다. 피치 운동에 대해서 언급하면, 주선각의 선미 또는 전방에 위치한 제2 수중익 또는 트림 포일(trim foil, 주배수(注排水) 수중익)은 중요한 피치 댐핑 효과를 발생시킨다. 이것은 본 발명에 따른 선박에 독특한 속항 능력을 제공한다.

이러한 선박의 설계시에는 주선각, 측선각의 깊이와 부력, VCG, LCG의 위치, 수중익의 양력 중심 (lift center) 등의 특징에 유의해야 한다. 성능면에서 최적인 선박을 얻기 설계하기 위해서는 이들 요소 사이의 미묘한 균형과 타협이 요구된다.

중요한 표준은, 고속 운전의 모든 조건에서 흘수선과 측선각 바닥 사이의 충분히 높은 틈새를 확보하는 것이다. 이것은 큰 바다에서의 파도 충격을 줄이기 위해, 또한, 방향 불안정(directional instability)과 잠재 속도 손실(potential speed loss)을 유발할 수 있는 드래그를 최소화 하기 위한 것이다. 한편, 안정성 요건은 유체정역학적 안정성을 제공하기에 충분한 깊이를 가진 측선각을 필요로 한다. 이 요건은 전술한 표준에 이롭지 못하게 작용하는 경향이 있다.

이러한 딜렘마에 대한 가능성 있는 해결책은, 후술되는 바, 주선각의 바닥에 셀프 프라이밍(self priming) 및 배수 밸러스트 탱크(ballast tank)를 도입하는 것이며, 이것은 정지 및 저속에서 탱크가 물로 채워지면 선박이 보다 큰 드래프트를 얻기 때문에, 실제로 측선각의 깊이 및 배수량 요건을 완화시킨다. 이 구성은 선박 길이가 30 내지 50m 수준의 소형 선박에서도 반드시 필요한 것은 아니다. 70m 이상의 보다 큰 선박에서는, 그 수준의 배수량으로 한 쌍의 대형 수중익이 25 노트의 속도에서 측선각이 흘수선을 벗어날 수 있는 충분한 양력을 제공할 것 같지가 않다. 이 구성에 대한 대안은 다음에 설명되는 높이 조정이 가능한 측선각을 채택하는 것이다. 또한 이들 수단의 조합도 가능하다. 선박이 물 속에서 정지 또는 저속으로 전진할 때, 수중익 시스템으로부터 나오는 양력은 감소되거나 소멸된다. 그러므로 흘수(드래프트)가 증가하고 양 측선각(3)은 도 1 및 3의 흘수선(WL-2)으로 표시된 라인까지 물에 잠기게 된다. 따라서 측선각은 요구되는 유체정역학적 안정성을 제공하게 된다.

이것을 가능하게 하는 방법은, 수중익(4, 5)으로부터 큰 양력을 기대하지 말고, 선박에서 부력의 종방향 중심과 중력의 종방향 중심과의 관계를 형성하는 것이다. 그렇게 되면, 전술한 중심들에 작용하는 힘이 소정의 선미 트림값으로 균형을 취하게 됨으로써 측선각의 충분한 침수를 제공한다. 이렇게 하여 요구되는 정적 안정성을 확보하게 된다. 이 방법에 의한 잠재적 결점은 선박이 비교적 큰 선미 트림값을 가질 수 있다는 것이다.

측선각의 드래프트를 조정하는 방법이 도 5 및 6에 예시되어 있다.

측선각(3)의 조정은 원칙적으로 실현 가능한 기술적인 방법으로 이루어진다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 정상적인 저장실(22)에서 힘에 의해 밀려 나오는 적절한 지지 요소(21)에 의해 이루어지는데, 이 힘은 그것이 물로 완전히 대체될 때까지 상기의 서프트 요소를 아래로 밀어내는 피스톤 기구 속으로 액체를 인젝션하는 수단에 의해 생성된다. 이 방법으로 유체정역학적으로 불안정한 선각이 안정하게 될 수 있으며, 지지 요소는 어떤 소정의 조건이 되면, 물과 더 이상 접촉하지 않도록 다시 당겨질 수 있다.

이와는 반대로, 측선각은 선박이 물 속에 정지해 있거나 또는 저속으로 전진할 때, 소정의 깊이 또는 배수량에서 하방 위치를 유지한다. 속도가 증가하면 수중익 시스템은 요구되는 동적 안정성을 제공하며, 측선각은 흘수선과의 요구되는 틈새가 얻어지도록 일시적으로 들어 올려지게 된다. 이러한 구성은 이들(8, 21) 사이에 위치하는 복수의 공압 또는 유압 엑추에이터(23) 수단, 및 상기의 조절 가능한 요소 및 상부에 위치한 웨트덱에 고정되어 있는 밀폐된 플렉시블 부재(24)에 의해 상부에 위치한 웨트덱(8, wet deck)과 연결되어 있는 지지 요소(21)에 의해 제공될 수 있다. 엑추에이터(23)는 소정의 영구 압력이 제공되는 공통의 또는 개별적 축압기와 연결될 수 있으며, 따라서 이 엑추에이터와 조절 가능한 요소들이 영구적인 하방 위치를 유지하게 되고, 상기 요소들 및 내부에 위치하는 엑추에이터를 완전히 에워싸고 있는 플렉시블 부재(24)에 의해 지지된다. 지지 요소의 리프팅은 플렉시블 부재 내의 내부 체적(22)에 전기 구동식 진공 펌프를 사용하여 (-) 압력을 가함으로써 제공된다. 그렇게 함으로써, 비교적 큰 내부 면적이 충분한 수직 양력을 발생시키며, 이 힘은 가압된 유압 또는 공압 엑추에이터(23)에 의해 생성된 반대 쪽으로의 수직 방향의 힘을 초과한다. 따라서 상기의 엑추에이터가 압축됨으로써 지지 요소가 일시적으로 상부 위치로 리프팅된다. 전기식 진공 펌프가 브리지(bridge, 지휘소)로부터 수동으로 가동될 수 있으며, 나아가, 예를 들면, 속도계 및 롤 인디케이터와 같은 선박의 영구형 전자식 피드백 시스템에 의해 상기 펌프를 해제시키는 제어기 신호가 제공 될 수 있다. 이것은 진공 펌프가, 예를 들면, 소정의 최대 롤 각도 또는 최소 속도와 같은, 어떤 상태 또는 상황에서 자동적으로 해제될 수 있도록 한다. 그러면 지지 요소는 자동적으로 정상적인 위치로 복귀된다.

이 방법과 연관된 결점은, 비교적 복잡하고 코스트가 높아진다는 점이다. 30 내지 60m 급의 소형 선박에서는 비교적 큰 중량 증가가 초래된다. 그러나 그보다 큰 선박에서는 반드시 그렇지도 않다. 왜냐하면, 전체 크기 및 흘수선 위의 웨트덱의 실제 레벨에 따라 다르긴 하지만, 실제로 중량을 감소시킬 수 있다. 장점은 선박이 고속 모드에서 운전될 때 측선각의 드래프트를 줄일 수 있도록 한다는 점이다. 실제로 이것은 파도가 측선각을 간섭할 기회를 줄여줄 것이다. 워터 밸러스트식과 비교해서는 다음에 설명되겠지만, 이것은 저속에서의 저항은 물론 최대 드래프트를 감소시킨다. 왜냐하면, 저속에서의 배수량 증가를 피할 수 있기 때문이다.

다른 방법은, 도 1 내지 7에 도시된 바와 같이, 선박이 독립된 워터 밸러스트 탱크(15)를 갖추는 것이며, 이 탱크는 구조적으로 주선각(2)의 바닥과 일체 구조로 형성되고, 선박의 고물보(transom) 앞 쪽으로 조금 떨어져 위치하며, LCG(중력의 종방향 중심)의 후방이 바람직하다. 탱크의 후미에, 바닥판의 수직 스텝(17, step)에서 후방으로 약간 떨어진 위치에 적합하게 형성된 개구부(16)가 위치한다. 선박이 정지 상태에 있거나 소정의 속도 이하로 전진하면, 도 7b에 도시된 바와 같이, 물이 탱크 속으로 들어 온다. 물이 들어오는 최대 속도는 물의 정압 수두는 물론, 개구부(16)의 길이, 및 전방에 위치한 스텝(17)과 후미에 위치한 토우(18, toe) 사이의 수직 거리에 의해 주어진다. 도 7 (a)에 도시된 바와 같이, 속도가 증가하면 물 흐름의 방향은 더 수평면 쪽으로 이동하고, 소정의 속도를 벗어나면 개구부의 후미 경사부에 있는 토우를 치게 되지만, 그러나 그 밑을 통과하게 된다. 이 상태하에서는 밸러스트 탱크는 더 이상 물을 스쿠핑할 수 없게 되며, 소위 이젝터 윈리에 의해 탱크가 완전히 비게 될 때까지 점차 배수가 이루어진다. 소정의 저속에 이르면, 물 흐름은 다시 토우를 치게 되고, 이로 인해 룰 흐름이 분리되며 탱크가 완전히 찰 때까지 물을 스쿠핑하게 된다. 탱크는 통기용 에어 파이프(25)를 갖추고 있는데, 이는 탱크의 내부 진공 및 가압을 피하기 위한 것이다.

위에서 설명한 절차는, 선박의 드래프트에 의해 주어지는 정압 수두가 대략 일정한, 어느 정도의 이상형의 상태를 요구한다. 그러나 물론 실제 상황이 반드시 그렇다고는 볼 수는 아니다. 왜냐하면, 선박의 하중 상태, 트림, 수중익이 발생하는 양력 및, 파도에 의해 영향을 받기 때문이다. 이 문제점을 해결하기 위해, 도 7 (d)에 도시된 바와 같이, 조절식 웨지 슈(19)가 개구부의 후미에 설치될 수 있다. 이것은 상하로 각도 위치가 자유롭게 조절될 수 있도록 후미의 한 지점(27)에 힌지(hinge) 결합되어 있다. 슈의 바닥은 종방향으로 아크 형상인 것이 바람직하다. 슈의 토우는 물 흐름의 분리를 쉽게하도록 웨지 형상으로 되어 있다. 선박이 정지 상태이거나 소정의 속도 이하로 전진하게 되면, 도 7 (d)의 점선으로 도시된 바와 같이 수직면에서 아래로 틸팅(tilting)된다. 이에 따라, 슈의 토우는, 슈가 물을 스쿠핑하도록 스텝(17)의 하부 에지보다 더 아래로 튀어 나온다. 스텝의 하부 에지에 대한 상대적인 토우의 수직 위치에 따라, 소정의 속도에서 물 흐름이 더 이상 토우를 치지 않게 되면 힌지 결합된 슈의 각도는 스스로 변화된다. 이 시점에서 물 스쿠핑은 멈추며, 탱크는 점차 배수된다. 이 상태에서는 슈는, 그것이 자유롭게 지지되어 있는 한, 수평 방향의 힘 및, 슈의 힌지를 중심으로 한 수직 모멘트에 의해 물 흐름면 위에서 수평으로 된다. 속도가 소정의 값 이상을 유지하는 한 토우는 수평면과 접촉하지 않고, 슈의 각도는 스스로 조절되어 트림 및 파도에 의해 영향을 받는 물 흐름 표면의 미소 변화에 적응된다. 전진 속도가 다시 소정의 값 이하로 떨어지면, 물의 흐름이 토우를 치게 되어 물 흐름이 분리되며 탱크 속으로 물이 스쿠핑된다. 원격제어 유압 실린더를 슈에 연결하면, 각도 위치 조절을 좀 더 크게 할 수 있고, 이렇게 하면 선박의 속도와는 더 독립적으로 탱크의 주배수(注排水, fill and drain)가 가능하게 된다.

전술한 슈 기구의 대안이 도 7 (f, g)에 도시된 구성이다. 전술한 바와 같이, 힌지 결합된 슈가 제거되고 영구형 토우로 대체된다. 그러나 힌지 결합된 플레이트(20)가 개구부의 앞 쪽에 배치된다, 브리지에서 제어하는 원격 제어 엑추에이터(26)가 이 플레이트에 부착되어 있어, 전방에 위치한 힌지(27)를 중심으로 틸팅될 수 있다. 플레이트가 하방 위치로 내려 가면, 물흐름은 플레이트의 에지에서 분리되며, 전진 속도 및 플레이트의 틸팅 각도에 따라 토우의 아래를 통과한다. 플레이트가 위로 약간 틸팅하면, 물 흐름은 틸팅 각도와 전진 속도에 따라 플레이트에 달라붙게 되며, 탱크 속으로 안내된다. 이 방법은 전술한 슈에 의한 방법에 비해 조작면에서 안전하고 이점이 많다. 원격 제어식 슈에 의한 방법과 마찬가지로, 탱크의 주배수(注排水)가 선박의 속도 및 트림과는 더 독립적으로 제어될 수 있지만, 후자의 방법은 조작 실수에 노출될 가능성이 적다. 탱크의 용적 및 종방향의 위치에 따라, 전술한 퀵 워터 밸러스트 시스템은 측선각에 요구되는 수준의 침수를 제공하기 위해 사용될 수 있고, 이것은 선박이 동적 안정성에서 신속히 정적 안정성으로 전환될 수 있음을 의미한다. 물론, 이 전환은 트림 포일의 사용에 의해 도움을 받을 수 있다. 이 방법은 조작의 단순성으로 인한 이점이 많다.

Claims (10)

1. 유체역학적 양력 발생, 롤 안정 및 피치 제어용 윙 또는 수중익(4, 5)을 갖춘 고속 하이브리드 해상 선박(1)에 있어서,

   이 선박은 2종의 전혀 다른 모드, 즉, 적어도 3개의 침수되는 선각(船殼, hull) 요소(2, 3)에 의한 (+) GM 값을 특징으로 하는 유체정역학적으로 안정한 저속 모드 및, 단 하나의 침수되는 선각 요소(2)에 의한 (-) GM 값을 특징으로 하는 유체정역학적으로 불안정한 고속 모드로 운전되며,

   - 일체 구조의 견고한 갑판 구조물을 특징으로 하는 주선각(2, main hull)을 포함하며, 이 갑판 구조물은 횡방향으로 주선각(2)의 폭을 초과하여 돌출해 있고, 상기 갑판 구조물의 하부면은 다음과 같이 정의되는데, 선박이 고유 상태에서 정지하고 있으면, 웨트덱(8, wet deck)이 흘수선(WL-2)위에 놓이고, 선박의 전진 속도가 실질적으로 증가할 때는 흘수선 위의 높이가 증가되며,

   - 상기 주선각(2)은 흘수선 위의 임의의 높이에서의 최대 프레임 폭과, 어떤 고유 상태를 대표하는 흘수선(WL-1, WL-2)에서의 최대 프레임 폭 사이에 적어도 2가지의 관계를 가지며,

   - 상기의 주선각(2)은 최대 흘수선 길이와 어떤 수직 플로팅 고유 상태에서의 최대 흘수선 폭 사이에 적어도 6가지의 관계를 가지며,

   - 상기 주선각(2)의 전방부는 메인덱(7) 레벨 아래에서 V, U 또는 Y자 형상의 횡단면을 가지며, 결국에는 이것들의 조합으로 되며,

   - 상기 주선각(2)의 후미는 웨트덱(8) 아래에서 V, U 또는 Y자 형상의 횡단면을 가지며, 결국에는 이것들의 조합으로 되며,

   - 상기 주선각(2)은 웨트덱(8) 아래에 일체 구조로 된 측선각(side hull, 3)을 가지며, 주선각(2)의 깊이보다 실질적으로 작은 깊이를 특징으로 하는데, 이렇게 되면 선박이 최대 속도의 40 내지 70%에 상당하는 속도를 가질 때, 상기 측선각의 바닥(12)이 흘수선(WL-1) 위에 오게 되며,

   - 상기 측선각(3)은 선박의 측면에서 볼 때, 측선각의 주요 부분이 선박 중간 지점의 후방에 오도록 위치하거나, 측선각이 대략 선박의 중간 부분에 오도록 위치하며,

   - 상기 측선각(3)은 선박 길이 방향 중심선(9)과 평행하게 또는 미소한 인보드(inboard) 각도를 유지하며 위치함으로써, 상기 측선각의 길이 방향 중심선(10)이 고물보(transom)보다 뱃머리(bow)에서 주선각의 중심선(9)에 더 가까워지며, 그리고 상기 측선각은 주선각 중심선(9)을 기준으로 양측면에서 대칭으로 위치하고,

   - 상기 웨트덱(8)은 적어도 측선각의 뱃머리(30)의 상부 최전방으로부터 주선각(2)의 고물보(14)까지 뻗어 있으며, 길이 방향에서 아크(弧, arc)를 따라가는 그 밖의 어떤 지점보다 더 높이 위치하는 엔드 포인트(30, 31)를 가진 아크 형상을 특징으로 하고, 또는 전체적으로 그 일부는 메인덱(7)과 평행하거나 어떤 각도를 이루며, 바람직하게는 전방(30)과 후방(31) 끝이 그 사이의 평면보다 높고, 결국은 아크 형상의 중간부와 각도를 이룬 전·후방부의 조합으로 되며,

   - 상기 웨트덱(8)은 횡방향으로 수평을 이루거나 어떤 각도를 이루고 있으며, 따라서 선박의 중심선(9)으로부터 멀리 떨어져 있는 외곽선 위의 지점(32)은 보다 높은 위체에 놓이고, 동일 레벨에 있는 지점 (33)은 상기의 중심선에 보다 가까이 위치하며,

   - 상기 측선각(3)은 그것이 측면에서 본 선박 중간부의 후미에 위치할 때, 뱃머리(30)가 웨지 형상이며 버트(butt) 형상의 고물보(13)를 가지며, 그리고 수평면 상의 면적이 수직 방향으로 증가하는 것이 특징인데, 그 이유는 뱃머리(30)가 수직으로 경사가 져 있고, 인보드 측(35) 및/또는 아웃보드 측(34)이 횡단면 상에서 기울어져 있기 때문이며,

   - 상기 측선각(3)은 그것이 측면에서 본 선박 중간부의 후미에 위치할 때, 주선각(2)의 고물보(13) 후미에 놓이게 되며,

   - 상기의 측선각(3)은 경선박의 경우 조합된 부력을 가지고, 선박이 정지 상태에 있으면 선박 총부력의 20%를 넘지는 않으며,

   - 보다 대형의 선박에서는 상기의 측선각(3)이 일렬로 배치될 수 있으며, 하나는 중력의 종방향 센터의 후미에 위치하고, 다른 하나는 상기 지점의 전방에 위치하며, 둘 다 주선각 중심선(9)으로부터 횡방향으로 동일한 거리에 위치하거나, 또는 전방의 측선각이 상기의 중심선에 좀 더 가깝게 위치하고, 측선각(3)의 각 쌍은 상기의 중심선을 기준으로 대칭으로 위치하는

   고속 하이브리드 해상 선박(1).
2. 제1항에 있어서,

   상기의 하이브리드 해상 선박(1)은 코드 라인(chord line, CL)을 가진 충분히 침수되는 제1 유체역학적 윙(4) 또는 수중익으로 구성된 구조를 포함하며, 이 CL은 수중익 횡단면에서 리딩 에지(28)와 팔로잉 에지(29) 사이의 종방향 거리로 정의되고, 임의의 전진 속도에서 CL의 적어도 50%에 상당하는 깊이가 흘수선을 기준으로 침수되어 있으며, 여기서 수중익은, 주선각의 중심선(9)과 측선각의 중심선(10) 사이 거리의 적어도 50%가 횡방향으로 연장되어 있고, 그리고 여기서 상기의 수중익은 선박 중력의 종방향 중심에 가까이 위치해 있으며, 주선각(2), 웨트덱(8) 및 측선각(3)에 고정되어 있는데, 결국은 웨트덱(8) 또는 측선각(3)을 지나 횡으로 뻗어 있는 덱 구조물의 일부를 형성하고, 또한, 이 수중익은 그것의 횡방향 길이에 따라서는 스트럿(11) 수단에 의해, 선박에 유체역학적 양력을 전달하는 이들 구조물 요소의 일부에 고정되어 있으며, 그리고 여기에는 선박 중심선 양측의 수중익(4) 후미와 일체 구조로 된 적어도 하나의 원격 제어형 플랩(flap, 27)이 주어져 있는데, 이것은 선박이 보다 고속으로 전진할 때, 선박의 중심선(9)을 중심으로 한 횡방향의 제어 가능한 보정 모멘트를 부여함으로써 요구되는 유체역학적 안정성을 제공하며, 그리고 측선각은 부분적으로 침수되거나 완전히 흘수선 위에 위치하는

   고속 하이브리드 해상 선박(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 하이브리드 해상 선박(1)은, 주선각의 중심선과 측선각의 중심선 사이 거리의 50% 미만이 횡방향으로 뻗어 있는 제2 유체역학적 윙(5) 또는 수중익으로 구성되는 구조를 포함하며, 주선각의 중심선(9)과 측선각의 중심선(10) 사이 거리의 적어도 50% 미만이 횡방향으로 연장되어 있고, 그리고 여기서 상기의 수중익은 선박 중력의 종방향 중심에 가까이 위치해 있으며, 여기서는, 상기 수중익인 주선각의 전방 또는 후미에 위치해 있는데, 결국은 2 군데가 모두 상기의 선각에 고정되고, 및/또는 종방향 위치는 물론, 수중익의 횡방향 길이에 따라서는 적어도 하나의 스트럿(11) 수단에 의해, 일반적으로 수직 방향의 힘인 유체역학적 힘을 선박에 전달하는 웨트덱(8)에 고정되어지고, 여기에는 상기의 수중익 후미부에 일체 구조로 된 적어도 하나의 원격 제어식 플랩(27)이 주어지는데, 이것은 선박이 보다 고속으로 전진할 때 선박의 종방향 피봇 센터를 중심으로한 요구되는 트림 조절 모멘트를 제공하는

   고속 하이브리드 해상 선박(1).
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   제2항에서 설명된 바의 완전히 침수되는 2개 또는 그 이상의 제1 유체역학적 윙(4)으로 구성되는 구조를 포함하며, 여기서 하나는 선박의 종방향 중력 중심(LCG)의 대체로 전방에 위치하고, 다른 하나는 대체로 상기 지점의 후방에 위치하며, 그리고 주선각(2), 웨트덱(8), 측선각(3) 및 결국은 횡방향으로 측선각을 넘어 뻗어 있는 갑판 구조물의 일부에 고정되거나, 또는 수중익의 종방향 위치 및 횡방향 연장에 따라서는 스트럿(11) 수단에 의해 이들 구조물 요소의 일부에 고정되는

   고속 하이브리드 해상 선박(1).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   수직 및/또는 경사진 스트럿(11)에 의해, 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에서 설명된 바와 같이 선박에 위치되고 고정되는 하나 또는 여러 개의 유체역학적 자기 안정형 표면 관통 윙 또는 수중익(6)을 포함하는

   고속 하이브리드 해상 선박(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   최대 속도에서 수중익에 의해 발생된 유체역학적 양력 성분이 선박의 총배수량의 적어도 20%인 고속 하이브리드 해상 선박(1).
7. 제1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   웨트덱과 일체 구조이거나 또는 독립적으로 고정되어 있으며, 웨트덱(8) 아래에 위치한 요소들로 구성되고, 견고한 구조물 재료로 제작되며, 길이 전체 또는 길이의 중요 부분에 플렉시블한 충격흡수성 탄성중합체 재료로 제작될 수도 있는 측선각(3)을 포함하는

   고속 하이브리드 해상 선박(1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   전체 길이 또는 길이의 중요 부분에 대한 높이 조절이 가능한 지지 요소(21)로 구성된 측선각(3)을 포함하는 고속 하이브리드 해상 선박(1).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   (16, 17, 18, 25)의 수단에 의해 물의 신속한 배수 및 주입을 위한 하나 또는 복수의 워터 밸러스트 탱크((15)를 갖추고 있는 주선각(2)을 포함하는 고속 하이브리드 해상 선박(1).
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서,

    주선각(2)의 침수 부분과 일체 구조로 되어 있는 밸러스트 탱크((15)를 포함하는 고속 하이브리드 탱크에 있어서, 상기 밸러스트 탱크는 상기 선각의 바닥에, 주선각(2)의 고물보(14) 전방에 위치하는 영구형 개구부(16)을 특징으로 하며, 이것은 선박이 정지 또는 전진할 때, 탱크의 신속한 펌핑을 위해 주위에 있는 물의 정압 수두 및/또는 동압 수두 효과와, 전진할 때 워터 밸러스트의 배수를 위해 개구부(16) 아래를 통과하는 물 흐름의 동압 수두 효과를 이용하는 것이며, 이것은 바닥판에 있는 수직 스텝(17)(step) 수단 및 개구부의 후방에 있는 일체 구조의 웨지형 토우(18, toe) 수단에 의해 이루어지며, 대안으로서 개구부의 후방에 위치한 별도의 자기 조절식 원격 제어형의 힌지 결합된 슈(19, shoe) 또는, 개구부의 전방에 위치하며 수직 스텝 뒤의 한 지점(27)에 힌지 결합되어 있는 원격 제어형 플레이트(20)에 의해 이루어질 수도 있다.