KR20020020624A - 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, 선체(10)의 항해에 따라 선체의 진행방향에 수직인 흐름(Fa)을 야기하고, 이 야기된 수직인 흐름에 의해 선체의 침수표면(11)의 근방에 있어서의 와류 구조를 변화시킨다. 그 결과, 경계층내에 있어서의 물의 운동량이 확산되어, 선체의 마찰저항이 감소된다. 본 발명에 의하면, 적은 에너지소비로 마찰저항감소가 행해지기 때문에, 항해시의 에너지소비가 효과적으로 절감가능해진다.

Description

마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선{Method of reducing frictional resistance of a hull, and frictional resistance reducing vessel}

본 발명은 선체의 마찰저항을 감소하는 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선에 관한 것이다.

종래로부터, 선박 등의 항해시의 에너지소비를 절감하는 것을 목적으로 하여, 선체와 물과의 마찰저항을 감소하기 위한 다양한 기술이 제안되어 왔다. 에컨대, 일본의 특개소 50-83992호 공보, 특개소53-136289호 공보, 특개소60-139586호 공보, 특개소61-71290호 공보, 실개소61-39691호 공보, 실개소61-128285호 공보 등에 있는 바와 같이, 수중에 기체를 방출하고, 선체 외판의 표면(침수표면)의 근방에 다수의 기포를 개재시키고, 이 기포에 의해 선체의 마찰저항을 감소하는 기술이 본 출원인들에 의해 제안되어 왔다.

이들 기술에서는, 수중에 기포를 발생시키기 위해, 펌프나 블로워 등의 장치에 의해 가압한 기체를, 선체에 마련된 복수의 구멍이나 다공판으로부터 수중으로 분출시키고 있다.

그러나, 상술한 기포를 이용한 마찰저항감소방법에서는, 가압용 장치를 가동하기 위한 에너지가 필요하기 때문에, 마찰저항의 감소에 의해 감소된 에너지의 절약만큼이 줄어들게 된다. 특히, 선체 바닥 등 비교적 수심이 깊은 곳에 기체를 분출할 때에는, 정수압(精水壓)에 따라 기체를 고압으로 가압할 필요가 있어, 과대한 에너지를 소비하게 된다. 또한, 가압용 장치를 선체에 설치하기 위해, 설비비용이나 시행비용 등의 과대한 비용이 필요하게 된다.

본 발명은, 상술한 사정에 비추어 이루어진 것으로서, 적은 에너지 소비로 마찰저항감소를 행하고, 항해시의 에너지소비를 효과적으로 절감할 수 있는 선체의 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 선체의 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선의 일실시예를 나타낸 도면이고,

도 2a는 와류 발생장치의 일례를 나타낸 측면도이고,

도 2b는 와류 발생장치의 일례를 나타낸 평면도이고,

도 3a는 와류 발생장치의 다른 예를 나타낸 측면도이고,

도 3b는 와류 발생장치의 다른 예를 나타낸 평면도이고,

도 4는 본 발명에 따른 선체의 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,

도 5는, 본 발명이 적용된 비대선을 나타낸 도면이고,

도 6은, 도 5에 나타낸 비대선의 화살표 A에 따른 저면도이고,

도 7a는 본 발명에 따른 선체의 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,

도 7b는 본 발명에 따른 선체의 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선의 다른 실시예를 나타낸 도면이고,

도 8a는 기포발생장치의 일례를 나타내는 종단면도이고,

도 8b는 기포발생장치의 일례를 나타내는 평면도이고,

도 9a는 기포발생장치의 다른 예를 나타내는 측면도이고,

도 9b는 기포발생장치의 다른 예를 나타내는 평면도이고,

도 10은 본 발명이 적용된 비대선을 나타낸 도면이고,

도 11은, 도 10에 나타낸 비대선의 화살표 A에 따른 저면도이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 선체의 마찰저항감소방법에서는, 선체의 항해에 따라 선체의 진행방향으로 수직인 흐름을 야기하고, 야기된 수직의 흐름에 의해 선체의 침수표면의 근방에 있어서의 와류 구조를 변화시킨다.

이러한 방법에 의하면, 마찰저항감소용 장치를 가동시킬 필요가 없기 때문에, 적은 에너지소비로 마찰저항감소를 행하여, 항해시의 에너지소비를 효과적으로 절감할 수 있다.

이러한 마찰저항감소방법에서는, 예컨대, 선체의 침수표면에 설치되는 물체에 의해 와류를 발생시키고, 이 와류에 의해 수직의 흐름을 야기한다.

혹은, 본 발명에 따른 선체의 마찰저항감소방법에서는, 선체의 침수표면에설치되는 물체에 의해 와류를 발생시키고, 이 와류에 의해 마찰저항에 관여하는 와류 구조를 변화시킨다.

상기한 선체의 마찰저항감소방법에 더하여, 선체의 침수표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 감소하는 목적으로, 선체의 항해에 따라 기체공간에 대하여 저압인 부압개소를 수중에 형성하고, 기체공간으로부터 수중의 부압개소에 기체를 이끌어내는 것도 가능하다.

이러한 방법에 의하면, 선체의 주위에 발생하는 압력구배력을 이용함으로써, 기체를 가압하는 경우에 비하여 적은 에너지소비로 수중에 기체를 흘려 넣어, 선체 마찰저항을 감소할 수 있다.

이러한 마찰저항감소방법에서는, 예컨대, 선체의 침수표면에 설치되는 날개에 의해 순환하는 흐름을 형성하고, 이 순환흐름에 의해 상기 부압개소를 발달시킴과 공시에, 상기한 순환흐름에 의해 와류를 발생시키며, 이 와류에 의해 상기한 수직의 흐름을 야기한다.

또한, 상기한 선체의 마찰저항감소방법에 있어서, 선체의 침수표면에 설치되는 날개에 의해 선체에 대하여 상향의 양력(揚力)을 발생시켜도 좋다.

또한, 본 발명은, 선체의 침수표면과 물과의 마찰저항을 감소하는 기능을 갖는 마찰저항감소선에 관한 것이기도 하다. 이러한 마찰저항감소선은, 선체의 항해에 따라 선체의 진행방향에 수직인 흐름을 야기하는 와류를 발생하는 와류 발생장치를 구비하고 있다.

또한, 이러한 마찰저항감소선이, 선체의 침수표면에 마련되고, 기체공간에대하여 저압인 부압개소를 수중에 형성하는 부압형성부와, 상기 부압형성부의 후방에 마련되며, 수중의 부압개소를 향해 기포를 방출하는 분사구와, 일단이 기체공간에 개방되고 타단이 상기 분사구를 통해 수중에 개방되는 기체유로를 구비하고 있어도 좋다.

다음, 본 발명에 따른 선체의 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은, 선체의 침수표면(11)(선체 바닥) 근방의 물의 흐름을 모식적으로 도시하고 있다. 본 발명의 마찰저항감소방법은, 선체(10)의 항해에 따라 선체(10)의 진행방향(Dv)에 수직인 흐름(Fa)을 야기하고, 이 야기된 수직의 흐름(Fa)에 따라 선체의 침수표면(11)의 근방에 있어서의 와류 구조를 변화시키는 것이다.

여기서, 선체의 마찰저항은, 선체의 침수표면(벽면)의 근방, 특히 난류 경계층내의 와류 구조에 크게 좌우된다. 난류중의 와류 중에서도 특히 헤어핀와류(말발굽 와류)등의 세로 와류는, 난류 마찰저항에 크게 관여하고 있다고 생각되고 있다. 본 발명에서는, 침수표면의 근방의 수중에 상술한 수직의 흐름(Fa)을 야기함으로써, 특히 세로 와류 구조 등, 마찰저항에 관여하는 벽면근방의 와류 구조를 변화시켜, 마찰저항의 감소를 도모하고 있다.

상술한 수직의 흐름(Fa)은, 예컨대, 선체의 침수표면에 물체를 설치하여 수중에 새로이 와류(수반 와류)(SC)를 발생시킴으로써 야기된다. 도 1에 나타낸 와류 발생장치(20)는, 이러한 와류를 발생시키기 위한 것으로서, 발생시키는 와류의 구조로는, 예컨대, 선수쪽으로부터 선미쪽으로 연장되어 형성되며, 선체길이방향으로축을 갖는 것이 바람직하다.

와류 발생장치(20)는, 소정 형상의 복수 물체의 조합에 의해 형성된 것이다. 또한, 와류 발생장치(20)의 형상은, 선체의 항해에 따른 물의 흐름에 대하여 저항(항력)이 가능한 한 작고 또한, 그 물의 흐름에 따라 상술한 원하는 구조의 와류가 발생하도록, 수치유체역학(CFD:Computational Fluid Dynamics)에 의한 유장(流場)해석 등, 각종 해석에 의해 설계된다.

예컨대, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 와류 발생장치(20)는, 선체의 침수표면(11)으로부터 이격되어 대략 평행하게 배치되는 제1부재(21)와, 이 제1부재(21)와 선체의 침수표면(11)과의 사이에 배치되는 제2부재(22)로 구성된다. 이러한 예에서는, 제1부재(21)는, 원형 또는 타원형의 윤곽과 소정의 두께를 갖는 판형상의 부재로 이루어지고, 제2부재(22)는, 대략 반원형의 단면을 갖는 기둥형상의 부재로 이루어진다. 또한, 제2부재(22)는, 그 둘레면(22a)이 선수쪽(진행방향 앞쪽)을 향하도록 배치된다. 또한, 이들 제1부재(21)나 제2부재(22)의 재질로는, 내식처리된 금속, 혹은 수지 등, 주로 표면이 바닷물에 대하여 내식성을 가지고, 또한 해생생물이 표면에 부착되기 어려운 것이 바람직하게 이용된다.

도 1로 돌아가서, 이러한 와류 발생장치(20)는, 선체의 침수표면(11)(벽면)에 따른 물의 흐름(Fw)을 변화시켜 수중에 와류를 발생시킨다. 즉, 물은 제2부재(22)의 둘레면(22a)을 따라 흐르고, 둘레면(22a)을 지나면 와류(SC)를 발생한다. 이러한 와류(SC)는, 선미쪽으로 연장되어 형성됨으로써, 선체길이방향과 거의 평행인 축(또는 선미를 향해 서서히 벽면으로부터 이격되는 방향의 축이어도 좋다)을 따라 선회하도록 변화한다.

이 때, 와류 발생장치(20)에 의해 발생한 와류(SC)는, 그 축에 수직인 방향의 운동에 의해, 선체(10)의 진행방향(Dv)에 수직인 흐름(Fa)을 야기한다. 그리고, 이와 같이 야기된 수직의 흐름(Fa)에 의해, 벽면근방의 경계층에 포함되는 헤어핀와류 등의 세로 와류가 상쇄되거나, 이 세로와류의 운동량이 경계층의 바깥으로 운반되어 나오거나 하는 등, 마찰저항에 관여하는 와류구조가 변화한다. 그 결과, 경계층내의 물의 운동량이 확산되어, 선체의 마찰저항이 감소된다.

물의 운동만을 이용한 마찰저항감소방법에서는, 기체를 수중에 방출하는 방식과 달리, 수심에 의한 불리가 발생하기 어렵기 때문에, 효과적인 마찰저항을 실현하기 쉽다. 또한, 와류 발생장치에 의해 새로이 발생시키는 와류의 방향이나 그 축은, 도 1에 나타낸 것에 한정되지 않고, 경계층내의 마찰저항에 관여하는 와류구조를 효과적으로 변화시킬 수 있는 구조이면 된다. 따라서, 선체의 형상이나 표준항해속도 등의 각종 조건에 따라, 와류 발생장치의 형상이나 배치위치, 배치하는 수는 적절히 정해진다.

도 3a 및 도 3b는, 와류 발생장치의 다른 예를 나타내고 있다.

도 3a 및 도 3b에 나타낸 와류 발생장치(30)에서는, 상술한 제1부재 및 제2부재가 날개형상으로 형성되어 있다. 즉, 이러한 와류 발생장치(30)는, 선체의 침수표면(11)에 대하여 소정의 간격으로 대략 평행하게 배치되는 제1날개(31)와, 제1날개(31)와 선체의 침수표면(11)의 사이에 배치되어 제1날개(31)를 지지하는 제2날개 (32, 33)를 구비하여 구성되어 있다.

날개(31, 32, 33)의 형상은, NACA날개형, 오지발날개형 등 다양한 날개형이 적용가능하며, 선체의 형상 및 선체의 속도에 따라 정해진다. 또한, 각 날개(31, 32, 33)는, 앞가장자리 및 뒤가장자리를 선체의 진행방향(Dv)을 향해 배치된다. 또한, 제1날개(31)는, 날개면을 상하방향을 향해 배치된다.

이와 같은 와류 발생장치(30)에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 날개(31, 32, 33)의 주위에 발생하는 순환흐름Γ에 의해 와류(수반와류)(SC)를 발생시킨다. 예컨대, 제1날개(31)의 주위에 있어서, 날개(31, 32, 33)로 둘러싸인 수로측의 날개면을 따라 선미방향으로, 반대측(바깥측)의 날개면을 따라 선수방향으로 흐르는 순환흐름Γ(1)이 발생한다. 마찬가지로, 제2날개(32, 33)의 주위에 있어서, 상술한 수로측의 날개면을 따라 선수방향으로, 반대측(바깥측)의 날개면을 따라 선미방향으로 흐르는 순환흐름Γ(2), Γ(3)이 발생한다. 그리고, 이들 순환흐름 Γ(1), (2), (3)에 의해, 수중에 다수의 와류(SC)를 발생시킬 수 있다. 또한, 이러한 와류 발생장치(30)에서는, 날개에 의해 와류를 발생시키므로, 물의 흐름에 대한 저항(항력)이 작아, 효과적인 마찰감소를 달성하기 쉽다.

상술한 와류 발생장치는, 예컨대 도 5에 도시된 바와 같은 탱커나 컨테이너선 등, 다른 종료의 선박에 비하여, 선체 바닥의 면적이 선체 측면에 대하여 비교적 크게 형성된 비대선, 대형선에 적용할 수 있다. 도 5에 있어서, 부호 M은 마찰저항감소선, 40은 선체, 42는 선체 외판(침수표면), 43은 추진기, 44는 키, 45는 수면(끽수선 (喫水線))을 나타내고 있다. 마찰저항감소선(M)인 비대선에는, 예컨대 VLC(Very Large Crude Oil Carrier)등이 해당한다. 또한, 상술한 와류발생장치(30)(혹은 와류 발생장치(20))는, 예컨대 선수쪽의 선체 바닥에 설치된다.

도 6은, 와류 발생장치(30)(혹은 와류 발생장치(20))가 설치된 선체(40)의 선수쪽의 선체바닥의 모양을 나타내고 있다. 와류 발생장치(30)는, 복수(여기서는 두 개)가 선폭방향으로 나란히 설치되어 있고, 그 결과, 보다 넓은 범위로 와류를 발생시킬 수 있다.

다음, 본 발명에 따른 선체의 마찰저항감소방법 및 마찰저항감소선의 다른 실시예에 대하여 이하에 설명한다.

도 7a 및 도 7b는, 선체(10)의 침수표면(선체 바닥)(11) 근방의 물의 흐름을 모식적으로 나타내고, 도 7a는 측면방향으로 본 도면, 도 7b는 수중으로부터 선체 바닥을 본 도면이다. 본 실시예의 마찰저항감소방법은, 선체(10)의 항해에 따라 대기에 대하여 저압인 부압개소(12)를 수중에 형성하고, 가압장치를 이용하지 않고, 기체를 수중으로 방출하는 부압방식을 채용하고 있다.

수중의 부압개소(12)는, 예컨대 선체의 침수표면(11)상에 마련되는 단차(13)나 물체의 단부(14)에 의해 박리나 캐비테이션을 일으키는 등, 선체(10)의 항해에 따른 상대적인 물의 흐름(15)을 변화시킴으로써 형성할 수 있다. 이 때, 부압개소 (12)에 유체통로(16)의 일단(분사구(17))을 개방하고, 타단(공기도입구(18)을 대기중에 개방하면, 그 유체통로(16)내의 유체에 대하여 압력구배력(분사구(17)에 있어서의 압력<공기도입구(18)에 있어서의 압력)(Pf)이 작용한다. 본 실시예에서는, 이러한 압력구배력(Pf)을 이용하여, 대기중의 공기를 공기도입구(18)로부터 유체통로 (16)내에 유입시키고, 그 공기를 분사구(17)로부터 수중에 기포(마이크로 버블)(120)로서 방출한다.

여기서, 밀도 ρ의 정지액체중에 있어서, 액면으로부터 깊이 h(m)의 위치에 체적 Qv의 기포(기포의 밀도는 0으로 함)를 방출할 때, 그 방출에 요구되는 에너지 E는,

E=(P-Pa)Qv ...(1)

로 나타내어진다. 여기서, Pa는 기체공간의 압력(대기압), P는 기체의 방출위치에 있어서의 압력(=ρgh, g는 중력가속도)이다.

이 때, 선체의 속도를 V, 선체 바닥의 분사구(17) 부근의 유속을 V1이라 하면, 분사구(17) 부근의 압력(P)은,

P=Pa-ρ(V1²-V²)/2+ρgh ...(2)

로 나타내어진다. 또한, 유속(V1)은 경계층에의 공기의 방출에 의해 변화하는데, 그 변화는 여기서는 무시한다.

식 (1)로부터 알 수 있는 바와 같이, 공기의 방출위치에 있어서의 압력(P)이 대기압(Pa)에 비하여 낮은 경우, 즉 P<Pa일 때 에너지는 마이너스(E<0)가 되고, 선체바닥으로 공기를 이동시키기 위한 부가적인 에너지가 불필요해진다. 즉, 본 발명에 따른 부압방식의 마찰저항감소방법에서는, 종래의 가압방식에 비하여, 적은 에너지로 수중에 기포를 발생시킬 수 있다. 또한, 분사구(17) 부근에 있어서의 기포 (120)에는, 대기중으로부터 유체통로(16)를 통해 선체 바닥으로 이동하는 것에 더하여, 단차(13)나 단부(14)에 의해 발생하는 캐비테이션이나 박리작용에 의해, 포화증기압에 비하여 부압개소(12)의 압력이 낮아져 발생하는 기포도 포함된다.

도 8a 및 도 8b는, 수중에 기포를 발생시키는 기포발생장치의 구성예를 나타내고 있다. 이러한 기포발생장치(50)는, 선체 바닥의 침수표면(11)에 마련되는 오목부(51)와, 일단이 대기중에 개방되고 또한 타단이 오목부(51)의 내부에 개방되는 유체통로(16)와, 오목부(51)의 적어도 일부를 수중측으로부터 덮도록 선체의 침수표면(11)에 배치되는 후드(52)를 포함하여 구성되어 있다.

오목부(51)는, 여기서는 구부림가공된 판형상의 부재(53)를 선체의 침수표면 (11)에 마련된 사각형의 개구부에 접합함으로써 형성되고, 선미방향(진행방향 후방)을 향해 선체의 침수표면(11)으로부터의 깊이가 서서히 얕야지고 있다. 유체통로 (16)는, 여기서는 상술한 오목부(51)를 형성하는 판형상부재(53)에 접속되는 기체도입관(AIP:Air Induction Pipe)(54)의 내부공간이다. 즉, 상기 판형상부재(53)에는, 수중으로 기체를 이끌어 내기 위한 개구(53a)가 마련되어 있고, 이 개구 (53a)에 관형상의 부재로 이루어지는 기체도입관(54)이 접속되어 있다. 또한, 후드(52)는, 구부림가공된 판형상의 부재로서, 선체의 침수표면(11)으로부터의 돌출높이가 선미방향을 향해 서서히 높아지는 경사면(52a)을 가지며, 경사면(52a)의 일부가 상기 오목부(51)를 수면측으로부터 덮고 있다. 또한, 후드(52)의 선수측의 일단은 선체의 침수표면(11)에 접합되고, 타단은 선체의 침수표면(11)으로부터 소정의 높이로 배치되어 있다.

이러한 기체발생장치(50)에서는, 후드(52)의 경사면(52a), 및 오목부(51)에 의해 선체의 항해에 따른 상대적인 물의 유동상태를 변화시킨다. 예컨대, 경사면 (52a)의 선미측의 단부(14)나 오목부(51)의 입구에 형성된 단차(13)에 있어서, 그예리한 각에 의해 수중에 박리나 캐비테이션이 발생하고, 수압이 저하된다. 또한, 후드(52)의 경사면(52a)은, 선체의 침수표면(11)으로부터의 돌출높이가 선미방향으로 서서히 높아지므로 유로를 좁게 하여 물의 유속을 증가시키고, 정수압의 저하를 촉진시킨다. 이들에 의해, 수중에 상술한 부압개소가 형성된다. 또한, 유체통로 (16)로부터 방출된 기포의 일부는, 오목부(51)의 내부에 충만하여 선폭방향으로 확산되고, 그 결과, 선체의 침수표면(11)의 넓은 범위가 농밀한 기포로 덮여진다. 또한, 부압형성부로서의 경사면(32a)의 단부(14)나 오목부(31)의 입구단차(13)에 의해 발생한 박리역이나 캐비테이션은, 교반작용에 의해, 기체와 물과의 경계면에 있어서 기체와 물을 적극적으로 혼합하고, 기액계면으로부터의 기포의 이탈을 촉진시킨다. 또한, 이러한 기포발생장치(50)에서는, 오목부(51) 및 후드(52)가 구부림가공된 판형상의 부재를 이용하여 형성되므로, 선체의 침수표면 (11)의 강도를 손상시키지 않고, 선체의 침수표면(11)상에 다수 배치할 수 있다.

도 7a 및 도 7b로 돌아가서, 본 실시예에서는, 선체의 침수표면(11)에 거의 평행인 날개면을 갖는 날개(25)에 의해 순환흐름 Γ(1)을 형성하고, 이 순환흐름 Γ(1)에 의해 부압개소(12)를 발달시킨다. 즉, 날개(25)의 주변에 있어서, 선체의 침수표면 (11)측의 날개면을 따라 선미방향(진행방향 후방)을 향해, 반대의 날개면을 따라 선수방향(진행방향(Dv))을 향하는 순환흐름Γ(1)을 발생시킨다. 이 때, 선체의 침수표면 (11)과 날개(25)와의 사이의 수로에서는, 침수표면(11)을 따른 물의 흐름 (15)에 순환흐름Γ(1)의 운동량이 더해져 속도가 증가하고, 부압개소(12)에 있어서의 압력이 더 저하된다. 이에 따라, 부압개소(12)가 발달하여, 유체통로(16)내의 유체에 대한 압력구배력(Pf)이 증가하여, 다량의 공기(기포 (120))가 수중으로 방출된다. 그리고, 수중으로 방출된 다량의 기포(120)가 침수표면(11)에 개재됨으로써, 마찰저항이 효과적으로 감소된다.

또한, 본 실시예에서는, 상술한 날개(25)에 의해 선체(10)에 대하여 상향인 양력(Lf)을 발생시킨다. 즉, 날개(25)의 주위에 발생하는 순환흐름 Γ(1)(하방을 향하는 날개면에 비하여 상방을 향하는 날개면측의 유속이 커짐)에 의해, 날개(25)의 상하에서 압력차를 발생시키고, 날개(25)를 통해 선체(10)에 대하여 상향인 양력을 작용시킨다. 이러한 양력에 의해, 선체(10)의 특히 선수측이 부상하여, 선체 (10)의 침수면적이 감소하고, 선체(10)의 마찰저항이 더 감소된다.

또한, 상기 도 1에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 본 실시예에 있어서도, 도 7b에 나타낸 바와 같이, 선체(10)의 항해에 따라 선체(10)의 진행방향(Dv)에 수직인 흐름(Fa)을 야기하고, 이 야기된 수직흐름(Fa)에 의해 선체의 침수표면(11)의 근방에 있어서의 와류 구조를 변화시킴으로써, 마찰저항의 감소를 도모하고 있다.

즉, 본 실시예에서는, 예컨대, 선체의 침수표면(선체 바닥)(11)에 물체(26, 27)를 설치하여, 수중에 새로이 와류(수반와류)(SC)를 발생시킴으로써, 침수표면의 근방의 수중에 수직흐름(Fa)을 야기하고, 이 수직흐름(Fa)에 의해, 특히 세로와류구조 등, 마찰저항에 관여하는 벽면근방의 와류구조를 변화시켜, 마찰저항의 감소를 도모하고 있다.

발생시키는 와류(SC)로는, 상기 도 1에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 예컨대, 선수측으로부터 선미를 향해 연장되어 형성되고, 선체길이방향으로 축을 갖는것이 바람직하다. 또한, 와류(SC)는, 물체(26, 27)의 주변에 순환흐름 Γ(2), Γ(3)을 발생시킴으로써 용이하게 발생시킬 수 있다. 이러한 와류(SC)는, 선수측으로 연장되어 형성됨으로써, 선체길이방향과 거의 평행인 축(또는 선수를 향해 서서히 벽면으로부터 이격되는 방향의 축)을 따라 선회하도록 변화하고, 선체(10)의 진행방향 (Dv)에 수직인 흐름(Fa)을 야기한다. 이러한 야기된 수직흐름(Fa)에 의해, 상기 도 1에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 마찰저항에 관여하는 와류 구조가 변화하고, 그 결과, 경계층내의 물의 운동량이 확산되어, 선체의 마찰저항이 감소된다.

또한, 본 실시예에서는, 물체(26, 27)에서 발생한 와류(수반 와류)(SC)에 상술한 기포(120)를 혼입함으로써, 와류(SC)를 발달시킨다. 와류(SC)에 기포가 혼입되면, 그 기포의 부력에 따른 운동에 의해 벽면으로부터 분리되는 방향으로 액체의 흐름(Fd)이 발생하고, 1차 와류의 운동량이 주위로 확산되어 다수의 와류를 형성하게 된다. 이에 따라, 경계층내의 마찰저항에 관여하는 와류의 운동량이 감소하고, 선체의 마찰저항이 더 감소된다. 또한, 와류(SC)에 기포(120)를 혼입하기 위해, 와류(SC)를 발생시키는 물체(26, 27)를 상술한 분사구(17)의 측방 그리고 그 분사구 (17)의 선폭방향 양측으로 이간하여 설치하는 것이 바람직하다.

도 9a 및 도 9b는, 상술한 날개(25), 및 날개형상의 물체로서의 스트럿(26, 27)을 구비한 날개(60)의 구성예를 나타내고 있다. 선체의 침수표면(11)에 각 스트럿(26, 27)의 일단이 각각 접합되고, 각 스트럿(26. 27)의 타단이 상기 날개(25)의 선폭방향 양단에 각각 접합되어 있다. 날개(25) 및 스트럿(26, 27)의 형상은, NACA날개형, 오지발날개형 등 다양한 날개형이 적용가능하며, 선체의 형상 및 선체의속도(표준항해속도)에 따라 정해진다. 또한, 스트럿(26, 27) 및 날개(25)는, 앞가장자리 및 뒤가장자리를 선체의 진행방향(Dv)을 향해 배치된다. 또한, 날개(25)는 볼록형의 날개면을 위로 향해 배치된다. 또한, 이들 날개(25) 및 스트럿(26, 27)의 재질에는, 내식처리된 금속, 혹은 수지 등, 주로 표면이 바닷물에 대하여 내식성을 가지며, 또한 해생생물이 표면에 부착하기 어려운 것이 바람직하게 이용된다. 또한, 이러한 날개(60)에 의해 새로이 발생시키는 와류(SC)의 방향이나 그 축은, 상술한 것에 한정되지 않고, 경계층내의 마찰저항에 관여하는 와류구조를 효과적으로 변화시킬 수 있는 구조이면 된다. 또한, 날개에 의한 순환흐름을 이용함으로써, 물의 흐름에 대하여 작은 저항(항력)으로, 와류(SC)를 발생시킬 수 있다.

상술한 기포발생장치(50) 및 날개(60)는, 와류 발생장치(20, 30)와 마찬가지로, 예컨대 도 10에 나타낸 바와 같은 비대선, 대형선에 적용할 수 있다. 또한, 도 11은, 기포발생장치(50) 및 날개(60)가 설치된 선체(40)의 선수쪽의 선체바닥의 모양을 나타내고 있다. 기포발생장치(50) 및 날개(60)의 페어는, 예컨대 복수조(여기서는 두 개)가 선폭방향에 평행하게 설치된다. 이와 같이, 상기 페어를 선폭방향으로 평행하게 설치함으로써, 선체바닥의 보다 넓은 범위를 기포로 덮어, 마찰저항감소효과를 높이는 것이 가능해진다. 이러한 기포발생장치나 날개의 배치위치, 배치하는 수는, 선체의 형상이나 표준항해 속도 등의 각종 조건에 따라 적절히 정해진다. 또한, 기포발생장치나 날개의 형상은, 선체의 항해에 따른 물의 흐름에 대하여 저항(항력)이 가능한 한 작아지고 또한, 그 물의 흐름이 원하는 상태로 변화하도록, 수치유체역학(CFD:Computational Fluid Dynamics)에 의한 유장해석 등 각종 해석에 의해 설계된다.

또한, 본 실시예에서는, 날개(60)에 의해 순환흐름 Γ(1), Γ(2), Γ(3)을 발생시키고, 이에 의해 마찰저항감소효과를 높이고 있다. 이러한 순환흐름은, 저속항해시(예컨대 10노트정도)에 있어서도 용이하게 발생하기 때문에, 본 실시예는, 광범위한 항해속도에 대하여 적용가능하다. 또한, 수중에 혼입된 기포는, 수심에 따른 정수압보다 낮은 내압으로 형성되기 때문에, 일정한 수심으로 기포가 이동할 때(예컨대 선체바닥을 따라 기포가 이동할 때), 기포의 발생장소로부터 선미방향으로 이격됨에 따라 기포에 큰 수압이 작용하여, 서서히 기포의 크기가 작아진다. 본 출원인들의 지금까지의 연구에 의하면, 비교적 작은 기포가 선체의 마찰저항을 감소하는 데 바람직하다고 되어 있다. 따라서, 부압에 의해 발생한 기포는 이 점에서도 마찰저항의 감소에 유리하게 작용한다.

또한, 상술한 실시예에 나타낸 각 구성부재의 여러 형상이나 조합 등은 일례이며, 본 발명의 주요한 요지로부터 벗어나지 않는 범위에 있어서 설계요구 등에 따라 다양하게 변경가능하다. 또한, 본 발명의 마찰저항감소선은, 수심에 의한 불 리가 발생하기 어렵기 때문에, 상술한 바와 같은 비대선에의 적용에 유리하다. 그러나, 본 발명은, 이러한 비대선에 한정되지 않으며, 고속선이나 어선 등 다른 선체에도 적용가능하다.

Claims (8)

1. 선체의 항해에 따라 선체의 진행방향에 수직인 흐름을 야기하고, 야기된 수직인 흐름에 의해 선체의 침수표면의 근방에 있어서의 와류구조를 변화시키는 선체의 마찰저항감소방법.
2. 제1항에 있어서,

   선체의 침수표면에 설치되는 물체에 의해 와류를 발생시키고, 이 와류에 의해 상기 수직인 흐름을 야기하는 선체의 마찰저항감소방법.
3. 선체의 침수표면에 설치되는 물체에 의해 와류를 발생시키고, 이 와류에 의해 마찰저항에 관여하는 와류구조를 변화시키는 선체의 마찰저항 감소방법.
4. 선체의 침수표면과 물과의 마찰저항을 감소하는 기능을 갖는 마찰저항감소선으로서, 선체의 항해에 따라 선체의 진행방향에 수직인 흐름을 야기하는 와류를 발생하는 와류 발생장치를 구비하는 마찰저항감소선.
5. 선체의 침수표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 감소하는 마찰저항감소방법에 있어서,

   선체의 항해에 따라 기체공간에 대하여 저압인 부압개소를 수중에 형성하고,기체공간으로부터 수중의 부압개소에 기체를 유도하며,

   선체의 진행방향에 수직인 흐름을 야기하고, 이 수직인 흐름에 의해 선체의 침수표면의 근방에 있어서의 와류구조를 변화시키는 것을 특징으로 하는 선체의 마찰저항감소방법.
6. 제5항에 있어서,

   선체의 침수표면에 설치되는 날개에 의해 순환흐름을 형성하고, 이 순환흐름에 의해 상기 부압개소를 발달시키며, 상기 순환흐름에 의해 와류를 발생시키고, 이 와류에 의해 상기 수직인 흐름을 야기하는 것을 특징으로 하는 선체의 마찰저항감소방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   선체의 침수표면에 설치되는 날개에 의해 선체에 대하여 상향의 양력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 선체의 마찰저항감소방법.
8. 선체의 침수표면에 기포를 방출하여 선체의 마찰저항을 감소하는 마찰저항감소선체에 있어서,

   선체의 침수표면에 마련되며, 기체공간에 대하여 저압인 부압개소를 수중에 형성하는 부압형성부와,

   상기 부압형성부의 후방에 마련되며, 수중의 부압개소를 향해 기포를 방출하는 분사구와,

   일단이 기체공간에 개방되고 타단이 상기 분사구를 통해 수중에 개방되는 유체통로와,

   선체의 항해에 따라 선체의 진행방향에 수직인 흐름을 야기하는 와류를 발생하는물체를 구비하는 것을 특징으로 하는 마찰저항감소선.