KR20040101836A - 선박의 최적트림 제어방법 - Google Patents

선박의 최적트림 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박의 최적트림 제어방법에 관한 것으로, 특히 운항중인 선박의 흘수, 트림 및 배수량에 대한 최적의 트림을 산출하여 가장 최적의 운항자세를 유지할 수 있는 선박의 최적트림 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 선박의 최적트림 제어방법은 선체의 선수부와 선미부 및 중앙부에 각각 설치되어 있는 다수개의 센서로부터 경사값과 해수면의 높이를 나타내는 센서신호가 감지되는 과정과, 상기 센서신호가 중앙컴퓨터로 전송되어 내부적인 연산과정을 통해 운항중인 선박의 흘수와 트림 및 배수량이 산출되는 과정과, 상기 중앙컴퓨터로부터 산출된 흘수와 트림 및 배수량에 대한 모형선의 계측 데이터를 기준으로 최적의 트림값이 산출되는 과정과, 상기 중앙컴퓨터로부터 산출된 최적의 트림값이 다수개의 발라스트탱크를 제어하는 발라스트 제어장치로 전달되어 최적의 트림으로 조정되는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 최적트림 제어방법{METHOD FOR CONTROL OPTIMUM TRIM OF SHIP}
본 발명은 선박의 최적트림 제어방법에 관한 것으로, 특히 운항중인 선박의 흘수, 트림 및 배수량에 대한 최적의 트림을 산출하여 가장 최적의 운항자세를 유지할 수 있는 선박의 최적트림 제어방법에 관한 것이다.
통상적으로 선박에는 흘수와 트림을 조정하기 위하여 밸러스트 시스템이 구비되어 있는 바, 이런 밸러스트 시스템은 일반적으로 선체에 마련된 다수의 밸러스트 탱크와 밸러스트 탱크에 대해 밸러스트 워터(해수)를 급수 및 배수하는 밸러스트 펌프를 기본적으로 포함하고 있다.
선박에서 트림이라 하는 것은 이물(船首)의 흘수(吃水)와 고물(船尾)의 흘수의 차이를 말하는 것으로 만약 앞뒤의 흘수가 같으면 그 선박은 등흘수(等吃水)의 상태에 있는 것이다.
또한, 가로방향의 경사를 횡경사(Heel, List)라고 하고 세로방향의 경사를 종경사(Trim)이라고 부르며 보통 횡경사는 각도로 표시하고 종경사는 선수 선미간의 흘수(Draft)차이로 표시한다.
일반적으로 선박이 일정거리를 일정속도로 운항하는 경우 운항중인 선박의 자세는 even keel(트림 0) 상태를 유지하거나 운항자의 경험에 의존하여 선박의 임의 트림을 유지하는 경우가 대부분이었다.
이는 선박의 운항시 최적의 트림을 유지하지 못함으로 인하여 선박이 운항 중 받게 되는 저항이 최소로 유지되지 못함으로써 연료의 소모가 커져 효율적이지 못하다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 운항중인 선박의 흘수, 트림 및 배수량에 대한 최적의 트림을 산출하여 이에 대한 최적의 트림으로 운항자세를 유지함으로써 연료의 소모를 최소화할 수 있도록 한 선박의 최적트림 제어방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 최적트림제어를 위한 선박 시스템의 구성도.
도 2는 도 1의 중앙컴퓨터로 입출력되는 신호를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 최적트림 제어방법의 과정을 나타내는 흐름도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
10 : 계측부 11,12,13 : 센서
14 : 신호처리부 20 : 중앙컴퓨터
30 : 발라스트 제어장치 40 : 발라스트탱크
50 : 토크미터 60 : 플로우미터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박의 최적트림 제어방법는 선체의 선수부와 선미부 및 중앙부에 각각 설치되어 있는 다수개의 센서로부터 경사값과 해수면의 높이를 나타내는 센서신호가 감지되는 과정과, 상기 센서신호가 중앙컴퓨터로 전송되어 내부적인 연산과정을 통해 운항중인 선박의 흘수와 트림 및 배수량이 산출되는 과정과, 상기 중앙컴퓨터로부터 산출된 흘수와 트림 및 배수량에 대한 모형선의 계측 데이터를 기준으로 최적의 트림값이 산출되는 과정과, 상기 중앙컴퓨터로부터 산출된 최적의 트림값이 다수개의 발라스트탱크를 제어하는 발라스트 제어장치로 전달되어 최적의 트림으로 조정되는 과정으로 이루어진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 최적트림제어를 위한 선박 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1의 중앙컴퓨터로 입출력되는 신호를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 선박 시스템은 크게 선박의 흘수값을 계측하는 계측부(10)와, 계측부(10)로부터 계측된 흘수값을 전송받아 최적의 트림값을 산출하는 중앙컴퓨터(20)로 구성된다.
그리고, 계측부(10)는 선미부와 선체의 중앙부 및 선수부에 각각 설치되는 다수개의 센서(11,12,13)와, 다수개의 센서(11,12,13)로부터 감지된 미세한 아날로그 신호를 전달받아 노이즈를 필터링한 후 필터링 된 신호를 증폭하여 중앙컴퓨터(20)로 전송하는 신호처리부(14)로 구성된다.
특히, 선체의 중앙부에 설치되는 중앙부 센서(12)로는 초음파 거리센서를 사용하며 중앙부 좌현센서와 우현센서로 구분되어 있다. 그리고, 선수 및 선미부 센서()는 경사계 센서(Clinometer)를 이용한다. 이러한 경사계 센서는 수평 상태를 0값으로 선수 경사를 (+), 선미 경사를 (-) 값으로 정의하고, 초음파 거리센서는 선체 중앙부에서 해수면의 높이를 측정한다.
그리고, 중앙컴퓨터(20)는 윈도우즈 운영체제로 운영되며 사용자 중심의 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface: GUI) 방식의 별도의 프로그램을 탑재하고 있다.
특히, 이러한 환경의 중앙컴퓨터(20)에는 계측부(10)로부터 계측된 흘수값을 전송받아 최적의 트림값을 산출하기 위하여 실제 선박과 동일한 선형의 모형선 실험에 의해 수치화된 정보로 저장되는 모델테스팅 데이터베이스(미도시)가 구축된다.
이와 같이 중앙컴퓨터(20)에 구축되어 있는 모델테스팅 데이터베이스는 실제 선박과 동일한 선형의 모형선을 이용하여 운항 선박의 운항속도와 선박의 경하상태에서 만재상태가지 각 단계별로 세분화하여 구분하고, 임의 배수량에 대하여 선수 트림에서 선미 트림까지 각 단계별로 구분하여 각각의 경우에 대한 모델 테스트를 수행하여 선박이 자항으로 추진하여 나아갈 때 선박이 받는 저항 성분(조파저항, 조와저항, 마찰저항, 점성저항 등)과 추진 마력을 계측하여 수치화된 데이터로 작성되며, 이러한 모형선 실험은 정수 상태와 파랑 상태로 구분하여 각 파랑상태에 대하여서도 동일한 모델 테스트의 수행에 의해 데이터베이스가 구축된다.
또한, 중앙컴퓨터(20)에는 계측부(10)의 신호처리부(14)로부터 전송되는 신호를 입력받아 내부적인 연산과정을 통해 선박의 흘수와 트림 및 배수량을 계산한 후 이에 대한 최적의 트림값을 산출하기 위한 연산프로그램(미도시)이 저장된다.
다시 말해, 중앙컴퓨터(20)는 최적의 트림값을 산출하기 위하여 현재 선박의 흘수와 트림 및 배수량에 관한 정보를 입력데이터로 하여 연산프로그램을 통해 테스팅 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 조합하여 최적의 트림값을 나타내는 데이터를 출력하게 되는 것이다.
즉, 선박의 운항속도, 파랑상태 및 흘수 변화에 따른 선박의 최적트림상태는 테스팅 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 기준으로 삼고, 임의의 파랑상태에서 실선의 운항속도 및 흘수에 대한 최적의 트림조건은 임의속도, 파랑상태 및 흘수에 대한 결과값에 보간법을 적용하여 산출한다.
이 때, 선체의 자중 및 화물 분포에 의한 선체의 굽힘 현상이 발생하지 않으면 선수부, 중앙부, 선미부에서의 흘수값은 선형적으로 나타나지만, 대부분의 경우 선체는 자중, 화물적재상태 및 파랑 상태에 따라 선체 굽힘이 발생하므로 이에 대한 보정을 위해 3개의 센서를 사용한다.
이에 따라, 현재 운항중인 선박은 최적의 트림으로 운항함으로써 운항시 발생되는 저항을 가장 최소화하여 운항 효율을 높일 수 있게 되는 것이다.
한편, 본 발명의 선박 시스템은 중앙컴퓨터(20)로부터 계산된 최적의 트림값을 전송받아 다수개의 발라스트탱크(40)를 제어함으로써 트림을 조정하는 발라스트 제어장치(30)와, 추진기의 마력을 측정하는 토크미터(50) 및 유체 연료의 양을 측정하는 플로우미터(60)를 구비하고 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 최적트림 제어방법을 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 최적트림 제어방법의 과정을 나타내는 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 우선, 선박의 운항속도를 결정(S10)하여 운항이 시작되면 선체의 선미부와 중앙부 및 선수부에 각각 설치되어 있는 센서(11,12,13)로부터 경사값과 선체 중앙부에서의 해수면의 높이에 관한 신호가 실시간으로 감지(S20)된다.
이어서, 선미부와 중앙부 및 선수부에 설치된 센서(11,12,13)로부터 감지된 미세한 아날로그 신호는 신호처리부(14)로 전송되어 외부 노이즈가 제거된 뒤 증폭(S30)되어 중앙컴퓨터(20)로 전송된다.
중앙컴퓨터(20)는 신호처리부(14)로부터 전송된 신호를 입력데이터로 하여 내부적인 연산과정을 통해 운항중인 선박의 흘수와 트림을 계산(S40)한 후, 유체정역학 테이블(hydrostatic table)을 이용하여 배수량을 계산(S50)한다.
이어서, 중앙컴퓨터(20)는 산출된 흘수와 트림 및 배수량에 대한 최적의 트림값을 산출하기 위한 연산프로그램을 로딩하여 실제선박과 동일한 선형의 모형선을 통해 계측된 수치화된 데이터로 작성된 테스팅 데이터베이스에 저장되어 있는 데이터를 기준으로 한 최적의 트림값을 나타내는 데이터를 계산(S60)한다.
이 때, 중앙컴퓨터(20)는 테스팅 데이터베이스로부터 현재 운항중인 선박의 흘수와 트림 및 배수량에 해당하는 데이터를 계산할 수 없는 경우, 보간법을 적용하여 최적의 트림을 계산하여 산출한다.
이어서, 선박의 최적 트림을 유지하기 위하여, 중앙컴퓨터(20)로부터 산출된 최적의 트림값은 표준 프로토콜로 데이터 인터페이스가 가능한 발라스트 제어장치(30)로 전송됨에 따라, 발라스트 제어장치(30)는 중앙컴퓨터(20)로부터 전송된 최적의 트림값에 따라 다수개의 발라스트탱크(40)를 제어함으로써 트림을 조정(S70)하여 현재 운항중인 선박이 최적의 트림 상태를 유지할 수 있도록 한다.
이 후, 중앙컴퓨터(20)는 발라스트 제어장치(30)로부터 전송되는 배수량에 관한 정보를 제공받아 배수량의 변화 유,무를 판단(S80)하여 배수량의 변화가 없는 경우에는 현재 운항중인 선박의 연료의 양과 마력을 플로우미터(60)와 토크미터(50)로부터 각각 전송받아 연료소모량 및 효율을 계산(S90)하게 된다.
그러나, 만약 배수량의 변화가 있는 경우, 선체의 선미부와 중앙부 및 선수부에 각각 설치되어 있는 센서(11,12,13)로부터 경사값과 선체 중앙부에서의 해수면의 높이에 관한 신호가 감지되는 과정(S20)으로 리턴하여 중앙컴퓨터(20)로부터 최적의 트림이 다시 계산되어 현재 운항중인 선박이 최적의 트림으로 운항을 계속할 수 있게 되는 것이다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 운항중인 선박의 흘수, 트림 및 배수량에 대한 최적의 트림을 산출하여 이에 대한 최적의 트림으로 운항자세를 유지함으로써, 연료의 절감 효과를 가져오게 된다.

Claims (4)

  1. 선체의 선수부와 선미부 및 중앙부에 각각 설치되어 있는 다수개의 센서로부터 경사값과 해수면의 높이를 나타내는 센서신호가 감지되는 과정과,
    상기 센서신호가 중앙컴퓨터로 전송되어 내부적인 연산과정을 통해 운항중인 선박의 흘수와 트림 및 배수량이 산출되는 과정과,
    상기 중앙컴퓨터로부터 산출된 흘수와 트림 및 배수량에 대한 모형선의 계측 데이터를 기준으로 최적의 트림값이 산출되는 과정과,
    상기 중앙컴퓨터로부터 산출된 최적의 트림값이 다수개의 발라스트탱크를 제어하는 발라스트 제어장치로 전달되어 최적의 트림으로 조정되는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박의 최적트림 제어방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발라스트 제어장치에 의해 최적의 트림으로 조정된 후, 상기 중앙컴퓨터에 의해 배수량의 변화 유,무가 확인되어 배수량의 변화가 있는 경우 다시 상기 센서신호를 감지하고, 배수량의 변화가 없는 경우 연료소모량 및 효율을 산출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 최적트림 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배수량은 유체정역학 테이블을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는선박의 최적트림 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 최적의 트림값이 산출되는 과정에서 상기 운항중인 선박의 흘수와 트림 및 배수량에 대한 모형선의 계측 데이터가 없는 경우 보간법을 적용하여 최적의 트림값을 산출하는 것을 특징으로 하는 선박의 최적트림 제어방법.
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