KR20080040314A - 파라글라이더로 견인하는 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍력추진선박에 관한 것으로서, 유 ·무선으로 조작되는 서보에 의하여 parafoil의 공기흡구면적과 좌우측의 leading edge와 trailing edge의 받음각이 조종되는 파라글라이더에 의하여 견인되는 선박에 관한 것이다.

파라글라이더는 조종이 미숙할지라도 수면상에 추락시킬 염려가 없도록 헬륨을 채운 유선형기낭을 파라글라이더의 중앙에 두고, 선박을 끄는 견인줄의 견인력작용점의 위치를 조종자의 발로 조작되는 quarter rudder에 의하여 조종함으로서 선박의 진행방향조종을 하도록 하여, 파라글라이더와 선박의 조종을 용이하게 하였다.

parafoil, 선박, 파라글라이더, 풍력, quarter rudder, 서보모터

Description

파라글라이더로 견인하는 선박{WATERCRAFT TOWED BY A PARAGLIDER}

도 1은 헬륨기낭이 중앙에 있는 파라글라이더에 의하여 견인되는 선박의 개념도

도 2는 견인줄이 부착되는 Force Box와 quarter rudder의 개념도

미국특허 3,285,546

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미국특허 6,502,789 B2

본 발명은 Kite Surfing 의 원리를 이용하여 배를 추진코자 하는 풍력추진선박에 관한 것으로서, 풍력추진선박을 견인하는 파라글라이더와 선박의 조종방법과 장치에 관한 것이다.

사모아 섬에서 연을 이용하여 배를 끌었었다는 얘기가 마르코 폴로의 동방견문록 에 있으며, 이후 연을 이용하여 선박을 추진코자 하는 시도는 여러 번 있었다.

근래에 Kite Surfing이 확산된 것은 1966년 Domina C. Jalbert가 개발한 Multi-cell wing type aerial device (스스로 부풀어지는 유연한 구조의 airfoil 형상의 날개(parafoil))를 개발하여 우주선의 지구대기권 재진입시에 쓰인 뒤에 프랑스의 Legaignoux 형제가 혼자서도 조작할 수 있게 하기 위한 조종법을 개발하면서 시작되었다고 볼 수 있다.

이후 물위에서도 parafoil을 공중부양시킬 수 있는 구조와 조종법등이 개량 발전됨으로서 Kite Surfing에서 시속 134 Km의 기록도 나오게 되었다.

따라서 이러한 좋은 성능을 내는 parafoil을 이용하여 배를 끌고자 하는 장치와 방법도 많이 고안되었음에도 불구하고, 초보자들에게는 상대풍속이 낮을 때 자칫 parafoil을 추락시킬 우려가 있을 뿐 아니라 바람이 셀 때는 parafoil 조종에만도 온갖 신경을 다 써야하므로 수면상의 장애물 경계도 제대로 하기 힘들고 선체가 커지면 인력으로 조종하기 어렵다는 문제점을 계속 안고 있는 실정이다.

본 발명에서는 낮은 상대풍속에서도 parafoil을 물위에 추락시킬 우려가 없도록 하고 높은 풍속에서도 여유를 가지고 조종할 수 있도록 하는 등 parafoil 조종 업무로드를 경감시키어 선박 진행방향의 사주경계와 장애물 회피 등 선박조종에 집중할 수 있도록 하여 어선 같은 업무용 선박에서도 Kite Surfing 기법을 쓸 수 있도록 하는 것이 본 발명에서 풀어야 할 기술적 과제이다.

또한 어선과 같은 업무용 선박이 항만 내에서도 바람을 이용한 추진을 하려 한다면 다른 배의 진행을 방해할 수 있으므로 바람을 이용한 추진보다는 다른 동력원을 이용한 추진이 바람직할 것이다. 그러나 소형선박의 경우에 다른 동력원을 장착하기에는 경제적 부담이 될 것이다. 따라서 교통이 혼잡한 항만구역에서는 바람을 간접적으로 이용하기 위한 방법도 또한 풀어야 할 숙제이다.

본 발명에서는 free flying paragliding에서 흔히 쓰는 것과 같이 스스로 부풀어지는 유연한 구조의 airfoil의 형상을 갖는 날개 (1) 의 중앙의 고구마형상 기낭 (2)에 헬륨을 채워서 parafoil 스스로 부양하도록 하고, 좌우의 leading edge (3)와 trailing edge (4)의 받음각(angle of attack)을 변화시키기 위한 조종줄의 조작을 유선 또는 무선으로 조종되는 servo motor (4)에 의하여 조작하도록 하는 것을 기본으로 한다.

그리고 servo motor에 의하여 parafoil의 공기흡구(air intake) (6) 을 필요한 만큼 닫을 수 있도록 하여 한계치 이상의 강풍에서는 parafoil의 날개면적을 줄일 수 있도록 한다.

parafoil과 선박을 이어주는 견인줄 (7) 을 부착시키는 지점 (8), 즉 parafoil이 견인하므로 생기는 인장력의 작용점을 선박의 질량중심에 두면 선체에 미치는 모멘트는 영이 되지만 그 위치를 바꾸면 선박의 진행방향전환에 필요한 모멘트가 발생 하므로 견인줄의 작용점의 위치를 조종할 수 있도록 하여 통상적인 선박의 선미에 장착하는 키(stern rudder)를 생략할 수 있다.

본 발명에서는 선박질량중심을 회전축으로 하는 원형가이드레일의 원주상에 있는 일명 Force Box (10)에 parafoil의 견인줄을 연결한다. Force Box는 원형가이드 레일상에서 움직이도록 하는데 이를 사람의 힘만으로 움직이도록 한다면 선박 속도가 빠를 때는 힘들어진다.

본 발명에서는 일명 Force Box 밑부분에 조종자가 발로 각도를 조종할 수 있는 quarter rudder (11) 를 부치도록 하고 조종자는 quarter rudder에 연결된 pedal (12) 을 발로 조작하므로서 상대적인 수류에 대한 받음각(angle of attack to the relative water current)을 조종하면 quarter rudder에 걸리는 힘에 의하여 Force box는 위치를 바꾸게 되고 결과적으로는 parafoil의 견인력의 작용점이 바뀌어 선체를 회전시키는 모멘트가 발생한다.

조종자의 좌석은 선박질량중심점을 회전축으로 하는 원형가이드레일 위의 Force Box 와 연결된 shaft 위에 위치하도록 한다. 따라서 조종자는 회전축과 가이드레일에 있는 Force Box 에 있는 샤프트 위의 좌석에 있으므로 조종자는 자동적으로 Force Box를 정면으로 향하게 된다.

또한 Force Box의 움직임을 구속하는 원형 가이드레일의 곡률을 더 크게 하면, 즉 곡률반경을 작게하면 Force Box는 조종자가 특별히 발에 힘을 주어 quarter rudder의 앙각을 조절하지 않는다면 parafoil이 힘을 받는 동안에는 Force Box는 스스로 가이드레일의 중앙 즉, amidship에 위치하려는 경향을 갖는다.

따라서 선박설계시 빠른 동특성을 원한다면 원형가이드 레일의 원중심을 선박의 질량중심에 두도록 하고, 느리지만 안정된 조종특성을 원한다면 회전축을 질량중심의 앞쪽에 두면, 즉 가이드레일의 반지름이 질량중심에 두는 경우보다 짧게 하도록 한다.

한편, 선박교통량이 많은 항만구역에서 바람을 이용하기 위한 항주를 하기에는 위험요소가 많다. 따라서 이때에는 전기모터에 의한 screw (13) 회전을 통한 추진을 하도록 하고 이에 대한 전기충전은 외양에서 바람에 의한 추진을 할 때 발전을 하여 축전지에 전기에너지를 비축하도록 한다.

따라서 본 발명에서는 하이브리드 자동차에서 흔히 쓰고 있는 시동모터 겸 발전용 alternator (14)를 써서 바람을 이용한 항주시에 발전을 하도록 하고 항만구역내에서는 parafoil은 접도록 하고 축전지에 충전된 전기로 추진하도록 한다.

헬륨을 채운 기낭이 parafoil의 중앙에 위치하여 parafoil이 스스로 공중에 부양되어 있어 물위에 추락할 우려가 없어지게 되었으며, 서보모터의 원격조종을 위한 전기신호 및 전기공급선을 같이 견인줄에 함몰시키도록 하여 일반적인 곡예연(2줄조종 또는 4줄조종)과 같이 여러 개의 견인줄이 축 늘어졌을 때 서로 뒤엉킬 염려가 없어졌다.

parafoil이 견인하는 힘의 작용점을 선박의 종방향의 중앙선(amidship)의 좌우로 옮기어 선박의 진행방향을 조정할 수 있도록 하여 키(stern rudder)를 생략시키는 효과가 있다.

또한 조종자의 좌석이 견인줄 작용점인 Force Box를 저절로 향하도록 되어 있어 조종자가 진행방향 및 parafoil의 비행상태 등을 관찰하기 쉽게 되었다.

또한 조종에 있어 손으로는 공중에 있는 parafoil에 관한 조작을 하도록 하고 발은 수면상에 있는 선박 진행에 대한 조종을 하여, 즉 손과 발의 역할을 분리하여 비상시 조종에 대한 혼선이 생기지 않는 효과가 있다.

Claims (3)

1. parafoil을 이용하여 선박을 추진하는데 있어, parafoil의 중앙에 헬륨을 채운 유선형기낭을 두고, 필요시 parafoil을 구성하고 있는 cell 들의 공기흡구(intake)를 닫을 수 있는 줄이 있으며, 공기흡구를 닫는 줄과 parafil의 좌우측 leading edge 와 trailing edge의 받음각을 조종하는 조종줄들을 유 ·무선 원격조종에 의한 서보모터로 조작되며, 선박을 견인하는 줄에 매인 파라글라이더(tethered paraglider)에 견인되어 주행되고, 주행시에는 발전을 하는 선박
2. 1항에 있어,

   선박의 질량중심을 회전축으로 하는 원형 가이드레일에 구속되어서 위치를 움직일 수 있는 일명 Force Box에 견인줄을 매달고Force Box의 위치를 움직여서 선박의 진행방향을 바꾸는 방법과 그 장치
3. 2항에 있어,

   Force Box의 하부에 페달로 수류에 대한 앙각을 조정할 수 있는 quarter rudder를 달아서 quarter rudder에 걸리는 힘에 의하여 Force Box의 위치를 바꿀 수 있도록 하는 방법과 그 장치

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