KR20080065056A - 경사형 돈모판을 이용한 소파장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경사형 돈모판을 이용한 소파장치에 관한 것으로, 그 목적은 돈모를 이용 수면과 평행하게 혹은 일정한 각도를 가지도록 돈모판을 설치함으로써 파의 파장변화와 높이 변화에 따라 유연하게 대처하여 실험결과에 대해 높은 신뢰성을 가질 수 있고, 소파장치의 제작 및 설치가 용이하여 비용 대비 아주 높은 소파효율을 얻을 수 있는 소파장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 구성은 해양공학 분야의 모형실험을 위한 2차원수조, 예인수조, 사각형 수조에 설치되어 파도를 흡수하는 소파장치에 있어서, 하부가 철망으로 보강된 돈모로 이루어진 돈모판을 수면 부근과 그와 수직한 아래쪽에 일정 간격으로 배열하여 평행하게 설치하고, 설치된 돈모판의 경사각을 조절할 수 있게 구성하여 다양한 파고와 파 주기를 흡수토록 구성한 것을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.

소파 장치, 단위블록, 충전재, 돈모, 투과율, 수조

Description

경사형 돈모판을 이용한 소파장치{A wave absorbing device using multi-layered bristle plate}

도 1은 본 발명의 소파장치 개념도이고,

도 2는 본 발명의 소파장치 실시예 구성도이고,

도 3은 본 발명의 소파장치 조감도와 여러방향에서 바라본 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 수면 (2) : 돈모판

(3) : 지지대 (4) : 고정 지지대

(5) : 수조 (21) : 돈모

(22) : 철망

본 발명은 경사형 돈모판을 이용한 소파장치에 관한 것으로, 자세하게는 해양공학 관련 모형실험을 위하여 많이 사용되고 있는 조파 수조(2차원수조, 장수조, 사각수조)에 필수적인 소파장치(Wave-Absorbing System)에 관한 것이고, 특히 기존 의 소파장치와는 다른 돈모(豚毛)라 불리는 특수 재질을 이용하여 다단의 수평하게 설치된 평판 형태의 소파장치에 관한 것이다.

조파수조에서 발생된 파는 수조의 벽들로부터 반사되어 효율적인 소파장치가 없는 경우에는 장시간 연속적으로 실험이 불가한 경우가 많다. 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 수조 한쪽 끝에 비치형 소파장치를 설치하거나 다단의 직립 슬릿판을 이용한 소파장치, 타공판을 이용한 소파장치 등 여러가지 장치들을 이용하여 반사파를 줄이면서도 소파를 효율적으로 할 수 있는 방안들을 강구하고 있다.

이하, 보다 구체적으로 종래의 이 기술분야를 살펴본다.

해양공학에 관련된 문제를 접근하는 방법은 이론해석, 수치실험, 수리모형실험으로 정리될 수 있다. 이들 각 기법은 상호보완적인 수단으로 사용될 뿐만 아니라 각 기법을 정립하고 검증하기 위한 수단으로 사용되고 있다.

최근 컴퓨터의 발달로 수치실험기법이 급격한 발전을 보이고 있으나, 실해역이 비선형적이고 복잡한 환경특성이 모두 고려되는 수치모형은 개발되지 못한 상태이므로 수리모형실험은 여전히 중요한 기법의 하나이다.

이때, 필요한 외력환경을 실험수조 내에서 최대한 재현하는 것은 매우 중요한 기술이며 이를 위해 다양한 형태의 장치들이 사용되고 있다. 조파수조에서 발생된 파는 수조의 벽들로부터 반사되어 관측영역에서의 파랑 및 물입자 운동은 시간이 경과될수록 복잡한 양상을 보인다. 이는 다방향파(Multi-Directional Waves) 또 는 불규칙파(Irregular Waves)의 경우 더 심하게 된다. 따라서 발생파의 안정화 및 가용 영역의 극대화를 위한 효율적인 소파장치의 개발이 절실히 요구되고 있다.

소파장치는 조파수조의 중요설비로서 크게 2가지 목적으로 설치된다. 첫째는 조파장치에 의해 생성된 파가 수조의 반대쪽 끝에서 반사하여 생기는 반사파에 의한 파의 왜곡(Distortion)을 방지하는 것이고, 둘째는 모형선 예인실험 종료 후 수면의 교란을 짧은 시간 내에 소멸시켜 실험의 능률을 증가시키는 것이다.

조파수조에서 조파장치(Wave-Maker) 다음으로 중요한 소파장치는 매우 다양한 형태와 재료가 사용되고 있다. 소파장치는 크게 능동형(Active Type)과 수동형(Passive Type)으로 구분할 수 있다.

능동형 소파장치는 파 운동에 따라 소파판을 움직여 반사파를 줄이는 소파장치라 할 수 있다. 아직까지는 파도가 한 방향으로만 진행되는 조파수조에 사용이 국한되어 있는 실정이며 비용이 많이 들어 세계적으로 4개소(이스라엘의 Coastal and Marine Engineering Research, 네델란드의 Delft Hydraulics Lab., 일본의 Port and Harbor Research Institute, 영국의 University of Newcastle)의 조파수조만이 능동형 소파장치를 사용하고 있다.

다른 대부분의 조파수조에서는 수동형 소파장치가 사용되고 있다.

수동형 소파장치의 형식은 크게 비치형(Beach Type)과 직립형(Vertical Type)으로 나눌 수 있다. 대부분의 대형수조에서는 비치형을 가장 널리 사용하고 있다.

먼저, 비치형 소파장치의 경우, 모래, 자갈, 돌 등을 이용하여 바닥까지 일정한 경사를 갖게 한 방법도 있지만 경사판 위에 와이어(Wire)나 격자(Grating)를 붙이는 형태가 많이 사용된다. 와이어와 격자를 붙이는 이유는 경사판에 조도(Roughness)를 높이기 위함이며. 높아진 조도는 파를 좀더 교란시켜 파 에너지 소멸을 촉진시킨다.

비치형 소파기의 경사는 완만하며 보통 수면부근에서 10°이하의 경사각을 갖는다. 비치형 소파장치의 소파원리는 경사된 사면에 입사하는 파는 천수파(Shallow Water Waves)가 되고 파의 파장이 감소하고 파고는 증가하는 현상이 일어난다. 그러므로 파의 기울기는 점점 증가하여 결국 파는 깨지게 되고 파가 가지고 있는 에너지는 소멸되어 소파가 이루어지는 것이다. 따라서 비치형의 소파장치의 소파성능은 입사파의 파장(Wavelength) 및 파고(Wave Height)에 따라 크게 변한다. 또한 경사판 자체의 경사각, 길이 및 표면의 조도 등도 중요한 설계 사항이 된다.

하지만 이러한 종래 비치형 소파장치의 단점은 소파장치가 주어진 경사각을 가지고 수면에서 바닥까지 설치해야 하므로 넓은 설치 공간을 필요로 하며 직립형에 비하여 소파효과가 떨어진다는 점이다. 또한 항상 일정한 수심(Water Depth)을 유지하는 예인수조(Towing Tank)에는 적합하나 실험의 종류에 따라 수심을 바꾸는 사각형 수조(Square Tank)에서는 큰 약점(특히 천수역)을 가지고 있다.

직립형 소파장치로 사각형수조에서는 캐나다 NRC(National Research Center) 에서 개발한 직립형 투과판(Expanded Metal Sheet)을 배열하여 파를 줄이는 형태를 주로 사용하고 있다. 직립형 투과판을 이용한 소파장치는 주로 수심의 변화가 많은 조파 수조에 사용되고 있다. 직립형 투과판을 가지고 원하는 소파성능을 얻기 위해서는 여러 개의 투과판을 파의 진행방향에 따라 적절히 배열해야 한다. 보통 공극율이 큰 것에서부터 작은 것으로 순차적으로 배열해야 우수한 소파효율을 얻을 수 있다.

하지만 이러한 종래 직립형 소파장치의 단점으로는 많은 양의 투과판이 필요하며 잘못 배열된 경우 교체 및 수정이 어려운 단점을 가지고 있다.

이와 같은 문제점을 해결한 소파장치로는 국내특허등록 10-0307092호(명칭 :수평형 타공판을 이용한 소파장치)가 있는데, 주요구성은 한장의 타공판을 수조의 벽에 대하여 직각되게 한장을 설치하되, 수면 높이에 대응하도록 타공판을 상하로 움직이게 형성하거나, 깊이에 따라 여러장의 타공판을 설치하여 실험토록 구성한 장치로, 상기 설명한 종래의 소파장치보다 소파효율이 우수할 뿐만 아니라 제작과 설치가 용이하고, 입사파의 파장에 민감하지 않기 때문에 아주 긴 장파만 피한다면 전 파장에 대하여 10% 이하의 반사율(Reflection Coefficient)을 줄 수 있고 또한 타공판 한 장만으로 원하는 소파효율을 얻을 수 있기 때문에 경제적인 구성으로 이루어질 수 있다는 장점을 가진다.

하지만 이와 같은 소파 장치의 문제점은 소파를 위한 타공판 설계기술에서 타공판이 잠긴 깊이와 공극율 그리고 타공판의 길이, 경사각이며 이들이 적절치 못 한 값을 사용하는 경우 원하는 소파성능을 얻을 수 없다는 근본적인 문제점이다. 즉, 정교하게 설계된 타공판이 제공되지 못할 경우 만족할 만한 소파 성능을 제공할 수 없어, 다양한 환경의 신뢰성 있는 데이터가 누적되지 않는 한 설치시 즉각적인 소파 성능을 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 돈모를 이용 수면과 평행하게 혹은 일정한 각도를 가지도록 돈모판을 설치함으로써 파의 파장변화와 높이 변화에 따라 유연하게 대처하여 실험결과에 대해 높은 신뢰성을 가질 수 있고, 소파장치의 제작 및 설치가 용이하여 비용 대비 아주 높은 소파효율을 얻을 수 있는 소파장치를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 해양공학 분야의 모형실험을 위한 2차원수조, 예인수조, 사각형 수조에 설치되어 파도를 흡수하는 소파장치에 있어서,

하부가 철망으로 보강된 돈모로 이루어진 평판형태의 돈모판을 수면 부근과 그와 수직한 아래쪽에 일정 간격으로 배열하여 평행하게 설치하고, 설치된 돈모판의 경사각을 조절할 수 있게 구성하여 다양한 파고와 파 주기를 흡수토록 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 돈모판은 수조 바닥에 고정된 고정지지대와, 이 고정지지대의 양측에 수직방향으로 설치된 적어도 2개 이상 설치된 지지대를 구비하여 돈모판이 일정 각도를 가지게 체결장치로 고정된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 수조에 양 측벽과 조파기 앞에 돈모가 부착된 돈모판을 더 포함하여 설치 구성한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 돈모판의 경사각은 특정한 입사파에 대해서 특정 각도로 기울이게 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 돈모판은 수조폭과 일치하는 돈모판으로 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 소파장치는 종래 소파장치, 특히 수평형 타공판을 이용한 소파장치와는 사용된 재질(돈모), 만들어진 형태(돈모판), 소파원리(돈모판을 통과하면서 파의 에너지 소멸)에 있어서 전혀 다른 소파장치이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 소파장치 개념도이고, 도 2는 본 발명의 소파장치 실시예 구성도이고, 도 3은 본 발명의 소파장치 조감도와 여러 방향에서 바라본 구성도를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 본 발명의 소파장치는 돈모(21)를 이용하여 수조(5) 폭과 일치하는 돈모판(2)을 구성하되, 이 돈모(21)를 물에 부식되지 않는 재료로 철망(22)을 제작하여 돈모(21)의 하부를 지지보강하여 돈모판(2)을 완성한다. 이렇게 구성한 돈모판(2) 여러장을 입사파의 진행방향과 수평으로 수면(1) 밑에 잠기게 설치한다.

상기에서 돈모란 인공잔디와 같은 풀 형태의 물에 부식하지 않은 특수한 재료로 강성이 약하여 파도에 의해 유연하게 움직이는 특징이 있다.

본 발명에서 돈모를 사용한 이유는 다양한 재료를 이용하여 실험을 수행해 보았으나 본 발명의 돈모를 이용했을 때 특히 소파효과와 반사율에서 좋은 결과를 얻었기 때문이다.

그리고 돈모판(2)을 이용한 소파장치는 돈모판(2)의 개수, 돈모판(2)의 길이, 입사파(Incident Waves)의 진행 방향에 대해 수평면과의 경사각도 수조(5) 폭에 대한 폭방향 길이 등이 주요변수인데, 본 발명의 돈모판은 특정 파장과 파고에 대해 최적의 값을 가지게 설치된다.

이와 같은 특정 파장과 특정 파고에 대한 최적은 값은 각 파장과 파고에 대해서 달라진다.

또한 돈모판(2)을 이용하여 수조에 소파장치를 설치할 때는 수면(1) 부근으로부터 수면 아래 방향으로 적어도 2장 이상의 돈모판을 배열해야 효과를 볼 수 있 다. 이때 파력에 의해 돈모판(2)이 움직이지 않도록 하기 위해서는 수조(5) 바닥에 물에 부식되지 않으면서 반사를 일으키지 않는 적당한 크기의 고정지지대(Supporting Frame, 4)을 제작하여 수조 바닥에 고정시키고, 이 고정지지대(4)에 수직방향의 지지대(3)를 연결한 후 이 지지대에 돈모판(2)이 일정 각도를 가지고 설치되도록 통상의 체결장치를 사용하여 고정시킨다. 여기서 통상의 체결장치란 볼트 너트와 같은 체결장치를 포함한 공지된 어떠한 체결장치라도 상관없다.

상기 돈모판(2)은 두께는 특정두께를 한정하지는 않지만, 돈모(21)를 지지하고 있는 철망(22)은 파도에 의한 파력에 견딜 수 있고, 부식되지 않는 철망으로 보강하여야 한다.

상기와 같이 구성된 돈모판(2)으로 구성된 소파장치, 즉, 돈모가 부착된 돈모판을 수면 부근과 그 아래쪽에 일정한 간격으로 평행하게 설치하고 경사각을 조절할 수 있게 구성하여 다양한 파고와 파 주기에 대해 최대 소파 최대 소파효율을 얻도록 판의 개수, 길이, 각도를 변화시켜 설치 된 상태에서 입사파가 도달하면 돈모판(2) 통과시 돈모(21)의 거친 표면을 지나면서 파 에너지의 상당부분이 소멸하게 된다.

또한 예인수조에서 정수중에 달리는 모형선에 의하여 발생된 파가 수조 측벽과 조파장치에 의하여 반사됨으로써 생기는 파를 짧은 시간 내에 소멸시키기 위하여 예인수조 양 측벽과 조파기 앞에 돈모가 부착된 판을 설치하여 수조 효율을 높이도록 구성할 수도 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은 돈모판을 이용 수면과 평행하게 혹은 일정한 각도를 가지도록 설치함으로써 파의 파장변화와 높이 변화에 따라 유연하게 대처하여 실험결과에 대해 높은 신뢰성을 가질 수 있고, 소파장치의 제작 및 설치가 용이하여 비용 대비 아주 높은 소파효율을 얻을 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 해양공학 분야의 모형실험을 위한 2차원수조, 예인수조, 사각형 수조에 설치되어 파도를 흡수하는 소파장치에 있어서,

   하부가 철망으로 보강된 돈모로 이루어진 평판형태의 돈모판을 수면 부근과 그와 수직한 아래쪽에 일정 간격으로 배열하여 평행하게 설치하고, 설치된 돈모판의 경사각을 조절할 수 있게 구성하여 다양한 파고와 파 주기를 흡수토록 구성한 것을 특징으로 하는 경사형 돈모판을 이용한 소파장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 돈모판은 수조 바닥에 고정된 고정지지대와, 이 고정지지대의 양측에 수직방향으로 설치된 적어도 2개 이상 설치된 지지대를 구비하여 돈모판이 일정 각도를 가지게 체결장치로 고정된 것을 특징으로 하는 경사형 돈모판을 이용한 소파장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수조에 양 측벽과 조파기 앞에 돈모가 부착된 돈모판을 더 포함하여 설치 구성한 것을 특징으로 하는 경사형 돈모판을 이용한 소파장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 돈모판의 경사각은 특정한 입사파에 대해서 특정 각도로 기울이게 설치하는 것을 특징으로 하는 경사형 돈모판을 이용한 소파장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 돈모판은 수조폭과 일치하는 돈모판으로 구성한 것을 특징으로 하는 경사형 돈모판을 이용한 소파장치.

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