KR20110115224A - 예인수조 모형선저의 수중촬영 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예인수조에서 모형선의 유체역학적 실험시 모형선과의 간섭을 일으키지 않고 모형선 바닥의 유체 흐름을 정밀하게 촬영할 수 있도록 한 장치이다. 본 발명에 따르면, 수중카메라가 모형선의 바닥 바로 아래, 충분히 이격한 위치에 있으므로, 실험시 모형선의 바닥에 형성되는 유체의 흐름을 방해하거나 간섭하지 아니하고 이를 정확하게 촬영해 낼 수 있다.

Description

예인수조 모형선저의 수중촬영 장치{Underwater Video Camera Device for the Bottom of Model Ship in the Model Basin}

본 발명은 예인수조에서 모형선의 유체역학적 실험시 모형선 바닥의 유체 흐름을 촬영하는 장치에 관한 것이다.

1. 선박 유체역학 문제의 해결 방법

선박 유체역학 문제의 해결 방법으로는 수학적 모형을 이용하는 방법과 물리적 모형을 이용하는 방법이 있다. 수학적 모형을 이용하는 방법은 단순한 형상에 대한 컴퓨터 계산을 하는 것이고, 물리적 모형을 이용하는 방법은 모형선을 제작하여 실험을 하는 것이다.

모형선을 이용하는 것은 실제 크기의 선박을 실험하는 것보다 훨씬 경제적이며 수학적 모형으로는 해결할 수 없는 복잡한 현상까지도 해결할 수 있는 장점이 있다. 특히 선박의 저항추진 문제는 현상이 매우 복잡하므로 물리적 모형을 이용한 모형시험이 주를 이루게 된다. 다만, 모형선을 제작하여 실험을 하는 경우에는 모형시험의 결과를 해석하기 위한 적절한 이론이 반드시 필요하다.

선박의 모형시험을 최초로 제창한 사람은 William Froude이며, 수조관련 국제회의 기구로서는 International Towing Tank Conference(ITTC)가 있다. 여기에는 본 출원인인 한국해양연구원, 서울대, 부산대, 인하대, 울산대 등의 수조가 회원으로 가입되어 있다.

2. 예인수조

예인수조(Towing Tank)는 모형선을 수조에서 예인하면서 모형선에 작용하는 유체역학적인 힘을 측정하거나, 모형선 주위의 유동현상을 관찰 또는 계측할 수 있도록 설비된 실험장치이다. 예인수조에서는 모형선과 실선 사이에 기하학적 상사, 역학적 상사가 이루어지도록 실험이 이루어진다. 예인수조는 그 크기에 따라 소형(Small), 중형(Medium), 대형(Large)으로 구분된다.

(1) 소형 예인수조

약 20m의 길이를 갖는 예인수조로서, 짓는 비용이 저렴하여 주로 학교에서의 교육이나 연구용으로 사용되고 있다.

소형 예인수조에서는 대개 중력식 추의 무게에 의해 예인력을 알고 속도를 측정하게 되는데(도 2), 주로 정수 중 저항시험이나, 파도(규칙파) 중 저항, 운동, 속도손실 시험이 이루어진다. 예) 쌍동선 실험 : 선체간의 간격이 저항에 미치는 영향.

(2) 중형 예인수조

약 200m의 길이를 갖는 예인수조로서, 그 이상은 대형 예인수조로 분류된다.

중형 및 대형 예인수조에서는 예인전차를 이용하여 모형선을 예인하는 과정에 따라 실험이 이루어지는데(도 3), 예인전차의 이동레일의 길이가 길어서 지구 곡률을 고려하여 중형 예인수조의 경우는 예인수조의 한쪽 끝을 약 1mm 정도 높이고, 대형 예인수조의 경우는 예인수조의 한쪽 끝을 약 3.5mm 정도 높인다.

중형 및 대형 예인수조에서 사용되는 모형선의 길이는 5~10m 정도이며, 제어, 계측기구 및 장치는 대부분 전자 시스템으로 이루어진다. 예인전차의 속도범위는 통상 0~15m/s 정도인데, 전자 시스템에 의해 매우 정확하게 제어, 계측된다. 모형선에 가해지는 저항이나 힘은 동력계(Dynamometer)로 계측한다.

중형 및 대형 예인수조에서 이루어지는 실험의 종류로는 저항 시험, 자항 시험, 프로펠러 단독시험, 반류조사 시험, 운동성능 시험, 조종성능 시험 등이 있다.

3. 모형선

모형선은 실선과 기하학적 상사, 역학적 상사가 이루어지도록 소정의 축척비(Scale Ratio)에 따라 제작된 실험용 선박 모형을 말하는데, 통상 실선 대비 1/30 정도의 축척비로 제작된다.

모형선은 나무, Paraffin Wax, Fiberglass-Reinforced Plastic(FRP) 등으로 제작된다. 이 중 Paraffin Wax 모형선은 가공이 용이하고 녹여서 재사용할 수도 있다. Paraffin Wax 모형선은 저항, 자항 시험용으로는 최적이지만, 나무보다 약하기 때문에 운동 시험용으로는 부적당하다.

(1) 나무 모형선의 제작

나무판을 수선면(Waterline) 모양으로 가공하여, 적층, 방수 접착제로 부착한 후에 NC 가공한다(도 4).

(2) Paraffin Wax 모형선의 제작

Paraffin Wax 모형선의 제작 순서(예)는 다음과 같다.

① 20개 Station에서의 Template와 Bow, Stern Profile Template를 Mold 용으로 제작한다(도 5).

② 위와 동일한 Station에서의 Core Template를 제작한다.

③ 나무나 진흙으로 Mold를 완성한다.

④ Core도 나무판 혹은 방수천으로 둘러쌓는다.

⑤ Mold, Core를 조립한다.

⑥ Paraffin Wax를 녹여 Mold와 Core 틈으로 붓는다. 이때 Core에는 동시에 더운 물을 채운다.

⑦ Casting(주물)이 완전히 굳기 직전에 Core를 제거한다.

⑧ 모형선을 Mold로부터 들어내어 Cutting Machine에 설치한다.

⑨ 모형선의 윗면을 정렬하고, 밑면부터 가공한다. 이때 수선별로 약 10mm 간격으로 가공하며, 중앙 대칭면은 NC Milling Machine을 사용하여 좌우를 동시에 Cutting한다.

⑩ 최종적으로 모형선의 표면을 매끄럽게 문지르고 닦아낸다.

본 발명은 예인수조에서 모형선의 유체역학적 실험시 모형선과의 간섭을 일으키지 않고 모형선 바닥의 유체 흐름을 정밀하게 촬영할 수 있도록 하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

예인전차 프레임의 양쪽에 거치되는 사이드스트럿;

모형선 바닥의 아래 공간을 횡방향으로 가로지르면서 사이드스트럿의 하단과 결합하는 하단스트럿 및;

하단스트럿의 중앙부에 거치되는 수중카메라;

를 포함하는 예인수조 모형선저의 수중촬영 장치를 제시한다.

본 발명에 따르면, 수중카메라가 모형선의 바닥 바로 아래, 충분히 이격한 위치에 있으므로, 실험시 모형선의 바닥에 형성되는 유체의 흐름을 방해하거나 간섭하지 아니하고 이를 정확하게 촬영해 낼 수 있다.

본 발명의 다른 효과는, 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

도 1은 예인수조에 설치된 본 발명의 전체적인 구성(횡단면도).
도 2는 중력식 소형 예인수조.
도 3은 중형 예인수조의 예인전차.
도 4는 나무 모형선의 제작 모습.
도 5는 왁스 모형선의 제작 모습.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 예인수조에 설치된 본 발명의 전체적인 구성을 보여준다(횡단면도).

본 발명은 예인수조에서 모형선의 유체역학적 실험시 모형선과의 간섭을 일으키지 않고 모형선 바닥의 유체 흐름을 정밀하게 촬영할 수 있도록 한 장치이다.

본 발명은 사이드스트럿(1, 1'), 하단스트럿(2) 및 수중카메라(3)를 포함하여 이루어지는 바, 이하에서는 구성요소별로 상세하게 설명한다.

사이드스트럿(1, 1')은 본 발명의 양쪽 측면을 이루는 부재로서, 판형 또는 막대형의 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 예인전차 프레임의 양쪽에 거치된다.

그리고 하단스트럿(2)은 본 발명의 바닥면을 이루는 부재로서, 역시 판형 또는 막대형의 다양한 형태로 제작될 수 있으며, 모형선 바닥의 아래 공간을 횡방향으로 가로지르면서 사이드스트럿(1, 1')의 하단과 결합한다.

그리고 수중카메라(3)는 하단스트럿(2)의 중앙부에 거치되어, 예인수조의 수면(상부) 방향을 바라보게 된다. 한편, 본 발명에서 수중카메라(3)는 일반적으로 물 속에서 촬영을 할 수 있도록 방수처리를 한 사진기를 의미하는데, 보통의 사진기를 방수 케이스에 넣어 조작하는 것과 사진기 자체가 방수 기능을 갖춘 것 등을 모두 사용할 수 있다.

사이드스트럿(1, 1')과 하단스트럿(2)의 결합은 도 1에 도시된 바와 같이 그 횡단면이 사각형의 형태를 이루게 되며, 예인수조 실험시 이 사각형의 내부 공간으로 모형선이 위치하면 수중카메라(3)가 모형선 바닥에 형성되는 유체의 흐름을 촬영하게 된다.

이 경우 사이드스트럿(1, 1')의 길이(L)는 하단스트럿(2) 및 수중카메라(3)가 모형선의 바닥 바로 아래, 충분히 이격한 위치에 올 수 있을 정도라야 한다. 이는 하단스트럿(2) 및 수중카메라(3)가 모형선의 바닥에 근접 위치하게 되면 이로 인하여 실험시 모형선의 바닥에 형성되는 유체의 흐름이 방해를 받거나 간섭을 일으킬 수 있어 수중카메라(3)가 그 정확한 형상을 촬영해 내지 못할 수도 있기 때문이다.

한편, 하단스트럿(2)은 한쪽 사이드스트럿(1)과는 힌지(4)를 이용하여 일체형의 접이식으로 결합하며, 다른쪽 사이드스트럿(1')과는 볼트 체결을 통하여 탈부착이 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 작업자가 실험 전 수중카메라(3)를 장착하거나 실험 후 수중카메라(3)를 제거하기 위하여 하단스트럿(2)을 열거나 닫으면서 문처럼 간편하게 이용할 수 있기 때문이다.

그리고 사이드스트럿(1, 1')은 예인전차 프레임의 거치 부위에 롤러(5)를 적용하여 종방향 이동이 가능하게 하는 것이 바람직하다. 이때, 롤러(5)는 모터에 의하여 작동한다. 일반적으로 모형선은 종방향으로 길게 뻗은 유선형이기 때문에, 사이드스트럿(1, 1')이 종방향으로 이동 가능하게 되면 이와 연계하여 수중카메라(3)도 모형선의 종방향 위치별로 이동하면서 보다 정확한 촬영을 할 수 있어서 좋다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 수중카메라(3)가 모형선의 바닥 바로 아래, 충분히 이격한 위치에 있으므로, 실험시 모형선의 바닥에 형성되는 유체의 흐름을 방해하거나 간섭하지 아니하고 이를 정확하게 촬영해 낼 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 1' : 사이드스트럿 2 : 하단스트럿
3 : 수중카메라 4 : 힌지
5 : 롤러

Claims (4)

1. 예인전차 프레임의 양쪽에 거치되는 사이드스트럿;
   모형선 바닥의 아래 공간을 횡방향으로 가로지르면서 사이드스트럿의 하단과 결합하는 하단스트럿 및;
   하단스트럿의 중앙부에 거치되는 수중카메라;
   를 포함하는 예인수조 모형선저의 수중촬영 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   하단스트럿은 한쪽 사이드스트럿과는 일체형의 접이식으로 결합하며, 다른쪽 사이드스트럿과는 볼트 체결을 통하여 탈부착이 가능하도록 한 것을 특징으로 하는 예인수조 모형선저의 수중촬영 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   사이드스트럿은 예인전차 프레임의 거치 부위에 롤러를 적용하여 종방향 이동이 가능하게 한 것을 특징으로 하는 예인수조 모형선저의 수중촬영 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   사이드스트럿의 길이는 하단스트럿 및 수중카메라가 모형선의 바닥 바로 아래, 충분히 이격한 위치에 올 수 있을 정도인 것을 특징으로 하는 예인수조 모형선저의 수중촬영 장치.

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