KR20110115226A - 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치 - Google Patents

용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치 Download PDF

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KR20110115226A
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안해성
유재훈
이영연
반석호
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한국해양연구원
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Abstract

본 발명은 세일링요트의 모형시험 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세일링요트의 모형시험 시 모형선의 횡경사 및 종경사를 구속할 수 있고 선수각을 조절할 수도 있도록 하여, 세일링요트의 실제 항주 상태에서의 성능 및 유체동력학적인 특성들을 정확하게 파악해 낼 수 있도록 하는 모형시험 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 세일링요트의 모형시험 시 실제 항주 상태에서 발생할 수 있는 시험조건을 원하는 대로 재현할 수 있으며, 이에 따라 부착된 로드셀을 통하여 세일링요트에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 정확하게 계측하는 것이 가능해진다.

Description

용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치{Captive model test device for the inclined hull with the keel}
본 발명은 세일링요트의 모형시험 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 1), 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 2), 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 3).
(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 4).
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.
4. 세일링요트의 모형시험의 문제
세일링요트는 추진력이 선체 위에 부착된 세일(돛)에서부터 발생하므로, 힘의 균형을 맞추기 위하여 선체 하부에 용골(keel)을 부착하는 것이 일반적이다(도 5). 그리고 세일링요트의 경우 풍향 및 풍속, 항주 방향에 따라 세일과 용골에 작용하는 유체동력학적인 중심점이 계속 변동할 뿐만 아니라 이들이 서로 일치하지도 아니하므로, 세일링요트는 횡경사(heel)와 동시에 선수가 항주 방향과 소정의 각도를 이룬 상태(leeway)로 진행하는 것이 일반적이다(도 6).
그러나 예인수조에서 수행하는 모형시험을 위한 장비는 좌우대칭인 상태로 정상 항주하는 상선용인 것이 대부분이므로, 세일링요트의 모형시험 시 횡경사 및 종경사를 구속할 수도 없고 선수각을 조절할 수도 없다. 하지만 세일링요트는 상선처럼 정상 상태로 항주하는 경우가 사실상 없으므로, 설계시 반드시 경사진 상태에서의 성능 및 유체동력학적인 특성들이 고려되어져야 하며, 이는 특히 용골의 제원 및 성능 결정에 반드시 필요한 요소가 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 세일링요트의 모형시험 시 모형선의 횡경사 및 종경사를 구속할 수 있고 선수각을 조절할 수도 있도록 하여, 세일링요트의 실제 항주 상태에서의 성능 및 유체동력학적인 특성들을 정확하게 파악해 낼 수 있도록 하는 모형시험 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,
위 끝단부가 구속되어 아래로 뻗어 내려가는 고정지지축;
고정지지축의 아래 끝단부에 결합되며, 종경사 및 횡경사 방향의 회전이 가능한 제1베어링과, 제1베어링의 횡경사 방향 양 측에 결합되어 제1베어링의 횡경사 방향 회전과 함께 횡경사 방향으로 기울어지는 횡경사운동축과, 제1베어링의 종경사 방향 양 측에 결합되어 제1베어링의 종경사 방향 회전과 함께 종경사 방향으로 기울어지는 종경사운동축을 포함하는 상부회전모듈;
위 끝단부가 상부회전모듈에 구속되어 아래로 뻗어 내려가는 회전전달축 및;
회전전달축의 아래 끝단부에 결합되며, 수평 방향의 회전이 가능한 제2베어링과, 판상의 구조물로서 제2베어링에 결합되어 제2베어링과 함께 수평 방향으로 회전 운동하는 수평운동판을 포함하는 하부회전모듈;
을 포함하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치를 제시한다.
본 발명에 따르면, 세일링요트의 모형시험 시 실제 항주 상태에서 발생할 수 있는 시험조건을 원하는 대로 재현할 수 있으며, 이에 따라 부착된 로드셀을 통하여 세일링요트에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 정확하게 계측하는 것이 가능해진다.
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 중력식 소형 예인수조.
도 2는 중형 예인수조의 예인전차.
도 3은 나무 모형선의 제작 모습.
도 4는 왁스 모형선의 제작 모습.
도 5는 세일링요트와 용골.
도 6은 세일링요트에 가해지는 힘과 모멘트의 방향.
도 7은 본 발명의 전체적인 구성.
도 8은 본 발명을 세일링요트의 모형선에 장착하여 시험을 하는 모습.
도 9는 본 발명에서 종경사회전구속부의 상세 모습.
도 10은 본 발명에서 횡경사회전구속부의 상세 모습.
도 11은 본 발명에서 수평회전구속부의 상세 모습.
도 12는 본 발명에서 모형선결합부의 상세 모습.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 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 7은 본 발명의 전체적인 구성을, 도 8은 본 발명을 세일링요트의 모형선에 장착하여 시험을 하는 모습을 보여준다. 그리고 도 9는 본 발명에서 종경사회전구속부의 상세 모습을, 도 10은 횡경사회전구속부의 상세 모습을, 도 11은 수평회전구속부의 상세 모습을, 도 12는 모형선결합부의 상세 모습을 보여준다.
본 발명은 세일링요트의 모형시험 시 모형선의 횡경사 및 종경사를 구속할 수 있고 선수각을 조절할 수도 있도록 하여, 세일링요트의 실제 항주 상태에서의 성능 및 유체동력학적인 특성들을 정확하게 파악해 낼 수 있도록 하는 모형시험 장치에 관한 것이다.
본 발명은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 고정지지축(100), 상부회전모듈(200), 회전전달축(300) 및 하부회전모듈(400)을 포함하여 이루어지며, 위에서부터 아래 방향으로 고정지지축(100), 상부회전모듈(200), 회전전달축(300) 및 하부회전모듈(400)의 순서로 결합하는 바, 이하에서는 각 구성요소별로 상세하게 설명한다.
1. 고정지지축
고정지지축(100)은 봉 형상의 구조물로서, 위 끝단부가 움직이지 않도록 구속되어 아래로 뻗어 내려가다가 아래 끝단부에서 상부회전모듈(200)과 결합한다(도 8).
고정지지축(100)은 본 발명이 모형선과 결합하여 작동하는 전 과정을 통하여 흔들리지 않고 안정적인 상태를 유지할 수 있도록 지지하는 역할 및 모형선의 횡경사 및 종경사가 구속된 상태가 유지될 수 있도록 지지하는 역할을 한다(도 8).
이러한 고정지지축(100)은 예인수조의 수면에 대하여 연직 방향 아래로 뻗어 내려가는 것이 바람직한데(도 8), 이는 고정지지축(100)이 모형시험 시 상부회전모듈(200)의 회전 정도를 파악하고 조절하는 기준으로서의 역할을 하기 때문이다.
즉, 도 8에서는 고정지지축(100)이 예인수조의 수면에 대하여 연직 방향 아래로 뻗어 있으며, 상부회전모듈(200)의 회전과 연계하여 회전전달축(300)이 θ 만큼 회전한(기울어진) 상태를 확인할 수 있는데, 만약 고정지지축(100)이 예인수조의 수면에 대하여 소정의 각도만큼 기울어진 상태가 되면 이로 인하여 작업자가 상부회전모듈(200)(이와 연계한 회전전달축(300))의 회전 정도를 θ±α 로 잘못 파악할 수도 있으므로 결국 정확한 모형시험을 할 수 없게 되는 것이다.
2. 상부회전모듈
상부회전모듈(200)은 고정지지축(100)의 아래 끝단부에 결합한 상태에서, 제1베어링의 움직임에 따라 모형선의 종경사 및 횡경사 방향으로 회전하는(기울어지는) 모듈로서, 제1베어링(미도시), 횡경사운동축(210) 및 종경사운동축(220)을 포함하여 이루어진다(도 7).
제1베어링은 상부회전모듈(200)의 중심에 위치하며, 모형선의 종경사 및 횡경사 방향으로의 회전이 가능하다.
여기서, 제1베어링이 모형선의 종경사 방향으로 회전한다 함은, 도 5에서 볼 때 제1베어링이 Y축 자체의 회전 운동을 하는 것을 말하며, 이로 인하여 모형선은 X축 방향으로 기울어지는 상태가 된다. 이처럼 모형선(또는 실제 선박)이 X축 방향으로 기울어지는 상태를 pitching 이라고 한다.
그리고 제1베어링이 모형선의 횡경사 방향으로 회전한다 함은, 도 5에서 볼 때 제1베어링이 X축 자체의 회전 운동을 하는 것을 말하며, 이로 인하여 모형선은 Y축 방향으로 기울어지는 상태가 된다. 이처럼 모형선(또는 실제 선박)이 Y축 방향으로 기울어지는 상태를 rolling 이라고 한다.
횡경사운동축(210)은 제1베어링의 횡경사 방향 양 측에 결합되어 제1베어링의 횡경사 방향 회전과 함께 횡경사 방향으로 기울어진다(도 7, 도 8).
즉, 횡경사운동축(210)은 도 7 및 도 8에서 Y축 방향의 양 쪽으로 돌출한 축상 구조물로서, 제1베어링이 모형선의 횡경사 방향으로 회전하면, 이와 함께 횡경사 방향(Y축 방향)으로 기울어지는 것이다(rolling).
그리고 종경사운동축(220)은 제1베어링의 종경사 방향 양 측에 결합되어 제1베어링의 종경사 방향 회전과 함께 종경사 방향으로 기울어진다(도 7).
즉, 종경사운동축(220)은 도 7에서 X축 방향의 양 쪽으로 돌출한 축상 구조물로서, 제1베어링이 모형선의 종경사 방향으로 회전하면, 이와 함께 종경사 방향(X축 방향)으로 기울어지는 것이다(pitching).
이때, 횡경사운동축(210)과 종경사운동축(220)은 제1베어링을 중심으로 하여 서로 직교하도록 결합하여야 한다. 이는 제1베어링의 횡경사 및 종경사 방향으로의 회전이 정확하게 구현 및 제어될 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 횡경사운동축(210)은 종경사운동축(220)이 종경사 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 상태를 구속하여 고정시키는 종경사회전구속부(211)를 구비하는데, 이러한 종경사회전구속부(211)의 기능은 볼트로 제1베어링의 종경사 방향 회전을 차단하는 것으로 구현될 수 있다.
제1베어링이 종경사 방향으로 회전하면, 종경사운동축(220)은 제1베어링의 종경사 방향 회전과 함께 종경사 방향(X 방향)으로 기울어지며, 횡경사운동축(210)은 제1베어링의 종경사 방향 회전과 함께 축 자체가 회전하게 된다(이는 도 5의 Y축 자체의 회전에 해당함. 본 발명에서 횡경사운동축(210)은 도 5의 Y축에 대응됨).
이때, 종경사운동축(220)이 종경사 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 상태가 되었을 때(즉, 횡경사운동축(210) 자체가 소정의 각도만큼 회전하게 되었을 때), 도 9에 도시된 바와 같은 종경사회전구속부(211)의 구멍 속으로 볼트를 체결하여 볼트가 횡경사운동축(210) 자체의 회전을 차단하도록 하면(이로써 제1베어링의 종경사 방향 회전도 차단된다), 종경사운동축(220)은 더 이상 기울어지지 못하고 고정되는 것이다.
또한, 종경사운동축(220)은 횡경사운동축(210)이 횡경사 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 상태를 구속하여 고정시키는 횡경사회전구속부(221)를 구비하는데, 이러한 횡경사회전구속부(221)의 기능은 볼트로 제1베어링의 횡경사 방향 회전을 차단하는 것으로 구현될 수 있다.
제1베어링이 횡경사 방향으로 회전하면, 횡경사운동축(210)은 제1베어링의 횡경사 방향 회전과 함께 횡경사 방향(Y 방향)으로 기울어지며, 종경사운동축(220)은 제1베어링의 횡경사 방향 회전과 함께 축 자체가 회전하게 된다(이는 도 5의 X축 자체의 회전에 해당함. 본 발명에서 종경사운동축(220)은 도 5의 X축에 대응됨).
이때, 횡경사운동축(210)이 횡경사 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 상태가 되었을 때(즉, 종경사운동축(220) 자체가 소정의 각도만큼 회전하게 되었을 때), 도 10에 도시된 바와 같은 횡경사회전구속부(221)의 구멍 속으로 볼트를 체결하여 볼트가 종경사운동축(220) 자체의 회전을 차단하도록 하면(이로써 제1베어링의 횡경사 방향 회전도 차단된다), 횡경사운동축(210)은 더 이상 기울어지지 못하고 고정되는 것이다.
3. 회전전달축 및 연결모듈
회전전달축(300)은 봉 형상의 구조물로서, 위 끝단부가 상부회전모듈(200)에 구속되어 아래로 뻗어 내려가다가 아래 끝단부에서 하부회전모듈(400)과 결합한다(도 7).
회전전달축(300)은 상부회전모듈(200)의 회전 상태를 모형선에 전달하는 역할을 한다(도 8). 즉, 회전전달축(300)은 상부회전모듈(200)과 모형선을 서로 연결하여, 모형선이 상부회전모듈(200)의 기울어진 각도만큼 기울어지게 하는 것이다.
이러한 회전전달축(300)의 기능은 연결모듈(500)에 의하여 보다 용이하게 구현될 수 있는 바, 연결모듈(500)은 도 7에 도시된 바와 같이 회전전달축(300)의 위 끝단부와 결합하면서 회전전달축(300)을 상부회전모듈(200)에 구속시키는 역할을 한다.
연결모듈(500)은 보다 구체적으로는, 횡경사운동축(210)의 양쪽 끝단에 고정 설치되는 연결다리(510)와; 판상의 구조물로서 연결다리(510)의 아래 끝단부에 결합되며, 상부회전모듈(200)에 대하여 일정 거리만큼 아래로 이격된 상태를 유지하는 연결판(520);으로 이루어진다(도 7).
따라서 상기한 바와 같이 종경사회전구속부(211)에 의하여 종경사운동축(220)이 종경사 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 상태로 고정되거나, 횡경사회전구속부(221)에 의하여 횡경사운동축(210)이 횡경사 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 상태로 고정되는 경우에는, 그 구속 상태가 연결다리(510)를 통하여 연결판(520)으로 전달됨으로써, 최종적으로는 연결판(520)이 종경사운동축(220) 및 횡경사운동축(210)과 동일한 각도만큼 종경사 또는 횡경사 방향으로 기울어진 상태를 이루게 되며, 회전전달축(300)의 하부에 연결된 모형선도 연결판(520)이 기울어진 각도와 동일한 각도만큼 종경사 또는 횡경사 방향으로 기울어지게 되는 것이다(도 8).
이로써 본 발명에 따르면 세일링요트의 모형시험 시 모형선의 횡경사 및 종경사를 구속하는 과정을 통하여 세일링요트의 실제 항주 상태에서의 성능 및 유체동력학적인 특성들을 정확하게 파악해 낼 수 있는 것이다.
한편, 상기한 바와 같은 회전전달축(300)의 기능이 제대로 구현되기 위해서는, 회전전달축(300)이 연결판(520)에 대하여 수직으로 결합하도록 하여야 한다. 만약 회전전달축(300)이 연결판(520)에 수직이 아닌 각도로 결합하는 경우에는, 연결판(520)이 종경사 또는 횡경사 방향으로 기울어진 각도와 모형선이 기울어진 각도가 서로 틀리게 되므로 정확한 모형시험을 할 수 없기 때문이다.
4. 하부회전모듈
하부회전모듈(400)은 회전전달축(300)의 아래 끝단부에 결합한 상태에서, 제2베어링의 움직임에 따라 수평 방향으로 회전하는 모듈로서, 제2베어링(미도시) 및 수평운동판(410)을 포함하여 이루어진다(도 7).
제2베어링은 하부회전모듈(400)의 중심에 위치하며, 모형선의 수평 방향으로의 회전이 가능하다.
여기서, 제2베어링이 모형선의 수평 방향으로 회전한다 함은, 도 5에서 볼 때 제2베어링이 Z축 자체의 회전 운동을 하는 것을 말하며, 이로 인하여 모형선은 Z축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 편향되는 상태가 된다. 이처럼 모형선(또는 실제 선박)이 Z축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 편향되는 상태를 leeway 이라고 한다.
수평운동판(410)은 판상의 구조물로서 제2베어링에 결합되어 제2베어링과 함께 수평 방향으로 회전 운동한다(도 7, 도 8).
즉, 수평운동판(410)은 도 7에서 회전전달축(300)의 축 상에 직교하도록 결합한 판상의 구조물로서, 제2베어링이 모형선의 수평 방향으로 회전하면, 이와 함께 Z축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 편향하게 되는 것이다(leeway).
한편, 수평운동판(410)은 하부회전모듈(400)이 수평 방향으로 소정의 각도만큼 회전한 상태를 구속하여 더 이상의 회전 운동을 하지 못하도록 고정시키는 수평회전구속부(411)를 구비하는데(도 7), 이러한 수평회전구속부(411)의 기능은 볼트로 제2베어링의 수평 방향 회전을 차단하는 것으로 구현될 수 있다.
제2베어링이 수평 방향으로 회전하면, 수평운동판(410)은 제2베어링의 수평 방향 회전과 함께 Z축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 편향하게 된다(이는 도 5의 Z축 자체의 회전에 해당함. 본 발명에서 수평운동판(410)은 도 5의 Z축에 대응됨).
이때, 도 11에 도시된 바와 같은 수평회전구속부(411)의 구멍 속으로 볼트를 체결하여 볼트가 수평운동판(410) 자체의 회전을 차단하도록 하면(이로써 제2베어링의 수평 방향 회전도 차단된다), 하부회전모듈(400)은 더 이상 회전하지 못하고 고정되는 것이다.
한편, 하부회전모듈(400)의 맨 아래 끝단부에는 모형선결합부(420)가 부착되는데, 모형선결합부(420)는 판상의 구조물로서 볼트에 의하여 모형선과 결합한다(도 8, 도 12).
하부회전모듈(400)의 회전 상태는 모형선결합부(420)에 의하여 모형선에 그대로 전달된다. 도 8에는 하부회전모듈(400)이 수평 방향으로 소정의 각도만큼 회전한 후 수평회전구속부(411)에 의하여 구속된 상태가 나타나 있는데, 이로써 본 발명에 따르면 세일링요트의 모형시험 시 모형선의 선수각을 조절하는 과정을 통하여 세일링요트의 실제 항주 상태에서의 성능 및 유체동력학적인 특성들을 정확하게 파악해 낼 수 있다.
5. 본 발명을 이용한 세일링요트의 모형시험
본 발명을 이용한 세일링요트의 모형시험으로서, 모형선의 횡경사를 구속한 상태에서 이루어지는 모형시험은 다음의 예에 따라 이루어질 수 있다.
(1a) 모형선결합부(420)가 모형선과 결합한다. 이때 모형선결합부(420)는 볼트로 모형선과 상호 체결된다. 한편, 본 단계에서는 모형선이 정상 항주 상태에 있으며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 기울어지거나 회전을 하지 않은 상태에 있다.
(2a) 제1베어링이 소정의 각도만큼 횡방향으로 회전한다. 이에 따라 횡경사운동축(210)도 횡방향으로 기울어지게 되며, 이러한 변화는 연결모듈(500)을 따라 회전전달축(300)에 전달되어, 회전전달축(300)이 횡경사운동축(210)의 기울어진 각도만큼 횡방향으로 기울어지게 된다. 이에 따라 모형선도 횡방향으로 동일한 각도만큼 기울어진다(rolling).
(3a) 횡경사회전구속부(221)가 횡경사운동축(210)의 기울어진 상태를 고정시킨다. 본 단계에 따라 모형선이 rolling 상태로 고정되며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 모형선이 기울어진 각도만큼 횡방향으로 기울어진 상태가 된다.
(4a) 수조의 물이 유동하면 로드셀이 모형선에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 계측한다.
한편, 본 발명을 이용한 세일링요트의 모형시험으로서, 모형선의 종경사를 구속한 상태에서 이루어지는 모형시험은 다음의 예에 따라 이루어질 수 있다.
(1b) 모형선결합부(420)가 모형선과 결합한다. 이때 모형선결합부(420)는 볼트로 모형선과 상호 체결된다. 한편, 본 단계에서는 모형선이 정상 항주 상태에 있으며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 기울어지거나 회전을 하지 않은 상태에 있다.
(2b) 제1베어링이 소정의 각도만큼 종방향으로 회전한다. 이에 따라 종경사운동축(220)도 종방향으로 기울어지고 횡경사운동축(210) 자체도 회전하게 되며, 이러한 변화는 연결모듈(500)을 따라 회전전달축(300)에 전달되어, 회전전달축(300)이 종경사운동축(220)의 기울어진 각도만큼 종방향으로 기울어지게 된다. 이에 따라 모형선도 종방향으로 동일한 각도만큼 기울어진다(pitching).
(3b) 종경사회전구속부(211)가 종경사운동축(220)의 기울어진 상태를 고정시킨다. 본 단계에 따라 모형선이 pitching 상태로 고정되며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 모형선이 기울어진 각도만큼 종방향으로 기울어진 상태가 된다.
(4b) 수조의 물이 유동하면 로드셀이 모형선에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 계측한다.
한편, 본 발명을 이용한 세일링요트의 모형시험으로서, 모형선의 선수각을 구속한 상태에서 이루어지는 모형시험은 다음의 예에 따라 이루어질 수 있다.
(1c) 모형선결합부(420)가 모형선과 결합한다. 이때 모형선결합부(420)는 볼트로 모형선과 상호 체결된다. 한편, 본 단계에서는 모형선이 정상 항주 상태에 있으며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 기울어지거나 회전을 하지 않은 상태에 있다.
(2c) 제2베어링이 소정의 각도만큼 수평방향으로 회전한다. 이에 따라 수평운동판(410)도 동일한 각도만큼 수평방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 모형선도 Z축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 편향한다(leeway).
(3c) 수평회전구속부(411)가 수평운동판(410)의 회전한 상태를 고정시킨다. 본 단계에 따라 모형선이 leeway 상태로 고정된다.
(4c) 수조의 물이 유동하면 로드셀이 모형선에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 계측한다.
한편, 본 발명에 따르면 상기의 과정을 혼합 적용하여 세일링요트의 다양한 항주 상태를 구현할 수 있다. 즉, 모형선의 횡경사 및 종경사를 동시에 구속하거나, 모형선의 횡경사 및 종경사를 구속하고 이에 더하여 선수각도 함께 구속한 상태를 구현할 수 있는 것이다. 또한 모형선의 횡경사 및 선수각을 동시에 구속하거나, 모형선의 종경사 및 선수각을 동시에 구속한 상태를 구현할 수도 있다. 이하에서는 이들 각각의 상태를 구현하여 모형시험이 이루어지는 과정(예)에 대하여 상세하게 설명한다.
본 발명을 이용한 세일링요트의 모형시험으로서, 모형선의 횡경사 및 종경사를 동시에 구속한 상태에서 이루어지는 모형시험은 다음의 예에 따라 이루어질 수 있다.
(1d) 모형선결합부(420)가 모형선과 결합한다. 이때 모형선결합부(420)는 볼트로 모형선과 상호 체결된다. 한편, 본 단계에서는 모형선이 정상 항주 상태에 있으며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 기울어지거나 회전을 하지 않은 상태에 있다.
(2d) 제1베어링이 소정의 각도만큼 횡방향 및 종방향으로 회전한다. 이에 따라 횡경사운동축(210)은 횡방향으로 기울어지게 되며, 이러한 변화는 연결모듈(500)을 따라 회전전달축(300)에 전달되어, 회전전달축(300)이 횡경사운동축(210)의 기울어진 각도만큼 횡방향으로 기울어지게 된다. 이에 따라 모형선도 횡방향으로 동일한 각도만큼 기울어진다(rolling).
이와 동시에, 종경사운동축(220)도 종방향으로 기울어지고 횡경사운동축(210) 자체도 회전하게 되며, 이러한 변화는 연결모듈(500)을 따라 회전전달축(300)에 전달되어, 회전전달축(300)이 종경사운동축(220)의 기울어진 각도만큼 종방향으로 기울어지게 된다. 이에 따라 모형선이 종방향으로도 동일한 각도만큼 기울어진다(pitching).
(3d) 횡경사회전구속부(221)가 횡경사운동축(210)의 기울어진 상태를 고정시키고, 종경사회전구속부(211)도 종경사운동축(220)의 기울어진 상태를 고정시킨다. 본 단계에 따라 모형선이 rolling 및 pitching 상태로 고정되며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 모형선이 기울어진 각도만큼 횡방향 및 종방향으로 기울어진 상태가 된다.
(4d) 수조의 물이 유동하면 로드셀이 모형선에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 계측한다.
한편, 본 발명을 이용한 세일링요트의 모형시험으로서, 모형선의 횡경사 및 종경사를 구속하고 이에 더하여 선수각도 함께 구속한 상태에서 이루어지는 모형시험은 다음의 예에 따라 이루어질 수 있다.
(1e) 모형선결합부(420)가 모형선과 결합한다. 이때 모형선결합부(420)는 볼트로 모형선과 상호 체결된다. 한편, 본 단계에서는 모형선이 정상 항주 상태에 있으며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 기울어지거나 회전을 하지 않은 상태에 있다.
(2e) 제1베어링이 소정의 각도만큼 횡방향 및 종방향으로 회전하고, 제2베어링도 소정의 각도만큼 수평방향으로 회전한다. 이에 따라 횡경사운동축(210)은 횡방향으로 기울어지게 되며, 이러한 변화는 연결모듈(500)을 따라 회전전달축(300)에 전달되어, 회전전달축(300)이 횡경사운동축(210)의 기울어진 각도만큼 횡방향으로 기울어지게 된다. 이에 따라 모형선도 횡방향으로 동일한 각도만큼 기울어진다(rolling).
이와 동시에, 종경사운동축(220)도 종방향으로 기울어지고 횡경사운동축(210) 자체도 회전하게 되며, 이러한 변화는 연결모듈(500)을 따라 회전전달축(300)에 전달되어, 회전전달축(300)이 종경사운동축(220)의 기울어진 각도만큼 종방향으로 기울어지게 된다. 이에 따라 모형선이 종방향으로도 동일한 각도만큼 기울어진다(pitching).
또한, 수평운동판(410)도 제2베어링의 회전 각도만큼 수평방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 모형선도 Z축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 편향한다(leeway).
(3e) 횡경사회전구속부(221)가 횡경사운동축(210)의 기울어진 상태를 고정시키고, 종경사회전구속부(211)가 종경사운동축(220)의 기울어진 상태를 고정시키고, 수평회전구속부(411)가 수평운동판(410)의 회전한 상태를 고정시킨다. 본 단계에 따라 모형선이 rolling, pitching 및 leeway 상태로 고정되며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 모형선이 기울어진 각도만큼 횡방향 및 종방향으로 기울어진 상태가 된다.
(4e) 수조의 물이 유동하면 로드셀이 모형선에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 계측한다.
한편, 본 발명을 이용한 세일링요트의 모형시험으로서, 모형선의 횡경사 및 선수각을 동시에 구속한 상태에서 이루어지는 모형시험은 다음의 예에 따라 이루어질 수 있다.
(1f) 모형선결합부(420)가 모형선과 결합한다. 이때 모형선결합부(420)는 볼트로 모형선과 상호 체결된다. 한편, 본 단계에서는 모형선이 정상 항주 상태에 있으며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 기울어지거나 회전을 하지 않은 상태에 있다.
(2f) 제1베어링이 소정의 각도만큼 횡방향으로 회전하고, 제2베어링도 소정의 각도만큼 수평방향으로 회전한다. 이에 따라 횡경사운동축(210)은 횡방향으로 기울어지게 되며, 이러한 변화는 연결모듈(500)을 따라 회전전달축(300)에 전달되어, 회전전달축(300)이 횡경사운동축(210)의 기울어진 각도만큼 횡방향으로 기울어지게 된다. 이에 따라 모형선도 횡방향으로 동일한 각도만큼 기울어진다(rolling).
또한, 수평운동판(410)도 제2베어링의 회전 각도만큼 수평방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 모형선도 Z축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 편향한다(leeway).
(3f) 횡경사회전구속부(221)가 횡경사운동축(210)의 기울어진 상태를 고정시키고, 수평회전구속부(411)도 수평운동판(410)의 회전한 상태를 고정시킨다. 본 단계에 따라 모형선이 rolling 및 leeway 상태로 고정되며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 모형선이 기울어진 각도만큼 횡방향으로 기울어진 상태가 된다.
(4f) 수조의 물이 유동하면 로드셀이 모형선에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 계측한다.
마지막으로, 본 발명을 이용한 세일링요트의 모형시험으로서, 모형선의 종경사 및 선수각을 동시에 구속한 상태에서 이루어지는 모형시험은 다음의 예에 따라 이루어질 수 있다.
(1g) 모형선결합부(420)가 모형선과 결합한다. 이때 모형선결합부(420)는 볼트로 모형선과 상호 체결된다. 한편, 본 단계에서는 모형선이 정상 항주 상태에 있으며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 기울어지거나 회전을 하지 않은 상태에 있다.
(2g) 제1베어링이 소정의 각도만큼 종방향으로 회전하고, 제2베어링도 소정의 각도만큼 수평방향으로 회전한다. 이에 따라 종경사운동축(220)은 종방향으로 기울어지고 횡경사운동축(210) 자체도 회전하게 되며, 이러한 변화는 연결모듈(500)을 따라 회전전달축(300)에 전달되어, 회전전달축(300)이 종경사운동축(220)의 기울어진 각도만큼 종방향으로 기울어지게 된다. 이에 따라 모형선이 종방향으로 동일한 각도만큼 기울어진다(pitching).
또한, 수평운동판(410)도 제2베어링의 회전 각도만큼 수평방향으로 회전하게 된다. 이에 따라 모형선도 Z축을 기준으로 시계 또는 반시계 방향으로 편향한다(leeway).
(3g) 종경사회전구속부(211)가 종경사운동축(220)의 기울어진 상태를 고정시키고, 수평회전구속부(411)도 수평운동판(410)의 회전한 상태를 고정시킨다. 본 단계에 따라 모형선이 pitching 및 leeway 상태로 고정되며, 상부회전모듈(200) 및 회전전달축(300)도 모형선이 기울어진 각도만큼 종방향으로 기울어진 상태가 된다.
(4g) 수조의 물이 유동하면 로드셀이 모형선에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 계측한다.
이상과 같이 본 발명에 따르면, 세일링요트의 모형시험 시 실제 항주 상태에서 발생할 수 있는 시험조건을 원하는 대로 재현할 수 있으며, 이에 따라 부착된 로드셀을 통하여 세일링요트에 가해지는 유체동력학적인 힘과 모멘트를 정확하게 계측하는 것이 가능해진다.
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.
100 : 고정지지축 400 : 하부회전모듈
200 : 상부회전모듈 410 : 수평운동판
210 : 횡경사운동축 411 : 수평회전구속부
211 : 종경사회전구속부 420 : 모형선결합부
220 : 종경사운동축 500 : 연결모듈
221 : 횡경사회전구속부 510 : 연결다리
300 : 회전전달축 520 : 연결판

Claims (13)

  1. 위 끝단부가 구속되어 아래로 뻗어 내려가는 고정지지축;
    고정지지축의 아래 끝단부에 결합되며, 종경사 및 횡경사 방향의 회전이 가능한 제1베어링과, 제1베어링의 횡경사 방향 양 측에 결합되어 제1베어링의 횡경사 방향 회전과 함께 횡경사 방향으로 기울어지는 횡경사운동축과, 제1베어링의 종경사 방향 양 측에 결합되어 제1베어링의 종경사 방향 회전과 함께 종경사 방향으로 기울어지는 종경사운동축을 포함하는 상부회전모듈;
    위 끝단부가 상부회전모듈에 구속되어 아래로 뻗어 내려가는 회전전달축 및;
    회전전달축의 아래 끝단부에 결합되며, 수평 방향의 회전이 가능한 제2베어링과, 판상의 구조물로서 제2베어링에 결합되어 제2베어링과 함께 수평 방향으로 회전 운동하는 수평운동판을 포함하는 하부회전모듈;
    을 포함하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    고정지지축은 연직 방향 아래로 뻗어 내려가는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    횡경사운동축과 종경사운동축은 제1베어링을 중심으로 하여 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    회전전달축의 위 끝단부와 결합하면서 회전전달축을 상부회전모듈에 구속시키는 연결모듈을 추가하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    연결모듈은, 횡경사운동축의 양쪽 끝단에 고정 설치되는 연결다리와; 판상의 구조물로서 연결다리의 아래 끝단부에 결합되며, 상부회전모듈에 대하여 일정 거리만큼 아래로 이격된 상태를 유지하는 연결판;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    회전전달축은 연결판에 수직이 되도록 결합하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    횡경사운동축은 종경사운동축이 종경사 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 상태를 구속하여 고정시키는 종경사회전구속부를 구비하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    종경사회전구속부는 볼트로 제1베어링의 종경사 방향 회전을 차단하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    종경사운동축은 횡경사운동축이 횡경사 방향으로 소정의 각도만큼 기울어진 상태를 구속하여 고정시키는 횡경사회전구속부를 구비하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    횡경사회전구속부는 볼트로 제1베어링의 횡경사 방향 회전을 차단하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    수평운동판은 하부회전모듈이 수평 방향으로 소정의 각도만큼 회전한 상태를 구속하여 더 이상의 회전 운동을 하지 못하도록 고정시키는 수평회전구속부를 구비하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    수평회전구속부는 볼트로 제2베어링의 수평 방향 회전을 차단하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    하부회전모듈의 아래 끝단부에는 판상의 구조물로서 볼트로 모형선과 결합하는 모형선결합부를 부착하는 것을 특징으로 하는 용골을 가진 단동형 세일링요트의 구속모형시험 장치.
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