KR20130055994A - 선수부 조파저항 감소를 위한 양력 고리를 가진 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선수부 조파저항 감소를 위한 양력 고리를 가진 선박, 보다 구체적으로는 구상선수의 후측면과 선박의 운항흘수 상측면을 연결하는 양력 고리를 설치하고 이로부터 발생하는 양력을 이용하여 조파저항을 감소시킬 수 있는 새로운 개념의 선박을 제공한다. 본 발명에 따르면, 구상선수에 의해 발생한 불안정한 선수파의 흐름을 양력 고리가 일정하게 잡아 줌으로써 조파저항을 감소시키고 선속 증가를 위한 필요 동력을 낮추어 고속선의 연료 효율을 높일 수 있다. 또한 이처럼 선수부에서 발생하는 파의 흐름을 일정하게 잡아주면 파에 의하여 선수부가 손상되는 피해 역시 줄일 수 있다.

Description

선수부 조파저항 감소를 위한 양력 고리를 가진 선박{lift ring for ships to reduce wave making resistance around bow}

본 발명은 선수부 조파저항 감소를 위한 양력 고리를 가진 선박, 보다 구체적으로는 구상선수의 후측면과 선박의 운항흘수 상측면을 연결하는 양력 고리를 설치하고 이로부터 발생하는 양력을 이용하여 조파저항을 감소시킬 수 있는 새로운 개념의 선박을 제공한다.

조파저항(造波抵抗)이란 유체 속을 운동하는 물체가 파도를 일으키며 앞으로 나아감으로써 받는 저항을 말한다. 배가 앞으로 나아갈 때 주위에 물 압력이 생겨서 압력이 큰 곳은 올라오고 약한 곳은 들어가는 파도가 생기는데, 이 파도는 배의 진행속도를 떨어뜨리는 저항 작용을 한다. 조파저항의 크기는 배의 속력과 크기, 형태, 비척(肥瘠)의 정도에 따라 달라진다. 이 밖에 배가 받는 저항에는 선체와 물의 마찰에서 생기는 마찰저항과 약간의 공기저항이 있다.

탱커와 벌크화물선 등과 같이 배의 길이에 비해서 속도가 느린 저속선의 조파저항은 저항의 10％ 정도로 작지만 여객선과 컨테이너선 등과 같이 배의 길이에 비하여 속도가 빠른 고속선일수록 조파저항의 비율이 커지며 총저항의 반을 차지하기도 한다. 즉, 프루드수(Froude Number)가 높은 고속선은 저속선에 비해 선수파의 영향이 크기 때문에 조파저항에 따른 속도 변화 역시 큰 것이다. 일반적인 배에서는 물과 마찰을 일으키는 선체의 표면적을 극단적으로 줄일 수는 없기 때문에 고속을 내려면 조파저항을 줄여야 한다.

배가 일으키는 파도는 선수 부근에서 일으키는 선수파(船首波)와 선미 부근에서 일으키는 선미파(船尾波)로 나뉜다. 1960년 무렵부터 시작된 구상선수(球狀船首)의 연구는 선수에서 일어나는 파도 위치를 비키거나 선체의 형상을 연구함으로써 선수파와 그보다 뒤에서 일으키는 파도를 잘 간섭시켜서 조파저항을 줄이려는 것이었다. 이 연구로 거의 파도를 일으키지 않는 선형(船形)이 만들어졌고 그 뒤 여러 가지 형태의 구상선수가 나왔다. 고속선의 역사는 조파저항으로부터 벗어나기 위한 역사라고도 할 수 있다. 그밖에 수중익선, 호버크라프트처럼 수면에서 떠오르는 배, 수중에 잠기는 잠수선, 반잠수선 등 여러 가지 연구가 계속되고 있다.

하지만 구상선수와 선형의 개선만으로 파의 간섭에 의한 조파저항을 감소시키는 데에는 한계가 있다. 이에 조파저항을 감소시키기 위한 다각적인 연구가 이루어져 왔으며 최근에는 구상선수(2) 뒤쪽 선수부(3)에 수중익 날개(5)를 설치한 선박이 등장하기에 이르렀다(도 7, 도 8). 이러한 선수부 수중익 날개(5)는 파에 의한 물의 흐름을 안정시켜 조파저항을 줄임으로써 고속선의 필요 동력을 낮출 수 있다. 도 7은 기존의 선수부 수중익 날개의 정면도, 도 8은 기존의 선수부 수중익 날개의 측면도이다.

그런데, 기존의 선수부 수중익 날개(5)에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다. 수중익 날개(5)의 경우 핀 형식의 구조물이기 때문에 파도에 의해 손상될 가능성이 높다. 더불어 날개 끝부분에 박리현상이 발생하게 되면 저항이 증가하여 양력으로 인한 효과가 상당부분 감소하게 된다. 또한 수중익 날개(5)에 의한 부피 증가로 인해 마찰저항이 커지면 선박에 더 큰 저항이 발생하는 결과를 초래할 수도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 구상선수의 후측면과 선박의 운항흘수 상측면을 연결하는 양력 고리를 설치하고 이로부터 발생하는 양력을 이용하여 조파저항을 감소시킬 수 있는 새로운 개념의 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

선박의 선수부 좌우 양 측면에 각각 구상선수의 후측면과 선박의 운항흘수 상측면을 연결하는 반원 형태의 양력 고리를 대칭적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 선수부 조파저항 감소를 위한 양력 고리를 가진 선박을 제공한다.

본 발명에 따르면, 구상선수에 의해 발생한 불안정한 선수파의 흐름을 양력 고리가 일정하게 잡아 줌으로써 조파저항을 감소시키고 선속 증가를 위한 필요 동력을 낮추어 고속선의 연료 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 양력 고리를 가진 선박의 정면 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 양력 고리를 가진 선박의 측면 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 양력 고리의 측면 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 양력 고리를 가진 선박의 정면 모델링.
도 5는 본 발명에 따른 양력 고리를 가진 선박의 3D 모델링.
도 6은 본 발명에 따른 양력 고리를 가진 선박의 측면 모델링.
도 7은 기존의 선수부 수중익 날개의 정면도.
도 8은 기존의 선수부 수중익 날개의 측면도.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 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.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 양력 고리를 가진 선박의 정면 및 측면 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 양력 고리의 측면 단면도이다.

본 발명은 양력 고리(1)를 설치하고 이로부터 발생하는 양력을 이용하여 조파저항을 감소시킬 수 있는 새로운 개념의 선박을 제공하고자 한다.

양력 고리(1)는 도 1에서 보는 바와 같이 반원 형태를 가지며 그것이 선박의 좌우 양 측면에 각각 대칭적으로 설치된다. 이러한 양력 고리(1)는 도 2에서 보는 바와 같이 선박의 선수부(3) 좌우 양 측면에서 각각 구상선수(2)의 후측면과 선박의 운항흘수(4) 상측면을 연결한다. 이 경우 양력 고리(1)의 단면은 도 3에서 보는 바와 같이 날개(airfoil)의 단면 형상을 갖는다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 양력 고리를 가진 선박의 정면, 3D 및 측면 모델링으로, 도 4 내지 도 6에 의하면 본 발명의 실시 예에 따른 보다 구체적인 모습을 확인할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 양력 고리의 기능 및 작용에 대하여 설명한다.

선박이 운항흘수(4) 상태에서 전진하는 경우 파는 구상선수(2)와 부딪혀 파고를 발생시키며 이에 따라 구상선수(2)의 후측면으로 향하는 물의 흐름은 불안정해지게 된다. 이때 양력 고리(1)는 불안정해진 물의 흐름을 바로 잡아주며 파고에 의해 발생하는 조파저항을 감소시킨다. 이에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3에서 보는 바와 같이 양력 고리(1)의 단면은 원형 둘레를 따라 연속하여 날개의 단면 형상을 갖는다. 따라서 양력 고리(1)는 주위를 통과하는 물의 흐름을 이용하여 원형의 전 둘레에 걸쳐서 중심으로 향하는 역방사상(逆放射狀)의 균일한 양력을 발생시킨다.

이 과정에서 불안정한 흐름 상태로 양력 고리(1)에 유입된 물은 양력 고리(1) 내에서 작용하는 균일한 양력(힘)을 받아 안정적인(일정한) 흐름으로 바뀌어 양력 고리(1)를 빠져나가게 된다. 따라서 물이 양력 고리(1)를 빠져나가는 지점부터는 구상선수(2)와 부딪혀 발생한 파고가 소멸하거나 매우 잔잔해지게 되며, 그 결과 파고에 의해 발생하는 조파저항은 감소하게 되는 것이다. 이 경우 일반적으로 물은 공기에 비하여 약 1000배 정도 높은 밀도를 가지므로 본 발명은 양력 고리(1)의 작은 날개 면적만으로도 큰 양력효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명에 따르면 구상선수(2)에 의해 발생한 불안정한 선수파의 흐름을 양력 고리(1)가 일정하게 잡아 줌으로써 조파저항을 감소시키고 선속 증가를 위한 필요 동력을 낮추어 고속선의 연료 효율을 높일 수 있는 것이다. 또한 이처럼 선수부(3)에서 발생하는 파의 흐름을 일정하게 잡아주면 파에 의하여 선수부(3)가 손상되는 피해 역시 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 따른 양력 고리(1)는 기존의 수중익 날개(5)와는 달리 핀 형식의 구조물이 아니기 때문에 파도에 의해 손상될 가능성이 낮으며 이와 더불어 기존의 수중익 날개(5)에서와 같은 날개 끝부분의 박리현상이 발생하지도 않는다. 또한 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 양력 고리(1)는 작은 날개 면적만으로도 큰 양력효과를 얻을 수 있어 그 부피를 작게 하더라도 충분한 효과를 얻을 수 있으므로 기존의 수중익 날개(5)와는 달리 부피 증가로 인해 오히려 마찰저항이 더 커질 염려는 없다.

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 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 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 : 양력 고리 2 : 구상선수
3 : 선수부 4 : 운항흘수
5 : 기존의 선수부 수중익 날개

Claims (2)

1. 선박의 선수부 좌우 양 측면에 각각 구상선수의 후측면과 선박의 운항흘수 상측면을 연결하는 반원 형태의 양력 고리를 대칭적으로 설치하는 것을 특징으로 하는 선수부 조파저항 감소를 위한 양력 고리를 가진 선박.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 양력 고리의 단면은 날개의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 선수부 조파저항 감소를 위한 양력 고리를 가진 선박.

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