KR20130055996A

KR20130055996A - 선수부 조파저항 감소를 위한 유선형 돌기를 부착한 선박

Info

Publication number: KR20130055996A
Application number: KR1020110121707A
Authority: KR
Inventors: 이무열; 김병근; 강명보; 이한준
Original assignee: 에스티엑스조선해양 주식회사
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-05-29

Abstract

본 발명은 선수부 조파저항 감소를 위한 유선형 돌기를 부착한 선박, 보다 구체적으로는 구상선수의 측면에서 시작하여 선체의 탄젠셜 라인 앞부분까지의 범위 중 조파저항을 최소화시킬 수 있는 위치에 유선형 돌기를 부착하고 이 유선형 돌기의 작용으로 조파저항을 감소시킬 수 있는 새로운 개념의 선박을 제공한다. 본 발명에 따르면, 유선형 돌기가 구상선수에 의한 파의 간섭효과를 가중시킴으로써 조파저항을 더욱 감소시키고 선속 증가를 위한 필요 동력을 낮추어 고속선의 연료 효율을 높일 수 있다. 또한 이처럼 선수에서 발생하는 파의 흐름을 일정하게 잡아주면 파에 의하여 선수 부분이 손상되는 피해 역시 줄일 수 있다.

Description

선수부 조파저항 감소를 위한 유선형 돌기를 부착한 선박{streamlined form protuberance for ships to reduce wave making resistance around bow}

본 발명은 선수부 조파저항 감소를 위한 유선형 돌기를 부착한 선박, 보다 구체적으로는 구상선수의 측면에서 시작하여 선체의 탄젠셜 라인 앞부분까지의 범위 중 조파저항을 최소화시킬 수 있는 위치에 유선형 돌기를 부착하고 이 유선형 돌기의 작용으로 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.

한편, 최근에는 선수부에 추가적으로 구조물을 부착하여 조파저항을 감소시키기 위한 여러 가지 시도가 이루어지고 있는바, 그 예로는 도 8에서 보는 바와 같은 선수에 양력 날개를 부착한 선체구조와 도 9에서 보는 바와 같은 선수의 물 저항 감소장치 등이 있다.

선수에 양력 날개를 부착한 선체구조(도 8)는 선박 추진 시 선수에 부착된 날개(3)가 양력을 발생시켜 선수가 부상하도록 함으로써 선체가 물에 잠기는 면적을 줄여 마찰저항을 감소시킨다. 이로써 선박의 추진 효율을 향상시키고 황천 시와 조업 중의 횡요 및 종요를 억제시켜 안정성을 확보하며 방향타의 효율을 향상시킨다.

한편, 선수의 물 저항 감소장치(도 9)는 선박의 선수에 가해지는 물의 수평복원력을 선수 좌우측 옆면 아가미판(4) 사이로 유도하여 선수가 받게 되는 해수의 저항력을 감소시켜 선박의 속도를 향상시킨다.

그러나 이러한 기존의 기술에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다.

선수에 양력 날개를 부착한 선체구조(도 8)의 경우 날개(3)가 핀 형식의 구조물이기 때문에 파도에 의해 손상될 가능성이 높다. 더불어 날개(3) 끝부분에 박리현상이 발생하게 되면 저항이 증가하여 양력으로 인한 효과가 상당부분 감소하게 된다. 또한 날개(3)에 의한 부피 증가로 인해 마찰저항이 커지면 선박에 더 큰 저항이 발생하는 결과를 초래할 수도 있다. 또한, 해수는 점성이 높기 때문에 양력을 적용할 시 예상했던 효과를 이끌어 내기가 어려우며 양력 날개(3)의 경우 조건 변화에 의한 영향이 크기 때문에 지속적인 효과를 이끌어 내기가 힘들다.

한편, 선수의 물 저항 감소장치(도 9)의 경우에는 아가미판(4)을 지나는 파의 영향으로 인해 구조물이 손상될 가능성이 높다. 특히 고속선의 경우에는 그러한 손상이 더욱 심각해질 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 구상선수의 측면에서 시작하여 선체의 탄젠셜 라인 앞부분까지의 범위 중 조파저항을 최소화시킬 수 있는 위치에 유선형 돌기를 부착하고 이 유선형 돌기의 작용으로 조파저항을 감소시킬 수 있는 새로운 개념의 선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

구상선수의 좌우 양 측면에 유선형 돌기가 대칭적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 선수부 조파저항 감소를 위한 유선형 돌기를 부착한 선박을 제공한다.

이 경우,

상기 유선형 돌기는 구상선수의 측면에서부터 선체의 탄젠셜 라인 앞까지의 범위 중 조파저항을 최소화시킬 수 있는 위치에 부착되는 것을 특징으로 하는바,

보다 구체적으로는,

상기 유선형 돌기는 구상선수의 측면에서부터 선체의 탄젠셜 라인 앞까지의 범위 중 상기 유선형 돌기에 의한 점성저항의 증가보다 상기 유선형 돌기에 의한 조파저항의 감소에 따른 속도의 증가가 더욱 커지는 위치에 부착되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 유선형 돌기가 구상선수에 의한 파의 간섭효과를 가중시킴으로써 조파저항을 더욱 감소시키고 선속 증가를 위한 필요 동력을 낮추어 고속선의 연료 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유선형 돌기를 부착한 선박의 측면 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 유선형 돌기를 부착한 선박의 정면 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 유선형 돌기를 부착한 선박에 의한 조파의 형태 변화.
도 4는 본 발명에 따른 유선형 돌기의 부착 가능한 범위.
도 5는 본 발명에 따른 유선형 돌기의 3D 모델링.
도 6은 본 발명에 따른 유선형 돌기를 부착한 선박의 측면 3D 모델링.
도 7은 본 발명에 따른 유선형 돌기를 부착한 선박의 쿼터뷰 3D 모델링.
도 8은 기존의 선수에 양력 날개를 부착한 선체구조.
도 9는 기존의 선수의 물 저항 감소장치.

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 1은 본 발명에 따른 유선형 돌기를 부착한 선박의 측면 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유선형 돌기를 부착한 선박의 정면 개략도이다.

본 발명은 유선형 돌기(1)를 부착하고 이 유선형 돌기(1)의 작용으로 조파저항을 감소시킬 수 있는 새로운 개념의 선박을 제공하고자 한다.

유선형 돌기(1)는 도 5에서 보는 바와 같은 유선형의 입체 구조물로서 도 7에서 보는 바와 같이 선체에 부착되어 돌출한 상태를 유지하게 된다.

이하에서는 상기 유선형 돌기(1)가 부착되는 위치 및 방식에 대하여 설명한다. 유선형 돌기(1)는 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 구상선수(2)의 좌우 양 측면에 대칭적으로 부착된다.

이러한 유선형 돌기(1)는 도 4에서 보는 바와 같이 구상선수(2)의 측면(a)에서부터 선체의 탄젠셜 라인(tangential line)(b) 앞까지의 범위(L) 중 조파저항을 최소화시킬 수 있는 위치에 부착될 수 있다. 여기서, 조파저항을 최소화시킬 수 있는 위치라 함은 보다 명확하게는 유선형 돌기(1)에 의한 점성저항의 증가보다 유선형 돌기(1)에 의한 조파저항의 감소에 따른 속도의 증가가 더욱 커지는 위치를 의미한다. 그리고 이러한 위치는 일률적이지 않고 선박의 속도나 크기, 선형 등에 따라 달라지는 것이므로 선박 설계 시 최적의 위치를 선정하여 이 유선형 돌기(1)를 부착하여야 한다. 한편, 탄젠셜 라인이라 함은 도 4에서 보는 바와 같이 선수의 곡면구간이 끝나는 지점, 즉 선수의 곡면구간과 선측의 직선구간이 맞닿는 지점을 의미한다.

도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 유선형 돌기를 부착한 선박의 측면 및 쿼터뷰 3D 모델링으로, 도 6 및 도 7에 의하면 본 발명의 실시 예에 따른 보다 구체적인 모습을 확인할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 유선형 돌기(1)의 기능 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

구상선수(2)를 갖는 선박이 전진하는 경우 선수 끝단에서는 선수파가 발생하며 구상선수(2)에서도 파(이하, 본 발명에서는 이를 ‘구상선수파’라 한다)가 각각 발생한다. 일반적으로 선수파와 구상선수파는 그 위상이 서로 반대이므로 이들이 간섭하는 경우에는 서로 상쇄되어 전체적으로는 선수에서 발생하는 파고가 작아지거나 소멸하게 된다.

하지만 이는 구상선수(2)가 선체에 대하여 이상적으로 설계된 경우에 기대할 수 있는 상황이며, 특히 최근처럼 구상선수(2)의 부피를 작게 설계하는 것이 유행인 추세에 있어서는 근본적으로 구상선수(2)에서 발생하는 구상선수파의 작용이 미미하여 선수파와 구상선수파의 간섭에 따른 파고의 감소 현상 또한 미미한 실정이다.

이러한 상황에서 본 발명에 따른 유선형 돌기(1)는 구상선수(2)의 부피를 증가시키는(다른 말로 표현하자면, 구상선수(2)의 모자라는 부피를 보충하는) 한편, 선수에서 발생한 파의 흐름을 가속화시키는 작용을 한다.

유선형 돌기(1)가 구상선수(2)의 부피를 증가시키는 작용을 하는 것은 도 7에서 보는 바와 같이 유선형 돌기(1)가 구상선수(2)의 좌우 양 측면에 부착됨으로써 유선형 돌기(1)가 갖는 부피가 구상선수(2)의 부피에 더해짐에 따른 현상이며 그 결과 구상선수(2)의 부피가 전체적으로 증가한 듯한 효과가 발생하게 되는 것이다. 이처럼 구상선수(2)의 부피가 증가하게 되면 구상선수파의 작용이 세져서 선수파와 구상선수파의 간섭에 따른 파고의 감소 현상 또한 현격히 증가하게 된다.

또한, 유선형 돌기(1)가 선수에서 발생한 파의 흐름을 가속화시키는 작용을 하는 것은 선수에서 발생한 파가 유선형 돌기(1)에 부딪히면서 유선형 돌기(1)의 상하 곡면 둘레로 나뉘어 흘러감에 있어서 유선형 돌기(1)가 없을 때보다 증가한 유동구간을 동일 시간 내에 흘러가기 위하여 유속이 빨라짐에 따른 현상이다. 이처럼 파의 흐름을 가속화되면 이에 비례하여 파고는 낮아지게 된다.

따라서 본 발명의 경우 상기 두 가지의 작용이 중첩되면서 조파저항이 감소하게 된다. 즉, 유선형 돌기(1)에 의하여 구상선수(2)의 부피가 증가함에 따라 구상선수파의 작용이 세져서 선수파와 구상선수파의 간섭에 따른 파고의 감소 현상이 심화됨에 더하여 유선형 돌기(1)에 의하여 파의 흐름이 가속화됨에 따라 상기 간섭 후 잔존하는 파고가 더욱 낮아지게 됨으로 말미암아 결국 파고에 의해 발생하게 되는 조파저항은 더욱 감소하게 되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 유선형 돌기(1)를 부착한 선박에 의한 조파의 형태 변화를 보여준다. 도 3에서 점선은 유선형 돌기(1) 부착 전의 조파의 형태를, 실선은 유선형 돌기(1) 부착 후의 조파의 형태를 나타낸다. 도 3에서 보면 유선형 돌기(1) 부착 후 선수에서 발생한 파의 파고가 낮아진 것을 알 수 있다. 이는 곧 조파저항이 감소하였음을 의미한다.

이처럼 본 발명에 따르면 유선형 돌기(1)가 구상선수(2)에 의한 파의 간섭효과를 가중시킴으로써 조파저항을 더욱 감소시키고 선속 증가를 위한 필요 동력을 낮추어 고속선의 연료 효율을 높일 수 있다. 또한 이처럼 선수에서 발생하는 파의 흐름을 일정하게 잡아주면 파에 의하여 선수 부분이 손상되는 피해 역시 줄일 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 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 : 유선형 돌기
2 : 구상선수
3 : 기존의 선수에 양력 날개를 부착한 선체구조에 있어서의 양력 날개
4 : 기존의 선수의 물 저항 감소장치에 있어서의 아가미판

Claims

구상선수의 좌우 양 측면에 유선형 돌기가 대칭적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 선수부 조파저항 감소를 위한 유선형 돌기를 부착한 선박.
제 1 항에 있어서,
상기 유선형 돌기는 구상선수의 측면에서부터 선체의 탄젠셜 라인 앞까지의 범위 중 조파저항을 최소화시킬 수 있는 위치에 부착되는 것을 특징으로 하는 선수부 조파저항 감소를 위한 유선형 돌기를 부착한 선박.
제 2 항에 있어서,
상기 유선형 돌기는 구상선수의 측면에서부터 선체의 탄젠셜 라인 앞까지의 범위 중 상기 유선형 돌기에 의한 점성저항의 증가보다 상기 유선형 돌기에 의한 조파저항의 감소에 따른 속도의 증가가 더욱 커지는 위치에 부착되는 것을 특징으로 하는 선수부 조파저항 감소를 위한 유선형 돌기를 부착한 선박.