KR20130070421A - 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박 및 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법 - Google Patents

공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박 및 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법 Download PDF

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Abstract

공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박 및 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 수상에 부유하는 선체; 및 수면 위의 선체에 지지되고, 상기 선체를 부양하는 양력을 발생시키는 날개를 포함하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박이 제공된다.

Description

공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박 및 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법{High speed ship including air foil for generating lift and driving method at high speed for ship using air foil for generating lift}
본 발명은 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박 및 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법에 관한 것이다.
최근 선박이 고속화되고 있다. 특히 소형선의 경우 고속화가 두드러지게 나타나고 있다. 고속선의 경우, 물에 의한 저항이 현저히 증가한다. 보다 상세히, 실험적인 방법으로 물에 의한 저항은 잉여 저항과 마찰 저항으로 나뉠 수 있는데, 고속선의 경우 선속이 증가함에 따라 잉여 저항이 급격히 증가하고, 결국 물에 의한 저항이 현저히 증가한다. 이러한 저항의 증가는 고속선이 고속으로 주행하는 것을 방해하고, 추진 효율을 감소시킨다.
이를 해결하기 위해, 종래 수중익선이 개발되었다. 수중익선은 선체가 주행하는 과정에서 수중에 배치된 날개에 양력이 발생하여 선체를 부양시킴으로써 물의 저항을 저감하는 방식으로 주행한다. 그러나 이와 같은 수중익선은 날개가 수중에 배치되어 있기 때문에 날개에 대한 물의 저항으로 인해 고속으로 주행하는데 한계가 있다.
본 발명의 실시예는, 고속 주행이 가능하도록 구성된 선박 및 선박의 고속 주행 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수상에 부유하는 선체; 및 수면 위에 위치하고, 선체에 지지되며, 선체를 부양하는 양력을 발생시키는 날개를 포함하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박이 제공된다.
이때, 날개는 선체의 길이방향으로 이동할 수 있다.
상기 선박은 날개가 결합되고, 선체에 선체의 길이방향으로 이동 가능하게 결합되는 날개 지지부; 및 날개 지지부를 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부를 더 포함할 수 있다.
이때, 구동부는, 날개 지지부에 지지되는 구동 모터; 구동 모터에 의해 회전하는 피니언 기어; 및 선체에 선체의 길이방향을 따라 연장 형성되고, 피니언 기어와 맞물리는 랙 기어를 포함할 수 있다.
한편, 날개는 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍의 날개 중 하나는 선체의 선수부에 배치되고, 나머지 하나는 선체의 선미부에 배치될 수 있다.
이때, 한 쌍의 날개는 각각 받음각 조절이 가능할 수 있다.
이때, 한 쌍의 날개가 각각 회전 가능하게 지지되고, 선체에 결합되는 날개 지지부; 및 한 쌍의 날개를 각각 회전시키는 구동력을 제공하는 구동부를 더 포함할 수 있다.
이때, 구동부는 일단이 날개에 힌지 결합되고, 타단이 선체에 힌지 결합된 유압 실린더 또는 공압 실린더를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수면 위에 위치하고 선체에 지지되는 날개를 이용하여 양력을 발생시키는 단계; 및 날개에 발생된 양력에 의해 선체를 부양하는 단계를 포함하는, 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법이 제공된다.
이때, 날개는 선체의 길이방향으로 이동 가능할 수 있다.
또는 날개는 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍의 날개 중 하나는 선체의 선수부에 배치되고, 나머지 하나는 선체의 선미부에 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선체에 지지되는 양력 발생용 날개가 수면 위 공기 중에 위치함으로써, 선체가 고속으로 주행할 때 날개에 걸리는 저항은 날개가 수면 아래에 위치하는 경우에 비해 현저하게 작아져 고속으로 주행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 측면도이고,
도 2는 도 1의 A-A 단면을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 측면도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 발생용 날개를 이용한 선박 저항 저감 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 측면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 평면도이다. 참고로, 도 3에서 볼 때 좌측은 전방을, 상측은 우현을 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(100)은 선체(110)와, 날개(130)를 포함한다.
보다 상세히, 선체(110)는 수상에 부유하는 수상선의 형태를 갖는다. 선체(110)에는 선체(110)를 추진시키는 추진 장치(미도시)가 설치된다. 추진 장치는 워터 제트 추진 장치 또는 프로펠러 추진 장치 등을 포함할 수 있다. 예를 들어 선체(110)가 소형화되거나 추진 장치의 파워가 증가하면 선박(100)은 고속으로 주행할 수 있다. 선체(110)가 소형화되면 선박(100)은 무인선으로 운용될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
날개(130)는 선체(110)에 지지된다. 날개(130)는 수면 위에 위치하고, 공기에 노출된다. 이와 같이 날개(130)가 수면 위에 위치하는 경우, 날개(130)에 걸리는 공기에 의한 저항은 날개가 수면 아래에 위치할 때 날개에 걸리는 물에 의한 저항에 비해 현저하게 작다. 따라서, 선체(110)가 고속으로 주행하는 경우, 본 실시예에 따른 선박(100)은 종래의 수중익선에 비해 고속으로 주행할 수 있다.
선체(110)가 주행 중에 있을 때, 날개(130)에는 공기에 의한 양력이 발생하고, 이 양력은 선체(110)를 부양시킨다. 양력에 의해 선체(110)가 부양되면, 선체(110)와 물의 접촉 면적이 작아지고, 물에 의한 저항이 감소된다. 따라서, 선체(110)는 고속 주행을 할 수 있고, 추진 효율이 향상될 수 있다.
날개(130)는 선체(110)의 길이방향의 중심선에 대해 좌우 대칭이 되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 양력의 좌우 불균형으로 인한 선체(110)의 횡동요를 방지할 수 있다.
한편, 선체(110)의 속도가 증가하는 과정에서 날개(130)에 과도한 양력이 걸리는 경우, 선체(110)가 전복될 가능성을 배제할 수 없다. 나아가, 날개(130)의 양력에 의해 선체(110)가 과도하게 들려 조종 성능이 악화될 가능성 역시 배제할 수 없다.
이와 같은 가능성을 방지하기 위해, 본 실시예에 따른 날개(130)는 선체(110)의 길이방향으로 이동할 수 있다. 이와 같이 날개(130)를 선체(110)의 길이방향으로 이동하는 경우, 선체(110)에 대한 양력의 작용점을 선택적으로 변경할 수 있어, 선체(110)가 전복되거나 선체(110)가 과도하게 들리는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
예를 들어, 선체(110)의 선수부에 위치하는 날개(130)에 과도한 양력이 걸려 배가 전복될 위험이 있는 경우, 날개(130)를 선체(110)의 선미 측으로 이동시키면 선체(110)의 선수가 내려가 배가 전복되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에 따른 선박(100)은 날개 지지부(150)와, 구동부(160)를 더 포함할 수 있다.
날개 지지부(150)는 선체(110)에 결합되고, 선체(110)의 길이방향으로 이동 가능하다. 도 2를 참조하면, 날개 지지부(150)의 하단부에는 측면으로 가이드 돌기(151)가 형성되고, 선체(110)에는 날개 지지부(150)의 가이드 돌기(151)가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 가이드 홈(111)이 형성된다. 가이드 홈(111)은 선체(110)의 길이방향으로 따라 연장 형성된다. 이와 같은 구조로 인해 날개 지지부(150)는 선체(110)의 길이방향으로 슬라이딩할 수 있다.
구동부(160)는 날개 지지부(150)를 이동시키는 구동력을 제공한다. 이와 같은 구동부(160)는 구동 모터(161)와, 피니언 기어(162)와, 랙 기어(163)를 포함할 수 있다.
구동 모터(161)는 날개 지지부(150)에 지지된다. 이 경우, 구동 모터(161)는 날개 지지부(150)의 측면에 배치될 수 있다. 구동 모터(161)에 피니언 기어(162)가 결합되고, 피니언 기어(162)는 구동 모터(161)에 의해 회전한다. 피니언 기어(162)는 선체(110)의 길이방향을 따라 연장된 랙 기어(163)와 맞물린다. 랙 기어(163)는 예를 들어 선체(110)의 갑판 상에 형성될 수 있다.
이와 같은 구동부(160)는 구동 모터(161)가 회전하면 피니언 기어(162)와 랙 기어(163)의 상호 작용으로 인해 구동 모터(161)가 고정 결합된 날개 지지부(150)를 선체(110)의 길이방향으로 이동시킨다.
이와 같은 구동부(160)의 구성은 예시에 불과하고, 날개 지지부(150)를 이동시키기 위한 다양한 구동부가 제안될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 따르면, 선체(110)에는 경사계(미도시)가 탑재될 수 있다. 경사계에 의해 선체(110)의 피치각을 측정하고 이에 따라 날개(130)를 이동시킬 수 있다. 이 경우, 경사계에서 측정된 피치각에 대한 정보는 선체(110)에 탑재된 제어부(미도시)에서 수집되고, 제어부는 수집된 정보를 통해 예를 들어 선체(110)의 전복을 피할 수 있는 날개(130)의 위치를 결정한다. 이후, 제어부는 구동 기어를 작동시켜 결정된 위치로 날개(130)를 이동시킨다.
본 실시예에 따르면, 선체(110)의 주행 중 날개(130)에 의해 선체(110)가 부양되더라도 선체(110)의 일부는 물속에 잠긴다. 이 경우, 예를 들어 선체(110)를 추진시키기 위한 프로펠러(미도시)는 항상 물속에 잠길 수 있고, 선박(100)을 지속적으로 추진시킬 수 있다.
나아가, 선체(110)의 주행 중 선체(110)의 일부가 물속에 잠긴 경우, 별도의 특수 조종장치 없이 통상적인 러더(미도시)를 사용하여 선박(110)을 조종할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박의 평면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 선박(200)은 선체(210)와, 날개(220, 230)를 포함하여 구성된다. 본 실시예에 따른 선체(210)는 앞선 실시예에 따른 선체(110)의 설명으로 대신한다.
날개(220, 230)는 선체(210)에 지지된다. 날개(220, 230)는 수면 위에 위치하고, 공기에 노출된다. 선체(210)가 주행 중에 있을 때, 날개(220, 230)에는 공기에 의한 양력이 발생하고, 이 양력은 선체(210)를 부양시킨다. 양력에 의해 선체(210)가 부양되면, 선체(210)와 물의 접촉 면적이 작아지고, 물에 의한 저항이 감소된다. 따라서, 선체(210)는 고속 주행을 할 수 있고, 추진 효율이 향상될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 날개(220, 230)는 한 쌍으로 이루어진다. 한 쌍의 날개(220, 230) 중 하나(220)는 선체(210)의 선수부에 배치되고, 나머지 하나(230)는 선체(210)의 선미부에 배치된다. 이 경우, 날개(220, 230)는 선체(210)의 선수부와 선미부를 균형있게 부양시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 한 쌍의 날개(220, 230)는 각각 받음각 조절이 가능하다. 날개(220, 230)의 받음각을 조절하면 선체(210)의 선수부와 선미부에서 발생되는 양력을 조절할 수 있어 선체(210)의 부양 정도를 미세하게 조절할 수 있다. 앞선 실시예에서 언급한 바와 같이 날개(220, 230)에 과도한 양력이 걸리는 경우 선체(210)가 전복되거나 선체(210)의 조종 성능이 악화될 가능성이 있다. 본 실시예에 따르면, 한 쌍의 날개(220, 230)가 각각 받음각 조절이 가능하기 때문에 선체(210)가 전복되거나 조종 성능이 악화되지 않도록 각 날개(220, 230)의 양력을 조절할 수 있다. 이때, 각 날개(220, 230)의 양력을 조절하여 선박(200)의 트림을 조절할 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 따른 선박(200)은 날개 지지부(240, 250)와, 구동부(260, 270)를 더 포함할 수 있다.
날개 지지부(240, 250)에는 각 날개(220, 230)가 회전 가능하게 지지된다. 각 날개 지지부(240, 250)는 각 날개(220, 230)의 좌우측에 배치된 단위 지지부(241, 242, 251, 252) 를 포함할 수 있다.
구동부(260, 270)는 각 날개(220, 230)를 회전시키는 구동력을 제공한다. 이와 같은 구동부(260, 270)는 예를 들어 유압 실린더 또는 공압 실린더를 포함할 수 있다. 이 경우, 구동부(260, 270)의 일단은 각 날개(220, 230)에 힌지 결합되고, 구동부(260, 270)의 타단은 선체(210)에 힌지 결합될 수 있고, 구동부(260, 270)의 이완, 수축으로 인해 각 날개(220, 230)의 받음각이 조절될 수 있다.
이와 같은 구동부(260, 270)의 구성은 예시에 불과하고, 날개(220, 230)를 회전시키기 위한 다양한 구동부가 제안될 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 따르면, 선체(210)에는 경사계(미도시)가 탑재될 수 있다. 경사계에 의해 선체(210)의 피치각을 측정하고 이에 따라 각 날개(220, 230)의 받음각을 조절할 수 있다. 이 경우, 경사계에서 측정된 피치각에 대한 정보는 선체(210)에 탑재된 제어부에서 수집되고, 제어부는 수집된 정보를 통해 예를 들어 선체(210)의 전복을 피할 수 있는 각 날개(220, 230)의 받음각을 결정한다. 이후, 제어부는 구동부(260, 270)를 작동시켜 각 날개(220, 230)의 받음각을 조절한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법의 순서도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 방법은 수면 위에 위치하고 선체에 지지되는 날개를 이용하여 양력을 발생시키는 단계(S110)를 포함한다. 날개에 양력이 발생하려면 선체가 주행 중이어야 하고, 주행 속도에 비례하여 양력이 발생한다.
나아가 본 실시예에 따른 방법은 날개에 발생된 양력에 의해 선체를 부양하는 단계(S120)를 포함한다. 양력에 의해 선체가 부양되면 선체와 물의 접촉 면적이 작아지고, 물에 의한 저항이 감소된다. 따라서, 선체는 고속 주행을 할 수 있고, 추진 효율이 향상될 수 있다.
날개에 양력이 발생되는 동안, 날개는 선체의 길이방향으로 이동할 수 있다. 이에 대한 효과는 앞선 실시예에 따른 선박(100)의 설명으로 갈음한다.
또는 날개는 한 쌍으로 이루어지고, 한 쌍의 날개 중 하나는 선체의 선수부에 배치되고, 나머지 하나는 선체의 선미부에 배치될 수 있다. 이에 대한 효과는 앞선 실시예에 따른 선박(200)의 설명으로 갈음한다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
110, 210 : 선체
130, 220, 230 : 날개
150, 240, 250 : 날개 지지부
160, 260, 270 : 구동부

Claims (11)

  1. 수상에 부유하는 선체; 및
    수면 위에 위치하고, 상기 선체에 지지되며, 상기 선체를 부양하는 양력을 발생시키는 날개를 포함하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 날개는 상기 선체의 길이방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 날개가 결합되고, 상기 선체에 상기 선체의 길이방향으로 이동 가능하게 결합되는 날개 지지부; 및
    상기 날개 지지부를 이동시키는 구동력을 제공하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 날개 지지부에 지지되는 구동 모터;
    상기 구동 모터에 의해 회전하는 피니언 기어; 및
    상기 선체에 상기 선체의 길이방향을 따라 연장 형성되고, 상기 피니언 기어와 맞물리는 랙 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 날개는 한 쌍으로 이루어지고,
    상기 한 쌍의 날개 중 하나는 상기 선체의 선수부에 배치되고, 나머지 하나는 상기 선체의 선미부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 한 쌍의 날개는 각각 받음각 조절이 가능한 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 날개가 각각 회전 가능하게 지지되고, 상기 선체에 결합되는 날개 지지부; 및
    상기 한 쌍의 날개를 각각 회전시키는 구동력을 제공하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동부는 일단이 상기 날개에 힌지 결합되고, 타단이 상기 선체에 힌지결합된 유압 실린더 또는 공압 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박.
  9. 수면 위에 위치하고 선체에 지지되는 날개를 이용하여 양력을 발생시키는 단계; 및
    상기 날개에 발생된 양력에 의해 상기 선체를 부양하는 단계를 포함하는, 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 날개는 상기 선체의 길이방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 날개는 한 쌍으로 이루어지고, 상기 한 쌍의 날개 중 하나는 상기 선체의 선수부에 배치되고, 나머지 하나는 상기 선체의 선미부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법.
KR1020110137748A 2011-12-19 2011-12-19 공기 양력 발생용 날개를 포함하는 고속 주행 선박 및 공기 양력 발생용 날개를 이용한 선박의 고속 주행 방법 KR20130070421A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101531495B1 (ko) * 2012-12-21 2015-06-25 삼성중공업 주식회사 선박용 균형조절장치 및 이를 갖춘 선박
CN115027626A (zh) * 2022-05-25 2022-09-09 江苏科技大学 一种具有刚柔复合鳍的养殖类双体无人艇及其设计方法

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