KR20150018932A

KR20150018932A - 위그선

Info

Publication number: KR20150018932A
Application number: KR20130095113A
Authority: KR
Inventors: 조현욱; 이재국
Original assignee: 아론비행선박산업 주식회사
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-25

Abstract

본 발명은 중앙 날개가 횡갑판(Cross Deck)으로 구성된 쌍동선체형 위그선에 관한 것이다. 본 발명에 다른 위그선은, 두 개의 세장형 선체로 이루어지고 부력체와 익단판 역할을 동시에 하는 쌍동선체와; 상기 쌍동선체의 각 선체를 연결하고, 가로 단면이 사각형 형상이고, 길이방향의 세로 단면이 유선형인 중앙 날개; 상기 쌍동선체의 각 선체 바깥쪽에 연결되고 하반각을 갖지 않는 두 개의 측면 날개를 포함하여 구성되고, 상기 중앙 날개 하면과 상기 쌍동선체의 각 선체 안쪽 측면에 가두어진 공기에 의한 해면효과를 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

위그선{WIG CRAFT}

본 발명은 위그선에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중앙 날개가 횡갑판(Cross Deck)으로 구성된 쌍동선체형 위그선에 관한 것이다.

위그선(해면효과익선, WIG Craft)은 주날개가 해면근처를 항주할 때 주날개 밑에 갇힌 공기의 영향으로 발생하는 해면 효과를 이용하는 운송 수단이다.

즉, 위그선은 상술한 해면 효과 즉, 항력의 증가없이 양력을 크게 증가시키는 효과를 이용하는 것으로 기존의 선박이나 항공기보다 우수한 운송 효율을 지닌 초고속 해상 운송 수단이다.

기존의 위그선은 PAR(Power Augmented Ram) 방식 또는 공기부양방식을 이용하고 있는데 PAR방식은 날개 밑에 추진기에서 발생된 공기를 가두어 선체를 부양하는 방식으로 정수(Calm sea)중 그 효과가 뛰어나나 파랑(Rough Sea)중 선체의 종방향 운동으로 날개 밑에 가두었던 공기가 빠져나가 그 효과가 급격하게 감소하여 많은 부가 저항을 발생시키고 주날개의 받음각이 일정하지 않아 안정된 양력을 얻을 수가 없다.

이러한 종래의 문제해결을 위해 주선체에 역삼각형 모양으로 하반각을 갖는 주날개와 주날개 끝(Tip)에 익단판 역할을 하는 보조선체를 두어 횡방향 운동을 억제하고 해면 효과를 증대시키는 위그선 구조가 제시된 바 있는데, 그 일 예가 도 9에 나타나 있다.

그러나 하반각을 갖는 역삼각형 주날개의 날개후단부(Tailing edge)와 날개끝에 부착된 보조선체가 위그선의 저속주행 및 정박시 수면과 항상 접해있어 수면에 떠있는 작은 부유체와의 충돌에도 쉽게 파손되고 타 선박과의 경미한 접촉에도 큰 손상을 입는 등 운항에 많은 문제점이 발생되었다. 뿐만 아니라 하반각 형태의 주 날개로 인하여 일반적인 접안시설에는 이접안이 불가능하여 특수한 형태의 위그선 전용 정박 시설을 필요로 한다는 문제점도 있다.

위와 같이 하반각을 갖는 역삼각형 날개 및 보조선체를 특징으로 하는 삼동형 위그선은 역삼각형 구조의 하반각 날개밑에서 발생하는 해면 효과를 이용하기 위해 많은 문제점에도 불구하고 활용되고 있는데, 이러한 종래의 위그선의 단점들을 개선한 새로운 위그선의 제시가 요망되고 있다.

등록특허 제10-0412628

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 종래의 위그선에 비해 이수거리를 단축시키고, 양항비 증가량이 개선된 위그선에 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 위그선은, 두 개의 세장형 선체로 이루어지고 부력체와 익단판 역할을 동시에 하는 쌍동선체와; 상기 쌍동선체의 각 선체를 연결하고, 가로 단면이 사각형 형상이고, 길이방향의 세로 단면이 유선형인 중앙 날개; 상기 쌍동선체의 각 선체 바깥쪽에 연결되고 하반각을 갖지 않는 두 개의 측면 날개를 포함하여 구성되고, 상기 중앙 날개 하면과 상기 쌍동선체의 각 선체 안쪽 측면에 가두어진 공기에 의한 해면효과를 이용하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 위그선은 이수거리를 줄이고, 양항비 증가량을 개선시켜 에너지 효율을 극대화할 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 위그선은 파랑(Rough sea)중 조파저항 및 부가저항을 최소화하기 위하여 내항성능이 우수한 쌍동형 선체와 이 쌍동선체의 연결 갑판으로는 높은 양항비를 갖는 고양력 중앙익을 배치하여 해면 효과를 극대화시키고, 쌍동선체 외측면에 하반각이 없는 삼각형(델타형) 날개를 부착하여 횡방향 안정성을 향상시킨 것으로, 운항 안정성 및 편리성을 갖는 효과가 있다.

세장형 쌍동선체를 중앙 날개 좌우 끝에 연결함으로써 세장형 특성으로 인하여 험프 저항을 줄일 수 있고, 중앙 날개 전익부 하단 중앙에 갑판 침수 방지부를 돌출되게 구비함으로써 파랑중 종방향 운동시 부력 보정 효과를 발생시켜 과도한 종방향 운동을 막아주고 수면충격에 의해 발생하는 구조적 파괴는 물론 객실 내의 승선감을 극도로 저하시키는 문제점도 최소화시키는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위그선의 정면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 위그선의 평면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위그선의 측면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 위그선의 중앙 날개와 쌍동 선체의 결합 측면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위그선의 중앙 날개 중심부의 측면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙날개에 하단부에 형성된 갑판침수방지부의 형상도,
도 7은 본원발명에 따른 위그선과 종래의 위그선의 프루드 넘버와 이수거리간의 관계 그래프,
도 8은 본원발명에 따른 위그선과 종래의 위그선의 양항비 증가량 그래프이고,
도 9는 종래의 위그선의 개략도이다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 위그선(WIG 선 : WING-IN-GROUND-EFFECT CRAFT)은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 쌍동선체(1), 중앙 날개(2), 측면 날개(3), 객실(4)을 포함하여 구성된다.

쌍동선체(1)는 두 개의 세장형 선체로 이루어지고 부력체와 익단판(End Plate)(11) 역할을 동시에 수행한다. 여기서 쌍동선체(1)의 각 선체가 부력체 역할을 수행한다는 것은 각 선체의 아랫부분 일부가 물에 잠긴 상태로 이용되면서 각 선체의 부력에 의해 위그선이 물에 뜰 수 있도록 하는 기능을 수행함을 의미한다.

또한 쌍동선체(1)가 익단판(11) 역할을 수행한다는 것은 후술하는 중앙 날개(2)의 아래쪽 공기가 좌우측으로 빠져나가지 못하도록 가둬놓은 역할을 수행함을 의미한다. 즉, 본 위그선의 합산 양향비는 얼마나 중앙 날개(2) 아래쪽 공기를 잘 가둬놓는지에 따라 결정되는데, 쌍동선체(1)는 그 구조상 중앙 날개(2)의 끝에서 아랫방향으로 돌출된 형태를 하고 있으므로 중앙 날개(2) 아래의 공기가 좌우측으로 빠져나가 양항비가 감소되는 것을 상당부분 막을 수 있고, 이에 따라 중앙 날개(2)에 별도의 익단판(11)을 구비할 필요가 없다.

특히 위그선이 이수 전 배수량 모드로 동작하는 경우에도 쌍동선체(1)는 그 아래쪽 일부가 물에 잠겨 중앙 날개(2) 아래 공기가 좌우측으로 빠져나가지 못하게 함으로써 양항비를 증가시켜 이수 시간을 단축시킨다.

중앙 날개(2)는 쌍동선체(1)의 각 선체를 연결하고, 가로 단면이 사각형 형상이고, 길이방향의 세로 단면이 유선형으로 이루어져 있는데, 특히 세로 단면은 위그선이 수면에서 이수(Take off)를 쉽게 할 수 있도록 하기 위해 양력을 증가시키도록 하는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어 중앙 날개(2)는 세로 단면의 윗면의 길이가 세로 단면의 아랫면의 길이보다 더 길도록 하는 유선형으로 이루어질 수 있다.

이와 같은 중앙 날개(2)의 모양은 도 3 내지 도 5에 잘 나타나 있는데 도 3에서는 설명의 편의를 위해 후술하는 측면 날개(3) 끝단에 구비되는 익단판(11)의 도시를 생략하였다.

중앙 날개(2)는 상술한 바와 같이 가로 단면이 사각형 형상을 하고 있는데, 이는 도 2의 위그선 평면도를 살펴보면 분명해진다.

즉, 위그선의 이수를 위해 양력 발생의 상당부분을 담당하는 중앙 날개(2)는 삼각 또는 역삼각형의 날개 형상이 아니라 일반 갑판과 같이 사각형 형상을 하고 있는 것이다. 따라서 이러한 사각형상의 중앙 날개(2)는 날개 역할 뿐만 아니라 일종의 횡갑판 역할도 수행하게 된다.

중앙 날개(2)의 두께는 중앙 날개(2)의 시위길이에 대하여 15% 이상의 두께비(t/C)를 가지는 것이 바람직하다. 중앙 날개(2)의 두께가 중앙 날개(2)의 시위길이에 대하여 15% 미만인 경우에는 비틀림 강도 및 횡 강도가 부족하여 연결 갑판으로서 기능을 수행하는데 부적합하다.

여기서 쌍동선체(1)의 각 선체 상면과 중앙 날개(2)의 상면은 동일한 굴곡을 갖도록 구성될 수 있다. 즉, 도 3을 살펴보면 쌍동선체(1)의 상면과 중앙 날개(2)의 상면이 동일한 굴곡을 가진 것을 볼 수가 있다. 쌍동선체(1) 상면과 중앙 날개(2)의 상면의 높이가 달라지는 경우 그 높이가 달라지는 경계 부분에서 와류가 발생할 수 있고 이는 위그선 효율을 떨어뜨리게 되는데, 본 발명과 같이 쌍동선체(1)의 각 선체 상면과 중앙 날개(2)의 상명이 동일한 높이와 굴곡을 갖도록 구성된다면 이러한 와류 발생을 방지할 수 있다.

이처럼 본 발명에 따른 위그선은 중앙 날개(2) 하면과 쌍동선체(1)의 각 선체 안쪽 측면에 공기를 가두는 해면효과를 이용하여, 이수 시간을 단축시키고 양항비를 높여 에너지 효율을 극대화시킨다.

한편, 쌍동선체(1)의 상면에는 추진 동력 장치(5)가 구비될 수 있는데, 추진 동력 장치(5)에는 프로펠러와 같이 추진기(6)가 포함될 수 있다. 여기서 추진 동력 장치(5)는 위그선이 앞으로 진행하도록 하기 위해 구비되는 것으로서, 예를 들어 뒤쪽 방향으로 공기를 내뿜는 일종의 엔진이라 할 수 있다.

그리고 쌍동선체(1)의 후미에는 꼬리 날개를 지탱하는 붐(Boom)(14)이 연결될 수 있고, 꼬리 날개는 수직 꼬리 날개(9)와 수평 꼬리 날개(8)로 구성될 수 있다.

수직 꼬리 날개(9)는 좌우로 회동 가능하고, 수평 꼬리 날개(8)는 상하로 회동 가능하도록 구성될 수 있다.

한편, 측면 날개(3)는 쌍동선체(1)의 각 선체 바깥쪽에 각각 연결되고 하반각을 갖지 않도록 구성된다.

종래에 위그선의 최외각 날개에 하반각을 가지도록 구성했던 이유는 하반각에 의해 날개 아래쪽에 공기를 가둬놓는 효과를 달성하고 이에 따라 양항비를 높이기 위함이었는데, 본 발명과 같이 쌍동선체(1)가 중앙 날개(2) 아래 공기의 좌우측 이동을 막고 있기 때문에 측면 날개(3)는 하반각을 가질 필요가 없다.

날개가 하반각을 가지는 경우, 상술한 바와 같이 수면에 떠 있는 작은 부유체와의 충돌에도 날개가 손상되기 쉽고, 타 선박과의 경미한 접촉에도 큰 손상을 입을 수 있고, 더 나아가 특수한 형태의 위그선 전용 정박 시설이 필요하게 되는데, 본 발명에 따른 위그선의 최외각에 위치한 측면 날개(3)는 하반각을 갖지 않으므로 이러한 종래의 문제점을 모두 해결하게 된다.

특히, 쌍동선체(1) 외측에 날개를 부착하는 것은 횡폭을 과도하게 증가시켜 횡방향 운동이 계속적으로 불량해지는 문제점을 야기할 수 있고, 또한 쌍동선체(1)는 풍압면적을 증가시켜 측풍이나 돌풍의 영향을 많이 받는다는 문제점을 가질 수 있는데, 이러한 문제점을 해소하기 위하여 기동성이 둔한 역삼각형 하반각 주익 구조 대신 기동성이 우수한 삼각형의 하반각을 갖지 않는 측면 날개(3)를 구성함이 바람직하다.

측면 날개(3)의 끝단에는 아래쪽으로 향하는 익단판(11)이 더 구비될 수도 있는데, 이는 보조적으로 해면효과를 상승시키는 역할을 수행하는데, 측면 날개(3)에 구비된 익단판(11)의 형상은 도 1에 잘 나타나 있다.

한편, 본 발명에 따른 위그선은 중앙 날개(2) 상면 중간 위치에 객실(4)이 더 구비되어 있는데, 이 객실(4)은 중앙 날개(2)보다 앞으로 돌출되지 않도록 설치된다. 객실(4)이 중앙 날개(2)보다 앞으로 돌출 형성된 경우에는 항주 중 종방향 운동으로 인한 충격이 객실(4)에 그대로 전달되게 되는데, 이처럼 객실(4)이 중앙 날개(2)보다 앞으로 돌출되지 않는 경우에는 이러한 문제점을 방지할 수 있다.

더 나아가 객실(4)의 폭은 중앙 날개(2)의 1/4 이하 즉, 반대로 말하면 중앙 날개(2)가 객실(4)의 폭의 4배 이상이 되도록 함으로써, 객실(4)에 의한 공기 저항보다 중앙 날개(2)에 의한 양항비 증가 폭을 더 크게 한다.

즉, 중앙 날개(2)의 실질적인 유효폭을 75% 이상 되도록 확보함으로 중앙 날개(2) 고유의 공력 특성을 유지시키며 양항비를 증가시켜 해면효과를 극대화 한다.

객실(4)의 폭이 커질수록 공기 저항은 증가하여 결국 위그선의 이수 효율을 떨어뜨리게 되기 때문에 중앙 날개(2)의 실질적인 유효폭을 75% 이상으로 확보하는 것이다.

한편, 객실(4)의 하면이 중앙 날개(2)의 하면과 일치하도록 구성함으로써, 객실(4)의 공간을 최대한 확보하면서도 객실(4)이 중앙 날개(2) 위쪽으로 돌출되는 높이를 중앙 날개(2)의 두께만큼 줄임으로써 객실(4)에 의한 공기 저항을 최소화한다.

예를 들어 객실(4)의 하면을 중앙 날개(2)의 상면과 일치하도록 구성하는 경우에는 그만큼 객실(4)이 중앙 날개(2) 위쪽으로 더 돌출되게 되어 공기 저항을 증가시키므로, 객실(4)의 하면을 중앙 날개(2)의 하면과 일치하도록 하여 공기 저항을 최소화시키는 것이다.

중앙 날개(2) 뒷전(trailing edge)에 하향 운동이 가능한 중앙익 플랩(13)이 더 구비될 수 있는데, 중앙익 플랩(13)은 위그선이 험프속도에 도달할 때까지 수면에 접촉하도록 하향 운동을 하여 해면효과를 상승시키는 기능을 수행한다.

도 4와 도 5는 중앙익 플랩(13)의 기능을 설명하기 위해 나타낸 도면으로서, 설명의 편의를 위해 도 4는 객실(4), 중앙 날개(2), 쌍동선체(1)만을 나타낸 도면이고, 도 5는 객실(4)과 중앙 날개(2)만을 나타낸 도면이다.

중앙익 플랩(13)은 중앙 날개(2)의 폭과 동일한 크기를 가질 수 있는데, 도 5와 같이 위그선이 험프속도에 도달 할 때까지 플랩이 수면에 접촉하는 하방 운동을 하게 하면 중앙 날개(2) 하부에 터널과 같은 막힌 공간이 형성되고 이처럼 막힌 공간의 공기에 의해 해면 효과가 발생하여 위그선이 빠른 이수와 짧은 이수거리의 성능 특성을 갖도록 할 수 있다.

즉, 중앙 날개(2) 뒷전에 상하 방향 회전 운동이 가능한 중앙익 플랩(13)을 설치하여 이 중앙익 플랩(13)을 아래 방향으로 회전시키면 중앙 날개(2), 쌍동선체(1), 및 중앙익 플랩(13)으로 이루어진 터널과 같은 막힌 공간이 형성되고, 위그선이 수상에서 고속 주행시 이 터널에 가두어진 공기에 의해 양력이 증가하고 해면효과가 극대화된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 위그선의 중앙 날개(2) 전익부(Leading edge)의 하단 중간 위치에 파랑 충격을 극복하고 위그선의 앞쪽 부력을 증가시키는 돌출된 갑판 침수 방지부(7)가 더 구비될 수 있다.

갑판 침수 방지부(7)는 원추형 돌출된 형태로 구성될 수도 있는데, 감판 침수 장치가 중앙 날개(2)에 형성된 일 예가 도 6에 도시되었다. 도 6(a)는 객실(4)과 중앙 날개(2)를 감판 침수 방지 장치와 함께 나타낸 측면도이고, 도 6(b)는 이에 대한 정면도이며, 도 6(c)는 쌍동선체(1)와 중앙 날개(2)를 함께 나타낸 배면도이다.

이수 성능에 중요한 요소인 험프 저항(즉, 배수량 모드에서의 최대 저항점)을 감소시키기 위해 장폭비가 매우 큰 즉, 선체폭에 비하여 길이가 매우 큰 세장형 단동선체들을 이용하여 쌍동선체(1)를 구성할 수 있는데, 이러한 세장형의 쌍동선체(1)는 파랑중에 종방향 운동성능이 불량해질 수 있으므로 이를 개선하기 위해 중앙 날개(2)의 전익부 중앙 하단에 갑판 침수 방지부(7)를 더 구비하는 것이다.

이러한 갑판 침수 방지부(7)는 파랑중 종방향 운동시 부력 보정 효과를 줌으로써 선수쪽 부력 회복이 신속히 이루어질 수 있도록 하여 위그선의 과도한 종방향 운동을 개선시키고 중앙 날개(2)에 작용하는 수면 충격력 즉, 슬래밍 하중을 감소시켜 구조적 안전성을 확보한다.

본 발명에 따른 위그선과 종래 위그선의 비교는 도 7 및 도 8에 잘 나타나 있다.

도 7은 프루드 넘버와 이수거리간의 관계에 대해 본 발명에 따른 위그선과 종래 위그선을 비교한 것이고, 도 8은 본 발명에 따른 위그선과 종래 위그선의 양항비 증가량을 비교한 것이다.

도 7과 도 8에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 위그선은 종래의 위그선에 비하여 이수거리를 단축시키고, 양항비 증가량이 더 크다는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 변형 및 수정이 첨부되는 특허청구범위에 속한다면 본 발명에 포함된다는 것은 자명할 것이다.

1 : 쌍동선체 2 : 중앙 날개
3 : 측면 날개 4 : 객실
5 : 추진 동력 장치 6 : 추진기
7 : 갑판 침수 방지부 8 : 수평 꼬리 날개
9 : 수직 꼬리 날개 11 : 익단판
13 : 중앙익 플랩 14 : 붐(Boom)

Claims

두 개의 세장형 선체로 이루어지고 부력체와 익단판 역할을 동시에 하는 쌍동선체와;
상기 쌍동선체의 각 선체를 연결하고, 가로 단면이 사각형 형상이고, 길이방향의 세로 단면이 유선형인 중앙 날개;
상기 쌍동선체의 각 선체 바깥쪽에 연결되고 하반각을 갖지 않는 두 개의 측면 날개를 포함하여 구성되고,
상기 중앙 날개 하면과 상기 쌍동선체의 각 선체 안쪽 측면에 가두어진 공기를 이용한 해면효과의 증가를 이용하는 것을 특징으로 하는 위그선.
제1항에 있어서,
상기 중앙 날개 상면 중간 위치에 상기 중앙 날개보다 앞으로 돌출되지 않는 객실이 더 구비되고,
상기 객실의 폭은 상기 중앙 날개의 1/4 이하이고, 상기 객실의 하면이 상기 중앙 날개의 하면과 일치하는 것을 특징으로 하는 위그선.
제1항에 있어서,
상기 쌍동선체의 각 선체 상면과 상기 중앙 날개의 상면은 동일한 굴곡을 갖는 것을 특징으로 하는 위그선.
제1항에 있어서,
상기 중앙 날개 뒷전(trailing edge)에 하향 운동이 가능한 중앙익 플랩을 더 포함하고,
상기 중앙익 플랩은 위그선이 험프속도에 도달할 때까지 수면에 접촉하도록 하향 운동을 하여 해면효과를 상승시키는 것을 특징으로 하는 위그선.
제1항에 있어서,
상기 중앙 날개 전익부(Leading edge)의 하단 중간 위치에 파랑 충격을 완화하고 위그선의 앞쪽 부력을 증가시키는 돌출된 갑판 침수 방지부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 위그선.
제1항에 있어서,
상기 중앙 날개의 최대 두께가 상기 중앙 날개의 시위길이에 대하여 15% 이상의 두께비(t/C)를 갖는 것을 특징으로 하는 위그선.
제1항에 있어서,
상기 측면 날개의 끝단에는 아래쪽으로 향하는 익단판이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 위그선.