KR20150035275A - 아령형 구상선수 구조 및 그 구조를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

아령형 구상선수 구조 및 그 구조를 포함하는 선박이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 구상선수는, 선박의 정면에서 좌우 대칭으로, 선박의 선수로부터 소정 길이만큼 돌출되어 형성된 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)를 포함하고, 상기 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)의 최전방 돌출 정점은, 선박 선수의 FP 라인(선수 수선, forward perpendicular line)으로부터 동일한 이격 거리(L)를 갖는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 구상선수는, 특정 형상의 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수를 선박의 선수에 형성함으로써, 선박 선수의 낮은 위치에서도 충분한 벌브 체적을 확보하도록 하여, 조파 저항 감쇠 능력을 발라스트 흘수까지 유지하도록 할 수 있으며, 결과적으로, 설계 흘수뿐만 아니라 발라스트 흘수에서도 우수한 성능을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구상선수를 포함하는 선박은, 설계 흘수 및 발라스트 흘수 모두 우수한 성능을 발휘할 수 있으므로, 결과적으로, 선박의 연료 소모율을 저감시킬 수 있다.

Description

아령형 구상선수 구조 및 그 구조를 포함하는 선박 {Dumbbell Type Bulbous Bow Structure and The Ship with Thereof}
본 발명은 아령형 구상선수 구조 및 그 구조를 포함하는 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 설계 흘수 뿐만 아니라 발라스트 흘수까지 선박의 조파 특성이 향상될 수 있도록, 특정 형상의 구상선수 구조 및 그 구조를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로 구성선수(球狀船首, Bulbous Bow)란, 선박의 흘수선(吃水線) 아래에 혹 모양의 돌기를 지칭하는 것으로, 조파저항(造波抵抗)을 줄이는 역할을 하는 선체의 일부를 말한다.
이는 조파저항(배가 파도를 생성시킬 때 선체가 받는 저항)을 감소시키기 위한 것으로서, 구상(구 형상)의 크기 및 형상을 적당히 선택하면 조파저항을 큰 폭으로 감소시킬 수 있다.
그 원리는 선수에 의해 일어나는 파도와 선수 아래 부분에 위치에 있는 구상선수(구상돌기)에 의하여 일어나는 파도가 서로 간섭하여 파도를 상쇄시키는 작용에 기인하여 조파저항을 감소시킬 수 있게 되는 것이다.
D. W. Taylor는 돌출된 선수모양에 의해 이차적으로 발생된 선수파가 일차적으로 발생된 파도를 상쇄 시킬 수 있을 것이라는 생각으로 돌출형 선수를 수면 아래로 보다 더 잠기게 만들고, 보다 부풀린 형태로 만들어 줌으로써 최초의 구상선수 선형을 설계하였다. 이와 같은 구상선수가 1907년에 전함 USS Delaware에 붙여져서 뛰어난 성능을 나타나게 하였다.
1928년에 Havelock은 일정한 유속을 가지는 흐름 속에 잠겨 있는 구 주위에서 나타나는 자유수면파를 계산하였다. 이 파형의 가장 중요한 특성은 구의 바로 뒤쪽에서 골이 나타나게 된다는 것으로서, 그러한 사실은 구를 선수 근처 수면 아래쪽에 달아주게 되면 선체에 의하여 나타나는 선수파를 줄여줄 수 있는 가능성이 있음을 보여주었다.
Wigley는 1935 - 1936년에 걸쳐 Havelock의 방법에 따라 선측파형과 조파저항에 관련된 계산을 하게 되었으며, 구상선수에 관련된 구체적 이론을 발표하게 되었다. Wigley는, 낮은 속도에서는 마찰저항과 형상저항의 증가로 인하여 전(全)저항을 증가시키게 된다는 것을 발견하게 되었다. 그러나, 고속에 이르게 되면, 선체와 구의 파계가 상호간섭을 일으켜서 조파저항을 줄여줄 수 있게 되고, 적절히 배치되어 있다면 구로 인하여 나타나게 되는 마찰저항이나 형상저항의 증가를 극복할 수 있게 되어 궁극적으로는 전저항의 감소를 가져오게 됨을 확인하였다.
최근 대형 유조선이나 산적화물선과 같이 낮은 Froude수에서 운항하게 되어 조파저항이 상대적으로 적은 선박에 구상선수가 적용되고 있다. 저항감소는 근사적으로 만재상태일 때 5% 정도이고, 발라스트(ballast) 상태일 때 15% 정도에 이르는 것이 실험에서 확인되고 있다. 이와 같은 결과는 실선 시운전에서도 확인되어지며, 일반적으로 약 1 노트의 속도증가가 발라스트에서 확인되고 있다.
이러한 구상선수의 크기 및 모양은 선체의 형상 및 배의 속력에 따라 달라지므로 모든 속도범위에 대하여 일률적으로 그 값을 구하기는 어렵다. 또한, 구상선수의 크기 및 모양은 배의 흘수에 따라서도 달라지는데, 특히 흘수 변화가 적은 것에 효과적이어서, 여객선, 탱커, 컨테이너선 등과 같은 전용선에 사용된다.
선박의 운용특성상 설계 흘수에서 속도 성능 뿐만 아니라 발라스트 흘수(ballast draft line)에서의 성능도 중요하다. 그러나, 구상선수의 특성상 발라스트 흘수와 만재설계흘수 모두의 속도 성능을 만족하기 어렵다. 즉, 설계흘수 및 발라스트 흘수 공히 우수한 성능을 확보하기 어렵다.
도 1에는 종래 선박의 측면 모식도가 도시되어 있고, 도 2 및 도 3에는 도 1의 A부분 측면 확대도 및 정면 확대도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 종래 선박(100)은, 선체에 의해 유기되는 조파저항 저감을 위해 선박(100)의 선수(110)에 구상선수(120)를 적용하고 있다. 그러나, 구상선수(120)의 특성상 설계흘수(10) 및 발라스트 흘수(20) 모두 좋은 성능을 확보하기 어렵다.
따라서, 종래 기술에 따른 구상선수의 문제점을 해결할 수 있고, 설계 흘수 및 발라스트 흘수 모두 좋은 성능을 확보할 수 있는 구조의 구상선수의 구조 및 이를 적용한 선박 대한 필요성이 요구되고 있다.
공개특허공보 제10-2012-0047102호 (2012년 05월 11일 공개)
본 발명의 목적은, 설계 흘수 및 발라스트 흘수 모두 우수한 성능을 유지할 수 있는 구조의 구상선수 구조를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 구상선수 구조는,
선박의 선수에 형성된 구상선수로서,
선박의 정면에서 좌우 대칭으로, 선박의 선수로부터 소정 길이만큼 돌출되어 형성된 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수를 포함하고,
상기 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수의 최전방 돌출 정점은, 선박 선수의 FP 라인(선수 수선, forward perpendicular line)으로부터 동일한 이격 거리를 갖는 구조일 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수는,
선박의 정면에서 아령 형상(dumbbell shape)으로 좌우 대칭을 이루고 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수는,
선박의 정면에서 렘니스케이트(lemniscates) 곡선 형상으로 좌우 대칭을 이루고 있는 구조일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수는,
발라스트 흘수 라인(ballast draft line) 밑으로 완전히 잠기도록 형성된 구조일 수 있다.
또한, 선박의 측면에서 보았을 경우,
상기 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수의 최전방 돌출 정점과 발라스트 흘수 라인과의 거리는,
설계 흘수 라인과 발라스트 흘수 라인과의 거리의 50 내지 150 % 일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기와 같은 구상선수 구조를 포함하는 선박을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 구상선수는, 특정 형상의 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수를 선박의 선수에 형성함으로써, 선박 선수의 낮은 위치에서도 충분한 벌브 체적을 확보하도록 하여, 조파 저항 감쇠 능력을 발라스트 흘수까지 유지하도록 할 수 있으며, 결과적으로, 설계 흘수뿐만 아니라 발라스트 흘수에서도 우수한 성능을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 구상선수를 포함하는 선박은, 설계 흘수 및 발라스트 흘수 모두 우수한 성능을 발휘할 수 있으므로, 결과적으로, 선박의 연료 소모율을 저감시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 선박을 나타내는 측면 모식도이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 A 부분 측면 확대도 및 정면 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구상선수의 측면 모식도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 구상선수의 정면 모식도이다.
도 7은 본 발명에 따른 구상선수의 평면 모식도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하지만 본 발명의 범주가 그것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4에는 본 발명에 따른 구상선수의 측면 모식도가 도시되어 있고, 도 5 및 도 6에는 본 발명에 따른 구상선수의 정면 모식도가 도시되어 있다. 또한, 도 7에는 본 발명에 따른 구상선수의 평면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 구상선수(220)는 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 선박(210)의 선수로부터 소정 길이(L)만큼 돌출되어 형성될 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 선박(210)의 정면에서 좌우 대칭으로 형성된 구조일 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)는, 선박(210)의 정면에서 아령 형상(dumbbell shape)으로 좌우 대칭을 이루고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 이러한 구조의 구상선수(220)는, 종래 선박의 집중형 구상선수와 달리, 구상선수의 체적을 분산형으로 배치함으로써, 상대적으로 낮은 위치에서 충분한 벌브체적(bulb volume)을 확보할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 구상선수(220)는 조파저항 감쇠능력을 설계 흘수(10')뿐만 아니라 발라스트 흘수(20')까지 유지시킬 수 있다.
이러한 아령 형상을 띠고 있는 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)의 더욱 구체적인 형상이 도 6에 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)는, 선박(210)의 정면에서 렘니스케이트(lemniscates) 곡선(30) 형상으로 좌우 대칭을 이루고 있는 구조일 수 있다. 구체적으로, 렘니스케이트 곡선(30)은 도 6에서 보는 바와 같이, 거리가 D3인 두 초점 F1, F2가 주어졌을 때, 곡선상의 각각의 점 P에 대해 PF1 x PF2 = (D3/2)2을 만족하는 평면곡선이다. 이 곡선의 모양은 숫자 8 또는 ∞와 유사한 형태이다.
한편, 상기 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)는, 발라스트 흘수 라인(20') 밑으로 완전히 잠기도록 형성된 구조일 수 있다.
또한, 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)의 최전방 돌출 정점(2211, 2221)과 발라스트 흘수 라인(20')과의 거리는, 설계 흘수 라인(10')과 발라스트 흘수 라인(20')과의 거리의 50 내지 150 % 일 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 구상선수는, 특정 형상의 제 1 구상선수 및 제 2 구상선수를 선박의 선수에 형성함으로써, 선박 선수의 낮은 위치에서도 충분한 벌브 체적을 확보하도록 하여, 조파 저항 감쇠 능력을 발라스트 흘수까지 유지하도록 할 수 있으며, 결과적으로, 설계 흘수뿐만 아니라 발라스트 흘수에서도 우수한 성능을 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 구상선수를 포함하는 선박은, 설계 흘수 및 발라스트 흘수 모두 우수한 성능을 발휘할 수 있으므로, 결과적으로, 선박의 연료 소모율을 저감시킬 수 있는 기술적 이점을 가지게 된다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10, 10': 설계 흘수 라인 20, 20': 발라스트 흘수 라인
30: 렘니스케이트(lemniscates) 곡선
100: 종래의 선박 110: 종래의 선박 선수
120: 구상선수 121: 구상선수의 돌출 정점
210: 선박 선수 220: 구상선수
221: 제 1 구상선수 222: 제 2 구상선수
2211: 제 1 구상선수의 돌출 정점
2221: 제 2 구상선수의 돌출 정점

Claims (6)

  1. 선박의 선수에 형성된 구상선수로서,
    선박의 정면에서 좌우 대칭으로, 선박의 선수로부터 소정 길이만큼 돌출되어 형성된 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)를 포함하고,
    상기 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)의 최전방 돌출 정점은, 선박 선수의 FP 라인(선수 수선, forward perpendicular line)으로부터 동일한 이격 거리(L)를 갖는 것을 특징으로 하는 구상선수 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)는,
    선박의 정면에서 아령 형상(dumbbell shape)으로 좌우 대칭을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 구상선수 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)는,
    선박의 정면에서 렘니스케이트(lemniscates) 곡선(30) 형상으로 좌우 대칭을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 구상선수 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)는,
    발라스트 흘수 라인(ballast draft line, 20') 밑으로 완전히 잠기도록 형성된 것을 특징으로 하는 구상선수 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    선박의 측면에서 보았을 경우,
    상기 제 1 구상선수(221) 및 제 2 구상선수(222)의 최전방 돌출 정점(2211, 2221)과 발라스트 흘수 라인(20')과의 거리(D2)는,
    설계 흘수 라인(10')과 발라스트 흘수 라인(20')과의 거리(D1)의 50 내지 150 % 인 것을 특징으로 하는 구상선수 구조.
  6. 상기 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 구상선수 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
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