KR20150138448A - 유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박에 관한 것으로, 그 목적은 유빙 속의 저항 성능뿐만 아니라 개빙구역에서도 적은 저항값을 가지는 구상선수의 적용으로 유빙 및 개빙 구역 두 환경 모두에서 우수한 성능을 보이는 구상선수를 가진 아이스클래스 선박을 제공함에 있다.
본 발명의 구성은 상기 구상선수는 상부에서 하부쪽으로 갈수록 선미쪽으로 후퇴되는 각을 가지는 선형으로 경사 가공된 선형선수부(1)가 형성되고, 선형선수부의 하단부에는 오목부(100)가 형성되어 곡률을 가지면서 선수쪽으로 구상돌기(2)가 돌출되도록 형성하고, 구상돌기(2)는 선수쪽으로 최대 돌출된 제 1 돌출점(200)을 기준으로 상부에 형성된 제 1 구상돌기부(21)가 선수쪽으로 돌출하면서 일 구간에서 상향한 후 하향되는 곡률형상을 가지는 변곡점부(210)를 포함하여 구성된 유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박을 발명의 특징으로 한다.

Description

유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박{ICE class ship having bulbous bow structure for reducing accumulate of pack ice}

본 발명은 유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박 에 관한 것으로, 자세하게는 개빙구역(Open Sea)에서 항해를 위주로 하면서 동절기 발틱해(Baltic Sea)와 같은 유빙환경의 바다에서도 쇄빙선의 지원을 받으면서 깨어진 얼음 사이를 운항시 유빙의 저항을 적게 받으면서 항해하되, 특히 개빙 환경에서는 일반 아이스 클래스(Ice Class) 선박보다 적은 저항을 가져 속도성능 개선이 이루어진 아이스클래스 선박에 관한 것이다.

선박의 선수는 항해중 파도의 충격을 많이 받는 부분으로 형태에 따라 곧은 직선수(Straight stem), 클리퍼형 선수(Clipper stem), 구상 선수(Bulbous stem), 램형 선수 등이 있다.

상기 구상선수는 선박의 수면 아래에 혹 모양의 구상돌기(球狀突起: bulb)를 형성된 선수로, 이는 조파저항(배가 파도를 생성시킴으로써 받는 저항)을 감소하기 위한 것으로, 돌기의 크기ㅇ형상에 따라 조파저항을 큰 폭으로 감소할 수 있다. 그 원리는 항해중인 선수에 의해 일어나는 파도와 선수 아랫 부분에 만들어진 구상돌기에 의하여 일어나는 파도가 서로 간섭(干涉)하여 파도를 해소하는 작용이 일어나기 때문이다.

이러한 선수의 구상돌기 크기는 선체의 형상 및 배의 속력에 따라 달라지므로 모든 속도범위에 대하여 일률적으로 그 값을 구하기는 어렵다. 구상돌기의 형상ㅇ크기는 배의 흘수(吃水)에 따라서도 달라진다. 배가 경흘수로 항주(航走)할 경우에는 조파저항을 증가시키므로 선수흘수가 알맞은 것, 흘수변화가 적은 것에서 효과를 올릴 수 있다. 그러므로 오늘날은 여객선ㅇ탱커선ㅇ광석선(鑛石船) 등 전용선에 사용된다.

한편, 발틱해와 같이 동절기에 유빙이 발생하는 곳과 같은 곳에서 운항하는 선박의 경우 저항을 줄여 항해 성능을 높일 수 있는 방향으로의 선형 설계가 이루어 지고 있다.

이러한 목적하의 구상돌기를 가진 구상 선수 형상이 도 4 및 도 5에 도시되어 있는데, 그 형상을 보면 상부에서 하부쪽으로 갈수록 선미쪽으로 후퇴되는 각을 가지는 선형으로 경사 가공된 선형선수부(1)가 형성되고, 선형선수부의 하단부에는 오목부(100)가 형성되어 곡률을 가지면서 방향이 바뀌어 선수쪽으로 돌출된 구상돌기(2)가 형성되었음을 알 수 있다.

구상돌기(2)는 도면의 측면도 기준으로 선수쪽으로 최대 돌출된 제 1 돌출점(200)을 기준으로 상부의 제 1 구상돌기부(21)와 하부의 제 2 구상돌기부(22)로 이루어진다. 종래의 제 1 구상돌기부는 선수쪽으로 돌출하면서 하향되는 곡률형상을 가지고, 제 2 구상돌기부는 선미쪽으로 후퇴하면서 하향하는 곡률형상을 가진다.

특히 제 1 구성돌기부에 위치하는 변곡점부(210)가 만재 흘수선(300) 보다 한참 아래에 위치한 형태를 보이고 있음을 알 수 있다. 이하 본 발명 설명에서 변곡점부라 함은 선형선수의 하부에 형성된 오목부(300)가 볼록 형상의 구상돌기(2)로 변환되는 변곡점을 포함한 지점의 구간영역을 변곡점부라 한다.

하지만 상기와 같이 변곡점부의 위치가 만재흘수선보다 아래에 위치하고, 제 1 구상돌기부 전구간이 하향된 경사의 곡률로 이루어진 종래 구상선수 형상은 개빙 구역에서의 속도성능을 저하시킨다는 단점이 있고, 또한 유빙이 구상돌기의 제 1 구상돌기부 위로 올라와 적채 될 수 있어서 조파성능을 저하시킨다는 단점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 유빙 속의 저항 성능뿐만 아니라 개빙구역에서도 적은 저항값을 가지는 구상선수의 적용으로 유빙 및 개빙 구역 두 환경 모두에서 우수한 성능을 보이는 구상선수를 가진 아이스 클래스 선박을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 쇄빙선에 의해 쇄빙된 유빙 사이를 헤쳐나가는 선박의 구상선수에 유빙 조각이 적채되는 것을 억제하고 아래로 밀어 내리는 효과로 인해 유빙으로 인한 저항을 줄인 아이스 클래스 선박을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 개빙과 유빙환경에서 운항하는 구상선수를 가진 아이스 클래스 선박에 있어서, 상기 구상선수는 상부에서 하부쪽으로 갈수록 선미쪽으로 후퇴되는 각을 가지는 선형으로 경사 가공된 선형선수부가 형성되고, 선형선수부의 하단부에는 오목부가 형성되어 곡률을 가지면서 선수쪽으로 구상돌기가 돌출되도록 형성하고, 구상돌기는 선수쪽으로 최대 돌출된 제 1 돌출점을 기준으로 상부에 형성된 제 1 구상돌기부가 선수쪽으로 돌출하면서 일 구간에서 상향한 후 하향되는 곡률형상을 가지는 변곡점부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박을 제공함으로써 달성된다.

바람직한 실시예로, 상기 변곡점부는 만재흘수선 보다 상승된 곳에 형성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 변곡점부는 적어도 만재흘수선에 근접하거나 맞닿은 곳에 형성될 수 있다.

본 발명과 같은 구상선수 형상을 가지는 아이스 클래스 선박은 빙수조에서 모형시험 수행시 빙저항 성능이 종래의 아이스 클래스 선박보다 우수할 뿐 아니라 일반적인 개빙(Open Sea) 환경에서는 종래의 개빙 환경에서 최적화된 구상 선수보다 우수한 저항 성능을 가져 0.1에서 0.15 kts의 속도 증가 효과를 가지는 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 아이스클래스 선박의 구상선수 형상을 보인 측면도 및 정면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 구성선수 형상과 종래 구상선수 형상을 가진 모형선박이 유빙환경조건하의 실험에서 운항하는 모습을 보인 비교사진이고,
도 3은 도 2에 따른 모형선박의 유효마력 테스트 그래프이고,
도 4 및 5는 종래 아이스클래스 선박의 구상선수 형상을 보인 측면도 및 정면도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 아이스클래스 선박의 구상선수 형상을 보인 측면도 및 정면도를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 구상선수는 도 1의 좌측에 도시된 측면도와 같이 선수의 상부에서 하부쪽으로 갈수록 선미쪽으로 후퇴되는 각을 가지는 선형으로 경사 가공된 선형선수부(1)가 형성되고, 선형선수부의 하단부에 오목부(100)가 형성되어 곡률을 가지면서 방향이 바뀌어 선수쪽으로 돌출된 구상돌기(2)가 형성되었음을 알 수 있다.

구상돌기(2)는 측면도 기준으로 선수쪽으로 최대 돌출된 제 1 돌출점(200)을 기준으로 상부의 제 1 구상돌기부(21)와 하부의 제 2 구상돌기부(22)로 이루어진다. 특히 제 1 구상돌기부는 종래와 달리 선수쪽으로 돌출하면서 일 구간인 변곡점부(210)가 상향한 후 하향되는 곡률형상을 가지고, 제 2 구상돌기부는 선미쪽으로 후퇴하면서 하향하는 곡률형상을 가진다.

특히 본 발명의 한 실시예에 따른 제 1 구상 돌기부에 위치하는 변곡점부(210)는 바람직하게는 만재 흘수선보다 상승한 형태를 가진다.

다만, 이러한 변곡점부는 만재 흘수선보다 높으면 가장 좋지만 만재 흘수선(300)에 적어도 근접하거나, 맞닿은 형태일 경우도 본 발명에 따른 효과를 가지고 있다. 즉, 변곡점부가 위치하는 구상돌기부가 상승 후 하강하는 형상을 가지면 된다. 이러한 변곡점부가 위치한 제 1 구상 돌기부를 가지는 구상선수의 전체 형상은 마치 거위목 형상과 같다.

상기와 같은 형상을 가진 구상선수는 변곡점부가 만재흘수선 근처에서 상승후 하강한 형상을 가지기 때문에 항해시 유빙 조각들이 변곡점부에 부딪히면서 이를 넘지 못하고 구상선수 위로 적채 되지 않고 구상선수 옆으로 빠져나가게 된다. 또한 이와 같이 변곡점부가 형성됨으로써 제 1 구상돌기부의 경사가 급하게 되어 유빙 조각들이 더욱더 적채되지 않게 된다.

즉, 종래 일반 구상 선수의 경우에는 구상선수가 만재흘수선 아래에 위치하여 배가 진행하는 동안 유빙 조각이 구상선수 위에 적채 되는 현상이 발생하는데 본 발명에 따른 제 1 구상돌기부의 구간 위치에 변곡점부가 형성됨으로써 유빙조각이 구상선수에 부딪치는 순간 측방향으로 밀어 버림으로써 유빙조각의 적채를 억제하게 된다.

이러한 구상선수 형상에 따른 효과를 비교하면 다음 표 1과 같다.

	종래의 구상선수 형상	본 발명의 구상선수 형상
개빙 구역에서의 속도 성능	0	+ 0.1 ~ 0.15 kts
유빙 지역에서의 빙저항 성능	100%	95~100%
아이스 클래스 1A 만족 여부	만족	만족

상기에서 1A는 아이스클래스(ICE Class) 규정(rule)에 의한 등급 표시이다. 참고로 아이스 클래스 규정(ICE Class rule)에 보면 쇄빙선(Ice Breaker)의 지원을 받아 발틱해(Blatic Sea)에서 운항하는 선박에 있어서 항해의 안정성 확보와 발틱해 내의 선박 운항의 원활함을 지속 시키기 위해 선박을 다음 표 2와 같은 기준으로 4등급으로 분류해 놓았다.

: 아이스 클래스(Ice class) 1A , 1B, 1C 의 경우는 위에서 언급되어 있는 바와 같이 깨어진 얼음(brash ice) 사이(등급에 따라 얼음의 두께 차이)를 운항하는 선박이며 아이스 클래스(Ice Class) 1AS(1A super)의 경우는 깨어진 얼음(brash ice)이 날씨(기온, 눈 등)의 영향으로 재 고체화된 경우이며 이 경우는 기존 아이스클래스 1A의 경우에서 상부 10%가 재 결빙된 상태의 조건을 의미 함.

도 2는 본 발명에 따른 구성선수 형상과 종래 구상선수 형상을 가진 모형선박이 유빙환경조건하의 실험에서 운항하는 모습을 보인 비교사진이고, 도 3은 도 2에 따른 모형선박의 유효마력 테스트 그래프이다.

도시된 바와 같이 본 발명과 같은 구상선수를 가진 아이스클래스선박은 비교대상과 같은 종래의 구상선수를 가진 아이스클래스 선박과의 유빙환경하의 운항 상태를 테스트한 바 적은 유효마력을 가지면서도 동일한 속도를 나타냄을 알 수 있다. 이로부터 본원발명과 같은 구상선수 선형이 유빙지역에서 종래 구상선수 선형을 가진 아이스 클래스 선박과 비교시 항해 능력이 저하되지 않음을 알 수 있고, 오히려 에너지 효율이 높음을 알 수 있다.

특히 도 3을 참조하면 14노트를 기준으로 할 때 본원발명의 구성선수 선형일때 유효마력(EHP)이 3%나 개선되었음을 알 수 있다. 참고로 EHP는 유효마력으로 선박이 물과 공기의 저항을 극복하고 어떤 속력으로 전진하는데 필요한 마력이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(1) : 선형선수부 (2) : 구상돌기
(21) : 제 1 구상돌기부 (22) : 제 2 구상돌기부
(100) : 오목부 (200) : 제 1 돌출점
(210) : 변곡점부 (300) : 만재 흘수선

Claims (3)

1. 개빙과 유빙환경에서 운항하는 구상선수를 가진 아이스 클래스 선박에 있어서,
   상기 구상선수는 상부에서 하부쪽으로 갈수록 선미쪽으로 후퇴되는 각을 가지는 선형으로 경사 가공된 선형선수부(1)가 형성되고, 선형선수부의 하단부에는 오목부(100)가 형성되어 곡률을 가지면서 선수쪽으로 구상돌기(2)가 돌출되도록 형성하고, 구상돌기(2)는 선수쪽으로 최대 돌출된 제 1 돌출점(200)을 기준으로 상부에 형성된 제 1 구상돌기부(21)가 선수쪽으로 돌출하면서 일 구간에서 상향한 후 하향되는 곡률형상을 가지는 변곡점부(210)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박.
   
2. 청구항 1에서,
   상기 변곡점부는 만재흘수선 보다 상승된 곳에 형성된 것을 특징으로 하는 유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박.
   
3. 청구항 1에서,
   상기 변곡점부는 적어도 만재흘수선에 근접하거나 맞닿은 곳에 형성된 것을 특징으로 하는 유빙 적채를 저감하는 구상선수 구조를 가진 아이스 클래스 선박.

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