KR20160096176A - 선박용 도킹 제어 - Google Patents

Abstract

다중선체 선박의 서스펜션 시스템을 위한 제어 시스템으로서, 선박은 섀시부와, 상기 섀시부에 대하여 이동 가능한 적어도 두 개의 선체를 포함한다. 선박의 서스펜션 시스템은 적어도 두 개의 선체 위에 섀시부의 적어도 일부의 지지대를 제공하고, 조절 가능 지지대와, 지지력의 조절 및/또는 상기 조절 가능 지지대의 변위를 가능하게 할 수 있는 적어도 하나의 모터를 포함한다. 제어 시스템은 고정 또는 부유 구조물과 선박 섀시부 사이의 펜더부상에 마찰력을 나타내는 적어도 하나의 신호를 수신하기 위한 펜더 마찰력 입력을 포함하고, 상기 펜더 마찰력 입력에 대응하여, 상기 제어 시스템은 상기 지지력 및/또는 상기 섀시부와 적어도 두 개의 선체 사이 변위를 조절하여 상기 펜더부 상의 마찰력을 감소시키거나 최소화하기 위한 것이다.

Description

선박용 도킹 제어{DOCKING CONTROL FOR VESSELS}

본 발명은 섀시부 및 하나 이상의 선체를 가지는 선박용 서스펜션 시스템의 개선에 관한 것으로, 특히 섀시부가 고정 또는 부유 구조물에 도킹될 때 서스펜션 시스템의 제어에 관한 것이다.

하나 이상의 선체에 대하여, 적어도 부분적으로, 섀시부를 탄성적으로 및/또는 조절 가능하게 지지하기 위해 서스펜션 시스템(suspension system)을 포함하는 많은 선박들이 알려져 있다. 본 출원인의 미합중국 특허출원 공개공보 US2013/0233225 및 US2013/0233226에는 다중 선체형 선박용 상호연결 서스펜션 시스템에 대한 다양한 구조를 기술하고 있고, 미합중국 특허출원 공개 공보 US2013/0213288에는 대체 유형의 제어 액츄에이터를 기술하고 있다. 본 출원인의 국제특허출원 공개 공보 WO2013/181699에는 주로 쌍동선에 적합한 서스펜션 기하학적 구조(suspension geometry)를 기술하고 있고, WO2014/153600에는 자이로 스태빌라이저를 이용하는 섀시부의 안정화를 기술하고 있다.

이와 같이 섀시부의 서스펜션을 제공하는 진보된 선박 중에서 상업적인 해상 풍력발전 단지에서 가동되고 있는 선박은 아직 없으며, 예를 들면, 여기서 종래의 폐쇄형 터널 강성 쌍동선이 현재 각각의 풍력 터빈을 지지하는 파일런(pylon) 또는 파운데이션(foundation)으로 직원 및 부품들을 운반하는데 가장 흔하게 사용되고 있다. 선박이 파일런에 도달할 때, 선박의 선수(bow)를 파일런의 측으로 밀게 되고, 이것이 선박과 파일런 사이에 충분한 마찰을 발생하여 상대적인 운동을 감소시키게 되어서 선박이 파일런에 도킹된다. 그러면 직원은 상대 운동이 거의 없을 때를 판단하여 가능하면 빨리 선박과 파일런 사이를 이동해야 한다. 이러한 이동 활동은 해양 상태가 악화되면 위험성을 증가시킨다.

이에 이러한 이동의 안전성을 향상하고자 탄성적으로 서스펜션된 섀시부를 갖는 다중선체형 선박을 사용하는 것이 제안되고 있다. 정상 상태에서 파일런에 도킹되는 선박의 개선 성능이 커질수록, 안전 여유도(safety margin)가 커지고, 서비스 운영 일수가 더 높게 될 수 있으며/있거나 서비스 선박이 더 작게 될 수 있어서 해상 풍력발전 단지의 안전성 및 효율성을 향상할 수 있다.

그러므로 서스펜션된 섀시부를 가지는 선박용 제어 시스템을 제공하고, 이 제어 시스템이 파일런과 섀시부의 적어도 일부 사이의 상대 운동을 최소화하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 1 형태에 따르면, 다중선체 선박의 적어도 하나의 시스펜션 시스템을 제어하는 제어 시스템이 제공되며, 상기 선박은 섀시부, 상기 섀시부에 대해 이동 가능한 적어도 두 개의 선체를 포함하고, 상기 서스펜션 시스템은 상기 적어도 두 개의 선체 위에 상기 섀시부의 적어도 일부의 지지대를 제공하고, 상기 서스펜션 시스템은 조절 가능 지지대(예를 들면 유압 램, 공압 스프링 및/또는 전자기 액츄에이터) 및 지지력의 조절 및/또는 상기 조절 가능 지지대의 변위를 가능하게 할 수 있는 적어도 하나의 모터를 포함하고, 상기 제어 시스템은 고정 또는 부유 구조물과 선박 섀시부 사이의 펜더부상에 마찰력을 나타내는 적어도 하나의 신호를 수신하기 위한 펜더 마찰력 입력을 포함하고, 또한 상기 펜더 마찰력 입력에 대응하여, 상기 제어 시스템은 상기 지지력 및/또는 상기 섀시부와 적어도 두 개의 선체 사이의 변위를 조절하여 상기 펜더부상의 마찰력을 감소시키거나 최소화하도록 설치된다.

적어도 하나의 펜더 마찰력 센서가 상기 고정 또는 부유 구조물과 선박 섀시부 사이의 펜더부상에 마찰력을 나타내는 적어도 하나의 신호를 공급하기 위해 제공될 수 있다.

상기 펜더부는 선박의 섀시부에 부착될 수 있다.

상기 제어 시스템은 상기 선박의 섀시부와 고정 또는 부유 구조물 사이의 반력을 나타내는 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 펜더 반력 입력을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면 반력은 마찰력에 직교할 수 있고/있거나 펜더부의 측정된 압축으로부터 발생될 수 있다. 상기 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 펜더 마찰력 입력과 적어도 하나의 펜더 반력 입력에 의해 수신된 신호들에 따라 추진 추력을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 만일 마찰력의 크기가 반력 크기의 소정 퍼센트보다 더 크면, 추력이 증가될 수 있다. 마찬가지로, 마찰력의 시간 평균 크기가 반력 크기의 소정 퍼센트보다 더 작으면, 추력이 감소될 수 있다.

상기 조절 가능 지지대는 상기 섀시부를 실질적으로 수평 자세에 유지하면서 상기 펜더부상의 마찰력을 감소시키거나 최소화하도록 조절될 수 있다.

상기 조절 가능 지지대는 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측 조절 가능 지지대인 4개의 조절 가능 지지대를 포함할 수 있다.

상기 적어도 두 개의 선체는 좌측 및 우측 선체일 수 있으며, 전방 좌측 및 후방 좌측 조절 가능 지지대는 좌측 선체상에 종방향으로 이격되고, 전방 우측 및 후방 우측 조절 가능 지지대는 우측 선체상에 종방향으로 이격된다.

대안적으로, 상기 적어도 두 개의 선체는 전방 좌측 선체, 전방 우측 선체, 후방 좌측 선체 및 후방 우측 선체일 수 있으며, 각각의 전방 좌측 또는 전방 우측 조절 가능 지지대는 상기 섀시부의 전방부와 각각의 선체 사이에 위치되고, 각각의 후방 좌측 또는 후방 우측 조절 가능 지지대는 상기 섀시부의 후방부와 각각의 선체 사이에 위치된다.

상기 선박의 전방 또는 후방 단부가 상기 고정 또는 부유 구조물에 인접하게 되면, 상기 제어 시스템은 상기 섀시부가 피치(pitch)하도록 허용하면서 상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 실질적으로 제거하도록 상기 전방 좌측 및 전방 우측 지지대 및/또는 후방 좌측 및 후방 우측 지지대를 조절할 수 있다. 예를 들어, 선박의 선수가 고정 또는 부유 구조물에 인접하게 되면, 상기 섀시부의 피치 자세는 전방 좌측 및 전방 우측 지지대의 변위를 조절함으로써 조절될 수 있고, 또는 이와 달리 후방 좌측 및 후방 우측 지지대에 대해 반대 방향으로 전방 좌측 및 전방 우측 지지대의 변위를 조절함으로써 조절될 수 있다.

상기 선박의 좌측 또는 우측이 상기 고정 또는 부유 구조물에 인접하게 되면, 상기 제어 시스템은 상기 섀시부가 롤링(roll)하도록 허용하면서, 상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 실질적으로 제거하도록 상기 전방 좌측 및 후방 좌측 지지대 및/또는 전방 우측 및 후방 우측 지지대를 조절할 수 있다. 예를 들어, 선박의 좌측이 고정 또는 부유 구조물에 인접하게 되면, 상기 섀시부의 롤링 자세는 전방 좌측 및 후방 좌측 지지대의 변위를 조절함에 의해 조절될 수 있고, 또는 이와 달리 전방 우측 및 후방 우측 지지대에 대해 반대 방향으로 전방 좌측 및 후방 좌측 지지대의 변위를 조절하는 것에 의해 조절될 수 있다.

상기 펜더부는 상기 고정 또는 부유 구조물에 부착될 수 있다.

본 발명의 제 2 형태에 따르면, 선박의 섀시부를 제어하는 방법이 제공되며, 상기 선박은 상기 섀시부와, 적어도 두 개의 선체 및 상기 적어도 두 개의 선체 위에 상기 섀시부의 적어도 일부의 지지대를 제공하는 서스펜션 시스템, 및 서스펜션 제어 시스템을 포함하고, 상기 서스펜션 제어 시스템은 피도킹 모드(docked mode)를 포함하는 적어도 두 개의 작동 모드를 포함하며, 상기 방법은 상기 선박의 섀시부와 고정 또는 부유 구조물 사이의 펜더부의 마찰력을 감지하는 단계; 및 감지된 마찰력에 대응하여, 상기 펜더부의 마찰력을 감소시키거나 실질적으로 제거하도록 상기 서스펜션 시스템을 조절하는 단계를 포함한다.

상기 방법은 도킹 모드에 진입 또는 퇴장 시를 결정하는 단계를 추가로 포함할 수 있고, 이 단계는 모드 선택기의 피도킹 모드 위치를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 선박의 섀시부와 고정 또는 부유 구조물 사이의 반력을 상기 펜더부에서 감지하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면, 반력은 마찰력에 수직할 수 있고/있거나 펜더부의 측정된 압축으로부터 발생될 수 있다.

이의 대안으로 또는 추가적으로, 상기 피도킹 모드에 진입 또는 퇴장 시를 결정하는 단계는 상기 펜더부에서의 반력을 적어도 하나의 최소 값과 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 적어도 하나의 최소 값은 진입 피도킹 모드값과 퇴장 피도킹 모드값일 수 있고, 상기 진입 피도킹 모드값은 퇴장 피도킹 모드값보다 높다.

상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 실질적으로 제거하도록 서스펜션 시스템을 조절하는 단계는 상기 섀시부와 상기 선박의 적어도 두 개의 선체 사이의 피치 자세를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들면, 만일 선박의 선수가 고정 또는 부유 구조물에 인접하게 되고 선박이 쌍동선이며 좌측 및 우측 선체를 가지면, 섀시부의 피치 자세는 좌측 및 우측 선체의 평균 피치 자세에 대하여 조절될 수 있다. 또는, 선박이 두 개의 전방 선체와 두 개의 후방 선체를 가지는 사쌍동선이면, 섀시부의 피치 자세는, 두 개의 전방 선체와 섀시부 사이의 힘 또는 부하를 증가시키고 두 개의 후방 선체와 섀시부 사이의 힘 또는 부하를 감소시킴으로써 (또는 이와 반대로 함으로써), 적어도 두 개의 선체에 대하여 조절될 수 있다.

이의 대안으로 또는 추가적으로, 상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 실질적으로 제거하도록 서스펜션 시스템을 조절하는 단계는 상기 선박의 적어도 두 개의 선체에 대하여 상기 섀시부의 상하동요 자세를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.

추가적으로 또는 이의 대안으로, 상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 실질적으로 제거하도록 서스펜션 시스템을 조절하는 단계는 상기 섀시부와 상기 선박의 적어도 두 개의 선체 사이의 롤 자세를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들면, 만일 선박의 측면이 고정 또는 부유 구조물에 인접하게 되고, 선박이 좌측 및 우측 선체를 가지는 쌍동선이면, 섀시부의 롤 자세는, 좌측 선체와 섀시부 사이의 힘 또는 거리를 증가시키고 우측 선체와 섀시부 사이의 힘 또는 거리를 감소시킴으로써 (또는 이와 반대로 함으로써), 좌측 및 우측 선체에 대하여 조절될 수 있다. 또는, 선박이 두 개의 좌측 선체와 두 개의 우측 선체를 가지는 사쌍동선이면, 섀시부의 롤 자세는, 두 개의 좌측 선체와 섀시부 사이의 힘 또는 거리를 증가시키고 두 개의 우측 선체와 섀시부 사이의 힘 또는 거리를 감소시킴으로써 (또는 이와 반대로 함으로써), 적어도 두 개의 선체에 대하여 조절될 수 있다.

상기 펜더부는 상기 선박의 섀시부에 부착되거나, 또는 상기 펜더부는 고정 또는 부유 구조물에 부착될 수 있다.

본 발명은 첨부 도면에 예시된 바와 같이, 하나 이상의 특징을 가지는 다수의 구체적 실시예에 관한 다음의 설명으로부터 더욱 용이하게 이해될 것이다. 다른 구성 또는 실시예가 가능하므로, 그의 첨부 도면과 그의 설명의 제공은 상술한 본 발명의 설명내용을 제한하는 것으로 해석하지 않아야 된다.

도면들에서,
도 1은 서스펜션을 포함하는 다중선체 선박이 파일런에 도킹된 측면 개략도이다.
도 2는 도 1의 선박의 일부의 평면도이다.
도 3은 도 1의 일부의 부분도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 시스템을 포함하는 선박의 개략 도이다.
도 5는 제 1 조절 위치에 있는 도 1의 선박의 측면 개략도이다.
도 6은 제 2 조절 위치에 있는 도 1의 선박의 측면 개략도이다.
도 7은 제 3 조절 위치에 있는 도 1의 선박의 측면 개략도이다.
도 8은 제 4 조절 위치에 있는 도 1의 선박의 측면 개략도이다.

먼저 도 1을 참조하면, 서스펜션을 포함하는 선박(1)이 도시되며, 상기 선박은 파일런 또는 파운데이션 또는 다른 고정 또는 부유 구조물(2)에 인접해 있다. 수면(3)은 단파장과 장파장은 선박 피치에 거의 영향을 미치지 않기 때문에 간단히 평평하게 도시되어 있다.

선박은 본체 또는 섀시부(10) 및 적어도 하나의 선체(11)를 가지며, 프론트 리딩 아암(12)과 같은 서스펜션 기하학적 구조에 의해 섀시부(10)에 대하여 선체(11)의 수직, 즉 상하동요(heave) 및 피치 운동을 가능하게 하도록 위치된다. 일반적으로, 이러한 유형의 선박은 예를 들면, 좌측 선체와 우측 선체를 가지는, 쌍동선이며, 도 1에서는 우측 선체(11)만이 보인다. 이러한 유형의 선박은 본 출원인의 국제특허공개 WO2013/181699에 기술되어 있고, 이의 상세한 내용은 본 명세서에서 참고로 포함된다. 또한 서스펜션 시스템은 선체(11)와 섀시부(10)의 전방부 및 후방부 사이에 전방 및 후방 액츄에이터(13)(14)를 포함하고 있다. 액츄에이터의 구성과 상호연결의 예는 본 출원인의 미합중국 특허출원 공개 US2013/0233225와 US2013/0233226 및 호주 가출원 2014904806에서 볼 수 있고, 다른 액츄에이터의 사용은 미합중국 특허출원 공개 US2013/0213288에 개시되어 있고, 이들의 상세한 내용은 본 명세서에서 참고로 포함된다.

승객 및/또는 화물이 선박(1)과 파일런(2)사이를 이동할 때, 둘 사이의 상대 운동을 제한하거나 방지하는 것이 바람직하다. 예시된 실시예에 있어서, 사다리(21)는 파일런(2)의 메인 바디(20)의 일측에 고정되고, 또한 상기 사다리는 도 2의 평면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 사다리의 어느 일측의 수직 폴(22)에 의해 보호된다. 이러한 유형의 구성은 통상 추진 시스템(15)의 추력을 사용하여 폴(22)에 대한 선박의 펜더부(16)를 구동하며, 펜터부(16)의 형상은 파일런에 대한 선박의 측면 위치를 제공하도록 설계되며, 흔히 선박의 섀시부(10)와 사다리(21) 사이를 이동하는 승객의 이동을 위한 계단이 될 수 있는 부분을 포함하고 있다.

또한 데크상의 한 위치 또는 심지어 전체 데크를 일정한 높이 또는 위치에 유지하기 위한 제어 시스템의 사용이 알려져 있다. 하지만, 선박(1)과 파일런(2)과 같은 구조물 사이에 접촉이 이루어지고 유지되면, 종래의 제어 시스템의 사용은 접촉점이 수직으로의 이동이 억제되기 때문에 대체로 부적합하다. 소프트 피치 강성을 가지는 서스펜션 시스템의 사용이 가능하며, 이는 선박 섀시부와 폴 사이의 수직력의 크기, 즉 주로 마찰력의 크기를 감소시켜서 안전한 이동을 보조한다. 도 3은 선박과 파일런 사이(섀시부(10)의 펜더부(16)로부터 폴(22)까지)의 반력 F_R 및 마찰력 F_F을 갖는 파일런(2)에 대한 선박(1)의 전방을 나타낸다. 본 실시예에 있어서, 펜더부(16)는 선박의 일부로서, 마찰력 센서 및 반력 센서를 용이하게 내포할 수 있다. 이러한 센서들은 다수의 스트레인 게이지 또는 변위 센서를 포함할 수 있고, 그 출력은 마찰력 신호 또는 반력 신호를 제공하도록 처리된다. 이와 달리, 반력 센서는 펜더부(16)의 종방향 압축만을 단순하게 측정할 수 있다.

도면 전반을 통해 균등한 부품들에는 유사한 도면부호가 부여되어 있다.

도 4는 전방 좌측 선체(41), 전방 우측 선체(42), 후방 좌측 선체(43) 및 후방 우측 선체(44)를 가지는 사쌍동선에 대한 제어 시스템(40)을 나타내며, 각각의 선체는 위시본(wishbone) 또는 다른 적절한 서스펜션 기하학적 구조에 의해 본체(45)에 연결되어 있다. 섀시부(10)는, 비록 단일 액츄에이터가 사용될 수 있지만, 각각의 위치본과 섀시부 사이의 한 쌍의 평행 액츄에이터(13) 또는 (14)에 의해 전방과 후방 선체들 상부에 지지된다. 각 쌍의 각각의 액츄에이터는 상호연결된 전방 쌍의 액츄에이터와 후방 쌍의 액츄에이터를 형성하여 측면으로 연결된다. 유체가 상호연결된 전방 쌍의 액츄에이터와 후방 쌍의 액츄에이터 사이에 이동되도록 펌프(46)가 설치되고, 상기 펌프는 양방향성이며, 섀시부(10)의 피치 자세가 조절될 수 있도록 가역 모터(47)에 의해 구동된다. 제어 시스템(40)은 펜더 마찰 센서(49), 서스펜션 시스템 변위 및/또는 압력 센서(50), 섀시부의 자세를 검출할 수 있는 가속도계(51) 및 선수 높이 센서(52)와 같은 다수의 센서로 부터의 입력을 수신할 수 있는 전자 제어 유닛(48)을 포함한다. 본 실시예에서 사쌍동선에 대해 도시되었지만, 제어 시스템(40)은 도 1 내지 3의 쌍동선에 대한 사용에 대해서도 매우 유사할 것이다.

도 1 내지 도 3의 쌍동선의 서스펜션 시스템의 제어로 돌아가서, 만일 마찰력이 측정되어 제어 시스템에 대한 입력으로서 사용되면, 서스펜션은 마찰력을 최소화하도록 제어될 수 있으며, 그에 의해 섀시부(10)와 폴(22) 사이의 미끄러짐에 대한 훨씬 더 큰 안전 여유도를 제공한다.

예를 들면, 선박 폴 접촉의 동적 시뮬레이션이 종래(즉, 서스펜션 록킹); 수동(passive) 소프트 피치 서스펜션; 접촉까지의 능동(active) 높이 제어; 및 능동 힘 제어의 4 상태로 샘플 선박에 대해 실행되었다. 4.8초 주기의 +/- 300mm 파동이 선박에 대한 입력 헤드이고 추진 시스템의 추력은 50%로 설정되었다.

종래의 선박 폴 접촉 시뮬레이션에 있어서, 서스펜션이 종래의 고정 선체 쌍동선에 대한 느슨한 비교를 허용하도록 견고하게 로킹되었다. 물이 선체들과 본체 사이를 흐를 수 있기 때문에, 폐쇄된 터널을 가지는 종래의 쌍동선보다 더 좋은 결과를 여전히 제공할 것이다. 종래의 선박이 폴과 접촉한 후에는, 선박의 섀시부상의 펜더부가 초기 폴 접촉 위치로부터 350mm 더 높은 정상 상태 위치로 미끄러지기 때문에, 대략 3초 후에 높이의 초기 스윙이 있게 되어서, 폴상의 선수 상방 높이 옵셋을 초래하게 된다. 종래의 선박 모델에 대한 정상 상태 마찰력 스윙은 13kN이다.

수동 소프트 피치 선박 폴 접촉 시뮬레이션에 있어서, 선박이 폴과 접촉한 후, (30% 정도 더 작지만) 초기 접촉 위치로부터 대략 250 mm 더 높은 정상 상태 위치까지의 수직 미끄러짐이 재차 폴상에 있다. 정상 상태 마찰력 스윙은 9kN으로 약 30% 정도 감소된다. 서스펜션 시스템의 피치 강성은, 예컨대 본 출원인의 상술한 선행 참고 문헌들로부터 알 수 있는 바와 같이, 롤 강성보다 더 낮을 수 있다.

구조물(즉, 파일런)에 대한 선수 높이를 측정하고, 이를 시간의 흐름에 따라 평균하면, 설정 포인트가 선택될 수 있고, 뒤이어서 섀시부가 폴을 접촉할 때 섀시부의 선수 높이가 설정 포인트로 능동적으로 제어될 수 있다. 접촉이 이루어지자 마자, 능동 선수 높이 제어는 비활성화될 수 있고, 서스펜션 시스템의 피치 컴플라이언스는 파도들을 흡수할 수 있다. 이러한 시뮬레이션에 있어서, 폴(22)상의 섀시부(10)의 미끄러짐을 무시할 수 있다. 이 경우에 6kN이거나, 종래의 선박 시뮬레이션의 힘 스윙의 50% 미만의 정상 상태 마찰력 스윙이 있다.

하지만, 폴을 접촉하기 전에 능동 선수 높이 제어의 이용에 추가하여, 제어 시스템이 능동 힘 제어, 즉 본 실시예에서 섀시부와 파일런 사이의 마찰력에 따르는 서스펜션 시스템의 피치 모드에서의 제어로 스위치하면, 가장 안전한 접촉이 가능하다. 이 경우에, 다시 폴(22)상의 섀시부(10)의 미끄러짐을 무시할 수 있지만, 가장 중요하게는, 정상 상태 마찰력 스윙이 바로 2kN로 감소시키거나 종래의 선박 시뮬레이션의 힘 스윙의 대략 15%로 감소된다. 이는 분명히 섀시부의 선수와 파일런(2)의 폴(22)사이에 최소 운동(minimal motion)을 제공할 뿐만 아니라 충분한 안전 여유도도 제공한다.

섀시부가 각각의 파도 사이클에서 파일런에 대하여 미끄러지는 진폭으로 파도 높이가 증가되어 정상 상태 위치를 유지할 수 없으면, 종래의 선박 제한 파도 진폭은 325mm이고, 수동 소프트 피치 선박 제한 파도 진폭은 425mm이고, 접촉까지 제어되고 있는 능동 선수 높이 선박은 500mm의 제한 파도 진폭을 가지고, 제어 입력으로서 마찰력을 이용하는 능동 힘 제어 선박은 600mm 또는 종래 선박의 파도 높이의 거의 두 배의 제한 파도 진폭을 가진다.

상기 모델화된 예에서, 섀시부는 도 5 및 6에 도시된 바와 같이 피치하도록 허용되며, 섀시부(10)의 펜더부(16)는 파일런(20)상의 폴(22)과 고정 접촉점을 유지한다. 도 4의 제어 시스템은 섀시부의 피치가 허용되는 제어 형태를 제공한다. 섀시부와 파일런과 같은 구조물 사이의 접촉 전에, 선수 높이 센서(52)는 구조물에 대한 선수 높이를 측정하는데 사용될 수 있고, 그 선수 높이의 평균은 선수 높이 설정 포인트를 결정하는데 사용될 수 있다. 펌프(46)는 전자 제어 유닛(48)과 모터(47)에 의해 작동되어 섀시부(10)의 펜더부(16)가 파일런(20)의 폴(22)과 도킹될 때까지 설정 포인트에 선수 높이를 유지한다. 액츄에이터가 행정 한계에 이를 때까지 상하동요 또는 다른 특성을 가지는 선수 높이 제어를 제공하기 위해, 가속도계(51) 및/또는 서스펜션 시스템 변위 및/또는 압력 센서(50)를 사용하는 것이 가능하다. 선박이 폴과 접촉하면, 펜더 반응 센서(도시하지 않음)는, 선수 높이가 상하 조절될 필요가 있는지, 그리고 만일 그렇다면 어떤 크기로 조절되어야 하는지를 결정하는데 펜더 마찰력 센서(49)로부터 출력을 취하여, 접촉 반력이 선수 높이 제어로부터 마찰력 제어까지의 제어 알고리즘을 변경하기에 충분한지를 결정하는데 사용될 수 있다. 다시 펌프(46)가 전자 제어 유닛(48)과 모터(47)에 의해 작동될 수 있으며 조절 가능한 지지대(13)(14)를 조절하여 선체와 섀시부 사이의 피치 힘 또는 변위를 제공하고 섀시부(10)의 펜더부(16)가 파일런(20)의 폴(22)과 접촉하는 동안에 펜더 마찰력을 감소시킨다.

이러한 방법으로 섀시부가 피치를 하도록 허용하는 것은 큰 진폭의 수면(3) 높이 변화에 대해 정상 높이로 선수를 유지하는 한편에, 피칭 대신에, 도 7 및 8에 도시된 바와 같은 섀시부(10) 레벨, 즉 수평을 유지하는 것은 승객의 안락함을 향상시키면서도 수면 높이 변화의 진폭은 감소시킨다. 고정 선체 쌍동선을 이용하면 선박이 어느 정도 피칭하기 때문에, 제어 시스템이 섀시부의 상하동요와 함께 적어도 어느 정도의 피칭을 도킹 제어에 포함하도록 허용하는 것이 안락함의 관점에서 허용 가능하고 성능적인 관점에서 유용할 수 있다.

선박의 섀시부에 고정되는 대신에, 대안으로 펜더부는 파일런에 고정될 수 있고, 예를 들면, 파일런 부하 이력 시스템의 일부를 형성할 수 있고, 마찰 신호 및/또는 반력 신호는 선박 제어 시스템에 의해 입력으로서 사용을 위해 전송된다.

제어 시스템은 서스펜션 시스템이 선박의 섀시부와 파일런의 폴 사이의 펜더부에서 적어도 마찰력에 따라 제어되는 도킹 또는 피도킹 모드를 포함할 수 있다. 모드 선택기와 같은 사용자 제어 입력은 선박이 파일런과 도킹되는 것을 판단하기 위해 마찰력의 감지 또는 반력의 바람직한 감지를 초기화하는데 사용될 수 있다. 모드 선택기는 터치 스크린 또는 다른 입력 장치상의 스위치 또는 입력일 수 있다. 또는, 피도킹 모드는 추진 추력, 속도 또는 GPS 위치와 같은 다른 입력과 단독 또는 조합하여 마찰력을 이용해서 검출될 수 있다.

마찰력은 다른 것들 중에서 반력의 함수이기 때문에, 마찰력이 높거나 반력의 소정 비율, 즉 45, 50, 60를 초과 또는 예를 들면 반력의 75%를 초과하는 범위로 스윙하여 안전 여유도를 유지하는 경우에는, 반력을 증가시키는 것이 바람직하다. 선박의 추진 시스템의 추력을 제어 시스템에 의해 조절하여 반력을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라서 선박 운항의 안전 여유도를 증가시킬 수 있다. 마찬가지로, 최대 마찰력이 소정 비율(즉 문턱값), 예를 들면, 반력의 20 또는 30%보다 적으면, 선박의 추진 시스템의 추력은 제어 시스템에 의해 조절될 수 있으며 반력을 감소시키고, 이에 따라서 선박 운항의 효율을 증가시킬 수 있다. 이러한 문턱값은 이동하는 승객이 있는지, 선박의 이동을 위한 준비가 바로 되어있는 지에 따라 변할 수 있다. 예를 들면, 선박의 파일롯(pilot) 또는 이동이 임박한 선박의 데크상의 누군가가 버튼 또는 다른 입력 장치를 누를 수 있거나, 또는 이동이 발생하고 있는 동안에, 자동 센서가 이동 활동을 탐지하여 문턱값, 즉 안전 여유도를 증가하도록 선택할 수 있지만, 선박은 이동을 준비하는 동안 연료 효율 문턱값을 이용하여 작동할 수 있다.

선박이 파일런으로부터 떨어져 물러나서 파일런과 접촉을 상실하게 되면, 반력 센서와 같은 하나 이상의 센서를 사용하여 이를 검출하고 마찰력에 따른 피도킹 모드를 자동으로 퇴장할 수 있다.

제어 시스템은 도킹 전의 선수 높이 제어와 같은 서스펜션 제어의 다른 모드들 및 잠재적으로 예를 들어 해양 상태 또는 속도에 따른 다중 트랜짓(transit) 모드일 수 있는 적어도 하나의 트랜짓 모드를 포함할 수 있다.

서스펜션 시스템의 액츄에이터는 독립적이거나 상호 연결된 유압 또는 공압 램 또는 전자석 액츄에이터 또는 다른 공지된 형태의 조절 가능 지지대일 수 있다. 적어도 하나의 모터가 조절 가능 지지대의 조절, 즉 유압 또는 공압 펌프를 구동하는 모터 또는 리니어 전기 모터의 조절을 구동하도록 제공되어야 한다. 코일 스프링 또는 에어 스프링 등의 추가 지지대가 제공될 수 있다. 조절 가능 지지대가 조절되면, 지지대는 길이를 변화시킬 수 있고, 즉, 섀시부와 적어도 두 개의 선체 사이에 변위를 일으키거나, 또는 힘을 변화시킬 수 있으며, 즉, 지지력은 입력 및 다른 지지대에 따라, 변위의 발생 또는 발생이 없이 변화한다.

서스펜션 시스템은 선체 위의 섀시부의 지지대 모두를 제공할 수 있고, 또는 대안으로, 예컨대 섀시부가 물에 접하는 선체부(water-engaging hull portion)를 포함하면, 서스펜션 시스템은 선체에 대하여 섀시부의 일부 지지만을 제공한다.

본 발명은 쌍동선에 대해 설명하고 있고, 대부분 실시예에서 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측 조절 가능 지지대들인 4개의 조절 가능 지지대를 포함한다 하더라도, 다른 다수의 선체를 가지는 선박에 적용될 수 있다. 각각의 조절 가능 지지대는 둘 이상의 액츄에이터 또는 탄성 지지대를 포함할 수 있다. 예를 들면, 쌍동선 상에서, 전방 좌측 조절 가능 지지대는 후방 좌측 조절 가능 지지대로부터 종방향으로 이격되며, 서스펜션 아암을 통하는 것과 같이 직접적 또는 간접적으로 좌측 선체와 섀시부 사이에 연결된다. 마찬가지로, 전방 우측 및 후방 우측 조절 가능 지지대는 우측 선체 상에서 종방향으로 이격되어 있으며, 둘 모두는 우측 선체와 섀시부 사이에 직접적 또는 간접적으로 연결된다. 전방 (좌측 및 우측) 조절 가능 지지대는 섀시부의 전방부의 적어도 부분적인 지지를 제공하는 반면에 후방 조절 가능 지지대는 섀시부의 후방부의 적어도 부분적인 지지대를 제공한다.

본 발명의 마찰력에 근거한 제어 시스템은 전방 좌측 조절 가능 지지대가 전방 좌측 선체와 섀시부 사이에 연결되고, 전방 우측 조절 가능 지지대가 전방 우측 선체와 섀시부 사이에 연결되고, 후방 좌측 조절 가능 지지대가 후방 좌측 선체와 섀시부 사이에 연결되고, 후방 우측 조절 가능 지지대가 후방 우측 선체와 섀시부 사이에 연결되는 사쌍동선에 적용될 수 있다.

도면에 대한 위의 기재 내용은 파일런 또는 다른 고정 또는 부유 구조물을 접촉하는 선박의 선수를 예로서 설명하였지만, 선미(stern)가 파일런 또는 다른 고정 또는 부유 구조물을 접촉하더라도 사용될 수 있다. 마찬가지로, 선박의 좌측 또는 우측은 섀시부와 파일런 또는 다른 고정 또는 부유 구조물 사이에 도킹 영역을 포함할 수 있다. 도킹 영역이 선박의 좌측 또는 우측에 있으면, 섀시부는 도 5 및 6에서 실시예의 피치 대신에 롤링하도록 허용될 수 있다.

당업자에게 자명한 바와 같은 개량 및 변형은 본 발명의 범위내에 포함되는 것으로 간주된다.

Claims (21)

1. 다중선체 선박의 적어도 하나의 시스펜션 시스템을 제어하는 제어 시스템에서,
   상기 선박은 섀시부, 상기 섀시부에 대하여 이동 가능한 적어도 두 개의 선체를 포함하고,
   상기 서스펜션 시스템은 상기 적어도 두 개의 선체 위에 상기 섀시부의 적어도 일부의 지지대를 제공하고, 상기 서스펜션 시스템은 조절 가능 지지대와, 상기 조절 가능 지지대의 지지력의 조절 및/또는 변위를 가능하게 할 수 있는 적어도 하나의 모터를 포함하고,
   상기 제어 시스템은 고정 또는 부유 구조물과 선박 섀시부 사이의 펜더부상에 마찰력을 나타내는 적어도 하나의 신호를 수신하기 위한 펜더 마찰력 입력을 포함하고,
   상기 펜더 마찰력 입력에 대응하여, 상기 제어 시스템은 상기 지지력 및/또는 상기 섀시부와 상기 적어도 두 개의 선체 사이의 변위를 조절하거나 또는 상기 펜더부 상의 마찰력을 최소화하도록 배치되는,
   제어 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정 또는 부유 구조물과 상기 선박 섀시부 사이의 펜더부상에 마찰력을 나타내는 상기 적어도 하나의 신호를 제공하기 위한 적어도 하나의 펜더 마찰력 센서를 추가로 포함하는 제어 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 펜더부는 상기 선박의 상기 섀시부에 부착되는 제어 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 선박의 상기 섀시부와 상기 고정 또는 부유 구조물 사이에 반력을 나타내는 신호를 수신하기 위한 적어도 하나의 펜더 반력 입력을 추가로 포함하는 제어 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 제어 시스템은 상기 적어도 하나의 펜더 마찰력 입력과 상기 적어도 하나의 펜더 반력 입력에 의해 수신된 신호들에 따라 추진 추력을 증가시키거나 또는 감소시키는 제어 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 조절 가능 지지대는 상기 섀시부를 실질적으로 수평 자세에 유지하면서 상기 펜더부상의 마찰력을 감소시키거나 최소화하도록 조절되는 제어 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 조절 가능 지지대는 전방 좌측, 전방 우측, 후방 좌측 및 후방 우측 조절 가능 지지대인 4개의 조절 가능 지지대를 포함하는 제어 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 선체는 좌측 선체 및 우측 선체이며, 상기 전방 좌측 및 후방 좌측 조절 가능 지지대는 좌측 선체상에서 종방향으로 이격되고, 또한 상기 전방 우측 및 후방 우측 조절 가능 지지대는 우측 선체상에 종방향으로 이격되는 제어 시스템.
9. 제7항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 선체는 전방 좌측 선체, 전방 우측 선체, 후방 좌측 선체 및 후방 우측 선체이며, 상기 각각의 전방 좌측 또는 전방 우측 조절 가능 지지대는 상기 섀시부의 전방부와 각각의 상기 선체 사이에 위치되고, 각각의 상기 후방 좌측 또는 후방 우측 조절 가능 지지대는 상기 섀시부의 후방부와 각각의 상기 선체 사이에 위치되는 제어 시스템.
10. 제7항에 있어서, 상기 선박의 전방 또는 후방 단부는 상기 고정 또는 부유 구조물에 인접하고, 상기 제어 시스템은 상기 섀시부가 피치하도록 허용하면서 상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 또는 실질적으로 제거하도록 상기 전방 좌측 및 전방 우측 지지대 및/또는 상기 후방 좌측 및 후방 우측 지지대를 조절하는 제어 시스템.
11. 제7항에 있어서, 상기 선박의 좌측 또는 우측이 상기 고정 또는 부유 구조물에 인접할 때, 상기 제어 시스템은 상기 섀시부가 롤링하도록 허용하면서 상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 또는 실질적으로 제거하도록 상기 전방 좌측 및 후방 좌측 지지대 및/또는 전방 우측 및 상기 후방 우측 지지대를 조절하는 제어 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 펜더부는 상기 고정 또는 부유 구조물에 부착되는 제어 시스템.
13. 선박의 섀시부를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 선박은 상기 섀시부, 적어도 두 개의 선체 및 상기 적어도 두 개의 선체 위에 상기 섀시부의 적어도 일부의 지지를 제공하는 서스펜션 시스템, 및 서스펜션 제어 시스템을 포함하고,
    상기 서스펜션 시스템은 피도킹 모드를 포함하는 적어도 두 개의 작동 모드를 포함하며,
    상기 피도킹 모드에 있어서, 상기 방법은:
    상기 선박의 상기 섀시부와 고정 또는 부유 구조물 사이의 펜더부의 마찰력을 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 마찰력에 대응하여, 상기 펜더부의 마찰력을 감소시키거나 또는 실질적으로 제거하도록 상기 서스펜션 시스템을 조절하는 단계를 포함하는 방법.
14. 제13항에 있어서,
    상기 피도킹 모드에 진입 또는 퇴장 시를 결정하는 단계를 추가로 포함하고, 모드 선택기의 도킹 모드 위치를 감지하는 단계를 포함하는 방법.
15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 선박의 상기 섀시부와 상기 고정 또는 부유 구조물 사이의 반력을 상기 펜더부에서 감지하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 피도킹 모드에 진입 또는 퇴장 시를 결정하는 단계는 상기 펜더부에서의 반력을 적어도 하나의 최소 값과 비교하는 단계를 포함하는 방법.
17. 제13항에 있어서, 상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 또는 실질적으로 제거하도록 상기 서스펜션 시스템을 조절하는 단계는 상기 섀시부와 상기 선박의 적어도 두 개의 선체 사이의 피치 자세를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
18. 제13항에 있어서, 상기 펜더부의 수직력을 감소시키거나 또는 실질적으로 제거하도록 상기 서스펜션 시스템을 조절하는 단계는 상기 선박의 상기 적어도 두 개의 선체에 대하여 상기 섀시부의 상하동요 자세를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
19. 제13항에 있어서, 상기 펜더부의 상기 수직력을 감소시키거나 또는 실질적으로 제거하도록 상기 서스펜션 시스템을 조절하는 단계는 상기 섀시부와 상기 선박의 적어도 두 개의 선체 사이의 롤링 자세를 조절하는 단계를 포함하는 방법.
20. 제13항에 있어서, 상기 펜더부가 상기 선박의 상기 섀시부에 부착되는 방법.
21. 제13항에 있어서, 상기 펜더부가 상기 고정 또는 부유 구조물에 부착되는 방법.

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