KR20170002984A

KR20170002984A - 활주선 선형

Info

Publication number: KR20170002984A
Application number: KR1020150093010A
Authority: KR
Inventors: 최지훈; 최인식; 정우철
Original assignee: (주)대원마린텍; 최지훈; 최인식; 인하공업전문대학산학협력단
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-09
Also published as: KR101720125B1

Abstract

활주선의 선형이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 유체 동역학적 양력(hydrodynamic lift)에 의해 선체 하중이 지지되는 활주(planning) 상태로 운항 가능한 활주선의 선형에 있어서, 선수 측 단부에 파랑관통형 에지를 구비하고, 평면상 삼각형 형태를 이루도록 형성된 선수부; 및 선체 좌우 측면에 상호 대칭되도록 한 쌍이 구비되며, 각각 선수 측의 전단으로부터 선미 측의 후단까지 연장 형성되되, 상기 전단은 미드쉽(Midship)을 중심으로 선수 또는 선미 방향으로 전체 수선길이(Length of Water Line)의 10% 범위에 배치되며, 상기 전단에서 상기 후단으로 갈수록 소정정도 하향 경사지게 형성된 고정식 핀;을 포함하는 활주선 선형이 제공될 수 있다.

Description

활주선 선형 {HULL OF PLANING SHIP}

본 발명은 선박의 선형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체 동역학적 양력에 의해 선체가 부양 가능한 활주선의 선형에 관한 것이다.

선박의 선체는 크게 배수량형(displacement hull)과 활주형(planning hull)으로 구분될 수 있다. 배수량형 선박은 선체 하중을 부력을 통해 지지하는 방식으로 대형 선박이나 일반 상선 등에서 통상적으로 채용되고 있다. 배수량형 선박은 부력에 의해 지지된 상태로 추진수단에 의해 물을 밀어내며(pushing) 전진하게 되는데, 이러한 경우 유체 저항에 의해 선형에 따른 최대 속도의 제약이 있게 된다. 즉, 통상적으로 배수량형 선박은 선형을 기초로 산정된 이론적 최대 속도인 헐 스피드(hull speed)에 제한이 있게 된다. 따라서 통상 배수량형 선박은 운항 속도가 헐 스피드 이하인 상대적으로 저속의 선박에 채용되고 있으며, 헐 스피드 이하의 범위에서는 효율이 높은 것으로 알려져 있기 때문에, 고속 운항이 불필요한 대형 선박이나 일반 상선 등에서 흔히 사용되고 있다.

한편, 배수량형 선박과 구분되는 타입으로 활주형 선박이 알려져 있다. 활주형 선박은 선체 하중이 주로 유체 동역학적 양력(hydrodynamic lift)에 의해 지지된 상태로 운항 가능한 타입으로, 배수량형 선박과 같은 헐 스피드의 제약이 없기 때문에 주로 고속선에서 채용되고 있다. 이와 같은 활주형 선박은 선미 트림(trim by the stern)을 통해 선저의 활주면으로 양력을 발생시키게 되며, 이로 인해 선체가 부양되고 침수면적이나 마찰저항이 감소되어 선형에 따른 헐 스피드의 제약을 극복 가능하게 된다. 통상 활주형 선박은 3가지 모드로 운항 가능하게 되는데, 정지나 저속 상태일 경우 일반적인 배수량형 선박과 같이 부력에 의해 선체가 지지되게 되며, 속도가 점차 증가됨에 따라 트림이 증가되는 천이 모드(semi-planing 또는 transitional mode)를 거쳐, 유체 동역학적 양력에 의해 선체 하중이 대부분 지지되는 활주 모드(planning mode)로 운항되게 된다.

상기와 같은 활주형 선박은 고속선을 구현할 수 있는 이점이 있어 개인용 워터 크래프트(Personal Water Craft, PWC)나 각종 레저용 선박 등에 널리 사용되고 있으나, 잔잔한 수면이 아닌 악천후 상태에서의 운항이나 파랑 중의 운항시에는 승선감이 급격히 저하되는 문제점이 있게 된다. 즉, 악천후시 선체 동요가 심하게 발생될 수 있으며 내파 성능이 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 일반적으로 활주형 선박은 파랑 중에 선수나 선저에 슬래밍(slamming)이 빈번하게 발생될 수 있으며, 이로 인해 충분한 강도의 선체 구조가 요구되어 대형선 등으로의 적용을 어렵게 하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명의 실시예들은 활주선의 내파 성능을 증대시키고 파랑 중 운항 안정성을 향상시킬 수 있는 활주선의 선형을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 유체 동역학적 양력(hydrodynamic lift)에 의해 선체 하중이 지지되는 활주(planning) 상태로 운항 가능한 활주선의 선형에 있어서, 선수 측 단부에 파랑관통형 에지를 구비하고, 평면상 삼각형 형태를 이루도록 형성된 선수부; 및 선체 좌우 측면에 상호 대칭되도록 한 쌍이 구비되며, 각각 선수 측의 전단으로부터 선미 측의 후단까지 연장 형성되되, 상기 전단은 미드쉽(Midship)을 중심으로 선수 또는 선미 방향으로 전체 수선길이(Length of Water Line)의 10% 범위에 배치되며, 상기 전단에서 상기 후단으로 갈수록 소정정도 하향 경사지게 형성된 고정식 핀;을 포함하는 활주선 선형이 제공될 수 있다.

이때, 상기 파랑관통형 에지는 측면상 설계흘수선(DWL, Designed Water Line)에 대해 직교하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 선수부는 선수 수선(FP, Forward Perpendicular)으로부터 전체 수선길이의 30% 이상에 이르는 범위로 형성되며, 선측면과 선저면의 경계를 이루는 차인(chine)이 생략된 형태로 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정식 핀은 상기 전단이 설계흘수선 이하로 배치되고, 상기 후단이 선미 측 단부의 트랜섬(Transom)과 일치하도록 연장 형성되며, 상기 전단에서 상기 후단으로 갈수록 좌우방향 폭이 넓어지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 활주선 선형은 선미부를 더 포함하되, 상기 선미부는 평면상 상기 파랑관통형 에지를 꼭지점으로 하고 좌우현의 선측면을 각 변으로 하는 삼각형 형상이 선미 방향으로 연장되어 형성되며, 선미 측 단부에 상기 삼각형 형상의 다른 한 변을 이루는 트랜섬을 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 활주선 선형은, 삼각형 형태로 뾰족하게 돌출된 형태의 선수부를 통해 파랑을 관통함으로써, 활주선의 내파 성능을 증대시키고 파랑 중 운항 안정성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 활주선 선형은 고정식 핀을 구비함으로써, 파랑 관통 성능을 위한 선수부의 형상 변형(차인 생략 등)에도 불구하고 안정정인 항주자세 제어가 가능하며 저항성능 또한 개선할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활주선 선형을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 활주선 선형의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 활주선 선형의 측면도이다.
도 4는 고정식 핀의 부착 또는 미부착에 따른 저항성능 및 운항자세를 모형 시험한 결과이다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 활주선 선형을 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 활주선 선형의 평면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 활주선 선형의 측면도이다.

도 1 내지 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 활주선 선형(100)은 선수부(110)를 포함할 수 있다. 이때, 선수부(110)는 선수 측 단부에 파랑관통형 에지(111)를 구비하고 평면상 대략 삼각형 형태로 뾰족하게 돌출 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 2의 평면도에 도시된 바와 같이, 선수부(110)는 선수 측 단부에 형성된 파랑관통형 에지(111)를 꼭지점으로 좌우현의 선측면(112, 113)이 각각 한 변을 이루도록 선미 방향으로 연장되어 평면상 대략 삼각형 형태를 이루도록 형성될 수 있다. 또한, 도 3의 측면도에 도시된 바와 같이, 선수 측 단부의 파랑관통형 에지(111)는 측면상 설계흘수선(DWL, Designed Water Line)에 대략 직교하도록 연장 형성될 수 있다. 이와 같은 뾰족한 삼각형 형태의 선수부(110)는 선체가 파랑을 뚫고 지나갈 수 있도록 하여 파랑 중 활주선의 운항 안정성을 향상시키게 된다.

또한, 본 실시예에 따른 활주선 선형(100)에 있어서 선수부(110)는 차인(chine)을 구비하지 않을 수 있다. 이때, 상기의 차인은 선측면과 선저면이 교차되는 모시리 부위로 너클(knuckle)로 지칭되기도 하며, 통상의 활주선 선형에 있어서 선수에서 선미에 이르도록 연장 형성되게 된다. 다만, 본 실시예에 따른 활주선 선형(100)의 경우, 도 1의 횡단면(A)에 도시된 바와 같이 평평한 선저면이 존재하지 않는 형태로 선수부(110)가 아래(즉, 선저 측)로도 뾰족한 형상으로 형성될 수 있으며, 선측면과 선저면의 경계를 이루는 차인이 존재하지 않을 수 있다. 이와 같은 선수부(110)의 형상은 전술한 바와 같이 선체가 파랑을 관통하여 파랑 중 운항 안정성을 향상시키기 위함이며, 다만, 본 실시예에 따른 활주선 선형(100)의 경우 이와 같이 차인을 생략하는 대신 활주시의 자세 제어나 양력 발생을 위해 후술할 바와 같이 고정식 핀(130)을 선체 후방에 설치하고 있다. 이에 대하여는 고정식 핀(130)과 관련하여 후술하기로 한다.

한편, 본 실시예에 있어서 선수부(110)는 선수 측 단부의 파랑관통형 에지(111) 또는 선수 수선(FP, Forward Perpendicular)으로부터 전체 수선길이(LWL, Length of Water Line)의 30%에 이르는 범위를 지칭할 수 있으며, 이에 대응하여 상기의 삼각형 형태 또는 차인이 생략된 형태의 선수부(110)가 형성될 수 있다. 다시 말하면, 상기의 삼각형 형태 또는 차인이 생략된 형태의 선수부(110)는 파랑관통형 에지(111) 또는 선수 수선(FP, Forward Perpendicular)으로부터 전체 수선길이(LWL, Length of Water Line)의 30%에 이르는 범위에 형성될 수 있다. 다만, 필요에 따라 상기의 삼각형 형태 또는 차인이 생략된 형태의 선수부(110)는 전체 수선길이의 30% 이상의 범위에 이르도록 형성될 수도 있으며, 예컨대, 도 1 내지 3에 예시된 바와 같이 선수부(110)에서 선미부(120)에 걸쳐 전체적으로 평면상 삼각형 형태를 이루도록 형성될 수도 있다.

한편, 본 실시예에 따른 활주선 선형(100)은 선미부(120)를 포함할 수 있다. 이때, 선미부(120)는 전술한 바와 같은 삼각형 형태의 선수부(110) 형상이 선미 방향으로 이어져 선수부(110)와 함께 전체적으로 평면상 삼각형 형태를 이루도록 형성될 수 있다. 즉, 도 2의 평면도에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 활주선 선형(100)은 선수 측 단부를 한 꼭지점으로 하는 삼각형 형상이 선미부(120)까지 연장되어 선미 측 단부의 트랜섬(121, Transom)을 한 변으로 하는 삼각형 형상이 선수부(110)에서 선미부(120)에 이르도록 연장 형성될 수 있다. 이와 같은 형상은 파랑 관통 성능을 증대시켜 활주선의 운항 안정성을 보다 향상시킬 수 있다. 다만, 앞서 언급한 바와 같이 선수부(110)의 형상은 전체 수선길이의 소정범위에 걸쳐서만 형성될 수도 있으며, 도 1 내지 3에 예시된 선형에 한정되는 것은 아니다.

또한, 필요에 따라 선미부(120)는 공지된 활주선의 선형과 유사하게 형성될 수 있다. 즉, 선미부(120)는 선저에 활주면(planing surface)을 구비하거나 선측면과 선저면의 경계에 각진 형태의 차인(hard chine)이나 라운드진 차인(soft chine)을 구비할 수도 있다. 한편, 본 실시예에 있어서 선미부(120)는 선체 길이방향으로 미드쉽(M, Midship)에서 선미의 트랜섬(121) 또는 선미 수선(AP, After Perpendicular)에 이르는 범위를 지칭할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 활주선 선형(100)은 선체 후방에 연장 설치되는 고정식 핀(130)을 포함할 수 있다. 이와 같은 고정식 핀(130)은 선수부(110)의 차인 생략을 대체하여 활주선의 항주 자세를 제어하게 되며, 한 쌍이 선체 좌우현에 상호 대칭되는 형태로 설치될 수 있다.

보다 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이 고정식 핀(130)은 미드쉽(M) 부근의 전단(131)으로부터 선미 측 단부의 트랜섬(121)까지 연장 형성될 수 있으며, 전단(131)에서 후단(132)으로 갈수록 좌우 방향 폭(W)이 점차 증가되는 형태 또는, 전단(131)을 한 꼭지점으로 하는 삼각형의 형태로 형성될 수 있다. 이때, 고정식 핀(130)이 시작되는 전단(131)은 미드쉽(M)을 기준으로 선수 또는 선미 측으로 전체 수선길이의 10% 범위(S)에 위치될 수 있다. 또한, 고정식 핀(130)의 후단(132)은 평면상 선미의 트랜섬(121)과 일치하도록 또는 동일면을 이루도록 형성될 수 있다.

또한, 도 3의 측면도를 참고하면, 고정식 핀(130)은 전단(131)에서 후단(132)에 걸쳐 설계흘수선(DWL) 이하에 배치되되, 선미 측인 후단(132)으로 갈수록 소정정도 하향 경사지게 형성될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 고정식 핀(130)은 전단(131)이 설계흘수선(DWL)과 일치하도록 배치되고 후단(132)이 설계흘수선(DWL)보다 소정정도 낮게 배치되어, 측면상 선미 측을 향해 소정정도 하향 경사지게 연장 형성될 수 있다. 이와 같이 경사진 형태의 고정식 핀(130)은 선수부(110)의 차인 생략을 대체하여 경사면을 통해 양력 발생을 보조할 수 있게 된다.

도 4는 고정식 핀(130)의 부착 또는 미부착에 따른 저항성능 및 운항자세를 모형 시험한 결과로 (a)의 저항성능 시험결과를 참고하면, 고정식 핀(130)이 미부착된 CASE 1(검정색 표시)과 비교하여 고정식 핀(130)이 부착된 CASE 2 내지 4(순서대로 붉은색, 파란색, 녹색 표시; 각각 고정식 핀의 크기 및 위치를 다소 변경한 케이스임)의 경우, 프루드 수(Froude number, 가로축)가 1 이상인 고속 영역에서 저항이 감소되어 저항성능이 개선되는 것을 확인할 수 있다. 또한, (b)의 운항자세 시험결과에서도 고정식 핀(130)이 부착된 경우(CASE 2 내지 4), 미부착의 경우(CASE 1)에 비해 고속 영역에서 트림 각도가 크게 감소되어 운항 안정성이 개선될 수 있음을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 활주선 선형(100)은 삼각형 형태로 뾰족하게 돌출된 형태의 선미부(120)를 통해 파랑을 관통함으로써, 활주선의 내파 성능을 증대시키고 파랑 중 운항 안정성을 향상시킬 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 활주선 선형(100)은 고정식 핀(130)을 구비함으로써, 파랑 관통 성능을 위한 선수부(110)의 형상 변형(차인 생략 등)에도 불구하고 안정정인 항주자세 제어가 가능하며 저항성능 또한 개선할 수 있게 된다.

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.

100: 활주선 선형 110: 선수부
120: 선미부 130: 고정식 핀

Claims

유체 동역학적 양력(hydrodynamic lift)에 의해 선체 하중이 지지되는 활주(planning) 상태로 운항 가능한 활주선의 선형에 있어서,
선수 측 단부에 파랑관통형 에지(111)를 구비하고, 평면상 삼각형 형태를 이루도록 형성된 선수부(110); 및
선체 좌우 측면에 상호 대칭되도록 한 쌍이 구비되며, 각각 선수 측의 전단(131)으로부터 선미 측의 후단(132)까지 연장 형성되되, 상기 전단(131)은 미드쉽(M, Midship)을 중심으로 선수 또는 선미 방향으로 전체 수선길이(Length of Water Line)의 10% 범위(S)에 배치되며, 상기 전단(131)에서 상기 후단(132)으로 갈수록 소정정도 하향 경사지게 형성된 고정식 핀(130);을 포함하는 활주선 선형.
청구항 1에 있어서,
상기 파랑관통형 에지(111)는,
측면상 설계흘수선(DWL, Designed Water Line)에 대해 직교하도록 형성된 활주선 선형.
청구항 1에 있어서,
상기 선수부(110)는,
선수 수선(FP, Forward Perpendicular)으로부터 전체 수선길이의 30% 이상에 이르는 범위로 형성되며, 선측면과 선저면의 경계를 이루는 차인(chine)이 생략된 형태로 형성되는 활주선 선형.
청구항 1에 있어서,
상기 고정식 핀(130)은,
상기 전단(131)이 설계흘수선(DWL, Designed Water Line) 이하로 배치되고, 상기 후단(132)이 선미 측 단부의 트랜섬(121, Transom)과 일치하도록 연장 형성되며, 상기 전단(131)에서 상기 후단(132)으로 갈수록 좌우방향 폭(W)이 넓어지도록 형성된 활주선 선형.
청구항 1에 있어서,
선미부(120)를 더 포함하되, 상기 선미부(120)는,
평면상 상기 파랑관통형 에지(111)를 꼭지점으로 하고 좌우현의 선측면(112, 113)을 각 변으로 하는 삼각형 형상이 선미 방향으로 연장되어 형성되며, 선미 측 단부에 상기 삼각형 형상의 다른 한 변을 이루는 트랜섬(121, Transom)을 구비하는 활주선 선형.