KR20170055346A - 모형선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모형선박에 관한 것으로, 본 실시 예에 따른 모형선박은 선박의 축소모형을 가지며, 선미 측에 공간부를 갖는 모형선박 본체; 공간부에 배치되어 모형선박 본체에 분리 가능하게 설치되는 모형추진부; 및 모형선박 본체에 설치되고, 모형추진부에 의한 저항력을 측정하는 센서부를 포함한다. 본 실시 예에 의하면 모형선박의 저항력을 회류수조에서 측정할 수 있으며, 선박의 에너지 절감장치의 성능개선 효과를 회류수조에서 평가할 수 있다.

Description

모형선박{MODEL SHIP}

본 발명은 모형선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회류수조에서 선박의 동력계에 의한 저항을 계측할 수 있는 모형선박에 관한 것이다.

선박을 건조함에 있어 선박의 형상, 프로펠러 및 각종 부가물 설계를 효율적으로 하기 위하여, 선박의 축소모형을 갖는 모형선박을 제작하고, 모형선박을 선박의 추진기 및 속도성능 등을 평가하기 위한 다양한 시험을 선행한다. 즉 모형선박을 실제 설계하고자 하는 선박과 동일한 비율로 축소하여 제작하고, 예인수조 또는 회류수조 내에서 모형선박의 형상에 따른 물의 저항, 프로펠러의 곡면 형상에 따른 추진력 측정 등 다양한 시험을 선행한다.

모형선박의 시험은 예인수조 또는 회류수조에서 수행될 수 있다. 예인수조에서의 모형선박의 시험은 긴 예인수조에서 모형선박을 예인하면서 모형선박에 걸리는 저항력이나 추진기의 효율 등을 측정하는 방법으로 수행된다. 예인수조를 이용한 방법은 넓은 공간을 필요로 하는 단점이 있다. 또한 예인수조의 경우 자유수면이 있으므로, 파도의 발생으로 인해 모형선박의 전진속도를 높이는데 한계가 있으며, 선박의 고속 항해 시의 성능을 정확하게 평가하기 어려운 문제가 있다.

반면 회류수조에서의 모형선박의 시험은 모형선박을 회류수조에 구속시킨 상태에서 회류수조 내의 터널에 물을 회전시켜 추진기 주변의 유동을 관찰하거나 추진기 성능 등을 평가하는 방식으로 수행된다. 회류수조의 경우 터널 내부가 물로 가득 차 있기 때문에 자유수면이 없어 파도가 발생하지 않으며, 높은 속도로 물을 회전시켜 고속 항해 조건에서의 선박의 성능을 평가할 수 있는 장점이 있다. 그러나 회류수조는 추진기 주변의 유동을 관측하기는 유리하지만, 모형선박이 회류수조에 구속되어 있으므로, 회류수조에 의해 모형선박에 가해지는 반작용력을 정확하게 알기 어려워 유동에 의한 힘을 계측하는 데에는 한계가 있다.

최근 추진기의 효율을 증대시키기 위해 추진기 전방의 선체에 덕트(duct)나 전류고정날개(preswirl stator)와 같은 에너지 절감장치를 설치하는 경우가 많이 있으며, 이러한 에너지 절감장치의 성능개선 효과를 평가하고자 하는 노력이 많이 이루어지고 있다. 그러나 회류수조에서는 추진기에 의한 힘의 계측이 어려워 에너지 절감장치의 성능개선 효과를 평가하기 위한 시험은 주로 예인수조에서 수행되고 있다.

본 발명은 추진기에 의해 모형선박에 가해지는 저항을 회류수조에서 측정할 수 있는 모형선박을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 선박의 에너지 절감장치의 성능개선 효과를 회류수조에서 평가할 수 있는 모형선박을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 모형선박은 선박의 축소모형을 가지며, 선미 측에 공간부를 갖는 모형선박 본체; 상기 공간부에 배치되어 상기 모형선박 본체에 분리 가능하게 설치되는 모형추진부; 및 상기 모형선박 본체에 설치되고, 상기 모형추진부에 의한 저항력을 측정하는 센서부를 포함한다.

상기 센서부는 상기 모형선박 본체의 공간부 상부 측에 설치되고, 상기 모형추진부는 상기 센서부의 하면에 분리 가능하게 설치되며, 상기 센서부는 상기 모형추진부에 의해 상기 모형선박의 종방향으로 작용하는 저항력을 측정할 수 있다.

상기 모형추진부는 상기 모형선박 본체의 모형선체로부터 이격되도록 설치되며, 상기 모형선박 본체와 상기 모형추진부 사이에 설치되는 완충부재를 더 포함할 수 있다.

상기 모형선박 본체 및 상기 모형추진부 중 적어도 하나에는 에너지 절감장치의 축소모형이 설치될 수 있다.

상기 모형추진부는 모형추진기와, 모형축계에 의해 상기 모형추진기를 회전시키는 모형모터를 포함할 수 있다.

상기 모형선박은 회류수조의 터널 천정부에 설치되고, 상기 모형추진부는 상기 회류수조의 터널 천정부보다 낮은 위치에 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면 추진기에 의해 모형선박에 가해지는 저항력과 선박의 에너지 절감장치의 성능개선 효과를 회류수조에서 평가할 수 있는 모형선박이 제공된다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)이 회류수조(10)에 설치된 것을 보여주는 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)을 선미측에서 바라본 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)을 구성하는 모형선박 본체(110)를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2의 'B'부를 확대하여 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)을 구성하는 센서부의 동작 및 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모형선박(100)을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 모형선박은 선미 측에 공간부를 갖는 모형선박 본체와, 상기 공간부에 분리 가능하게 설치된 모형추진부, 및 모형선박 본체에 설치되어 모형추진부에 의한 저항력을 측정하는 센서부를 포함한다. 본 실시 예에서, 모형추진부에 의한 저항력을 측정할 수 있도록, 모형선박 본체와 모형추진부는 분리형 구조를 갖는다. 모형선박 본체는 회류수조에 구속되어 설치되나, 모형추진부는 회류수조에 구속되지 않고 모형선박 본체에 매달려 설치된 구조를 가지므로, 센서부에 의해 모형추진부에 의한 저항력을 측정하여 동력계의 성능을 정확하게 평가할 수 있다. 따라서 본 실시 예에 의하면 선박의 에너지 절감장치의 성능개선 효과를 회류수조에서 평가할 수 있으며, 선박의 고속 항해 시의 성능을 정확하게 평가할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)이 회류수조(10)에 설치된 것을 보여주는 종단면도이다. 도 1을 참조하면, 모형선박(100)은 선박의 축소모형을 갖도록 제작된다. 회류수조(10)는 임펠러(16)에 의해 물이 순환하는 터널(14)을 가질 수 있다. 터널(14) 내에서의 물의 순환 흐름이 도 1에 화살표로서 도시되어 있다.

모형선박(100)은 선박의 추진기 및 속도성능(저항력)을 평가하기 위하여 회류수조(10)의 터널 천정부(12)에 설치될 수 있다. 본 명세서에서 '저항력'은 추진기나 에너지 절감 장치 등에 의해 모형선박(100)에 작용하는 힘이 압력, 혹은 그 변화량 또는 이에 상응하는 다양한 물리량을 의미할 수 있다. 모형선박(100)의 상부는 터널 천정부(12)에 요입된 홈부에 고정되고, 모형선박(100)의 하부는 터널 천정부(12)보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)을 개략적으로 보여주는 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(110)을 선미 측에서 바라본 도면이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 모형선박(100)은 모형선박 본체(110), 모형추진부(120), 센서부(130) 및 완충부재(140)를 포함한다. 모형선박 본체(110)와 모형추진부(120)가 결합되면, 설계하려는 선박의 축소모형을 이루게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)을 구성하는 모형선박 본체(110)를 보여주는 도면으로, 모형추진부(120)가 분리된 상태를 보여주는 단면도이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 모형선박 본체(110)는 선미 측의 공간부(112)를 제외한 영역이 설계하려는 선박의 축소모형을 갖도록 제작된다. 모형선박 본체(110)는 회류수조(10)의 터널 천정부(12) 구속되어 설치된다.

모형선박 본체(110)는 선미 측에 모형추진부(120)의 설치를 위해 비어 있는 공간부(112)를 갖는다. 공간부(112)는 모형추진부(120)에 상응하는 공간으로 제공될 수 있다. 일 실시 예로, 모형추진부(120)는 모형선박 본체(110)의 공간부(112)에 배치되어 볼트, 나사 등을 이용하여 모형선박 본체(110)에 분리 가능하게 설치된다.

일 실시 예로, 모형추진부(120)는 내부에 동력계가 설치되는 몸체부(122), 몸체부(122) 내에 설치되는 동력계로 이루어질 수 있다. 일 실시 예로, 동력계는 모형추진기(124), 모형축계를 통해 모형추진기(124)를 회전시키는 모형모터(126), 및 모형추진기(124)에 의한 추력과 토크를 계측하기 위한 저항동력계(128)를 포함할 수 있다.

모형추진부(120)는 회류수조(10)의 터널 천정부(12)보다 낮은 위치에 배치되도록 설치될 수 있다. 예를 들어, 모형추진부(120)는 회류수조(10)의 터널 벽면에 의한 교란 효과를 피할 수 있도록 터널 천정부(12)와 소정 거리(예컨대, 100mm 이상)의 간격을 갖도록 설치될 수 있다. 모형추진부(120)는 회류수조(10)에 직접 구속되지 않고, 모형선박 본체(110)에 매달려 설치된 구조를 가질 수 있다.

센서부(130)는 모형추진부(120)에 의한 저항력을 측정하도록 모형선박 본체(110)에 설치될 수 있다. 센서부(130)는 모형선박 본체(110)의 공간부(112) 상부 측에 설치될 수 있다. 일 실시 예로, 센서부(130)는 모형선박 본체(110)의 상부 데크 내부에 형성된 공간에 설치되는 고정부(132)와, 고정부(132)의 하부에 설치되어 모형추진부(120)에 의해 모형선박(100)의 종방향(X)으로 가해지는 힘(저항력)을 측정하는 1축 센서(134)를 포함할 수 있다.

모형추진부(120)는 1축 센서(134)의 하면에 분리 가능하게 설치될 수 있다. 모형추진부(120)는 다수의 연결부재(129)에 의해 1축 센서(134)의 하면에 설치될 수 있다. 이를 위하여, 모형선체(110a)의 공간부(112) 상부 측에는 연결부재(129)가 삽입되는 홈이 형성될 수 있다. 도시에서는 4개의 연결부재(129)에 의해 모형추진부(120)를 센서부(130)에 연결하였으나, 연결부재(129)의 개수는 다양하게 변형될 수 있다.

모형추진부(120)는 교체 가능하게 제공되기 때문에, 프로펠러와 에너지 절감장치가 다양하게 설계된 복수의 모형추진부(120)만을 별도로 제조하여 번갈아 가면서 모형선박 본체(110)에 결합하여 시험을 수행할 수 있다. 따라서 하나의 모형선박 본체(110)를 이용하여 다수의 모형추진부(120)의 성능을 시험할 수 있어 모형선박 시험을 위한 비용을 절감할 수 있다.

도 5는 도 2의 'B'부를 확대하여 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 모형추진부(120)는 완충부재(140)를 사이에 두고 모형선박 본체(110)의 모형선체(110a)로부터 이격되도록 설치된다. 완충부재(140)는 모형선박 본체(110)와 모형추진부(120) 사이에 설치되어 모형선박 본체(110)와 모형추진부(120)의 충돌에 따른 충격을 완화할 수 있다.

완충부재(140)는 센서부(130)의 저항력 측정에 미치는 영향을 줄이도록, 탄성계수가 작은 물질로 제공될 수 있다. 일 실시 예로, 완충부재(140)는 스티로폼과 같은 재질로 제공될 수 있다. 완충부재(140)는 공간부(112) 측의 모형선체(110a)에 부착될 수도 있고, 모형추진부(120)의 외면에 부착될 수도 있다. 도시에서 완충부재(140)는 모형선체(110a)에서 공간부(112) 전방 측의 수직단면 부분과, 공간부(112) 상부 측의 수평단면 부분에 모두 형성되어 있으나, 수직단면 부분에만 제공될 수도 있다. 모형선박 본체(110) 또는 모형추진부(120)에는 에너지 절감장치(예를 들어, 덕트 또는 전류고정날개 등)의 축소모형이 추가로 설치될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 모형선박(100)을 구성하는 센서부의 동작 및 작용을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 도시와 같이, 모형추진부(120)의 추진력이 모형선박(100)의 종방향(X)으로 작용하여 1축 센서(134)의 하부판(1344)이 상부판(1342)에 대해 선수 측을 향해 이동하게 되며, 이때의 추진력이 상부판(1342)과 하부판(1344) 사이의 변형량 측정센서(1346)에 의해 측정된다. 변형량 측정센서(1346)는 변형량에 비례하여 전기적 신호를 출력하는 센서, 예를 들어 압전소자 등으로 제공될 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모형선박(100)을 개략적으로 보여주는 측면도이다. 도 7을 참조하면, 모형선박(100)의 선미 측에는 추진기의 효율을 증대시키기 위한 덕트(duct)와 같은 에너지 절감장치(150)가 설치되어 있다. 본 실시 예에 의하면, 에너지 절감장치(150)의 설치 유무, 설치 위치 및 구조에 따라 측정되는 센서부(130)의 저항력 측정값을 비교하여, 에너지 절감장치(150)에 의한 성능개선 효과를 평가할 수 있다.

즉 다양한 에너지 절감장치를 갖는 모형선박 본체(110) 또는 모형추진부(120)를 교체하여, 회류수조에서 모형선박을 이용하여 시험을 수행하여, 에너지 절감장치의 성능개선 효과를 비교할 수 있다. 본 실시 예에 의하면, 회류수조에서 모형선박 성능평가 시험을 수행할 수 있어 고속 항해 조건에서 선박의 성능을 정확하게 평가할 수 있으며, 실제 선박의 운항 환경과 유사한 환경에서 선박의 성능을 측정하여 성능평가의 정확도를 향상시킬 수 있다.

이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.

10: 회류수조 12: 터널 천정부
100: 모형선박 110: 모형선박 본체
110a: 모형선체 112: 공간부
120: 모형추진부 122: 몸체부
124: 모형추진기 126: 모형모터
128: 저항동력계 130: 센서부
132: 고정부 134: 1축 센서
1342: 상부판 1344: 하부판
1346: 변형량 측정센서 140: 완충부재
150: 에너지 절감장치

Claims (6)

1. 선박의 축소모형을 가지며, 선미 측에 공간부를 갖는 모형선박 본체;
   상기 공간부에 배치되어 상기 모형선박 본체에 분리 가능하게 설치되는 모형추진부; 및
   상기 모형선박 본체에 설치되고, 상기 모형추진부에 의한 저항력을 측정하는 센서부를 포함하는 모형선박.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 센서부는 상기 모형선박 본체의 공간부 상부 측에 설치되고,
   상기 모형추진부는 상기 센서부의 하면에 분리 가능하게 설치되며,
   상기 센서부는 상기 모형추진부에 의해 상기 모형선박의 종방향으로 작용하는 저항력을 측정하는 모형선박.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 모형추진부는 상기 모형선박 본체의 모형선체로부터 이격되도록 설치되며,
   상기 모형선박 본체와 상기 모형추진부 사이에 설치되는 완충부재를 더 포함하는 모형선박.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 모형선박 본체 및 상기 모형추진부 중 적어도 하나에 에너지 절감장치의 축소모형이 설치되는 모형선박.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 모형추진부는 모형추진기와, 모형축계에 의해 상기 모형추진기를 회전시키는 모형모터를 포함하는 모형선박.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 모형선박은 회류수조의 터널 천정부에 설치되고,
   상기 모형추진부는 상기 회류수조의 터널 천정부보다 낮은 위치에 설치되는 모형선박.

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