KR20180031148A - 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 선박의 운항 프로파일을 고려한 파랑 중 부가저항을 절감할 수 있는 최적의 선수 선형을 설계할 수 있는 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법에 관한 것이다.
본 발명은 선박의 운항 프로파일을 데이터를 고려하여 최적의 선수 선형을 설계하는 시스템으로서, 상기 선박의 선수부 수선면의 형상을 변화시킨 뒤, 선박의 구조적 제약을 만족하였는지를 판단하는 구조 설계 프로세스; 상기 파랑 중 부가저항이 최소화되었는지 여부를 판단하는 부가저항 성능측정 프로세스; 및 상기 각 프로세스를 순차적으로 거쳐 선수부의 형상 및 파랑 중 부가저항에 따른 최적화된 선수부 형태를 설계하는 것을 특징으로 한다.

Description

파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법{Method for designing inwardy inclined bow shape of resistance reduce type}

본 발명은 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 선박의 운항 프로파일을 고려한 파랑 중 부가저항을 절감할 수 있는 최적의 선수 선형을 설계할 수 있는 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법에 관한 것이다.

선박의 일반적인 구조를 살펴보면, 선박 전체를 선체(Hull), 선체의 앞쪽 부분을 선수(Bow), 선체의 뒤쪽 부분을 선미(Stern)라 한다. 그리고, 길이방향의 선체 중심선을 기준으로, 선박의 오른쪽은 우현(Starboard), 왼쪽은 좌현(Port)이다.

또한, 선체의 좌우 선측을 구성하는 뼈대이며 횡강력재인 늑골(frame)과, 선체 최하부의 중심선에 있는 종강력재로 선체의 기초를 이루는 용골(keel)이 구성된다. 용골은 사람의 척추에 해당하는 부분으로서, 선저의 중심선을 따라 선수에서 선미까지 이어지는 강력한 부재이며, 늑골과 수직하게 배치되어 선체의 종방향 강도를 담당한다.

이와 같은 선박의 선수부에 대한 설계는 선박의 운항시 선수파에 의한 하중과 발생 가능한 충돌에 대해 충분히 저항할 수 있도록 부재를 배치하는 구조로 이루어진다. 즉, 각 하중들에 저항하기 위해 충분한 강성을 가진 보강부재들을 적절하게 배치하는 형태를 이루게 된다. 이에 따라 좁은 선수부 선형의 특성상 많은 협소공간이 발생하며, 그로 인하여 조립, 탑재, 도장 등의 작업에 있어 많은 작업시간을 필요하게 된다.

특히, 파랑 중 부가저항과 관련된 중요한 파라미터는 수선면 형상이고, 수선면의 곡면(blunt) 정도를 평가하기 위해서는 도 1의 수식을 통하여 수선면의 곡면 정도를 평가할 수 있는 곡면 계수가 정의된다.

상기한 곡면 계수를 통하여 정의된 수선면의 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 수선면 형상이 날렵할수록 즉, 곡면 계수값이 작을수록 파랑 중 부가저항의 크기가 작아진다. 정리하면, 선수부 형상을 날렵하게 만들면 반사파의 크기를 줄이고, 반사되는 방향을 바꿔서 반사파에 의한 부가저항이 감소하게 된다.

따라서 수선면의 형상은 상기한 값을 고려하여 도 3에 도시된 바와 같이 수선면 형상을 쐐기 형상으로 형성하는 것이 일반적이다. 즉, 정수 중의 저항을 변화시키지 않기 위해서 수선면 위쪽 형상을 쐐기 형태로 형성하여 선박에 적용하고 있다.

그러나 이와 같이 수선면 위쪽 형상을 쐐기 형태로 형성하게 되면, 파도가 선수가 아닌 다른 방향 즉, 선수의 사파 또는 측면파에서 오는 경우 쐐기 형태의 선수부 형상이 오히려 부가저항을 더 증가시킨다는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 10-2014-52364호

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 선박의 운항 프로파일을 고려한 파랑 중 부가저항을 절감할 수 있는 최적의 선수 선형을 설계하여 선박의 운항 관점에서 최적화된 선수 개발이 가능한 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 선박의 운항 프로파일을 데이터를 고려하여 최적의 선수 선형을 설계하는 시스템으로서, 상기 선박의 선수부 수선면의 형상을 변화시킨 뒤, 선박의 구조적 제약을 만족하였는지를 판단하는 구조 설계 프로세스; 상기 파랑 중 부가저항이 최소화되었는지 여부를 판단하는 부가저항 성능측정 프로세스; 및 상기 각 프로세스를 순차적으로 거쳐 선수부의 형상 및 파랑 중 부가저항에 따른 최적화된 선수부 형태를 설계하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 구조 설계 프로세스는, 상기 수선면 상부의 형상이 쐐기 형상으로 형성되되, 그 형상은 오목, 직선 또는 볼록 중 어느 하나로 설계되되, 운항 프로파일을 고려하여 곡면 계수가 작아지는 방향으로 선수부의 형상 구조를 설계하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 부가저항 성능측정 프로세스는, 선수 부근의 파랑 중 부가저항의 성능이 파도 방향에 따라 최소가 되는 부분에서 쐐기의 형상을 결정하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 파랑 중 부가저항은, 선박의 선수부 모형 시험 또는 이를 바탕으로 한 수치계산(하기 식)을 통하여 그 값을 구하여 최적의 선형을 도출해 내는 것을 특징으로 하며, 수치계산을 위한 식은 파랑중 부가저항=(부가저항 * 확률)_{Head sea} + (부가저항 * 확률)_{Beam sea} + (부가저항 * 확률)_{Following sea} 과 같다.

본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법에 의하면, 선박의 운항 프로파일을 반영하여 선수부 형상을 설계할 수 있기 때문에 선박의 운항 관점에서 최적화된 선수 형상 개발 가능하며, 운항 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1 내지 3은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 5는 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법에 적용되는 선형의 유형을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4 및 도 5의 선수 형상을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 6의 수치를 나타낸 표이다.
도 8 및 도 9는 도 4 및 5의 선형의 선수에 부딪히는 파도의 진동 주파수를 그래프로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법의 수선면 형상에 따른 곡면계수의 일예를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10을 테이블화 한 나타낸 표이다.
도 12는 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 13은 도 12의 순서를 거치면서 선수 선형을 설계할 시 선박의 운항 프로파일을 도식화한 그래프이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법을 상세히 설명한다.

도 4 및 5는 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법에 적용되는 선형의 유형을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4 및 도 5의 선수 형상을 나타낸 그래프이며, 도 7은 도 6의 수치를 나타낸 표이고, 도 8 및 도 9는 도 4 및 5의 선형의 선수에 부딪히는 파도의 진동 주파수를 그래프로 나타낸 것이며, 도 10은 본 발명의 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법의 수선면 형상에 따른 곡면계수의 일예를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 도 10을 테이블화 한 나타낸 표이며, 도 12는 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법을 순차적으로 도시한 순서도이고, 도 13은 도 12의 순서를 거치면서 선수 선형을 설계할 시 선박의 운항 프로파일을 도식화한 그래프이다.

도 4 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법은, 선박의 운항 프로파일을 데이터를 고려하여 최적의 선수 선형을 설계하는 방법으로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 선수의 일반적인 형상으로 설정한 뒤 선수에 가해지는 파력 데이터를 고려하여 최적의 선수 선형을 설계하는 방법이다. 즉, 상기 선박의 선수부 수선면의 형상을 변화시킨 뒤, 선박의 구조적 제약을 만족하였는지를 판단하는 구조 설계를 도 4 및 5와 같이 선수의 형상을 임의적으로 형성한 뒤 이를 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 이를 도식화 하게 된다.

이와 같이 도식화된 선수부 수선면은 파랑 중 부가저항이 최소화되었는지 여부를 판단하는 부가저항 성능측정 과정을 거치게 된다. 즉, 도 8 및 도 9와 같이 선수부 형상에 따라 각 선수부에 미치는 파력에 따른 진동 주파수를 그래프로 도출한 뒤 각 선수부의 구조를 도 10에 도시된 쐐기 형상의 선수부를 구성하게 되며, 이와 같은 선수부는 도 11의 표와 같이 선수부 최적의 각도(적색 텍스트)를 통하여 선박의 선수부를 설계하게 되는 것이다.

따라서 상기와 같은 과정을 거치면서 구조 설계과정에서는, 상기 수선면 상부의 형상이 쐐기 형상으로 형성하되, 그 형상은 오목, 직선 또는 볼록 중 어느 하나로 설계되고, 운항 프로파일을 고려하여 곡면 계수가 작아지는 방향으로 선수부의 형상 구조를 설계하게 된다.

이와 같이 구조 설계 과정을 거친 후 부가저항 성능측정 프로세스는, 선수 부근의 파랑 중 부가저항의 성능이 파도 방향에 따라 최소가 되는 부분에서 쐐기의 형상을 결정하게 되는 것이다. 이를 수식으로 표현하면, 하기와 같다.

파랑 중 부가저항=(부가저항 * 확률)_{Head sea} + (부가저항 * 확률)_{Beam sea} + (부가저항 * 확률)_{Following sea}

상기한 사항을 정리하면, 선수 선형 설계 방법은 도 12와 같은 순서를 통하여 이루어지게 된다. 여기서 파랑 중 부가저항을 최소화하기 위해서는 상기한 과정을 거치면서 선수부의 형상을 결정짓게 되지만, 각 선박마다 운항 프로파일이 고려되어야 하므로 도 13에 도시된 바와 같은 운항 경로에 따른 조류 및 파도 등을 최대한 고려하여 선수부의 형상을 형성하여야 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (4)

1. 선박의 운항 프로파일을 데이터를 고려하여 최적의 선수 선형을 설계하는 방법으로서,
   상기 선박의 선수부 수선면의 형상을 변화시킨 뒤, 선박의 구조적 제약을 만족하였는지를 판단하는 구조 설계 프로세스;
   상기 파랑 중 부가저항이 최소화되었는지 여부를 판단하는 부가저항 성능측정 프로세스; 및
   상기 각 프로세스를 순차적으로 거쳐 선수부의 형상 및 파랑 중 부가저항에 따른 최적화된 선수부 형태를 설계하는 것을 특징으로 하는 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 구조 설계 프로세스는,
   상기 수선면 상부의 형상이 쐐기 형상으로 형성되되, 그 형상은 오목, 직선 또는 볼록 중 어느 하나로 설계되되,
   운항 프로파일을 고려하여 곡면 계수가 작아지는 방향으로 선수부의 형상 구조를 설계하는 것을 특징으로 하는 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 부가저항 성능측정 프로세스는,
   선수 부근의 파랑 중 부가저항의 성능이 파도 방향에 따라 최소가 되는 부분에서 쐐기의 형상을 결정하는 것을 특징으로 하는 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 파랑 중 부가저항은,
   선박의 선수부 모형 시험 또는 이를 바탕으로 한 수치계산(하기 식)을 통하여 그 값을 구하여 최적의 선형을 도출해 내는 것을 특징으로 하는 파랑 중 부가저항 절감형 선수 선형 설계 방법.
   파랑 중 부가저항=(부가저항 * 확률)_{Head sea} + (부가저항 * 확률)_{Beam sea} + (부가저항 * 확률)_{Following sea}

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