KR20190079346A - 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 dp 추진기 - Google Patents

자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 dp 추진기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양 공학용 수조에서 실시되는 자동 위치제어(dynamic positioning; DP) 성능평가 모형시험에 사용되는 대용량 아지머스 DP 추진기에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 용량의 부족으로 인해 다양한 해양환경 조건에서 위치유지가 불가능한 데 더하여, 정밀한 추력 계측이 어려웠던 종래기술의 DP 추진기들의 문제점을 해결하기 위해, 아지머스 추진기의 각도 및 프로펠러의 회전을 가능하게 하는 두 개의 모터로 이루어지는 구동부와, 구동부로부터 전달받은 동력으로 추력을 발생시키기 위한 구동축, 프로펠러 및 덕트를 포함하여 이루어지는 동력전달부와, 구동축에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측하는 디스크 로드셀 및 추진기와 선체를 결합시키기 위한 설치지그를 포함하여 구성됨으로써, 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 충분한 추력을 생성 가능한 동시에, 생성된 추력을 정확하고 용이하게 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기가 제공된다.

Description

자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기{Azimuth DP thruster having high capacity for dynamic positioning test}
본 발명은 해양 공학용 수조에서 실시되는 자동 위치제어(dynamic positioning; DP) 성능평가 모형시험에 사용되는 대용량 아지머스 DP 추진기에 관한 것으로, 더 상세하게는, 기존의 DP 추진기들은 용량의 부족으로 인해 다양한 해양환경 조건에서 위치유지가 불가능한 데 더하여, 정밀한 추력 계측이 어려운 문제가 있었던 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 추력을 생성하고, 생성된 추력을 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해, 아지머스 추진기의 각도 및 프로펠러의 회전을 가능하게 하는 두 개의 모터로 이루어지는 구동부와, 구동부로부터 전달받은 동력으로 추력을 발생시키기 위한 구동축, 프로펠러 및 덕트를 포함하여 이루어지는 동력전달부와, 구동축에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측하는 디스크 로드셀 및 추진기와 선체를 결합시키기 위한 설치지그를 포함하여 구성됨으로써, 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 충분한 추력을 생성 가능한 동시에, 생성된 추력을 정확하고 용이하게 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 상기한 바와 같은 구동부, 디스크 로드셀 및 설치지그가 각각 단일의 모듈 형태로 구성됨으로써, 각각의 모듈을 조합하는 것에 의해 필요한 성능 및 구조의 추진기를 용이하게 구현할 수 있는 동시에, 조립 및 분해가 용이하여 추진기의 제작, 보관, 운반 및 유지보수 등이 용이하게 이루어질 수 있는 데 더하여, 사용중 고장이나 이상 발생시에도 해당 부분의 수리 및 교체가 용이한 장점을 가지는 되는 대용량 아지머스 DP 추진기에 관한 것이다.
종래, 선박이 앞으로 나아가기 위한 추력뿐만 아니라 전후좌우의 모든 방향으로 방향전환을 위한 회전력(moment)을 발생할 수 있도록 구성되는 아지머스 추진기(Azimuth thruster)가 제시된 바 있다.
더 상세하게는, 상기한 바와 같은 아지머스 추진기에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 먼저, 한국 등록특허공보 제10-1231254호에 따르면, 제 1 구동부; 제 1 구동부의 구동축과 연결된 제 1 종동 샤프트가 내부에 회전 가능하게 배치된 제 1 하우징; 제 1 하우징과 일직선 상태로 분해 가능하게 결합되며 내부에 제 1 종동 샤프트와 연결된 제 2 종동 샤프트가 회전 가능하게 배치된 제 2 하우징 및 제 2 하우징에 대하여 직교하는 상태로 제 2 하우징과 일체적으로 구성되며 내부에 제 2 종동 샤프트와 동력전달수단을 통하여 연결된 제 3 종동 샤프트가 회전 가능하게 배치된 제 3 하우징 및 제 3 하우징의 종단부에 설치되며 제 3 하우징의 제 3 종동 샤프트와 연결된 스크류 조립체를 포함하여, 부재 간의 견고한 결합 상태를 유지하면서 주요 기능을 구현할 수 있으며, 구동부에 대하여 다양한 규격 및 성능의 스크류 조립체를 교체, 장착할 수 있는 구조를 가지는 아지머스 추진기에 관한 기술내용이 제시된 바 있다.
또한, 상기한 바와 같은 아지머스 추진기에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1245734호에 따르면, 선체 저면에 회전 가능하게 결합되는 턴테이블(turntable); 일단이 턴테이블의 저면에 결합되는 제 1 스트럿(strut); 턴테이블의 회전축을 기준으로 제 1 스트럿의 반대쪽에 일단이 턴테이블의 저면에 결합되는 제 2 스트럿; 제 1 스트럿의 타단에 결합되는 제 1 포드(pod); 제 2 스트럿의 타단에 결합되는 제 2 포드; 제 1 포드부에 결합되는 제 1 프로펠러 및 제 1 프로펠러에 대향하여 배치되고 제 1 프로펠러와 반대 방향으로 회전하며 제 2 포드에 결합되는 제 2 프로펠러를 포함하여, 회전류의 회전에너지를 회수하여 추진효율을 향상시킬 수 있도록 구성되는 이중반전 아지머스 추진장치 및 이를 구비한 선박에 관한 기술내용이 제시된 바 있다.
아울러, 상기한 바와 같은 아지머스 추진기에 대한 종래기술의 또 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1225144호에 따르면, 베이스와; 베이스에 연장 돌출되는 튜브 형상의 제 1 스트럿(strut)과; 일단부가 제 1 스트럿의 내부를 관통하도록 삽입되는 튜브 형상의 제 2 스트럿과; 제 2 스트럿의 타단에 결합되는 포드부와; 일단부가 제 2 스트럿의 내부에 삽입되도록 배치되며 포드부에 동력을 전달하는 추진축과; 수진축의 일단부에 동력을 제공하는 모터를 포함하여, 축과 모터가 서로 탈부착이 가능하게 결합되고, 실제 아지머스 추진기와 같이 추진기능과 선회기능을 동시에 만족시킬 수 있도록 구성되는 모형선 운동시험용 아지머스 추진장치 및 이를 구비한 모형선에 관한 기술내용이 제시된 바 있다.
더욱이, 상기한 바와 같은 아지머스 추진기에 대한 종래기술의 또 다른 예로는, 예를 들면, 한국 공개특허공보 제10-2013-0003914호에 따르면, 해상에서 바지선을 침수시킨 후 그 위에 선박을 위치시킨 채로 부상하여 선박을 탑재하는 단계와; 선박을 탑재한 바지선이 안벽쪽으로 이동하는 단계와; 이동된 바지선이 안치수단에 위치하면 선박에 아지머스 추진기를 육상 설치하는 단계와; 아지머스 추진기의 육상 설치후 바지선이 선박을 탑재 후 해상으로 이동하는 단계와; 해상으로 이동한 바지선이 침수하여 선박과 분리하는 단계를 포함하여, 드릴쉽(Drillship), 원유 운반선(Shuttle tanker), 부유식 원유생산저장 설비(Floating Production Storage Offloading Unit; FPSO) 등의 선박에 아지머스 추진기를 설치시 해상의 기후 여건이나 잠수사의 수중작업 가능 여부에 상관없이 신속하게 설치되도록 안벽을 이용하여 육상에서 설치하는 선박용 아지머스 추진기의 육상 설치방법에 관한 기술내용이 제시된 바 있다.
상기한 바와 같이, 종래, 아지머스 추진기에 관한 여러 가지 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 아지머스 추진기들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
즉, 일반적으로, 아지머스 추진기는, 추진기 자체를 회전시키는 부분과 엔진에서 발생한 동력을 전달하여 프로펠러를 회전시키는 부분의 두 부분으로 크게 나눌 수 있으나, 그 기능적인 특성상 동력전달 및 회전구조가 복잡하고 고가임으로 인해 아직까지는 FPSO, 드릴십, 쇄빙선 등과 같이 특수한 선박의 경우에만 장착되고 있으며, 아지머스 추진기의 제작에 있어서도 외국 업체들만 생산하고 있고 국내에서는 일부 조선사에서 자체적으로 연구, 개발하여 국산화하려는 노력이 진행되고 있다.
여기서, 상기한 바와 같이 아지머스 추진기를 개발하기 위하여는, 추진기의 설계에 따른 추진력 등과 같은 특성 및 성능을 정확히 측정하고 그러한 결과를 다시 추진기의 설계에 반영하여 보다 정확하고 적절한 설계가 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하나, 상기한 바와 같은 종래기술의 아지머스 추진기들은 이와 같이 추진기의 성능을 정확하게 측정할 수 있는 구성에 대하여는 제시된 바 없었다.
더 상세하게는, 예를 들면, 종래, 해양 공학용 수조에서 실시되는 DP(dynamic positioning) 성능평가 모형시험에 사용되는 아지머스 DP 추진기에 있어서, 기존의 DP 추진기들은 용량의 부족으로 인해 다양한 해양환경 조건에서 위치유지가 불가능하고, 추진기의 성능을 정확하게 측정할 수 있는 구성이 구비되지 못하여 정밀한 추력 계측이 어려운 문제가 있었으므로, 다양한 해양환경 조건에 대하여 DP 성능평가 모형시험이 수행되지 못하는 한계가 있는 데 더하여, 시험이 수행되는 경우에도 추진기의 추력을 정확하게 계측하기가 어려움으로 인해 효율적인 추진기의 연구 및 개발에 걸림돌이 되고 있다.
따라서 상기한 바와 같이, 용량이 부족하여 다양한 해양환경 조건에서 위치유지가 불가능하고, 정밀한 추력 계측이 어려워 추진기의 연구 개발에 어려움이 있었던 종래기술의 아지머스 DP 추진기들의 문제점을 해결하기 위하여는, 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위해 충분한 추력을 생성 가능한 동시에, 생성된 추력을 정확하게 계측할 수 있도록 구성됨으로써, 추진기의 설계 및 성능 개선에 기여할 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 대용량 아지머스 DP 추진기를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허공보 제10-1231254호 (2013.02.01.)
2. 한국 등록특허공보 제10-1245734호 (2013.03.14.)
3. 한국 등록특허공보 제10-1225144호 (2013.01.16.)
4. 한국 공개특허공보 제10-2013-0003914호 (2013.01.09.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 해양 공학용 수조에서 실시되는 DP 성능평가 모형시험에 사용되는 추진장치에 있어서, 용량의 부족으로 인해 다양한 해양환경 조건에서 위치유지가 불가능한 데 더하여, 정밀한 추력 계측이 어려운 문제가 있었던 종래기술의 DP 추진기들의 문제점을 해결하기 위해, 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 추력을 생성하고, 생성된 추력을 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위해, 아지머스 추진기의 각도 및 프로펠러의 회전을 가능하게 하는 두 개의 모터로 이루어지는 구동부와, 구동부로부터 전달받은 동력으로 추력을 발생시키기 위한 구동축, 프로펠러 및 덕트를 포함하여 이루어지는 동력전달부와, 구동축에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측하는 디스크 로드셀 및 추진기와 선체를 결합시키기 위한 설치지그를 포함하여 구성됨으로써, 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 충분한 추력을 생성 가능한 동시에, 생성된 추력을 정확하고 용이하게 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기를 제공하고자 하는 것이다.
아울러, 본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 바와 같은 구동부, 디스크 로드셀 및 설치지그가 각각 단일의 모듈 형태로 구성됨으로써, 각각의 모듈을 조합하는 것에 의해 필요한 성능 및 구조의 추진기를 용이하게 구현할 수 있는 동시에, 조립 및 분해가 용이하여 추진기의 제작, 보관, 운반 및 유지보수 등이 용이하게 이루어질 수 있는 데 더하여, 사용중 고장이나 이상 발생시에도 해당 부분의 수리 및 교체가 용이한 장점을 가지는 되는 대용량 아지머스 DP 추진기를 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 해양 공학용 수조에서 실시되는 자동 위치제어(dynamic positioning; DP) 성능평가 모형시험을 위해 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 추력을 생성하고 생성된 추력을 계측할 수 있도록 구성되는 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기에 있어서, 추진기의 각도조절 및 프로펠러의 회전을 위한 두 개의 구동모터를 포함하여 이루어지는 구동부; 상기 구동부로부터 발생된 동력을 전달하고 추력을 발생시키기 위해 각각의 구동모터에 연결되는 구동축, 상기 구동축과 연결되는 프로펠러 및 상기 프로펠러의 둘레에 설치되는 덕트를 포함하여 이루어지는 동력전달부; 상기 구동축에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측하기 위해 상기 구동부와 상기 동력전달부 사이에 설치되는 디스크 로드셀; 및 상기 구동부, 상기 동력전달부 및 상기 디스크 로드셀을 지지하고 추진기와 선체를 결합시키기 위한 설치지그를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기가 제공된다.
여기서, 상기 구동부는, 상기 프로펠러를 회전시키기 위한 제 1 서보모터; 상기 추진기의 아지머스 각을 회전시키기 위한 제 2 서보모터; 상기 제 1 서보모터 및 상기 제 1 서보모터를 각각 지지하고 상기 동력전달부와 상기 디스크 로드셀에 연결하기 위한 지지프레임; 및 상기 구동부 전체를 커버하여 외관을 형성하고 적어도 일측면에 외부와의 연결을 위한 연결부가 형성되어 있는 케이스를 포함하여, 단일의 모듈 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동부는, 상기 구동축의 토크를 제어하기 위한 센서와 아지머스 각의 원점을 검출하기 위한 광학센서를 포함하여 상기 지지프레임의 일측에 설치되는 센서부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 디스크 로드셀은, 상기 구동축이 관통할 수 있도록 중앙에 원형의 공간이 형성되어 있는 중공형의 원통 형상을 가지며, X-Y축의 힘을 계측할 수 있도록 형성되는 2축 로드셀을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 디스크 로드셀은, 상기 구동축의 방향을 Z축 방향으로 할 때, 상기 구동축이 회전되면 상기 구동축을 둘러싸고 있는 상기 디스크 로드셀에 전달되는 X축 및 Y축 방향의 회전력(토크)을 각각 측정하여 추력을 산출함으로써, 프로펠러의 회전을 방해하지 않고 상기 구동축에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 설치지그는, 방수처리가 실시되도록 구성됨으로써, 외부로부터 상기 구동부 및 상기 디스크 로드셀 내부로 물이나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 추진기는, 상기 제 1 서보모터 및 상기 제 2 서보모터와 상기 지지프레임의 사이, 상기 지지프레임과 상기 디스크 로드셀의 사이 및 상기 디스크 로드셀과 상기 설치지그의 사이에 각각 배치되는 절연체를 더 포함하여 구성됨으로써, 계측 노이즈를 최소화할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 추진기는, 상기 구동부, 상기 디스크 로드셀 및 상기 설치지그가 각각 단일의 모듈 형태로 구성됨으로써, 각각의 모듈을 조합하는 것에 의해 필요한 성능 및 구조의 추진기를 용이하게 구현할 수 있는 동시에, 조립 및 분해가 용이하여 추진기의 제작, 보관, 운반 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있는 데 더하여, 사용중 고장이나 이상 발생시에도 해당 부분의 수리 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 아지머스 DP 추진기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선박이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 아지머스 DP 추진기를 이용하여 모형시험을 수행하는 것에 의해 추진기나 선박의 자동 위치제어(dynamic positioning; DP) 성능을 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 성능평가 시험방법이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 아지머스 추진기의 각도 및 프로펠러의 회전을 가능하게 하는 두 개의 모터로 이루어지는 구동부와, 구동부로부터 전달받은 동력으로 추력을 발생시키기 위한 구동축, 프로펠러 및 덕트를 포함하여 이루어지는 동력전달부와, 구동축에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측하는 디스크 로드셀 및 추진기와 선체를 결합시키기 위한 설치지그를 포함하여, 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 충분한 추력을 생성 가능한 동시에, 생성된 추력을 정확하고 용이하게 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기가 제공됨으로써, 용량의 부족으로 인해 다양한 해양환경 조건에서 위치유지가 불가능한 데 더하여, 정밀한 추력 계측이 어려운 문제가 있었던 종래기술의 DP 추진기들의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 충분한 추력을 생성 가능한 동시에, 생성된 추력을 정확하고 용이하게 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기를 이용하여, 각종 실험을 통해 정확한 데이터를 수집 가능하고, 이를 통해 추진기 및 선박의 성능 향상에 기여할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구동부, 디스크 로드셀 및 설치지그가 각각 단일의 모듈 형태로 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기가 제공됨으로써, 각각의 모듈을 조합하는 것에 의해 필요한 성능 및 구조의 추진기를 용이하게 구현할 수 있는 동시에, 조립 및 분해가 용이하여 추진기의 제작, 보관, 운반 및 유지보수 등이 용이하게 이루어질 수 있는 데 더하여, 사용중 고장이나 이상 발생시에도 해당 부분의 수리 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)의 구동부(20)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)의 디스크 로드셀(40)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)의 성능을 검증하기 위해 실제 성능시험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)는, 크게 나누어, 추진기의 각도조절 및 프로펠러의 회전을 위한 두 개의 구동모터를 포함하여 이루어지는 구동부(20)와, 구동부(20)로부터 발생된 동력을 전달하고 추력을 발생시키기 위해 각각의 구동모터에 연결되는 구동축(31), 구동축(31)과 연결되는 프로펠러(32) 및 프로펠러(32)의 둘레에 설치되는 덕트(33)를 포함하여 이루어지는 동력전달부(30)와, 구동축(31)에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측하기 위해 구동부(20)와 동력전달부(30) 사이에 설치되는 디스크 로드셀(40) 및 상기한 구동부(20), 동력전달부(30) 및 디스크 로드셀(40)을 지지하고 추진기와 선체를 결합시키기 위한 설치지그(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)의 구동부(20)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 구동부(20)는, 프로펠러(32)를 회전시키는 제 1 서보모터(21)와, 추진기의 아지머스 각을 회전시키는 제 2 서보모터(22)의 2개의 DC 서버모터와, 각각의 서보모터(21, 22)를 지지하고 동력전달부(30)와 디스크 로드셀(40)에 연결하기 위한 지지프레임(23) 및 구동부(20) 전체를 커버하여 외관을 형성하고 적어도 일측면에 외부와의 연결을 위한 연결부가 형성되어 있는 케이스(24)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 각각의 서보모터(21, 22)는 정밀한 회전수에 대한 제어가 가능하도록 구성되는 서보모터를 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기한 구동부(20)에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 프로펠러 축의 토크를 제어하기 위한 센서와, 아지머스 각의 원점을 검출하기 위한 광학센서를 포함하는 센서부(25)가 지지프레임(23)의 일측에 설치됨으로써, 각각의 서보모터(21, 22)의 동작에 따른 추진기의 동작에 대하여 정밀하고 정확한 계측이 가능하도록 구성될 수 있다.
아울러, 구동부(20)의 각 서보모터(21, 22)를 지지하는 지지프레임(23)은 디스크 로드셀(40) 및 설치지그(50)와 각각 결합되며, 이때, 도시되지는 않았으나, 각각의 서보모터(21, 22)와 지지프레임(23)의 사이, 지지프레임(23)과 디스크 로드셀(40)의 사이 및 디스크 로드셀(40)과 설치지그(50)의 사이에 절연체가 각각 배치됨으로써, 계측 노이즈를 최소화할 수 있도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기한 구동부(20)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전용의 케이스(24) 내에 제 1 서보모터(21)와 제 2 서보모터(22) 및 센서부(25)가 내장되고, 도시되지는 않았으나, 각각의 서모모터(21, 22)에서 발생된 동력을 프로펠러(32)로 전달하고 센서로부터 측정된 데이터를 전송하기 위한 각종 케이블, 커넥터, 구동축(31)과의 연결을 위한 기어 및 벨트 등을 더 포함하여 단일의 모듈 형태로 구성됨으로써, 분리 및 결합이 용이하여 제작, 보관, 운반 및 유지보수 등이 용이하도록 구성될 수 있다.
여기서, 구동부(20)의 각 서보모터(21, 22)에서 발생된 동력을 동력전달부(30)의 구동축(31)을 통하여 프로펠러(32)로 전달하기 위한 구체적인 구성은 기존의 아지무스 추진기들의 구성을 통하여 당업자에게 자명한 내용이므로, 따라서 본 발명에서는, 설명을 간략히 하기 위해 종래기술을 참조하여 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있는 내용에 대하여는 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
다음으로, 디스크 로드셀(40)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동축(31)이 관통할 수 있도록 중앙에 원형의 공간이 형성되어 있는 중공형의 원통 형상을 가지고 X-Y축의 힘을 계측할 수 있는 2축 로드셀을 이용하여 구성됨으로써, 기존의 추진기에서는 계측하기 어려웠던 구동축(31)에 작용하는 추진기의 알짜힘을 용이하고 정확하게 측정할 수 있다.
더 상세하게는, 동력을 전달하는 구동축(31)의 방향을 Z축 방향으로 할 때, 구동축(31)이 회전되면 구동축(31)을 둘러싸고 있는 디스크 로드셀(40)에 회전력(토크)이 전달되므로, 각각의 시점에서 디스크 로드셀(40)에 전달되는 X축 및 Y축 방향의 회전력(토크)을 각각 측정하여 추력을 산출함으로써, 프로펠러의 회전을 방해하지 않고 구동축(31)에 작용하는 추진기의 알짜힘을 효과적 및 효율적으로 계측할 수 있다.
여기서, 로드셀을 통하여 측정된 결과를 이용하여 추진력을 계산하는 방법의 구체적인 내용은 종래기술의 문헌 등을 통하여 당업자에게 있어 자명한 사항이므로, 설명을 간략히 하기 위해, 여기서는, 측정된 토크값을 이용하여 추진력을 계산하는 과정이나 방법에 대한 상세한 설명은 생략하였음에 유념해야 한다.
아울러, 상기한 디스크 로드셀(40)의 용량은 추진기의 추력을 커버할 수 있도록 충분히 크게 설계되는 것이 바람직하며, 보다 정밀한 추력 계측을 위해 상기한 바와 같이 디스크 로드셀(40)과 지지프레임(23) 및 설치지그(50)의 사이에 각각 절연체가 배치되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기한 설치지그(50)는, 추진기와 선체를 결합하기 위해 적절한 형상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 방수처리를 행하여 외부로부터 구동부(20) 및 디스크 로드셀(40)의 내부로 물이나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)는, 상기한 바와 같이 구동부(20), 디스크 로드셀(40) 및 설치지그(50)가 각각 단일의 모듈 형태로 구성됨으로써, 각각의 모듈을 조합하는 것에 의해 필요한 성능 및 구조의 추진기를 용이하게 구현할 수 있는 동시에, 조립 및 분해가 용이하여 추진기의 제작, 보관, 운반 및 유지보수 등이 용이하게 이루어질 수 있는 데 더하여, 사용중 고장이나 이상 발생시에도 해당 부분의 수리 및 교체가 용이한 장점 또한 가지는 것이다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)를 구현할 수 있으며, 계속해서, 도 4를 참조하여, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)를 이용하여 추진기 성능 검증시험을 수행한 결과에 대하여 설명한다.
즉, 본 발명자들은, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)의 실제 성능을 검증하기 위해 아지머스 DP 추진기를 실제 제작하여 성능시험을 실시하고 그 결과를 도 4에 나타내었다.
더 상세하게는, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)에 있어서, 각각의 서보모터(21, 22)로부터 전달받은 동력이 구동축(31)을 통해 프로펠러(32)로 전달되며, 프로펠러(32) 및 덕트(33)는 아지머스 각으로 회전하며 추력을 생성한다.
여기서, 본 성능시험에 있어서, 프로펠러의 직경은 10cm이고, 36rps에서 약 4kgf의 추력을 얻도록 설계되었으며, BP(bollard pull) 성능시험을 통해 측정한 결과 36rps에서 약 4kgf의 추력을 발생함을 확인하였다.
이러한 결과는, 기존의 DP 추진기(직경 6.83cm)의 경우 36rps에서 약 1kfg의 추력을 발생하였으므로, 약 4배의 추력 상승 효과를 나타내는 것임을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명자들은, 구동부(20)의 케이스(24) 외측에 추력 측정의 정확도를 검증하기 위한 검증용 로드셀을 추가로 설치하고, 디스크 로드셀(40)을 통하여 자체적으로 측정된 결과와 각각 비교하는 것에 의해 추력 계측에 대한 성능을 검증하여 도 4에 그래프로 나타내었다.
즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 추력 계측을 위해 탑재된 디스크 로드셀(40)을 통하여 측정된 결과(청색으로 표시)와 검증용 로드셀(주황색으로 표시)을 통하여 측정된 결과가 거의 동일하게 나타나고 있음을 확인할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)의 추력 측정성능이 정확하게 이루어지고 있음을 알 수 있다.
여기서, 상기한 실시예에서는, 본 발명에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)가 모형선에 설치되는 추진기로서 구성되는 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 경우로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명은, 모형선의 경우뿐만 아니라 실제 선박에도 마찬가지로 적용이 가능한 등, 필요에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기를 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기(10)를 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 아지머스 추진기의 각도 및 프로펠러의 회전을 가능하게 하는 두 개의 모터로 이루어지는 구동부(20)와, 구동부(20)로부터 전달받은 동력으로 추력을 발생시키기 위한 구동축(31), 프로펠러(32) 및 덕트(33)를 포함하여 이루어지는 동력전달부(30)와, 구동축(31)에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측하는 디스크 로드셀(40) 및 추진기와 선체를 결합시키기 위한 설치지그(50)를 포함하여, 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 충분한 추력을 생성 가능한 동시에, 생성된 추력을 정확하고 용이하게 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기(10)가 제공됨으로써, 용량의 부족으로 인해 다양한 해양환경 조건에서 위치유지가 불가능한 데 더하여, 정밀한 추력 계측이 어려운 문제가 있었던 종래기술의 DP 추진기들의 문제점을 해결할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 충분한 추력을 생성 가능한 동시에, 생성된 추력을 정확하고 용이하게 계측할 수 있도록 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기(10)를 이용하여, 각종 실험을 통해 정확한 데이터를 수집 가능하고, 이를 통해 추진기 및 선박의 성능 향상에 기여할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 구동부(20), 디스크 로드셀(40) 및 설치지그(50)가 각각 단일의 모듈 형태로 구성되는 대용량 아지머스 DP 추진기(10)가 제공됨으로써, 각각의 모듈을 조합하는 것에 의해 필요한 성능 및 구조의 추진기를 용이하게 구현할 수 있는 동시에, 조립 및 분해가 용이하여 추진기의 제작, 보관, 운반 및 유지보수 등이 용이하게 이루어질 수 있는 데 더하여, 사용중 고장이나 이상 발생시에도 해당 부분의 수리 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기
20. 구동부 21. 제 1 서보모터
22. 제 2 서보모터 23. 지지프레임
24. 케이스 25. 센서부
30. 동력전달부 31. 구동축
32. 프로펠러 33. 덕트
40. 디스크 로드셀 50. 설치지그

Claims (10)

  1. 해양 공학용 수조에서 실시되는 자동 위치제어(dynamic positioning; DP) 성능평가 모형시험을 위해 모형선박 또는 해양구조물에 설치되어 다양한 해양환경 조건에서 위치를 유지하기 위한 추력을 생성하고 생성된 추력을 계측할 수 있도록 구성되는 자동 위치제어 성능시험을 위한 대용량 아지머스 DP 추진기에 있어서,
    추진기의 각도조절 및 프로펠러의 회전을 위한 두 개의 구동모터를 포함하여 이루어지는 구동부;
    상기 구동부로부터 발생된 동력을 전달하고 추력을 발생시키기 위해 각각의 구동모터에 연결되는 구동축, 상기 구동축과 연결되는 프로펠러 및 상기 프로펠러의 둘레에 설치되는 덕트를 포함하여 이루어지는 동력전달부;
    상기 구동축에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측하기 위해 상기 구동부와 상기 동력전달부 사이에 설치되는 디스크 로드셀; 및
    상기 구동부, 상기 동력전달부 및 상기 디스크 로드셀을 지지하고 추진기와 선체를 결합시키기 위한 설치지그를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 프로펠러를 회전시키기 위한 제 1 서보모터;
    상기 추진기의 아지머스 각을 회전시키기 위한 제 2 서보모터;
    상기 제 1 서보모터 및 상기 제 1 서보모터를 각각 지지하고 상기 동력전달부와 상기 디스크 로드셀에 연결하기 위한 지지프레임; 및
    상기 구동부 전체를 커버하여 외관을 형성하고 적어도 일측면에 외부와의 연결을 위한 연결부가 형성되어 있는 케이스를 포함하여, 단일의 모듈 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 구동축의 토크를 제어하기 위한 센서와, 아지머스 각의 원점을 검출하기 위한 광학센서를 포함하여 상기 지지프레임의 일측에 설치되는 센서부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 디스크 로드셀은,
    상기 구동축이 관통할 수 있도록 중앙에 원형의 공간이 형성되어 있는 중공형의 원통 형상을 가지며 X-Y축의 힘을 계측할 수 있도록 형성되는 2축 로드셀을 이용하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 디스크 로드셀은,
    상기 구동축의 방향을 Z축 방향으로 할 때, 상기 구동축이 회전되면 상기 구동축을 둘러싸고 있는 상기 디스크 로드셀에 전달되는 X축 및 Y축 방향의 회전력(토크)을 각각 측정하여 추력을 산출함으로써, 프로펠러의 회전을 방해하지 않고 상기 구동축에 작용하는 추진기의 알짜힘을 계측할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 설치지그는,
    방수처리가 실시되도록 구성됨으로써, 외부로부터 상기 구동부 및 상기 디스크 로드셀 내부로 물이나 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 추진기는,
    상기 제 1 서보모터 및 상기 제 2 서보모터와 상기 지지프레임의 사이, 상기 지지프레임과 상기 디스크 로드셀의 사이 및 상기 디스크 로드셀과 상기 설치지그의 사이에 각각 배치되는 절연체를 더 포함하여 구성됨으로써, 계측 노이즈를 최소화할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 추진기는,
    상기 구동부, 상기 디스크 로드셀 및 상기 설치지그가 각각 단일의 모듈 형태로 구성됨으로써, 각각의 모듈을 조합하는 것에 의해 필요한 성능 및 구조의 추진기를 용이하게 구현할 수 있는 동시에, 조립 및 분해가 용이하여 추진기의 제작, 보관, 운반 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있는 데 더하여, 사용중 고장이나 이상 발생시에도 해당 부분의 수리 및 교체가 용이하게 이루어질 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 아지머스 DP 추진기.
  9. 청구항 1항 내지 청구항 8항 중 어느 한 항에 기재된 아지머스 DP 추진기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선박.
  10. 청구항 1항 내지 청구항 8항 중 어느 한 항에 기재된 아지머스 DP 추진기를 이용하여 모형시험을 수행하는 것에 의해 추진기나 선박의 자동 위치제어(dynamic positioning; DP) 성능을 평가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 성능평가 시험방법.
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