KR20190095247A

KR20190095247A - 선박을 위한 파도 디플렉터를 갖는 공기 윤활 시스템

Info

Publication number: KR20190095247A
Application number: KR1020197009345A
Authority: KR
Inventors: 노아 실버슈미트; 요르겐 클라우젠; 요하네스 요한슨
Original assignee: 실버스트림 테크놀러지스 비.브이.
Priority date: 2016-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-08-14
Also published as: BR112019003970A2; CN109641636B; EP3290325B1; KR102413351B1; SG11201901646VA; JP2019524559A; PH12019500457A1; PT3290325T; HRP20191250T1; PL3290325T3; CY1122119T1; US10759498B2; JP7028528B2; ES2740824T3; CN109641636A; WO2018044163A1; US20190193814A1; EP3290325A1; DK3290325T3

Abstract

본 발명은 선박이 물을 통해 이동할 때, 선체 아래에서 유동하는 물과 선박의 선체 사이에 공기 윤활 레이어를 제공하기 위한 공기 윤활 시스템에 관한 것이고, 공기 윤활 시스템은 공기 공동과, 인터페이스 평면을 마주하고, 상기 인터페이스 평면에 실질적으로 평행하게 연장하고, 인터페이스 평면으로부터 2-15cm 거리에서 상기 공기 윤활 시스템의 상기 공기 공동에 마련되는 평평한 바텀 표면을 갖는 파도 디플렉터를 포함하고, 상기 바텀 표면은 0.5-15cm의 폭을 갖는 갭에 의해 상기 측벽들로부터 이격되는 주변 엣지를 갖고, 상기 평평한 바텀 표면이 연장하는 평면 상에 투영하는 방향으로 볼 때, 상기 개구의 영역의 적어도 85%, 보다 바람직하게는 적어도 90%, 가장 바람직하게는 적어도 95%가 상기 파도 디플렉터(24) 및/또는 상기 파도 디플렉터의 상기 평평한 바텀 표면에 의해 커버된다.

Description

선박을 위한 파도 디플렉터를 갖는 공기 윤활 시스템

본 발명은 선박이 물을 통해 이동할 때 선박의 선체와 선체 아래에서 유동하는 물 사이에 공기 윤활 레이어를 제공하기 위한 공기 윤활 시스템에 관한 것이고, 상기 시스템에는 측벽들, 탑 벽 및 후방 벽을 포함하는 벽들을 포함하는 공기 공동이 제공되고, 상기 벽들은 상기 탑 벽과 대향하도록 마련된 인터페이스 평면에 위치된 개구를 갖는 상기 공기 공동을 규정하고, 상기 개구는 상기 공기 공동의 길이 방향으로 볼 때 전방 단부 및 후방 단부 뿐만 아니라 상기 인터페이스 평면에서 원주 엣지를 갖고, 파도 디플렉터는 공동에 또는 공동 내에 마련된다. 본 발명은 또한 이러한 공기 윤활 시스템을 포함하는 선박 또는 배에 관한 것이다.

WO 2010/064911은, 선박의 선체의 평평한 바텀 영역에 제공되는 공동의 수단을 통해, 마찰 저항을 감소시키기 위해 변위 선박의 선체 상에 미세한 기포들의 레이어를 생성하는 방법을 설명하고 있으며, 공동의 개구는 평평한 바텀 영역에 있다. 공동의 수위가 실질적으로 선박의 선체의 레벨로 유지되는 속도로 공기가 공동 내로 주입된다. 선박의 전진 운동으로 인해, 공동 내의 공기는 선박이 이동하는 속도로 또는 공동으로부터 볼 때 물에 상대적으로 이동할 것이고, 물은 그 속도로 공동을 지나 유동할 것이다. 공기와 물 사이의 속도 차이는, 소위 켈빈-헬름홀츠 혼합 효과(Kelvin-Helmholtz mixing effect)를 일으켜 물과 공기 사이의 인터페이스에서 공기와 물의 혼합을 야기하며, 결과적으로 작은 크기의 공기 기포들의 레이어가 생성된다. 이러한 기포들의 크기는 매우 작기 때문에 비교적 오랜 기간동안 물에 머무르는 경향이 있다. 공동에서 생성된 작은 기포들은 공동의 후단에서부터 방출되어 공동의 하류의 선체의 바텀을 따라 장거리로 연장하는 안정적인 윤활 레이어를 형성한다. 이러한 방식으로 선박의 추진에서의 에너지 절감을 달성할 수 있다.

WO 2015/133900은 공동을 가로질러 연장하고 공동의 측벽들에 연결된 다수의 파도 디플렉터들을 제공하는 것을 개시하고 있으며, 파도 디플렉터들은 시동 중에 공기 공동을 비우는 것을 용이하게 하도록 마련된다. 파도 디플렉터들은 공동 내부의 난류를 줄여, 공기가 공동 내부에 오래 머무르게 하여, 시동 중에 덜 강력한 공기 주입을 위한 감소된 용량의 압축기가 요구된다. 공동 길이 방향으로 비교적 긴 치수의 공동 내에 파도 디플렉터를 제공함으로써, 선박이 예를 들어 20노트의 속도로 항해 중일 때, 공동은 효과적으로 공기로 채워질 수 있다. 작동 시, 디플렉터는 선박의 롤 운동들 및 파도들로 인한 물의 유입으로부터 공기가 채워진 공동을 효과적으로 차폐하고(shield), 길쭉한 디플렉터 파트는 롤 운동 동안 공동 내부의 물 표면을 안정적으로 유지하여, 공동의 안정적인 작동이 보장된다. 디플렉터들은 측벽들에 용접된다.

이러한 파도 디플렉터들이 제공된 공기 윤활 시스템은 작동 시, 즉 공기 윤활 레이어를 제공할 때, 선박의 선체에 대한 항력을 상당히 감소시키지만, 시스템이 작동하지 않을 때 공기 공동들은 선체의 항력을 증가시킨다.

본 발명의 목적은, 공기 윤활 시스템이 꺼져 있더라도, 선박의 선체 상에 감소된 항력을 갖는 공기 윤활 시스템 및 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공기 윤활 시스템의 공기 공동 내에 부스러기(debris)가 박히기(lodge) 어려운 공기 윤활 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 공기 공동으로부터 물을 방출하기에 충분한 공기의 비교적 적은 양을 갖는 적은 공기 윤활 시스템을 제공하는 것을 추가 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은, 선박이 물을 통해 이동할 때, 선박의 선체와 상기 선체 아래로 유동하는 물 사이에 공기 윤활 레이어를 제공하기 위한 공기 윤활 시스템을 제공하며, 상기 시스템에는 공기 공동이 제공되고, 상기 공기 공동은, 측벽들, 탑 벽 및 후방 벽을 포함하는 벽들 -상기 벽들은 상기 탑 벽으로부터 반대편에(opposite) 마련된 인터페이스 평면에 위치된 개구를 갖는 상기 공기 공동을 규정하고, 상기 개구는, 상기 공기 공동의 길이 방향으로 볼 때, 전방 단부 및 후방 단부를 가짐-; 및 상기 개구로부터 이격된 공기 입구 -상기 공기 공동의 개구의 길이는 2 내지 10m이고, 상기 인터페이스 평면으로부터 상기 탑 벽의 거리는 0.2m 내지 0.5m임-를 포함하고, 상기 시스템은, 상기 인터페이스 평면을 마주하고, 상기 인터페이스 평면에 실질적으로 평행하게 연장하고, 상기 인터페이스 평면으로부터 2-15cm 거리에서 상기 공기 공동에 마련되는 평평한 바텀 표면(24')을 갖는 파도 디플렉터를 더 포함하고, 상기 바텀 표면은 0.5-15cm의 폭(w1)을 갖는 갭(에 의해 상기 측벽들로부터 이격되는 주변 엣지(peripheral edge)를 갖고, 상기 평평한 바텀 표면(24')이 연장하는 평면 상에 투영(projection)하는 방향으로 볼 때, 상기 개구의 영역의 적어도 85%, 보다 바람직하게는 적어도 90%, 가장 바람직하게는 적어도 95%가 상기 파도 디플렉터 및/또는 상기 파도 디플렉터의 상기 평평한 바텀 표면에 의해 커버된다.

이 시스템에서, 상기 투영된 상기 개구(opening in said projection)의 영역의 적어도 85%는 상기 파도 디플렉터에 의해 취해지고(be taken up), 공기는 바텀 표면의 주변 엣지 및 측벽들을 따라 연장하는 갭을 통해 공기 윤활 켈빈-헬름홀츠 레이어(air lubricating Kelvin Helmholtz interface layer)로 운반될 수 있다. 평평한 바텀은 공기 윤활 시스템이 작동하지 않을 때, 즉 갭을 통해 공기가 공기 윤활 레이어로 도입되지 않을 때, 물이 공기 공동에 진입하는 것을 실질적으로 방지한다.

바람직하게는, 상기 투영에서, 상기 바텀 표면의 주변 엣지는 상기 파도 디플렉터의 전체를 둘러싼다.

대부분의 개구가 커버되고, 파도 디플렉터들의 바텀 표면이 일반적으로 선체와 평행하기 때문에, 유목 등의 단단한 물체들이 갭에 박힐 위험이 최소화된다. 따라서, 항력이 더욱 감소된다.

측벽들은 일반적으로 상기 인터페이스 평면에 대해 횡 방향으로 연장하고, 후방 벽은 마찬가지일 수 있지만, 공기 윤활 시스템이 올바르게 기능하기 위해서는 이들 벽들이 인터페이스 평면에 수직으로 연장됨이 요구될 필요가 없다. 바람직하게는 공기 공급 개구가 압축기 출구 덕트로의 연결을 위해 탑 벽에 배치된다. 탑 벽을 통해 공동 내로 주입되는 공기는 공동을 가로질러 탑으로부터 균일하게 분할되고, 디플렉터를 따라 갭을 통해 하방으로 유동하여 안정한 공기-물 인터페이스를 형성한다. 공동의 탑 벽에 공기 입구를 제공함으로써, 전방 단부에서의 공기 유동은 비교적 방해받지 않고 남아 있고, 최적의 공기-혼합 켈빈-헬름홀츠 인터페이스가 형성된다. 이는 탄환 또는 단검 형상의 공동이 사용되는 경우에 특히 유리하다. 바텀 표면은 교차하는 공기와 물의 원활한 유동을 가능하게 하는 인접한 폐쇄 표면인 것이 바람직하다.

일 실시 예에서, 갭은 실질적으로 일정한 폭을 가지며, 또한 물-공기 인터페이스의 안정성을 향상시킨다. 이러한 이유로, 추가 갭은 바람직하게는 실질적으로 일정한 폭을 갖는다.

일 실시 예에서, 투영 방향으로 볼 때(viewed in said projection), 상기 개구는 외부 원주 엣지를 갖고, 상기 바텀 표면의 상기 주변 엣지는 상기 외부 엣지 보다 작지만 유사한 형상의 윤곽을 갖고, 상기 외부 원주 엣지로부터 이격된다. 따라서, 파도 디플렉터는 그 중심이 개구의 중심과 정렬되도록 공기 공동에 장착될 수 있고, 공기 윤활 레이어에 공기를 도입할 수 있는 갭이 개구의 원주 엣지와 바텀 표면의 외부 원주 엣지 사이에 형성된다.

일 실시 예에서, 상기 투영 방향으로 볼 때, 상기 개구는 외부 원주 엣지를 갖고, 상기 개구를 따라 상기 갭의 길이는 상기 외부 원주 엣지의 길이의 적어도 절반이고, 바람직하게는 적어도 3/4이고, 보다 바람직하게는 적어도 5/6이다. 일반적으로, 양 측벽들은 갭에 의해 바텀 표면으로부터 완전히 이격되고, 바텀 표면과 측벽들 사이에는 직접 용접(direct weld) 등이 존재하지 않는다. 따라서, 갭은 파도 디플렉터의 바텀 표면의 실질적인 파트(substantial part)를 따라 연장할 수 있어,충분한 공기가 갭을 통과하여 공기 윤활 레이어를 형성하게 한다. 통상적으로 2개의 측벽들은 공동의 전방 단부에서 만나고, 갭은 양 측벽들을 따라 공동의 전방 단부로부터 공동의 후방 단부를 향해 연장한다.

일 실시 예에서, 후방 벽은 상기 탑 벽의 후방 부분으로부터 상기 공기 공동의 후방 단부를 향해 상기 인터페이스 평면까지 연장하고, 상기 바텀 표면은 상기 후방 벽으로부터 2-15cm의 폭을 갖는 추가 갭에 의해 이격된다. 추가 갭의 폭은 평평한 바텀 표면에서 후방 공동 벽에 가장 가까운 거리에 의해 규정되고, 공동 후방 벽은 디플렉터의 바텀 표면의 후방 엣지를 넘어 연장되거나 연장되지 않을 수 있다.

일 실시 예에서, 후방 벽은 탑 벽의 후방 부분으로부터 공기 공동의 후방 단부를 향해 경사진다. 이러한 경사진 후방 벽은 공기 공동의 후방 단부의 엣지를 따라 출구로 원활한 유동 패턴으로 공동 내의 공기 및 물을 안내하는 것을 돕고, 수직 분산과 난류를 최소화하고, 항력 감소를 최적화한다.

상기 갭 및 상기 추가 갭은 실질적으로 상기 평평한 바텀 표면을 둘러싸고(surround), 실질적으로 상기 평평한 바텀 표면은 전체적으로 상기 벽들로부터 이격된다. 따라서, 공기는 평평한 바텀 표면의 원주 주위로 연장하는 갭을 통해 공기 윤활 레이어 내로 도입될 수 있어서, 기포들은 평평한 표면의 모든 영역들에 도달하여 공기와 혼합될 수 있다. 바람직하게는, 갭과 추가 갭이 서로로 전이하여(transition), 파도 디플렉터 주위의 원주 갭을 형성한다.

일 실시 예에서, 파도 디플렉터는 함께 바텀 표면을 제공하는 복수 개의 세그먼트들을 포함한다. 세그먼트들은 파도 디플렉터 또는 파도 디플렉터의 세그먼트들의 보다 편리한 장치 및/또는 교체를 허용하도록 벽들에 개별적으로 부착될 수 있다.

일 실시 예에서, 파도 디플렉터는 바텀 표면 전체를 제공하는 단일 플레이트를 포함한다. 이는 파도 디플렉터가 특히 간단한 구조로 되도록 하고, 예를 들어 바람직하게는 금속으로 제조되고, 실질적으로 균일한 두께를 갖는 단일 플레이트로 구성되도록 한다. 이러한 파도 디플렉터는 공기 공동이 제공될 위치에서 배의 선체로부터 절단함으로써 얻어질 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 파도 디플렉터는 0.4 내지 10cm, 바람직하게는 0.5cm의 두께를 가지며, 파도 디플렉터의 두께는 전체적으로 균일한 것이 바람직하다. 따라서, 전체 파도 디플렉터는 단순히 금속 플레이트로 구현될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 평평한 바텀 플레이트의 폭은 상기 평평한 바텀 플레이트의 길이의 적어도 절반을 따라, 바람직하게는 실질적으로 평평한 바텀 표면의 전체적인 길이를 따라 공동의 전방 단부로부터 공기 공동의 후방 단부를 향해 증가한다. 디플렉터의 바텀 표면은 예를 들어 적어도 길이의 전반부 및 바람직하게는 전체 길이를 따라 탄환 또는 단검 형상일 수 있다. 이러한 형상 및 측벽들 및 평평한 바텀 표면 사이의 갭의 대응 형상은, 물-공기 인터페이스의 안정성을 개선하는데 도움이 된다.

일 실시 예에서, 공기 윤활 시스템은, 상기 파도 디플렉터를 상기 공기 공동의 벽들에 연결하고, 그들 사이의 갭을 가교하는(bridge) 스페이서 암(spacer arm)들을 더 포함한다. 상기 인터페이스 평면으로 투영하는 방향으로, 상기 스페이서 암들은 바람직하게는 상기 평평한 바텀 표면에 의해 커버되지 않은 상기 개구의 영역의 10% 미만을 커버하고, 즉 상기 스페이서 암들은 상기 투영 방향에서 상기 공기 공동의 벽들과 상기 파도 디플렉터 사이의 갭을 10% 미만으로 커버한다. 스페이서 암들은 파토 디플렉터에 이와 같은 방식으로 연결되어, 즉 스페이서 암들을 파동 디플렉터의 반대편 탑 표면 및/또는 그것의 엣지 표면에 연결되어 바텀 표면으로부터 자유롭다. 따라서 바텀 표면은 매끄럽게 유지될 수 있다. 바람직하게는, 스페이서 암들은 상기 평평한 바텀 표면에 실질적으로 평행하게, 예를 들어 측벽들로부터 및/또는 후방 벽으로부터 파도 디플렉터로 연장된다.

일 실시 예에서, 상기 평평한 바텀 표면은 인접하고 폐쇄된 평평한 표면이고, 상기 바텀 표면의 외부 원주 엣지 상의 임의의 두 포인트들 사이의 모든 라인 세그먼트들은 상기 표면 내에 완전히 포함된다. 따라서, 평평한 표면은 그 외부 엣지를 따라 리세스(recess)들을 갖지 않고, 표면 자체에 절개 부분을 갖지 않으며, 인터페이스 평면을 향한 평평한 표면의 외부 엣지 위의 공기의 원활한 유동을 가능하게 한다.

제 2 양태에 따르면, 본 발명은 본원에 기술된 바와 같은 선체 및 공기 윤활 시스템을 포함하는 선박을 제공하고, 상기 선박은 실질적으로 평평한 바텀, 상기 선박의 항해를 위한 추진 장치와, 실질적으로 상기 평평한 바텀의 레벨에 있는 인터페이스 평면을 갖는다.

본 발명은 아래에서 첨부된 도면들과 함께 보다 구체적으로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 윤활 시스템을 포함하는 선박의 개략적인 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 윤활 시스템의 사시도이다.
도 3a는 도 2의 시스템의 단면도이다.
도 3b 및 도 3c는 공기 공동의 벽들 및 파도 디플렉터 사이의 갭들의 일부를 보다 자세히 도시한 도면들이다.
도 4는 도 2의 시스템의 저면도이다.

도 1은 길이(Lv)가 20m 내지 50m이고, 폭이 5m 내지 75m인 선박(1)을 도시한다. 선박(1)은 적어도 10000톤, 바람직하게는 적어도 50000톤의 물 변위(water displacement)를 가질 수 있고, 바다로 가는 선박이다. 선박(1)은 선수(2, bow), 선미(3, stern), 측부(5)들, 실질적으로 평평한 바텀(6) 및 프로펠러 형태의 추진 장치(10)를 갖는다. 바텀(6)의 평면에서 개구된 공기 윤활 공동들(7, 8)은, 실질적으로 평평한 바텀(6)을 따라 선미(3)를 향해 이동하는 기포(9)들의 레이어를 생성하도록 바텀(6)을 따라 분포된다. 압축기들(11, 12)은 선박의 퍼진 흘수 레벨(prevailing draught level)에서 각각의 공동으로 정수 압력(hydrostatic pressure)에서 공기를 공급하기 위해 각각의 공동들(7, 8)에 연결된다. 압축기들(11, 12)은 공동들(7, 8)에 연결된 공기 출구 덕트(14)를 가지며, 주변 공기를 흡입하기 위한 공기 입구 덕트(13)를 갖는다. 압축기들(11, 12)은 항해 속도, 해상 상태 및 시동 및 정지 동안 공기 공급을 조절하기 위해 제어부(15)에 의해 제어된다.

도 2는 선박(1)의 선체(4)의 실질적으로 바텀(6)에 끼워질 수 있는, 공동(33)을 형성하는 일체형 모듈로서 구성된 공기 윤활 시스템(16)을 도시한다. 공동(33)의 길이(Lc)는 약 4m일 수 있고, 폭(W)은 약 75cm)이다. "실질적으로 평평한"은 바텀이 수평에 대해 +5도 내지 -5도의 각도로 연장하는 것, 바람직하게는 수평에 평행한 것을 의미한다.

시스템(16)은 모두 강(steel)으로 만들어진 측벽들(18, 18'), 탑 벽(19) 및 후방 벽(27)을 포함한다. 측벽들(18, 18')은 선박(1)의 평평한 바텀(6) 내로 용접될 수 있는 플랜지(17) 상에 지지된다. 후방 벽(27)은 측벽들(18, 18') 및 탑 벽(19)에 용접된다.

측벽들(18, 18') 및 후방 벽(27)은 선박의 평평한 바텀과 실질적으로 동일한 레벨의 개구(20)의 범위를 정하고, 개구(20)는 매끄러운 공기-물 인터페이스 평면을 형성하고, 인터페이스 평면에서 공기는 켈빈-헬름홀츠 혼합 효과로 인해 물과 혼합된다. 인터페이스 평면에서 물과 혼합된 공기 기포들은, 후방 엣지(21)를 따라 공동을 떠나 공동으로부터 바텀으로의 원활한 전이를 통과하고, 평평한 바텀(6)을 따라 선미(3)의 방향으로 자유롭게 이동한다. 후방 벽은 오목하게 굽어 있고, 탑 벽(19)과 공동의 후방 엣지(21)를 연결하여 부드러운 유동 패턴으로 공동 내부의 공기 및 물을 하부 후방 엣지(21)를 따라 위치한 출구 포인트로 안내하는 하향 경사 벽 파트(27')를 포함한다.

공동(33)의 전방 단부(22)는 단검 형상이고, 공기 입구(23)는 탑 벽(19)에 위치한다. 공기 입구(23)는 도 1에 도시된 압축기들(11, 12)의 공기 출구 덕트(14)들 중 하나에 연결될 수 있다.

공동(33) 내부에서, 단일 파도 디플렉터(24)는 공동 내에 연장하고, 스페이서 암(25)들을 통해 측벽들(18, 18')에 연결된다.

도 2의 공기 윤활 시스템(16)의 단면도가 도 3a에 도시되고, 도 3b 및 도 3c는 그것의 부분들(ⅢB, ⅢC)을 자세히 도시한다. 파도 디플렉터(24)는, 6cm의 폭(w1)을 갖는 갭(g1)에 의해 측벽들로부터 이격된 평평한 바텀 표면(24')을 갖고, 이는 공기 공동(33)으로부터 공기가 측벽들을 따라 개구(20)를 향해 상기 갭(g1)을 통해 방출될 수 있게 한다. 후방 벽(27)은 파도 디플렉터(24)로부터 이격되어 있고, 후방 벽 상의 라인(27')을 따라 평평한 바텀 표면(24')에 가장 가깝다(도 3b 참조). 바텀 표면(24')의 후방 엣지(26)와 후방 벽(27) 사이에는 추가 갭(g2)이 존재하고, 상기 라인(27') 또는 그 부근에서, 이 갭은 10cm의 폭(w2)을 갖고, 공기 기포들은 상기 갭(g2)을 가로질로 공기 공동을 떠날 수 있다. 평평한 바텀 표면(24')은 공동(16) 내부의 공기와 평평한 바텀(6)을 따라 유동하는 물의 인터페이스 평면에 위치하는 개구 인터페이스 평면(30)으로부터 약 5cm의 거리(h1)에 마련된다.

공동(33)의 높이(Hc)는 약 25cm일 수 있다. 측벽들(18, 18')은 16mm의 두께를 가질 수 있는 반면, 플랜지(17) 및 탑 벽(19)은 20mm의 두께를 가질 수 있다. 파도 디플렉터(24)는 바람직하게는 플랜지(17)의 두께와 같거나 큰 두께를 갖는다.

파도 디플렉터(24)는 2-15cm의 거리 내에서 인터페이스 평면(30) 위에 위치하고, 선박이 물을 통해 이동할 때, 및 공기가 공동 내로 주입되지 않을 때 공동을 통과하는 교란되지 않은 유동(undisturbed flow)을 얻을 수 있다. 공동이 공기로 가득 차면, 디플렉터(24)의 바텀 표면(24')은 수면으로부터 벗어난다. 파도 디플렉터는 또한 선박의 롤 운동 동안 안정적인 인터페이스 평면에서의 수면 유지를 돕는다.

공동(33)의 후방 벽(27)의 경사는 선박의 경계 레이어 내로의 공기 기포들의 원활한 방출을 돕고, 켈빈-헬름홀츠 혼합에 의해 형성되는 기포들을 즉각적인 선박 표면 경계 레이어로 도입하여, 수직 분산을 최소화하고, 항력 감소를 최적화하는 것을 돕기 위해 설계된다.

공동의 전방 형상, 즉 쐐기형 또는 탄환형은 물 유동을 제어하고, 공기/물 인터페이스에서 파도 불안전성을 최소화하고, 켈빈-헬름홀츠 효과에 의한 경계 레이어로의 일정한 공기 혼합을 개선한다.

공동의 길이는 일정한 공기 기포 발생과 기체 기포들의 경계 레이어로의 유동을 위한 안정된 켈빈-헬름홀츠 공기 혼합 효과를 생성하기에 충분하도록 선택되어야 한다. 공동의 크기는 안정적인 공기 기체 생성을 위해 요구되는 공기의 양과 공기 주머니 붕괴 후 공동의 회복에 필요한 공기의 양을 모두 결정한다. 공동의 크기의 최적화는 총 공기 윤활 효과와 총 공기 생성 효율을 결정한다. 이에 대한 자세한 내용은 찾을 수 있다.

도 4는 도 2 및 도 3의 후방 벽(27), 측벽들(18, 18') 및 파도 디플렉터(24)의 저면도를 도시한다. 이 저면도에서, 공동의 개구(20)의 영역들과 디플렉터의 바텀 표면(24')의 영역의 비율은 인터페이스 평면(30)으로 투영해서 볼 때 동일하고, 바텀 표면(24')이 측벽들(18, 18') 및 후방 벽(27)으로부터 완전히 이격되어, 투영해서 볼 때 개구(32)의 영역의 적어도 90%를 차지함을 보다 명확하게 알 수 있다.

각각의 스페이서 암이 바텀 표면(24')에 평행하게 연장하고, 파도 디플렉터(24)의 상측(미도시)에 일단이 부착되고, 측벽들(18, 18') 중 하나에 다른 일단이 부착되는 6개의 스페이서 암(25)들은, 함께 바텀 표면(24')을 완전히 둘러싸며, 바텀 표면을 측벽들(18, 18') 및 후방 벽(19)으로부터 이격시키는 추가 갭(g2) 및 갭(g1)을 보장한다. 본 도면에서 스페이서(25)들 자체는 디플렉터의 바텀 표면(24')에 의해 커버되지 않은 개구(20)의 영역의 10% 미만을 커버하고, 공기 공동으로부터 인터페이스 평면(30)으로의 물 또는 공기의 유동을 실질적으로 저해하지 않는다.

이러한 특히 간단한 구조는 파도 디플렉터(24)가 스페이서(25)들로부터 분리됨으로써 공기 공동(33)으로부터 제거되도록 한다. 예를 들어, 디플렉터(24)는 스페이서(25)에 볼트들로 부착될 수 있고, 볼드들을 제거함으로써 스페이서들로부터 제거될 수 있다. 디플렉터(24)가 스페이서(25)들에 용접되더라도, 그로부터 파도 디플렉터를 분리하는 것은 스페이서(25)들에서 용접을 절단하는 것만을 요구하고, 디플렉터는 나중에 스페이서들 상으로 다시 쉽게 용접될 수 있다.

본 발명에 따른 파도 디플렉터를 갖는 공기 윤활 시스템은 종래 기술의 파도 디플렉터에 비해 다수의 이점들을 제공한다:

첫째로, 종래 기술의 디플렉터와 비교하여, 본 발명의 디플렉터 및 공기 윤활 시스템은 공기 윤활 시스템이 꺼져 있을 때(공기 공급 없음), 공동에 의해 야기되는 항력을 상당히 감소시킨다. 시스템이 꺼지면, 공동(33)은 물로 채워지거나 부분적으로 채워진다. 그러나 항해 속도에서, 인터페이스 평면(30) 상에 투영될 때, 개구의 영역의 90% 이상을 커버하는 바텀 표면은, 파도 디플렉터에 의해 공기 공동(33)으로 들어가는 것이 실질적으로 방지된다. 특히, 디플렉터(24')의 평평한 바텀 표면(24')은 평평한 바텀 표면을 가로지르는 방향으로 공기 공동 내외로 물의 이동을 실질적으로 방지한다. 바텀 표면(24')이 인터페이스 평면(30)에 근접하게 마련되고, 갭(g1)이 상대적으로 좁으면, 시스템이 스위치 오프될 때 선체 및 인터페이스 평면(30) 위의 물의 유동은 크게 교란되지 않는다. 또한, 상대적으로 좁은 갭은 유목과 같은 고체 물체가 갭 또는 공기 공동에 들러 붙는 위험을 감소시킨다.

둘째로, 파도 디플렉터(24)는 선박이 속도를 내서 주행할 때 공동(33)을 공기로 채우고 공동으로부터 물을 방출할 수 있게 하며, 공동을 공기로 채우기 위해 상대적으로 적은 양의 공기만을 사용한다. 공기/물 혼합물이 배출되는 갭이 상대적으로 좁고 디플렉터의 평평한 바텀 표면(24')의 외측 가장자리에 마련되기 때문에, 비교적 적은 양의 공기만이 외부 엣지를 따라 공동으로부터 물과 공기를 밀어 내기 위해 공동에 공급되어야 한다. 대조적으로, 공지된 공기 윤활 시스템들에서, 디플렉터는 본 발명에서 보다 개구의 실질적으로 더 작은 영역을 커버하므로, 많은 공기가 물이 존재하지 않은 위치에서 공동을 빠져나갈 수 있고, 일반적으로 공기 공동으로부터 물을 방출하기 위해 훨씬 더 많은 양이 요구된다.

셋째로, 파도 디플렉터가 탑 표면을 향해 많이 연장하지 않는 플레이트로서 제공될 수 있기 때문에, 커브형 또는 각진 형상의 파도 디플렉터가 사용될 때보다 더 컴팩트한 공기 공동이 제공될 수 있다.

본 발명은 도면들에 도시된 다수의 예시적인 실시 예들을 참조하여 앞서 설명되었다. 일부 파트들 또는 요소들은 변형 및 대체 구현이 가능하며, 첨부된 청구범위에서 정의된 보호범위에 포함된다.

Claims

선박이 물을 통해 이동할 때, 선박(1)의 선체(4)와 상기 선체 아래로 유동하는 물 사이에 공기 윤활 레이어(9)를 제공하기 위한 공기 윤활 시스템에 있어서,
상기 시스템에는 공기 공동(7, 8; 33)이 제공되고,
상기 공기 공동은,
-측벽들(18, 18'), 탑 벽(19) 및 후방 벽(27)을 포함하는 벽들 -상기 벽들은 상기 탑 벽(19)으로부터 반대편에 마련된 인터페이스 평면(30)에 위치된 개구(20)를 갖는 상기 공기 공동을 규정하고, 상기 개구는, 상기 공기 공동의 길이 방향으로 볼 때, 전방 단부 및 후방 단부를 가짐-; 및
-상기 개구(20)로부터 이격된 공기 입구(23) -상기 공기 공동의 개구의 길이(Lc)는 2 내지 10m이고, 상기 인터페이스 평면으로부터 상기 탑 벽의 거리(Hc)는 0.2m 내지 0.5m임-;
를 포함하고,
상기 시스템은, 상기 인터페이스 평면(30)을 마주하고, 상기 인터페이스 평면에 실질적으로 평행하게 연장하고, 상기 인터페이스 평면(30)으로부터 2-15cm 거리(h1)에서 상기 공기 공동에 마련되는 평평한 바텀 표면(24')을 갖는 파도 디플렉터(24)를 더 포함하고, 상기 바텀 표면(24')은 0.5-15cm의 폭(w1)을 갖는 갭(g1)에 의해 상기 측벽들(18, 18')로부터 이격되는 주변 엣지를 갖고, 상기 평평한 바텀 표면(24')이 연장하는 평면 상에 투영 방향으로 볼 때, 상기 개구(20)의 영역의 적어도 85%, 보다 바람직하게는 적어도 90%, 가장 바람직하게는 적어도 95%가 상기 파도 디플렉터(24) 및/또는 상기 파도 디플렉터(24)의 상기 평평한 바텀 표면(24')에 의해 커버되는 공기 윤활 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 갭(g1)은 실질적으로 일정한 폭(w1)을 갖는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 투영 방향으로 볼 때, 상기 개구는 외부 원주 엣지를 갖고,
상기 바텀 표면의 상기 주변 엣지는 상기 외부 원주 엣지 보다 작지만 유사한 형상의 윤곽을 갖고, 상기 외부 원주 엣지로부터 이격되는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 투영 방향으로 볼 때, 상기 개구는 외부 원주 엣지를 갖고,
상기 개구(20)를 따라 상기 갭(g1)의 길이는 상기 외부 원주 엣지의 길이의 적어도 절반이고, 바람직하게는 적어도 3/4이고, 보다 바람직하게는 적어도 5/6인 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 후방 벽(27)은 상기 탑 벽의 후방 부분으로부터 상기 공기 공동(33)의 후방 단부를 향해 상기 인터페이스 평면(30)까지 연장하고,
상기 바텀 표면(24')은 상기 후방 벽(27)으로부터 2-15cm의 폭(w2)을 갖는 추가 갭(g2)에 의해 이격되는 공기 윤활 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 후방 벽(27)은 상기 탑 벽(19)의 상기 후방 부분으로부터 상기 공기 공동의 후방 단부를 향해 경사지는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 갭(g1) 및 상기 추가 갭(g2)은 실질적으로 상기 평평한 바텀 표면(24')을 둘러싸고, 실질적으로 상기 평평한 바텀 표면은 전체적으로 상기 벽들(18, 18', 27)로부터 이격되는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파도 디플렉터는, 함께 상기 바텀 표면(24')을 제공하는 복수 개의 세그먼트들을 포함하는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파도 디플렉터(24)는, 상기 바텀 표면(24') 전체를 제공하는 단일 플레이트를 포함하는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파도 디플렉터는 1.5 내지 10cm의 두께를 갖는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평평한 바텀 표면의 폭은, 상기 평평한 바텀 표면의 길이의 적어도 절반을 따라, 바람직하게는 실질적으로 평평한 바텀 표면의 전체 길이를 따라, 상기 공동의 전방 단부로부터 상기 공기 공동의 후방 단부를 향해 증가하는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파도 디플렉터(24)를 상기 공기 공동의 벽들에 연결하고, 그들 사이의 갭을 가교하는 스페이서 암(25)들을 더 포함하는 공기 윤활 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 스페이서 암(25)들은 상기 평평한 바텀 표면(24')으로 실질적으로 평행하게 연장하는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 평평한 바텀 표면은 인접한 평평한 표면이고,
상기 바텀 표면의 외부 원주 엣지 상의 어떠한 2개의 포인트들 사이의 모든 라인 세그먼트들은 상기 표면(24') 내에 완전하게 들어 있는 공기 윤활 시스템.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 공기 윤활 시스템(16) 및 선체(4)를 포함하는 선박(1)에 있어서,
상기 선박은 실질적으로 평평한 바텀(6), 상기 선박의 항해를 위한 추진 장치(10), 실질적으로 상기 평평한 바텀(6)의 레벨에 있는 인터페이스 평면(30)을 갖는 선박.