KR20200004457A - 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용 - Google Patents

배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용 Download PDF

Info

Publication number
KR20200004457A
KR20200004457A KR1020200000572A KR20200000572A KR20200004457A KR 20200004457 A KR20200004457 A KR 20200004457A KR 1020200000572 A KR1020200000572 A KR 1020200000572A KR 20200000572 A KR20200000572 A KR 20200000572A KR 20200004457 A KR20200004457 A KR 20200004457A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ship
turbulence
hull
turbulence generator
drag
Prior art date
Application number
KR1020200000572A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102191628B1 (ko
Inventor
첸-신 메이
Original Assignee
첸-신 메이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 첸-신 메이 filed Critical 첸-신 메이
Publication of KR20200004457A publication Critical patent/KR20200004457A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102191628B1 publication Critical patent/KR102191628B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/02—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement
    • B63B1/04—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils deriving lift mainly from water displacement with single hull
    • B63B1/08—Shape of aft part
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00—Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • B63B17/0018—Arrangements or devices specially adapted for facilitating access to underwater elements, e.g. to propellers ; Externally attached cofferdams or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B3/00—Hulls characterised by their structure or component parts
    • B63B3/14—Hull parts
    • B63B3/38—Keels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B73/00—Building or assembling vessels or marine structures, e.g. hulls or offshore platforms
    • B63B73/40—Building or assembling vessels or marine structures, e.g. hulls or offshore platforms characterised by joining methods
    • B63B73/43—Welding, e.g. laser welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B2001/325—Interceptors, i.e. elongate blade-like members projecting from a surface into the fluid flow substantially perpendicular to the flow direction, and by a small amount compared to its own length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2221/00—Methods and means for joining members or elements
    • B63B2221/02—Methods and means for joining members or elements by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2231/00—Material used for some parts or elements, or for particular purposes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2231/00—Material used for some parts or elements, or for particular purposes
    • B63B2231/02—Metallic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2231/00—Material used for some parts or elements, or for particular purposes
    • B63B2231/40—Synthetic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2231/00—Material used for some parts or elements, or for particular purposes
    • B63B2231/70—Glass
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls
    • Y02T70/12—

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용이 제공된다. 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물은 배의 최대폭부와 선미부 사이의 측부 표면에 설치되거나, 또는 배의 최대 깊이부와 선미부 사이의 바닥 표면에 설치되는 적어도 하나의 난류 발생기를 포함한다. 난류 발생기의 배치는 난류를 발생시켜 배의 항력을 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 배의 속도를 증가시킬 수 있으며 또는 연료 소비를 또한 감소시킬 수 있다.

Description

배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용{STRUCTURE FOR REDUCING THE DRAG OF A SHIP AND ITS APPLICATION}
본 발명은 항해 중 배의 항력(drag)을 감소시키기 위한 배의 구조물(structure) 및 그 적용, 특히 배의 항력을 감소시키는 난류를 발생시키기 위해 선체(hull)의 표면에 난류 발생기(turbulence generator)를 갖는 배 및 그 적용에 관한 것이다.
배는 항해 중 항력을 받으며 이것은 배의 속도를 감소시킨다. 항력은 더 많은 연료 소비를 야기할 뿐만 아니라, 또한 엔진과 (동력) 전달 메커니즘을 마모시키며, 또한 더 많은 배기 가스를 발생시키며 항해를 완료하는데 더 긴 시간을 야기한다. 환경 오염, 추가의 연료 소비 및 운송 영역에서의 시간 손실은 불가피하다. 배의 선체의 형상을 유선형으로 하는 것(streamlining)은 항력을 감소시키는데 도움이 되지만, 그 효과는 여전히 제한적이다. 도 1A와 도1B를 참조하면, 물에서 항해하는 종래의 배의 투시도가 도시된다. 배(1)는 선체(hull)(100)를 포함한다. 배(1)의 항해 또는 진로 방향이 H로서 표시된다. 선체(100)는 선수부(fore end)(11), 선미부(aft end)(14), 선수부(11)와 선미부(14) 사이의 최대폭부(widest section)(12) 및 최대깊이부(deepest portion)(13)를 포함한다. 배(1)가 항해할 때, 물과 선체(100) 사이의 상대속도가 발생한다. 배(1)가 물에서 항해하는 동안, 선체(100)의 표면에는 경계층(boundary layer)(31)이 형성된다. 경계층(31)은 선체(100)의 양 측부(sides) 및 선저(bottom)에서 나타난다. 경계층(31)은 선체(100)를 함께 동시에 이동한다. 경계층(31)은 항해 중 배(1)의 선수로부터 선미로 점점 성장하며, 이에 의해 항력의 축적된 부피무게 및 증가된 횡단면적은 배(1)의 속도를 감소시킨다.
또한, 선체(100)와 물 사이의 최대 상대속도는 최대폭부(12)에서 발생하며, 최소 상대속도는 선수부(11)와 분리점(separation point)(15)에서 발생한다. 분리점(15)은 배(1)의 양 측부에 최대폭부(12)와 선미부(14) 사이에 배치된다. 반류(wake)(34)는 분리점(15) 뒤에 나타난다. 베르누이의 원리에 따르면, 압력은 물 유속에 반비례하며, 따라서 배(1)의 선수부(11)가 최대 압력을 받으며, 압력이 점차 감소하여 최대폭부(12)에서 최소 레벨로 되며, 그 다음 점차 증가하여 분리점(15)에서 최대가 된다. 따라서, 선수부(11)와 최대폭부(12) 사이의 종방향 총 압력은 최대폭부(12)와 선미부(14) 사이의 종방향 총 압력보다 더 크다. 종방향 압력의 차이는 또한 배의 항력을 야기한다. 따라서, 상술한 다양한 종류의 항력은 배의 속도에 손해가 된다.
항해 동안 배에 대한 항력 문제를 극복하기 위하여, 본 발명은 배의 항력을 감소시키기 위하여 배의 선체에 설치된 구조물 및 그 적용을 제공하며, 이것은 경계층의 두께를 감소시켜 분리를 지연시키고 분리점(15)을 더욱 후방으로 변경시키는 특별한 디자인을 갖는 난류 발생기(turbulence generator)를 포함하여 선체(100)의 선미부의 압력을 증가시키며, 이에 의해 배가 항해할 때 항력을 감소시키며, 따라서 배의 속도를 증가시킬 뿐만 아니라 연료 소비도 감소시킨다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배의 항력을 감소시키기 위하여 배의 선체에 설치된 구조물 및 그 적용을 제공하며, 이것은 배의 선체의 표면에 설치된 적어도 하나의 또는 복수의 난류 발생기를 포함하여 유익한 난류를 발생시키며 이에 의해 선체의 표면 상의 경계층의 두께를 감소시켜 이에 의해 분리를 지연시켜 선체의 선미부(aft end)의 압력을 증가시켜 배의 속도를 증가시킨다.
본 발명의 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물은 적어도 하나의 난류 발생기를 포함한다. 난류 발생기들은 배의 선미부(aft end)와 최대폭부(widest section) 사이의 선체의 양 측부 표면들에 각각 설치된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에서는, 하나 또는 복수의 난류 발생기들이 배의 선미부와 최대깊이부 사이의 선체의 바닥 표면에 설치된다.
바람직한 실시형태에서는, 본 발명의 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물은 복수의 난류 발생기들을 포함하며, 그 중에 2 개의 인접 난류 발생기들은 모든 2 개의 인접 난류 발생기들 사이의 틈새를 갖는 배열로 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 본 발명의 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물은 복수의 난류 발생기들을 포함하며, 이들은 배의 특정 형상에 맞도록 틈새를 갖지 않는 스트라이프 형상(stripe configuration)으로 연속하여 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 난류 발생기는 난류를 발생시키기 위하여 충돌을 위해 들어오는 흐름을 향하는 임팩트 표면(impact surface)과 경사면 또는 곡면의 전방 표면(front surface)을 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 배가 물에서 항해하는 동안, 배의 난류 발생기는 물과 대응 속도를 가지며 난류 발생기의 임팩트 표면은 배의 수미선(용골선)(keel line)과 60도 이하의 교차각을 갖는다.
본 발명의 다른 실시형태에서는, 난류 발생기의 임팩트 표면은 배의 수미선에 대해 평행하거나 또는 0도로 경사진다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 난류 발생기의 형태는 경사면 또는 곡면의 전방 표면과 임팩트 표면을 갖는 직사각형, 경사면 직사각형, 다각형, 사다리꼴, 삼각뿔, 원뿔, 반원형 원뿔, 반원뿔 또는 다른 다양한 형태들이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 난류 발생기는 선체의 표면에 부착, 매립, 용접되거나 또는 선체와 일체로 설치된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 난류 발생기는 금속, 플라스틱, 나무, 대나무, 유리, 점토, 세라믹 또는 복합재료들로 제조될 수 있다.
본 발명에 따르는 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용은 선체 및 적어도 하나의 난류 발생기를 포함한다. 난류 발생기는 선체의 선미부와 최대폭부 사이의 선측 표면(side surface)에 설치되거나, 또는 배의 선미부와 최대깊이부 사이의 선저 표면(bottom surface)에 설치되어 난류를 발생시키며, 이에 의해 배의 항력을 감소시킨다.
본 발명에서 선체의 선미부와 최대폭부 사이 또는 선체의 선미부와 최대깊이부 사이의 표면에 적어도 하나의 난류 발생기를 설치함에 의해 난류 발생기 뒤에 유익한 난류를 발생시켜 경계층을 얇게할 수 있으며, 이것은 결국 분리를 지연시켜 배의 항력을 감소시키며 배의 속도를 효과적으로 증가시킨다. 따라서, 연료 소비와 항해 시간 모두 효과적으로 절감될 수 있다.
본 발명의 더욱 완전한 이해를 위해, 이하의 첨부 도면들과 함께 바람직한 실시형태들의 이하의 상세한 설명이 언급될 것이다.
도 1A 및 1B는 물에서 항해하는 종래의 배의 물 흐름 다이어그램을 도시한다.
도 2 및 2A는 본 발명의 실시형태에 따르는 난류 발생기의 구조물을 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따르는 흐름에 의해 난류 발생기에 작용하는 응력을 도시한다.
도 4는 층류의 경계층을 도시한다.
도 5는 난류의 경계층을 도시한다.
도 6은 물이 배를 통해 흐를 때 배의 수중 표면 상의 유선(stream line)을 도시한다.
도 7은 선체의 선미부의 수중 표면 상에 설치된 난류 발생기 뒤의 유선을 도시한다.
도 7A는 도 7의 B부분의 확대도를 도시한다.
도 8은 L 및 H에 평행하며, 항해에 최소 항력을 발생시키는 난류 발생기 자체를 도시한다.
도 9는 배의 좌현 측부(port side) 또는 바닥 선체 표면에 배치되는 복수의 난류 발생기들을 도시한다.
도 10은 좌현 측부 바닥에서 본 발명에 따르는 배의 선체에 배치된 동일한 난류 발생기를 도시한다.
도 11은 선체의 선저 표면에 배치된 난류 발생기와 난류 발생기에 의해 발생된 난류를 도시한다.
도 12는 다양한 형태의 본 발명의 난류 발생기를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따르는 경계층을 도시한다.
도 14는 본 발명에 따라 난류 발생기에 의해 요동되는(fluctuated) 층류 경계층이 난류 경계층이 되는 개략적인 다이어그램을 도시한다.
본 발명의 상기 그리고 다른 목적들, 특징들 및 이점들을 더욱 명시적으로 설명하기 위해, 여기에 기술된 실시형태들은 상세한 설명을 위한 첨부 도면들에 의해 결합된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 흐름이 본 발명의 난류 발생기를 만나는 경우 흐름의 변화와 효과가 아래와 같이 기술된다. 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 배(1)의 선체(100)에 설치된 난류 발생기(2)는 흐름이 임팩트 표면(impact surface)(21)과 충돌하는 경우 이와 충돌하고 난류를 발생시키기 위한 물의 들어오는 흐름을 향하는 임팩트 표면(21)과 경사면 또는 곡면의 전방 표면(22)을 갖는다. 흐름 C는 배(1)가 물에서 항해할 때 난류 발생기(2)와 상대 속도를 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 흐름 C가 어택 각(attack angle) A로 난류 발생기(2)를 지나가는 경우, 흐름 C가 난류 발생기(2)와 충돌하는 경우 더 많은 난류 V가 난류 발생기(2) 뒤에서 유도될 것이다. 반면에 흐름 C의 유동에 평행하게 배치된 난류 발생기(2)의 경우 비교적 더 적은 난류 V가 발생된다. 도 3을 참조하면, 흐름 C가 난류 발생기(2)와 충돌하는 경우, 흐름 C는 난류 발생기(2)의 임팩트 표면(21)에 응력 F을 가한다. 응력 F은 난류 발생기(2)에 수직인 수직 성분 Fv와 난류 발생기(2)에 평행한 수평 성분 Fh를 포함한다. 난류 발생기(2)에 가해지는 성분 Fv는 난류 발생기(2)에 가해지는 추력(thrust force)이 된다. 난류 발생기(2)의 크기가 배(1)의 선체(100)보다 대체로 훨씬 작기 때문에, 결과적으로 성분 Fv의 난류 발생기(2)에 가해지는 측면 추력은 비교적 작다. 성분 Fh는 난류 발생기(2)에 평행하며, 따라서 응력이 난류 발생기(2)에 가해지지 않는다.
상술한 바와 같이, 난류 발생기(2)와 충돌 후 난류 발생기(2)와 흐름 C의 유선 사이에 어택 각(angle of attack) A가 형성되는 경우 흐름 C에 의해 난류 발생기(2) 뒤에 난류 V가 형성된다. 따라서, 도 7 및 7A에 도시된 바와 같이 난류 발생기(2)가 배(1)의 선미부(stern part)에 설치될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 도 9에 도시된 바와 같이 난류 발생기(2)는 최대폭부(120)와 선미부(140) 사이의 선체(100)의 수중 측부 표면에 설치된다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 물에서 항해 중, 단지 경계층(31)만이 배(1)의 양 측부들에서 발생할 뿐만 아니라, 경계층(31)이 선체(100)의 바닥 표면에도 발생하여(도 1A 및 도 1B 참조), 따라서 난류 발생기(2)가 선체(100)의 선미부(140)와 최대깊이부(130) 사이의 배(1)의 바닥 표면에 또한 설치될 수 있다. 본 발명의 일 태양에서는, 복수의 난류 발생기들이 사이에 틈새를 갖고 분산되어 또는 사이에 틈새 없이 서로 인접하여 배치될 수 있으며, 수미선 L에 평행하거나 비스듬한 스트라이프와 같은 선형 또는 다른 형상으로 선체(100)의 표면에 배치되어, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 어떤 특정 선체 형상에 맞춰질 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 14는 각각 층류의 경계층(32)과 난류의 경계층(33)을 도시한다. 흐름 C와 선체(100)의 표면 사이의 경계면(interface)의 물 유속은 영(zero)이다. 흐름 C는 선체(100)의 표면 가까이에서 더 느리다. 도면들에서 화살표들의 길이는 속도를 나타낸다. 난류 유동에서의 물 분자의 운동 에너지가 더 크기 때문에, 큰 운동 에너지를 갖는 물 분자는 운동 에너지를 선체(100)의 표면에 전달하는 경향이 있으며, 따라서 선체(100)의 표면에 가까운 물 분자의 운동 에너지는 증가하며, 따라서 흐름 C'의 유속을 증가시킨다. 난류 V가 형성된 후, 난류 경계층(33)의 두께는 층류 경계층(32)의 두께와 비교하여 감소한다. 그 결과, 배(1)에 대해 흐름 C에 의해 야기되는 항력은 상응하여 더 작게 된다.
도 6 및 도 7은 흐름 C가 배(1)의 선체(100)를 지나가는 것을 도시한다. 선체(100)의 선수부(fore end)(110)와 선미부(aft end)(140)가 뾰족하기 때문에, 흐름 C1은 선체(100)의 선수부(fore part)에서 하향으로 편향된다. 흐름 C2는 선체(100)의 최대폭부(120)를 통과한 후 선체(100)의 선미부에서 상향으로 편향된다. 도 7A에서 도시된 바와 같이, 난류 발생기(2)가 수평하게 배치되는 경우, 흐름 C는 난류 발생기(2)의 임팩트 표면(21)과 어택 각 A를 형성하는 선미부(aft part)에서 상향으로 편향된다. 그 결과, 난류 발생기(2)로부터 하류에서 난류 V가 되며, 이에 의해 선체(100)에 대한 경계층(31)의 항력은 감소한다. 수미선(용골선) L은 배(1)의 선체(100)의 선수부(110)와 선미부(140) 사이의 중심선이다. 난류 발생기(2)의 임팩트 표면(21)과 수미선 L 사이의 각도 A는 60도 미만이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 난류 발생기(2)의 임팩트 표면(21)은 수미선 L에 평행하다.
또한, 난류 V는 선체(100)의 선미부에 대한 압력을 증가시킬 수 있으며 선체(100)의 선수 반부와 선미 반부 사이의 압력 차이를 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 항해 동안 배(1)의 선체(100)에 대한 압력 차이에 의해 야기된 항력을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 8은 배(1)의 선체(100)의 표면에 설치된 후 난류 발생기(2)의 영향을 도시한다. 난류 발생기(2)의 설치 방향은 배(1)의 수미선 L에 대략 평행하기 때문에, 흐름 C에 의해 난류 발생기(2)의 법선방향에 작용하는 흐름 C의 법선방향 응력 F'은 배(1)의 속도에 영향을 미치지 않는다. 난류 발생기에 대한 흐름 C의 접선방향 응력 F"이 배의 진행 H에 대해 평행한 동안에는, 접선방향 응력 F"으로부터 오는 난류 발생기(2)의 저항은 배(1)에 대해 극히 작다.
본 발명의 실시형태에서는, 선체(100)는 6.246 m의 길이, 1.057 m의 폭, 0.322 m의 흘수를 가지며, 난류 발생기(2)는 2 내지 10 cm의 길이, 0.5 내지 2 cm의 폭, 0.5 내지 1 cm의 높이를 갖는 각뿔(pyramid)이다. 그러나, 본 발명에 적용된 난류 발생기(2)의 형태는 상기 예에 의해 제한되지 않으며; 도 12에 도시된 바와 같이 난류 발생기(2)의 형태는 임팩트 표면(21)과 경사면 또는 곡면의 전방 표면(22)을 갖는 직사각형, 경사면 직사각형, 다각형, 사다리꼴, 각뿔, 삼각뿔, 원뿔, 반원형 원뿔, 반원뿔일 수 있다. 난류 발생기(2)의 치수는 선체(100)의 치수에 비례하여 원하는 대로 선택될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 난류 발생기(2)의 표면적의 범위는 다음과 같다:
2×10-2m×0.5×10-2m=1×10-4m2
10×10-2m×2×10-2m=20×10-4m2
배 모델 선체(100)의 표면적은 다음과 같다:
6.246m×1.057m=6.6m2
따라서, 표면적의 백분율 범위는 다음과 같다:
Figure pat00001
Figure pat00002
결과적으로, 난류 발생기(2)의 표면적은 배(1)의 표면적의 0.0015％ 내지 0.03％이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 난류 발생기(2)는 선체(100)의 표면에 부착, 매립, 용접되거나 또는 선체(100)와 일체로 설치된다. 난류 발생기(2)의 재료는 금속, 플라스틱, 나무, 대나무, 유리, 세라믹 또는 복합재료들로 제조될 수 있다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 도 13은 흐름 C이 배(1)의 선체 표면을 통해 흐를 때의 경계층(31)의 개략적인 다이어그램이다. 흐름 C의 속도는 선체 표면에 가까운 경우 더 느리며 선체(100)로부터 떨어지는 경우 더 빠르다. 도 14는 난류 발생기(2)에 의해 요동되는(fluctuated) 경계층(32)의 층류 유동이 난류 경계층(33)이 되는 개략적인 도시이다. 선체(100)에 설치된 본 발명의 난류 발생기(2)로, 흐름 C가 난류 발생기(2)와 충돌한 후 난류가 발생하며, 이에 의해 층류 경계층이 더 얇은 난류 경계층(33)이 된다.
요약하면, 본 발명은 배의 선미부와 최대폭부 사이의 수중 측부 표면에, 또는 배의 선미부와 최대깊이부 사이의 바닥 표면에 난류 발생기를 제공함에 의해 난류를 발생시키며, 이에 의해 경계층을 얇게 하여 분리를 지연시켜 배의 선미부(stern part)에 대한 압력을 증가시켜, 따라서 배의 항력을 감소시킨다. 따라서, 본 발명은 배의 속도를 효과적으로 향상시킬 수 있으며 연료 소비를 절감할 수 있다. 이것은 산업적인 가치가 크며 배를 위한 새로운 개선을 실제로 제공한다.
1 배
100 선체
11, 110 선수부
12, 120 최대폭부
13, 130 최대깊이부
14, 140 선미부
15 분리점
2 난류 발생기
21 임팩트 표면
22 전방 표면
31 경계층
32 층류 경계층
33 난류 경계층
34 반류
A 흐름과 난류 발생기 사이의 어택 각
C, C' 흐름
C1, C2 흐름
F 난류 발생기에 가해지는 응력
Fv 응력의 수직 성분
Fh 응력의 수평 성분
F' 난류 발생기에 대한 법선방향 응력
F" 난류 발생기에 대한 접선방향 응력
H 배의 진로
L 수미선(용골선)
V 난류

Claims (2)

  1. 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물로서,
    선수부와 선미부를 포함하며, 수미선이 선체의 상기 선수부와 상기 선미부 사이에 형성되는, 선체; 및
    상기 선체의 최대폭부와 선미부 사이의 측부 표면에 제공되거나, 또는 상기 선체의 최대 깊이부와 선미부 사이의 바닥 표면에 제공되는, 복수의 난류 발생기들
    을 포함하며,
    상기 난류 발생기는 경사면 또는 곡면의 전방 표면과 임팩트 표면을 갖고, 난류 발생기의 표면적은 배의 표면적의 0.0015％ 내지 0.03％이며,
    난류 발생기들은 이들 사이에 틈새를 갖고 수미선에 평행하거나 비스듬한 스트라이프로서 분산되어 서로에 인접하게 배치되어서, 난류 발생기들의 배치는 난류를 발생시켜 항해 중 배의 항력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    난류 발생기의 형태는 경사면 또는 곡면의 전방 표면과 임팩트 표면을 갖는 직사각형, 경사면 직사각형, 다각형, 사다리꼴, 삼각뿔, 각뿔, 원뿔, 반원형 원뿔 또는 반원뿔인 것을 특징으로 하는 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물.
KR1020200000572A 2016-11-30 2020-01-03 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용 KR102191628B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW105139361 2016-11-30
TW105139361A TWI722062B (zh) 2016-11-30 2016-11-30 減少船舶航行阻力的結構

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170156554A Division KR20180062366A (ko) 2016-11-30 2017-11-22 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200004457A true KR20200004457A (ko) 2020-01-13
KR102191628B1 KR102191628B1 (ko) 2020-12-17

Family

ID=62117501

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170156554A KR20180062366A (ko) 2016-11-30 2017-11-22 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용
KR1020200000572A KR102191628B1 (ko) 2016-11-30 2020-01-03 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170156554A KR20180062366A (ko) 2016-11-30 2017-11-22 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180148132A1 (ko)
JP (1) JP6484906B2 (ko)
KR (2) KR20180062366A (ko)
CN (1) CN108116617B (ko)
DE (1) DE102017127639A1 (ko)
TW (1) TWI722062B (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102216333B1 (ko) * 2020-01-16 2021-02-17 (주)광문오션케어 선박용 유동 제어핀
CN112092977A (zh) * 2020-09-27 2020-12-18 上海交通大学 一种船尾端减阻装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110136946A (ko) * 2010-06-16 2011-12-22 현대중공업 주식회사 소용돌이 발생기가 부착된 선박
KR20120140615A (ko) * 2011-06-21 2012-12-31 첸-신 메이 운송 수단의 유선형 동체의 저항을 감소시키는 방법 및 그 응용
KR20130034085A (ko) * 2011-09-28 2013-04-05 삼성중공업 주식회사 선박
KR20130128110A (ko) * 2012-05-16 2013-11-26 한국해양과학기술원 익형 단면을 가지는 에너지 절감을 위한 선미 부착 핀
KR20140047406A (ko) * 2012-10-12 2014-04-22 현대중공업 주식회사 선박의 선미 구조
KR20140111734A (ko) * 2013-03-12 2014-09-22 에스티엑스조선해양 주식회사 선미 끝단 핀 장착을 통한 반류 개선 장치 및 방법
KR101464187B1 (ko) * 2013-09-13 2014-11-24 성동조선해양(주) 선박에 구비되는 제어핀 및 그 제어핀을 구비하는 선박

Family Cites Families (46)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2800291A (en) * 1950-10-24 1957-07-23 Stephens Arthur Veryan Solid boundary surface for contact with a relatively moving fluid medium
US5415120A (en) * 1976-11-01 1995-05-16 Burg; Donald E. Multiple hull air ride craft
US5176095A (en) * 1976-11-01 1993-01-05 Burg Donald E Multiple hull air ride boat
US4455045A (en) * 1981-10-26 1984-06-19 Wheeler Gary O Means for maintaining attached flow of a flowing medium
US4718620A (en) * 1984-10-15 1988-01-12 Braden John A Terraced channels for reducing afterbody drag
DE3522943A1 (de) * 1985-06-27 1987-01-08 Messerschmitt Boelkow Blohm Einrichtung zur verringerung des turbulenten reibungswiderstandes bei luft-, raum- und wasserfahrzeugen
CA1324999C (en) * 1986-04-30 1993-12-07 Walter M. Presz, Jr. Bodies with reduced surface drag
US4830315A (en) * 1986-04-30 1989-05-16 United Technologies Corporation Airfoil-shaped body
US5117882A (en) * 1987-02-24 1992-06-02 Corwin R. Horton Microbubble-generating and dispensing devices and methods
US5090352A (en) * 1987-02-24 1992-02-25 Corwin R. Horton Bow foil
US4825795A (en) * 1987-03-19 1989-05-02 Slemmons Arthur J Sailing craft keel and rudder flow modifiers
US5058837A (en) * 1989-04-07 1991-10-22 Wheeler Gary O Low drag vortex generators
US5114099A (en) * 1990-06-04 1992-05-19 W. L. Chow Surface for low drag in turbulent flow
US5289997A (en) * 1991-04-18 1994-03-01 Harris B Waylon Apparatus and method for reducing drag on bodies moving through fluid
JP2573516Y2 (ja) * 1992-03-30 1998-06-04 徹也 小合 消波船
JP3190753B2 (ja) * 1992-12-04 2001-07-23 正和 大澤 小型高速船
JPH07165156A (ja) * 1993-12-14 1995-06-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 乱流摩擦抵抗低減装置
US5485801A (en) * 1994-11-17 1996-01-23 Gibbs; Ronnie D. Apparatus and methods for shielding the keel and/or bow of a watercraft
US5700172A (en) * 1996-01-18 1997-12-23 Ray Industries, Inc. Submerged marine exhaust system
JPH09254881A (ja) * 1996-03-27 1997-09-30 Hitachi Zosen Corp 船体構造
US5891551A (en) * 1997-07-14 1999-04-06 Gibbs; Ronnie D. Apparatus for reducing drag across a flow surface
JPH11255178A (ja) * 1998-03-09 1999-09-21 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 船 舶
US6467422B1 (en) * 1998-05-06 2002-10-22 Elms Austrialia Pty Ltd. Hydrofoil device
US6293216B1 (en) * 1999-11-16 2001-09-25 Bruce R. Barsumian Surface effect ship (SES) hull configuration having improved high speed performance and handling characteristics
US6604478B2 (en) * 1999-11-16 2003-08-12 Bruce R. Barsumian Hull configuration utilizing multiple effects for enhanced speed, range and efficiency
US6276636B1 (en) * 2000-01-14 2001-08-21 Norman W. Krastel Gas or fluid de-organizers for moving objects
US6431498B1 (en) * 2000-06-30 2002-08-13 Philip Watts Scalloped wing leading edge
JP4721501B2 (ja) * 2000-10-31 2011-07-13 ユニバーサル造船株式会社 船舶
ITMI20010060A1 (it) * 2001-01-15 2002-07-15 S M C Searunner Motorboat Comp Dispositivo per diminuire la resistenza d'avanzamento sull'acqua di un motoscafo
NO313544B1 (no) * 2001-02-02 2002-10-21 Fred Olsen Utforminger på overflaten av et legeme
EP1361151A1 (en) * 2002-05-07 2003-11-12 DK Group N.A. N.V. Air cavity vessel with air deflector
US6793177B2 (en) * 2002-11-04 2004-09-21 The Bonutti 2003 Trust-A Active drag and thrust modulation system and method
US6892989B1 (en) * 2003-05-29 2005-05-17 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method for reducing the drag of blunt-based vehicles by adaptively increasing forebody roughness
US7111570B1 (en) * 2006-01-03 2006-09-26 Drews Hilbert F P Dynamic surface element for bodies moving through a fluid
US10611468B2 (en) * 2006-09-08 2020-04-07 Steven Sullivan Method and apparatus for mitigating trailing vortex wakes of lifting or thrust generating bodies
US8783337B2 (en) * 2006-12-01 2014-07-22 The Invention Science Fund I Llc System for changing the convective heat transfer coefficient for a surface
US8201511B1 (en) * 2008-01-10 2012-06-19 Lawrence Harbin Method to reduce skin friction drag on a marine vessel
JP5095521B2 (ja) * 2008-06-25 2012-12-12 住友重機械マリンエンジニアリング株式会社 船体構造
TW201022086A (en) * 2008-12-08 2010-06-16 Csbc Corp Taiwan Premixed swirl generation device of vessel
US8528601B2 (en) * 2009-03-30 2013-09-10 The Regents Of The University Of Michigan Passive boundary layer control elements
EP2427366B1 (en) * 2009-05-05 2013-03-20 Diarmuid Fehily A vessel training device
JP5101640B2 (ja) * 2010-01-13 2012-12-19 サノヤス造船株式会社 船舶フィン装置
US8757701B2 (en) * 2010-01-15 2014-06-24 Aeroserve Technologies, Ltd. Drag reduction device for transport vehicles having randomized irregular shaped edge vortex generating channels
US8403271B2 (en) * 2010-08-24 2013-03-26 Lockheed Martin Corporation Passive robust flow control micro device
CN202320715U (zh) * 2011-11-01 2012-07-11 大连理工大学 一种船舶扰流装置
CN106542046B (zh) * 2016-09-29 2018-06-01 中国运载火箭技术研究院 一种扰流式涡破碎尾部减阻装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110136946A (ko) * 2010-06-16 2011-12-22 현대중공업 주식회사 소용돌이 발생기가 부착된 선박
KR20120140615A (ko) * 2011-06-21 2012-12-31 첸-신 메이 운송 수단의 유선형 동체의 저항을 감소시키는 방법 및 그 응용
KR20130034085A (ko) * 2011-09-28 2013-04-05 삼성중공업 주식회사 선박
KR20130128110A (ko) * 2012-05-16 2013-11-26 한국해양과학기술원 익형 단면을 가지는 에너지 절감을 위한 선미 부착 핀
KR20140047406A (ko) * 2012-10-12 2014-04-22 현대중공업 주식회사 선박의 선미 구조
KR20140111734A (ko) * 2013-03-12 2014-09-22 에스티엑스조선해양 주식회사 선미 끝단 핀 장착을 통한 반류 개선 장치 및 방법
KR101464187B1 (ko) * 2013-09-13 2014-11-24 성동조선해양(주) 선박에 구비되는 제어핀 및 그 제어핀을 구비하는 선박

Also Published As

Publication number Publication date
CN108116617B (zh) 2020-02-11
TWI722062B (zh) 2021-03-21
JP2018090242A (ja) 2018-06-14
KR102191628B1 (ko) 2020-12-17
KR20180062366A (ko) 2018-06-08
TW201821327A (zh) 2018-06-16
US20180148132A1 (en) 2018-05-31
JP6484906B2 (ja) 2019-03-20
CN108116617A (zh) 2018-06-05
DE102017127639A1 (de) 2018-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10414464B2 (en) Forepart of a vessel
KR20200004457A (ko) 배의 항력을 감소시키기 위한 구조물 및 그 적용
JP2002154475A (ja) トランサムスターン型船尾形状及びその造波抵抗低減方法
KR101205355B1 (ko) 선박의 러더
JP2008247050A (ja) 船舶の抵抗低減装置及び船舶
US4996935A (en) Stable racing catamaran with hydrofoil qualities
KR101390309B1 (ko) 웨지 테일형 러더
US8567332B1 (en) Advanced bilge keel design
US2555307A (en) Fishtailed hull
US20190389539A1 (en) Structure for reducing the drag of a ship and its application
KR101310961B1 (ko) 선박의 프로펠러 보스 캡
KR20220058308A (ko) 와류발생기를 갖는 잠수함
US3161171A (en) Air cushion vehicle
KR20180128804A (ko) 와류 생성핀을 포함하는 선박
JP3134108U (ja) 船尾端フィン
JP5001992B2 (ja) 船体形状
JP6944095B2 (ja) 船舶用推進抵抗軽減装置
Baniela The performance of a tunnel bow thruster with slow speed ahead: A revisited issue
JP7375077B2 (ja) 船尾付加構造及び船舶
CN111516843A (zh) 喷水推进器进流口稳流器
JP5265954B2 (ja) 高速艇
CN107117256A (zh) 一种船只空气减阻装置与方法
JP2016088286A (ja) 船尾構造
JP2010115971A (ja) 単胴ウォータージェット推進船
JP2017019391A (ja) 面に沿って流れる粘性流体の増推進力及び推進翼。

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant