KR20200088677A - Under water structure with low drag anti-fouling technology inspired by mucus secretion structure of sea creature - Google Patents

Under water structure with low drag anti-fouling technology inspired by mucus secretion structure of sea creature Download PDF

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KR20200088677A
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Abstract

An underwater structure with drag reduction and antifouling technology according to an embodiment may include: an outer shell that rubs against a fluid; a lubricating layer for covering a surface of the outer shell and reducing shear stress caused by a fluid applied to the surface of the outer shell; and a mucus storage structure that has a cavity formed in the outer shell and naturally simulates a surface structure that secretes mucus of an aquatic organism.

Description

수중 생명체의 점액 분비 구조를 자연 모사한 항력 저감 및 방오 기술이 적용된 수중 구조물{UNDER WATER STRUCTURE WITH LOW DRAG ANTI-FOULING TECHNOLOGY INSPIRED BY MUCUS SECRETION STRUCTURE OF SEA CREATURE}Underwater structure with anti- drag and anti-fouling technology that naturally simulates the mucus secretion structure of aquatic life forms{UNDER WATER STRUCTURE WITH LOW DRAG ANTI-FOULING TECHNOLOGY INSPIRED BY MUCUS SECRETION STRUCTURE OF SEA CREATURE}

아래의 설명은 항력 저감 및 방오기술이 적용된 수중 구조물에 관한 것이다.The description below relates to underwater structures to which drag reduction and antifouling techniques have been applied.

항력 저감 및 방오 표면 기술은 수중 구조물을 운영하는데 있어 약 60~80%를 차지하는 유류비를 절감하기 위한 기술이다. 종래의 기술로 상어의 늑골 구조를 이용한 기술이나 윤활제를 사용한 슬립스 기술이 개발되었으나 강한 전단 응력이 가해지는 실제의 높은 수압이나 난류 유동 속에서 저마찰 기능을 안정적으로 유지하기 어렵고 윤활제가 쉽게 씻겨져 나갈 가능성이 존재하였다.The drag reduction and antifouling surface technology is a technology to reduce oil cost, which accounts for about 60 to 80% in operating underwater structures. Conventional technology has developed a technique using a shark's rib structure or a slips technique using a lubricant, but it is difficult to stably maintain a low friction function in an actual high water pressure or turbulent flow where strong shear stress is applied, and the lubricant is easily washed away. The possibilities existed.

따라서, 외피에 적용된 윤활제가 전단응력에 의해 쉽게 씻겨 나가지 않도록 하는 기술이 적용된 수중 구조물의 필요성이 증대되고 있다.Accordingly, there is an increasing need for an underwater structure to which a technology that prevents the lubricant applied to the shell from being easily washed off by shear stress.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-described background technology is possessed or acquired by the inventor during the derivation process of the present invention, and is not necessarily a known technology disclosed to the general public before filing the present invention.

일 실시 예의 목적은 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물을 제공하는 것이다.The purpose of one embodiment is to provide an underwater structure to which a drag reduction and antifouling surface technology is applied.

일 실시 예에 따른 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물은, 유체와 마찰되는 외피; 상기 외피의 표면을 덮고, 상기 외피의 표면에 걸리는 유체에 의한 전단 응력을 감소시키기 위한 윤활층; 및 상기 외피에 형성된 캐비티를 구비하고, 수중 생명체의 점액을 분비하는 표면 구조를 자연 모사한 점액 저장 구조를 포함할 수 있다.An underwater structure to which a drag reduction and antifouling surface technology is applied according to an embodiment includes an outer shell that is in friction with a fluid; A lubricating layer covering the surface of the shell and reducing shear stress due to fluid applied to the surface of the shell; And a cavity formed in the shell, and may include a mucus storage structure that naturally simulates the surface structure secreting mucus of aquatic life forms.

상기 캐비티는, 상기 수중 구조물의 표면에 노출된 재진입(re-entrant) 입구 구조를 가진 표면에 수직한 방향으로 길쭉한 타원체 형상으로, 상기 점액 저장 구조는 미꾸라지의 점액 분비층 구조를 자연 모사한 것일 수 있다.The cavity may have an ellipsoid shape elongated in a direction perpendicular to a surface having a re-entrant inlet structure exposed on the surface of the underwater structure, and the mucus storage structure may naturally simulate the structure of the mucous secretion layer of loach. have.

상기 점액 저장 구조는, 상기 수중 구조물의 표면과 상기 캐비티를 연결시키는 통로부를 포함하고, 상기 캐비티는, 상기 통로부와의 연결 부위에 재진입(re-entrant) 혹은 이중 재진입(doubly re-entrant) 입구 구조를 가짐으로써, 상기 점액 저장 구조는 장어 또는 해조류의 점액 분비층 구조를 자연 모사한 것일 수 있다. The mucus storage structure includes a passage portion connecting the surface of the underwater structure and the cavity, and the cavity is re-entrant or double re-entrant entrance to the connection portion with the passage portion. By having a structure, the mucus storage structure may be a natural simulation of the mucous secretion layer structure of eel or seaweed.

상기 점액 저장 구조는, 상기 캐비티 내부에 진공 또는 압력차를 이용하여 주입된 윤활제를 더 포함할 수 있다.The mucus storage structure may further include a lubricant injected using a vacuum or a pressure difference inside the cavity.

상기 점액 저장 구조는, 초소수성 코팅을 더 포함하고, 상기 캐비티 내부에는 진공 또는 압력차를 이용하여 주입된 공기가 존재할 수 있다.The mucus storage structure further includes a superhydrophobic coating, and air injected using a vacuum or a pressure difference may exist inside the cavity.

상기 점액 저장 구조 중 상기 수중 구조물의 표면에 노출된 개구의 직경은 100nm 이상 50㎛ 이하의 직경을 가질 수 있다.The diameter of the opening exposed on the surface of the underwater structure among the mucus storage structures may have a diameter of 100 nm or more and 50 μm or less.

상기 수중 구조물은, 상기 윤활층 및 상기 외피 사이에 배치되는 다공성 멤브레인을 더 포함하고, 상기 다공성 멤브레인의 구멍의 최대 직경은, 상기 개구의 직경의 1/10 이하일 수 있다.The underwater structure further includes a porous membrane disposed between the lubricating layer and the shell, and the maximum diameter of the pores in the porous membrane may be 1/10 or less of the diameter of the opening.

상기 수중 구조물은, 수면 또는 수중에 고정되어 있거나 이동하는 물체이고, 상기 점액을 저장하는 캐비티의 크기와 통로부의 직경은 물체의 표면 위치 (전방, 후방, 측면)와 전단응력 값에 따라 달라질 수 있다.The underwater structure is a fixed or moving object on the water surface or in water, and the size of the cavity for storing the mucus and the diameter of the passage may vary depending on the surface position (front, rear, side) of the object and shear stress values. .

일 실시 예에 의하면, 수중 구조물이 높은 수압이나 난류 유동속에서 저마찰 기능을 안정적으로 유지하고 강한 전단응력이 가해지는 실제 유동환경에서 윤활제가 쉽게 씻겨져 나가는 것을 막아 운영비를 절감할 수 있다.According to one embodiment, the underwater structure can stably maintain the low friction function at high water pressure or turbulent flow and prevent the lubricant from being easily washed out in an actual flow environment where strong shear stress is applied, thereby reducing operating costs.

도 1a는 제 1 실시 예에 따른 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물의 측면도이다.
도 1b는 제 1 실시 예에 따른 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물의 저면도이다.
도 2는 제 2 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.
도 3은 제 3 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.
도 4는 제 4 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.
도 5는 제 5 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.
도 6은 제 6 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.
도 7은 제 7 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.
도 8은 실제 미꾸라지의 외피의 표면 및 단면을 확대하여 관찰한 사진이다.
도 9는 실제 장어의 외피의 표면 및 단면을 확대하여 관찰한 사진이다.1A is a side view of an underwater structure to which a drag reduction and antifouling surface technology according to a first embodiment is applied.
1B is a bottom view of the underwater structure to which the drag reduction and antifouling surface technology according to the first embodiment is applied.
2 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the second embodiment.
3 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the third embodiment.
4 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the fourth embodiment.
5 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the fifth embodiment.
6 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the sixth embodiment.
7 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the seventh embodiment.
8 is an enlarged observation of the surface and cross-section of the actual loach shell.
9 is an enlarged observation of the surface and cross-section of the outer eel shell.

이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible, even if they are displayed on different drawings. In addition, in describing the embodiments, when it is determined that detailed descriptions of related well-known configurations or functions interfere with understanding of the embodiments, detailed descriptions thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), and the like can be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, but another component between each component It should be understood that may be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in any one embodiment and components including common functions will be described using the same name in other embodiments. Unless there is an objection to the contrary, the description described in any one embodiment may be applied to other embodiments, and a detailed description will be omitted in the overlapped range.

도 1a는 제 1 실시 예에 따른 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물의 측면도이고, 도 1b는 제 1 실시 예에 따른 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물의 저면도이다.1A is a side view of an underwater structure to which the drag reduction and antifouling surface technology according to the first embodiment is applied, and FIG. 1B is a bottom view of an underwater structure to which the drag reduction and antifouling surface technology according to the first embodiment is applied.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 일 실시 예에 따른 수중 구조물(1)은, 유체와 마찰되는 외피(11)를 가질 수 있다. 여기서, "수중 구조물"이란, 선박이나 잠수정 등 수면 또는 수중을 이동하는 이동체나, 수중에 고정적으로 설치된 고정체 등을 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있다. 이하 수중 구조물(1)이 선박인 경우를 예시적으로 설명하기로 하지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니라는 점을 밝혀 둔다.1A and 1B, the underwater structure 1 according to an embodiment may have an outer shell 11 in friction with a fluid. Here, the term “underwater structure” may be understood as a concept including both a moving body that moves on the water surface or underwater, such as a ship or a submersible, and a fixed body fixedly installed in the water. Hereinafter, the case where the underwater structure 1 is a ship will be exemplarily described, but it is revealed that the present invention is not necessarily limited thereto.

외피(11) 중 유체에 접촉하는 부분에는, 도시한 것처럼 다수의 점액 저장 구조가 형성될 수 있다. 여기서, 점액 저장 구조는, 수중 생명체의 점액을 분비하는 표면 구조를 자연 모사한 것으로써, 도 2 이하에서 구체적인 실시 예들을 설명하기로 한다.In the portion of the sheath 11 in contact with the fluid, a plurality of mucus storage structures may be formed as shown. Here, the mucus storage structure is a natural simulation of a surface structure that secretes mucus from aquatic life, and specific embodiments will be described below with reference to FIG. 2.

도 2는 제 2 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the second embodiment.

도 2를 참조하면, 제 2 실시 예에 따른 수중 구조물(2)은, 외피(21), 윤활층(22) 및 점액 저장 구조(23)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the underwater structure 2 according to the second embodiment may include an outer shell 21, a lubricating layer 22 and a mucus storage structure 23.

윤활층(22)은, 외피(21)의 표면을 덮고, 외피(21)의 표면에 걸리는 유체에 의한 전단 응력을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 윤활층(22)은, 수중 생명체의 점액과 유사한 성분을 가진 윤활제(lubricant)나, 기름(oil) 등 물보다 점도가 높은 액상 물질로 이루어질 수 있다. 한편, "윤활층"이란, 반드시 점액 등의 물질을 의미하는 것은 아니며, 공기도 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. The lubricating layer 22 covers the surface of the envelope 21 and can reduce shear stress caused by the fluid applied to the surface of the envelope 21. For example, the lubricating layer 22 may be made of a liquid substance having a viscosity higher than that of water, such as a lubricant or oil having a component similar to the mucus of an aquatic life. On the other hand, "lubricating layer" does not necessarily mean a substance such as mucus, and should be understood as a concept including air.

윤활층(22)은 수중 생명체의 표면처럼, 수중 구조물(2)의 외피(21)의 표면을 항상 덮음으로써, 외피(21)에 직접 오염물질이 부착되는 문제를 방지할 수 있다.The lubricating layer 22 always covers the surface of the outer shell 21 of the underwater structure 2, such as the surface of the underwater living body, thereby preventing the problem of directly attaching contaminants to the outer shell 21.

또한, 윤활층(22)은, 외피(21)의 주위를 유동하는 유체가 직접 외피(21)에 접촉하는 경우에 비교하여, 해당 유동을 외피(21)로부터 슬립(slip) 되게 하여 마찰 항력을 저감시킬 수 있다. In addition, the lubricating layer 22, compared with the case where the fluid flowing around the outer shell 21 directly contacts the outer shell 21, causes the flow to slip from the outer shell 21 to generate frictional drag. Can be reduced.

구체적으로, 외피(21)의 상부에 윤활층(22)이 없는 노-슬립(no-slip) 조건에서는, 물체 표면에 걸리는 유체에 의한 유속이 외피(21)의 표면으로부터의 거리에 비례하는 유속 분포를 갖게 된다. 이에 반하여, 실시 예와 같이 외피(21)의 상부에 윤활층(22)이 있는 경우에는, 윤활 효과에 의해, 윤활층(22)의 내부에서 큰 속도 구배를 갖고, 윤활층(22)의 상부에 위치한 유체의 속도 구배는 완만해진다. 따라서, 수중 구조물(2)의 외피(21)에 걸리는 유체에 의한 전단 응력은 윤활제(22)가 있는 경우 월등히 감소한다는 것을 알 수 있다. 즉, 수중 구조물(2)의 외피(21)에 대한 표면 마찰저항이 감소함을 알 수 있다.Specifically, in a no-slip condition in which there is no lubricating layer 22 on the upper portion of the outer shell 21, the flow velocity due to the fluid applied to the object surface is proportional to the distance from the surface of the outer shell 21 Distribution. On the contrary, in the case where the lubricating layer 22 is provided on the upper portion of the outer cover 21 as in the embodiment, the lubricating effect has a large velocity gradient inside the lubricating layer 22, and the upper portion of the lubricating layer 22 The velocity gradient of the fluid located at becomes gentle. Therefore, it can be seen that the shear stress due to the fluid applied to the outer shell 21 of the underwater structure 2 is significantly reduced when the lubricant 22 is present. That is, it can be seen that the surface frictional resistance of the underwater structure 2 to the shell 21 is reduced.

점액 저장 구조(23)는, 수중 생명체의 점액을 분비하는 표면 구조를 자연 모사한 구조이다. 점액 저장 구조(23)에 의하면, 윤활층(22) 및 후술할 윤활제(233) 사이에 재순환 유동을 야기시켜, 윤활층(22) 및 유체 사이의 계면(interface)에서의 에너지 손실을 줄일 수 있다. 또한, 점액 저장 구조(23)는, 내부에 윤활제(233)를 장기간 보관하면서, 적정한 양의 윤활제(233)가 토출되어 윤활층(22)을 형성하게 함으로써, 윤활층(22)이 오랜 기간 동안 적절히 유지되게 할 수 있다. 예를 들어, 점액 저장 구조(23)의 표면에 노출된 개구의 직경은, 수마이크로 스케일, 예를 들어,100nm 이상 50㎛ 이하의 직경을 가질 수 있다. 점액 저장 구조(23)는, 캐비티(231) 및 윤활제(233)를 포함할 수 있다.The mucus storage structure 23 is a structure that naturally simulates the surface structure that secretes mucus of aquatic life forms. According to the mucus storage structure 23, it is possible to reduce the energy loss at the interface between the lubricating layer 22 and the fluid by causing a recirculating flow between the lubricating layer 22 and the lubricant 233 to be described later. . In addition, the slime storage structure 23 allows the lubricant layer 22 to be formed for a long period of time by storing the lubricant 233 therein for a long period of time, thereby discharging the appropriate amount of the lubricant 233 to form the lubricant layer 22. It can be kept properly. For example, the diameter of the opening exposed on the surface of the mucus storage structure 23 can have a diameter of several micrometers, for example, 100 nm or more and 50 μm or less. The mucus storage structure 23 may include a cavity 231 and a lubricant 233.

캐비티(231)는 외피(21)에 형성되는 빈 공간으로 윤활제(233)를 수용할 수 있다. 캐비티(231)는, 캐비티(231)의 최대 직경보다 짧은 최대 직경을 갖는 재진입 입구 구조(2311)를 포함할 수 있다.The cavity 231 may accommodate the lubricant 233 as an empty space formed in the shell 21. The cavity 231 may include a re-entry inlet structure 2311 having a maximum diameter shorter than the maximum diameter of the cavity 231.

재진입 입구 구조(2311)는, 점액질 역할을 하는 윤활제들이 외부 유동에 씻겨 나가지 않도록 하여 높은 안정성을 가지도록 한다. 이러한 구조는 점액질 역할을 하는 윤활제들이 외부 유동에 씻겨 나가지 않도록 하여 높은 안정성을 가지도록 한다.The re-entrance inlet structure 2311 prevents lubricants that act as mucus from being washed out of the external flow, thereby ensuring high stability. This structure prevents lubricants that act as mucus from being washed out of the external flow, thereby ensuring high stability.

예를 들어, 캐비티(231) 중 재진입 입구 구조(2311)의 둘레를 따라 위치하는 테두리 부분의 단면이 외피(21)에 대하여 이루는 각은 예각일 수 있다. 또한, 재진입 입구 구조(2311)로부터 멀어질수록, 상기 테두리 부분의 단면이 외피(21)에 대하여 이루는 각은 점차 증가될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 앞서 설명한 재순환 유동이 효과적으로 이루어지게 할 수 있다. 예를 들어, 캐비티(231)의 단면은 원형에서 일부를 절개한 형상을 가질 수 있다.For example, an angle formed by the cross-section of the edge portion of the cavity 231 along the circumference of the re-entry inlet structure 2311 with respect to the envelope 21 may be an acute angle. In addition, as the distance from the re-entry inlet structure 2311 increases, the angle formed by the cross-section of the rim portion with respect to the shell 21 may be gradually increased. According to this structure, it is possible to effectively achieve the recirculation flow described above. For example, the cross section of the cavity 231 may have a shape in which a part of the cavity is cut.

윤활제(233)는, 윤활층(22)을 형성하기 위한 물질로써, 윤활층(22)과 동일한 재질일 수 있다. 윤활제(233)는, 윤활층(22)과 마찬가지로, 반드시 점액 등의 물질을 의미하는 것은 아니며, 공기도 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 윤활제(233)는, 예를 들어, 진공 또는 압력차를 이용하여 캐비티(231) 내부로 주입될 수 있다.The lubricant 233 is a material for forming the lubricant layer 22, and may be the same material as the lubricant layer 22. The lubricant 233, like the lubricant layer 22, does not necessarily mean a substance such as mucus, and should be understood as a concept including air. The lubricant 233 may be injected into the cavity 231 using, for example, a vacuum or a pressure difference.

예를 들어, 윤활층(22) 및 윤활제(233)가 공기일 경우, 점액 저장 구조(23)는, 초소수성 코팅(234)을 더 포함할 수 있다.For example, when the lubricant layer 22 and the lubricant 233 are air, the mucus storage structure 23 may further include a superhydrophobic coating 234.

초소수성 코팅(234)은, 캐비티(231)의 내벽에 배치될 수 있다. 이와 같은 초소수성 코팅(234)에 의하면, 캐비티(231) 내부로 유체가 진입하는 것을 방지함으로써, 점액 저장 구조(23)의 윤활제(233) 저장 능력을 향상시킬 수 있다.The superhydrophobic coating 234 may be disposed on the inner wall of the cavity 231. According to the superhydrophobic coating 234, by preventing the fluid from entering the cavity 231, the storage ability of the lubricant 233 of the mucus storage structure 23 can be improved.

마찬가지로, 외피(21)도 표면에 형성되는 초소수성 코팅(부호 없음)을 포함할 수 있다. 이와 같은 초소수성 코팅에 의하면, 외피(21)의 표면을 감싸는 공기로 형성된 윤활층(22)을 보다 오래 유지시키면서 표면 저항을 감소시킬 수 있다.Likewise, the envelope 21 may also include a superhydrophobic coating (no sign) formed on the surface. According to such a superhydrophobic coating, it is possible to reduce the surface resistance while maintaining the lubricating layer 22 formed of air surrounding the surface of the envelope 21 for a longer time.

도 3은 제 3 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the third embodiment.

도 3을 참조하면, 제 3 실시 예에 따른 수중 구조물(3)은, 외피(31), 윤활층(32) 및 점액 저장 구조(33)를 포함할 수 있다. 점액 저장 구조(33)는, 제 2 실시 예와 마찬가지로, 캐비티 및 윤활제를 포함하고, 캐비티는, 재진입 입구 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 캐비티의 단면은 타원형에서 일부를 절개한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 캐비티의 재진입 입구 구조의 최대 직경은 캐비티의 단축의 길이보다 짧을 수 있다. 예를 들어, 캐비티의 단면의 장축은 외피(31)의 표면에 수직한 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 동일한 면적 대비 점액 저장 공간을 증대시킬 수 있다.Referring to FIG. 3, the underwater structure 3 according to the third embodiment may include an outer shell 31, a lubricating layer 32 and a mucus storage structure 33. The mucus storage structure 33, like the second embodiment, includes a cavity and a lubricant, and the cavity can include a re-entry inlet structure. For example, the cross section of the cavity may have a shape in which a part is cut out from an oval. For example, the maximum diameter of the cavity's re-entry inlet structure may be shorter than the length of the cavity's minor axis. For example, the long axis of the cross section of the cavity may have a shape perpendicular to the surface of the shell 31. According to such a structure, it is possible to increase the storage space for mucus compared to the same area.

도 4는 제 4 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the fourth embodiment.

도 4를 참조하면, 제 4 실시 예에 따른 수중 구조물(4)은, 외피(41), 윤활층(42) 및 점액 저장 구조(43)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the underwater structure 4 according to the fourth embodiment may include an outer shell 41, a lubricating layer 42, and a mucus storage structure 43.

점액 저장 구조(43)는, 캐비티(431), 통로부(432), 윤활제(433) 및 초소수성 코팅(434)을 포함할 수 있다.The mucus storage structure 43 may include a cavity 431, a passage 432, a lubricant 433, and a superhydrophobic coating 434.

캐비티(431)는 재진입 입구 구조(4311)를 포함할 수 있다.The cavity 431 may include a re-entry inlet structure 4311.

통로부(432)는, 수중 구조물(4)의 표면 및 캐비티(431)를 상호 연통시킬 수 있다. 통로부(432)를 통해 캐비티(431) 내부의 윤활제(433)가 토출되어 윤활층(42)을 형성할 수 있다. 통로부(432)의 최대 직경은 캐비티(431)의 최대 직경보다 짧을 수 있다. 통로부(432)의 직경은, 수마이크로 스케일, 예를 들어, 100nm이상 50㎛ 이하의 직경을 가질 수 있다. 통로부(432)는, 외피(41)의 개구와 캐비티(431) 사이에 거리를 둠으로써, 캐비티(431) 내부의 윤활제(433)의 과도한 토출을 방지할 수 있다. 따라서, 윤활층(42)이 더 오랜 기간 동안 적절히 유지되게 하여 항력 저감 및 방오 성능을 보다 장기간 유지시킬 수 있게 한다.The passage portion 432 may communicate the surface of the underwater structure 4 and the cavity 431 with each other. The lubricant 433 inside the cavity 431 may be discharged through the passage portion 432 to form the lubricating layer 42. The maximum diameter of the passage portion 432 may be shorter than the maximum diameter of the cavity 431. The passage portion 432 may have a diameter of several microscales, for example, 100 nm or more and 50 μm or less. The passage part 432 can prevent excessive discharge of the lubricant 433 inside the cavity 431 by making a distance between the opening of the outer shell 41 and the cavity 431. Accordingly, the lubricating layer 42 is properly maintained for a longer period of time, so that drag reduction and antifouling performance can be maintained for a longer period.

도 5는 제 5 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the fifth embodiment.

도 5를 참조하면, 제 5 실시 예에 따른 수중 구조물(5)은 외피(51), 윤활층(52), 점액 저장 구조(53) 및 다공성 멤브레인(54)을 포함할 수 있다.5, the underwater structure 5 according to the fifth embodiment may include an outer shell 51, a lubricating layer 52, a mucus storage structure 53, and a porous membrane 54.

다공성 멤브레인(54)은 외피(51) 및 점액 저장 구조(53)의 캐비티와 윤활층(52) 사이에 배치된다. 다공성 멤브레인(54) 구멍의 최대 직경은 점액 저장 구조(53) 개구의 직경보다 작을 수 있다. 예를 들어, 다공성 멤브레인(54) 구멍의 최대 직경은 점액 저장 구조(53) 개구의 직경보다 1/10 이하일 수 있다.Porous membrane 54 is disposed between the cavity 51 of the sheath 51 and the mucus storage structure 53 and the lubricating layer 52. The maximum diameter of the pores of the porous membrane 54 may be smaller than the diameter of the mucus storage structure 53 opening. For example, the maximum diameter of the pores of the porous membrane 54 may be 1/10 or less than the diameter of the mucus storage structure 53 opening.

다공성 멤브레인(54)은, 점액저장구조(53)의 캐비티 내부의 윤활제의 과도한 토출을 방지하여 윤활층(52)이 더 오랜 기간 동안 적절하게 유지되게 하여 항력 저감 및 방오 성능을 보다 장기간 유지시킬 수 있게 한다.The porous membrane 54 prevents excessive discharge of lubricant inside the cavity of the mucus storage structure 53 so that the lubricating layer 52 is properly maintained for a longer period of time, thereby reducing drag and antifouling performance for a longer period of time. Have it.

예를 들어, 다공성 멤브레인(54)은, 외피(51)에 탈부착 가능할 수 있다. 이와 같은 특징에 의하면, 다공성 멤브레인(54)을 탈착시킨 상태에서, 점액 저장 구조(53)에 윤활제를 원활히 주입할 수 있다.For example, the porous membrane 54 may be detachable from the shell 51. According to this feature, in the state in which the porous membrane 54 is detached, the lubricant can be smoothly injected into the mucus storage structure 53.

도 6은 제 6 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이고, 도 7은 제 7 실시 예에 따른 수중 구조물의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the sixth embodiment, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the underwater structure according to the seventh embodiment.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제 6 실시 예 및 제 7 실시 예에 따른 각각의 수중구조물(6, 7)은 외피(61, 71), 윤활층(62, 72), 점액 저장 구조(63, 73) 및 다공성 멤브레인(64, 74)을 포함할 수 있다. 도 6 및 도 7은 앞서 설명한 다른 형태의 수중 구조물에도 다공성 멤브레인이 설치될 수 있음을 예시적으로 도시한 것이다. 6 and 7, each of the underwater structures 6 and 7 according to the sixth and seventh embodiments has an outer shell 61, 71, a lubricating layer 62, 72, and a mucus storage structure 63 , 73) and porous membranes (64, 74). 6 and 7 exemplarily illustrate that a porous membrane may be installed in other types of underwater structures described above.

도 8은 실제 미꾸라지의 외피의 표면 및 단면을 확대하여 관찰한 사진이다.8 is an enlarged observation of the surface and cross-section of the actual loach shell.

구체적으로, 도 8은 미꾸라지(Misgurnus mizolepis) 사진으로, 미꾸라지 표면의 점액질을 분비하는 구멍들을 찍은 주사전자현미경(SEM) 사진과, 미꾸라지 표면의 점액 분비층의 단면을 가속기 X선 영상기법으로 촬영한 영상의 캡처 사진이다.Specifically, FIG. 8 is a photograph of a loach (Misgurnus mizolepis), a scanning electron microscope (SEM) photograph of holes that secrete mucus on the loach surface, and a cross section of the mucus secretion layer on the loach surface, taken by an accelerator X-ray imaging technique. It is a captured picture of the video.

도 8을 참조하면, 미꾸라지(8)는 피부에 존재하는 좁은 개구(81)를 통해 점액질을 분비하는 구조를 갖고 있으며, 개구(81)를 통해 피부의 외면으로 점액질을 공급하는 점액 저장 구조(82)는 길쭉한 타원체 형상의 캐비티를 포함한다. 앞서 설명한 제 3 실시 예 등의 점액 저장 구조(33) 등은 이와 같은 미꾸라지의 점액 분비층 구조를 자연 모사한 것으로 이해될 수 있다.Referring to FIG. 8, the loach 8 has a structure that secretes mucus through a narrow opening 81 present in the skin, and a mucus storage structure 82 that supplies mucus to the outer surface of the skin through the opening 81 ) Includes an elongated ellipsoidal cavity. The mucus storage structure 33 of the third embodiment and the like described above may be understood as a natural simulation of the mucus secretion layer structure of such loach.

도 9는 실제 장어의 외피의 표면 및 단면을 확대하여 관찰한 사진이다.9 is an enlarged observation of the surface and cross-section of the shell of an actual eel.

구체적으로, 도 9는 먹장어(Eptatretus stoutii) 사진으로, 미꾸라지 표면의 점액질을 분비하는 구멍들을 찍은 주사전자현미경(SEM) 사진과, 먹장어 표면의 점액 분비층의 단면을 가속기 X선 영상기법으로 촬영한 영상의 캡처 사진이다.도 9를 참조하면, 먹장어(9)는 피부에 존재하는 좁은 개구(91)를 통해 점액질을 분비하는 구조를 갖고 있으며, 개구(91)를 통해 피부의 외면으로 점액질을 공급하는 점액 저장 구조(93)는 캐비티와, 개구 및 캐비티를 연결하는 통로부를 포함한다. 또한, 먹장어(9)의 외피(92)는 100㎛당 수 개의 점액 저장 구조(93)를 지니고 있으며, 앞서 설명한 제 4 실시 예 등의 점액 저장 구조(43) 등은 이와 같은 먹장어(9)의 점액 분비층 구조를 자연 모사한 것으로 이해될 수 있다.Specifically, FIG. 9 is a photograph of an ink eel (Eptatretus stoutii), a scanning electron microscope (SEM) photograph showing holes secreting mucus on the loach surface, and a cross-section of the mucus secretion layer on the surface of the eel using an accelerator X-ray imaging technique. 9, the eel 9 has a structure that secretes mucus through a narrow opening 91 present in the skin, and supplies mucus to the outer surface of the skin through the opening 91. The mucus storage structure 93 includes a cavity and a passage portion connecting the opening and the cavity. In addition, the shell 92 of the ink eel 9 has several mucus storage structures 93 per 100 µm, and the mucus storage structure 43 of the fourth embodiment described above, etc., of such an eel 9 It can be understood that the mucus secretion layer structure is naturally simulated.

한편, 수중 구조물(1, 도 1 참조)은, (i) 외피(11)에 형성된 제 1 캐비티를 구비하는 제 1 점액 저장 구조와 (ii) 외피(11)에 형성된 제 2 캐비티를 구비하는 제 2 점액 저장 구조를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 캐비티에 연통되고 외피(11)의 표면에 노출된 제 1 개구의 직경(d1)은, 제 2 캐비티에 연통되고 외피(11)의 표면에 노출된 제 2 개구의 직경(d2)보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 제 1 개구 및 제 2 개구의 직경은 서로 다를 수 있다. 수중 구조물(1) 주변의 압력이 높을수록 윤활제가 쉽게 토출될 수 있는 문제를 고려하여, 수중 구조물(1)의 위치 별로 개구의 직경이 다른 점액 저장 구조를 배치시킬 수 있다.On the other hand, the underwater structure (see Fig. 1, 1), (i) a first mucus storage structure having a first cavity formed in the shell 11 and (ii) a second cavity formed in the shell 11 2 Mucus storage structure. Here, the diameter (d1) of the first opening communicating with the first cavity and exposed to the surface of the shell 11 is the diameter (d2) of the second opening communicating with the second cavity and exposed to the surface of the shell 11 It can be smaller. In other words, the diameters of the first opening and the second opening may be different. Considering the problem that the lubricant can be easily discharged as the pressure around the underwater structure 1 is high, a mucus storage structure having a different opening diameter for each position of the underwater structure 1 can be arranged.

예를 들면, 중력 방향을 기준으로, 제 1 점액 저장 구조는, 상기 제 2 점액 저장 구조보다 수중 구조물(1)의 하측에 배치되는 수중 구조물.For example, based on the direction of gravity, the first mucus storage structure is an underwater structure that is disposed below the underwater structure 1 than the second mucus storage structure.

예를 들면, 수중 구조물(1)이, 수면 또는 수중을 이동하는 이동체일 때, 제 1 점액 저장 구조는 이동체의 전방에 배치되고, 제 2 점액 저장 구조는 이동체의 측방 또는 후방에 배치될 수 있다.For example, when the underwater structure 1 is a water surface or a moving body that moves underwater, the first mucus storage structure may be disposed in front of the mobile body, and the second mucus storage structure may be disposed to the side or rear of the mobile body. .

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited drawings as described above, a person skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and/or components such as the structure, device, etc. described may be combined or combined in a different form from the described method, or may be applied to other components or equivalents. Even if replaced or substituted by, appropriate results can be achieved.

Claims (8)

유체와 마찰되는 외피;
상기 외피의 표면을 덮고, 상기 외피의 표면에 걸리는 유체에 의한 전단 응력을 감소시키기 위한 윤활층; 및
상기 외피에 형성된 캐비티를 구비하고, 수중 생명체의 점액을 분비하는 표면 구조를 자연 모사한 점액 저장 구조를 포함하는 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물.
A skin that is in friction with the fluid;
A lubricating layer covering the surface of the shell and reducing shear stress caused by fluid applied to the surface of the shell; And
Underwater structure having a cavity formed in the outer shell, comprising a mucus storage structure that naturally mimics the surface structure secreting mucus of aquatic life, and applying anti-fouling surface technology.
제 1 항에 있어서,
상기 캐비티는, 상기 수중 구조물의 표면에 노출된 재진입(re-entrant) 입구 구조를 가진 표면에 수직한 방향으로 길쭉한 타원체 형상으로, 상기 점액 저장 구조는 미꾸라지의 점액 분비층 구조를 자연 모사한 것을 특징으로 하는 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물.
According to claim 1,
The cavity has an ellipsoid shape elongated in a direction perpendicular to a surface having a re-entrant inlet structure exposed on the surface of the underwater structure, and the mucus storage structure is characterized by naturally simulating the structure of the mucous secretion layer of loach. An underwater structure to which drag reduction and antifouling surface technology are applied.
제 1 항에 있어서,
상기 점액 저장 구조는, 상기 수중 구조물의 표면과 상기 캐비티를 연결시키는 통로부를 포함하고,
상기 캐비티는, 상기 통로부와의 연결 부위에 재진입(re-entrant) 혹은 이중 재진입(doubly re-entrant) 입구 구조를 가짐으로써, 상기 점액 저장 구조는 장어 또는 해조류의 점액 분비층 구조를 자연 모사한 것을 특징으로 하는 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물.
According to claim 1,
The mucus storage structure includes a passage portion connecting the surface of the underwater structure and the cavity,
The cavity has a re-entrant or doubly re-entrant inlet structure at a connection portion with the passage, so that the mucus storage structure naturally simulates the mucus secretion layer structure of eel or seaweed. Characterized in that the underwater structure applied drag reduction and antifouling surface technology.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 점액 저장 구조는, 상기 캐비티 내부에 진공 또는 압력차를 이용하여 주입된 윤활제를 더 포함하는 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물.
The method of claim 2 or 3,
The mucus storage structure, the underwater structure using a drag reduction and antifouling surface technology further comprises a lubricant injected using a vacuum or a pressure difference inside the cavity.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 점액 저장 구조는, 초소수성 코팅을 더 포함하고,
상기 캐비티 내부에는 진공 또는 압력차를 이용하여 주입된 공기가 존재하는 것을 특징으로 하는 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물.
The method of claim 2 or 3,
The mucus storage structure further comprises a superhydrophobic coating,
Underwater structure using a drag reduction and antifouling surface technology, characterized in that there is air injected using a vacuum or a pressure difference inside the cavity.
제 1 항에 있어서,
상기 점액 저장 구조 중 상기 수중 구조물의 표면에 노출된 개구의 직경은 100nm 이상 50 ㎛ 이하의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물.
According to claim 1,
The structure of the mucus storage structure, the diameter of the opening exposed to the surface of the underwater structure has a diameter of 100nm or more and 50㎛ or less, characterized in that the drag reduction and anti-fouling surface technology applied underwater structure.
제 6 항에 있어서,
상기 윤활층 및 상기 외피 사이에 배치되는 다공성 멤브레인을 더 포함하고, 상기 다공성 멤브레인의 구멍의 최대 직경은, 상기 개구의 직경의 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 항력 저감 및 방오 표면 기술이 적용된 수중 구조물.
The method of claim 6,
Further comprising a porous membrane disposed between the lubricating layer and the outer shell, the maximum diameter of the pores of the porous membrane, the underwater structure is applied drag reduction and antifouling surface technology, characterized in that less than 1/10 of the diameter of the opening .
제 1 항에 있어서,
상기 수중 구조물은, 수면 또는 수중에 고정되어 있거나 이동하는 물체이고,
상기 점액을 저장하는 캐비티의 크기와 통로부의 직경은 물체의 표면 위치 (전방, 후방, 측면)와 전단응력 값에 따라 달라지는 것을 특징으로 하는 수중 구조물.
According to claim 1,
The underwater structure is a fixed or moving object on the water surface,
Underwater structure characterized in that the size of the cavity for storing the mucus and the diameter of the passage part depend on the surface position (front, rear, side) of the object and the shear stress value.
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