KR20210001007U - 콘형 레이더 마스트 - Google Patents

Abstract

본 고안은 선박용 레이더 마스트에 관한 것으로서, 특히 선박의 상용출력(NCR; Nominal Continuous Rating) 운항 조건에서 보강재 없이도 공진 등의 문제점을 해결할 수 있게 구성한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 콘형 레이더 마스트는 하단의 직경이 상단의 직경보다 넓은 콘형의 기둥과, 기둥의 상단에 고정되는 플랫폼과, 기둥의 하단부에 고정되어 기둥을 보강하는 보강재를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

콘형 레이더 마스트{Cone type radar mast}

본 고안은 선박용 레이더 마스트에 관한 것으로서, 특히 선박의 상용출력(NCR; Nominal Continuous Rating) 운항 조건에서 보강재 없이도 공진 등의 문제점을 해결할 수 있게 구성한 것이다.

일반적으로 선박에는 항해 중인 선박의 주변에 타 선박, 제반 장애물 등의 존재 및 위치상황을 확인하기 위한 레이더, 교신장치 등의 항해 통신장비가 설치된다.

항해 통신장비는 주변 선박, 장애물 등의 확인 및 통신이 용이하도록 하기 위해 선박의 상부구조에 상당한 길이의 마스트(이하, 레이더 마스트)를 설치하고, 레이더 마스트의 상부에 근거리 레이더 장비인 X-Band 레이더와 원거리 레이더 장비인 S-Band 레이더 장비 등이 설치된다.

도 1은 일반적인 레이더 마스트의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 레이더 마스트는 상당한 길이의 포스트(1)가 세워져 설치된 구조로 인해 선박의 가동 및 외부의 환경적 요인에 의해 진동에 상당히 취약한 형태를 유지하게 된다.

진동은 포스트(1)의 상부에서 X-Band, S-Band 등의 스캐너(2, 3)와 라이팅 포스트(4) 등의 설비에 인가되어 설비의 정밀한 구동을 저해하게 되며, 심각한 경우에는 라이팅 포스트(4), 플랫폼(5), 콤파스 데크(6) 등의 구조물 파손을 야기하는 경우도 있다.

이와 같은 문제점 때문에 레이더 마스트는 설계시 진동요인(선박의 구동, 기타 설비의 구동에 따른 기진력, 외부의 환경적 요인)에 대해 상당한 대응력을 갖도록 설계값(구조물의 규격 및 형태, 결합관계 등)이 설정된 후 제품으로 제작된다.

도 2는 종래 레이더 마스트의 제작과정 순서도이다.

도 2를 참조하면, 진동요인에 대한 대응력을 갖도록 한 레이더 마스트의 제작과정은 설계프로그램을 통해 레이더 마스트의 각 구성품에 대해 3D 모델링(각 선종마다 미리 정해진 규격)을 수행하고(S1), 모델링된 레이더 마스트에 가상의 진동을 부여하여(S2) 레이더 마스트의 진동에 대한 특성을 유한요소법(有限要素法, Finite Elements Method)으로 해석하게 된다(S3).

이후, 해석된 데이터에 의해 제품을 설계하고(S4), 이 설계에 따라 실제 레이더 마스트를 제작하게 된다(S5). 이와 같이 제작된 레이더 마스트는 진동에 대한 특성을 확인하여 진동에 대한 대응력을 산출하기 위한 진동계측이 수행되고(S6), 진동계측에 의해 확인된 취약 지점에 보강재 등을 설치하여 전술한 진동의 영향에 대한 구조보강 작업을 수행하게 된다(S7).

종래 레이더 마스트의 제작과정은 실제 레이더 마스트를 제작한 후 이를 모델 테스트하여 보강재 등을 설치하기 때문에 별도의 모델 테스트와 보강재를 설치하는데 상당한 시간손실과 경비가 지출되는 문제점이 노출된다.

설계상의 레이더 마스트와 진동해석을 위한 모델 테스트를 수행하는 실제 제작된 레이더 마스트의 진동특성에 대한 대응치가 상당히 상이하기 때문에 발생되며, 이로 인해 내, 외부의 진동하중과 일반적인 구조물의 각 응력에 의한 데이터로만 해석된 진동 대응력 등은 실제 제작된 레이더 마스트의 진동 대응력과 상당한 차이점이 발생하는 결과이다.

선박용 마스트(Mast) 들은 선박의 상갑판에 설치가 되며, 선박의 운항 중 엔진이나 프로펠러 등 기진력에 의해 진동이 발생되는데, 특히 이들 기진력과 마스트의 고유진동수가 일치하게 되면 공진이 발생하게 되고, 진동이 증폭되어 마스트의 파손이 발생하게 된다.

현재 선박용 마스트에 공진이 발생한 경우 와이어 스테이(wire stay) 체결로 마스트의 고유진동수를 높여 공진을 회피하거나, 마스트 상단에 웨이트를 추가하여 고유진동수를 낮춰 공진을 회피하고 있다.

하지만, 이는 특정 선박의 속도에서 진동을 평가하고, 그 속도에 맞춰 공진을 회피하는 것으로, 선박은 특정한 속도로만 운항하는 것이 아니기 때문에 속도 변화에 따라 기진주파수가 변화하게 되어 공진의 회피가 원활하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0065884호(공개일 2011년06월16일)에 기술된 내용에 따르면, 마스트의 일측에 회전 가능하게 지지보를 설치하고, 지지보를 서포트 블록에 고정하는 구조로 마스트를 보강한다.

이와 같이 종래에는 마스트를 보강하기 위해 마스트의 외측에 와이어 스테이 또는 지지보 등을 설치하였으나, 와이어 스테이 또는 지지보 등의 보강재는 마스트의 외측에 설치됨에 따라 선원의 작업에 어려움 또는 외관이 수려하지 못하다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0044766호(공개일 2015년04월27일) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0065884호(공개일 2011년06월16일)

본 고안은 앞에서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 무게 중심을 낮춰 별도의 보강재가 필요치 않으며 또한 고유진동수를 높여 선박의 상용출력(NCR; Nominal Continuous Rating) 운항 조건에서 발생하는 진동 주파수와의 공진을 회피하도록 설계된 콘형 레이더 마스트를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 콘형 레이더 마스트는 하단의 직경이 상단의 직경보다 넓은 콘형의 기둥과, 기둥의 상단에 고정되는 플랫폼과, 기둥의 하단부에 고정되어 기둥을 보강하는 보강재를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.

또한, 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 기둥의 상단에는 상단의 직경과 동일한 원통형의 연장부가 연장되며, 연장부에 플랫폼이 고정된다.

또한, 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 보강재는 기둥의 하단부의 직경과 동일한 외경을 구비하며, 보강재의 상면과 하면에 기둥이 용접 고정되어 기둥과 일체화 된다.

또한, 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 기둥의 내부에는 수직 사다리가 고정되며, 보강재는 보강재의 내경이 수직 사다리의 범위 내에 위치한다.

또한, 본 고안의 바람직한 실시예에 따르면, 기둥의 외주면 기울기는 수직에서 3~5°안쪽으로 기울어진다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 콘형 레이더 마스트는 상부에 비해 하부의 직경이 넓은 콘형로 구성됨에 따라 기둥의 무게 중심이 종래의 기둥에 비해 아래쪽에 위치하게 되며, 이와 같이 무게 중심이 아래쪽에 위치함에 따라 고유 진동수를 높일 수 있다. 기둥의 고유 진동수가 높게 형성됨에 따라 선박의 운항 시 저 RPM에서의 상용출력 운항 조건 또는 최대 연속출력 운항 조건에서 발생하는 진동과 차이가 발생하여 공진 현상이 현저하게 감소하게 된다.

이와 같이 기둥에 진동이 현저하게 감소됨에 따라 기둥의 보강재의 구성 또한 간소화될 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 고안에 따른 콘형 레이더 마스트는 앞서 설명한 바와 같이 보강재를 간소하게 구성함에 있어 기둥 내부에 설치되는 수직 사다리의 폭 보다 작게 구성할 수 있다. 이와 같이 보강재의 폭이 수직 사다리의 폭보다 작게 구성함에 따라 작업자가 수직 사다리를 타고 이동함에 보강재에 간섭되지 않고 안전하게 이동할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 레이더 마스트의 예시도이고,
도 2는 종래 레이더 마스트의 제작과정 순서도이다.
도 3은 본 고안에 따른 콘형 레이더 마스트의 일 실시예를 나타낸 측면도이고,
도 4는 도 3에 도시된 기둥의 단면도이며,
도 5는 도 4에 도시된 링플레이트를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 3에 도시된 콘형 레이더 마스트에 연장부가 더 구비된 상태를 나타낸 측면도이다.

아래에서는 본 고안에 따른 콘형 레이더 마스트의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

도면에서, 도 3은 본 고안에 따른 콘형 레이더 마스트의 일 실시예를 나타낸 측면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 기둥의 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 링플레이트를 나타낸 사시도이다. 그리고 도 6은 도 3에 도시된 콘형 레이더 마스트에 연장부가 더 구비된 상태를 나타낸 측면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 콘형 레이더 마스트는 선박에서 가장 높이 구조물인 데크 하우스의 상면 또는 선박의 데크(이하 통칭하여 '데크(D)'라고 함)에 장착된다.

콘형 레이더 마스트는 하단이 상단보다 직경이 큰 콘형 기둥(100)을 포함하며, 기둥(100)은 강재질로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고 기둥(100)의 상단에는 플랫폼(101)이 고정되어 플랫폼(101)에는 도면에 도시하지 않았으나, 앞서 설명한 X-Band, S-Band 등의 스캐너와 라이팅 포스트 등의 설비가 장착된다.

이와 같이 기둥(100)의 구조가 콘형 형태로 구성됨에 따라 종래 원기둥의 형태의 기둥에 비해 무게 중심이 아래쪽에 위치하게 되고, 그에 따라 콘형의 기둥(100)의 고유진동수가 종래 원기둥 형태의 기둥에 비해 상당히 높게 형성된다.

기둥(100)의 고유진동수가 높게 형성됨에 따라 선박 저 RPM에서의 상용출력 운항 조건 또는 최대 연속출력 운항 조건에서 발생하는 진동과 차이가 발생하여 공진 현상이 현저하게 감소하게 된다.

따라서 본 고안에 따른 콘형의 기둥(100)는 선박의 진동과 공진하는 효과가 발생하지 않기 때문에 기둥(100)를 보강하기 위한 보강재가 필요치 않거나 필요하더라도 보강재의 기능이 크게 요구되지는 않는다.

본 고안에 따른 콘형 레이더 마스트의 일 예로서 보강재가 형성될 경우에는 기둥(100)의 하단부에 보강재(105)가 고정된다.

보강재(105)는 도 4 및 도 5에 보이듯이 링 플레이트 구조이며, 보강재(105)는 기둥(100)의 하단에서 약 2m의 높이에 고정되는 것이 바람직하다.

보강재(105)의 외경은 기둥(100)의 하단에서 2m 지점의 기둥(100)의 외경과 동일하며, 보강재(105)의 가장자리의 상면과 하면에 기둥(100)이 용접 고정되어 기둥(100)과 일체로 형성된다.

보강재(105)의 폭은 약 250mm로서, 도 4에 보이듯이 기둥(100)의 내부 측면에 고정된 수직 사다리(107)의 발 디딤부(107S) 보다 안쪽에 위치할 수 있는 폭(W)으로 형성된다.

만약 폭(W)이 넓이 보강재(105)가 수직 사다리(107)의 발 디딤부를 덮는 면적을 가질 경우에, 수직 사다리(107)를 타고 오르내리는 작업자가 보강재(105)에 간섭되어 자칫 추락의 위험이 발생하기 때문에 작업자와 간섭되지 않도록 수직 사다리(107)의 발 디딤부(107S)를 덮지 않는 약 250mm의 폭을 갖는 것이 바람직하다.

그리고 보강재(105)가 기둥(100)의 하단에서 약 2m 지점에 고정되는 것을 기둥(100)의 내부로 진입한 작업자의 머리와 간섭되지 않도록 하기 위함이다.

또한, 선박의 상용출력 운항 조건 또는 최대 연속출력 운항 조건에서 바람직한 콘형의 기둥(100)의 높이는 6m이고, 기둥(100)의 외주면 기울기(θ)는 수직에서 3~5°안쪽으로 기울어진 것이 바람직하다.

한편, 선박의 조건에 따라 마스트의 높이가 높아야 하는 경우가 있다. 이 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 콘형의 기둥(100)의 상부에 연장부(109)를 연결하고 연장부(109)의 상단부에 플랫폼(101)을 고정한다.

이 경우 연장부(109)는 원통 구조이며, 연장부(109)의 직경은 기둥(100)의 상단 직경과 일치하며 기둥(100)의 상단에 연장부(109)가 용접되어 고정되는 것이 바람직하다.

D : 데크
100 : 기둥
101 : 플랫폼
105 : 보강재
W : 폭
107 : 사다리
107S : 발디딤부
109 : 연장부

Claims (5)

1. 하단의 직경이 상단의 직경보다 넓은 콘형의 기둥(100)과,
   기둥(100)의 상단에 고정되는 플랫폼(101)과,
   기둥(100)의 하단부에 고정되어 기둥(100)을 보강하는 보강재(105)를 포함하는 것을 특징으로 하는 콘형 레이더 마스트.
   
2. 제1항에 있어서,
   기둥(100)의 상단에는 상단의 직경과 동일한 원통형의 연장부(109)가 연장되며, 연장부(109)에 플랫폼(101)이 고정된 것을 특징으로 하는 콘형 레이더 마스트.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   보강재(105)는 기둥(100)의 하단부의 직경과 동일한 외경을 구비하며, 보강재(105)의 상면과 하면에 기둥(100)이 용접 고정되어 기둥(100)과 일체화 되는 것을 특징으로 하는 콘형 레이더 마스트.
   
4. 제3항에 있어서,
   기둥(100)의 내부에는 사다리(107)가 고정되며, 보강재(105)는 보강재(105)의 내경이 사다리(107)의 범위 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 콘형 레이더 마스트.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   기둥(100)의 외주면 기울기(θ)는 수직에서 3~5°안쪽으로 기울어진 것을 특징으로 하는 콘형 레이더 마스트.

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