KR20210050643A - 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치는, 수조 레일 상의 수조 전차에 설치되는 시험장치 프레임의 하부에 높이조절 연결부가 연결되며, 높이조절 연결부에 모멘트 센서부와 타의 시험을 위해 타가 설치되는 타 시험 프레임 및 타 구동수단이 설치되어 마련된다. 상기와 같은 본 발명은, 파랑 중 히이브(heave), 피칭 등의 선박 거동을 고려하여 신뢰할 수 있는 타 단독 시험을 수행할 수 있다.

Description

선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치{RUDDER OPEN WATER TEST DEVICE CONSIDERING VESSEL'S BEHAVIOR}

본 발명은 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수조에서 타에 의한 선박 거동을 시험하는 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치에 관한 것이다.

선박 건조에서는 선박의 형상, 프로펠러 및 각종 부가물 설계를 효율적으로 하기 위해 모형 선박을 제작하여 다양한 시험을 선행한다.

모형 선박을 실제 설계하고자 하는 선박과 동일한 비율로 축소하여 제작하고 예인 수조 또는 수조 내에서 모형선박의 형상에 따른 물의 저항, 프로펠러의 곡면 형상에 따른 추진력 측정 등 다양한 시험을 선행한다.

다양한 시험 중에는 반류 계측이라는 항목이 있다. 반류 계측은 모형선박의 추진에 따라 선미에 발생되는 반류(wake)를 계측하여 프로펠러에 유입되는 유체의 유동 분포를 측정하는 것이다.

반류 계측은 예인수조나 공동수조, 특히 공동수조 내에서 진행될 수 있다. 대부분의 경우에는 반류 계측장치를 선미의 적당한 위치에 결합시킨 후에 진행한다.

한편, 타(러더: rudder)는 선박 추진기 뒤에 설치되어 각도 제어를 통해서 선박의 항로를 변침하는 데 이용되는 주요 장치로서, 선박의 변침 및 조종 운동을 모사하고 추정하기 위해서는 타에 작용하는 항력 양력을 정확하게 예측하는 것이 필요하다.

타는 CFD, 경험식 등을 이용하여 항력과 양력을 추정하기도 하지만, 선박의 수조 내 모형시험을 통해서 계측한 항력(drag)과 양력(lift)이 가장 신뢰할 수 있다.

이에 따른 선박의 선행 시험을 위한 타 단독 시험장치의 설계 제작에는, 선행 시험비용의 절약 측면에서 기존에 사용되고 있는 시험장치를 활용하되 중간 커넥터를 연결할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.

기존 저항동력계와 연결되는 시험장치를 활용하면서 위에서 언급된 선박의 변침 및 조종 운동을 모사 추정 기능이 구현되는 시험장치의 개발이 필요하다.

유입류가 타에 입사하는 각도 속도에 따른 항력 양력을 계측하는 시험은, 개방 수조 테스트(open water test)의 타 단독 시험으로서, 타 단독 시험을 수행하기 위해서는 타 모형을 시험자의 목적에 맞추어 시험조건의 변경이 가능해야 한다. 예를 들면, 파랑 중 저항 자항 조종 등의 기술 이슈가 제기되는 상황에서 선박의 거동을 고려한 시험장치 개발이 필요하다.

본 발명은 기존의 선박 시험장치를 이용하면서, 파랑 중 히이브(heave) 및 피칭 등의 선박 거동을 고려하여 신뢰할 수 있는 타 단독 시험을 수행할 수 있는 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치는, 수조 레일 상의 수조 전차에 설치되는 시험장치 프레임; 상기 시험장치 프레임에 높이 조절 및 회전 가능하게 설치된 높이조절 연결부; 상기 높이조절 연결부의 하부에 연결되되, 복수 축선의 모멘트를 감지하는 모멘트 센서부; 상기 모멘트 센서부에 연결되며, 타가 하부에 설치되는 타 시험 프레임; 상기 타 시험 프레임과 타를 연결하는 타 연결 기둥; 및 상기 타의 피칭과 히이브(HEAVE) 동작을 구현하도록 타에 연결된 타 구동수단을 포함한다.

상기 타 구동수단은, 타의 피칭 구동부와 히이브 구동부를 포함하며, 상기 피칭 구동부는, 상기 타 시험 프레임에 설치되며, 타의 피칭 동작을 위한 제1 회전축; 및 상기 제1 회전축을 구동시키는 제1 구동모터를 포함하며, 상기 히이브 구동부는, 상기 타 시험 프레임에 상하 설치되며, 타의 히이브 동작을 위한 제2 회전축; 및 상기 제2 회전축을 구동시키는 제2 구동모터를 포함할 수 있다.

상기 제1 회전축과 제2 회전축은 직교하게 배치되며, 상기 제2 회전축이 타 연결 기둥에 연결될 수 있다.

상기 제1 구동모터와 제2 구동모터를 제어하는 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 제1 구동모터와 제2 구동모터를 제어하여 상기 타의 높이와 피칭 각도를 순차적으로 조절하되, 상기 모멘트 센서부를 통해 타에 작용하는 모멘트를 감지할 수 있다.

상기 높이조절 연결부는, 연결본체; 상기 연결본체에 나사 결합되는 스크류; 및 상기 스크류의 상단부에 연결되는 회전 작동부를 포함할 수 있다.

상기 시험장치 프레임의 양측에는 상기 레일의 홈부에 설치되도록 가이드 돌기가 마련될 수 있다.

상기 시험장치 프레임은 직사각형 프레임이며, 상기 가이드 돌기는 양측에 한 쌍씩 마련될 수 있다.

상기와 같이 기술된 본 발명은, 파랑 중 히이브(heave), 피칭 등의 선박 거동을 고려하여 신뢰할 수 있는 타 단독 시험을 수행할 수 있는 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치를 수조 단면에서 나타낸 정면도,
도 2는 도 1의 타 단독 시험장치의 확대도,
도 3은 도 2에서 제어부에 의한 작동 상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치를 수조 단면에서 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1의 타 단독 시험장치의 확대도이며, 도 3은 도 2에서 제어부에 의한 작동 상태도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치는, 수조(100) 레일(101) 상의 수조 전차(110)에 설치되는 시험장치 프레임(111)의 하부에 높이조절 연결부(120)가 연결되며, 높이조절 연결부(120)에 모멘트 센서부(130)와 타의 시험을 위해 타가 설치되는 타 시험 프레임(131) 및 타 구동수단(140)이 설치되어 마련된다.

수조(100)는 주로 선박 모형을 사용하여 유체역학적인 특성을 시험하기 위한 것으로서, 수조 전차(110)가 구동되어 이동 가능한 레일(101)이 설치된다. 수조 전차(110)는 수조(100)를 직진 주행하도록 구성되며, 수조(100)를 가로 질러 설치된다.

시험장치 프레임(111)의 양측에는 레일(101)들 사이의 홈부에 설치되도록 가이드 돌기(112)가 마련된다.

시험장치 프레임(111)은 위에서 보면 직사각형 프레임이며, 가이드 돌기(112)는 양측에 간격을 두고 한 쌍씩 마련될 수 있다. 시험장치 프레임(111)은 각각의 한 쌍의 가이드 돌기(112)에 의해 수조(100)의 상부에 이동 가능하게 지지되며, 구동 권취되는 와이어나 자체 바퀴에 의해 주행될 수 있다.

시험장치 프레임(111)에는 높이조절 연결부(120)가 좌우로 이동 가능하게 설치된다. 시험장치 프레임(111)은 높이조절 연결부(120)의 좌우 이동을 위한 횡 방향 레일을 구비할 수 있다.

시험장치 프레임(111)에는 높이조절 연결부(120)가 설치되는 스테이션(115)이 마련될 수 있다.

높이조절 연결부(120)는 시험장치 프레임(111)에 높이 조절 및 회전 가능하게 설치된 것으로서, 실질적으로 스테이션(115)의 일부를 구성할 수 있다.

한편, 높이조절 연결부(120)는, 연결본체(121), 연결본체(121)에 나사 결합되는 스크류(122), 및 스크류(122)의 상단부에 연결되는 회전 작동부(125)를 포함할 수 있다.

높이조절 연결부(120)의 하단부에는 (X, Y, Z)축에 대응한 롤링, 피칭, 및 요잉 운동 또는 연직 운동에 대응하는 모멘트를 측정할 수 있는 모멘트 센서부(130)가 연결된다.

모멘트 센서부(130)는 높이조절 연결부(120)의 하부에 연결된 복수 축선의 모멘트를 감지하는 원통형 모듈로서, 그 하단에 매달려 수조(100)에서 이동되는 유체시험 대상물에 가해지는 모멘트를 감지하고 측정할 수 있다.

모멘트 센서부(130)는 이미 공지된 상용의 모듈형 모멘트 센서를 사용할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

모멘트 센서부(130)에는 수조 안 유체시험 대상물인 타의 설치를 위한 타 시험 프레임(131)이 연결된다.

타 시험 프레임(131)은, 실질적으로 뼈대만 있는 직육면체 형상을 가지며, 선박의 방향 조정을 위한 방향 조절용 타인 유선 단면을 갖는 러더(160)가 수직하게 설치되는 것이다.

타 시험 프레임(131)에는 타의 회전을 위한 타 연결 기둥(132)이 설치된다.

타 연결 기둥(132)은 타 시험 프레임(131)과 타를 연결하는 것으로서, 타 시험 프레임(131)에 회전 가능하게 설치된다.

타 연결 기둥(132)에는 타 구동수단(140)이 연결된다.

타 구동수단(140)은 타의 피칭과 히이브(HEAVE) 동작을 구현하도록 타에 연결된 것이다.

타 구동수단(140)은 타의 피칭 구동부(141)와 히이브 구동부(145)를 포함한다.

피칭 구동부(141)는 타 시험 프레임(131)에 설치되며 타의 피칭 동작을 위한 제1 회전축(142), 및 제1 회전축(142)을 구동시키는 제1 구동모터(143)를 포함한다.

히이브 구동부(145)는, 타 시험 프레임(131)에 상하 설치되며 타의 히이브 동작을 위한 제2 회전축(146), 및 제2 회전축(146)을 구동시키는 제2 구동모터(147)를 포함한다.

제1 회전축(142)과 제2 회전축(146)은 직교하게 배치되며, 제2 회전축(146)이 타 연결 기둥(132)에 연결될 수 있다.

제1 구동모터(143)가 구동되면 제1 회전축(142)이 회전됨으로써 타가 히이브 운동된다. 이때 제2 구동모터(147)가 구동되면 제2 회전축(146)이 회전됨으로써 타가 피칭 운동된다.

러더(160)는 제1 구동모터(143)와 제2 구동모터(147)에 의해 움직이는 타 시험 프레임(131)과 함께 히이브 운동되거나 피칭 운동될 수 있다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명은 제1 구동모터(143)와 제2 구동모터(147)를 제어하는 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.

제어부(150)는 제1 구동모터(143)와 제2 구동모터(147)를 제어하여 타의 높이와 피칭 각도를 순차적으로 조절하되, 모멘트 센서부(130)를 통해 타에 작용하는 모멘트를 감지할 수 있는 것이다.

제어부(150)는 제1 구동모터(143)와 제2 구동모터(147)에 신호라인으로 연결되며, 순차적인 신호를 보내어 타의 움직임을 점차적으로 크게 만들거나 반대로 작게 만들 수 있다.

본 실시예에서는, 기존 저항동력계와 연결되는 시험장치를 활용하며, 수조 전차(110) 위에 설치된 레일(101)에 빈 홈이 있으며, 저항동력계 연결용 시험장치 프레임(111)에 요철이 있는 것으로서, 장치를 들어 레일(101) 홈에 맞추어 올려놓으면 시험장치가 전차 위에 올라가게 된다.

높이조절 연결부(120)가 회전되면, 장치 내에 모멘트 센서부(130)가 연결되는 높이조절 연결부(120)의 높낮이가 조절되고, 시험목적에 맞추어 모멘트 센서부(130)를 연결부 하단에 고정시킨 후 타가 설치된 타 시험 프레임(131)에 연결하면 타의 모형시험이 가능하게 된다.

본 발명은 타 구동수단(140)에 의한 타의 히이브나 피칭 운동에 의해 타에 유입되는 유체의 유동 속도가 조절됨으로써 타각을 바꾸는 시험 외에도 회전축과 높이를 원하는 대로 바꿔가면서 타 항력 및 양력을 계측하는 것이 가능하며, 히이브와 피치 또한 컴퓨터에서 선박 모션의 시계열을 입력하고, 그 신호에 맞추어 모터가 동작됨으로써 실제 파랑 중 타의 운동을 고려한 항력 및 양력의 계측이 가능하다.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 수조 101: 레일
110: 수조 전차 111: 시험장치 프레임
112: 가이드 돌기 115: 스테이션
120: 높이조절 연결부 121: 연결본체
122: 스크류 125: 회전 작동부
130: 모멘트 센서부 131: 타 시험 프레임
132: 타 연결 기둥 140: 타 구동수단
141: 피칭 구동부 142: 제1 회전축
143: 제1 구동모터 145: 히이브 구동부
146: 제2 회전축 147: 제2 구동모터
150: 제어부 160: 러더

Claims (7)

1. 수조 레일 상의 수조 전차에 설치되는 시험장치 프레임;
   상기 시험장치 프레임에 높이 조절 및 회전 가능하게 설치된 높이조절 연결부;
   상기 높이조절 연결부의 하부에 연결되되, 복수 축선의 모멘트를 감지하는 모멘트 센서부;
   상기 모멘트 센서부에 연결되며, 타가 하부에 설치되는 타 시험 프레임;
   상기 타 시험 프레임과 타를 연결하는 타 연결 기둥; 및
   상기 타의 피칭과 히이브(HEAVE) 동작을 구현하도록 타에 연결된 타 구동수단을 포함하는, 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 타 구동수단은,
   타의 피칭 구동부와 히이브 구동부를 포함하며,
   상기 피칭 구동부는,
   상기 타 시험 프레임에 설치되며, 타의 피칭 동작을 위한 제1 회전축; 및
   상기 제1 회전축을 구동시키는 제1 구동모터를 포함하며,
   상기 히이브 구동부는,
   상기 타 시험 프레임에 상하 설치되며, 타의 히이브 동작을 위한 제2 회전축; 및
   상기 제2 회전축을 구동시키는 제2 구동모터를 포함하는, 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 회전축과 제2 회전축은 직교하게 배치되며, 상기 제2 회전축이 타 연결 기둥에 연결되는, 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 구동모터와 제2 구동모터를 제어하는 제어부를 더 포함하며,
   상기 제어부는 상기 제1 구동모터와 제2 구동모터를 제어하여 상기 타의 높이와 피칭 각도를 순차적으로 조절하되, 상기 모멘트 센서부를 통해 타에 작용하는 모멘트를 감지하는, 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 높이조절 연결부는,
   연결본체;
   상기 연결본체에 나사 결합되는 스크류; 및
   상기 스크류의 상단부에 연결되는 회전 작동부를 포함하는, 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 시험장치 프레임의 양측에는 상기 레일의 홈부에 설치되도록 가이드 돌기가 마련되는, 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 시험장치 프레임은 직사각형 프레임이며, 상기 가이드 돌기는 양측에 한 쌍씩 마련되는, 선박의 거동을 고려한 타 단독 시험장치.

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