KR20220008663A - 부유식 해양 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 부유식 해양 구조물을 제공한다. 본 발명의 부유식 해양 구조물은 해수면 상에 부유 가능한 본체; 상기 본체의 설치 기준면에 서로 대칭되게 설치되는 제1자이로 장치와 제2자이로 장치; 및 상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치의 구동을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

부유식 해양 구조물{floating marine structure}

본 발명은 선박 운행중 주변 환경에서 발생하는 외력으로 인해 전후 또는 좌우로 흔들리는 동요를 억제하고 자세를 안정화시킬 수 있는 선박 안정화장치를 갖는 부유식 해양 구조물에 관한 것이다.

선박의 항해시에 기상상태의 악화나 해일 등의 상황이 발생하면 선박의 외형적인 구조에 따라 선박이 좌우로 흔들리는 롤링(rolling)이 발생하게 되고, 이 롤링에 의하여 승객이나 선원이 멀미하게 됨은 물론, 적재된 화물이 무너지기도 한다.

이러한 롤링 현상은 항해중인 해상의 풍속과 선박내부의 화물의 적재위치나 선박의 무게중심의 위치에 따라 더욱 악화될 수 있고, 특히 소형 보트와 같이 롤링현상이 극심한 경우에는 보트가 전복되어 침몰에 이르게 됨으로써, 귀중한 승객과 선원의 생명은 물론, 선박과 적재화물 등의 망실로 인하여 막대한 재산상의 손실이 초래되기도 한다.

이에 선박의 롤링 현상을 억제하기 위한 다양한 선박 안정화장치가 개발되어 사용되고 있다.

현재 사용되고 있는 선박 안정화장치로는 빌지키일(Bilge Keel), 앤티 롤링 탱크(Anti-Rolling Tank), 핀 스태빌라이져(Fin Stabilizer) 등이 있다.

상기 빌지키일은 경제적으로 저렴하며, 운항 중이거나 정지 중에도 유효하지만 감쇠력이 낮은 단점이 있다.

앤티 롤링 탱크는 구조적으로 간단하며 운항 중이거나 정지 중에도 유효하지만 선체 내부에서 많은 공간을 차지하므로 소형 보트에는 적용되기 어렵고, 자유표면 효과에 의해 복원성이 낮으며, 느린 물이동(water transfer)으로 인한 타임 래그(time lag)가 발생하므로 즉각적인 횡동요 안정이 어렵다는 단점이 있다.

핀 스태빌라이져는 횡요 주기의 변화에 따라서 최적 제어가 가능하며 큰 감쇠효과를 가지고 있는 장점이 있지만, 저속 및 정지 상태에서 감쇠 효과가 작거나 효과가 없고, 선체 부가물로 작용하여 운항 중 저항을 증가시키는 요인이 되는 단점이 있다.

본 발명의 일 과제는, 선박 운행중 주변 환경에서 발생하는 외력으로 인해 전후 또는 좌우로 흔들리는 동요를 억제하고 자세를 안정화시킬 수 있는 부유식 해양 구조물을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 해수면 상에 부유 가능한 본체; 상기 본체의 설치 기준면에 서로 대칭되게 설치되는 제1자이로 장치와 제2자이로 장치; 및 상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 부유식 해양 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치는 서로 대칭되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치 각각은 선체에 고정되는 고정 블록; 상기 고정 블록에 Y축을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 하우징; 상기 하우징의 내부에 설치되고, Z축을 중심으로 회전함에 따라 모멘트를 발생시키는 디스크를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 제1자이로 장치의 디스크와 상기 제2자이로 장치의 디스크가 동일한 회전 속도를 가지고 회전되도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제1자이로 장치의 디스크와 상기 제2자이로 장치의 디스크는 서로 대칭되도록 상기 설치 기준면에 대해 경사지게 제공될 수 있다.

또한, 상기 제1자이로 장치의 하우징과 상기 제2자이로 장치의 하우징의 회동은 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다.

또한, 상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치 각각은 상기 하우징을 회동시키는 Y축 구동기; 및 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 디스크를 회전시키는 Z축 구동기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 본체의 롤링 운동을 계측하는 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 검출부로부터 제공받은 계측값에 대응하여 상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치의 구동을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 2개의 회전하는 디스크의 자이로 효과를 이용한 롤 저감 효과를 기대할 수 있어 선속이 없는 경우에도 적용이 가능하고, 즉각적인 롤 저감 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해양 구조물을 설비의 구조물을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도시된 롤 저감 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 롤 저감 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 롤 저감 장치의 자이로 효과를 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부유식 해양 구조물을 설비의 구조물을 설명하기 위한 구성도이고, 도 2는 도시된 롤 저감 장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 롤 저감 장치를 설명하기 위한 단면도이고, 도 4는 롤 저감 장치의 자이로 효과를 설명하기 위한 개념도이다.

본 발명에서 부유식 해양 구조물은 선박 또는 부유체 일 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 부유식 해양 구조물(10)은 해수면 상에 부유 가능한 본체(100)와, 본체(100)의 움직임에 대응한 동요 억제 모멘트를 발생시키는 롤(Roll) 저감 장치(200)를 포함할 수 있다.

롤 저감 장치(200)는 서로 대칭되게 배치되는 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)를 포함할 수 있다. 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)는 본체(100)에 설치될 수 있다.

제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)는 동일한 구성이며, 다만 배치되는 위치에 따라 상이한 방향으로 모멘트를 발생시킬 수 있다.

먼저, 제1자이로 장치(200a)를 기준으로 구성을 설명하면, 제1자이로 장치(200a)는 고정 블록(210a), 하우징(220a), Z축 구동기(230a) 그리고 디스크(240a)를 포함할 수 있다.

고정 블록(210a)은 본체(100)의 상측(설치 기준면)에 세워지는 한 쌍의 지지대(212a,214a)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 지지대(212a,214a)에는 하우징(220a)이 종동요 방향(Y 축)을 축으로 회동 가능하게 설치될 수 있다. 하우징(220a)은 한 쌍의 지지대(212a,214a)에 설치된 Y축 구동기(290a)에 의해 제1방향으로 회동되어 그 기울기가 가변될 수 있다. 예를 들어, 제1방향은 시계 방향일 수 있다.

하우징(220a)의 내부에는 Z축 구동기(230a)와 디스크(240a)가 설치될 수 있다. Z축 구동기(230a)는 하우징(220a) 바닥에 설치되며, 디스크(240a)는 Z축 구동기(230a)의 회전축(232a)에 장착되어 회전함에 따라 모멘트를 발생시킬 수 있다. 디스크(240a)는 설치 기준면에 대해 소정각도 경사지게 설치될 수 있다. 디스크(240a)의 기울기와 하우징(220a)의 기울기는 동일할 수 있다.

제2자이로 장치(200b)는 제1자이로 장치(200a)와 동일하게 고정 블록(210b), 하우징(220b), Z축 구동기(230b) 그리고 디스크(240b)를 포함할 수 있다.

고정 블록(210b)은 본체(100)의 상측(설치 기준면)에 세워지는 한 쌍의 지지대(212b,214b)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 지지대(212b,214b)에는 하우징(220b)이 종동요 방향(Y 축)을 축으로 회동 가능하게 설치될 수 있다. 하우징(220b)은 한 쌍의 지지대(212b,214b)에 설치된 Y축 구동기(290b)에 의해 제1방향으로 회동되어 그 기울기가 가변될 수 있다. 예컨대, 제2자이로 장치(200b)의 하우징(220b) 기울기는 제1자이로 장치(200a)의 하우징(220a) 기울기와 대칭될 수 있다.

하우징(220b)의 내부에는 Z축 구동기(230b)와 디스크(240b)가 설치될 수 있다. Z축 구동기(230b)는 하우징(220b) 바닥에 설치되며, 디스크(240b)는 Z축 구동기(230b)의 회전축(232b)에 장착되어 회전함에 따라 모멘트를 발생시킬 수 있다. 참고로, 디스크(240b)는 설치 기준면에 대해 소정각도 경사지게 설치된다. 참고로, 제1자이로 장치(200a)의 디스크(240a)와 제2자이로 장치(200b)의 디스크(240b)는 동일한 방향으로 회전될 수 있다.

도 4를 참조하면, 회전 관성 J를 가지며 z축(회전축에 해당)으로 Ω의 각속도로 회전하고 있는 디스크(240)가 y축으로

의 각속도로 회전하면서 원래의 z축으로부터 기울어지게 되면, 자이로 효과로 인해 y축과 z축에 동시에 수직한 x축 방향으로 Fe의 모멘트가 발생하게 된다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에서는 이와 같은 특성을 이용하여 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)가 한쌍으로 구성된 롤 저감 장치(200)를 구성하였다. Z축 구동기(230a,230b)는 Ω의 각속도로 디스크(240a240b)를 고속 회전시키기 위해 전동 모터(ectric motor)가 사용될 수 있다. 또한 본 발명의 롤 저감 장치(200)는, Z축 구동기 및 Y축 구동기(모터 또는 벨트 드라이버 등) 등을 이용하여 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)가 서로 반대 방향으로 같은 각도, 같은 회전 속도를 가지고 회전할 수 있도록 제어하는 제어부(300)를 포함할 수 있다.

도 1에서와 같이, 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)를 길이 방향(선박의 길이 방향인 종방향)으로 배치했을 때 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)에서 발생하는 모멘트의 경우 요(yaw) 모멘트는 서로 상쇄되며 롤(roll) 모멘트는 보강되어 롤(Roll) 운동을 발생시키는 액추에이터로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 IMU(관성측정장치)와 같은 검출부를 이용하여 본체(100)의 롤(Roll) 운동을 계측하고, 제어부(300)가 이를 활용하여 PD 제어 등 적절한 피드백 제어 로직에 사용하여 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)의 구동을 제어할 수 있다.

참고로, 본 실시예에서는 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)가 선체의 길이방향을 따라 나란히 배치된 것으로 일 예로 도시하였으나, 이와 반대로 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)는 선체의 폭 방향을 따라 나람히 배치될 수도 있다. 이처럼, 제1자이로 장치(200a)와 제2자이로 장치(200b)가 설치되는 위치에 따라 X 축을 중심으로 하는 동요, 즉 횡 동요를 억제하기 위한 용도로 사용될 수 있고, Y축을 중심으로 하는 동요, 즉 피치축(Y) 동요를 억제하기 위한 용도로 사용될 수 있다. .

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 본체 200 : 롤 저감 장치
200a : 제1자이로 장치 200b : 제2자이로 장치
210a,210b : 고정 블록 220a,220b : 하우징
230a,230b: Z축 구동기 240a,240b: 디스크

Claims (5)

1. 부유식 해양 구조물에 있어서:
   해수면 상에 부유 가능한 본체;
   상기 본체의 설치 기준면에 서로 대칭되게 설치되는 제1자이로 장치와 제2자이로 장치; 및
   상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 부유식 해양 구조물.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치는
   서로 대칭되게 배치되는 부유식 해양 구조물.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치 각각은
   선체에 고정되는 고정 블록;
   상기 고정 블록에 Y축을 중심으로 회동 가능하게 설치되는 하우징;
   상기 하우징의 내부에 설치되고, Z축을 중심으로 회전함에 따라 모멘트를 발생시키는 디스크를 포함하는 부유식 해양 구조물.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 제1자이로 장치의 디스크와 상기 제2자이로 장치의 디스크가 동일한 회전 속도를 가지고 회전되도록 제어하는 부유식 해양 구조물.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 본체의 롤링 운동을 계측하는 검출부를 더 포함하고,
   상기 제어부는
   상기 검출부로부터 제공받은 계측값에 대응하여 상기 제1자이로 장치와 상기 제2자이로 장치의 구동을 제어하는 부유식 해양 구조물.
   

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