KR20220144582A - 공기윤활 방식의 고속활주 선의 선형 - Google Patents

공기윤활 방식의 고속활주 선의 선형 Download PDF

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Abstract

공기윤활 고속활주정에 있어서 선저에 공기윤활로 선체의 마찰을 저감하기위한 방법과 이 공기윤활 선박의 추진효율 개선을 위한 구조 및 설비를 최적 배치한 친환경 공기윤활 고속활주정 선형에 관한 것이다.
상기의 공기윤활 고속 활주 선박은 공기윤활 및 공기공동 구역을 구성하기 위하여 선수측의 선저에 다수의 스트레이크와 선수 측의 계단과 선미 측의 차인 댐, 선미트림판 및 선미 측 함몰형 용골로 둘러쌓인 공기방을 형성하고 추진기 주변의 함몰형 용골과 원호형터널형 선저면으로 추진기가 정상적인 추진효율 발휘토록 구조 및 장치를 배치한 특징이 있다.
이러한 구성으로 선체의 마찰저항 저감 형 선체와 추진효율의 최적화를 위한 구조로 구성하여 운항성능을 개선한 공기윤활 고속 활주 선박을 공급하고자 한다.

Description

공기윤활방식을 적용한 고속활주선의 선형{Hull type of planning vessel with Air Lubricating System}
본 발명은 공기윤활 방식의 고속활주 선박의 선형에 관한 것이다.
기후 온난화에 대응하는 기술로 선박이 항해를 할 때에 선체와 물과의 마찰에서 공기와의 마찰로 전환시켜 마찰 저항 저감하는 선형 개발하여 연료 절감 및 온실가스 저감에 기여하고자 하는 노력이 국 내외적으로 활발하게 진행되고 있다.
그러나 고속 활주정선저에 공급 되었던 공기가 선박의 진행으로 추진기에 유입이 되어 추진기의 효율저하 현상으로 선체와 물과의 마찰에서 공기와의 마찰로 전환되는 저항감소의 효과를 완벽하게 추진성능을 구현하지 못하고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 고속 공기윤활 선체의 선저 구조와 추진기주변의 최적화된 선저 형상을 한 선형에 관한 기술이다.
KR1018760500000 WO2013115577 PCTKR2013000785 CN104080694 KR1009958170000
Problems in Small Boat Design Chapter Three Tunnel Sterns By WILLIAM GARDEN power vent boat
고속 활주정의 마찰저항 저감을 위하여 공기윤활 방식을 적용하기위하여 선수측의 선저에 다수의 스트레이크, 델타형 돌출평면의 선저면을 배치하고, 선미측 선저면에 공기방을 구현하기 위하여 선수측 선저에는 다수의 스트레이크 면과 델타형 돌출평면을 배치하여 공기윤활 방식(공기방울 및 공기방;Air bubble & Air Cavity)의 고속 활주형 선박에 있어서 항해시 선체의 마찰저항을 저감하고, 이 공기방에 공급 되었던 공기가 추진기에 추진기의 흡인력에 의하여 추진기로 유입되는 것을 억제하는 선형을 구현하고자 한다.
이에 최적화된 추진기의 배치와 정상적인 추진 효율을 발휘할 수 있는 추진기주변의 원호형터널형 선저 형상을 배치하여 수심이 보다 얕은 곳에서도 항해가능한 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예에 따라서, 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박의 선저의 형상은 선수측 좌, 우현의 선수측 선저(162), 선수측 좌, 우현의 선수측 선저(162)에 있는 다수의 스트레이크(160), 선수측 용골(170), 차인 면(180), 선수측 계단(10), 델타형 돌출선저평면(270), 공기 공급 관(150), 좌,우현의 공기방(500), 선미측 함몰형 용골(40), 차인댐(20), 선미측 선저(30), 좌, 우현의 선미트림판(90), 선미측 선저(30)와 추진기 주변의 원호형터널형 선저면(700)이 접하는 위치에 있는 칸막이(50), 혹은 계단(80)으로 구성되는 특징으로 한다.
선수측 계단(10), 선미측 함몰형 용골(40), 차인 댐(20) 및 선미측 선저(30) 후미에 배치된 선저 선미트림판(90)으로 둘러쌓인 좌, 우현의 공기방(Air Cavity)(500), 좌,우현의 각각의 공기방에 공기 공급을 위한 공기공급 관(150); 으로 구성되는 특징으로 한다.
이러한 공기윤활선박은 경사진 선수측의 좌,우현 선저면(162)에는 하방 경사진 차인면(180)과 선수측 용골(170)사이에 한개 이상의 스트레이크(Strakes;spray rails)면(160)를 좌, 우현 대칭으로 설치하고 이 스트레이크는 2개 이상의 변곡점(161)으로 이루어 지며 하방 경사진면; 을 갖는 특징으로 한다.
또한 선체의 종 방향의 중앙(midship)으로부터 선수쪽에 횡으로 선수측계단(10)이 배치되고, 이 선수측계단(10)은 델타형 돌출선저평면(270), 선수측 선저면(162), 차인댐(20), 선미측 선저면(30), 선미측 함몰형 용골측면 과 접하는 면; 으로 형성되는 특징으로 한다.
또한 선미측 함몰형 용골(40)은 추진기의 앞쪽 까지 좌,우측의 원만한 유선형의 3차원 측면과 선미측 함몰형 용골 바닥면(370)과 접하며 위로는 선미측의 선저면(30)과 접하게되는 함몰형 구조의 선미측 용골(40); 로 만들어 지는 특징으로 한다.
또한 추진기 주변의 선저는 원호형터널형 선저면(700)으로 하여 추진기를 원호의 깊이 만큼 추진기 주변의 평면형 선저의 선박보다 수심이 낮은 바다에서도 항해 가능한 특징; 이 있다.
추진기 주변의 원호형 터널형 선저면(700)은 선미측 용골(40)과 일정길이 만큼 겹처지며, 겹처지는 유선형 선미측 함몰형 용골벽(41)상부는 터널형 선저(700)바닥의 상부와 원만한 곡면과 급격한 변곡점 없는 흡입면을 형성시켜 항해시 와류가 적은 수류가 추진기에 도달하도록 하여 추진기의 효율이 개선되도록 한 특징이다.
추진기 이후의 원호형터널형 선저면(700)의 선저는 선미판(140)을 넘어 대표도면의 추진기 후방의 선미형상 예시처럼 돌출되는 구조로 만들어진 특징이 있다.
또한 좌,우현의 차인 쪽에는 선미측선저면(30)보다 아래로 돌출되는 차인 판(20) 혹은 차인댐(Chine DAM)(20)으로 구성하고, 선미판(140)과 선미측선저면과 접하는 모서리에 선미판(140)에서 하향 후방경사면(91)과 선미측선저면(30)과 평행한 면을 갖는 각도 조절 가능한 선미트림판(90)을 설치된 구조의 특징이 있다.
선미트림판(90)은 선미판(140)에 경첩으로 연결되며 원격으로 각더 조절 가능 한 특징이 있다.
또한 선미측선저면(30)과 원호형터널형 선저면(700)이 접하는 부위에는 이 터널의 시작점에서 추진기 주변의 선저면 끝까지 연결되는 칸막이(50)를,선미트림판(90) 과 차인댐(20)보다 깊게 설치하는 특징으로 한다.
또한 추진기(120) 주변의 선저가 터널형상이 아닌 경우에는 선미선저면(30)과 가장 넓은 함몰형 용골면(41)과 접하는 곳(주 추진기관실 후반 부)에서 부터 선미방향으로 차인 댐(20)과 선미트림판(90)보다 깊은 면으로 된 계단(80)이 만들어지고 유선형 선미함몰형 용골면(41)의 상부와 이 계단(80)의 좌, 우 아래쪽 면과 선미판(140)이 연결 되는 선미 추진기주변의 평면형선저면(900)이 조성되는 특징으로 한다.
이렇게하여 공기윤활 방식의 고속활주형 선저에는, 선수측 선저(162)에 접하고 있는 델타형 돌출선저평면(270)과 좌, 우현의 공기방(500)에는 항해중에 공기 공급을 위한 공기 공급관(150);을 각각 설치한 특징으로 한다.
이 공급 공급관에는 공기 가압 장치(200)와 공기량을 조절 및 차단 벨브(210) 및 선외로 부터 선내로 공기가 역류 하는 것을 방지하는 역류 방지벨브(330);로 구성되는 특징으로 한다.
이렇게하여 고속 활주선박은 선미측 함몰형 용골(40)과 차인댐(20), 선미트림판(90) 및 선수측 계단(10)으로 이루어 지는 두개 이상의 공기방(Air Cavity)(500);을 구성한 특징으로 한다.
좌, 우현의 각각의 공기방(500)은 선박의 항해수역 및 용도의 특성에 따라 1개 이상으로 할 수 있으며 각 방의 높이는 횡방향으로 단차;가 있는 특징이 있다.
또한 선박의 용도와 항해수역의 특성에 따라 공기윤활 방식의 고속활주형 고속선박은 선미측 함몰형 용골(40)이 없는 공기방(500);으로 구성한 특징이 있다.
본 발명의 실시예의 선형은 공기윤활 방식의 고속활주형 선박의 선저에 공기방을 형성하여 항해시 선체의 저항감소효과를 얻을 수 있으며, 이 선형에 최적화된 추진효율을 발휘할 수 있는 구조로 된 선박을 구현하여 연료절감으로 인한 이산화탄소 저감형 친환경선박을 공급할 수 있다.
선수측 선저(162)에 접하고 있는 델타형돌출선저평면(270)의 평면은 바다의 썰물로 인한 간조때에 거북선 및 판옥선의 평저선효과로 선저가 해저면에 닿았을 시 선체가 똑바로 유지하여 침수로 인한 피해를 줄일 수 있으며 정상적인 선상활동을 할 수 있다.
또한 원호형터널형 선저형 선미형상으로 수심이 일반 추진기 주변의 평면 선저형상의 나선형 추진선보다 얕은 수심에서도 항해가 가능하다.
또한 정박시 공기방에는 항상 공기층이 존재하므로 해양 미생물의 부착방지효과가 있으므로 공기방 내부에는 방오도료를 도포할 필요가 없어 해양오염방지 및 선박 관리비용 절감효과도 있다.
도 1은 대표도에서 a - a'의 단면, 추진기주변의 평면형 선저면, 선미 ,선미계단의 단면을 표현하는 도면이다.
도 2는 대표도에서 a - a'의 단면, 추진기주변의 원호형터널형 선저면, 선미계단의 선체 단면을 표현하는 도면이다.
도 3은 대표도에서 b - b'의 단면, 함몰형 용골과 원호형터널형 선저형상의 선저, 선미, 선미계단을 표현하는 도면이다.
도 4는 대표도에서 c - c'의 단면, 공기방과 공기공급관의 구조 및 배치에 관한 선저의 단면을 표현하는 도면이다.
도 5는 대표도에서 d - d' 의 단면, 선수측 계단, 함몰형 용골, 선수측 선저, 델타형 돌출선저평면 주변의 단면을 표현하는 도면이다.
도 6은 대표도에서 e - e' 의 단면, 선수측 선저 및 스트레이트 선수측 용골을 표현하는 단면을 표현하는 도면이다.
도7은 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 고속정의 선저형상을 표현하는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따라서, 공기윤활 방식의 고속활주형 선박의 선저에 있어서 경사진 선수부의 좌, 우현 선저면(30)에는 차인라인(181)과 하방각을 갖는 차인면(180)과 일정폭으로 이루어진 선수부 용골(170)사이에 한개 이상의 하방각을 갖는 스트레이크(Strakes;spray rails)(160)를 좌, 우현 대칭으로 설치하고 선체의 종(Longitidunal) 방향의 중앙(midship)으로부터 선수쪽에 횡으로 선수부계단(10)이 배치를 한다.
상기의 스트레이크(160)의 저점 변곡점(161)은 고속항해시 물이 단절되게 날카로운 구조로 함으로써 선체와 물과의 마찰에서 공기와의 마찰로 부분적으로 전환시켜 주는 역활과 함께 하방각을 갖는 스트레이크의 면(160)은 수압에 의한 선수부를 부양시키는 역할도 하도록 일정 폭의 외측 하방각을 갖는 면으로 배치한다.
선수부 계단(10)은 선체의 횡방향으로 설치되며 좌, 우현의 차인댐(20)과 선수측 선저(162), 델타형 돌출선저평면(270), 함몰형 선미측 용골벽(41) 및 선미측선저면(30)을 연결하는 수직에 가까운 면을 형성하는 선수측계단 (10)이 좌,우현 대칭으로 설치된다.
이 선수측 계단(10)이후의 평면의 선미측선저(30)는 선체의 횡 방향 중심(Center Line)부분에 선미측 함몰형 용골(40)이 선수측의 선저의 델타형 돌출선저평면형 선저면(270)과 연결되어 추진기(120)앞 까지 유선형 형상으로 이루어 진다.
이 델타형 돌출선저평면형 선저면(270)에는 항해 시 대기 혹은 가압공기를 공급할 수 있는 공기공급 관이 배치하여 공기 윤활을 하게 하였다.
또한 델타형 선저면의 평면 구조는 간조시 선박이 해저면에 닿았을 시 선박이 옆으로 기울어지는 것을 억제하는 역할을 하게 되어 밀물 및 만조시 선박의 칩수로 인한 침몰사고를 방지 할 수있는 거북선,판옥선 평저선의 효과를 얻을 수 있도록 하였다.
또한 좌,우현의 차인라인(181) 쪽에는 선측외판(250)이 선저면(30)보다 아래로, 돌출되는 차인 판(20) 혹은 차인댐(Chine DAM)(20)으로 구성하고 선미판(140) 앞의 선저에는 차인댐(Chine DAM)(20)과 추진기 주변의 칸막이(50) 혹은 계단(80) 사이의 선저면(30)에는 선미판(140)바닥으로부터 일정거리 전방의 선저면(30)에서 하향 후방경사단판(91)을 추진기 주변의 칸막이(50) 혹은 계단(80) 높이보다 낮게 설치하고 이어서 선미 선저면과 평행한 각도조절가능한 선미트림판(90)으로 만들어 진다.
이렇게하여 고속 활주형 선박에 있어서 선미측 함몰형 용골(40)과 차인댐(20), 선저 선미트림판(90) 및 선수측 계단(10)으로 이루어 지는 두개 이상의 공기방(Air Cavity)(500)을 구성하여 이 공간에 항해시 공기방(500)에 공기를 공급하는 공기공급장치를 설치한다.
이 공기방(500)에 공기를 공급하는 공기공급장치는 공기공급관(150)으로 통하는 공기량 차단 및 공급을 조절 할 수 있는 공기조절벨브(210), 항해시 혹은 정박시 선체 외부로부터 물 혹은 공기가 역류하여 선체 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는 역류방지벨브(330) 및 항해시 공기방에 필요한 가압공기를 공급 할 수 있는 공기가압장치(200)로 구성되며 이 공기공급장치를 통하여 자연 순환 및 가압 공기를 공급 할 수 있게 하였다.
또한 차인 판(20) 혹은 차인댐(Chine DAM)(20), 선미트림판(90)을 추진기 주변의 칸막이(50) 혹은 계단(80)보다 낮게 설치하여 항해시 선저에 공급되었던 공기가 추진기(120)로 유입되지 않도록 하였다.
따라서 선수측의 선저는 선박이 항해를 하면서 선수측 선저면(162)과 스트레이크(160)의 부양력으로 선수를 부상시키고 스트레이크의 변곡점(161)으로부터 물을 박리시켜 선체와 물과의 마찰에서 공기와의 마찰로 전환시켜 저항을 감소시키도록 하였다. 이 스트레이크는 항해시 항상 공기가 환기가 되는 구조로 제작 되어야 한다.
또한 델타형 돌출선저평면(270)과 선수측 계단(10) 이후의 공기방(500)에는 항해시 선박의 진행으로 인한 물의 흐름으로 인하여 저압이 형성 되므로 공기공급관(150)을 통하여 대기 혹은 가압공기를 공급 할 수 있다.
이 선미트림판(90)은 항해시 각도를 상 하로 조절하여 선박의 전 후 자세(Trim)를 조절하여 최상의 성능을 실현토록 하였다.
또한 선미측 함몰형 용골(40)은 델타형 돌출선저평면(270)에서 추진기의 앞쪽 까지 좌,우측의 원만한 유선형의 3차원 측면과 선미측 함몰형 용골 바닥면(370)과 접하며 위로는 선미측의 선저면(30)과 접하게 되는 함몰형 구조의 선미측 용골(40)로 만들어 진다.
또한 추진기 주변의 선저는 원호형터널형 선저(700)으로 하여 추진기를 원호의 깊이 만큼 추진기 주변의 평면형 선저(900)의 선박보다 수심이 낮은 바다에서도 항해 가능토록 하였다.
추진기 주변의 원호형터널형 선저(700)는 선미측 용골(40)과 일정길이 만큼 겹처지며, 겹처지는 유선형 선미측 함몰형 용골벽(41)의 상부는 터널형 선미바닥의 상부와 원만한 곡면과 급격한 변곡점 없는 추진기(120)의 흡입면(70)을 형성시켜 항해시 와류가 적은 수류가 추진기(120)에 도달하도록 하여 추진기의 효율이 개선되도록 하였다.
또한 공기윤활 방식의 고속활주형 선박의 추진기 주변의 선미형상에 있어서 원호형터널형 선저(700) 혹은 평면형선저(900)로 구성될 수 있는데, 원호형터널형 선저(700)은 추진기 주변의 평면형 선저(900)보다 낮은 수심에서 항해가능한 선형이며, 추진기 주변의 평면형선저(900) 공기윤활 방식의 고속활주형 선박은 보다 깊은 용골의 구조로 횡 저항의 증가로 횡 동요(롤링)을 감소시킬 수 있다.
이러한 공기 공급방법과 선형으로 선저에 공기를 이용한 저항저감 선박인 공기윤활 방식의 고속활주형 선형으로 연료절감으로 인한 Co2저감형 친환경 선박을 제공 하고자 한다.
국내외적으로 기후 온난화 대응, 온실가스 저감 정책에 부응 하는선박으로 시장의 NEEDS 와 정부정책의 부합하는 선형으로 사업화 유망함.
10 : 선수측 계단
20 : 차인 댐
21 : 차인라인
30 : 선미측 선저
40 ; 선미측 용골
41 : 선미측 용골 벽
50 : 칸막이
60 : 라다.키
70 : 물의 흡입부
80 : 선미측 계단
90 : 선미트림판
100 : 주기
120 : 추진기
130 : 추진기용 샤프트
140 : 선미판
150 : 공기 공급관
160 : 스트레이크 면
161 : 변곡점
162 : 선수측 선저면
170 : 선수측 용골
180 : 선수측 차인면
190 : 추진기의 보스
200 : 공기가압장치
210 : 공기제어벨브
250 : 선측외판
270 : 델타형 돌출선저평면
370 : 선미측 용골 바닥
500 : 공기방
600 : 슈피스
700 : 추진기 주위의 원호형 터널선저
900: 추진기 주변의 평면형 선저

Claims (7)

  1. 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박 선저의 형상에 있어서,
    선수측 좌, 우현의 선수측 선저면(162), 선수측 좌, 우현의 선수측 선저면(162)에 있는 스트레이크(160), 선수측 용골(170), 차인 면(180), 선수측 계단(10), 델타형 돌출선저평면(270), 공기 공급 관(150),좌,우현의 공기방(500), 선미측 함몰형 용골(40), 차인댐(20), 선미측 선저(30), 좌, 우현의 선미트림판(90), 선미측 선저면(30)와 추진기 주변의 원호형터널형 선저선저면이 접하는 위치에 있는 칸막이(50), 계단(80), 추진기 주변의 원호형터널형 선저선저면(700)으로 구성되어 있는 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박의 선저의 형상.
  2. 청구항 1에 있어서, 선수측 선저면(162)에 공기 공급 관(150)이 구비된 델타형 돌출선저평면(270)으로 구성 된 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박.
  3. 청구항 1에 있어서, 좌,우현의 차인 판(20) 혹은 차인댐(Chine DAM)(20), 선미트림판(90)을 추진기 주변의 칸막이(50) 혹은 계단(80)보다 낮게 구비한 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박.
  4. 청구항 3에 있어서, 좌,우현의 선미측 선저면(30)과 추진기 주변의 원호형터널형 선저면(700)이 접하는 위치에 칸막이(50)로 구성된 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박.
  5. 청구항 4에 있어서, 추진기 주변의 선저가 터널형상이 아닌 경우에는 선미선저면(30)과 주 추진기관실 주변의 가장 넓은 함몰형 용골면(41)과 접하는 곳에서 부터 선미방향으로 차인 댐(20) 보다 깊은 면으로 된 계단(80)이 만들어지고 유선형 선미함몰형 용골 면(41)의 상부와 이 좌,우계단(80)의 아래선과 선미판(140)과 연결 되는 선미 추진기주변의 평면형선저면(900)가 조성된 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박.
  6. 청구항 5에 있어서,
    좌,우현의 차인 쪽에는 선미측선저면(30)보다 아래로 돌출되는 차인 판(20) 혹은 차인댐(Chine DAM)(20)으로 구성하고, 선미판(140)과 선미측선저면과 접하는 모서리에 선미판(140)에서 하향 후방경사면(91)과 선미측선저면(30)과 평행한 면을 갖는 각도 조절 가능한 선미트림판(90)을 구비한 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박.
  7. 공기윤활 방식의 고속 활주형 친환경 선박에 있어서,
    선수측 선저면(162)에 공기 공급 관(150)이 구비된 델타형 돌출선저평면(270)과 선미측의 공기방(500)에 공기공급관(150)이 구비된 선박.
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