KR20230109913A - 로터세일 선박의 로터 제어방법 - Google Patents

로터세일 선박의 로터 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20230109913A
KR20230109913A KR1020220005736A KR20220005736A KR20230109913A KR 20230109913 A KR20230109913 A KR 20230109913A KR 1020220005736 A KR1020220005736 A KR 1020220005736A KR 20220005736 A KR20220005736 A KR 20220005736A KR 20230109913 A KR20230109913 A KR 20230109913A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotor
ship
wind speed
wind
force
Prior art date
Application number
KR1020220005736A
Other languages
English (en)
Inventor
고동형
Original Assignee
에이치디현대중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이치디현대중공업 주식회사 filed Critical 에이치디현대중공업 주식회사
Priority to KR1020220005736A priority Critical patent/KR20230109913A/ko
Publication of KR20230109913A publication Critical patent/KR20230109913A/ko

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00Marine propulsion provided directly by wind power
    • B63H9/02Marine propulsion provided directly by wind power using Magnus effect
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B35/00Vessels or similar floating structures specially adapted for specific purposes and not otherwise provided for
    • B63B2035/009Wind propelled vessels comprising arrangements, installations or devices specially adapted therefor, other than wind propulsion arrangements, installations, or devices, such as sails, running rigging, or the like, and other than sailboards or the like or related equipment
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236Renewable or hybrid-electric solutions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

본 발명은 복수개의 로터를 통해 마그누스 효과를 유도하여 선박의 추력을 발생시킴에 있어서, 각 로터가 설치된 위치에서의 실제 풍향 및 풍속을 근사하여 반영함으로써 각 로터별로 최적의 회전수를 적용하여 마그누스 효과를 극대화할 수 있는 로터세일 선박의 로터 제어방법에 관한 것으로서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로터세일 선박의 로터 제어방법은 로터세일 선박에 설치되는 복수의 로터에 의해 발생되는 힘을 제어함에 있어서, 각각의 로터에 실제 작용하는 풍속을 근사하기 위해 각각의 로터에 풍속가중치를 부여하며, 각 로터의 풍속가중치(w1, w2, ·· wn)는 아래의 식 1과 식 2의 연립방정식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
(식 1)

(Fx는 X축방향으로 선박에 작용하는 힘, Fy는 Y축방향으로 선박에 작용하는 힘, N은 XY평면 상에서 선박에 작용하는 회전모멘트)
(식 2)

Description

로터세일 선박의 로터 제어방법{Method for controlling rotor of rotor sail ship}
본 발명은 로터세일 선박의 로터 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수개의 로터를 통해 마그누스 효과를 유도하여 선박의 추력을 발생시킴에 있어서, 각 로터가 설치된 위치에서의 실제 풍향 및 풍속을 근사하여 반영함으로써 각 로터별로 최적의 회전수를 적용하여 마그누스 효과를 극대화할 수 있는 로터세일 선박의 로터 제어방법에 관한 것이다.
최근, 친환경 선박이 부각됨에 따라 로터세일 선박(rotor sail ship)이 각광받고 있다. 로터세일 선박은 마그누스 효과(Magnus effect)에 의해 발생되는 힘을 선박의 보조 추진동력으로 활용하는 선박을 일컫는다. 마그누스 효과는 공 같은 구(sphere)나 원통이 회전하면서 유체 속을 지나 갈 때, 압력이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 휘어지게 되면 앞으로 직진하는 힘이 발생하게 되는 현상을 말한다. 로터세일 선박의 경우, 선박 갑판 상에 원통형의 로터(rotor)를 수직 방향으로 설치하고 로터를 회전시킴으로써 마그누스 효과를 유도하여 선박의 추진동력을 확보하는 방식이다. 이러한 로터세일 선박은 일 예로 한국등록특허 제1836147호에 개시되어 있다. 여기서, 마그누스 효과에 발생되는 힘은 세부적으로, 선박의 진행 방향으로 발생되는 추력(T, thrust)와 선박의 측면에 작용하는 측력(S, side force)으로 구분되며, 로터세일 선박은 선박의 진행 방향으로 발생되는 추력(T)을 보조 추진동력을 이용한다.
한편, 마그누스 효과에 의한 추력(T) 및 측력(S)은 로터의 회전수 뿐만 아니라 풍향, 풍속과도 관련이 있다. 로터의 회전을 통해 마그누스 효과를 유도함에 있어서 풍향 및 풍속은 마그누스 효과에 직접적인 영향을 미치기 때문이다. 따라서, 마그누스 효과를 통해 최적의 추력(T) 및 측력(S)을 유도하기 위해서는 풍향 및 풍속이 고려되어야 하며, 이를 위해 시뮬레이션을 통해 풍향/풍속별로 로터 회전수 변화에 따른 추력(T) 및 측력(S) 데이터를 확보하고 이를 로터 운용에 적용하고 있다.
풍향/풍속별 로터 회전수 변화에 따른 추력(T) 및 측력(S) 데이터를 확보하기 위해서는 풍향 및 풍속을 계측하는 풍속계가 선박에 설치되어야 하는데, 복수개의 로터가 선박 데크 상에 설치된 상태에서 풍속계는 일반적으로 조타실 상에 설치된다. 또한, 조타실 상에 설치된 풍속계로부터 얻어지는 풍향 및 풍속 정보를 복수개의 로터에 동일하게 적용하는 방식을 적용하고 있다.
그러나, 풍속계의 설치위치와 로터의 구비위치가 서로 다름에 따라, 로터가 구비된 실제 위치에서의 풍향 및 풍속이 반영되지 않는 점과, 각각의 로터가 설치된 위치가 서로 다름에도 불구하고 동일한 풍향 및 풍속 정보가 모든 로터에 동일하게 적용됨으로 인해 풍향/풍속별 로터 회전수 변화에 따른 추력(T) 및 측력(S)을 시뮬레이션함에 있어서 실제 환경과 벗어난 결과가 도출되는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인해 러더(rudder)의 사용량이 증가되어 추가적인 연료소모 등이 유발된다.
한국등록특허공보 제1836147호(2018. 3. 8. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 복수개의 로터를 통해 마그누스 효과를 유도하여 선박의 추력을 발생시킴에 있어서, 각 로터가 설치된 위치에서의 실제 풍향 및 풍속을 근사하여 반영함으로써 각 로터별로 최적의 회전수를 적용하여 마그누스 효과를 극대화할 수 있는 로터세일 선박의 로터 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로터세일 선박의 로터 제어방법은 로터세일 선박에 설치되는 복수의 로터에 의해 발생되는 힘을 제어함에 있어서, 각각의 로터에 실제 작용하는 풍속을 근사하기 위해 각각의 로터에 풍속가중치를 부여하며, 각 로터의 풍속가중치(w1, w2, ·· wn)는 아래의 식 1과 식 2의 연립방정식에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
(식 1)
(Fx는 X축방향으로 선박에 작용하는 힘, Fy는 Y축방향으로 선박에 작용하는 힘, N은 XY평면 상에서 선박에 작용하는 회전모멘트)
(식 2)
로터의 회전에 의해 발생되는 힘(Xrotor, Yrotor 및 Nrotor)은 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>에 기반하여 산출되며, <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>은 수치해석 프로그램의 시뮬레이션 또는 모형시험에 의해 확보되며, 각 로터의 풍력가중치는 모두 동일하게 1로 부여된다.
선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N), 프로펠러에 의해 발생되는 힘(Xpropeller, Ypropeller 및 Npropeller), 선체의 요동에 의해 발생되는 힘(Xhull, Yhull 및 Nhull), 러더의 동작에 의해 발생되는 힘(Xrudder, Yrudder 및 Nrudder)은 수치해석 프로그램의 시뮬레이션 또는 모형시험에 의해 확보되는 데이터 테이블로부터 산출된다.
각 로터의 풍속가중치(w1, w2, ·· wn)를 이용하여 <로터별 풍력가중치가 부여된 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 로터세일 선박의 로터 제어방법은 다음과 같은 효과가 있다.
복수개의 로터가 설치되는 경우에 하나의 풍속계를 이용하더라도 각 로터에 풍속가중치를 적용하는 방식을 통해 각 로터에 작용하는 실제 풍속에 근사하는 풍속 정보를 산출하고, 이를 바탕으로 최적의 마그누스 효과를 유도하는 로터 회전수를 제어할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로터세일 선박의 로터 제어방법을 설명하기 위한 순서도.
본 발명은 로터세일 선박의 로터를 최적 상태로 운용할 수 있는 기술을 제시한다.
로터가 회전함에 따라 마그누스 효과(Magnus effect)에 의한 추력이 발생되고, 이와 같은 추력을 선박의 보조 추진동력으로 활용할 수 있는데, 마그누스 효과에 의한 추력 발생을 최적화하기 위해서는 로터의 회전수 뿐만 아니라 로터에 작용하는 풍향 및 풍속이 고려되어야 한다.
앞서 '발명의 배경이 되는 기술'에서 언급한 바와 같이, 복수개의 로터를 운용하는 로터세일 선박의 경우, 하나의 풍속계로 얻어진 풍향 및 풍속 정보를 모든 로터에 동일하게 적용함에 따라 각 로터에 실제 작용하는 풍향 및 풍속이 정확히 반영되지 않아 각 로터의 회전에 따른 마그누스 효과가 최적화되지 않는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 풍향은 동일하다 가정하더라도 선박 상에서의 로터의 위치에 따라 풍속이 변화되는 것을 반영하지 않음에 기인하며, 마그누스 효과가 최적화되지 않음으로 인해 러더(rudder)의 불필요한 조작이 요구되어 연료소모량이 증가될 수 밖에 없다.
본 발명은 종래 기술과 같이 하나의 풍속계를 사용하나, 서로 다른 위치에 설치된 각각의 로터에 풍속가중치를 부여함으로써 각 로터에 적용되는 풍속 정보를 실제 풍속에 근사하도록 하여 마그누스 효과에 따른 추력 발생을 최대화할 수 있도록 각 로터의 회전수를 결정할 수 있는 기술을 제시한다.
본 발명에서 각 로터에 부여되는 풍력가중치를 산출하는 원리는 선박에 작용되는 힘을 수학적으로 규명하는 것에서부터 시작한다. 선박에 작용되는 힘은 크게 프로펠러, 선체(hull), 러더(rudder), 로터(rotor) 등 4가지 요인으로 구분할 수 있다. 즉, 프로펠러에 의해 발생되는 힘, 선체의 요동에 의해 발생되는 힘, 러더의 동작에 의해 발생되는 힘, 로터의 회전에 의해 발생되는 힘으로 구분할 수 있다.
이러한 4가지 요인에 의해 발생되는 힘과 선박에 작용하는 힘 간의 관계는 아래의 식 1과 같이 정리할 수 있다. 선박에 작용하는 힘과 4가지 요인에 발생되는 힘 각각은 XY 평면 상에서 X축방향 힘, Y축방향 힘 및 XY평면 상에서의 회전모멘트로 세분화됨에 따라, 아래의 식 1과 같이 Fx, Fy 및 N의 조합이 실제 선박에 작용하는 힘이라 할 수 있으며, 달리 표현하여 프로펠러에 의해 발생되는 힘은 Xpropeller, Ypropeller 및 Npropeller의 조합이고, 선체의 요동에 의해 발생되는 힘은 Xhull, Yhull 및 Nhull의 조합이며, 러더의 동작에 의해 발생되는 힘은 Xrudder, Yrudder 및 Nrudder의 조합이며, 로터의 회전에 의해 발생되는 힘은 Xrotor, Yrotor 및 Nrotor의 조합인 것으로 정리할 수 있다.
(식 1)
(Fx는 X축방향으로 선박에 작용하는 힘, Fy는 Y축방향으로 선박에 작용하는 힘, N은 XY평면 상에서 선박에 작용하는 회전모멘트)
이와 같이, 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N)을 식 1과 같이 정리할 수 있는데, 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N) 및 4가지 요인에 의해 발생되는 힘 각각은 선박 운항데이터, <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>에 기반하여 산출할 수 있다. 구체적으로, <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>에 기반하여 로터의 회전에 의해 발생되는 힘(Xrotor, Yrotor 및 Nrotor)을 산출할 수 있으며, 선박 운항데이터에 기반하여 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N), 프로펠러에 의해 발생되는 힘(Xpropeller, Ypropeller 및 Npropeller), 선체의 요동에 의해 발생되는 힘(Xhull, Yhull 및 Nhull), 러더의 동작에 의해 발생되는 힘(Xrudder, Yrudder 및 Nrudder)을 산출할 수 있다.
보다 구체적으로, 로터의 회전에 의해 마그누스 효과로 인해 발생되는 힘은 선박의 진행 방향으로 발생되는 추력(T)와 선박의 측면에 작용하는 측력(S, side force)으로 구분되는데, 이와 같은 추력(T)과 측력(S)은 로터의 회전수(rpm)에 의해 결정됨과 함께 풍향 및 풍속에 의해 영향을 받는다. 따라서, 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)(및 측력(S)) 데이터 테이블을 확보하고, 이러한 데이터 테이블에 근거하여 로터를 운용할 수 있다.
이와 같은 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>은 모형시험 또는 수치해석 프로그램을 통해 확보할 수 있다. 수치해석 프로그램의 예로 CFD(Computational Fluid Dynamics)를 이용한 시뮬레이션을 들 수 있다. 모형시험의 경우, 국제수조기구(ITTC)에서 규정된 시험방법에 따라 진행되며, ITTC의 시험방법에 근거하여 동력계 등이 구비된 모형선박을 제작하여 선속 별 선박 저항(힘)/rpm 별 프로펠러 힘/러더 각 별 힘을 계측할 수 있다. CFD를 이용한 시뮬레이션은 공지된 이론에 의해 구축된 IN-HOUSE CODE를 이용하거나 STAR CCM+ 등의 상용 소프트웨어를 이용할 수 있다.
여기서, 상기 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>은 복수개의 로터 모두 각각에 풍속가중치 1이 부여된 것을 기준으로 도출된 결과이다. 예를 들어, 4개의 로터 각각에 풍속가중치 1이 부여되어 산출된 것임에 따라, 이러한 데이터 테이블은 로터의 위치에 따른 풍속 정보가 반영되지 않은 것이며, 본 발명은 궁극적으로 로터별 풍속가중치를 산출하여 로터별 풍속가중치가 반영된 <로터별 풍속가중치가 부여된 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 확보함에 발명의 핵심 특징이 있으며 로터별 풍속가중치는 후술하는 구성을 통해 확보된다.
이러한 모형시험 또는 수치해석에 의해 확보된 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>에 기반하여 로터의 회전에 의해 발생되는 힘(Xrotor, Yrotor 및 Nrotor)을 산출할 수 있다.
선박 운항데이터는 선박에 구비된 다양한 센서에 의해 감지되어 선박통합제어시스템에 취합되는데, 이러한 선박 운항데이터에는 선박의 속도, 프로펠러의 회전수, 선체의 요동수치, 러더의 이동각도 등이 포함되며, 이러한 선박 운항데이터에 근거하여 모형시험 또는 CFD 등의 수치해석 프로그램을 통해 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N), 프로펠러에 의해 발생되는 힘(Xpropeller, Ypropeller 및 Npropeller), 선체의 요동에 의해 발생되는 힘(Xhull, Yhull 및 Nhull), 러더의 동작에 의해 발생되는 힘(Xrudder, Yrudder 및 Nrudder)을 산출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N) 및 4가지 요인에 의해 발생되는 힘 각각을 선박 운항데이터, <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>에 기반하여 산출할 수 있음에 따라, 식 1을 구성하는 모든 인자의 수치를 확보할 수 있다. 즉, 식 1의 방정식이 해결된다.
한편, 로터의 회전에 의해 발생되는 힘 즉, Xrotor, Yrotor, Nrotor 각각은 식 2와 같이 표현할 수 있다. 식 2는 4개의 로터가 적용된 경우를 나타낸 것이고, 식 2에서 w1, w2, w3 각각은 4개의 로터 중 3개 로터 각각에 부여되는 풍속가중치이다. 나머지 1개 로터에 풍속가중치가 부여되지 않는 이유는, 1개의 로터 일측에 풍속계를 설치하여 풍향 및 풍속을 확보하고, 나머지 3개 로터 각각에 확보된 풍속을 기준으로 한 풍속가중치를 부여하는 방식을 택하기 때문이다. 예를 들어, 풍속계가 설치된 1개 로터에는 풍속가중치 1이 부여되고, 나머지 3개의 로터에는 풍속가중치 w1, w2, w3이 각각 적용된다.
(식 2)
식 2에서 T, S 및 xn, yn은 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 통해 확보할 수 있어, 식 2에서 미지수는 3개 로터 각각의 풍속가중치인 w1, w2, w3이다.
이와 같은 상태에서, 식 2의 Xrotor, Yrotor, Nrotor 각각의 관계식을 식 1에 대입하고, 식 1에 나타낸 3개의 방정식을 연립하여 풀면 미지수 w1, w2, w3를 풀 수 있게 된다.
앞서, <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)(및 측력(S)) 데이터 테이블>은 4개의 로터 각각에 풍속가중치 1이 부여된 것을 기준으로 도출된 결과임을 기술하였는데, 식 1과 식 2의 연립방정식 해법을 통해 풍력가중치 1이 적용된 로터 이외에 나머지 3개 로터의 풍력가중치 w1, w2, w3가 확보됨에 따라, 로터별 풍력가중치가 적용된 <로터별 풍력가중치가 부여된 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>를 새롭게 확보할 수 있게 된다.
<로터별 풍력가중치가 부여된 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 기반으로, 각 로터별로 최적의 마그누스 효과를 유도할 수 있는 로터 회전수를 제어할 수 있게 된다.
이상의 설명을 통해, 서로 다른 위치에 구비되는 각각의 로터에 부여되는 풍속가중치를 산출하는 방법, 산출된 풍속가중치를 바탕으로 <로터별 풍력가중치가 부여된 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 확보하고 이에 기반하여 로터를 운용하는 것에 대해 기술하였는데, 상술한 설명을 시계열적 순서로 간략히 정리하면 다음과 같다.
먼저, 선박에 작용하는 힘을 산출하기 위한 모형시험 또는 수치해석 데이터 테이블을 확보한다(S101). 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N)은 식 1에 정리한 바와 같이 프로펠러, 선체, 러더, 로터의 4가지 요인으로 정리할 수 있으며, 로터의 회전에 의해 발생되는 힘은 모형시험 또는 수치해석 프로그램을 통해 확보되는 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>로부터 산출되고, 로터를 제외한 나머지 3가지 요인 및 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N)은 모형시험 또는 수치해석을 통해 얻어지는 각각의 데이터 테이블과 선박 운항데이터를 연계하여 산출할 수 있다.
상기 방식을 통해 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>를 확보함에 있어서, 복수개의 로터가 선박에 구비되고 그 중 하나의 로터에 풍속계가 설치되며, 모든 로터에 풍속가중치가 1로 동일하게 적용되는 것을 기준으로 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 도출한다.
이와 같이, 선박에 작용하는 힘을 산출하기 위한 데이터 테이블이 확보된 상태에서, 선박의 실제 운항시 선박 실제운항데이터 및 로터의 회전에 따른 추력(T)과 측력(S)를 확보한다(S102). 이어, 데이터 테이블에 기반하여 선박 실제운항데이터에 따른 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N), 프로펠러에 의해 발생되는 힘(Xpropeller, Ypropeller 및 Npropeller), 선체의 요동에 의해 발생되는 힘(Xhull, Yhull 및 Nhull), 러더의 동작에 의해 발생되는 힘(Xrudder, Yrudder 및 Nrudder)을 산출한다. 이와 동시에, <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>에 기반하여 선박 운항시의 로터의 회전에 따른 힘(Xrotor, Yrotor 및 Nrotor)을 산출한다. 이러한 산출과정은 식 1을 만족한다. 즉, 이러한 산출과정을 통해 식 1의 각 인자에 대한 수치화가 가능하게 된다.
식 1에 대한 산출과정이 완료되면, 식 2를 식 1에 대입하여 식 1의 3개 방정식을 연립하여 풀어 식 2의 미지수인 1개의 로터를 제외한 나머지 3개의 로터 각각의 풍력가중치 w1, w2, w3가 산출된다(S103). 여기서, 풍력가중치 w1, w2, w3이 각각 부여되는 3개의 로터 이외에 나머지 1개의 로터는 풍속계가 설치된 로터로서 풍속가중치는 1이 부여된다. 이 때, 식 2는 4개의 로터를 기준으로 하였는데, 로터의 숫자는 제한되지 않는다.
식 2와 식 1의 연립방정식을 통해 로터별 풍력가중치의 산출이 완료되면, 산출된 로터별 풍력가중치를 이용하여 새로운 데이터 테이블 즉, <로터별 풍력가중치가 부여된 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 확보한다(S104).
각 로터별로 독립적으로 풍력가중치가 적용된 <로터별 풍력가중치가 부여된 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 바탕으로, 각 로터별로 최적의 마그누스 효과를 유도할 수 있는 로터 회전수를 제어할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 로터세일 선박에 설치되는 복수의 로터에 의해 발생되는 힘을 제어함에 있어서, 각각의 로터에 실제 작용하는 풍속을 근사하기 위해 각각의 로터에 풍속가중치를 부여하며, 각 로터의 풍속가중치(w1, w2, ·· wn)는 아래의 식 1과 식 2의 연립방정식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 로터세일 선박의 로터 제어방법.
    (식 1)

    (Fx는 X축방향으로 선박에 작용하는 힘, Fy는 Y축방향으로 선박에 작용하는 힘, N은 XY평면 상에서 선박에 작용하는 회전모멘트)

    (식 2)

  2. 제 1 항에 있어서, 로터의 회전에 의해 발생되는 힘(Xrotor, Yrotor 및 Nrotor)은 <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>에 기반하여 산출되며,
    <풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>은 모형시험 또는 수치해석 프로그램의 시뮬레이션에 의해 확보되며, 각 로터의 풍력가중치는 모두 동일하게 1로 부여되는 것을 특징으로 하는 로터세일 선박의 로터 제어방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 선박에 작용하는 힘(Fx, Fy 및 N), 프로펠러에 의해 발생되는 힘(Xpropeller, Ypropeller 및 Npropeller), 선체의 요동에 의해 발생되는 힘(Xhull, Yhull 및 Nhull), 러더의 동작에 의해 발생되는 힘(Xrudder, Yrudder 및 Nrudder)은 모형시험 또는 수치해석 프로그램의 시뮬레이션에 의해 확보되는 데이터 테이블로부터 산출되는 것을 특징으로 하는 로터세일 선박의 로터 제어방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 각 로터의 풍속가중치(w1, w2, ·· wn)를 이용하여 <로터별 풍력가중치가 부여된 풍향별 및 풍속별 로터 회전수에 따른 추력(T)-측력(S) 데이터 테이블>을 확보하는 것을 특징으로 하는 로터세일 선박의 로터 제어방법.
KR1020220005736A 2022-01-14 2022-01-14 로터세일 선박의 로터 제어방법 KR20230109913A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220005736A KR20230109913A (ko) 2022-01-14 2022-01-14 로터세일 선박의 로터 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220005736A KR20230109913A (ko) 2022-01-14 2022-01-14 로터세일 선박의 로터 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230109913A true KR20230109913A (ko) 2023-07-21

Family

ID=87430120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220005736A KR20230109913A (ko) 2022-01-14 2022-01-14 로터세일 선박의 로터 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20230109913A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101836147B1 (ko) 2013-11-17 2018-03-08 노스파워 오와이 엘티디 해양 선박용 추진 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101836147B1 (ko) 2013-11-17 2018-03-08 노스파워 오와이 엘티디 해양 선박용 추진 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tillig et al. Design, operation and analysis of wind-assisted cargo ships
Liu et al. Impacts of the rudder profile on manoeuvring performance of ships
JP5559815B2 (ja) 航海効率の解析
Fossati et al. A novel full scale laboratory for yacht engineering research
Fossati et al. Experimental investigation of sail aerodynamic behavior in dynamic conditions
JP6189278B2 (ja) 主機負荷配分算出装置及び主機負荷配分算出方法
Graf et al. VPP-driven sail and foil trim optimization for the Olympic NACRA 17 foiling catamaran
Levin et al. Sailing yacht performance prediction based on coupled CFD and rigid body dynamics in 6 degrees of freedom
Nandy et al. On the heuristic based electronic control of marine cycloidal propeller
KR20230109913A (ko) 로터세일 선박의 로터 제어방법
Philpott et al. Yacht velocity prediction using mathematical programming
Molland et al. Performance of an enhanced rudder force prediction model in a ship manoeuvring simulator
Cruz et al. Integration of wind propulsion in an electric ASV
Donnarumma et al. Numerical models for ship dynamic positioning
Eggert Flight Dynamics and Stability of a Hydrofoiling International Moth with a Dynamic Velocity Prediction Program (DVPP)
Gauvain The un-restrained sailing yacht model tests–a new approach and technology appropriate to modern sailing yacht seakeeping
Kang et al. Installing single-propeller twin-rudder system with less asymmetric maneuvering motions
Le Pelley et al. Effective wind tunnel testing of yacht sails using a real-time velocity prediction program
Kiciński et al. Submarine Resistance Force Characteristics Determination After Modification of Depth Rudder System
Vrijdag Potential of hardware-in-the-loop simulation in the towing tank
Souppez Development and validation of a computational fluid dynamics hydrodynamic model of the Stewart 34 for velocity prediction program applications
RU2774459C1 (ru) Способ идентификации параметров математической модели динамики морского подвижного объекта в натурных условиях
Fluck et al. Progress in Development and Design of DynaRigs for Commercial Ships
Campbell et al. Dagger-board Evaluation for an IMOCA 60 yacht
Tjøswold Verifying and Validation of a Manoeuvring Model for NTNU's Research Vessel R/V Gunnerus