KR20240045860A - 선박용 가변형 윙 세일 - Google Patents

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KR20240045860A
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김성수
김재휘
한정훈
서윤덕
박성건
정두진
이상훈
김덕수
이준혁
장영훈
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한화오션 주식회사
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    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H9/00—Marine propulsion provided directly by wind power
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    • B63H9/06—Types of sail; Constructional features of sails; Arrangements thereof on vessels
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
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Abstract

본 발명은 선박의 갑판에 설치되어 풍력에 의해 상기 선박의 추력을 발생시키는 가변형 윙; 및 풍향 및 풍속을 측정할 수 있는 환경 센서와 상기 환경 센서에서 측정된 풍향 및 풍속 따라 상기 가변형 윙의 각도를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 가변형 윙은 리딩에지를 포함하는 본체부와, 트레일링 에지를 포함하는 플랩부를 포함하며; 상기 가변형 윙의 내부에 구비되어, 상기 리딩 에지와 트레일링 에지의 각도를 각각 제어하는 제1 및 제2 액츄에이터를 포함하며; 상기 제어부는, 풍향에 따라 상기 제1 및 제2 액츄에이터를 제어하여 가변형 윙의 각도를 제어하는, 선박용 가변형 윙 세일을 제안한다.

Description

선박용 가변형 윙 세일{Variable Wing Sail For Ship}
본 발명은 윙 세일에서 액츄에이터를 이용하여 바람의 방향에 따라 플랩(flab)의 각도를 조절할 수 있어 가변형으로 플랩(flab)을 제어할 수 있는 윙 세일에 관한 것이다.
화물선과 같은 대형 선박의 연비를 향상시키기 위해 화물선의 화물창 위에 돛의 역할을 할 수 있는 에어포일을 설치하여 풍력을 활용하여 추력(推力)을 얻는 연구가 활발하다. 풍력에 의해 추진되는 선박에는 화물창의 상부에 마스트(mast)가 설치되고 이 마스트에 바람을 받는 에어포일이 설치될 수 있다. 에어포일은 유압 액츄에이터 등에 의해 바람을 최대로 받을 수 있는 각도로 회전될 수 있다.
이러한 에어포일은 리딩 에지(Leading edge) 부분과 트레일링 에지(trailing edge)부분이 마스트와 나란한 방향으로 배치될 수 있다.
그리고 에어포일은 액추에이터에 의해 회전되고 최대의 풍력을 받는 위치에 배치되면 바람을 받아 양력이 발생하고 이러한 양력은 최대 추력을 발생시킬 수 있다.
그러나 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 돛의 측면에 플랩(flap)(12, 13)을 형성한 경우, 회전축(14, 15)이 외부에 노출되어 바다 바람에 의한 부식 및 메인 세일(main sail)과 플랩(flap) 사이의 이격으로 인하여 양력이 저하되는 현상이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.
중국공개특허 제108891569호(2018.11.27.)
본 발명의 목적은 액추에이터(Actuator)를 윙 세일 내부에 배치하여 측면에 형성된 플랩(Flap)의 각도를 조절하여, 바람의 방향에 따라 플랩(flap)의 방향을 변경하여 양력을 조절하는 선박용 가변형 윙 세일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선박용 가변형 윙 세일은, 선박의 갑판에 설치되어 풍력에 의해 상기 선박의 추력을 발생시키는 가변형 윙; 및 풍향 및 풍속을 측정할 수 있는 환경 센서와 상기 환경 센서에서 측정된 풍향 및 풍속 따라 상기 가변형 윙의 각도를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 가변형 윙은 리딩에지를 포함하는 본체부와, 트레일링 에지를 포함하는 플랩부를 포함하며; 상기 가변형 윙의 내부에 구비되어, 상기 리딩 에지와 트레일링 에지의 각도를 각각 제어하는 제1 및 제2 액츄에이터를 포함하며; 상기 제어부는, 풍향에 따라 상기 제1 및 제2 액츄에이터를 제어하여 가변형 윙의 각도를 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 트레일링 에지에 구비되는 제2 액츄에이터는 풍향에 따라 가변형 윙 세일의 플랩의 각도를 변경할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 환경 센서로부터 실시간 또는 주기적으로 센싱 정보를 수신하여 풍향과 풍속에 대응하여, 최대 추력이 발생하도록 상기 리딩 에지에 구비되는 제1 액츄에이터를 통해 가변형 윙의 형태를 변경할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가변형 윙은 형태의 변형이 가능하도록 플렉시블(flexible) 소재를 적용할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 가변형 윙의 중앙부 지지부에 보조 액추에이터를 더 포함하여, 가변형 윙의 형태 변경을 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 액추에이터(Actuator)를 윙 세일 내부에 배치하여 측면에 형성된 플랩(Flap)의 각도를 조절하여, 바람의 방향에 따라 플랩(flap)의 방향을 변경하여 양력을 조절할 수 있고, 추력을 최대로 할 수 있도록 가변형 윙의 형태를 변경할 수 있어 추력 효율을 향상시킬 수 있으며, 액추에이터가 내부에 구비되어 부식에 강한 윙 세일을 제공할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래의 윙 세일이 적용된 선박을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 윙 세일의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 윙 세일의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 액추에이터가 구비된 가변형 윙 세일의 구성을 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 선박용 가변형 윙 세일을 살펴보고자 한다.
본 발명에 따른 선박용 가변형 윙 세일은, 선박의 갑판에 설치되어 풍력에 의해 상기 선박의 추력을 발생시키는 가변형 윙(100) 및 풍향 및 풍속을 측정할 수 있는 환경 센서(미도시)와 환경 센서에서 측정된 풍향 및 풍속 따라 상기 가변형 윙의 각도를 제어하는 제어부(미도시)를 포함하되, 가변형 윙(100)은 리딩에지(110, Leading edge)를 포함하는 본체부(111)와, 트레일링 에지(120, Trailing edge)를 포함하는 플랩(flap)부(121)를 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 선박용 가변형 윙 세일은, 선박의 갑판 상부에 설치된 적어도 하나의 마스트(mast)에 결합되어 구비될 수 있다.
가변형 윙(100)은 선수(船首) 측을 향하는 리딩 에지(110)와 선미(船尾) 측을 향하는 트레일링 에지(120)가 배치될 수 있다.
가변형 윙(100)은 유선형으로 이루어질 수 있으며, 적어도 일면이 곡면을 가지며 양면의 면적이 서로 다르게 이루어질 수 있다.
즉, 일 실시예로 가변형 윙은 항공기 날개에 사용되는 형상이 적용될 수 있으나 최대추력을 얻기 위하여 그 형태가 내부에 구비된 복수의 액추에이터에 의해 변형될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서의 가변형 윙은 유압 액추에이터와 같은 구동부에 의해 회전할 수 있으며, 구동부는 마스트를 기준으로 가변형 윙의 방향을 전환하는 회전을 수행할 수 있으며, 마스트와 가변형 윙을 함께 회전시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 선박용 가변형 윙 세일은 엔진이 장착되어 엔진을 메인 동력으로 사용하면서 항해를 할 수 있으며, 구동부를 이용하여 바람을 최대로 받을 수 있는 각도로 가변형 윙을 회전시킨다.
이것에 의해 공기의 흐름을 발생하고 선박이 진행하는 방향과 같은 방향으로 양력이 발생하게 된다.
따라서, 유체의 흐름에 의해 선박의 추진 방향으로 발생하는 양력이 증가하여 선박의 추력을 증가시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명에 따른 선박용 가변형 윙 세일은 엔진의 동력을 메인 동력으로 항해를 하면서 가변형 윙을 이용하여 보조적으로 추력을 얻을 수 있어 선박의 연비를 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.
또한, 가변형 윙(100)은 본체부(111)와 플랩부(121)를 포함하며, 본체부(111)의 길이 방향을 따라 일측에 플랩부(121)가 회전 가능하게 배치되어 양력을 극대화시킬 수 있다.
또한, 환경 센서와 제어부는 선박 또는 가변형 윙에 설치되어 구비될 수 있으며, 가변형 윙(100)은 내부에 구비되어 리딩 에지(110)와 트레일링 에지(120)의 각도를 각각 제어하는 제1 및 제2 액츄에이터(150, 160)를 포함할 수 있고, 제어부는 환경 센서를 통해 센싱된 풍향 및 풍속에 따라 제1 및 제2 액츄에이터(150, 160)를 제어하여 가변형 윙(100)의 각도를 제어할 수 있다.
또한, 트레일링 에지(120)에 구비되는 제2 액츄에이터(160)는 풍향에 따라 가변형 윙 세일(100)의 플랩(121)의 각도를 변경할 수 있다.
또한, 제어부는 환경 센서로부터 실시간 또는 주기적으로 센싱 정보를 수신하여 풍향과 풍속에 대응하여, 최대 추력이 발생하도록 리딩 에지(110)에 구비되는 제1 액츄에이터(150)를 통해 가변형 윙(100)의 형태를 변경할 수 있다.
또한, 본체부(111)를 지지하는 지지부(130)에 보조 액추에이터(170)가 구비될 수 있어, 가변형 윙의 형태의 변형이 용이하도록 하여 최대 추력을 발생시킬 수 있도록 제어할 수 있다.
또한, 가변형 윙(100)은 형태의 변형이 가능하도록 플렉시블(flexible) 소재를 적용할 수 있다.
또한, 가변형 윙(100)은 본체부(111) 또는 플랩부(121) 중 어느 하나를 플렉시블 소재로 사용할 수 있으며, 본체부(111)와 플랩부(121) 모두 플렉시블 소재를 사용하여 강도를 보강하고 변형이 용이하게 적용할 수 있다.
따라서, 가변형 윙(100)의 내부에 복수의 액추에이터(150, 160, 170)을 구비하여, 풍향 및 풍속에 따라 추력을 향상시키기 위하여, 각도 또는 형태를 변형할 수 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 액추에이터(Actuator)를 윙 세일 내부에 배치하여 측면에 형성된 플랩(Flap)의 각도를 조절하여, 바람의 방향에 따라 플랩(flap)의 방향을 변경하여 양력을 조절할 수 있고, 추력을 최대로 할 수 있도록 가변형 윙의 형태를 변경할 수 있어 추력 효율을 향상시킬 수 있으며, 액추에이터가 내부에 구비되어 부식에 강한 윙 세일을 제공할 수 있는 효과를 가진다.
지금까지 본 발명에 따른 선박용 가변형 윙 세일에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 윙 세일
20: 선박
100: 가변형 윙
110: 리딩 에지
120: 트레일링 에지
150: 제1 액추에이터
160: 제2 액추에이터
170: 보조 액추에이터

Claims (5)

  1. 선박의 갑판에 설치되어 풍력에 의해 상기 선박의 추력을 발생시키는 가변형 윙; 및
    풍향 및 풍속을 측정할 수 있는 환경 센서와 상기 환경 센서에서 측정된 풍향 및 풍속 따라 상기 가변형 윙의 각도를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 가변형 윙은 리딩에지를 포함하는 본체부와, 트레일링 에지를 포함하는 플랩부를 포함하며;
    상기 가변형 윙의 내부에 구비되어, 상기 리딩 에지와 트레일링 에지의 각도를 각각 제어하는 제1 및 제2 액츄에이터를 포함하며;
    상기 제어부는, 풍향에 따라 상기 제1 및 제2 액츄에이터를 제어하여 가변형 윙의 각도를 제어하는, 선박용 가변형 윙 세일.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 트레일링 에지에 구비되는 제2 액츄에이터는 풍향에 따라 가변형 윙 세일의 플랩의 각도를 변경할 수 있는, 선박용 가변형 윙 세일.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 환경 센서로부터 실시간 또는 주기적으로 센싱 정보를 수신하여 풍향과 풍속에 대응하여, 최대 추력이 발생하도록 상기 리딩 에지에 구비되는 제1 액츄에이터를 통해 가변형 윙의 형태를 변경하는, 선박용 가변형 윙 세일.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변형 윙은 형태의 변형이 가능하도록 플렉시블(flexible) 소재를 적용하는 것을 특징으로 하는, 선박용 가변형 윙 세일.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변형 윙의 중앙부 지지부에 보조 액추에이터를 더 포함하여, 가변형 윙의 형태 변경을 용이하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는, 선박용 가변형 윙 세일.
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